Come funziona una trivella?

Testa di pozzo per l'estrazione di gas, Pennsylvania (credits: Daniel Acker - Getty Images). Una volta intercettati gli idrocarburi, l'impianto di perforazione viene smontato e questo è tutto ciò che resta visibile dall'esterno durante la fase di estrazione, che può durare decenni.
Testa di pozzo per l’estrazione di gas, Pennsylvania (credits: Daniel Acker – Getty Images). Una volta intercettati gli idrocarburi, l’impianto di perforazione viene smontato e questo è tutto ciò che resta visibile dall’esterno durante la fase di estrazione, che può durare decenni.

Da ciò che talvolta si legge in giro in questi giorni, sembrerebbe che un pozzo per l’estrazione degli idrocarburi sia semplicemente un buco aperto nel terreno (o sul fondo marino), fatto a casaccio con una specie di trapano gigante, dal quale fuoriescono senza controllo le peggiori schifezze.

Ma è davvero così?

Anche come approfondimento tecnico a latere riguardo l’imminente referendum del 17 aprile, è una buona occasione per capire a grandi linee cosa siano in effetti queste famigerate trivelle e come funzionino nella fattispecie, in cosa consista la loro tecnologia; non fosse altro che per evitare le sciocchezze senza fonte che circolano in rete sull’argomento (per esempio che il referendum riguardi le trivelle, mentre invece chiama a decidere sul rinnovo delle concessioni già in atto). Gli addetti ai lavori perdonino le semplificazioni che potranno talvolta sembrare eccessive.

Iniziamo con il dire che il termine “trivella” è assolutamente scorretto. La trivella è un attrezzo costituito da una grossa vite senza fine, adatto a scavi di pochi metri in terreni molli, assolutamente inadatto agli scavi in roccia. Essa pertanto può essere utile per infiggere pali di grosso diametro in giardino ma non certo a cercare il petrolio. Purtroppo il termine è diventato di uso comune e probabilmente dovremo farci l’abitudine in ogni caso.

Nel caso della coltivazione degli idrocarburi (si dice proprio così!) si parla più correttamente di “impianto di perforazione”. Come è fatto? In soldoni si tratta di una torre a traliccio alta fino a 60 metri che regge una serie di aste d’acciaio (batteria) in posizione verticale. Le aste sono lunghe circa 9 metri ciascuna, hanno le estremità filettate e sono avvitate in serie l’una all’altra. La torre le fa ruotare sul loro asse tramite un motore e le spinge contro il suolo. Ogni volta che la batteria è completamente infissa si ferma l’impianto, si avvita una nuova asta in cima alla batteria e si ricomincia a perforare. All’estremità inferiore della batteria (cioè sul fondo del foro) c’è lo scalpello di perforazione, che fino a qualche anno fa era classicamente composto da tre rulli conici con denti in carburo di tungsteno mentre attualmente “vanno di moda” gli scalpelli a bottoni (i triconi si usano molto poco). La forza di rotazione impressa alle aste è tale da permettere allo scalpello di frantumare qualunque tipo di roccia esso incontri, anche la più tenace.

Scalpello a bottoni (PDC). Photo credits: http://eaglefordshale.com/
Scalpello a bottoni (PDC).
Photo credits: http://eaglefordshale.com/
Uno scalpello triconico. Foto di Angelo Liotta.
Uno scalpello triconico.
Foto di Angelo Liotta.

Le aste sono a sezione circolare e cave al loro interno e dentro di esse viene pompata a pressione dall’alto una speciale miscela a base di acqua detta “fango di perforazione“. Il fango percorre tutte le aste, esce in corrispondenza di un foro nello scalpello e risale in superficie lungo lo spazio presente tra la batteria e le pareti del foro, dopodiché viene filtrato e ripompato nelle aste. Questa circolazione di fluido ha diversi compiti: raffreddare lo scalpello, portare in superficie i frammenti di roccia perforata (cutting) per le analisi dei geologi, depositarsi sulle pareti interne del foro impedendo eventuali crolli, e impedire scambio di fluidi tra la perforazione e le rocce circostanti (per esempio l’acqua presente nelle rocce in profondità non deve passare nel foro e risalire in superficie).

Solitamente una perforazione può essere profonda da qualche centinaio di metri a circa 7 – 8 kilometri. Grazie all’uso di scalpelli di varie dimensioni viene prodotto un foro di diametro via via decrescente con la profondità. Ogni volta che viene terminata una sezione del foro, viene rivestita con un tubazione in acciaio cementate nella roccia (casing), per garantire una totale tenuta stagna. Normalmente il diametro di un pozzo intubato varia dagli 80 cm della parte superiore ai 15 cm del fondo pozzo. Lo spazio tra i tubi e le pareti del foro viene riempito con del cemento, mentre la porzione di foro che intercetta il giacimento è munita di aperture che permettono al petrolio di penetrare nel pozzo. Il greggio viaggia verso la superficie attraverso ulteriori tubazioni di piccolo diametro appositamente inserite nel pozzo.

Le tecniche di costruzione dei pozzi sono ormai molto sofisticate. Un pozzo può avere più diramazioni ed è possibile deviare la batteria di aste dalla verticale più volte ed a qualsiasi profondità, e dirigere orizzontalmente la perforazione nella direzione voluta per raggiungere strati produttivi anche lontani: ciò permette di diminuire il numero di impianti a parità di produzione. Le tecniche di rivestimento del foro permettono di attraversare le eventuali falde idriche sotterranee fino a raggiungere i giacimenti profondi, e di far risalire il petrolio senza che ci sia alcun contatto tra esso e l’acqua delle falde. Le varie porzioni del pozzo che intercettano giacimenti a differente profondità possono essere isolate dal resto della colonna tramite il posizionamento di speciali “tappi” mobili ad espansione (packer), in modo che l’estrazione del greggio possa avvenire da varie profondità sia contemporaneamente che separatamente. La testa del pozzo è munita di speciali dispositivi di sicurezza che possono chiudere ermeticamente il foro in qualsiasi condizione operativa per impedire fuoriuscite di fluidi. La legge impone il divieto assoluto di dispersione di materiali sia in mare che nel suolo (tranne che per i fluidi di scarto eventualmente reiniettati nelle rocce serbatoio): ogni fluido utilizzato o prodotto deve essere efficacemente stoccato ed eventualmente smaltito a termini di legge.

Pozzo petrolifero in North Dakota (credits: Karen Bleier - AFP - Getty Images). Torre di perforazione per la ricerca degli idrocarburi.
Pozzo petrolifero in North Dakota (credits: Karen Bleier – AFP – Getty Images). Torre di perforazione per la ricerca degli idrocarburi.

Come abbiamo visto, un moderno impianto di perforazione è una struttura molto complessa, e implica dei livelli di tecnologia e conoscenza tali da rendere la coltivazione degli idrocarburi un’attività industriale affidabile e sicura. La legislazione italiana che regola questo settore è una delle più rigide al mondo, e le ditte italiane hanno ormai acquisito una competenza che rende questo comparto un’eccellenza mondiale di cui noi italiani dovremmo essere fieri.

Bibliografia essenziale di riferimento:

  • Economides M. J. et al. – Petroleum well construction – Wiley & Sons, 1998
  • Enciclopedia degli idrocarburi – Vol. 1, Cap 3.1 – Impianti e tecnologie di perforazione – Istituto della Enciclopedia Italiana, 2005
  • Aadnoy B. S. (2010) – Modern well design – CRC Press/Balkema, 2010

Approfondimenti: il nostro Live “Come ti pesco un idrocarburo”

Testo a cura di: Angelo Liotta, geologo
Si ringrazia Gilberto Bonaga di Minerva – Associazione di divulgazione scientifica per la revisione finale.

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