Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Testing the effectiveness of multi-layer target penetration by linear shaped charges

Habera Łukasz, Hebda Kamil

Nafta-Gaz

|

2020

|

R. 76, nr 12

919--928

EN

Choć zjawisko kumulacji detonacyjnej jest dobrze znane i wykorzystywane w technice strzelniczej na całym świecie, to branża naftowa wciąż poszukuje jak najefektywniejszego sposobu perforacji odwiertów naftowych i gazowych. Wykorzystanie materiałów wybuchowych w ładunkach kumulacyjnych przeznaczonych do prac perforacyjnych zapewnia skuteczne połączenie hydrauliczne odwiertu ze złożem, ale wciąż pozostają lokalne negatywne skutki detonacji w postaci stref zmiażdżonych i zniszczonych wokół kanałów perforacyjnych. W niniejszym referacie zaproponowano nowe spojrzenie na sposób perforacji odwiertów. Pozostając w domenie materiałów wybuchowych, przedstawiono metodę perforacji opartej na wykorzystaniu liniowych ładunków kumulacyjnych, których działanie potęguje energia spalania propelantów. W referacie przedstawiono przebieg i rezultaty czterech testów strzałowych koncepcyjnego urządzenia perforująco-szczelinującego o roboczej nazwie Szczelinogenerator, którego głównym zadaniem jest przebicie wielowarstwowego zróżnicowanego materiałowo celu, jakim jest wgłębna konstrukcja odwiertu. Przedstawione badania poświęcone są skuteczności perforowania układu stal– woda–beton. W ich toku rozwiano obawy dotyczące braku jednoczesności zainicjowania wszystkich uzbrojonych ładunków i wystąpienia działań niszczących urządzenie jeszcze przed jego pełnym zadziałaniem. Potwierdziła się jednak hipoteza o konieczności gruntownej modernizacji ładunków liniowych, które w obecnej formie uwalniają zbyt dużą ilość energii poza oś działania strumienia kumulacyjnego. Przedmiotowe straty energii, po pierwsze, osłabiają działanie ładunku, po drugie, powodują zniszczenia rury korpusowej jako urządzenia nośnego poprzez wydatne rozdęcie i rozerwanie. Analiza przekrojów powstałych szczelin kumulacyjnych pozwala stwierdzić, że są one jednorodne i nie obserwuje się w nich znaczących zmian szerokości. Głębokości czy zasięgu szczelin na tym etapie pracy nie określono z powodu zniszczenia części betonowej modeli imitujących odcinki otworu wiertniczego. Przeprowadzone badania, zrealizowane w postaci czterech testów strzałowych, potwierdzają zdolność ładunków kumulacyjnych liniowych do skutecznego penetrowania celów o budowie wielowarstwowej.

2

The study of gas fracturing on hard coal samples using propellants

Hebda Kamil, Habera Łukasz, Frodyma Antoni, Koślik Piotr

Nafta-Gaz

|

2019

|

R. 75, nr 6

350--355

EN

The stimulation of deposits using high-energetic materials (propellants) may prove to be an effective method of acquiring methane in the coal basins of Poland. The propellants are a type of explosives which during combustion generate huge volumes of combustion gases at high pressure and temperature, and are able to impact rock structure, thus creating migration paths for methane. Until now, in the Department of Shooting Engineering of the Oil and Gas Institute – National Research Institute, a number of gas fracturing tests have been completed in laboratory scale. The experiments confirmed the ability of high-energy materials to influence the structure of hard coal. However, the setup of the laboratory rocket engine used in experiments forced the combustion products of high-energy materials to influence hard coal samples only from the front, which resulted in creating rather channels, and no model fractures in effect of the gas fracturing process. Therefore, we decided to develop an experimental setup, in which combustion products of high-energy materials would impact the rock in various directions, and create model fractures – not channels. The gas fracturing task was completed within the work on five selected coal samples that have been cored from bigger coal blocks, acquired from the KWK Zofiówka coal mine, operating on methane saturated coal beds, located in the Upper-Silesian Coal Basin in Poland. The series of experiments were performed on experimental fireground, managed by the Institute of Industrial Organic Chemistry, Krupski Młyn Branch. 100-gram charges of inhibited MPH propellant (MPH = low-diameter, heterogeneous) were used in the experiments. During the attempts of initiating propellants, pressure in the testing stand was recorded by means of a 100 MPa pressure sensor. In order to determine the secondary fracturing grid, the hard coal samples were scanned using the CT (computer tomography) method prior to and following the tests on the experimental fireground. Next, the original and secondary fracture grid in the samples were reconstructed using specialized computer software. The analysis of the obtained results confirmed that high-energy materials are able to impact hard coal structure, causing the creation of fractures. Furthermore, the research showed that the orientation and original amount of fractures present in rocks have a very high impact on the creation of fractures in hard coal samples.

PL

Skuteczną metodą pozyskiwania metanu w polskich zagłębiach węglowych może okazać się stymulacja złóż z wykorzystaniem materiałów wysokoenergetycznych (propelantów). Propelanty to materiały wybuchowe, które podczas spalania generują duże objętości gazów prochowych pod wysokim ciśnieniem oraz temperaturą i są w stanie wpływać na strukturę skały – tworząc drogi migracji dla metanu. Dotąd w Zakładzie Techniki Strzelniczej INiG – PIB wykonano szereg prób szczelinowania gazowego na próbkach węgla kamiennego w skali laboratoryjnej. Badania doświadczalne potwierdziły zdolność materiałów wysokoenergetycznych do wpływania na strukturę węgla kamiennego. Jednak układ laboratoryjnego silnika rakietowego wykorzystany do badań wymuszał oddziaływanie produktów spalania materiałów wysokoenergetycznych na próbki węgla kamiennego jedynie frontalne, przez co w wyniku zabiegu szczelinowania gazowego nie powstawały modelowe szczeliny, tylko kanały. Dlatego zdecydowano się opracować układ badawczy, w którym produkty spalania materiałów wysokoenergetycznych oddziaływałyby na skałę w różnych kierunkach. W pracy wykonano zabieg szczelinowania gazowego na wybranych pięciu próbkach węgla, które zostały pobrane w formie rdzenia z większych fragmentów pozyskanych z metanowej kopalni KWK Zofiówka, znajdującej się w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym. Szereg doświadczeń przeprowadzono na poligonie doświadczalnym należącym do Instytutu Przemysłu Organicznego, Oddział w Krupskim Młynie. Do badań wykorzystano 100-gramowe ładunki inhibitowanego paliwa MPH (małogabarytowego paliwa wysokoenergetycznego). Dodatkowo podczas prób inicjacji propelantów prowadzono rejestrację ciśnienia w układzie badawczym za pomocą czujnika ciśnienia 100 MPa. W celu określenia wtórnej sieci spękań – próbki węgla kamiennego przeskanowano tomografem komputerowym przed i po próbach na poligonie doświadczalnym. Następnie zrekonstruowano pierwotną oraz wtórną sieć spękań w próbkach z wykorzystaniem specjalistycznego oprogramowania komputerowego. Analiza wyników potwierdziła, że materiały wysokoenergetyczne są w stanie wpływać na strukturę węgla, powodując tworzenie się szczelin. Ponadto badanie wykazało, że bardzo duży wpływ na powstawanie szczelin w próbkach węgla ma ich orientacja oraz ich ilość pierwotnie występująca w skale.

3

Ocena oddziaływania propelantów na wybrane próbki węgla kamiennego

Hebda Kamil, Habera Łukasz, Frodyma Antoni, Koślik Piotr

Nafta-Gaz

|

2019

|

R. 75, nr 12

768--773

PL

Artykuł powstał na podstawie wyników badań szczelinowania gazowego z wykorzystaniem materiałów wysokoenergetycznych (propelantów) na wybranych próbkach węgla kamiennego w laboratoryjnym silniku rakietowym (LSR). Celem badań było sprawdzenie, czy metoda stymulacji przepływu mediów ze złoża do odwiertu naftowego z użyciem propelantów może być skutecznie stosowana przy niekonwencjonalnych nagromadzeniach węglowodorów, jakimi są złoża metanu z pokładów węgla kamiennego (CBM). Szczelinowanie materiałami wysokoenergetycznymi polega na niedetonacyjnym wykonaniu kilku radialnych szczelin w strefie przyodwiertowej o długości do kilku metrów. Szczeliny powstają w wyniku spalania propelantów, które generują duże objętości gazów prochowych pod wysokim ciśnieniem, przez co zostaje przekroczone ciśnienie nadkładu skał w górotworze. Zakres badań obejmował serię prób szczelinowania gazowego wybranych próbek węgla kamiennego na poligonie doświadczalnym. Zabieg szczelinowania wykonano w laboratoryjnym silniku rakietowym, który standardowo służy do badania właściwości stałych paliw wysokoenergetycznych, jednak na potrzeby testów szczelinowania został odpowiednio zmodyfikowany. Próbki węgla wklejono za pomocą żywicy epoksydowej w specjalne stalowe obudowy, dzięki czemu produkty spalania propelantów mogły ingerować w strukturę węgla – szczelinując go. Do badań wykorzystano inhibitowane małogabarytowe paliwo wysokoenergetyczne (MPH) o zmiennej gramaturze. W celu określenia zmian w strukturze węgla próbki przeskanowano tomografem komputerowym przed i po próbach ciśnieniowych. Otrzymane tomogramy zrekonstruowano przy wykorzystaniu specjalistycznego oprogramowania komputerowego na obrazy 3D sieci spękań oraz ich procentową objętość w każdej z badanych próbek. Dodatkowo podczas prób poligonowych rejestrowane było ciśnienie maksymalne w komorze spalania w LSR. Badanie szczelinowania przeprowadzono dla 10 próbek węgla kamiennego, z czego udało się zeszczelinować 7 z nich. Przyrost szczelin w tych próbkach waha się od 9,3% do 332,5%. W przypadku 3 próbek zabieg szczelinowania skończył się niepowodzeniem.

EN

The article is based on the results of gas fracturing with high-energy materials used for selected hard coal samples in a laboratory rocket motor (LRM). The purpose of the research was to check whether the method of stimulating the flow of media from the deposit to the oil well using propellants can be effectively used with unconventional hydrocarbon accumulations such as coalbed methane (CBM). Fracturing with high-energy materials consists in a non-detonative forming of several radial fractures in the near-well bore zone of lengths up to several meters. The fractures are formed as a result of the combustion of propellants which generate large volumes of combustion gases under high pressure, thus exceeding the pressure of overburden rocks. The scope of the research included a series of gas fracturing tests of selected hard coal samples on the testing ground. The carbon samples were glued with special epoxy resin into a special steel pipe, by which the propellant combustion products could affect the coal structure by fracturing. The fracturing treatment was performed in a laboratory rocket motor, which is a standard system for testing the properties of solid high-energy fuels; however, for the purpose of fracturing tests, it has been modified accordingly. The tests were performed with the application of inhibited small-dimension high-energy solid fuel (MPH) with variable weight. In order to determine changes in the coal structure, the samples were scanned with X-ray computed tomography, before and after tests on the testing ground. The obtained tomograms were reconstructed using specialized computer software for 3D images of the fractures system and their percentage volume in each of the coal samples. In addition, during the testing ground tests, the maximum pressure in the combustion chamber in LRM was recorded. The gas fracturing treatments were carried out for 10 hard coal samples, of which 7 were successfully fractured. The growth of fractures in these samples ranged from 9.3% to 332.5%. For 3 samples, the gas fracturing was unsuccessful.

4

The study on combustion of propellants in airborne conditions

Habera Ł., Hebda K., Koślik P.

Nafta-Gaz

|

2018

|

R. 74, nr 8

592--597

EN

The resources of coal-bed methane in Poland, and especially in Upper-Silesian Coal Basin are estimated on tens of billions cubic meters. These are significant raw material quantities, that should take an interest in terms of acquiring them and producing in safe manner. Considering, however, very low permeability of coal-bed formations, such accumulation of hydrocarbons can be counted among unconventional deposits, requiring specific first working method. Well-known and properly mastered method of influencing the gas-rich coal-bed, consisting in reducing formation pressure by rock-mass stress relieving, effected by means of dewatering of coal beds, gives only moderate production and economical results. Despite the rock-mass pressure decreasing down to sorption isotherm value will result in process of releasing adsorbed methane, the negligible permeability of coal rock forces searching of additional, more effective methods of coal beds stimulation, facilitating flow of released methane through the formation. In opinion of the work authors, application of gas-fracturing technology using low combustion temperature propellants may contribute to effective releasing of methane and flow of the gas to producing boreholes.

PL

Zasoby metanu zalegającego w pokładach węgla kamiennego w Polsce, zwłaszcza w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym, szacowane są na dziesiątki miliardów metrów sześciennych. Są to znaczne ilości surowca, którymi należy się zainteresować w kontekście pozyskania i ich bezpiecznej eksploatacji. Jednak z uwagi na bardzo niską przepuszczalność formacji węglowej taką akumulację węglowodorów możemy nazwać złożem niekonwencjonalnym, wymagającym szczególnego sposobu udostępnienia. Rozpowszechniona i dobrze opanowana metoda oddziaływania na gazonośny pokład węgla, polegająca na obniżeniu ciśnienia w złożu przez odprężenie górotworu, powodowane odwodnieniem pokładów węgla, przynosi umiarkowane rezultaty eksploatacyjne i ekonomiczne. Jakkolwiek obniżenie ciśnienia w górotworze do wartości izotermy sorpcji powoduje proces uwolnienia zaabsorbowanego metanu, to jednak znikoma przepuszczalność skały węglowej wymusza poszukiwanie dodatkowych, bardziej efektywnych metod stymulacji pokładów węgla umożliwiających przepływ uwolnionego metanu w złożu. Zdaniem autorów zastosowanie technologii szczelinowania gazowego z zastosowaniem propelantów o niskiej temperaturze spalania może przyczynić się do skutecznego uwolnienia metanu i przepływu gazu do otworów eksploatacyjnych.

5

Ocena dynamiki spalania propelantów w środowisku węgla kamiennego

Hebda K., Habera Ł., Dohnalik M., Koślik P., Hadzik J.

Nafta-Gaz

|

2018

|

R. 74, nr 1

22--28

PL

Artykuł opracowano na podstawie wyników badań zrealizowanego projektu szczelinowania gazowego próbek węgla kamiennego z wykorzystaniem materiałów wysokoenergetycznych – propelantów, w skali laboratoryjnej. Założeniem projektu było sprawdzenie, czy metoda stymulacji przepływu mediów ze złoża do odwiertu, znana z zastosowań w przemyśle naftowym przy konwencjonalnych złożach węglowodorów, może zostać wykorzystana w przypadku złóż metanu z pokładów węgla kamiennego (CBM). Metoda szczelinowania gazowego z zastosowaniem materiałów wysokoenergetycznych opiera się na niedetonacyjnym wykonaniu kilku radialnych szczelin w strefie przyotworowej, poprzez oddziaływanie ciśnienia gazów prochowych, powstałych w wyniku inicjacji propelantów. Zakres pracy obejmował serię testów szczelinowania gazowego w warunkach poligonowych na próbkach węgla kamiennego, które zostały zeskanowane tomografem komputerowym, przed i po próbach ciśnieniowych z wykorzystaniem materiałów wysokoenergetycznych. Zabieg szczelinowania wykonano w laboratoryjnym silniku rakietowym (LSR), odpowiednio dostosowanym do badań na próbkach węgli. Uzyskane obrazy spękań poddano analizie porównawczej z obrazami pierwotnej sieci spękań w węglach oraz opisano występujące pomiędzy nimi różnice. Dodatkowo przeanalizowano wykresy ciśnienia w komorze silnika laboratoryjnego, powstałe w trakcie badań.

EN

The article is based on the results of a research project concerning gas fracturing of coal samples using high-energetic materials – propellants, in a laboratory scale. The project assumption was to verify that the method of stimulating the flow of media from a reservoir to a well, already known from use in the petroleum industry on conventional hydrocarbon reservoirs, could be applicable to coal bed methane (CBM). The gas fracturing method using high-energy materials is based on the non-explosive execution of several radial fractures in the near-well area, by the pressure from combustion gas produced by propellant initiation. The scope of work, included a series of gas fracturing tests in fireground conditions, on coal samples that had been scanned by computer tomography before and after pressure testing, with high energy materials. The fracturing process was done in a laboratory rocket engine (LSR), suitably adapted to the test on carbon samples. The fractures’ images obtained were subjected to comparative analysis with the images of the native fracture system in coals and differences between them adequately described. In addition, the charts of pressure generated during the tests in the laboratory engine compartment were analyzed.

6

Szczelinowanie gazowe gazonośnych pokładów węgla kamiennego – badania poligonowe

Habera Ł.

Nafta-Gaz

|

2016

|

R. 72, nr 12

1063--1068

PL

Celem prezentowanych badań jest próba odpowiedzi na pytanie, czy metoda stymulacji przypływu medium do odwiertu, znana z zastosowań w przemyśle naftowym, może zostać wykorzystana w stymulacji gazonośnych pokładów węgla kamiennego. Rozważana metoda, oparta na szczelinowaniu gazowym z użyciem materiałów wysokoenergetycznych (propelantów), polega na niedetonacyjnym wykonaniu sieci spękań calizny skalnej w postaci kilku radialnych szczelin w strefie otworu udostępniającego. W artykule przedstawiono rezultaty pierwszych prób strzałowych na wybranych próbkach węgla kamiennego. W tym celu przygotowano stalowo-betonowe modele zbliżające warunki testów do otworopodobnych, opracowano metodykę badawczą służącą oszacowaniu efektów eksperymentów oraz przeprowadzono serię testów strzałowych na poligonie doświadczalnym. Efekty prób szczelinowania próbek węglowych z wykorzystaniem propelantów przedstawiono graficznie w formie rentgenogramów.

EN

The research presented in the work is an attempt to respond to the question, of whether the medium inflow stimulation method, already known from oil and gas industry applications, can be useful for stimulation of coalbed methane strata. The method in question, is based on gas fracturing with the use of high-energetic materials (propellants), it consists in non-explosive performance of rock matrix fracture network, in the form of several radial fractures within near-bore zone of borehole. The work presents results of initial shot attempts done on selected samples of hard coal. To this end several steel and concrete research models have been prepared, making the test conditions closer to simulated borehole conditions. A research methodology, serving estimation of experimental results was developed, and several shot test on an experimental fireground were executed. The effects of hard coal samples fracturing tests using propellants, are shown in graphical form, as X-ray images.

7

Badania poligonowe propelantów obciążonych materiałem podsadzkowym

Habera Ł., Koślik P.

Nafta-Gaz

|

2016

|

R. 72, nr 5

311--315

PL

Artykuł poświęcony jest ocenie zdolności zapłonu paliw prochowych obciążonych materiałem podsadzkowym w postaci piasku kwarcowego. Istotą badań było przeprowadzenie serii eksperymentów strzałowych z wykorzystaniem wytłoczonych segmentów paliwowych ze zmienną zawartością piasku kwarcowego. W tym celu przygotowano stanowiska betonowe na poligonie, wykonano fragmenty odcinka perfogeneratora, zaprasowano pierścienie paliwowe ze zmienną ilością propantu oraz przeprowadzono badania strzałowe na tychże modelach. Ocenie poddano fakt samej inicjacji paliwa oraz wielkość i charakter spękań wywołanych spaleniem paliwa w atrapie otworu wiertniczego.

EN

Shooting experiments on a fire-ground constituted the main part of the research. In order to strengthen the effect of fracture propping, the research team developed a method of joining the propellants with proppants in single, monolithic form, which shall enable to perform gas fracturing jobs with the immediate release of the proppants. The research involved selecting an appropriate proppant material, constructing experimental models and performing a number of fire-ground shooting experiments with use of proppant-loaded propellant materials.

8

Nowoczesne urządzenia perforująco-szczelinujące – koncepcja i badania poligonowe

Habera Ł., Koślik P., Wilk Z., Frodyma A.

Nafta-Gaz

|

2014

|

R. 70, nr 5

301--306

PL

Zespół badawczy postawił sobie za cel sprawdzenie możliwości technicznych zbudowania nowego, kompleksowego urządzenia perforująco-szczelinującego, które mogłoby znaleźć zastosowanie w szczególności na dojrzałych złożach konwencjonalnych. Z tego powodu zbudowano model numeryczny nowego urządzenia i przeprowadzono symulację poprawności jego funkcjonowania i oddziaływania strugi ładunku kumulacyjnego na paliwo prochowe. Dalszej weryfikacji zaproponowanego rozwiązania technicznego dokonano poprzez budowę fizycznych modeli strzałowych, wytworzenie paliwa (propelantu) o żądanym cylindrycznym kształcie oraz poprzez przeprowadzenie prób poligonowych na przygotowanych modelach.

EN

The research team investigated technical possibilities of constructing a new complex perforating and fracturing device, mainly intended for typical mature oil and gas reservoirs. To this end the numerical model of the new device was built and a simulation was performed to validate its functioning and impact of the cumulative jet on propellants. Further verification of the proposed technical solution was made by building physical models of the new equipment, preparing propellants of a desired cylindrical shape, and finally performing firing experiments using the prepared models at a firing ground.

9

Badania zapłonu propelantów na stacjonarnym silniku laboratoryjnym

Habera Ł.

Nafta-Gaz

|

2014

|

R. 70, nr 11

778--783

PL

Artykuł powstał na podstawie ukończonego projektu badawczego dotyczącego badań zapłonu paliw stałych na różnych stanowiskach laboratoryjnych oraz w warunkach poligonowych. W niniejszym artykule przedstawiono fragment prac dotyczący badań zapłonu paliw na stacjonarnym silniku laboratoryjnym. Na potrzeby testów opracowany został nowy silnik do spalania propelantów, zaprojektowano i wykonano zestawy dysz wylotowych, przygotowano próbki trzech rodzajów paliw modyfikowanych oraz przeprowadzono serię badań spalania wytypowanej grupy propelantów wraz z rejestracją profili ciśnienia.

EN

This article is based on a completed research project regarding propellants’ ignition experiments carried out on different laboratory test stands as well as at the firing ground. In the following paper the author particularly focused on propellants’ ignition tests performed on a solid rocket engine. For this work a new laboratory plant was designed and executed. Nozzles of different sizes and three types of propellant samples were prepared for performing the ignition tests. The rising pressure profile of each completed experiment was recorded and presented in this work.

10

Autonomiczny rejestrator ciśnienia otworowego : konstrukcja i badania sprawnościowe

Frodyma A., Habera Ł., Wilk Z., Koślik P.

Materiały Wysokoenergetyczne

|

2011

|

T. 3

32--39

PL

Znajomość faktycznego przebiegu zmian ciśnienia zachodzących w trakcie zabiegu szczelinowania gazowego jest wysoce pożądaną informacją z punktu widzenia oceny skuteczności wykonanej pracy, jak również dla efektywniejszego projektowania dalszych zabiegów. W tym celu zespół badaczy INiG i IPO podjął próbę skonstruowania szybkorejestrującego urządzenia pomiarowego, umożliwiającego zapis zmian ciśnieniowych zachodzących w odwiercie naftowym. W niniejszym referacie zostanie przedstawiona konstrukcja wgłębnego rejestratora ciśnienia, sposób jego działania oraz pierwsze optymistyczne wyniki prób pomiarowych zrealizowanych w warunkach laboratoryjnych – otworopodobnych. Przeprowadzone przez autorów próby poligonowe w zbiorniku ciśnieniowym dotyczyły rejestracji przebiegu zmian ciśnienia podczas spalania paliwa prochowego typu „Szmaragd”.

EN

Knowledge of the actual pressure changes occurring in the course of treatment of gas fracturing is highly desired information from the point of view of assessing the effectiveness of the work performed, as well as for a more efficient design of further treatments. To this end, the research team of IPO and INiG attempted to construct a autonomous downhole pressure recorder as a measuring device for recording changes of pressure occurring in the petroleum wells. In this article is presented downwhole pressure recorder, the way his activities and initial optimistic results of measuring tests realized in the laboratory conditions.