Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Badania emisji akustycznej i odkształceń generowanych sorpcją i desorpcją gazów przez próbki skalne

Strzępowicz A., Ziętek J., Zych M., Hanus R.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2015

|

R. 91, nr 8

54--57

PL

W artykule przedstawiono stanowisko laboratoryjne do badania emisji akustycznej i odkształceń w próbkach geologicznych generowanych procesami sorpcyjnymi. Podano przykładowe wyniki badań sorpcji i desorpcji CO2 na próbkach węgla z kopalni „Budryk”. Prezentowane wyniki stanowią etap przygotowawczy do planowanych badań na różnego rodzaju łupkach, w tym gazonośnych.

EN

This paper presents the laboratory stand for investigation of acoustic emission and expansion/contraction of geological samples subjected to gas sorption – desorption processes. Exemplary results of sorption and desorption of CO2 on samples of coal from the mine "Budryk" are given. The presented results are preliminary stage to the planned research on various types of shale, including gas-bearing.

2

Zastosowanie zjawiska emisji akustycznej do badania układu węgiel kamienny-gazy kopalniane w aspekcie sekwestracji CO2 w pokładach węgla

Majewska Z., Majewski S., Ziętek J.

Przegląd Górniczy

|

2014

|

T. 70, nr 7

1--11

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań laboratoryjnych ilustrujące możliwości wykorzystania zjawiska emisji akustycznej (AE) jako narzędzia do zdalnego badania wzajemnych oddziaływań matrycy węglowej z molekułami gazów. Badania te mają ścisły związek z dwoma nadal aktualnymi problemami, a mianowicie: z pozyskiwaniem metanu z pokładów węgla jako alternatywnego źródła energii oraz z koniecznością ograniczenia emisji CO2 do atmosfery. Jedną z technologii, która uwzględnia obecne uwarunkowania ekonomiczne i środowiskowe jest zatłaczanie CO2 do pozabilansowych metanonośnych pokładów węgla z równoczesnym zintensyfikowaniem odzyskania metanu (CO2-ECBM). Poznanie wzajemnych oddziaływań w układzie węgiel kamienny-gazy kopalniane ma kluczowe znaczenie dla powodzenia tej technologii. Z przeprowadzonych, przez autorów, równoczesnych badań sejsmoakustycznych, sorpcyjnych i dylatometrycznych na kawałkowych próbkach węgla kamiennego o znanej budowie petrograficznej, uzyskano wiele cennych informacji. Eksperymenty prowadzono zarówno w reżimie pojedynczego cyklu sorpcja-desorpcja, jak również w kilku następujących po sobie cyklach, na próbkach swobodnych i skrępowanych. Do opisu AE indukowanej w węglu procesami sorpcji/desorpcji gazów (CO2, CH4 i ich mieszaniny binarne) wykorzystano tradycyjne parametry – aktywność akustyczną i intensywność wyzwolonej energii. Najważniejsze uzyskane rezultaty: – charakterystyki sejsmoakustyczne i kinetyki odkształceń wykazują istotne różnice w zależności od typu węgla i rodzaju użytego sorbatu, – zarejestrowana AE i odkształcenia objętościowe podczas kolejnych cyklów sorpcja/desorpcja gazów wskazują na przebudowę struktury badanego węgla podczas pierwszego cyklu, czyli na skutek pierwszego kontaktu węgla z sorbatem, – podczas procesu sorpcji CO2 na próbkach poddanych stałemu jednoosiowemu naprężeniu zaobserwowano indukowanie w próbce naprężenia sorpcyjnego (tzw. self-stressing), oraz redukcję AE i odkształceń objętościowych odpowiednio o 80% i 60%, – badania współzależności zjawisk AE i odkształceń objętościowych węgla w funkcji ilości sorbowanego gazu wskazują na nieliniowość tej zależności, a ponadto na jej odmienny charakter, zależny od typu węgla i rodzaju użytego sorbatu (CO2, CH4, CO2/CH4). Uzyskane nowe informacje o charakterze zmian odkształceń objętościowych węgla, a także zaobserwowane zjawisko indukowania naprężenia sorpcyjnego w węglu jako skutek sorpcji CO2, przebiegającej na węglu poddanym zewnętrznym naprężeniom, mogą mieć istotne znaczenie dla CO2 - ECBM, zarówno na etapie projektowania jak, i predykcji skutków iniekcji CO2, z punktu widzenia długotrwałego składowania tego gazu.

EN

This paper presents the results of unique simultaneous measurements of sorption kinetics, volumetric strain and acoustic emission (AE) on solid coal samples subjected to sorption of carbon dioxide, methane and their mixture. The following conclusions can be drawn from this study: 1. sorption of CO2 and CH4 affected the two coals differently and there could be a connection between changes in the coal structure due to sorption of the gases and the character of the induced acoustic emission and strain, 2. a non-linear relationship between the volumetric strain and the amount of sorbed gas was found, 3. the AE and strain characteristics obtained indicated that some of the causes of sorption induced AE and strain are the same, 4. a set of data on strains, stress and AE indicated that the application of axial stress results in the development of internal stress within the coal and also in the reduction of both swelling and AE by about 60 % and 80 %, respectively. The AE results obtained confirmed the usefulness of the AE technique for non-invasive characterization of coal-gas systems. In addition, the AE technique should be promising for control monitoring of gas movements within the coalbed and/or surrounding strata and, ultimately, towards the surface. This is of importance in regard to environmental safety and health aspects of CO2 - ECBM/Sequestration.

3

Acoustic emission and volumetric strain induced in coal by the displacement sorption of methane and carbone dioxide

Majewska Z., Ziętek J.

Acta Geophysica

|

2008

|

Vol. 56, no. 2

372-390

EN

The aim of this study was to assess whether acoustic emission (AE) could carry information on preferential sorption/desorption of CH4 or CO2 in coal. AE and expansion/contraction of two nearly identical cylindrical coal samples were continuously monitored during displacement sorption experiments. One sample was subjected to presorption of CH4, followed by sorption of CH4/CO2 mixture. With the other one, presorption of CO2 preceded sorption of the mixture. The results obtained are the following: first, AE and stain kinetics show that the affinity of the coal tested is higher for CO2 than for CH4; second, methane is preferentially desorbed after presorption of CH4 - sorption of mixture of CH4 and CO2; third, during displacement sorption, kinetics of AE and sample swell-ing/shrinkage bring out the importance of presorption and the sorbate used. It matters whether the coal is first exposed to CH4 or to CO2. The present study has demonstrated that injection of CO2 into the coal previously exposed to CH4 causes considerable swelling of the coal. On desorption after CH4/CO2 exchange sorption, initial shrinkage is followed by swelling of the coal. These results could have implications for the sequestration of CO2 in coal seams and CH4 recovery from coalbeds (ECBM). Swelling/shrinkage of the coal matrix should be included in models used to predict coal permeability and gas flow rates. They also show that the AE technique can give more insights into coal matrix-gas interactions.

4

Acoustic emission and sorptive deformation induced in coals of various rank by the sorption-desorption of gas

Majewska Z., Ziętek J.

Acta Geophysica

|

2007

|

Vol. 55, no. 3

324-343

EN

Simultaneous measurements of acoustic emission (AE) and expansion/ contraction of coal samples subjected to gas sorption-desorption processes were conducted on high- and medium-rank coal. The aim of this study was to examine the influence of the coal rank and type of sorbate on measured AE and strain characteristics. The experimental equipment employed in this study consisted of a pressure vessel and associated pressurisation and monitoring units. The arrangement of pressure-vacuum valves permitted the coal sample to be pressurised and depressurised. Carbon-dioxide and methane were used as sorbats. Acoustic emission and strains were recorded continuously for a period of 50 hours during sorption and for at least 12 hours during the desorption process. Tests were conducted on cylindrical coal samples at 298 K. The experimental data were presented as plots of AE basic parameters versus time and in strain diagrams. These studies lead to the following conclusions: 1. There are significant differences in AE and strain characteristics for the two sys-tems (coal-CO2 and coal-CH4); 2. There is a direct influence of rank and type of coal on its behaviour during the sorption-desorption of gas. An attempt has been made to interpret the results obtained on the grounds of the copolymer model of coal structure. More research is needed into this topic in order to get a quantitative description of the observed facts.

5

Considerations referring to coal swelling accompanying the sorption of gases and water

Skawiński R.

Archives of Mining Sciences

|

1999

|

Vol. 44, nr 3

425-434

EN

This paper contains a concise history of investigations concerning the coal swelling accompanying the sorption of gases and water. The external swelling of coal, (i.e. the enlargement of sample sizes) and the internal swelling (observed as the permeability decrease during the flow of sorbing fluids) are also discussed. The coal swelling occurs in coal substance. The molecular structure of coal substance and the main mechanism of its swelling as the result of interaction of sorbed molecules with the complexes of coal macromolecules, is consisely presented in the paper. The direct measurement of the coal swelling is very difficult or almost impossible. The coal swelling may be evaluated as changes of permeability accompanying the flow of sorbing fluids. The paper contains considerations on the realationship between the variations of permeability and swelling of coal. The considerations are based on the mechanism of coal swelling and certain assumptions concerning the changes of pore space.

PL

Podczas sorpcji gazów (CO2, CH4), pary wodnej i wody w węglu zachodzi pęcznienie substancji węglowej objawiające się zwiększeniem wymiarów badanej próbki i zmniejszeniem wymiarów porów w węglu, co jest przyczyną zmniejszenia przepuszczalności w przepływie tych sorbujących płynów. Obserwacje tych zjawisk publikowane już były w 1948 r. (Bond et al., 1948, 1950) i w 1957 r. (Fish &Turski, 1957) oraz w latach następnych w ośrodkach: Instytucie Chemii Górniczej i Fizykochemii Węgla AGH w Krakowie (głównie A. Czapliński i G. Ceglar-ska-Stefańska), Bergbau Forschung, GmbH w Essen, University of Alabama, University of Arizona oraz Instytucie Mechaniki Górotworu PAN w Krakowie (R. Skawiński z zespołem). We wszystkich tych eksperymentalnych badaniach obserwuje się zmiany wymiarów badanych próbek węgla lub zmiany przepuszczalności w przepływach badanych płynów. Pęcznienie (lub kurczenie się) węgla jest zjawiskiem fizyczno-chemicznym i jest wynikiem głównie dwóch procesów: sorpcji (lub desorpcji) przepływającego płynu i zwiększenia (lub zmniejszenia) wymiarów zespołów makromolekuł węgla tworzących substancję węglową. Największe pęcznienie węgla wywołuje sorpcja wody. Bezpośredni pomiar wewnętrznego pęcznienia węgla jest trudny lub w ogóle niemożliwy, dlatego też należy mierzyć wielkość efektów wywołanych tym pęcznieniem, np. zmiany przepuszczalności w przepływie sorbujących płynów. Przy pewnych założeniach dotyczących porów i zmian ich wymiarów można znaleźć przybliżony związek pomiędzy pęcznieniem substancji węglowej a zmianami przepuszczalności. W pracy zostały poczynione pewne założenia: o niewielkich zmianach wymiarów porów i geometrycznym podobieństwie przestrzeni porowej przed i po pęcznieniu węgla. Przeprowadzone rozważania oparte na tych założeniach doprowadziły do ustalenia pewnego współczynnika (a), który może być wyliczony z pomiarów zmian przepuszczalności, a będącego miarą pęcznienia (zmiany wymiarów porów). Zmiany tego współczynnika po zmianach ciśnienia gazu pozwolą prześledzić zmiany pęcznienia substancji węglowej wywołane zmianami sorpcji przepływającego gazu.