Wstępne badania nad opracowaniem zaczynów cementowych przeznaczonych do podziemnego magazynowania wodoru w kawernach solnych

• Autorzy: Kędzierski Miłosz , Rzepka Marcin

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2022.02.04

Warianty tytułu

EN

Preliminary research on the development of cement slurries for underground hydrogen storage in salt caverns

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Artykuł przedstawia wyniki wstępnych badań nad opracowaniem zaczynów cementowych nadających się do uszczelniania rur okładzinowych w odwiertach udostępniających kawerny solne przeznaczone do podziemnego magazynowania wodoru. Receptury cementowe opracowane zostały w INiG – PIB, w Laboratorium Zaczynów Uszczelniających. Badania przeprowadzono dla temperatur w zakresie 25–60°C i ciśnień 10–30 MPa. W badanych zaczynach cementowych jako spoiwo wiążące zastosowano cement wiertniczy G. Zaczyny cementowe sporządzano na solance o pełnym nasyceniu, o gęstości 1,2 g/cm3 , ze względu na bezpośrednią obecność soli w otworze. Do solanki dodawano kolejno środki: odpieniający, upłynniający, przyspieszający wiązanie i obniżający filtrację. Pozostałe składniki: mikrocement, gips modelowy oraz cement mieszano ze sobą i wprowadzano następnie do wody zarobowej. Dla każdego zaczynu cementowego wykonywano badania parametrów reologicznych, określano gęstość i rozlewność. Mierzono odstój wody i czas gęstnienia zaczynu. Wykonywano również badania wytrzymałości na ściskanie po 2, 7, 14 i 28 dniach oraz pomiar porowatości kamieni cementowych po 28 dniach. Po przeanalizowaniu wyników badań porowatości kamieni cementowych oraz pozostałych parametrów zaczynów i kamieni cementowych, do badania przepuszczalności kamienia cementowego dla wodoru wytypowano 1 próbkę mającą najkorzystniejsze parametry. Opracowane zaczyny cementowe charakteryzowały się dobrymi parametrami reologicznymi oraz zerowym odstojem wody. Gęstości zaczynów cementowych wahały się w przedziale od 1,91 g/cm3 do 1,93 g/cm3 . Wszystkie badane próbki kamieni cementowych wraz z upływem czasu odznaczały się wzrostem parametrów mechanicznych. Rozkład porów kamieni cementowych charakteryzował się niewielką ilością porów o średnicy powyżej 100 nm, co świadczy o ich zwartej strukturze. Przedstawione badania pozwolą zdobyć wiedzę na temat zaczynów cementowych przeznaczonych do uszczelniania rur w warunkach podziemnego magazynowania wodoru w kawernach solnych. Wykonane testy stanowią wstęp do dalszych badań nad opracowaniem optymalnych rodzajów zaczynów cementowych przeznaczonych do podziemnego magazynowania wodoru w kawernach solnych.

EN

The article presents the results of preliminary research on the development of cement slurries intended for the underground storage of hydrogen in salt caverns. Laboratory tests of cement slurries were carried out at the Oil and Gas Institute – National Research Institute. The tests were carried out in the temperature range of 25–60°C and the pressure range of 10–30 MPa. Cement slurries were prepared on the basis of class G drilling cement. Cement slurries were prepared using fully saturated brine with a density of 1.2 g/cm3 due to the direct presence of salt in the wellbore. The following agents were added to the brine: defoamers, liquefying agents, accelerating setting and fluid loss control. The remaining ingredients: microcement, model gypsum and cement were mixed together and then added to the mixing water. The cement slurries were tested for density, free water, fluidity, rheological parameters, filtration and thickening time. Compressive strength tests were carried out after 2, 7, 14 and 28 days, while porosity after 28 days. The developed cement slurries were characterized by good rheological parameters and no free water. The densities of tested slurries ranged from 1,91 g/cm3 to 1,93 g/cm3 . All the tested samples of cement stones showed an increase in mechanical parameters with time. The pore distribution of cement stones was characterized by a small number of pores with diameters greater than 100 nm, which proves their compact structure. This research will provide knowledge on cement slurries intended for underground hydrogen storage in salt caverns and constitute initial research in this direction.

Słowa kluczowe

PL

kawerny solne; zaczyn cementowy; podziemny magazyn; wodór; energia odnawialna

EN

salt caverns; cement slurry; underground hydrogen storage; renewable energy

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2022
• Tom: R. 78, nr 2
• Strony: 120--127
• Opis fizyczny: Bibliogr. 33 poz.

Twórcy

autor

Kędzierski Miłosz

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Rzepka Marcin

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• An J., 2012. The hydrogen utilization in our country development present situation analysis. Gas Sep., 2: 29–30.
• Bai M., 2014. Risk Assessment for CO2 Leakage Along Abandoned Wells Using a Monte Carlo Simulation in a CO2 Sequestration Site. Petroleum Science and Technology, 32(10): 1191–1200. DOI: 10.1080/10916466.2011.648042.
• Bai M., Qiao Z., 2012. Well Integrity analysis of injection wells during CO2 sequestration. Oil Drilling Prod. Technol., 34(4): 85–88.
• Bai M., Reinicke K.M., 2013. Numerical simulation of CO2 leakage through abandoned well during CO2 underground storage. Third SinoGerman Conference & Excursions, Goslar, Germany.
• Bai M., Reinicke K.M., Ai C., Feng F., 2013. A quantitative analysis of CO2 leakage along abandoned well during CO2 sequestration. Geol. Rev., 59(1): 107–112.
• Bai M., Song K., Sun Y., He M., Li Y., Sun J., 2014. An overview of hydrogen underground storage technology and prospects in China. Journal of Petroleum Science and Engineering, 124: 132–136. DOI: 10.1016/j.petrol.2014.09.037.
• Basniev K.S., Omelchenko R.J., Adzynova F.A., 2010. Underground hydrogen storage problems in Russia. Schriften des Forschungszentrums Jülich / Energy & Environment, 78(4): 47–49.
• Bent S., 2007. Underground hydrogen storage in geological formations and comparison with other storage solutions. [W:] Sørensen B. Hydrogen Power Theoretical and Engineering Int. Symp. Merida Technical University, Denmark:1-9.
• Carden P., Paterson L., 1979. Physical, chemical and energy aspects of underground hydrogen storage. Int. J. Hydrogen Energy, 4: 4–8. DOI: 10.1016/0360-3199(79)90083-1.
• Chang X., Yang L., Liang J., 2009. The research progress of hydrate hydrogen storage technology. Stanford Mater., 23(10): 83.
• Chen Y., Chen Q., Han X., 2003. Fuel Cell Vehicles Using Hydrogen Source Development Trend of Fuel Cell. The Second of International Youth Hydrogen Forum, Beijing: 202–206.
• Foh S., Novil M., Rockar E. Randolph P., 1979. Underground hydrogen storage. Final report. [Salt caverns, excavated caverns, aquifers and depleted fields]. Brookhaven National Lab., Upton, NY, United States. DOI: 10.2172/6536941.
• Gao P., 2012. The research and application of hydrogen energy in modern industry. Sci. Technol. Wizard, 35: 188.
• Ge C., Liu J., 2012. Hydrogen energy economy study abroad briefly. East Chin. Electric Power, 40(12): 21–42.
• Hexeberg I., Hagen E.F., 2005. Renewable hydrogen energy systems. 18th World Petroleum Congress, Johannesburg, South Africa.
• Kaliski M., Janusz P., Szurlej A., 2010. Podziemne magazyny gazu jako element krajowego system gazowego. Nafta-Gaz, 66(5): 325–332.
• Kruck O., Crotogino F., Prelicz R., Rudolph T., 2013. Assessment of the potential, the actors and relevant business cases for large scale and seasonal storage of renewable electricity by hydrogen underground storage in Europe. Overview on all Known Underground Storage Technologies for Hydrogen. <http://hyunder.eu/wp-content/uploads/2016/01/D3.1_Overview-of-all-known-undergroundstorage-technologies.pdf> (dostęp: 12.10.2021).
• Li J., 2005. Underground gas storage in the Beijing-Tianjin region balanced the role of natural gas supply and demand. Int. Pet. Econ., 13(6):37–38.
• Lin C., Wei H., 2010. Hydrogen and hydrogen production, the current situation of hydrogen storage. Energy Saving Environ. Prot., 2: 42–43.
• Ma M., 2012. Ten years later, the hydrogen can be competitive with fossil fuels. Chin. Pet. News, 7: 1–2.
• Panfilov M., 2016. Underground and pipeline hydrogen storage. Compendium of Hydrogen Energy: 91–115. DOI: 10.1016/B978-1-78242--362-1.00004-3.
• Ren T., Jiang D., Cao L., 2012. The feasibility of the construction of underground salt cavity gas storage and key technology. Gas Heat, 32(9): 35–37.
• Riis T., Hagen E.F., 2004. Hydrogen Production – Gaps and Priorities. IEA Hydrogen Coordination Group.
• Skjei R.E., King M.J., Stewart D.H., 1980. Energy storage in aquifers. International Society for Rock Mechanics, Presented at ISRM International Symposium, Rockstore 80, Stockholm, Sweden.
• Such P., 2020. Magazynowanie wodoru w obiektach geologicznych. Nafta-Gaz, 76(11): 794–798. DOI: 10.18668/NG.2020.11.04.
• Tarkowski R., 2019. Underground hydrogen storage: Characteristics and prospects. Renewable and Sustainable Energy Reviews. Elsevier, 105(C): 86–94. DOI: 10.1016/j.rser.2019.01.051.
• Ullah S.Z., Bukhari S.R.S., 2008. Geothermal reservoirs: a renewable source of energy and an extension of petroleum engineering. CIPC/SPE Gas Technology Symposium 2008 Joint Conference, Calgary, Alberta, Canada. DOI: 10.2118/114718-MS.
• Wu D., 2010. The security analyze of oil and natural gas underground salt cavity storage. Saf. Health Environ., 10(2): 22–24.
• Yang Z., Zhang X., Deng D., 2008. Underground gas storage injection-production well completion process. Well Testing, 2: 63–68.
• Zhang X., 2000. New transportation of renewable hydrogen energy and hydrogen storage. Sci. Technol. Hangyang, 4: 55–56.
• Zhao K., 2009. Injection Wells. The Formation Underground Gas Storage in the Process of the Usability Research. Ph.D. Thesis of Chinese Academy of Sciences: 1–5.
• Akty prawne i dokumenty normatywne
• PN-EN ISO 10426-1:2009 Przemysł naftowy i gazowniczy – Cementy i materiały do cementowania otworów – Część 1: Specyfikacja.
• PN-EN ISO 10426-2:2003 Przemysł naftowy i gazowniczy – Cementy i materiały do cementowania otworów wiertniczych – Część 2: Badania cementów wiertniczych.