Wpływ ultradźwięków na zwiększanie porowatości efektywnej skał

• Autorzy: Bieszczak Hanna , Halat Zbigniew , Kowalaszek Anna , Szpilman Sylwia

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2025.03.02

Warianty tytułu

EN

The effect of ultrasound on the increase in effective porosity of rocks

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W niniejszym artykule przedstawiono wyniki prac prowadzonych w ramach projektu pt. „Innowacyjna technologia monitoringu sejsmoakustycznego oraz sejsmostymulacji (M2S)”, nr POIR.01.01.01-00-0015/17-00. Porowatość jest kluczowa w wydobyciu ropy naftowej, ponieważ określa zdolność skały do magazynowania i transportu węglowodorów. W połączeniu z przepuszczalnością wpływa na przepływ ropy w kierunku odwiertu, co decyduje o efektywności wydobycia. Zrozumienie porowatości skał pozwala na ocenę zasobów złoża oraz dobór technologii zwiększających wydajność, takich jak szczelinowanie czy działanie ultradźwięków. Bazując na otrzymanych wynikach badań, zaprezentowano wpływ ultradźwięków na porowatość efektywną skał, a także omówiono podstawowe zagadnienia związane z porowatością oraz jej znaczenie w procesie wydobycia ropy naftowej. W trakcie badań prowadzono eksperymenty, w których rdzeń skalny poddawany był działaniu ultradźwięków o stałej gęstości mocy akustycznej, wynoszącej 12 W/cm2 . Badania porowatości prowadzono przed działaniem i po działaniu ultradźwięków. Łącznie przebadano 4 rdzenie skalne. Każdy z nich był kilkukrotnie poddawany działaniu ultradźwięków. Wyniki wykazały istotne różnice – porowatość skał znacząco wzrosła po zastosowaniu ultradźwięków. Jednak kilkukrotne traktowanie skały ultradźwiękami doprowadziło do zniszczenia materiału skalnego, co objawiało się pękaniem skały. Wzrost porowatości był efektywny przez około 3 minuty działania ultradźwięków. Po tym czasie dochodziło do przekroczenia granicy wytrzymałości skały, co skutkowało pęknięciem rdzeni. Optymalny czas ekspozycji na ultradźwięki to zatem maksymalnie 3 minuty, umożliwia on maksymalizację porowatości bez ryzyka uszkodzenia struktury skały. Przeprowadzone badania potwierdziły, że ultradźwięki mogą skutecznie zwiększać porowatość skał, co może prowadzić do zwiększenia efektywności wydobycia ropy naftowej. Technologia ta, pod warunkiem dysponowania odpowiednimi urządzeniami, może być stosowana jako alternatywa lub uzupełnienie tradycyjnych metod zwiększania porowatości.

EN

This article presents the results of research conducted as part of the project titled Innovative Seismoacoustic Monitoring and Seismostimulation Technology (M2S), no. POIR.01.01.01-00-0015/17-00. Porosity is a critical factor in oil extraction, as it determines the rock's ability to store and transport hydrocarbons. In combination with permeability, it affects the flow of oil toward the well, ultimately determining extraction efficiency. Understanding rock porosity allows for the assessment of reservoir resources and the selection of technologies that enhance productivity, such as fracturing or the use of ultrasound. Based on the obtained research results, this study presents the impact of ultrasound on the effective porosity of rocks and discusses fundamental aspects related to porosity and its significance in the oil extraction process. During the experiments, rock cores were exposed to ultrasound at a constant acoustic power density of 12 W/cm2 . Porosity measurements were conducted both before and after ultrasound exposure. A total of four rock cores were examined, each subjected to multiple ultrasound treatments. The results showed significant differences – rock porosity increased considerably after the application of ultrasound. However, repeated exposure to ultrasound led to the degradation of the rock material, manifested by fracturing. The increase in porosity was effective until the exposure time exceeded approximately three minutes. Beyond this point, the rock's strength threshold was surpassed, resulting in core fractures. Therefore, the optimal ultrasound exposure time is a maximum of three minutes, allowing for the maximization of porosity without the risk of structural damage to the rock. The conducted research confirmed that ultrasound can effectively enhance rock porosity, potentially leading to increased oil extraction efficiency. Provided that the appropriate equipment is available, this technology may serve as an alternative or complement to traditional methods of increasing porosity.

Słowa kluczowe

PL

ropa naftowa; fale ultradźwiękowe; badania laboratoryjne; porowatość efektywna

EN

crude oil; ultrasonic waves; laboratory studies; effective porosity

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2025
• Tom: R. 81, nr 3
• Strony: 170--176
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz.

Twórcy

autor

Bieszczak Hanna

• POLMAX S.A. S.K.A., Świebodzin

autor

Halat Zbigniew

• POLMAX S.A. S.K.A., Świebodzin

autor

Kowalaszek Anna

• POLMAX S.A. S.K.A., Świebodzin

autor

Szpilman Sylwia

• POLMAX S.A. S.K.A., Świebodzin

Bibliografia

• Bieszczak H., Halat Z., Szpilman S., Kowalaszek A., Gramatyka G., 2024. Wpływ ultradźwięków na parametry cieczy węglowodorowych. Nafta-Gaz, 80(6): 335–342. DOI: 10.18668/NG.2024.06.02.
• Czupski M., Kasza P., 2017. Zabiegi kwasowania w stymulacji wydobycia z odwiertów – projektowanie oparte na badaniach laboratoryjnych. Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu, 218: 1–142. DOI: DOI: 10.18668/PN2017.218.
• Dohnalik M., Zalewska J., Kut Ł., Kaczmarczyk, J., 2010. Badanie 3D struktury przestrzeni porowej cementów metodą mikrotomografii rentgenowskiej (micro-CT). Górnictwo i Geoinżynieria, 34(4):157–165.
• Drabina A., 2017. Metody wyznaczenia porowatości ogólnej na podstawie profilowań geofizyki otworowej w utworach klastycznych i węglanowych. Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN,2: 13–24.
• Ghamartale A., Escrochi M., Riazi M., Faghih A., 2019. Experimental investigation of ultrasonic treatment effectiveness on pore structure. Ultrasonic Sonochemistry, 51: 305–314. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2018.10.002.
• Jarzyna J., Bała M., Zorski T., 1999. Metody geofizyki otworowej: pomiary i interpretacja. AGH Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne.
• Jarzyna J., Puskarczyk E., Ogórek E., Motyka J., 2018. Wyznaczanie porowatości ogólnej i parametrów szkieletowych utworów węglanowych na podstawie pomiarów prędkości fal sprężystych i gęstości. Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego, 473:13–26. DOI: 10.5604/01.3001.0012.7707.
• Krogulec E., Sawicka K., Zabłocki S., 2018. Przegląd metod intensyfikacji wydobycia kopalin i uwarunkowań zwiększenia chłonności odwiertów. Górnictwo Odkrywkowe, 59(2): 57–62.
• Lin W., Tadai O., Takahashi M., Sato D., Hirose T., Tanikawa W., Hatakeda K., 2015. An experimental study on measurement methods of bulk density and porosity of rock samples. Journal of Geoscience and Environment Protection, 3(5): 72–79. DOI: 10.4236/gep.2015.35009.
• Lubaś J., Szott W., Dziadkiewicz M., 2012. Analiza możliwości zwiększenia stopnia sczerpania zasobów złóż ropy naftowej w Polsce. Nafta-Gaz, 68(8): 481–489.
• Moska R., 2016. Metody geofizyki otworowej i ich wykorzystanie w projektowaniu i przygotowaniu technologii zabiegów hydraulicznego szczelinowania. Nafta-Gaz, 72(1): 23–32. DOI: 10.18668/NG2016.01.03.
• Rzonca B., 2014. Właściwości zbiornikowe przestrzeni porowej mezozoicznych skał węglanowych północno-wschodniego obrzeżenia Gór Świętokrzyskich. Instytut Geografii i Gospodarki Przestrzennej Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie.
• Turturro A.C., Caputo M.C., Gerke H.H., 2022. Mercury intrusion porosimetry and centrifuge methods for extended-range retention curves of soil and porous rock samples. Vadose Zone Journal, 21(1): e20176. DOI: 10.1002/vzj2.20176.
• Wojnarowski P., Stopa J., Janiga D., Kosowski P., 2015. Możliwości zwiększenia wydobycia ropy naftowej w Polsce z zastosowaniem zaawansowanych technologii. Polityka Energetyczna, 18(4):19–28.