BazTech - Yadda

1

Thermal energy storage in rock bed - CFD analysis

Jurczyk Michał, Rulik Sebastian, Bartela Łukasz

Journal of Power Technologies

|

2020

|

Vol. 100, nr 4

301--307

EN

This article reports on an analysis of the possibility of storing thermal energy in a rock bed. The calculations were made in Ansys CFX 18.0 CFD. The analysis determined the charging time of a packed bed of granite rocks in variable flow conditions for the assumed geometry of the energy storage system. The model was 2-dimensional, consisting of two domains connected by an interface. The packed bed was modelled using a porous model approach. The inlet velocity was varied in the range 0.25-4 m/s. The total charging time was 70 to 1100 min, depending on inlet velocity.

2

Ocena możliwości wykorzystania desorpcji termicznej do wyznaczania charakteru nasyceń w profilu odwiertu

Matyasik Irena, Zapała Marek, Kierat Maria, Kania Małgorzata, Bieleń Wojciech, Spunda Karol

Nafta-Gaz

|

2019

|

R. 75, nr 12

731--742

PL

Celem niniejszej pracy jest przedstawienie szybkiej metody oceny typu wolnych węglowodorów, występujących w profilu otworu, wykorzystującej jako narzędzie pirolizę połączoną z chromatografią gazową (Py-GC). Metoda ta, jako alternatywa dla dotychczas stosowanych – pirolizy Rock-Eval i ekstrakcji rozpuszczalnikowej, mogłaby służyć do typowania poziomów do bardziej szczegółowych badań. W tym celu wykonano badania porównawcze rdzeni pochodzących ze strefy akumulacji ropy naftowej w utworach dolomitu głównego na Niżu Polskim. Wyniki eksperymentów Py-GC prowadzonych w 350°C z detekcją desorbowanych związków na detektorze płomieniowo-jonizacyjnym (Py-GC/FID) dowiodły pozytywnej korelacji z ilością wolnych węglowodorów (S1) uwalnianych w 300°C podczas pirolizy Rock-Eval oraz zawartością ekstrahowalnej substancji organicznej (ESO). Metoda Py-GC/FID ma jednak tę przewagę nad pozostałymi dwiema metodami, że otrzymany chromatogram pokazuje dystrybucję desorbowanych węglowodorów i umożliwia obliczenie niektórych wskaźników geochemicznych, co pozwala na wstępną charakterystykę akumulacji. Ocenę przydatności metody w aspekcie charakterystyki uwalnianych produktów przeprowadzono, wykonując dla kilku badanych rdzeni analizy chromatograficzne GC-FID frakcji nasyconej ekstraktu bitumicznego i obliczając na ich podstawie wskaźniki geochemiczne. Wyniki porównania wykazały generalnie podobieństwo dystrybucji węglowodorów, a dla niektórych próbek również zgodność obliczonych wskaźników. Na tej podstawie należy uznać, że dystrybucja produktów desorpcji Py-GC/FID skał w 350°C pozwala na uzyskanie części informacji dostarczanych przez analizę chromatograficzną GC-FID frakcji nasyconej ekstraktu bitumicznego bez konieczności wstępnej preparatyki chemicznej materiału rdzeniowego, co znacznie skraca czas i obniża koszty analizy. Dystrybucja desorbowanych węglowodorów w korelacji z wynikami pirolizy Rock-Eval może stanowić narzędzie typowania poziomów do szczegółowej charakterystyki geochemicznej. Procedura poszerza zakres badań geochemicznych o kolejną metodę wnoszącą wkład do rozpoznania basenów naftowych.

EN

The purpose of this work was to present a quick method for assessing the type of free hydrocarbons occurring in the borehole profile, using pyrolysis combined with gas chromatography (Py-GC) as a tool. This method, as an alternative for the previously used – Rock Eval pyrolysis and solvent extraction – could be used to select levels for more detailed research. For this purpose, comparative tests were carried out of cores originating from the oil accumulation zone in the Main Dolomite formations in the Polish Lowlands. The results of Py-GC experiments carried out at 350ºC with the detection of desorbed compounds on the flame ionization detector (Py-GC/FID) showed a positive correlation with the amount of free hydrocarbons (S1) released at 300ºC during Rock-Eval pyrolysis and the content of extractable organic substance (ESO). However, the Py-GC/FID method has the advantage over the other two methods in that the resulting chromatogram shows the distribution of desorbed hydrocarbons and makes it possible to calculate some geochemical indicators, allowing the preliminary characterization of accumulation. The assessment of the method’s usefulness in terms of the characteristics of released products was carried out by performing GC-FID chromatographic analyses of the saturated fraction of bituminous extract for several tested cores and calculating the geochemical indices on their basis. The results of the comparison generally demonstrated a similarity of hydrocarbon distribution, and for some samples also compliance with the calculated indices. On this basis, it should be considered that the distribution of Py-GC/FID desorption products of rocks at 350ºC allows obtaining part of the information provided by GC-FID chromatographic analysis of the saturated fraction of the bituminous extract without the need for chemical pre-treatment of the core material, which significantly reduces the time and costs of analysis. The distribution of desorbed hydrocarbons in correlation with the results of Rock Eval pyrolysis can be a tool for selecting levels for detailed geochemical recognition. The procedure extends the scope of geochemical research with another method contributing to the recognition of oil basins.

3

Ocena jakościowa węglowodorów generowanych z różnego typu skał macierzystych oparta na wynikach badań PY-GC, Rock-Eval i Leco

Matyasik I., Kania M., Kierat M., Brzuszek P.

Nafta-Gaz

|

2017

|

R. 73, nr 10

719--729

PL

Artykuł prezentuje zastosowanie metody wysokotemperaturowej pirolizy połączonej z chromatografią gazową (PY-GC) do oceny składu molekularnego węglowodorów generowanych z różnego typu skał macierzystych. Określenie produktów generacji umożliwia predykcję ekspulsji i migracji, a tym samym przyjęcie odpowiednich założeń do modelowania przepływów w systemie naftowym. Podjęto również próbę korelacji różnych metod pirolitycznych stosowanych w analizach skał macierzystych. Eksperymenty prowadzono zarówno na materiale rdzeniowym, jak i na kerogenie wyizolowanym ze skał macierzystych. Do badań użyto próbek zasobnych w materię organiczną o niskim stopniu przeobrażenia termicznego, tj. o niesczerpanym potencjale generacyjnym. Reprezentowały one II i III typ kerogenu. Wieloetapowa PY-GC pozwoliła nie tylko wskazać różnice potencjału generacyjnego pomiędzy kerogenem II i III typu, ale również wyróżnić formacje, w których jest reprezentowany ten sam typ kerogenu. Ocena ilościowa produktów pirolizy pozwala ponadto na dobór optymalnych warunków analizy PY-GC. Porównanie produktów desorpcji i pirolizy otrzymanych metodą PY-GC może być zastosowane do korelacji rop/bituminów ze skałą macierzystą.

EN

The article presents the method of high temperature pyrolysis combined with gas chromatography PY-GC to evaluate the characteristics of different types of source rocks in terms of diversity of the molecular composition of generated hydrocarbons. The qualification of the generated products enables the prediction of expulsion and migration, and therefore the adoption of appropriate assumptions in the modeling process of flows in the oil system. It also examines the correlation of different pyrolysis methods used in the analysis of source rocks. Experiments were carried out both on the core material and the kerogen isolated from the source rocks. Tests were performed on samples rich in organic matter on the low level of thermal transformation, and unexhausted generation potential. They represented the type II and type III kerogen. Multistage pyrolysis (PY-GC) allowed to point out not only the diversity of generation potential between II and III kerogen type, but also to differentiate formations, which are represented by the same type of kerogen. Quantitative assessment of the pyrolysis products gives information about the optimum PY-GC analysis conditions, bringing more information about the type of kerogen, which can be used in the geochemical interpretation. The comparison of PY-GC products after desorption and pyrolysis can be used in the correlation of oils/bitumens with source rock.

4

Wykorzystanie pirolitycznej chromatografii gazowej do określania składu produktów symulowanego procesu generowania węglowodorów

Kania M., Janiga M.

Nafta-Gaz

|

2015

|

R. 71, nr 10

720--728

PL

W artykule przedstawiono elementy optymalizacji nowej procedury badawczej, jaką jest pirolityczna chromatografia gazowa (Py-GC), która może zostać wykorzystana do określania typu związków organicznych generowanych przez różnego rodzaju skały macierzyste. Nowo opracowana metodyka badawcza doskonale nadaje się do badań różnego typu próbek geologicznych, m.in. rdzeni skalnych, kerogenu, jak również ekstraktów bitumicznych czy frakcji asfaltenowych, wyekstrahowanych ze skał macierzystych. W ramach badań laboratoryjnych wykonano optymalizację warunków analizy chromatograficznej i procesu pirolizy (temperatury i czasu) oraz skontrolowano wpływ wybranych parametrów na powtarzalność metody.

EN

This article presents elements for the optimization of new research methodology, such as pyrolysis gas chromatography (Py-GC) that can be used to determine the type of organic compounds generated by various source rocks. Newly developed research methodology is well suited for various types of geological samples analysis (such as: cores, kerogen, as well as bitumen or asphaltene fraction, extracted from source rocks). In the laboratory tests the optimization of conditions for chromatographic analysis and pyrolysis process was performed (temperature and time) and the influence of selected parameters on the method’s repeatability was checked.

5

Potencjał węglowodorowy węgli Górnośląskiego Zagłębia Węglowego

Semyrka G.

Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego

|

2008

|

nr 429

173-182

PL

Górnośląskie Zagłębie Węglowe tworzy nieckę o trójkątnym zarysie, wypełnioną węglonośnymi utworami karbonu górnego. Jest to zagłębie typu orogenicznego, uformowane w zapadlisku przedgórskim. W Zagłębiu występują dwa typy genetyczne węgla, odzwierciedlające pierwotny materiał roślinny oraz wpływ redukcyjnych lub utleniających warunków środowiska sedymentacji: węgle humusowe i węgle sapropelowe. Ilościowy stosunek mas cząsteczek nieparzystych do parzystych w łańcuchu molekularnym n-alkanów (wskaźnik CPI) oraz stosunek izoprenoidów pristanu do fitanu (Pr/Ph) są parametrami stosowanymi do różnicowania środowisk utleniających i beztlenowych. Na podstawie uzyskanych wskaźników analitycznych dokonano kompleksowej oceny jakości węgli w zakresie ich typu genetycznego, chemizmu środowiska sedymentacji oraz stopnia przeobrażenia termicznego. W ocenie stopnia dojrzałości badanych typów węgla najbardziej wiarygodne wydają się być pomiary refleksyjności witrynitu R(o). Wartości refleksyjności R(o) określone dla węgli sapropelowych wskazują, że znalazły się one w stadium katagenezy w stopniu przeobrażenia odpowiadającym fazie okna ropnego, natomiast węgle humusowe osiągnęły stopień dojrzałości odpowiadający zaawansowanym przemianom katagenetycznym. Analizę generowania węglowodorów oparto na założeniach modelu wolumetrycznego, podstawą którego są parametry geochemiczne uzyskane z pirolizy metodą Rock-Eval w zakresie zawartości węgla organicznego TOC (% wag.) i wskaźnika wodorowego HI (mg HC/g TOC) w odniesieniu do gęstości skały p (g . cm-3) dla dowolnych typów kerogenu.

EN

The Upper Silesian Coal Basin represents a triangular trough filled with Upper Carboniferous coal-bearing strata. This is an orogenic basin developed in a foredeep. As regards origin, two coal types occur in the Upper Silesian Coal Basin: humic coals and sapropelic coals. The types reflect primary plant material and the influence of reducing or oxidating conditions in the depositional environment. The CPI indicator, representing the mass ratio of odd to even molecules in the molecular chain of the n-alkanes, and the pristane/phytane ratio are the parameters used to differentiate oxidizing and oxygen-free environments. A complex evaluation of the coal quality was carried out on the basis of the obtained analytical indicators: their genetic types, thermal transformation degree and depositional environment chemistry were determined. For evaluation of the maturation degree of these coals, vitrinite reflectance (Ro) measurements seem to be most reliable. Ro values determined for the sapropelic coals indicate that they reached the stage of catagensis and their transformation degree corresponds with the oil window. On the other hand, the maturation degree of the humic coals corresponds with advanced catagenetic alteration. The hydrocarbon generation analysis has been based on the assumptions of a volumetric model, using geochemical data derived from the Rock-Eval pyrolysis, including organic carbon content TOC (wt.%) and hydrogen index HI (mg HC/g TOC) as related to the rock formation density p (g . cm-3 ) for any kerogen types.

6

Wskaźniki geochemiczne w ocenie skały macierzystej na przykładzie węgli kamiennych Górnośląskiego Zagłębia Węglowego

Semyrka G.

Technika Poszukiwań Geologicznych

|

2006

|

R. 45, nr 2

23-29

PL

W Górnośląskim Zagłębiu Węglowym występują dwa typy genetyczne węgli odzwierciedlające pierwotny materiał roślinny oraz wpływ redukcyjnych lub utleniających warunków środowiska sedymentacji: węgle humusowe i węgle sapropelowe. W celu jakościowo-ilościowej oceny węgli jako skały macierzystej przeprowadzono badania geochemiczne w zakresie analizy elementarnej oraz analizy n-alkanów i izoprenoidów. Do określenia potencjału węglowodorowego skały macierzystej konieczne jest ustalenie składu pierwiastkowego substancji organicznej, pozostającego w ścisłej zależności od jej typu genetycznego. Najczęściej stosowanymi biomarkerami, ze względu na ich powszechne występowanie są n-alkany, a ilościowy stosunek mas cząsteczek nieparzystych do parzystych w łańcuchu molekularnym n-alkanów obrazuje wskaźnik CPI. Stosunek izoprenoidów pristanu do fitanu jest parametrem stosowanym do różnicowania środowisk utleniających i beztlenowych. Parametrem służącym do oceny źródła pochodzenia materii organicznej oraz stopnia jej przeobrażenia jest stosunek izoprenoidów do n-alkanów. W oparciu o uzyskane wskaźniki analityczne dokonano kompleksowej oceny jakości węgli w zakresie ich typu genetycznego, stopnia przeobrażenia termicznego oraz chemizmu środowiska sedymentacji.

EN

As regards origin, two types of coal are found in the Upper Silesian Coal Basin: humic coals and sapropelic coals, which reflects primary plant material and influence of reducing or oxidating conditions in the depositional environment. For the purpose of qualitative and quantitative evaluation of the coals as source rocks, geochemical studies, namely the elemental analysis and n-alkane and isoprenoid analyses were carried out. To determine the hydrocarbon potential of a source rock it is necessary to establish the elemental composition of organic matter, which depends on its genetic type. N-alkanes are the most frequently used biomarkers, considering their common occurrence. The CPI indicator represents the mass ratio of odd to even molecules in the molecular chain of the n-alkanes. The pristine/phytane ratio is a parameter used to differentiate oxidizing environments from oxygen-free environments. The ratio of isoprenoids to n-alkanes is a parameter used for assessment of a source of the organic matter and its transformation degree. On the basis of the obtained analytical indicators, complex evaluation of the coal quality was carried out: their genetic types, thermal transformation degrees and the depositional environment chemistry were determined.

7

Korelacja ropa naftowa-skała macierzysta w dolomicie głównym basenu cechsztyńskiego

Kowalski A.

Technika Poszukiwań Geologicznych

|

2006

|

R. 45, nr 2

73-75

8

Potencjał naftowy utworów dolomitu głównego w strefie Kamienia Pomorskiego. Część 1 - Macierzystość

Kotarba M. J., Kosakowski P., Więcław D., Kowalski A.

Przegląd Geologiczny

|

2003

|

Vol. 51, nr 7

587-594

PL

Na podstawie wyników badań geochemicznych wykonanych dla 55 profili dolomitu głównego, w obrębie platformy węglanowej Kamienia Pomorskiego i jej bezpośredniego otoczenia, dokonano kompleksowej charakterystyki macierzystości skał z uwzględnieniem wydzieleń paleogeograficznych i mikrofacjalnych. Najwyższe zawartości węgla organicznego TOC, do 5,8% wag., występują w obrębie facji madstonowej zatoki równi basenowej. Facje madstonowe płytszej części równi basenowej oraz stoku platformy węglanowej cechują się niższą zawartością węgla organicznego, do 1,36% wag. Facja bandstonowa saliny ma bardzo niski rezydualny potencjał genetyczny. Jednakże skała ta prawdopodobnie zawierała znaczną ilość algowej materii organicznej, której pierwotny potencjał węglowodorowy wyczerpał siępodczas przeobrażenia termicznego. W wyniku tego facja bandstonowa saliny została zakwalifikowana do efektywnych skał macierzystych. W dolomicie głównym analizowanego obszaru dominuje kerogen ropotwórczy II typu z nieznacznym udziałem kerogenu typu I i III. Zidentyfikowany kerogen II typu jest w klasie wysokiego potencjału węglowodorowego. Stopień przeobrażenia materii organicznej badanych utworów odpowiada przejściu generowania fazy mikrobialnej w początkowe stadia generacyjne okna ropnego.

EN

Basedon the results ofgeochemical analyses, 56 Main Dolomite profiles in the Kamień Pomorski carbonate platform and its immediate vicinity were characterised for source rock properties. The highest TOC values, to 5.8% wt., could be observed in the mudstone fades in the bay of basin plain. Mudstone fades in the shallower part of the basin plain and in the slope of the carbonate platform had a lower TOC, down to 1.36% wt. The boundstone fades in the saline zone had a very low residual genetic potential. However this rock probably contained algal organic matter which initial hydrocarbon potential run down during thermal maturation. As a result, the boundstone fades was classified as efficient source rock. In the analysed area of the Main Dolomite, oil-prone kerogen type II dominates. The share of kerogen type I and III is small. Identified kerogen II type has a high hydrocarbon potential. The organic matter in the analysed Main Dolomite strata is immature or low mature which corresponds to the end of microbial phase generation and beginning of the "oil window "phase.

9

Ocena macierzystości i potencjału naftowego utworów jury środkowej południowo-wschodniej Polski

Kotarba M. J., Więcław D., Kosakowski P., Zacharski J., Kowalski A.

Przegląd Geologiczny

|

2003

|

Vol. 51, nr 12

1031-1040

PL

Utwory doggeru w Polsce południowo-wschodniej występują w trzech strefach - Krakowa-Brzeska, Tarnowa i Rzeszowa. Analiza geochemiczna tych utworów wykazuje niską zawartość rozproszonej materii organicznej 0,2-0,6 % wag., ze znaczącym przyrostem w strefie rzeszowskiej do 3,8 % wag. Najwyższe zawartości materii organicznej, do 15,7 % wag. w profilu odwiertu Tarnawa-1 są związane z obecnością substancji węglistej w postaci lamin i soczewek. Materia organiczna utworów jury środkowej ma charakter mieszany - kerogen typu II/III w strefie Kraków-Brzesko i w strefie Tarnowa oraz lądowy - kerogen typu III w strefie rzeszowskiej. Stopień dojrzałości kerogenu, określony temperaturą Tmax, kwalifikuje skały macierzyste doggeru strefy Kraków-Brzesko i strefy Tarnowa jako niedojrzałe do generowania węglowodorów, a strefy Rzeszowa lokuje je w przedziale generacyjnym początku okna ropnego. Z tego względu modelowanie potencjału generacyjnego wykonano jedynie dla profilu doggeru strefy rzeszowskiej. Wykazano, że dojrzałość termiczna materii organicznej i kinetyczna transformacja kerogenu nie spowodowała wytworzenia znaczącego potencjału generacyjnego i osiągnięcia progu ekspulsji węglowodorów. Warunki efektywnej ropotwórczości utworów doggeru wymagają ich pogrążenia rzędu 5000 metrów, ze względu na niski gradient termiczny nasuniętego fliszu karpackiego. W tej sytuacji rozpoznane górnokredowe i górnojurajskie akumulacje naftowe podłoża zapadliska przedkarpackiego mogły być zasilane od głęboko pogrążonych doggerskich skał macierzystych.

EN

The Middle Jurassics trata in the SE Poland occur on the Kraków-Brześko, Tarnów and Rzeszów areas. It follows from the organic geochemical analysis of the Dogger strata have a low organic matter content 0.2 to 0.6% wt., to significantly increase in the Rzeszów area up to 3.8% wt. The highest organic matter contents, up to 15.7% wt. in the well Tarnawa-I is connected with the presence oflamines and lenses of carbonaceous organic matter. Middle Jurassic organic matter is of mixed type - herogen II/III in the Kraków-B rześko and Tarnów areas, and terrestrial - kerogen type HI in the Rzeszów area. The Dogger source rocks in the Kraków-Brześko and Tarnów areas are immature. In the Rzeszów area they are qualified at the beginning of oil window generation. Therefore, the generation potential was modelled in reference only to the Middle Jurassic profile in the Rzeszów area. The thermal maturity of organic matter and kinetic transformation of kerogen did not produce a significant generation potential and did not cross threshold of hydrocarbon expulsion. To obtain good conditions for hydrocarbon generation within the Middle Jurassic strata, they should be buried below 5000 meters due to the low thermal gradient of the overthrusted Carpathian Flysch. In such situation, the deep buried Dogger source rocks could supply the recognised Upper Cretaceous and Upper Jurassic oil accumulations of the Carpathian Foredeep basement.

10

Skład, geneza i środowisko generowania gazu ziemnego w utworach dolomitu głównego zachodniej części obszaru przedsudeckiego

Kotarba M.J., Więcław W., Stecko Z.

Przegląd Geologiczny

|

2000

|

Vol. 48, nr 5

429-435

PL

Prawie wszystkie badane gazy ziemne dolomitu głównego zostały wytworzone z ropotwórczego kerogenu typu II. Utwory dolomitu głównego spełniają rolę zarówno skały macierzystej, jak i zbiornikowej. Zasadnicza część metanu i wyższych węglowodorów gazowych została wytworzona we wczesnej niskotemperaturowej fazie procesów termogenicznych. Składowa mikrobialna metanu jest największa w złożach: Jeniniec, Sulęcin (część południowa), Lubiszyn i Czeklin, a mniejsza w złożach Różańsko, Barnówko-Buszewo-Mostno, Namyślin, Ownice, Stanowice i Zielin. Dane te świadczą, że pułapki tych złóż były już uformowane i uszczelnione na wstępnym, mikrobialnym stadium przeobrażenia kopalnej substancji organicznej dolomitu głównego. Pułapki te były sukcesywnie wypełniane węglowodorami termogenicznymi, które powstawały na kolejnych wyższych etapach przeobrażenia tej samej substancji macierzystej. Tylko gaz ze złóż Chlebowo oraz Sulęcin (część północna) został wytworzony z kerogenu III typu na wysokotemperaturowym etapie procesów termogenicznych i najprawdopodobniej dopłynął z utworów karbonu. Azot wchodzący w skład gazów dolomitu głównego, najprawdopodobniej w większości powstał z morskiej substancji organicznej podczas jej przeobrażenia termogenicznego.

EN

Geochemical characteristics of organic matter and origin of natural gases accumulated in the Zechstein Main Dolomite strata of the western part of the Fore-Sudetic area have been presented in the paper. Almost all the analysed natural gases were generated from oil-prone type II kerogen. The Main Dolomite strata play the role of both a source rock and reservoir. The basic part of the methane and higher gaseous hydrocarbons were produced in the early low-temperature phase of thermogenic processes. The mierobial component for methane is bigger in the Jeniniec, southern part of Sulęcin, Lubiszyn and Czeklin deposits and a smaller in the Różańsko, Barnówko-Buszewo-Mostno, Namyślin, Ownice, Stanowice and Zielin deposits. These data prove that for the deposits mentioned above the traps were already j'ormed and sealed as early as the initial, mierobial processes had taken place within the Main Dolomite strata. The traps were successively supplied with thermogenic hydrocarbons generated from the same source organic matter at a successively higher maturation stage. Only the gas from Chlebowo and the north part of the Sulęcin deposits was generated from type III kerogen at the high-temperature stage of thermogenic processes and most probably migrated from the Carboniferous strata. Probably, nitrogen occurring in the Main Dolomite gases was generated mainly during the thermogenic stage of maturity of marine organic matter.