Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

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.

2

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.

3

Badanie charakterystyki spalania materiałów wysokoenergetycznych w laboratoryjnym silniku rakietowym przystosowanym do badań próbek węgla kamiennego

Hebda K., Habera Ł., Frodyma A., Wilk Z., Koślik P., Hadzik J.

Przemysł Chemiczny

|

2018

|

T. 97, nr 7

1064--1067

PL

Przedstawiono wyniki badań z procesu spalania wysokoenergetycznych paliw stałych (propelantów) w laboratoryjnym silniku rakietowym (LSR) zaadaptowanym do badań oddziaływania szczelinowania gazowego na próbki węgla. Spalanie propelantów generuje duże ilości gazów prochowych pod wysokim ciśnieniem, które jest w stanie wytworzyć wtórną sieć spękań w skałach, potencjalnych dróg migracji metanu. Wartości ciśnienia oraz czasu wygenerowane podczas spalania propelantów w standardowym układzie laboratoryjnego silnika rakietowego kontrolowane są przez odpowiedni dobór masy paliwa oraz średnicy dyszy. Podczas badań dyszę zastąpiono walcem węglowym, na który bezpośrednio oddziaływało ciśnienie gazów prochowych w szczelnej komorze spalania w układzie badawczym. W trakcie każdej z prób szczelinowania rejestrowano ciśnienie przez czujnik ciśnienia umieszczony w komorze spalania w LSR.

EN

Four coal samples were gas-fractured by using a high-energy solid fuel in a lab. rocket motor adapted to study the impact of gas pressure on the process efficiency. The combustion of the fuel generated large quantities of high-pressure gases, which were able to produce a secondary system of fractures in the coal samples to make paths of MeH migration. The fracturing resulted in an increase of the fracture network by 206–294%.

4

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.

5

Optimal design of a composite propellant formulation using response surface methodology

Hamed J. O., Ogunleye O. O., Osheku C. A.

Advances in Materials Science

|

2017

|

Vol. 17, nr 1(51)

44--57

EN

There is a continuous demand for high performance composite propellant formulations to meet mission requirements. The performance of composite propellant formulations can be enhanced by optimizing propellant formulation. However, the main objective of this study is to formulate a composition for composite propellant by optimizing the specific impulse which is the measure of propellant performance. A central composite design (ccd) consisting five ingredients (ammonium nitrate, powdered aluminum, polyester resin, ammonium dichromate and powdered charcoal) at five levels was used to formulate optimum propellant formulation from composite materials of ammonium nitrate based propellant verified for propellant characteristics using propellant performance evaluation programme (propep 3). The responses evaluated are specific impulse, characteristic velocity, density, temperature and molecular weight. Response surface methodology was used to analyze the results of the ccd of the composite formulations. The optimum values for specific impulse, characteristic velocity, density, temperature and molecular weight of the mixture from the surface plot are 212.178 s, 1335.81 m/s, 1640.6 k g/m3, 1968.73 k and 21.7722 g/mol respectively. The optimum predicted specific impulse was 212.178 s at composite composition of 73.61% ammonium nitrate, 4.36% powdered aluminum, 14.39% polyester resin, 5.10% ammonium dichromate and 2.54% powdered charcoal. The propellant optimum composition validated with propep 3 are in good agreement with each other in their accompany propellant characteristics. Therefore, the optimal propellant formulation enhanced the performance of solid propellants.

6

Ocena parametrów użytkowych ładunków kumulacyjnych i wytypowanej grupy paliw przeznaczonych do intensyfikacji wydobycia ropy i gazu

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

Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu

|

2016

|

nr 209 wyd. konferencyjne

877--880

PL

Podstawowymi problemami badawczymi przedstawionymi w opracowaniu są: dobór właściwego paliwa (propelantu) pod względem możliwości zastosowania go do urządzeń perforujących i stymulujących wydobycie ropy i gazu (w tym gazu z łupków), jak również badania możliwości ich zapłonu (przeniesienia zapłonu) od strumienia kumulacyjnego. W pracy przedstawiono koncepcję urządzenia perforująco-szczelinującego. Analizie numerycznej poddano proces szczelinowania złoża z zastosowaniem pierścieni paliwowych. Zaproponowano technologię otrzymywania zwartych pierścieni (ogniw) paliwowych (propelantów) metodą prasowania matrycowego. Modelowe odcinki urządzenia perforująco-szczelinującego poddano ocenie w toku badań poligonowych. Na tej podstawie wysunięto wnioski o pozytywnym działaniu pierścieni paliwowych na skuteczną i intensyfikacyjną rolę w procesie wydobycia ropy i gazu zarówno ze złóż konwencjonalnych, jak również z formacji łupkowych.

EN

The key research problems, presented in the study are: selection of suitable propellant in terms of possibility of using it in perforation and oil and gas production stimulation tools (including the shale gas), and also testing possibilities of igniting them (transferring ignition) by/from the cumulative jet. The work presents a concept of perforating and fracturing tool. The process of reservoir rock fracturing by means of propellant rings was subjected to numerical analysis. A technology of producing compact propellant rings (cells) by means of die forming was proposed. The model sections of perforating and fracturing tool was evaluated during the fire ground tests. Based on their results it was concluded, that the propellant rings operated effectively in performing intensification role for oil and gas production process, both for conventional and shale-based formations.

7

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.

8

Zasady oddziaływań fizycznych paliw stałych w środowisku otworu wiertniczego i skał złożonych i ich implikacje dla prac stymulacyjnych

Frodyma A., Habera Ł.

Materiały Wysokoenergetyczne

|

2013

|

T. 5

59--71

PL

Referat przedstawia ogólne podstawy fizyczne wykorzystania paliw stałych (propelantów) w charakterze środków intensyfikacji/stymulacji wydobycia albo poprawy chłonności odwiertów na złożach konwencjonalnych lub jako narzędzia „pierwszego podejścia” dla głównych operacji szczelinowania na złożach niekonwencjonalnych. Omawia się w nim te aspekty charakterystyki skał zbiornikowych, które uzasadniają zastosowanie paliw stałych i rokują szanse powodzenia zabiegu, jak również takie, które czynią taki zabieg niecelowym, oraz formy realizacyjne urządzeń wykorzystujących propelanty do wykonywania zabiegów w otworach, wśród nich rozwiązania zagraniczne, z uwypukleniem możliwości krajowych posiadanych w tym zakresie. Podkreślone jest praktycznie zerowe obciążanie środowiska związane z wykonywaniem prac na otworach z użyciem paliw stałych, jak również możliwości istotnego ograniczenia tego obciążenia przy szczelinowaniu hydraulicznym poprzedzanym zabiegiem z ich zastosowaniem.

EN

The work presents general physical principles of propellants use in capacity of intensification/ stimulation means for increase of production or injection performance of boreholes on conventional fields as well as “first approach” tools for main hydraulic fracturing operations on unconventional reservoirs. It discusses aspects of reservoir rocks characteristics that justify use of propellants with a good chance of the job success, as well as those that render their use purposeless, and also implementation forms of the tools that use propellants for jobs in boreholes, among them some foreign solutions with emphasis on domestic capacities in this scope. Practically null environment burden connected with execution of jobs in boreholes with propellants, and also possibilities of significant decreasing such burden by massive hydraulic fracturing operations when preceded with their use is also stressed.

9

Advanced well stimulation method applying a propellant based technology

Krilov Z., Kavedzija B., Bukovac T.

Wiertnictwo, Nafta, Gaz

|

2008

|

T. 25, z. 2

405-416

EN

The world oil industry practice, during over the century of its history developed widely known conventional methods of well stimulation. Recently, an advanced well stimulation method, based on implementation of high energy (HE) materials (special explosives, propellants or rocket fuels), has shown to be competitive. The basic principles of propellant based well stimulation technology, employing propulsive thermo-chemical reaction for generation the multidirectional fractures inside reservoir rocks around the wellbore and laboratory investigation of original permeability modification on core samples due to propellant treatment are explained. Also, the well treatment procedure, using high energy gas fracturing tool, applied at two onshore oil wells in Croatia is described along with post stimulation well production results.

PL

Na przestrzeni ponad wieku opracowano na świecie znane metody stymulacji pracy otworów wiertniczych. Ostatnio konkurencyjną metodą stymulacyjną okazała się metoda oparta na wysoko energetycznych materiałach (specjalne rodzaje materiałów wybuchowych, propelantów czy paliw rakietowych). W artykule wyjaśniono podstawowe zasady technologii opartej na propelantach, wykorzystującej reakcje termochemiczne w strefie przyotworowej do wytworzenia wielokierunkowych pęknięć w skałach zbiornikowych. Omówiono także badania laboratoryjne wpływu modyfikacji pierwotnej przepuszczalności na próbki rdzeniowe. Ponadto omówiono procedurę i przedstawiono wyniki oczyszczania lądowych otworów w Chorwacji z zastosowaniem wysoko energetycznego gazu szczelinującego.