Dynamiczny rozwój systemów pozyskiwania energii odnawialnej, a także racjonalizacja gospodarki cieplnej, przyczyniły się 10 lat temu do budowy Laboratorium Geoenergetyki na Wydziale Wiertnictwa, Nafty i Gazu AGH w Krakowie. Jednym z ważnych czynników decydujących o budowie są wcześniejsze prace nad wykorzystaniem wyeksploatowanych i negatywnych otworów do celów geotermalnych. Prowadzone aktualnie w Laboratorium badania dzisiaj i jego funkcje zostały opisane w niniejszym artykule. Laboratorium bazuje na różnych typach otworowych wymienników ciepła. Zostały one zbadane pod kątem ich efektywnej przewodności cieplnej λef i odporności termicznej Rb. Przeprowadzone w nich testy reakcji termicznej wykorzystano do opracowania metodyki i weryfikacji testów przewodnictwa cieplnego wymienników otworowych. Wyniki takiego testu mogą być stosowane do optymalizacji struktury i technologii eksploatacji dużych podziemnych magazynów ciepła bazujących na otworowych wymiennikach ciepła. System wymienników otworowych może współpracować z różnymi typami kolektorów słonecznych, które w odpowiedniej strefie klimatycznej mogą być idealnym źródłem do regeneracji zasobów podziemnego magazynu ciepła.
EN
The dynamic development of renewable energy recovery systems and also the rationalization of heat management gave spur to the 10 year construction agh of the Geoenergetics Laboratory at the Drilling, Oil and Gas Faculty AGH University of Science and Technology (DOGF AGH-UST) in Krakow. One of the important factors deciding about the build are previous works on adapting depleted and negative wells. Research carried out at the Laboratory up today and its usability functions are described in the paper. The laboratory is based on various types of borehole heat exchangers. They were investigated in view of their design for their effective thermal conductivity λef and thermal resistance Rb. The thermal response tests were used for elaborating the BHE thermal conductivity test. It can be used for optimizing the structure and technology of the exploitation of large underground heat storages with borehole heat exchangers. This system can co-operate with various types of solar collectors which in an appropriate climate zone may be a perfect source to be used for charging underground heat storage.
2
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Opisano badania nad zastąpieniem bentonitu w recepturach płuczek wiertniczych nowym środkiem polimerowym (o oznaczeniu CAGEx-v.2.). Głównym zadaniem badanego środka była budowa struktury oraz zapewnienie dobrych parametrów reologicznych płuczek wodnodyspersyjnych. Wyniki przeprowadzonych badań wykazały, że opracowany środek może być z powodzeniem zastosowany w praktyce przemysłowej.
EN
Bentonite was replaced in water-based mud formulas with a polymeric agent. The mud showed good rheol. properties, thermal stability and resistance against salts. The agent was recommended for industrial practice.
3
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Przedstawiono wyniki badań nad zastosowaniem nowego środka polimerowego zawierającego terpolimer chlorków [(2-(akryloiloksy) etylo)trimetyloamoniowego i (3-akryloamidopropylo) trimetyloamoniowego] oraz akryloamidu. Dodatek tego środka poprawia właściwości reologiczne badanych zaczynów.
EN
A mixt. of crosslinked starch, a XCD biopolimer and a CH2=CHCOO(CH2)2NMe3Cl, CH2=CHCONH(CH2)3NMe3Cl and CH2 = CHCONH2 terpolymer was prepd. and added as a new polymeric agent to std. cement slurries. The addn. resulted in an improvement of rheol. properties of the slurries.
The Geoenergetics Laboratory at the Faculty of Drilling, Oil and Gas in Krakow is presented in this paper to mark its 10th anniversary. The origins of the Laboratory, its equipment and the design of borehole heat exchangers belonging to the field research station are also discussed. Recently, the construction of 14 new borehole heat exchangers was designed and the boreholes will be drilled in the area of AGH University. They will perform heating and cooling for the new S1 building of the University. Every borehole heat exchanger will be tested, with the effective thermal conductivity and borehole thermal resistivity calculated after a thermal response test on every borehole. The difference between boreholes should show the difference of borehole thermal resistivity, but the effective thermal conductivity should be the same.
5
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Zaczyny uszczelniające przeznaczone do cementowania kolumn rur okładzinowych w głębokich otworach muszą odznaczać się ściśle określonymi parametrami technologicznymi, pozwalającymi na skuteczne zastosowanie ich w danych warunkach otworowych. Jednym z takich parametrów jest filtracja zaczynu uszczelniającego, która powinna odznaczać się jak najmniejszą wartością. Domieszki chemiczne służące do regulacji filtracji oferowane są przez Serwisy Cementacyjne. Mechanizm ich działania w zaczynach uszczelniających jest złożony i w większości przypadków oprócz ograniczenia filtracji dodatkowo powodują pogorszenie właściwości reologicznych zaczynu. Przedstawiono wyniki badań laboratoryjnych wpływu nowo syntezowanego w Katedrze Wiertnictwa i Geoinżynierii Wydziału Wiertnictwa, Nafty i Gazu Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie polimeru obniżającego filtrację zaczynu, który nie ingeruje w sposób istotny na wzrost parametrów reologicznych w porównaniu z domieszkami stosowanymi dotychczas.
EN
The title polymer and a com. additive for reducing rate of filtration were sep. introduced into the sealing slurries used for cementing the casing in deep wells. Filtration rate and rheol. parameters of both types of suspensions were detd. according to the relevant std. The tested polymer was recommended for making slurries.
The rheological properties of sealing slurries are very important when designing and executing cementing jobs and reinforcing ground and rock mass with the use of drilling technology. In order to ensure a high level of efficiency, the applied sealing slurries should meet several requirements. One of the most important criteria is pumpability. The rheological model and the rheological parameters of the sealing slurries should be properly selected to ensure efficient pumping. On this basis the flow resistance of the slurry in the circulation system can be calculated. The paper presents the results of laboratory experiments on the influence of some liquefiers on the formation of rheological properties of cement slurries used for sealing and strengthening rock mass, and for cementing jobs.
For the correct design, the number and the location of borehole heat exchangers, it is necessary to know thermal properties of rocks and the exchanger. This applies particularly to larger installations, more than 100 kW. One of the methods of determining these values is Thermal Response Test. This method is based on measurements in the first drilled borehole heat exchanger. Based on results of the TRT geothermal analysis is made. The analysis defines: the number of wells, the arrangement of wells, and the parameters of temperature of heat carrier after long-term use. This analysis based on calculations using specialist software. This paper presents the determination of the number of borehole heat exchangers and working conditions (temperature of the heat carrier) of an underground heat reservoir accessed using borehole heat exchangers for the building of the Primary School in Myszków.
Borehole heat exchangers (BHE) are made as hydraulic systems consolidated by cement slurry in boreholes. They mediate in heat exchange between the receiver on the surface (heat pump), and the reservoir of thermal energy (rock mass). In the analytical description of temperature changes accompanying energy download and return to the rock mass, the temperature of the entire borehole heat exchanger is assumed to be the same. In fact, the exchanger temperature changes both in the vertical and horizontal cross-sectional view of the exchanger. Accordingly, the temperature of the interface of the hardened cement slurry and the rock mass differs from the one which was adopted for design calculations. The article shows the differences between the theoretical and actual state, when the temperature was measured with a thermal imaging camera. It also includes suggestions regarding the mathematical description of temperature changes on the side surface of the heat exchanger. Measurements were made by a model of a BHE equipped with a single U-tube.
Use of low-temperature energy accumulated in the ground for heating buildings requires the borehole heat exchangers. The amount of heat exchanged (by the heat exchanger with the urethane) depends on the construction material parameters used to make the exchanger. One of the problems with the efficiency of the heat exchanger is the amount of heat transferred between the borehole pipes. This phenomenon can be described using numerical simulations or by studying a laboratory model. This article shows the results of laboratory measurements of the heat flux permeating between the pipes of the heat exchanger.
Thermal Response Test (TRT) is a standard test performed in borehole heat exchangers (BHE), which provides thorough understanding of thermal parameters of surrounding rock mass. Following work consists of calculations for hydraulic power and pressure losses along the BHE’s length. Analysis was carried out in eight BHE’s with different diameters, lengths and heat carriers in various areas throughout Poland. In accordance with TRT results, potential power exchanged between BHE and rock mass was determined. In order to find relations between pressure losses and volumetric flow rate, hydraulic tests in average static temperature of rock mass and during heating period were investigated. Proportions between hydraulic power and total power exchange with rock mass are also presented in following research.
In the years 2014–2016 two scientific units, i.e. Faculty of Drilling, Oil and Gas, AGH UST and Oil and Gas Institute – National Research Institute cooperated on the realization of a project called Optidrilltec. A group of innovative recipes of slurries to be used for sealing wellbores in shale formations were worked out. Both fresh and hardened cement slurries should meet restrictive technological requirements, therefore this issue was in the focus of the conducted research. Laboratory experiments were performed on high-class research and control/measurement equipment, thanks to which innovative recipes of cement slurries for sealing casing in shale gas formations could be worked out. These recipes comply with standards and can be successfully used as read-made applications for sealing casing installed in shale formations.
Both fresh and hardened cement slurries should meet respective standards. Recently the Faculty of Drilling, Oil and Gas AGH UST and Oil and Gas Institute – National Research Institute have recently realized works within the OPTIDRILLTEC project aimed at the modification of the existing and working out of new recipes of slurries to be used for sealing wells on shale deposits. For this reason a crew of specialists realized scientific analyses with the use of high class control and measuring systems. These are, among others, pressure consistometers, filtration presses, viscometers, apparatus for measuring permeability and migration of gas, mercury porosimeter, ultrasound cement analyzer, strength testing machine. The investigations of cement slurries are aimed at working out recipes of slurries for sealing casing in wellbores drilled in shale gas formations.
13
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule omówiono wyniki badań laboratoryjnych przeprowadzonych dla receptur projektowanych w celu obniżenia przepuszczalności stwardniałego zaczynu cementowego. Próbki kamieni cementowych hydratyzowały przez okres od 2 do 28 dni w warunkach otworopodobnych. Dla próbek hydratyzujących 28 dni wykonano badania opisujące ich kluczowe parametry technologiczne oraz mikrostrukturę stwardniałych zaczynów cementowych. Przeprowadzono analizę korelacyjną przepuszczalności dla gazu, porowatości i parametrów opisujących mikrostrukturę stwardniałych zaczynów cementowych. Przedstawiono zależności najbardziej wpływające na obniżenie przepuszczalności i – tym samym – na zwiększenie szczelności tworzącego się płaszcza cementowego.
EN
The article discusses the results of laboratory tests for recipes designed to reduce the permeability of hardened cement slurry. Samples of hardened cement slurries were cured from two to 28 days of hydration in borehole similar conditions. For samples cured for 28 days there were tests performed describing their crucial technological parameters and microstructure. The correlation analysis for gas permeability, porosity, and parameters describing the microstructure of the hardened cement slurries was performed. Most important factors influencing the reduction of permeability and thus improvement of tightness of cement sheath were analyzed and presented.
The development of techniques and technologies thanks to which parameters of the ground medium can be modified makes specialists look for new recipes of geopolymers – binders for the reinforcing and sealing of unstable and permeable grounds. The sealing slurries are expected to meet a number of strict requirements, therefore it is important to find new admixtures and additives which could modify the fresh and hardened slurry. Special attention has been recently paid to the fluid ash – a by-product of the combustion of hard coals. However, the use of this additive is associated with the application of appropriate superplastifier. Laboratory analyses of rheological parameters of fresh sealing slurries and the ways of improving their liquidity by a properly selected third-generation superplastifier are presented in the paper. The slurries were based on Portland cement CEM I, milled granulated large-furnace slag and fly ash from fluidized-bed combustion of hard coal.
PL
Rozwój technik i technologii modyfikacji parametrów ośrodka gruntowego wymusza ciągłe poszukiwanie nowych receptur geopolimerów używanych jako spoiwa do wzmacniania i uszczelniania gruntów niestabilnych i przepuszczalnych. Wychodząc naprzeciw oczekiwaniom spełnienia przez zaczyn uszczelniający szereg rygorystycznych wymagań należy poszukiwać nowych domieszek i dodatków modyfikujących jego parametry w stanie świeżym i stwardniałym. Szczególne znaczenie w ostatnich czasach nabiera wzbogacenie receptur o dodatek popiołów fluidalnych ze spalania węgli kamiennych. Aplikacja tego dodatku wymaga jednak uplastycznienia zaczynu uszczelniającego właściwym superplastyfikatorem. W artykule przedstawiono badania laboratoryjne parametrów reologicznych świeżych zaczynów uszczelniających, w aspekcie poprawy ich płynności przez doświadczalne dobranie superplastyfikatora trzeciej generacji. Zaczyny sporządzono w oparciu o cement portlandzki CEM I, mielony granulowany żużel wielkopiecowy oraz popiół lotny z fluidalnego spalania węgla kamiennego.
Paper presents results of investigation on the properties of cement slurries used in casing works in horizontal wells. Six slurries were investigated. Each slurry was optimized to fulfill the demands of a particular well drilled in Pomeranian Basin in northern Poland. Slurries were designed the way to obtain flow diameter in the range 240-270 mm and exhibiting no sedimentation. Special emphasis was put on the stability of the slurries, due to high requirements for stability of slurries used in casing works in horizontal wells. Slurries were cured in conditions characteristic for particular wells (pressure in the range between 35 and 49 MPa, temperature in the range between 80 and 90 degrees of Celsius). For hardened slurries mechanical properties were determined. Phase composition of hardened slurries was determined with XRD and thermal analysis. In addition microstructural observations were done in order to determine the influence of temperature on microstructure of hardened cement matrix.
The rheological properties of sealing slurries are very important at the stage of designing and realization of works related to the sealing and reinforcement of the ground rock mass with the use of drilling technologies. For providing high efficiency of the works related to the sealing of casing pipes in deep wells and the rock mass with borehole injection methods, the rheological parameters of sealing slurries should be selected depending on [1,2]: - reservoir conditions of ground and rocks to be sealed, — geometry of borehole and circulation system, — interactions between the stream of injected slurry and the resulting flow resistance, especially in the sealed medium. The results of laboratory experiments focusing on the influence of time on the rheological parameters of fresh sealing slurries based on API Class G HSR - Black Label drilling cement (Dyckerhoff) for various water to cement ratios are presented in the paper
Sealing slurries, mainly the cement-based ones, are concentrated dispersive systems, containing solid particles of considerably developed specific surface. Rheologically, such systems are very complex. This also stems from the fact that the rheological properties have a significant effect on: additives and admixtures modifying technological properties of fresh and set slurries, chemically complex mechanism of hydration in a slurry in a function of time. Special attention should paid to plasticizing (plasticizers PL) and liquefying (traditional and new- -generation superplasticizers SP) admixtures affecting the modification and optimization of rheological properties of fresh cement slurries as far as providing efficiency of sealing of casing pipes is concerned. Laboratory analyses were focused on proving the following thesis: properly selected type of superplasticizer [by BASF Polska Sp.z o.o. (The Chemical Company) - Admixtures for Concrete Division] advantageously affects the rheological parameters of sealing slurry based on metallurgical cement CEM III /A 32,5. The following variables were used in the analyses: type of superplasticizer, type of batch fluid. The laboratory experiments were made on superplasticizers produced by BASF: SKY 501, SKY 503, SKY 591, ACE 430, Glenium 115. The superplasticizer concentration in the slurry was 0.5 wt% (as compared with mass of dry cement). Water to cement ratio for the analyzed sealing slurries was equal to 0.5. The sealing slurries were made of metallurgical cement CEM III/A 32,5 N-LH/HSR/N Lafarge Cement S.A. in Małogoszcz.
PL
Zaczyny uszczelniające, a zwłaszcza typu cementowego, są skoncentrowanymi układami dyspersyjnymi, zawierającymi cząstki stałe o znacznie rozwiniętej powierzchni właściwej. Układy takie pod względem reologicznym należą do niezwykle złożonych. Wynika to między innymi z faktu, że na właściwości reologiczne w sposób istotny wpływają: dodatki i domieszki modyfikujące właściwości technologiczne świeżych i stwardniałych zaczynów, złożony chemicznie mechanizm reakcje hydratacji zachodzące w zaczynie w funkcji czasu. Na szczególną uwagę ze względu na zapewnienie skuteczność uszczelniania kolumn rur okładzinowych w otworach wiertniczych zasługują domieszki uplastyczniające (plastyfikatory PL) i upłynniające (superplastyfikatory SP typu tradycyjnego oraz nowej generacji) wpływające na modyfikację oraz optymalizację cech reologicznych świeżych zaczynów uszczelniających. Przeprowadzone badania laboratoryjne miały na celu udowodnianie następującej tezy: odpowiednio dobrany rodzaj superplastyfikatorów [firmy BASF Polska Sp.z o.o. ( The Chemical Company) - Dział Domieszek do Betonu], wpływa korzystnie na parametry reologiczne zaczynu uszczelniającego sporządzanego na osnowie cementu hutniczego CEM III /A 32,5. W przeprowadzanych badaniach zmiennymi były: rodzaj superplastyfikatora, rodzaj cieczy zarobowej. W badaniach laboratoryjnych zastosowano następujące superplastyfikatory firmy BASF: SKY 501, SKY 503, SKY 591, ACE 430, Glenium 115. Koncentracja superplastyfikatora w zaczynie wynosiła: 0,5% wagowo (w stosunku do masy suchego cementu). Współczynnik wodno-cementowy dla badanych zaczynów uszczelniających wynosił: 0,5. Do sporządzania zaczynów uszczelniających stosowano cement hutniczy klasy CEM III/A 32,5 N-LH/ HSR/NA - Cementownia Małogoszcz, Grupa Lafarge Cement S.A. w Małogoszczy.
The technology of CO2 sequestration is connected with the necessity of drilling wells, which construction is adapted to aggressive CO2 rich environment. Recipes of cement slurries, used nowadays in carbohydrates production wells, are prepared without considering corrosion occurrence caused by affection of acidic environments originating from carbonate acid radicals. Although increased resistance to sulfates is typical for these cements, this does not guarantee any resistance to corrosive effects of CO2. Density, fluidity, filtration, Marsh Funnel viscosity and rheological parameters measurements (with a twelve‑ranged viscometer FANN) were carried out. Using Rheosolution Software, a proper rheological model for each recipe was matched. Corrosive effect on cement rock was obtained through keeping samples in pressure tanks containing compressed CO2 for the period of 180 and 360 days. Directly after taking the samples out of the tanks, flexural and compressive strength tests were carried out with the use of hydraulic press. The results were compared and differences between the samples from CO2 and samples taken from water environment according to API recommendations were presented. The corrosion effect on the samples from both environments was presented with microscopic images. Lengthening of the slurry thickening time and improvement of the slurry fluidity were obtained thanks to adding the third generation superplastifier produced by BASF Polska Sp. z o.o. As a research result a slurry recipe of the best strength has been developed. It can be used for proper sealing in CO2 sequestration well technology
New generation fly ashes are a produced during coal combustion in fluidized bed furnaces with simultaneous sulphur removal from the gas. This process is held at temperature of about 850 degrees of Celsius. The generated ashes basically differ in their physicochemical properties from traditional silica ashes. Fluidal ashes produced during lignite combustion consist of active puzzolana in the form of dehydrated clayey minerals and active components activating the process of hydration of, e.g. CaO, anhydrite II and CaCO3 ashes. The paper presents the results of laboratory analyses of the influence of ashes coming from the combustion of lignite on technological properties of fresh and set sealing slurries based on drilling cement.
20
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Rozpoczęcie zabiegu cementowania powinno poprzedzić badanie czasu gęstnienia stosowanego zaczynu uszczelniającego. Źle dobrana receptura zaczynu może spowodować powstanie komplikacji, a także awarii wiertniczej. Określenie prawdziwego czasu gęstnienia zaczynu uszczelniającego jest tylko możliwe przy pomiarze w warunkach temperatury i ciśnienia występującego w otworze podczas cementowania. Temperatura oraz ciśnienie wpływają na skrócenie jego czasu gęstnienia, czego następstwem może być brak możliwości wykonania zabiegu w całości. Niewypełnienie przestrzeni pierścieniowej zaczynem uszczelniającym wiąże się z ewentualnością wystąpienia przypływu płynów złożowych lub ich przepływu międzypoziomowego. W następstwie tego klaruje się konieczność wykonania docementowania, co generuje dodatkowe koszty. Tradycyjne badanie czasu wiązania zaczynów uszczelniających na aparacie Vicata pozwala określić czas wiązania w warunkach ciśnienia atmosferycznego i temperatury otoczenia podczas pomiaru. Użycie konsystometru HPHT (High Pressure, High Temperature) daje pogląd na rzeczywisty czas gęstnienia w podwyższonej temperaturze i ciśnieniu, co odpowiada procesom zachodzącym w otworze. W artykule przedstawiono porównanie przebiegu czasu wiązania uzyskanego podczas badania klasycznym aparatem Vicata oraz czasu gęstnienia zmierzonego konsystometrem HPHT firmy Chandler dla wybranych receptur zaczynów uszczelniających, w różnych warunkach ciśnienia i temperatury.
EN
The commencement of cementing operations should be preceded by the test of binding time of the used cement slurry. The wrongly chosen slurry formulation may cause complications as well as drilling breakdown. The accurate determination of commencement and finalization time of cement slurry binding is only possible when measured in temperature and pressure conditions identical as those in well bore during cementing. The temperature and pressure shorten the binding time, whose effect may be the inability to conduct the whole process. Not filling the annular space with cement slurry may cause the flow of reservoir fluids or their inter-level flow. It also causes the necessity of additional cementing, which generates further costs. The traditional tests of cement slurry binding time conducted on Vicat’s apparatus, allows stipulating the binding time in room conditions. The usage of HPHT (High Pressure, High Temperature) consistency meter gives idea of the real bilding time in higher temperature and pressure, which is parallel with the processes within the well bore. In the article there was presented the comparison of the binding time while testing with the classic Vicat’s apparatus and with the HPHT consistency meter by Chandler of the chosen binding slurries formulations, in various pressure and temperature conditions.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.