Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Sekwestracja CO2 w Polsce nie ma sensu?!

Such Piotr

Nafta-Gaz

|

2020

|

R. 76, nr 12

913--918

PL

Europejski Zielony Ład 2050 to dojście do neutralności klimatycznej wszystkich krajów zrzeszonych w UE. Jedną z opcji jest sekwestracja CO2, czyli magazynowanie wytworzonego przez elektrownie dwutlenku węgla w podziemnych składowiskach gazu, budowanych w strukturach geologicznych. Sekwestracja mogłaby obniżyć emisję CO2 o 20% w skali świata. Sekwestracja CO2 obok niewątpliwych zalet ma niestety również szereg ograniczeń. Należą do nich wysokie koszty oraz ograniczona liczba obiektów, w których można sekwestrować CO2. Sekwestrację można podzielić na trzy grupy: sekwestrację w wyeksploatowanych złożach węglowodorów, sekwestrację w głęboko zalegających poziomach wodonośnych oraz sekwestrację połączoną z intensyfikacją wydobycia oraz geotermią. Aby zasekwestrować znaczącą część emitowanego w Polsce dwutlenku węgla, potrzebne są: separacja CO2 na terenie szeregu elektrowni, adaptacja odpowiednich obiektów geologicznych, kompleks badań związanych z eksploatacją i bezpieczeństwem, budowa lub uzupełnienie odpowiedniej infrastruktury, budowa rurociągów do przesyłania CO2 z elektrowni na składowisko. Jakie elementy wpływają na koszt sekwestracji? Przede wszystkim separacja dwutlenku węgla – wymagająca dużych ilości energii i obniżająca wydajność elektrowni nawet o 10%. Następnie gaz ten należy sprężyć i doprowadzić do stanu ciekłego w warunkach ciśnienia nadkrytycznego oraz wybudować sieć gazociągów. Jeśli sekwestracja ma miejsce w wyeksploatowanych złożach węglowodorów, to wiadomo, że struktura jest szczelna i na powierzchni istnieje gotowa infrastruktura. Dla poziomów wodonośnych należy przeprowadzić pełny komplet badań, wywiercić odpowiednią liczbę otworów i wybudować infrastrukturę na powierzchni. Jeśli Polska chce wypełnić zadania związane z Zielonym Ładem w energetyce, to konieczne są ogromne inwestycje. W analizie kosztów należy wziąć pod uwagę takie elementy jak długość koniecznych do budowy gazociągów, istniejące linie przesyłowe energii elektrycznej, trzeba zsynchronizować działanie nakierowane na ewentualną sekwestrację z działaniami związanymi z gospodarką wodorową. Trzeba też uwzględnić niewymierne koszty społeczne związane z protestami ludzi przeciwko projektom sekwestracyjnym. Poza tym dochodzi jeszcze „drobiazg”: wszystkie elektrownie powinny zostać zmodernizowane albo zburzone i wybudowane od nowa. OZE nie mogą istnieć same dla siebie, bo muszą zapewniać stałe dostawy energii. To można osiągnąć miksem energetycznym, w którym zabezpieczono miejsce na gospodarkę wodorową. Podstawą miksu energetycznego powinny być elektrownie jądrowe zbudowane na miejscu największych emitentów, dzięki temu można będzie wykorzystać istniejące sieci przesyłowe. OZE sprzężone z gospodarką wodorową powinny dać drugi co do wielkości wkład w produkcję energii. Tu będą potrzebne również wyeksploatowane złoża gazu jako PMG dla mieszanek metanowo-wodorowych lub wodoru. Elektrownie węglowe, które pozostaną, powinny zostać głęboko zmodernizowane. Wchodzi tutaj w grę hybrydyzacja (biomasa lub elektrownie parowo-gazowe). To powinno zmniejszyć ich emisję o 30–40%. Udział sekwestracji w ograniczeniu emisji CO2 będzie śladowy i powiązany z geotermią.

EN

The main goal of European Green Deal is for all EU member states to become climate-neutral by 2050. One option is CO2 sequestration. It means underground CO2 storage in geological structures. Theoretically, such sequestration could lower CO2 emissions by about 20%. This process has also, however, a number of disadvantages, such as high costs and restricted volume of appropriate geological objects. Sequestration processes can be divided into three groups: sequestration in depleted hydrocarbon deposits, sequestration in aquifers and sequestration coupled with EOR and geothermal energy capture. To sequestrate a significant part of emitted CO2, it is necessary to separate CO2 in power plants, to adapt appropriate geological objects, to investigate such objects and to build infrastructure and pipelines. What elements affect the cost of sequestration? First of all, separation of CO2 requiring large amount of energy (about 10% of energy produced in power plant). Next, gas must be compressed and rendered to supercritical/liquid phase. In the case of depleted hydrocarbon reservoirs, we know that the structure is tight and there is an infrastructure on the surface. When it comes to aquifers, it is necessary to carry out a full set of investigations, drill holes and build an infrastructure. If Poland wants to fulfill all tasks of Green Deal, huge investments are needed. The cost analysis should take into account such elements as the length of pipelines to be constructed and existing power grids. Any probable sequestration must be correlated with hydrogen projects. RES cannot work alone because they are not able to provide a constant supply of energy. It can be achieved with energy mix. Such a mix should be based on nuclear plants built in place of the greatest coal plants, which will make it possible to use the existing power grids. RES coupled with hydrogen economy should result in the second largest contribution to energy mix. All coal power plants must be modernized. Hybridization must be taken into account here (biomass or steam and gas power plants). This should reduce their emissions by about 30–40%. The share of sequestration will be very small and associated with geothermal energy.

2

Petrofizyczne aspekty poszukiwań naftowych na dużych głębokościach

Such Piotr

Nafta-Gaz

|

2020

|

R. 76, nr 8

502--506

PL

Szanse na stosunkowo duże złoża węglowodorów istnieją w Karpatach oraz na Niżu Polskim w utworach czerwonego spągowca i być może dewonu. Ich cechą wspólną jest zaleganie na głębokościach poniżej 3 km. Duże koszty wierceń na tych głębokościach oraz typ potencjalnych złóż (niekonwencjonalne i o niskich przepuszczalnościach) są przyczynami, dla których problemem zasadniczym jest opłacalność ich eksploatacji. Realna analiza ekonomiczna wymaga opracowania modelu złoża (wraz z charakterystyką petrofizyczną skał, liczbą potencjalnych odwiertów), a ten z kolei wymaga wykonania kompletu badań geofizyki otworowej i kompletu badań laboratoryjnych (petrograficznych, petrofizycznych). Dodatkowo ze względu na głębokości i rodzaj skał takie parametry jak przepuszczalność, przepuszczalność względna, przepływy oryginalnych płynów złożowych czy analizy geomechaniczne muszą być wykonywane w symulowanych warunkach złożowych. Analizy w symulowanych warunkach złożowych trwają bardzo długo, są również kosztowne. Kolejnym parametrem warunkującym opłacalną eksploatację jest ilość węglowodorów, które można pozyskać. Należy również uwzględnić potencjalne szczelinowania. Optymalnym rozwiązaniem byłoby wykonanie wstępnego modelu złoża na podstawie pierwszego wiercenia. Czy jest to możliwe? Tak, jeśli stworzymy odpowiednie bazy danych dla poszczególnych basenów sedymentacyjnych. Warunkiem koniecznym jest istnienie w bazie danych poprawnej statystycznie liczby badań wykonanych w warunkach otworowych oraz wszystkich innych dostępnych badań. Wtedy, wykorzystując metody sztucznej inteligencji, można dokonać wydzielenia klas podobieństwa skał (ang. rock typing), oszacować parametry skał dla całego złoża i przeprowadzić analizę ekonomiczną na podstawie bazy danych z rozwiercanego basenu sedymentacyjnego oraz wyników badań rdzeni i profili geofizycznych z pierwszego odwiertu. Bazy danych powinny rosnąć w miarę prac w poszczególnych basenach sedymentacyjnych. Podsumowując, można stwierdzić, że kluczem dla udostępniania tego typu złóż będą analizy w symulowanych warunkach złożowych i bazy danych (big data) pozwalające na zastosowanie metod sztucznej inteligencji.

EN

We are entering the second stage of prospecting hydrocarbons in Poland. The potential volume of gas in various types of unconventional reservoirs is huge. Deep lying sediments in the Carpathians and in the Polish Lowland (the Rotliegend Basin and the Devonian) are prospective gas basins, but it is possible to find them deeper than 3000 m. Additionally, in contrast with shale gas, other types of unconventional reservoirs provide a big chance for profitable exploitation, however it requires application of complex, modern methods of investigation and very careful calculation of all prices connected with facilities of such types of reservoirs. Deeper targets means great drilling costs. Unconventional type means that compressibility of rocks and reservoir fluids, as well as high temperatures and pressures, must be taken into account. These two factors result in the main problem being economical profitability. Real economical analysis is possible after creating a numerical reservoir model with evaluation of the volume of hydrocarbons, the number of necessary wells and the potential production rate. The numerical model requires well logs and laboratory analyses. A part of laboratory analyses must be performed in simulated reservoir conditions. These analyses are expensive and time consuming. So, is it possible to reduce the costs and the time of model creation? For example, is it possible to create a full numerical model on the basis of the first well. Yes, if we have an appropriate data base (date base from the sedimentary basin in which we found a reservoir with a statistically correct number of core analyses performed in simulated reservoir conditions). In such a situation we can apply artificial intelligence methods and rock typing methods and evaluate petrophysical parameters for the whole reservoir. To sum up, the key to proper evaluation and exploitation scheduling will be the analyses performed in simulated reservoir conditions and big data.

3

Magazynowanie wodoru w obiektach geologicznych

Such Piotr

Nafta-Gaz

|

2020

|

R. 76, nr 11

794--798

PL

Gospodarka wodorowa staje się jednym z głównych kierunków Europejskiego Zielonego Ładu, który w roku 2050 powinien zapewnić neutralność klimatyczną krajów zrzeszonych w UE. Wodór będzie wytwarzany przez odnawialne źródła energii, jak również separowany i pozyskiwany, np. w koksowniach. Znajdzie zastosowanie w ekologicznym napędzie samochodów (czysty wodór) i jako domieszka do gazu ziemnego w sieciach dystrybucyjnych. Optymalizacja jego wykorzystania w gospodarce wymaga przede wszystkim stworzenia systemu jego magazynowania. Ze względu na konieczne objętości będą to obiekty geologiczne, tj. kawerny solne, wyeksploatowane złoża ropy i gazu albo zawodnione obiekty geologiczne. W Polsce podjęto problem zastosowania technik wodorowych, prowadzone są prace związane ze wszystkimi elementami koniecznej infrastruktury wodorowej. Niniejsza praca koncentruje się na problematyce dotyczącej konieczności magazynowania wodoru. W Polsce mamy do wyboru trzy rodzaje magazynów w obiektach geologicznych. Są to kawerny solne, wyeksploatowane złoża gazu oraz zawodnione struktury porowate. Jeśli chodzi o kawerny solne, współpraca Instytutu Nafty i Gazu – Państwowego Instytutu Badawczego z przemysłem trwa już od roku 1998. Kawerny istnieją i są wykorzystywane jako magazyny metanu. Obecnie można stwierdzić, że już teraz możliwe jest magazynowanie w nich mieszanin gazowo-wodorowych przy pełnej kontroli wszelkich koniecznych parametrów (opracowano algorytmy kontrolujące i monitorujące wszystkie konieczne procesy). W odniesieniu do wyeksploatowanych złóż gazu / struktur zawodnionych przeprowadzono szeroko zakrojone prace studialne dotyczące zakresu badań i modelowań. Znaleziono partnera do ewentualnego konsorcjum – Silesian University of Technology. Konsorcjum jest już w stanie podjąć się wykonania projektu adaptacji wyeksploatowanego złoża na magazyn metanowo-wodorowy lub w zależności od potrzeb – na magazyn wodorowy. Projekt będzie dotyczył wszystkich prac związanych z badaniami skał i płynów złożowych, geomechaniki i mikrobiologii.

EN

Hydrogen economy became one of the main directions in EU’s Green Deal for making Europe climate neutral in 2050. Hydrogen will be produced with the use of renewable energy sources or it will be obtained from coking plants and chemical companies. It will be applied as ecological fuel for cars and as a mix with methane in gas distribution networks. Works connected with all aspects of hydrogen infrastructure are conducted in Poland. The key problem in creating a hydrogen system is hydrogen storage. They ought to be underground (RES) because of their potential volume. Three types of underground storages are taken into account. There are salt caverns, exploited gas reservoirs and aquifers. Salt caverns were built in Poland and now they are fully operational methane storages. Oli and Gas Institute – National Research Institute has been collaborating with the Polish Oil and Gas Company since 1998. Salt cavern storage exists and is used as methane storages. Now it is possible to use them as methane-hydrogen mixtures storages with full control of all operational parameters (appropriate algorithms are established). Extensive study works were carried out in relation to depleted gas reservoirs/aquifers: from laboratory investigations to numerical modelling. The consortium with Silesian University of Technology was created, capable of carrying out all possible projects in this field. The consortium is already able to undertake the project of adapting the depleted field to a methane-hydrogen storage or, depending on the needs, to a hydrogen storage. All types of investigations of reservoir rocks and reservoir fluids will be taken into consideration.

4

Dekarbonizacja Europy a hydraty metanu

Such Piotr

Nafta-Gaz

|

2020

|

R. 76, nr 10

696--700

PL

Unia Europejska przyjęła ambitny plan dekarbonizacji gospodarki. Do roku 2050 państwa UE powinny zmniejszyć emisję CO2 o 90% w porównaniu z rokiem 1990 i osiągnąć tzw. neutralność CO2. W tym programie szereg celów jest oczywistych i nie podlega dyskusji. Są natomiast pewne uwarunkowania, którymi do tej pory nikt się specjalnie nie przejmuje, a które mogą postawić cały program pod znakiem zapytania. Niniejszy artykuł koncentruje się na problemie podmorskich złóż hydratów metanu. Metanu w hydratach jest więcej niż wszystkich pozostałych paliw kopalnych razem wziętych. Ich złoża zalegają głównie na dnie oceanu światowego. Aktualnie współistnieją trzy teorie dotyczące hydratów: złoża hydratów to ogromne źródło energii i nadchodzi nowa złota epoka eksploatacji metanu; złoża hydratów to bomba zegarowa – globalne ocieplenie spowoduje masową dysocjację złóż hydratów, co zwiększy w stopniu katastrofalnym skalę ocieplenia; ocean nagrzewa się tak wolno, że mamy jeszcze kilkaset lat do ewentualnej dysocjacji złóż hydratów. W zasadzie można by się zgodzić z trzecim podejściem, gdyby nie Golfstrom. Ten prąd oceaniczny niesie do Arktyki ogromne ilości ciepła, które dokładają się do ogólnego ocieplenia klimatu. W związku z tym możliwe są trzy efekty dla tych akwenów, przez które płynie Golfstrom. Są to: dysocjacja złóż hydratów, powodująca masową ucieczkę metanu do atmosfery; ewentualne osunięcia osadów na skłonach szelfu związane z utratą stabilności złóż hydratów; zmiana warunków termobarycznych złóż hydratów spowodowana cofaniem się lądolodu. Dodatkowym efektem będzie uwolnienie metanu zalegającego pod złożami hydratów. Istnieją już modele pozwalające na symulowanie zachowania się złóż hydratów. Podstawowym problemem jest brak odpowiednich danych. Stworzenie bazy danych zawierającej: mapę zasięgu występowania złóż hydratów znajdujących się w zasięgu Golfstromu oraz ich głębokości zalegania (być może konieczne będzie również opracowanie modelu transportu ciepła przez warstwy skał oddzielające złoża hydratów od wody); pomiary temperatur powierzchniowych i przydennych wód Golfstromu (tu badania powinny trwać kilka lat, aby można było wychwycić trendy zmian), pozwoli na realne prześledzenie możliwych scenariuszy dotyczących metanu ze złóż hydratów.

EN

The European Union accepted the ambitious project of decarbonization of economy. The main goal is a 90 percent reduction of CO2 emissions in comparison with 1990 emissions, which will result in the so-called climatic neutrality. In this project, several goals are obvious and not subject to discussion. But there are several conditions, previously not discussed, which could bring this program into question. This paper concentrates on the problem of methane hydrates. Methane hydrate reservoirs mainly occupied the bottom of the oceans and the volume of methane in these reservoirs is greater than the volume of hydrocarbons in all other reservoirs. Currently, three different theories about hydrates coexist: the methane hydrates is a huge energy source and a new golden age is coming; the methane hydrates are a time bomb – global warming causes dissociation of these reservoirs and a global warming catastrophe; the ocean is warming so slowly that we have several hundreds of years until eventual dissociation of methane hydrate reservoirs. Essentially, the third approach could be applied if it was not for Gulf Stream. This ocean current brings a great amount of heat to the Arctic region. It is an additional factor of global warming. Therefore, three effects are possible for the ocean areas through which Gulf Stream flows. There is methane hydrates reservoirs dissociation causing methane migration into the atmosphere, sediment landslides on shelf slopes and the associated potential tsunami, and change of thermobaric conditions connected with vanished ice sheet. The free methane cumulated under methane hydrate deposits will also migrate into the atmosphere. Appropriate models for simulation of all these possibilities do exist, however we do not have sufficient data. Thus, creation of a reliable data base is the first goal. Maps of extents of hydrate reservoirs, depth of reservoirs and results of several years of examinations of surface and bottom temperatures must be gathered in this database. This will allow us to investigate all possible scenarios.

5

FRACTALS – return to origin

Such Piotr

Nafta-Gaz

|

2019

|

R. 75, nr 2

89--93

EN

Fractals have become fashionable. Therefore, in recent years there have been many articles in which the authors support something that they call a fractal account, including, for example, the sum of fractal dimensions. This paper is a recapitulation of what a fractal account is in the Earth sciences, what are its uses and boundaries. The definition of fractals is: it has a non trite structure in all scales, it is very hard to describe fractal structure in the Euclidean geometry, it is self-similar (directly or statistical), its Hausdorf dimension is greater than its topological dimension, it is described by recurrent formula, its dimension is not an integral number. In the face of such a wide and imprecise formula, various fields of science have introduced their definitions of fractal. It only has to meet most of the conditions included in the definition. In the analysis of geological objects in Earth sciences and in oil and gas industry, fractals are defined by the recurrence formula with its range of applicability, fractal dimension share a part of the space occupied by the fractal object, so the highest value of fractal dimension is equal to 3. Fundamental work in which the name of fractals for self- similar objects were introduced was The Fractal Geometry of Nature by Mandelbrot (1977). In the Earth sciences, statistical fractals (pseudofractals) are used. The straight line in the log-log plot is the indicator of fractal structure. In other words, the fractal structures are associated with the power patterns obtained during the analysis of geological objects. Generally, in the analysis of geological objects the Menger sponge and box methods of fractal dimension calculations are used. Fractals provide a unique opportunity to characterize complicated objects with the use of a single number, nevertheless, in order for the obtained results to be applicable and comparable with the results of other analyzes, both the model of the analyzed object and the method of calculation of the fractal dimension should be given, as well as the scope of applicability of this dimension.

PL

Fraktale stały się modne. W związku z tym w ostatnich latach obserwuje się wiele artykułów, w których autorzy wspierają się czymś, co nazywają rachunkiem fraktalowym, łącznie np. z sumowaniem wymiarów fraktalowych. Niniejszy artykuł stanowi rekapitulację tego, czym jest rachunek fraktalowy w naukach o Ziemi, jakie są jego zastosowania i granice. Co jest, a co nie jest fraktalem. Zasadniczo na definicję wymiaru fraktalnego składają się następujące warunki: nie jest prostą i taką samą strukturą we wszystkich skalach, bardzo trudno opisać go w geometrii euklidesowej, jest strukturą samopodobną (wprost lub statystycznie), jego wymiar Hausdorffa jest większy od jego wymiaru topologicznego, jest opisany formułą rekurencyjną oraz jego wymiar nie jest liczbą całkowitą. Wobec tak szerokiej i nieprecyzyjnej formuły różne dziedziny nauki wprowadziły swoje definicje fraktala. Ma on jedynie spełniać większość warunków zapisanych w definicji. W naukach o Ziemi fraktale definiowane są przez wzory rekurencyjne z analizą obszaru stosowalności. W analizie obiektów geologicznych wymiar fraktalny wskazuje na część przestrzeni zajmowaną przez dany obiekt, w związku z czym jego wartość nie może przekraczać 3. Mandelbrot w swojej fundamentalnej pracy The Fractal Geometry of Nature (1977) wprowadził nazwę fraktala jako obiektu samopodobnego. W naukach o Ziemi stosowane są fraktale statystyczne, zwane również pseudofraktalami. Wskaźnikiem struktury fraktalnej jest linia prosta na wykresie typu log-log. Inaczej mówiąc, fraktalne struktury są związane ze wzorami potęgowymi uzyskanymi podczas analizy obiektów geologicznych. Zasadniczo w analizie obiektów geologicznych stosujemy model gąbki Mengera oraz wymiar pudełkowy dla obiektów dwuwymiarowych. Fraktale dają unikalną możliwość scharakteryzowania skomplikowanych struktur za pomocą jednej liczby. Tym niemniej, aby otrzymane wyniki były stosowalne i porównywalne z wynikami innych analiz, należy zarówno podać model analizowanego obiektu i sposób wyliczenia wymiaru fraktalnego, jak też określić zakres stosowalności tego wymiaru. Tylko wtedy wymiar fraktalny będzie miał sens fizyczny.