28 Novembre 2023
14:19

Come si scava un pozzo petrolifero, le tecniche di perforazione

Per estrarre il petrolio dal sottosuolo vengono scavati i pozzi. Ma come avvengono gli scavi e come si fa a curvare nel sottosuolo?

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Come si scava un pozzo petrolifero, le tecniche di perforazione
pozzo petrolifero come si fa

Nonostante gli obiettivi e impegni a lungo termine di decarbonizzazione dei governi mondiali, la società moderna dipende ancora dai combustibili fossili: per esempio, oltre l'80% dell'energia globale deriva dal petrolio. Avendo tuttora bisogno di fonti non rinnovabili, sono ancora attivi impianti di estrazione e altri ancora sono in programma. Vediamo come si realizzano i pozzi sotterranei e perché molti di questi non sono verticali ma direzionati.

Come si scava nel sottosuolo

Nel momento in cui l'esplorazione geofisica del sottosuolo accerta la presenza di un giacimento energetico (di petrolio o anche di gas) che sia economicamente conveniente da estrarre, vi è un unico modo per portarlo in superficie: bucare il terreno. Sforzo ancora più complesso e oneroso se ci si trova in mare aperto. Il buco da praticare è relativamente piccolo (di dimensioni inferiori al metro) ma può raggiungere profondità di vari chilometri, a seconda della posizione del giacimento.

Il buco viene scavato tramite una trivella. Quest'ultima è formata da un motore che muove l'asta principale, a cui poi vengono avvitate altre aste cave che scenderanno in profondità e al cui interno scorrerà del liquido lubrificante, di raffreddamento e cementificante.

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Tubi utilizzati per l’estrazione di fluidi in profondità, ognuno di essi ha lunghezze nell’ordine di qualche metro. Sullo sfondo la torre di perforazione dove è ubicato il motore che supporta la perforazione.

All'estremità dei tubi si trova uno scalpello formato da durissimi denti di materiale diverso a seconda della roccia da perforare. Sullo scalpello ci sono dei buchi da dove esce il liquido lubrificante che ritorna su esternamente al tubo portando con sé i detriti.

scalpello punta perforazione

Come vengono fatte le perforazioni direzionate

Contrariamente a quanto si possa immaginare, non tutti i pozzi estrattivi sono verticali, bensì direzionati. La perforazione direzionata si sviluppa a partire dagli anni '30 e presenta tratti di foro verticale alternati a tratti di foro con asse curvo, con angoli che possono arrivare anche fino a 90° qualora necessario. I tratti curvi sono seguiti da tratti di foro rettilineo la cui inclinazione è mantenuta costante. I tratti curvi tuttavia hanno dei raggi di curvatura (ossia quanto stretta è la piega che prenderà il tubo) molto bassi, in quanto queste deviazioni sono minime su piccola scala (nell'ordine di cm per decine di metri di tratto perforato) ma hanno un impatto notevole su distanze di centinaia di metri: infatti la deviazione nella figura sottostante è stata esagerata.

scavo inclinato pozzo
Esempio di perforazione direzionata. Credit: Antonov, CC0, via Wikimedia Commons.

La perforazione direzionata è quindi una tecnica che consente il raggiungimento di obiettivi profondi posti anche a notevole distanza in orizzontale rispetto all’ubicazione dell’impianto in superficie, e soprattuto consente una rimozione più efficiente della risorsa. Il ricorso alla perforazione direzionata è altre volte legata a motivi che esulano dalla geologia: perforazione di più pozzi da un’unica postazione, località inaccessibili in superficie oppure una deviazione oppure quando un tratto di foro diventa impraticabile, per esempio per incastro.

Per cambiare direzione sul fondo del pozzo (punto noto come kickoff in inglese), ricorriamo a tubi inclinati oppure utilizziamo un motore direzionato montato sullo scalpello.

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Cambio di direzione di un pozzo tramite aste piegate (sinistra) e scalpello direzionato (destra).

A prescindere dal motivo, quando si scava orizzontalmente bisogna sapere dove si va. Arriviamo così al domanda finale: come sappiamo dove direzionare il buco?

Come viene orientato il pozzo?

Partiamo col dire che, banalmente, sottoterra non possiamo affidarci ai satelliti, quindi un sistema di navigazione come il GPS non funziona. In prossimità dello scalpello sono montati dei sensori che forniscono, tramite segnali elettrici, parametri quali temperatura, pressione e direzione rispetto al nord. L'insieme di queste informazioni è anche nota come MeasurementWhileDrilling (MWD). Grazie al MWD non solo siamo in grado di monitorare in superficie cosa succede nel terreno ma possiamo anche orientare lo scavo seguendo il campo magnetico terrestre: é come avere una bussola nel terreno a tutti gli effetti.

Poiché il campo magnetico terrestre é misurabile in qualsiasi punto del terreno e del sottosuolo, rappresenta uno strumento a basso costo e affidabile per la navigazione sottoterra. L'estrazione di risorse dal sottosuolo rappresenta ancora oggi uno dei principali mercati per la produzione ed aggiornamento delle mappe del campo magnetico terrestre. Una volta arrivati a destinazione, il procedimento per portare il fluido in superficie dipende dal grado di pressione del giacimento: se la pressione del fluido è elevata, il materiale tende verso l’alto in maniera naturale. Nel caso in cui la pressione sia bassa, si utilizzano delle pompe per portare il fluido in superficie dove viene raccolto e distribuito negli gasdotti/oleodotti per la raffinazione.

Per approfondire, ecco un video che abbiamo realizzato sull'estrazione del gas naturale:

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