Ocena oddziaływania propelantów na wybrane próbki węgla kamiennego

• Autorzy: Hebda Kamil , Habera Łukasz , Frodyma Antoni , Koślik Piotr

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2019.12.05

Warianty tytułu

EN

Assessing the impact of propellants on selected hard coal samples

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Artykuł powstał na podstawie wyników badań szczelinowania gazowego z wykorzystaniem materiałów wysokoenergetycznych (propelantów) na wybranych próbkach węgla kamiennego w laboratoryjnym silniku rakietowym (LSR). Celem badań było sprawdzenie, czy metoda stymulacji przepływu mediów ze złoża do odwiertu naftowego z użyciem propelantów może być skutecznie stosowana przy niekonwencjonalnych nagromadzeniach węglowodorów, jakimi są złoża metanu z pokładów węgla kamiennego (CBM). Szczelinowanie materiałami wysokoenergetycznymi polega na niedetonacyjnym wykonaniu kilku radialnych szczelin w strefie przyodwiertowej o długości do kilku metrów. Szczeliny powstają w wyniku spalania propelantów, które generują duże objętości gazów prochowych pod wysokim ciśnieniem, przez co zostaje przekroczone ciśnienie nadkładu skał w górotworze. Zakres badań obejmował serię prób szczelinowania gazowego wybranych próbek węgla kamiennego na poligonie doświadczalnym. Zabieg szczelinowania wykonano w laboratoryjnym silniku rakietowym, który standardowo służy do badania właściwości stałych paliw wysokoenergetycznych, jednak na potrzeby testów szczelinowania został odpowiednio zmodyfikowany. Próbki węgla wklejono za pomocą żywicy epoksydowej w specjalne stalowe obudowy, dzięki czemu produkty spalania propelantów mogły ingerować w strukturę węgla – szczelinując go. Do badań wykorzystano inhibitowane małogabarytowe paliwo wysokoenergetyczne (MPH) o zmiennej gramaturze. W celu określenia zmian w strukturze węgla próbki przeskanowano tomografem komputerowym przed i po próbach ciśnieniowych. Otrzymane tomogramy zrekonstruowano przy wykorzystaniu specjalistycznego oprogramowania komputerowego na obrazy 3D sieci spękań oraz ich procentową objętość w każdej z badanych próbek. Dodatkowo podczas prób poligonowych rejestrowane było ciśnienie maksymalne w komorze spalania w LSR. Badanie szczelinowania przeprowadzono dla 10 próbek węgla kamiennego, z czego udało się zeszczelinować 7 z nich. Przyrost szczelin w tych próbkach waha się od 9,3% do 332,5%. W przypadku 3 próbek zabieg szczelinowania skończył się niepowodzeniem.

EN

The article is based on the results of gas fracturing with high-energy materials used for selected hard coal samples in a laboratory rocket motor (LRM). The purpose of the research was to check whether the method of stimulating the flow of media from the deposit to the oil well using propellants can be effectively used with unconventional hydrocarbon accumulations such as coalbed methane (CBM). Fracturing with high-energy materials consists in a non-detonative forming of several radial fractures in the near-well bore zone of lengths up to several meters. The fractures are formed as a result of the combustion of propellants which generate large volumes of combustion gases under high pressure, thus exceeding the pressure of overburden rocks. The scope of the research included a series of gas fracturing tests of selected hard coal samples on the testing ground. The carbon samples were glued with special epoxy resin into a special steel pipe, by which the propellant combustion products could affect the coal structure by fracturing. The fracturing treatment was performed in a laboratory rocket motor, which is a standard system for testing the properties of solid high-energy fuels; however, for the purpose of fracturing tests, it has been modified accordingly. The tests were performed with the application of inhibited small-dimension high-energy solid fuel (MPH) with variable weight. In order to determine changes in the coal structure, the samples were scanned with X-ray computed tomography, before and after tests on the testing ground. The obtained tomograms were reconstructed using specialized computer software for 3D images of the fractures system and their percentage volume in each of the coal samples. In addition, during the testing ground tests, the maximum pressure in the combustion chamber in LRM was recorded. The gas fracturing treatments were carried out for 10 hard coal samples, of which 7 were successfully fractured. The growth of fractures in these samples ranged from 9.3% to 332.5%. For 3 samples, the gas fracturing was unsuccessful.

Słowa kluczowe

PL

metan z pokładów węgla kamiennego; szczelinowanie gazowe; propelanty; tomografia komputerowa

EN

coal bed methane; gas fracturing; propellants; X-ray computed tomography

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2019
• Tom: R. 75, nr 12
• Strony: 768--773
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Hebda Kamil

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Habera Łukasz

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Frodyma Antoni

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Koślik Piotr

• Instytut Przemysłu Organicznego, Oddział w Krupskim Młynie

Bibliografia

• Gonet A., Nagy S., Rybicki C., Siemek J., Stryczek S., Wiśniowski R., 2010. Technologia wydobycia metanu z pokładów węgla (CBM). Górnictwo i Geologia, 5(3): 5–25.
• Habera Ł., Frodyma A., Hebda K., Koślik P., 2019. Badania temperatury spalania propelantów w układach z przybitką cieczy. Nafta-Gaz, 9: 556–561. DOI: 10.18668/NG.2019.09.04.
• Habera Ł., Frodyma A., Koślik P., Wilk Z., 2014. Nowoczesne urządzenia perforująco-szczelinujące – koncepcja i badania poligonowe. Nafta-Gaz, 5: 301–306.
• Hadro J., 2010. Strategia poszukiwań gazu ziemnego w łupkach. Przegląd Geologiczny, 58: 250–258.
• Hadro J., Wójcik I., 2013. Metan pokładów węgla – zasoby i eksploatacja. Przegląd Geologiczny, 61: 404–410.
• Hebda K., Habera Ł., Dohnalik M., Koślik P., Hadzik J., 2018a. Ocena dynamiki spalania propelantów w środowisku węgla kamiennego. Nafta-Gaz, 1: 22–28. DOI: 10.18668/NG.2018.01.02.
• Hebda K., Habera Ł., Frodyma A., Koślik P., 2019. The study of gas fracturing on hard coal samples using propellants. Nafta-Gaz, 6: 350–355. DOI: 10.18668/NG.2019.06.06.
• Hebda K., Habera Ł., Frodyma A., Wilk Z., Koślik P., Hadzik J., 2018b. Badanie charakterystyki spalania materiałów wysokoenergetycznych w laboratoryjnym silniku rakietowym przystosowanym do badań próbek węgla kamiennego. Przemysł Chemiczny, 7(97): 1064–1067. DOI: 10.15199/62.2018.7.6.
• Krzystolik P., Skiba J., 2009. Gospodarcze wykorzystanie metanu z pokładów węgla w warunkach polskich. Polityka Energetyczna, 12(2/2): 319–332.
• Kwarciński J., Hadro J., 2008. Metan z pokładów węgla na obszarze Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Przegląd Geologiczny, 56: 486–490.
• Poprawa P., 2010. System węglowodorowy z gazem ziemnym w łupkach – północnoamerykańskie doświadczenia i europejskie perspektywy. Przegląd Geologiczny, 58: 216–225.