Obbiettivi dell’Esplorazione
Gli obbiettivi dell’esplorazione geotermica sono (Lumb, 1981):
1. Identificare i fenomeni geotermici.
2. Accertare l’esistenza dei campi con produzione geotermica sfruttabile.
3. Valutare la dimensione delle risorse.
4. Determinare il tipo dei campi geotermici.
5. Localizzare le zone produttive.
6. Determinare il contenuto termico dei fluidi.
7. Compilare una base di dati, che possa servire di confronto per i futuri monitoraggi.
8. Determinare, prima di iniziare lo sfruttamento, i parametri sensibili per l’ambiente.
9. Individuare le caratteristiche che potrebbero creare problemi durante lo sfruttamento del campo.
L’importanza relativa di ogni obiettivo dipende da numerosi fattori, la maggior parte dei quali è collegata alla risorsa. Questi fattori comprendono la forma di utilizzazione prevista, la tecnologia disponibile, gli aspetti economici, ed anche la situazione locale, il sito, ed il periodo, tutti elementi che influiscono sul programma di esplorazione. Per esempio, il riconoscimento preliminare delle manifestazioni geotermiche ha un’importanza molto maggiore in un’area remota e non esplorata di quanto abbia in un’area conosciuta; valutare le dimensioni di una risorsa può avere un’importanza minore, se questa sarà usata per un piccolo impianto richiedente molto meno energia termica di quanta ne viene fornita per vie naturali; se si prevede di utilizzare il calore per il riscaldamento di ambienti o per altre forme d’uso, che richiedono basse temperature, la ricerca di fluidi ad alta entalpia può essere esclusa dagli obbiettivi (Lumb, 1981).
Per raggiungere i suoi obbiettivi il responsabile dell’esplorazione geotermica dispone di numerosi metodi e tecnologie, molte delle quali sono di uso comune e sono state ampiamente sperimentate in altri settori della ricerca. E’ necessario tener presente, comunque, che le tecniche e le metodologie che si sono dimostrate utili nella ricerca mineraria o per idrocarburi non sono necessariamente la miglior soluzione per l’esplorazione geotermica. D’altra parte, tecniche di scarso impiego nella ricerca petrolifera, sono, in certi casi, strumenti ideali nell’esplorazione geotermica (Combs e Muffler, 1973).
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Metodi di Esplorazione
Gli studi geologici ed idrogeologici sono il punto di partenza di ogni programma di esplorazione. Il loro scopo principale è quello di definire la posizione e l’estensione delle aree da investigare con maggiore dettaglio e di suggerire i metodi di esplorazione più adatti per queste aree. Gli studi geologici ed idrogeologici hanno una grande importanza per tutte le fasi successive della ricerca geotermica, sino alla localizzazione dei pozzi esplorativi e di produzione. Essi inoltre forniscono le informazioni di base per interpretare i dati forniti dagli altri metodi di esplorazione e, infine, per costruire un modello realistico del sistema geotermico e valutare il potenziale della risorsa. I dati ottenuti dagli studi geologici ed idrogeologici sono utili anche nella fase di sfruttamento perché forniscono informazioni utilizzabili dagli ingegneri del serbatoio e di produzione. La durata ed il costo dell’esplorazione possono essere sensibilmente ridotti se il programma di lavoro è coordinato da geologi con vasta esperienza geotermica.
La prospezione geochimica (comprendente la geochimica isotopica) rappresenta un ottimo mezzo per stabilire se un sistema geotermico è ad acqua o a vapore dominante, per prevedere la temperatura minima del serbatoio, per stimare l’omogeneità dell’apporto di acqua, per determinare le caratteristiche chimiche del fluido profondo e per individuare l’origine dell’acqua di ricarica (Combs e Muffler, 1973). Possono anche ricavarsi utili informazioni sui problemi che possono verificarsi durante l’utilizzazione (per esempio, fenomeni di corrosione ed incrostazione nei tubi e negli impianti, impatto sull’ambiente) e sul modo di evitare o ridurre questi problemi. La prospezione geochimica comporta il campionamento e l’analisi chimica e/o isotopica delle acque e dei gas prodotti dalle manifestazioni geotermiche (sorgenti termali, fumarole, ecc.) o dai pozzi che si trovano nell’area in studio. La prospezione geochimica fornisce anche dati utili per programmare le successive fasi dell’esplorazione ed ha un costo relativamente basso in confronto ad altri metodi più sofisticati, come quelli geofisici; per questa ragione, essa dovrebbe essere impiegata, per quanto possibile, prima di altri metodi più costosi.
La prospezione geofisica ha lo scopo di ottenere indirettamente, dalla superficie o da intervalli di profondità vicini alla superficie, i parametri fisici delle formazioni geologiche profonde. Questi parametri fisici comprendono la temperatura (prospezione termica), la conducibilità elettrica (metodi elettrici ed elettromagnetici), la velocità di propagazione delle onde elastiche (prospezione sismica), la densità (prospezione gravimetrica) e la suscettibilità magnetica (prospezione magnetica). Alcuni di questi metodi, come quelli sismici, gravimetrici e magnetici, che sono di uso normale nella ricerca petrolifera, possono dare molte informazioni sulla forma, dimensioni, profondità e altre importanti caratteristiche delle strutture geologiche profonde, che potrebbero costituire un serbatoio geotermico, ma danno poche, o nessuna, indicazioni sulla presenza all’interno di queste strutture dei fluidi, che costituiscono l’obbiettivo della ricerca geotermica. Essi sono pertanto i più utili per definire i dettagli nelle fasi finale dell’esplorazione, prima che siano posizionati i pozzi esplorativi. Informazioni sull’esistenza di fluidi geotermici nelle strutture geologiche si possono ottenere dalle prospezioni elettriche ed elettromagnetiche, che sono più sensibili di altri metodi alla presenza di questi fluidi ed alle variazioni di temperatura; queste tecniche sono state ampiamente applicate con soddisfacenti risultati. Il metodo magnetotellurico, in particolare, è stato notevolmente perfezionato negli ultimi anni e attualmente offre una vasta gamma di applicazioni, anche se richiede una strumentazione sofisticata ed è sensibile al rumore di fondo nelle aree abitate. Il principale vantaggio del metodo magnetotellurico sta nella sua capacità di definire strutture più profonde di quelle raggiungibili con i metodi elettrici e gli altri elettromagnetici. I metodi termici (misure di temperatura, determinazione del gradiente geotermico e del flusso di calore terrestre) spesso possono dare con buona approssimazione la temperatura della parte superiore del serbatoio geotermico.
La perforazione dei pozzi esplorativi è la fase finale di ogni programma di esplorazione ed è il solo metodo che permette di definire con certezza le caratteristiche di un serbatoio geotermico e di valutarne il potenziale. I dati forniti dai sondaggi esplorativi hanno lo scopo di verificare le ipotesi ed i modelli elaborati con i risultati dell’esplorazione di superficie. Essi inoltre devono confermare che il serbatoio è produttivo e contiene fluidi in quantità adeguata e con caratteristiche adatte all’utilizzazione prevista. Posizionare i pozzi esplorativi è pertanto un’operazione molto delicata.
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Programmi di Esplorazione
Prima di definire un programma d’esplorazione geotermica è necessario raccogliere tutti i dati geologici, geofisici e geochimica già esistenti. I dati geotermici devono essere integrati con quelli derivanti dalle ricerche idriche, minerarie e petrolifere effettuate nell’area in studio ed in quelle vicine. Le informazioni raccolte in questa fase preliminare sono importanti per ben individuare gli obbiettivi del programma d’esplorazione geotermica e talvolta consentono una significativa riduzione dei costi.
Un programma d’esplorazione si sviluppa normalmente in fasi successive: riconoscimento, prefattibilità e fattibilità. Durante ciascuna di queste fasi, vengono gradualmente eliminate le aree meno interessanti, mentre la ricerca si concentra in quelle più promettenti. I metodi di investigazione applicati, inoltre, diventano progressivamente più sofisticati e forniscono maggiori dettagli man mano che il programma procede. La dimensione e l’impegno finanziario dell’intero programma devono essere proporzionali ai suoi obbiettivi, all’importanza delle risorse ipotizzabili ed alla forma di utilizzazione prevista. Il programma d’esplorazione deve essere flessibile e deve essere ridefinito man mano che si rendono disponibili i risultati delle ricerche svolte nelle varie fasi; nello stesso modo, i modelli geologici e geotermici devono essere progressivamente aggiornati e ottimizzati. Questi riesami periodici del programma dovrebbero eliminare tutte le azioni non più necessarie ed eventualmente avviarne altre, suggerite dai risultati ottenuti nelle varie fasi. Naturalmente, ogni riduzione del numero e delle dimensioni delle operazioni di prospezione avrà per effetto una di diminuzione dei costi, ma anche un aumento del rischio di errori o di fallire l’obbiettivo. D’altra parte la diminuzione del rischio minerario comporta un aumento generalizzato dei costi. Il successo economico di un programma d’esplorazione sta appunto nel trovare un buon equilibrio tra le due opposte esigenze di ridurre i costi e di diminuire i rischi.
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