Analyses of permeability and porosity of sedimentary rocks in terms of unconventional geothermal resource explorations in Poland

• Autorzy: Sowiżdżał A. , Semyrka R.

Identyfikatory

DOI

10.1515/logos-2016-0015

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Petrophysical investigations are fundamental to natural resource exploration. In order to recognise the geothermal potential of sedimentary rocks in central Poland, 259 samples were collected from prospective deep-lying geothermal reservoirs. Parameters measured include bulk density, skeletal density, effective porosity, permeability, average pore diameter and specific surface. Results indicate that at great depths (mostly > 3,000 m below surface) sedimentary rocks show low values of porosity (mainly less than 5%) and permeability (only sporadically in excess of 1 md). These values call for a petrothermal use of reservoirs, for which an Enhanced Geothermal System (EGS) was developed. Reservoirs suited for the EGS are Carboniferous and Lower Triassic sandstones in the central part of Poland (Mogilno-Łódź Trough region and a small part of the Kujawy Swell and Fore-Sudetic regions). In addition, Carboniferous limestones in this area are potentially prospective.

Słowa kluczowe

EN

petrophysical parameters; geothermal energy; enhanced geothermal systems; Central Europe

PL

parametry petrofizyczne; energia geotermalna; wspomagane systemy geotermalne; Europa Środkowa

• Wydawca: Uniwersytet im. Adama Mickiewicza. Instytut Geologii
• Czasopismo: Geologos
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 22, No. 2
• Strony: 149--163
• Opis fizyczny: Bibliogr. 53 poz.

Twórcy

autor

Sowiżdżał A.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Geology, Geophysics and Environmental Protection, Department of Fossil Fuel, Al. Mickiewicza 30, 30- 059 Kraków, Poland

autor

Semyrka R.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Geology, Geophysics and Environmental Protection, Department of Fossil Fuel, Al. Mickiewicza 30, 30- 059 Kraków, Poland

Bibliografia

• Antkowiak, M., Snyder, N.K. & Lowry, T.S., 2010. A high level geothermal system scoping model: a first step toward Enhanced Geothermal System Engineering. Proceedings, Thirty-Fifth Workshop on Geothermal Reservoir Engineering, Stanford University, Stanford, 1–8. http://www.geothermal-energy.org/pdf/IGAstandard/SGW/2010/antkowia.pdf
• Bachleda-Curuś, T. & Semyrka, R., 1997. Zastosowanie analizy porozymetrycznej dla oceny przestrzeni porowej skał w profilach utworów karbonu dolnego i kambru środkowego północno-zachodniej Polski [Application of porosimetric analysis for the assessment of the pore space in the profiles of the Lower Carboniferous and Middle Cambrian in the north-western Poland]. Zeszyty Naukowe AGH, Geologia, 23, 155–187 (in Polish).
• Brown, D.W., Duchane, D., Heiken, G. & Hriscu, V.T., 2012. Mining the Earth’s Heat: Hot Dry Rock, Geothermal Energy. Springer, 657.
• Bujakowski, W. & Tomaszewska, B. (Eds), 2014. Atlas wykorzystania wód termalnych do skojarzonej produkcji energii elektrycznej i cieplnej w układach binarnych w Polsce [Atlas of the possible use of geothermal waters for combined production of electricity and heat using binary systems in Poland]. Wydawnictwo „Jak”, Kraków, 307 pp. (in Polish with English extended abstract).
• Burzewski, W., Semyrka, R. & Słupczyński, K., 2001. Kwalifikacja naftowa przestrzeni porowej skał zbiornikowych [Petroleum qualification of the reservoir rock pore space]. Polish Journal of Mineral Resources. Geosynoptics, 3, 185–189 (in Polish).
• Čermak, V., 1979. Heat Flow Map of Europe. In: Terrestial Heat Flow in Europe. Springer, 3–40 .
• Dadlez, R., Marek, S. & Pokorski, J. (Eds), 1998. Atlas paleogeograficzny epikontynentalnego permu i mezozoiku w Polsce [Palaegeographical atlas of the epicontinental Permian and Mesozoic in Poland]. Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa, 150 (in Polish).
• Doornenbal, J.C., Abbink, O.A., Duin, E.J.T., Dusar, M., Hoth, P., Jasionowski, M., Lott, G.K., Mathiesen, A., Papiernik, B., Peryt, T.M., Veldkamp J.G. & Wirth, H., 2010. Introduction, stratigraphic framework and mapping. [In:] J.C. Doornenbal & A.G. Stevenson (Eds): Petroleum Geological Atlas of the Southern Permian Basin Area. EAGE Publications, Houten, 1–9.
• Dowgiałło, J., 1969. Występowanie wód termalnych na wybrzeżu i możliwości ich wykorzystania w lecznictwie uzdrowiskowym [The presence of thermal waters on the coast and the possibility of their use in spa treatment]. Balneologia Polska 14, 271–278 (in Polish).
• Dowgiałło, J., 1972. Występowanie i perspektywy dalszego występowania wód geotermalnych w Polsce [Occurrence and prospects for further occurrence of geothermal water in Poland]. Balneologia Polska 17, 193–199 (in Polish).
• Dowgiałło, J., Karski, A. & Potocki, I., 1969. Geologia surowców balneologicznych [Geology of balneological resources]. Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa, 295 pp. (in Polish).
• EGEC, 2013. Financing Geothermal Energy. Brochure of European Geothermal Energy Council, EGEC Policy Paper, 27.
• Gajewska, I., 1997. Trias środkowy (wapień muszlowy – kajper dolny). Trias górny (kajper). Sedymentacja, paleogeografia i tektonika [Middle Triassic (Muschelkalk – Lower Keuper). Upper Triassic (Keuper). Sedimentation, palaeogeography and tectonics]. [In:] S. Marek & M. Pajchlowa (Eds): Epikontynentalny perm i mezozoik w Polsce [Epicontinental Permian and Mesozoic in Poland]. Prace Państwowego Instytutu Geologicznego 153, 144–171 (in Polish).
• Giesche, H., 2006. Mercury porosimetry: A general (practical) overview. Particle & Particle Systems Characterization 23, 9–19.
• Górecki, W., Adamczyk, A.F., Szczepański, A., Szklarczyk, T., Ney, R., Jucha, S., Strzetelski, W., Plewa, M., Łapinkiewicz, A. P., Soboń, J., Banaś, J., Głownia, J., Stypuła, B., Kuźniak, T., Zdżyłowski, W. & Chylarecki, R., (Eds), 1990. Atlas wód geotermalnych Niżu Polskiego [Atlas of geothermal resources in the Polish Lowlands]. ZSE AGH, Kraków, 369 pp. (in Polish).
• Górecki, W., Hajto, M., Augustyńska, J., Jasnos, J. , Kuśmierek, J., Kuźniak, T., Machowski, G., Machowski, W., Nosal, J.,Michna, M., Papiernik, B., Sowiżdżał, A., Stefaniuk, M., Szczygieł, M., Wachowicz-Pyzik, A., Ząbek, G., Rajchel, L., Lemberger, M., Czop, M., Haładus, A., Kania, J., Szczepański, A., Golonka, J., Banaś, J., Mazurkiewicz, B., Solarski, W., Capik, M., Porowski, A., Oszczypko, N., Ostrowski, C., Targosz, P., Wojdyła, M., Barbacki, A., Bielec, B., Bujakowski, W., Hołojuch, G., Kasztelewicz, A., Kępińska, B., Miecznik, M., Pająk, L., Skrzypczak, R., Tomaszewska, B., Budzisz, P., Zastrzeżyńska, J., Herman, Z., Harasimiuk, M., Czerwińska, B., Kubik, B., Pasek, P., Paliychuk, U., Chowaniec, J., Szewczyk, J., Baran, U., Kudrewicz, R., Borsukiewicz-Gozdur, A., Nowak, W., Wiśniewski, S., Kurzydłowski, K. J. & Kalandyk, K. (Eds), 2013. Atlas geotermalny Karpat Wschodnich [Geothermal Atlas of the Eastern Carpathians]. AGH KSE, Kraków, 791 pp. (in Polish with English summary).
• Górecki, W., Kużniak, T., Łapinkiewicz, A.P., Maćkowski, T., Strzetelski, W. & Szklarczyk, T., (Eds), 1995. Atlas zasobów geotermalnych na Niżu Polskim [Atlas of geothermal resources in the Polish Lowland]. Towarzystwo Geosynoptyków „Geos”, Kraków, 91 pp. (in Polish).
• Górecki, W., Sowiżdżał, A. & Hajto, M. 2012. Występowanie oraz możliwości wykorzystania zasobów wód termalnych i energii geotermalnej w Karpatach [Occurrences and possibilities of using thermal waters resources and geothermal energy in the Carpathians]. [In:] Możliwości wykorzystania zasobów wodnych na obszarze Karpat. Kraków, 80–96 (in Polish).
• Górecki, W., Sowiżdżał, A., Hajto, M. & Jasnos, J., 2013. The latest results of geothermal projects in Poland. Proceedings of European Geothermal Congress, Pisa, Italy, 1–9.
• Górecki, W., Sowiżdżał, A., Jasnos, J., Papiernik, B., Hajto, M., Machowski, G., Kępińska, B., Czopek, B., Kuźniak, T., Kotyza, J., Luboń, W., Pełka, G., Zając, A., Szczepański, A., Haładus, A., Kania, J., Banaś, J., Solarski, W., Mazurkiewicz, B., Zubrzycki, A., Luboń, K., Peryt T., Barbacki, A., Pająk, L., Tomaszewska, B., Harasimiuk M., Kurzydłowski, K., Nowak, J., Latour, T., Czerwińska, B., Kudrewicz, R. & Szewczyk, J. (Eds), 2012. Atlas geotermalny zapadliska przedkarpackiego [Geothermal Atlas of the Carpathian Foredeep]. AGH KSE, Kraków, 381 pp. (in Polish).
• Górecki, W., Szczepański, A., Oszczypko, N., Hajto, M., Oszczypko-Clowes, M., Papiernik, B., Kępińska, B., Czopek, B., Haładus, A., Kania, J., Banaś, J., Kurzydłowski, K., Rożniatowski, K., Solarski, W., Mazurkiewicz, B., Kuźniak, T., Machowski, G., Michna, M., Soboń, J., Luboń, W., Pełka, G., Rajchel, L., Sowiżdżał, A., Kotyza, J., Capik, M., Hałaj, E., Harasimuk, M., Bujakowski, W., Barbacki, A., Hołojuch, G., Kasztelewicz, A., Pająk, L., Tomaszewska, B., Chowaniec, J., Zuber, A., Malata, T., Augustyńska, J., Operacz, T., Freiwald, P., Patorski, R., Witek, K., Czerwińska, B., Gąsiorek, E., Ślimak, C., Wartak, W., Skupień, M., Goryl, M., Cichoń, K., Kudrewicz, R., Budzisz, P., Zastrzeżynska, J. & Dowgiałło, J. (Eds), 2011. Atlas zasobów wód i energii geotermalnej Karpat Zachodnich [Atlas of geothermal waters and energy resources in the Western Carpathians]. AGH KSE, Kraków, 772 pp. (in Polish with English summary).
• Górecki, W., Szczepański, A., Sadurski, A., Hajto, M., Papiernik, B., Kużniak, T., Kozdra, T., Soboń, J., Szewczyk, J., Sokołowski, A., Strzetelski, W., Haładus, A., Kania, J., Kurzydłowski, K., Gonet, A., Capik, M., Śliwa, T., Ney, R., Kępińska, B., Bujakowski, W., Banaś, J., Solarski, W., Mazurkiewicz, B., Pawlikowski, M., Nagy, S., Rajchel, L., Feldman-Olszewska, A., Szamałek, K., Wagner, R., Kozłowski, T., Malenta, Z., Sapińska-Śliwa, A., Sowiżdżał, A., Kotyza, J., Leszczyński, K.P. & Gancarz, M. (Eds), 2006a. Atlas zasobów geotermalnych formacji mezozoicznej na Niżu Polskim [Atlas of geothermal resources of Mesozoic formations in the Polish Lowlands]. Ministry of Environment, ZSE AGH, Kraków, 484 pp. (in Polish with English summary).
• Górecki, W., Szczepański, A., Sadurski, A., Hajto, M., Papiernik, B., Szewczyk, J., Sokołowski, A., Strzetelski, W., Haładus, A., Kania, J., Rajchel, L., Feldman-Olszewska, A., Wagner, R., Leszczyński, K.P. & Sowiżdżał, A. (Eds), 2006b. Atlas zasobów geotermalnych formacji paleozoicznej na Niżu Polskim [Atlas of geothermal resources of Paleozoic formations in the Polish Lowlands]. Ministry of Environment, ZSE AGH, Kraków, 240 pp. (in Polish with English summary).
• Hajto, M. & Górecki, W., 2005. Geological analysis and assessment of geothermal energy resources in selected Devonian, Carboniferous and Permian reservoirs in the Polish Lowlands. Proceedings of World Geothermal Congress, Antalya, Turkey, 1–6.
• Hajto, M. & Górecki, W., 2010. Potencjał energetyczny wód termalnych na Niżu Polskim [Energy potential of thermal waters in the Polish Lowland]. Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego 439, 81–85 (in Polish with English summary).
• Hillis, R.R., Hand, M., Mildren, S., Morton, J., Reid, P. & Reynolds, S., 2004. Hot dry rock geothermal exploration in Australia. Proceedings of PESA Eastern Australasian Basins Symposium II, Adelaide, 415–423.
• Horne, R.N. & Tester, J.W., 2014. Geothermal energy an emerging option for heat and power. Bridge the Linking Engineering and Society, Emerging Issues in Earth Resources Engineering 44, 7–15.
• Karnkowski, P.H., 2008.Tectonic subdivision of Poland: Polish Lowlands. Przegląd Geologiczny 56, 895–903 (in Polish with English summary).
• Kępińska, B., 2015. Geothermal energy country update report from Poland, 2010–2014. Proceedings of World Geothermal Congress, Melbourne, Australia, 1–11.
• Kuśmierek, J. & Semyrka, R., 2003. Zmienność cech zbiornikowych przestrzeni porowo-szczelinowej piaskowców karpackich i ich kwalifikacja naftowa [Variability of reservoir properties of the pore-fracture space in Carpathian sandstones and their petroleum qualification]. Przegląd Geologiczny 51, 732–743 (in Polish with English summary).
• Miecznik, M., Sowiżdżał, A., Tomaszewska, B. & Pająk, L., 2015. Modelling geothermal conditions in part of the Szczecin Trough – the Chociwel area. Geologos 21, 187–196.
• Mizerski, W., 2011. Geologia Polski [Geology of Poland]. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 287 pp. (in Polish).
• Narkiewicz, M. & Dadlez, R. 2008. Geologiczna regionalizacja Polski – zasady ogólne i schemat podziału w planie podkenozoicznym i podpermskim [Geological regional subdivision of Poland: general guidelines and proposed schemes of sub-Cenozoic and sub-Permian units]. Przegląd Geologiczny 56, 391–397 (in Polish with English summary).
• Ney, R. & Sokołowski, J., 1987. Wody geotermalne Polski i możliwości ich wykorzystania [Geothermal waters of Poland and possibility of their use]. Nauka Polska 6, 67–92 (in Polish).
• Papiernik, B., Sowiżdżał, A. & Ciągło, J. 2008. Możliwości zagospodarowania wód geotermalnych zbiornika cenomańskiego w rejonie Proszowice–Busko–Pińczów [Possibilities of geothermal waters development from the Cenomanian aquifer of the Proszowice–Busko–Pińczów area]. Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego 429, 131–1 (in Polish with English summary).
• Plewa, M. & Plewa, S., 1992. Petrofizyka [Petrophysics]. Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa, 327 pp. (in Polish).
• Sausse, J., Dezayes, C. & Genter, A., 2007. From geological interpretation and 3D modelling to the characterization of the deep seated EGS reservoir of Soultz (France). Proceedings of European Geothermal Congress, Unterhaching, Germany. International Geothermal Association – European Branch Publications, 1–7 (https://pangea.stanford.edu/ERE/pdf/IGAstandard/EGC/2007/059.pdf).
• Semyrka, R., 2013. Jakościowa i ilościowa charakterystyka petrofizyczna subfacji dolomitu głównego w strefach paleogeograficznych [Quantitative and qualitative petrophysical characteristics of main dolomite subfacies in pleogeographical zones]. Gospodarka Surowcami Mineralnymi 29, 99–115 (in Polish with English summary).
• Semyrka, R., Semyrka, G. & Zych I., 2008. Zmienność parametrów petrofizycznych subfacji dolomitu głównego zachodniej strefy półwyspu Grotowa w świetle badań porozymetrycznych [Variability of petrophysical parameters ob subfacies in the Main Dolomite strata of the western Grotów Peninsula area in the light of porosimetric measurements]. Kwartalnik AGH, Geologia 34, 445–468 (in Polish with English summary).
• Sowiżdżał, A., 2010. Perspektywy wykorzystania zasobów wód termalnych jury dolnej z regionu niecki szczecińskiej (północno-zachodnia Polska) w ciepłownictwie, balneologii i rekreacji [Prospects of use of thermal water resources of Lower Jurassic aquifer in the Szczecin Trough (NW Poland) for space heating and balneology and recreation]. Przegląd Geologiczny 58, 613–621 (in Polish with English summary).
• Sowiżdżał, A., 2012. Potencjał geotermalny niecki szczecińskiej [Geothermal potential of the Szczecin Trough]. GEOS, Kraków, 119 (in Polish with English summary).
• Sowiżdżał, A., 2015. Characterization of geothermal reservoirs parameters in Polish part of Carpathian Foredeep. Carpathian Journal of Earth and Environmental Sciences 10, 237–246.
• Sowiżdżał, A. & Kaczmarczyk, M., 2016. Analysis of thermal parameters of Triassic, Permian and Carboniferous sedimentary rocks in central Poland. Geological Journal 51, 65–76.
• Sowiżdżał, A., Papiernik, B., Machowski, G. & Hajto, M., 2013. Characterization of petrophysical parameters of the Lower Triassic deposits in prospective location for Enhanced Geothermal System (central Poland). Geological Quarterly 57, 729–744.
• Such, P., 2002. Wykorzystanie porozymetrii rtęciowej w analizie przestrzeni porowej skał zbiornikowych [The use of mercury porosimetry analysis in the pore space of reservoir rocks]. Prace Instytutu Górnictwa Naftowego i Gazownictwa 113, 1–84 (in Polish with English summary).
• Szewczyk, J. & Gientka, D., 2009. Terrestrial heat flow density in Poland: a new approach. Geological Quarterly 53, 125–140.
• Szyperko-Teller, A., 1997. Trias dolny (pstry piaskowiec). Sedymentacja, paleogeografia i paleotektonika [Lower Triassic (Buntsandstein). Sedimentation, palaeogeography and palaeotectonics]. [In:] S. Marek & M. Pajchlowa (Eds): Epikontynentalny perm i mezozoik w Polsce [Epicontinental Permian and Mesozoic in Poland]. Prace Państwowego Instytutu Geologicznego 153, 121–132 (in Polish).
• Tenzer, H., 2001. Development of Hot Dry Rock Technology. GHC Bulletin 12, 1–9.
• Tester, J.W., Anderson, B.J., Batchelor, A.S., Blackwell, D.D., Dipippo, R., Drake, E.M., Garnish, J., Livesay, B., Moore, M.C., Nichols, K., Petty, S., Toksoz, M.N. & Veatch, R.W., 2006. The Future of Geothermal Energy. Impact of Enhanced Geothermal Systems (EGS) on the United States in the 21st Century. Massachusetts Institute of Technology (http://geothermal.inel.gov).
• Thorsteinsson, H., Augustine, C., Anderson, B.J., Moore, M.C. & Tester, J.W., 2008. The impacts of drilling and reservoir technology advances on EGS exploitation. Proceedings of the 33rd Workshop on Geothermal Reservoir Engineering, Stanford University, 1–14.
• Tiab, D. & Donaldson, E., 2004. Petrophysics: Theory and Practice of Measuring Reservoir Rock and Fluid Transport Properties. 2nd ed. Gulf Professional Publishing, 889 pp.
• Tomaszewska, B. & Szczepański, A., 2014. Possibilities for the efficient utilisation of spent geothermal waters. Environmental Science and Pollution Research 21, 11409–11417.
• Wójcicki, A., Sowiżdżał, A. & Bujakowski, W. (Eds), 2013. Ocena potencjału, bilansu cieplnego i perspektywicznych struktur geologicznych dla potrzeb zamkniętych systemów geotermicznych (Hot Dry Rocks) w Polsce [Evaluation of potential, thermal balance and prospective geological structures for needs of unconventional geothermal systems (Hot Dry Rocks) in Poland]. Ministerstwo Środowiska, Warszawa, 246 pp. (in Polish).

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).