Wpływ temperatury na porowatość i przepuszczalność skał osadowych

• Autorzy: Sygała A. , Bukowska M.

Warianty tytułu

EN

The effect of temperature on porosity and permeability of sedimentary rocks

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań zmian porowatości otwartej i przepuszczalności karbońskich skał osadowych, poddanych działaniu temperatury 600 i 1000°C, w aspekcie prowadzenia procesu podziemnego zgazowania węgla. Badania laboratoryjne przeprowadzono dla iłowców, które budują stropy bezpośrednie pokładów węgla w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym i dla piaskowców, które również mogą lokalnie występować w stropach bezpośrednich karbonu produktywnego. Iłowce i piaskowce o różnym uziarnieniu, pobrano z obecnie eksploatowanych grup stratygraficznych karbonu produktywnego. Przed przystąpieniem do badań z każdej serii skał wydzielono próbki, na których eksperymenty przeprowadzono w stanie powietrzno-suchym, bez wcześniejszego ogrzewania. W celu dokonania analizy zmian porowatości i przepuszczalności skał, zdecydowano się na zastosowanie wartości znormalizowanej. Na podstawie wyników badań, stwierdzono wzrost omawianych parametrów. Działanie wybranych temperatur na badane próbki skalne spowodowało, generalnie, wzrost ich porowatości otwartej w porównaniu z jej wartością oznaczoną w stanie powietrzno-suchym. Największe wzrosty porowatości zaobserwowano dla skał o stosunkowo małej porowatości otwartej stwierdzonej w stanie powietrzno-suchym. Wzrost wartości współczynnika filtracji po działaniu temperatury 1000°C w przypadku iłowców nie spowodował zmian w charakterze ich przepuszczalności (próbki pozostały nieprzepuszczalne). Wśród piaskowców o różnym uziarnieniu obserwowano wzrost współczynnika filtracji do wartości przyporządkowującej im półprzepuszczalny charakter, bez względu na ich przepuszczalność określoną w warunkach temperatury pokojowej.

EN

This paper presents the results of research into changes in open porosity and permeability of sedimentary Carboniferous rocks subjected to the temperature of 600 and 1000°C, with respect to the process of underground coal gasification. Laboratory tests were conducted for claystones which form the immediate strata overlying coal seams in the Upper Silesian Coal Basin, and sandstones which may also occur locally in the immediate roof strata of productive Carboniferous. Claystones and sandstones of different grain size, were collected from the currently mined stratigraphic groups of productive Carboniferous. Before commencing the tests, samples from each of the rock series were selected to be tested in air-dry state without prior heating. To analyse changes in porosity and permeability of the rocks, it was decided to apply a normalized value. Basing on the test results, an increase in the discussed parameters was observed. Generally, influence of the selected temperature on the tested rock samples resulted in an increase in their open porosity, in comparison with its value measured in the air-dry state. The biggest increase in porosity was observed in rocks of relatively low open porosity in the air-dry state. In claystones an increase in the value of hydraulic conductivity, after heating to 1000°C, did not affect their permeability (the samples remained impermeable). In sandstones of different grain size, hydraulic conductivity rose to the value characteristic for semipermeable materials, independently on their original permeability determined at room temperature.

Słowa kluczowe

PL

temperatura wysoka; porowatość otwarta; przepuszczalność; podziemne zgazowanie węgla

EN

high temperature; open porosity; permeability; underground coal gasification

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Górnictwa
• Czasopismo: Przegląd Górniczy
• Rocznik: 2015
• Tom: T. 71, nr 12
• Strony: 116--123
• Opis fizyczny: Biliogr. 13 poz., wykr.

Twórcy

autor

Sygała A.

• Główny Instytut Górnictwa, Interdyscyplinarne Studia Doktoranckie Centrum Czystych Technologii Węglowych

autor

Bukowska M.

• Główny Instytut Górnictwa, Zakład Tąpań i Mechaniki Górotworu

Bibliografia

• 1. Bednarczyk J.: Rozwój technologii podziemnego zgazowania węgla i perspektywy jej przemysłowego wdrożenia. „Górnictwo i Geoinżynieria” 2007, R. 31, z. 3, 87–104.
• 2. Brotóns V., Tomás R., Ivorra S., Alarcón J.C.: Temperature influence on the physical and mechanical properties of a porous rock: San Julian’s calcarenite. Engineering Geology 2013, Vol. 167, 117–127.
• 3. Chaki S., Takarli M., Agbodjan W.P.: Influence of thermal damage on physical properties on a granite rock: Porosity, permeability and ultrasonic wave evolutions. Construction and Building Materials 2008, Vol. 22, Issue 7, 1456–1461.
• 4. Kapusta K., Stańczyk K., Korczak K., Pankiewicz M., Wiatowski M.: Wybrane aspekty oddziaływania procesu podziemnego zgazowania węgla na środowisko wodne. Prace Naukowe GIG: „Górnictwo i Środowisko” 2010, Nr 4, 17–27.
• 5. Ludwik-Pardała M.: Przegląd przyczyn i mechanizmów migracji gazów powstałych w procesie podziemnego zgazowania węgla. „Przegląd Górniczy” 2013, Nr 3, 77–84.
• 6. Małkowski P., Skrzypkowski K., Bożęcki P.: Zmiany zachowania się skał pod wpływem wysokich temperatur w rejonie georeaktora. Prace Naukowe GIG: „Górnictwo i Środowisko” 2011, Nr 4/2, 259–272.
• 7. Paczyński B., Sadurski A. (red.): Hydrogeologia regionalna Polski. Tom II – Wody mineralne, lecznicze i termalne oraz kopalniane. Państwowy Instytut Geologiczny. Warszawa 2007.
• 8. Pazdro Z., Kozerski B.: Hydrogeologia ogólna. Wyd. III, Wydawnictwo Geologiczne, Warszawa 1990.
• 9. Różkowski A.: Środowisko hydrogeologiczne wód geotermalnych w utworach karbonu produktywnego Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Technika Poszukiwań Geologicznych, „Geosynoptyka i Geotermia” 2001, Nr 5, 51–62.
• 10. Tian H., Kempka T., Xu N.-X., Ziegler M.: Physical Properties of Sandstone After High Temperature Treatment. Rock Mechanics and Rock Engineering 2012, Vol. 45, 1113–1117.
• 11. Walter K.: Fire in the Hole. Lawrence Livermore National Laboratory. ST&R April 2007.
• 12. Yavuz H., Demirdag S., Caran S.: Thermal effect on the physical properties of carbonate rocks. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 2010, Vol. 47, 94–103.
• 13. Younger P.L.: Hydrogeological and geomechanical aspects of underground coal gasification and its direct coupling to carbon capture and storage. Mine Water and the Enviroment 2011, Vol 30, Issue 2, 127-140.