Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Określenie możliwości wykorzystania membran poliimidowych do wzbogacenia gazu ziemnego w składniki węglowodorowe

Janocha Andrzej, Jakubowicz Piotr, Steliga Teresa

Nafta-Gaz

|

2024

|

R. 80, nr 3

159--166

PL

Znaczna część gazu ziemnego w Polsce jest zaazotowana oraz zawiera dwutlenek węgla, co niejednokrotnie rodzi problemy z jego zagospodarowaniem. Tymczasem nawet niewielkie zmniejszenie zawartości azotu i CO2 w gazie wpływa na zwiększenie jego wartości energetycznych jako produktu handlowego. Celem pracy było zbadanie możliwości usunięcia części niepalnych składników z gazu ziemnego i gazu towarzyszącego wydobywanej ropie naftowej. Wiąże się to z jednoczesnym podwyższeniem ich jakości i kaloryczności. Można to uzyskać z wykorzystaniem separacyjnej technologii membranowej zastosowanej w najkorzystniejszych warunkach prowadzenia takiego procesu. Otrzymywany w ten sposób główny wysokociśnieniowy strumień gazu wzbogaconego (np. około 85% obj. strumienia gazu surowego) stanowiłby produkt handlowy. Niskociśnieniowy strumień gazu zubożonego (pozostałe 15% obj.) można wykorzystać na potrzeby własne kopalni gazu ziemnego. W ramach pracy dokonano przeglądu literatury w zakresie charakterystyki gazu ziemnego oraz separacji składników na membranach. Opracowano projekt instalacji, dobrano i skalibrowano przyrządy pomiarowe oraz utworzono stanowisko badawcze membranowego rozdziału gazów z wykorzystaniem membran poliimidowych. Wytworzono mieszanki gazowe na bazie rzeczywistego gazu ziemnego, które zawierały od 7% do 90% azotu oraz od 0,2% do 6% dwutlenku węgla. Przeprowadzono testy ich separacji na membranach w tanim jednostopniowym układzie pod kątem wydzielenia z gazu ziemnego części dwutlenku węgla i azotu. Badania na membranach były prowadzone w funkcji współczynnika podziału związanego ściśle ze stosunkiem ilości wysokociśnieniowego strumienia gazu wzbogaconego do gazu wlotowego. W artykule dokonano również porównania zmian wartości energetycznej (liczby Wobbego i wartości opałowej) uzyskiwanych produktów w stosunku do surowego gazu wlotowego. Badania usuwania dwutlenku węgla z gazu mogą mieć istotne znaczenie, gdyby doszło do znacznego wzrostu ilości tego składnika w strefie gazowej złoża podczas procesów intensyfikacyjnych.

EN

A significant part of natural gas in Poland is nitrogen-rich and contains carbon dioxide, which often causes problems with its management. Meanwhile, even a slight reduction in the nitrogen and CO2 content of gas increases its energy value as a commercial product. The aim of the work was to investigate the possibility of removing some of the non-flammable components from natural gas and gas accompanying extracted crude oil. This involves a simultaneous increase in their quality and calorific value. This can be achieved using separation membrane technology and determining the most favorable conditions for conducting such a process. The main high-pressure enriched gas stream thus obtained (e.g. approximately 85 vol.% of the raw gas stream) would constitute a commercial product. The low-pressure stream of lean gas (the remaining 15% by volume) can be used for the needs of the natural gas mine. The study included a review of the literature on the characteristics of natural gas and the separation of components on membranes. An installation design was developed, measuring instruments were selected and calibrated, and a polyimide membrane gas separation research station was created. Gas mixtures based on real natural gas were produced, with nitrogen content ranging from 7 to 90% and carbon dioxide content ranging from 0.2 to 6%. Tests of their separation were carried out on membranes in a low-cost, single-stage system in order to separate some of the carbon dioxide and nitrogen from natural gas. Tests on the membranes were carried out as a function of the partition coefficient (stage cut) closely related to the ratio of the amount of high-pressure enriched gas stream to the inlet gas. The article also compares changes in the energy value (Wobbe number and calorific value) of the obtained products in relation to the raw inlet gas. Research on the removal of carbon dioxide from gas may be important if there was a significant increase in this component in the gas zone of the deposit during intensification processes.

2

Badania fitoremediacji gleby zanieczyszczonej węglowodorami ropopochodnymi z zastosowaniem Glechoma hederacea

Wojtowicz Katarzyna, Jakubowicz Piotr

Nafta-Gaz

|

2024

|

R. 80, nr 6

352--360

PL

W artykule przedstawiono zagadnienia związane z fitoremediacją gleb zanieczyszczonych węglowodorami ropopochodnymi za pomocą Glechoma hederacea (bluszczyk kurdybanek) jako fitoremedianta. Materiał badawczy stanowiła gleba pobrana z terenu dołu urobkowego charakteryzująca się podwyższonym stężeniem TPH (całkowita zawartość węglowodorów) – 3789,12 mg/kg s.m. oraz WWA (wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne) – 7,53 mg/kg s.m. Badania fitoremediacji prowadzono w trzech układach: układ 1 – gleba wyjściowa GW + Glechoma hederacea, układ 2 – gleba wyjściowa GW + Glechoma hederacea + + bioaugmentacja biopreparatem (specjalistyczne konsorcjum mikrobiologiczne), układ 3 – gleba wyjściowa GW + Glechoma hederacea + + bioaugmentacja biopreparatem z dodatkiem γ-PGA (kwas γ-poliglutaminowy) przez sześć miesięcy w warunkach atmosferycznych. Dodatkowo zbadano skuteczność samooczyszczania gleby. Oceny efektywności stosowanych zabiegów fitoremediacyjnych dokonano na podstawie analiz chromatograficznych oraz toksykologicznych. Rezultaty badawcze wykazały, że zastosowanie metod kombinowanych (fitoremediacja wspomagana bioaugmentacją – układy 2 i 3) pozwalało na zwiększenie skuteczności procesu oczyszczania gleb zanieczyszczonych węglowodorami ropopochodnymi. Przeprowadzone analizy chromatograficzne wykazały, że stopień biodegradacji TPH po zakończeniu testu w układzie 1 wynosił 35,52%, natomiast WWA – 27,66%. Wspomaganie procesu fitoremediacji z wykorzystaniem Glechoma hederacea inokulacją biopreparatem (układ 2) wpłynęło na wzrost efektywności biodegradacji TPH (65,48%) i WWA (62,93%). Ponadto inokulacja gleby biopreparatem z dodatkiem γ-PGA (układ 3) spowodowała obniżenie zawartości TPH w badanej glebie o 74,90% oraz WWA o 73,85%. Skuteczność zabiegów fitoremediacji z zastosowaniem Glechoma hederacea uzupełniono o monitoring toksykologiczny z użyciem trzech testów toksykologicznych: Phytotoxkit™, Ostracodtoxkit F™ oraz Microtox®STP.

EN

The article presents issues related to the phytoremediation of soils contaminated with petroleum hydrocarbons using Glechoma hederacea as a phytoremediation plant. The research material consisted of soil taken from a drill waste pit, characterized by an elevated TPH (total hydrocarbon content) concentration of 3789.12 mg/kg d. m. and PAHs (polycyclic aromatic hydrocarbons) 7.53 mg/kg d.m. Phytoremediation studies were carried out in three research systems: system 1 – initial soil GW + Glechoma hederacea, system 2 – initial soil GW + Glechoma hederacea + bioaugmentation with a biopreparation (a specialized microbial consortium), system 3 – initial soil GW + Glechoma hederacea + biopreparation with the addition of ƴ-PGA (ƴ-polyglutamic acid) for six months under atmospheric conditions. Additionally, the effectiveness of soil self-cleaning was tested. The effectiveness of the phytoremediation treatments used was assessed based on chromatographic and toxicological analyses. The research results proved that the use of combined methods (phytoremediation supported by bioaugmentation – systems 2 and 3) allows to increase the effectiveness of the treatment process of soils contaminated with petroleum hydrocarbons. The chromatographic analyses performed showed that the degree of biodegradation of TPH after the test in system 1 was 35.52%, and that of PAHs was 27.66%. Supporting the phytoremediation process using Glechoma hederacea and inoculation with a biopreparation (system 2) increased the efficiency of biodegradation of TPH (65.48%) and PAHs (62.93%). Moreover, inoculation of soil with a biopreparation with addition of γ-PGA (system 3) resulted in reduction of TPH content in the tested soil by 74.90% and PAH content by 73.85%. The effectiveness of the applied phytoremediation treatments using Glechoma hederacea was supplemented with toxicological monitoring using three toxicological tests: PhytotoxkitTM, Ostracodtoxkit FTM and Microtox®STP.

3

Badania możliwości zmian składu mieszanek metanowo-wodorowych na membranach

Janocha Andrzej, Jakubowicz Piotr

Nafta-Gaz

|

2023

|

R. 79, nr 12

786--795

PL

W związku z poszukiwaniem źródeł energii alternatywnych do gazu ziemnego można przyjąć, że w najbliższych latach pojawią się odcinki gazociągów, którymi transportowana będzie mieszanka gazu ziemnego z wodorem (HCNG). Gaz ten lokalnie może być częściowo stosowany jako paliwo do silników spalinowych, np. w pojazdach samochodowych. Wykorzystanie paliw alternatywnych, w tym także wodoru i jego mieszanin z gazem ziemnym, jest widocznym trendem szczególnie w zasilaniu pojazdów komunikacji miejskiej. W artykule opisano paliwo CNG (sprężony gaz ziemny) stosowane już w pojazdach spalinowych w Polsce oraz dokonano analizy opisu nowego paliwa gazowego HCNG (sprężone mieszanki wodoru i gazu ziemnego). Paliwo HCNG całkowicie eliminuje z produktów spalania sadze i cząstki stałe oraz obniża emisję CO2, CO i NOx. W artykule podjęto badania zmian zawartości wodoru w mieszankach z metanem z wykorzystaniem technologii membranowej. Omówiono właściwości membran do separacji gazów i opracowano projekt instalacji. Utworzono stanowisko badawcze membranowego rozdziału mieszanki wodoru z gazem ziemnym, na którym przeprowadzono badania zależności przepływu mieszaniny 15% wodoru w metanie przez moduł z kapilarnymi membranami poliimidowymi. Gaz wpływał do modułu do przestrzeni międzykapilarnej w układzie przeciwprądowym. Przeprowadzono serie testów separacji wodoru i metanu w funkcji ciśnień i wydajności uzyskiwanych produktów. Dla ciśnienia wlotowego 60 bar i ciśnienia permeatu na poziomie 1 bar i 4 bar określano składy permeatu i retentatu. Uzyskano bardzo wyraźny rozdział składników gazowych (H2 i CH4) w poszczególnych produktach. Zawartość wodoru z 15% w gazie wlotowym – wzrasta kilkukrotnie w strumieniu permeatu i obniża się w wysokociśnieniowym strumieniu retentatu. Wyniki niniejszej pracy mogą służyć do opracowania wytycznych do projektu uniwersalnego punktu (stacji) tankowania HCNG (lub innych zastosowań) o dowolnie wymaganej zawartości H2 w metanie w zakresie od 2% do 70% wodoru.

EN

It can be assumed that in the coming years there will be sections of gas pipelines where blends of natural gas and hydrogen (HCNG) will be transported. This gas can be partially used locally as a fuel for internal combustion engines, e.g. motor vehicles. The use of alternative drives, including those powered by hydrogen and its blends with natural gas, is a visible trend, especially in public transport vehicles. The already used CNG fuel (compressed natural gas) in vehicles in Poland was described and the description of the new HCNG gas fuel (compressed hydrogen and natural gas mixtures – hytane) was analyzed. The fuel (HCNG) completely eliminates soot and particulate matter from combustion products and lowers CO2, CO and NOx emissions. In this article, studies of changes in the content with the use of membrane technology were made. Gas separation membranes are discussed and a plant design has been developed. A test stand for the membrane separation of a mixture of hydrogen and natural gas was established. The research was carried out on the dependence of the flow of a mixture of 15% hydrogen in methane through a module with capillary polyimide membranes. The gas flowed into the module into the intercapillary space in a countercurrent system. A series of tests on the separation of hydrogen and methane as a function of pressure and efficiency of the obtained products was carried out. The permeate and retentate compositions were determined for an inlet pressure of 60 bar and a permeate pressure of 4 bar and 1 bar. A very clear separation of gaseous components (H2 and CH4) in individual products was obtained. The hydrogen content of 15% in the feed gas increases several fold in the permeate stream and decreases in the high pressure retentate stream. The results of this work can be used to develop guidelines for the design of a universal HCNG refuelling point (station) (or other applications) with any required H2 content in methane in the range from 2 to 70% hydrogen.

4

Badania interakcji zachodzących w układzie wodór–skała zbiornikowa–solanka w symulowanych warunkach złożowych

Wojtowicz Katarzyna, Steliga Teresa, Jakubowicz Piotr

Nafta-Gaz

|

2023

|

R. 79, nr 5

316--325

PL

W artykule przedstawiono zagadnienia związane z magazynowaniem wodoru w wyeksploatowanych formacjach geologicznych oraz z możliwością wystąpienia interakcji w układach wodór–skała–woda złożowa. Badania kontaktowe prowadzono z wykorzystaniem: materiału skalnego (rdzeń A) o składzie mineralogicznym – kalcyt 99,6%, kwarc 0,4%; trzech rodzajów gazów o różnych stężeniach wodoru (wodór 100%, mieszanina metanu i wodoru w stosunku 84% obj. do 16% obj. oraz mieszanina metanu i wodoru w stosunku 94% obj. do 6% obj.) oraz wody złożowej opracowanej w laboratorium. Określenia interakcji mogących zachodzić w układzie wodór–skała–woda złożowa dokonano na podstawie przeprowadzonych symulacji możliwości wytrącania lub rozpuszczania się składników w układzie za pomocą programu PHREEQC, analiz chromatograficznych fazy gazowej, analiz pierwiastkowych próbek rdzeni z wykorzystaniem metody fluorescencji rentgenowskiej (XRF), analiz mineralogicznych próbek rdzeni z wykorzystaniem metody dyfrakcji rentgenowskiej (XRD) oraz analiz fizykochemicznych wody złożowej przed testami i po ich zakończeniu (metoda chromatografii jonowej oraz spektrofotometryczna). Symulacja możliwości wytrącania lub rozpuszczania się osadów w układzie wodór–rdzeń A–woda złożowa wskazała na wysoki potencjał do rozpuszczania się anhydrytu i gipsu w badanej wodzie złożowej pod wpływem wzrostu stężenia wodoru w układzie. Poza tym w układach: wodór(16%)–rdzeń A–woda złożowa oraz wodór(100%)–rdzeń A–woda złożowa po zakończeniu testów kontaktowych stwierdzono obecność siarkowodoru w ilości odpowiednio 1,74 mg/dm3 oraz 5,98 mg/dm3 . Przeprowadzone analizy elementarne oraz mineralogiczne rdzeni nie wykazały istotnych zmian w ich składzie w wyniku kontaktu z wodorem, natomiast analiza fizykochemiczna wody złożowej potwierdziła możliwość oddziaływania wodoru na materiał skalny oraz wodę złożową. Na podstawie przeprowadzonych testów kontaktowych stwierdzono, że wraz ze wzrostem stężenia wodoru w gazie wzrasta prawdopodobieństwo wystąpienia interakcji pomiędzy wodorem, materiałem skalnym i wodą złożową.

EN

The article presents issues related to hydrogen storage in exploited geological formations and the possibility of interactions in hydrogen–reservoir rock–formation water systems. Contact studies were carried out using rock material (core A) with a mineralogical composition of 99.6% calcite, 0.4% quartz, three types of gases with different concentrations of hydrogen (100% hydrogen, a mixture of methane and hydrogen in a percentage ratio of 84% to 16 % and a mixture of methane and hydrogen in a percentage ratio of 94% to 6%) and formation water developed in the laboratory. The determination of interactions that may occur in a hydrogen-reservoir rock-formation water system was based on simulations of the possibility of precipitation or dissolution of analytes in the system using the PHREEQC program, chromatographic analyses of the gas phase, elemental analyses of core samples using the X-ray fluorescence method (XRF), mineralogical analyses of samples cores using the X-ray diffraction (XRD) method and physico-chemical analyses of the formation water before and after the tests (ion chromatography and spectrophotometric methods). Simulation of the possibility of precipitation or dissolution of sediments in the hydrogen-core A-formation water system showed a high potential for dissolution of anhydrite and gypsum in the studied formation water under the influence of increasing hydrogen concentration in the system. In addition, in the hydrogen(16%)–core A–formation water and hydrogen(100%)–core A–formation water systems, the presence of hydrogen sulphide was found after contact tests in the amount of 1.74 mg/dm3 and 5.98 mg/dm3 , respectively. The elemental and mineralogical analyses of the cores showed no significant changes in their composition after contact with hydrogen, while the physical and chemical analysis of the formation water confirmed the possibility of hydrogen affecting the rock material and the formation water. Based on the conducted contact tests, it was found that the higher the concentration of hydrogen in the gas, the greater the likelihood of interactions between hydrogen, rock material and formation water.

5

Badanie efektywności metod usuwania substancji ropopochodnych i osadów z wód w procesach ich oczyszczania

Kluk Dorota, Steliga Teresa, Jakubowicz Piotr

Nafta-Gaz

|

2022

|

R. 78, nr 2

128--140

PL

W artykule zaprezentowano zagadnienia związane z oczyszczaniem wód złożowych z substancji ropopochodnych i osadów. W prowadzonych badaniach szczególny nacisk położono na techniki koagulacji i flokulacji oraz stosowanie materiałów obciążeniowych w procesie oczyszczania wód. Materiałem badawczym były cztery rodzaje wód złożowych, które pobrano z separatorów odwiertów eksploatujących złoża gazu ziemnego. Wody te charakteryzowały się dużą rozpiętością zawartości substancji nierozpuszczonych (5–271 mg/dm3 ) i ropopochodnych (65,2–1368,5 mg/dm3 ), a także zróżnicowanym stopniem mineralizacji. Zawartość substancji rozpuszczonych oznaczono w granicach od 247 mg/dm3 do 119 839 mg/dm3 . Podczas laboratoryjnego procesu oczyszczania wód szczególną uwagę zwrócono na koagulację i flokulację zanieczyszczeń w nich zawartych. W tym celu spośród dostępnych na rynku koagulantów wytypowano i przetestowano koagulanty glinowe: Kemira PAX XL 10, Kemira PAX XL 19F oraz Flokor 1 ASW, natomiast flokulantem był Stabpol. Dla każdego koagulantu wykonano serię badań pozwalającą na ustalenie jego optymalnej dawki. Proces oczyszczania wód zawierających substancje ropopochodne i osady prowadzono również z zastosowaniem substancji balastującej, którą był preparat bentonitowy DuoBent 1. Oceny efektywności procesu oczyszczania wód dokonywano na podstawie porównania wyników pomiarów mętności, wskaźnika ChZT(Cr) oraz zawartości żelaza ogólnego w wodach zanieczyszczonych oraz po poszczególnych etapach ich oczyszczania. Przeprowadzone próby oczyszczania wód zawierających różnego rodzaju osady i substancje ropopochodne podsumowano wyborem optymalnych rodzajów i dawek koagulantów lub substancji balastującej. Ponadto w artykule wykazano, że usuwanie zawiesin z wód złożowych można przeprowadzić z zastosowaniem jedynie środka bentonitowego (DuoBent 1), bez wprowadzania dodatkowych chemikaliów. Preparat ten należy do grupy naturalnych minerałów ilastych. Jego wykorzystanie do oczyszczania wody jest obiecujące ze względu na powszechność występowania, niską cenę i możliwość adsorpcji wszelkiego rodzaju zanieczyszczeń, w tym metali ciężkich występujących w wodzie. Przedstawione w artykule wyniki prac laboratoryjnych sugerują korzystne efekty technologiczne związane z efektywnym usuwaniem substancji ropopochodnych i osadów z wód w kontekście przygotowania ich do nawadniania złóż (wtórne metody wydobycia ropy naftowej ze złóż węglowodorów) oraz możliwości wykorzystania jako wód użytkowych.

EN

The article presents issues related to the purification of reservoir waters from petroleum substances and sediments. In the study, particular emphasis was placed on application of coagulation and flocculation and use of load materials in the purification of water. The research material consisted of four types of reservoir water, which were collected from the separators wells exploiting natural gas deposits. These waters were characterized by a large range of the content of undissolved substances (5–271 mg/dm3 ), petroleum substances (65.2–1368.5 mg/dm3 ) and a varied degree of mineralization. The content of dissolved substances was determined in the range from 247 to 119 839 mg/dm3 . In the process of water treatment by coagulation and flocculation, carried out in laboratory conditions, Kemira PAX XL 10, Kemira PAX XL 19F and Flokor 1 ASW were used as a coagulant, while Stabpol was used as a flocculant. For each coagulant, a series of tests was performed to determine its optimal dose. The process of water purification from petroleum substances and sediments was also carried out with the use of a ballast substance, which was the DuoBent 1 bentonite preparation. The effectiveness of the water treatment process was assessed by a comparison of the results of turbidity measurements, the COD (Cr) index and the total iron content in polluted water samples and after individual stages of their treatment. The effectiveness of the water treatment process was assessed by comparing the degree of turbidity of the solution above the sediment before and after adding a different amount of coagulant, flocculant and sedimentbalancing material. Research results presented in this paper show that the removal of suspended solids from formation waters can be carried out with the use of a properly prepared bentonite agent (DuoBent 1) with no addition of any other chemicals. This preparation belongs to the group of natural clay minerals, the use of which in water purification applications is promising due to the availability, low price and adsorption capacity of all kinds of organic and inorganic substances contamination, including heavy metals present in water. The results of laboratory work presented in the article suggest favourable technological effects related to the effective removal of petroleum substances and sediments from water in the context of their preparation for irrigation (methods for enhancing recovery of crude oil from hydrocarbon reservoirs) and the possibility of using them as utility waters.

6

Określenie możliwości zastosowania symulacji komputerowej do przewidywania kierunku przebiegu reakcji podczas zatłaczania wód złożowych

Jakubowicz Piotr, Steliga Teresa, Kluk Dorota, Wojtowicz Katarzyna

Nafta-Gaz

|

2021

|

R. 77, nr 4

244--254

PL

Obecnie praktycznie całość wód wydobytych w procesie eksploatacji węglowodorów zostaje zagospodarowana poprzez zatłoczenie do wyeksploatowanych złóż. Zmiany parametrów fizyczno-chemicznych (pH, potencjału redox, temperatury itp.) wody podczas wydobycia oraz kontakt wody zatłaczanej z obecną w złożu wodą rodzimą i skałą złożową mogą skutkować wytrącaniem cząstek osadów i zawiesin. Powoduje to kolmatację strefy przyodwiertowej i ograniczenie ilości wody możliwej do zatłoczenia odwiertem chłonnym. Z uwagi na wysoki stopień skomplikowania układu woda zatłaczana–woda złożowa–skała zbiornikowa oraz szeroki wachlarz oddziaływań pomiędzy poszczególnymi składnikami dysponowanie danymi analitycznymi nie zawsze pozwala na prawidłową interpretację przebiegu procesów i określenie ich wpływu na przepuszczalność strefy przyodwiertowej. Wykorzystując wyniki analiz fizyczno-chemicznych składu próbek wód separatorowych o zróżnicowanych właściwościach – dwie próbki o niskiej mineralizacji S1K (575 mg/dm3 ) i S4K (551 mg/dm3 ), próbka o wysokiej mineralizacji S2K (306 428 mg/dm3 ) i próbka o średniej mineralizacji S3K (79 858 mg/dm3 ) – przeprowadzono obliczenia z wykorzystaniem programu PHREEQC dla trzech baz danych: phreeqc.dat, wateq4f.dat oraz pitzer.dat. Stwierdzono, że w przypadku wód o niskiej mineralizacji wyniki uzyskane na podstawie każdej z baz danych są zbliżone dla minerałów występujących we wszystkich bazach. Natomiast w przypadku roztworów o wysokiej mineralizacji pojawiają się wyraźne różnice w otrzymanych rezultatach. Obliczone indeksy rozpuszczalności pozwoliły na określenie kierunku przebiegu reakcji wytrącania/rozpuszczania poszczególnych minerałów w złożu i wskazanie zagrożeń – głównie ze względu na powstające osady związków żelaza – dla pracy odwiertu zatłaczającego. Przeprowadzono także badania laboratoryjne mieszania wód, podczas których zaobserwowano powstawanie osadów tlenków żelaza, mogących uszkadzać strefę przyodwiertową, co potwierdziło dane uzyskane podczas symulacji komputerowych.

EN

Currently, practically the entire volume of water extracted in the process of hydrocarbon exploitation is utilized by injection into deposits. Changes in the physico-chemical parameters (pH, red-ox potential, temperature, etc.) of the water during extraction and the contact of the injected water with the native water and deposit rock may result in the precipitation of sediment particles and suspensions. It causes clogging of the near-wellbore zone and limits the amount of water that can be injected with the injection well. Due to the high complexity of the system: the injected water–reservoir rock, and a wide range of interactions between individual components, the analytical data does not always allow for the correct interpretation of the course of the processes and determination of their impact on the permeability of the near-well zone. Using the results of physico-chemical analyses of the composition of separator water samples with different properties – two samples with low mineralization S1K (575 mg/dm3 ) and S4K (551 mg/dm3 ), a sample with high S2K (306 428 mg/dm3 ) and medium mineralization S3K (79 858 mg/dm3 ) – calculations were performed using the PHREEQC program for the three databases: phreeqc.dat, wateq4f.dat and pitzer.dat. It was found that in the case of low mineralization waters, the results obtained in each of the databases are similar for the minerals present in all the databases. However, in the case of solutions with high mineralization, there are significant differences in the obtained results. The calculated solubility indices allowed to determine the direction of the precipitation/dissolution reaction of individual minerals in the deposit and to indicate the risks, mainly with the formation of iron compounds deposits, for the operation of the injection well. Laboratory tests of water mixing were also carried out. The formation of iron oxide deposits that could damage the near-well zone was observed, which confirmed the results obtained during computer simulations.

7

Badania zastosowania chlorków poliglinu w procesie koagulacji zanieczyszczeń w wodach złożowych o szerokim zakresie pH

Jakubowicz Piotr

Nafta-Gaz

|

2020

|

R. 76, nr 11

807--815

PL

Wydobywane podczas eksploatacji złóż ropy naftowej i gazu ziemnego wody złożowe stanowią poważne zagrożenie dla środowiska ze względu na znaczne zawartości rozpuszczonych soli, głównie chlorków, a także obecność składników toksycznych, takich jak substancje ropopochodne wraz z węglowodorami aromatycznymi oraz różnorodne środki chemiczne stosowane podczas wydobycia, np. inhibitory korozji, hydratów i parafinowania, środki powierzchniowo czynne, metanol itp. Z tego powodu wydobyte wody złożowe powinny zostać zagospodarowane w sposób jak najmniej obciążający środowisko. Jedną z metod zagospodarowania spełniającą ten wymóg jest zatłoczenie wód złożowych do horyzontu chłonnego. Aby możliwe było bezawaryjne prowadzenie procesu zatłaczania przy maksymalnym wykorzystaniu możliwości odwiertu chłonnego, konieczne jest właściwe przygotowanie wody poprzez usunięcie składników (cząstek stałych, osadów i zawiesin) powodujących kolmatację odwiertu. Jedną z najbardziej efektywnych metod oczyszczania wody jest koagulacja. Powszechnie stosowany w procesach koagulacji siarczan(VI) glinu(III) wymaga precyzyjnego ustalenia odczynu wody na obojętny, a jego przekroczenie skutkuje szybkim obniżeniem efektywności koagulacji, a nawet wzrostem zawartości zawiesin w oczyszczanej wodzie. Wydobyte wody złożowe drastycznie zmieniają swoje właściwości z silnie redukcyjnych na utleniające ze względu na usunięcie metanu po obniżeniu ciśnienia i natlenienie w kontakcie z powietrzem. Dodatkowo obecność w wodzie jonów żelaza i manganu powoduje, podczas zmiany potencjału elektrochemicznego na dodatni, wytrącanie się tlenków i wodorotlenków w postaci zawiesin oraz obniżenie odczynu w procesie ich hydrolizy. Ze względu na dynamiczny przebieg tych procesów, a także dodatkowe zakwaszenie wody przez dodatek koagulantu siarczanu(VI) glinu(III) ustalenie odczynu na poziomie właściwym dla efektywnej koagulacji stanowi niejednokrotnie poważny problem. Rozwiązaniem może być zastosowanie odpowiednio dobranych nowoczesnych koagulantów, które działają ze znacznie większą efektywnością – co przekłada się na obniżenie dawki środka oraz zmniejszenie ilości i poprawę struktury osadów pokoagulacyjnych – a dodatkowo charakteryzują się wysoką skutecznością w szerokim zakresie odczynów wody. W niniejszym artykule opisano badania laboratoryjne wybranego koagulantu (chlorku poliglinu), umożliwiające ustalenie zakresu odczynu wody złożowej, w którym środek ten może być stosowany. Do badań wytypowano środek Flokor 1ASW, charakteryzujący się mało kwaśnym odczynem (pH ~3,5) w porównaniu z innymi chlorkami poliglinu oraz wysokim stopniem zhydrolizowania, co przekłada się na niskie zużycie zasadowości ogólnej oczyszczanej wody. Uzyskane wyniki świadczą o szerokim zakresie odczynu wody (pH od 8,0 do 4,0), w którym efektywność działania koagulantu zapewnia prawidłowy poziom oczyszczenia. Ponadto zastosowanie środka Flokor 1ASW w układzie z efektywnym flokulantem Stabpol K pozwala na uzyskanie dobrze wykształconych i szybko sedymentujących osadów pokoagulacyjnych o znacznie mniejszej objętości niż przy zastosowaniu siarczanu(VI) glinu(III). Przedstawiono także wyniki przeprowadzonych testów przemysłowych przygotowania wody złożowej do zatłoczenia bez dokonywania korekty odczynu, które potwierdziły wysoką efektywność wytypowanych środków.

EN

Reservoir waters extracted during exploitation of crude oil and natural gas are a serious threat to the environment. The reason is high content of dissolved salts, mainly chlorides, as well as toxic components, such as: petroleum substances with aromatic hydrocarbons, and various chemicals applied during hydrocarbons production, e.g. corrosion, hydrates and paraffin inhibitors, surfactants, methanol etc. For this reason, the extracted reservoir water should be managed in a way that is least harmful to the environment. One of the methods of management that meets this requirement is injection of reservoir water into the absorptive horizon. In order to provide failure-free injection, with maximum use of the capabilities of an absorptive horizon, it is necessary to prepare the water properly by removing the components (solids, deposits and suspensions) that cause damage of the injection well. One of the most effective methods of water treatment is coagulation. Aluminum(III) sulfate(VI), commonly used in coagulation, requires a neutral pH of water. Exceeding this level results in rapid reduction in coagulation efficiency, and even in increase in the content of suspended solids in purified water. Extracted reservoir waters drastically change their properties from strongly reducing to oxidizing, due to methane removal after pressure reduction and oxygenation in contact with air. Moreover, while changing the electrochemical potential to positive, presence of iron and manganese ions in the water causes precipitation of oxides and hydroxides in the form of suspensions and the pH decreases due to their hydrolysis. Due to the dynamic course of these processes, as well as the additional acidification of water by addition of the coagulant (aluminum(III) sulfate(VI)), adjustment of the pH to the level appropriate for effective coagulation is often a serious problem. The solution could be application of properly selected modern coagulants of much greater efficiency, enabling a decrease of the agent dose as well as reduction of volume and improvement of the structure of post-coagulation sediments. Additionally, they are highly efficient in a wide range of water reactions. The article describes laboratory tests on a selected coagulant (polyaluminium chloride), which allow for determination of the range of deposit water reaction in which this agent can be used. For the tests, Flokor 1ASW was selected due to its high degree of hydrolysis and slight acidity (pH ~3.5) compared with other polyaluminium chlorides, which means low consumption of total alkalinity of purified water. The results obtained show a wide range of water reaction (pH from 8.0 to 4.0), in which the effectiveness of coagulant activity ensures the correct level of purification. In addition, the use of Flokor 1ASW with effective Stabpol K flocculant allows for production of big and quickly settled flocs. Post-coagulation sediments have much smaller volume than when using aluminum(III) sulfate(VI). The results of industrial tests, carried out in order to prepare reservoir water for injection, without pH correction, have been presented in the article. They confirmed the high efficiency of the selected chemicals.

8

Opracowanie metodyki oznaczania polichlorowanych bifenyli w próbkach gleb

Wojtowicz Katarzyna, Jakubowicz Piotr

Nafta-Gaz

|

2019

|

R. 75, nr 7

420--429

PL

W artykule przedstawione zostały zagadnienia związane z opracowaniem metodyki chromatograficznego oznaczania polichlorowanych bifenyli w próbkach gleb. Do tego celu stosowano chromatograf gazowy wyposażony w detektor wychwytu elektronów (GC-ECD) firmy Perkin Elmer. W ramach prowadzonych badań określono optymalne parametry pracy chromatografu, takie jak: temperatura inżektora, temperatura detektora ECD, przebieg temperaturowy pieca w trakcie analizy chromatograficznej, czas analizy oraz dobrano kolumnę chromatograficzną umożliwiającą selektywny rozdział analitów. Następnie przeprowadzono kalibrację układu chromatograficznego i walidację metody analitycznej oznaczania polichlorowanych bifenyli, stosując roztwory wzorcowe firmy Supelco i Sigma-Aldrich o numerach odpowiednio 47330-U oraz 36989. Sporządzono krzywe kalibracyjne dla każdego z badanych kongenerów PCB (PCB-10, PCB-28, PCB-53, PCB-101, PCB-138, PCB-153, PCB-180, PCB-209) w dwóch zakresach stężeń. Walidacja metody analitycznej obejmowała wyznaczenie liniowości, odchylenia standardowego, względnego odchylenia standardowego, granicy wykrywalności (LOD) i granicy oznaczalności (LOQ) wyżej wymienionych kongenerów PCB. W tym celu opracowania metodyki przygotowania próbek gleb do analizy chromatograficznej przetestowano układ pod kątem doboru metody ekstrakcji (ekstrakcja rozpuszczalnikiem wspomagana wytrząsaniem, ekstrakcja z wykorzystaniem ultradźwięków i ekstrakcja w aparacie Soxhleta), doboru rozpuszczalnika/układu rozpuszczalników (n-heksan, mieszanina n-heksanu i dichlorometanu w stosunku 1:1) oraz doboru materiału sorpcyjnego w etapie ekstrakcji do fazy stałej SPE (kolumienki do zadań specjalnych oraz kolumienki z wypełnieniem Florisil). Do badań modelowych wykorzystano próbki gleb zanieczyszczone roztworem wzorcowym firmy Supelco o numerze 47330-U. Dla wszystkich kombinacji wyżej wymienionych warunków przygotowania próbki do analizy chromatograficznej obliczono stopień odzysku poszczególnych analitów. Na podstawie analiz chromatograficznych i stopni odzysku wytypowano najbardziej optymalną metodykę przygotowania próbek gleb do analizy chromatograficznej pod kątem oznaczania polichlorowanych bifenyli. Opracowaną metodykę oznaczania polichlorowanych bifenyli w próbkach gleb przetestowano na rzeczywistych próbkach gleb skażonych zestarzałym olejem transformatorowym pobranych z terenów południowo-wschodniej Polski. Procedura analityczna oznaczania PCB w próbkach gleby obejmowała: wstępne przygotowanie próbek (suszenie, mielenie i homogenizacja), izolację analitów z matrycy próbki (ekstrakcja rozpuszczalnikiem wspomagana wytrząsaniem z zastosowaniem mieszaniny rozpuszczalników n-heksan:dichlorometan w stosunku 1:1), oczyszczanie próbki z substancji przeszkadzających (zestaw dwóch kolumienek do ekstrakcji SPE: Silica gel nr 7086-03 i PCB-A nr 7511-04 firmy Bakerbond), analizę chromatograficzną. Zastosowanie wyżej wymienionych technik analitycznych pozwoliło na uzyskanie informacji na temat zawartości badanych kongenerów polichlorowanych bifenyli w próbkach gleb.

EN

The article presents issues related to the development of the chromatographic methodology for determining polychlorinated biphenyls in soil samples. For this purpose, a gas chromatograph equipped with an electron capture detector (GC-ECD) from Perkin Elmer was used. As part of the research, optimal chromatograph parameters were determined, such as injector temperature, ECD detector temperature, oven temperature course during chromatographic analysis, time of analysis and a chromatographic column allowing selective separation of analytes. Then, the chromatographic system was calibrated and the analytical method for polychlorinated biphenyls determination was validated, based on the Supelco and Sigma-Aldrich reference solutions with numbers 47330-U and 36989, respectively. Calibration curves for each of the congeners tested were PCB (PCB-10, PCB-28, PCB-53, PCB-101, PCB-138, PCB-153, PCB-180, PCB-209) in two concentration ranges. The validation of the analytical method included the determination of linearity, standard deviation, relative standard deviation, detection limit (LOD) and limit of quantification (LOQ) of the above PCB congeners. To this end, the development of the methodology for preparing soil samples for chromatographic analysis has been tested for the selection of the extraction method (extraction with solvent assisted by shaking, extraction with ultrasonic assisted solvent, solvent extraction in a Soxhlet apparatus), solvent/solvent system selection (n- hexane, a mixture of n-hexane and dichloromethane in a 1:1 ratio) and selection of sorption material in the SPE solid phase extraction stage (columns for special tasks, Florisil packed columns). Model samples used soil contaminated with the Supelco standard solution number 47330-U. For all the combinations of the above-mentioned conditions of preparing the sample for chromatographic analysis, the recovery rate of individual analytes was calculated. On the basis of chromatographic analyses and recovery levels, the most optimal methodology for preparing soil samples for chromatographic analysis was selected for the determination of polychlorinated biphenyls. The developed methodology for the determination of polychlorinated biphenyls in soil samples was tested on real samples of soils contaminated with aged transformer oil taken from the areas of south-eastern Poland. The analytical procedure for the determination of PCBs in soil samples included: initial sample preparation (drying, milling, homogenization), isolation of analytes from the sample matrix (solvent extraction assisted by shaking with a 1:1 mixture of solvents n-hexane: dichloromethane), sample purification from disturbing substances (a set of two columns for SPE extraction: Silica gel No. 7086-03 and PCB-A No. 7511-04 from Bakerbond), chromatographic analysis. The application of the above-mentioned analytical techniques allowed to obtain information on the content of polychlorinated biphenyls investigated in soils samples.