Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

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.

2

Wtłaczanie wody do nieczynnych wyrobisk górniczych i zrobów pokładu 712/1-2+713/1-2 w rejonie E-E2 Ruchu Rydułtowy

Musioł Adam, Reclik Witold, Szramowski Damian

Przegląd Górniczy

|

2020

|

T. 76, nr 1

13--18

PL

W artykule przedstawiono problematykę wtłaczania wody w PGG S.A. Oddziału KWK ROW Ruch Rydułtowy, rejon E-E2, od rzędnej wysokościowej -962,5 m n.p.m., czyli od czoła wyrobiska będącego w postępie chodnika odstawczego E-E2 w pokładzie 712/1-2+713/1-2, do rzędnej wysokościowej -808,0 m n.p.m., czyli do otamowanych zrobów ściany II-E-E2 w pokładzie 712/1-2+713/1-2. Zalewanie rejonu E-E2 odbywało się samoczynnie wodą z dopływu naturalnego i poprzez wtłaczanie wody technologicznej. Całkowity słup wody wynosił 154,5 m wysokości, z czego 21,0 m słup wody oparty był o korek wodny posadowiony w przekopie pochyłym do pokładu 713/1-2. Spąg korka wodnego K-1 znajdował się na rzędnej wysokościowej -829,0,0 m n.p.m. Po procesie wtłaczania wody i parodniowym postoju układu, miało miejsce odprowadzenie nagromadzonej w tym rejonie wody. W początkowej fazie woda grawitacyjnie spływa od rzędnej wysokościowej -808,0,0 m n.p.m. do rzędnej wysokościowej -829,0,0 m n.p.m., a następnie od tej rzędnej odpompowywanie odbywało się na zasadzie przebudowy pomp w miarę obniżania się zwierciadła wody.

EN

The article presents the problems of water injection in PGG S.A. KWK ROW Department Ruch Rydułtowy, district E-E2, from the height elevation -962,5m above sea level, that is from the face of the excavation being in the rate of advance of the E-E2 transport drift in seam 712/1-2+713/1-2, up to the ordinate -808,0,0 m.above sea level, that is to the bloked cavity the longwall II-E-E2 in seam 712/1-2+713/1-2. The flooding of the E-E2 region was carried out automatically with water from the natural inflow and through the injection of technological water. The total water column was 154,5 m.height, 21,0 m.of which was based on a water stopper set in an inclined rock drift to the seam 713/1-2. The bottom of water stopper K-1 was on the elevation altitude -829,0,0 m.above sea level. After the process of water injection and a few days standstill of the system, in this region took place drainage of the accumulated water. In the initial phase, the water gravitationally flows down to the elevation altitude -829,0 m.above sea level, and then from this ordinate, as the water level was lower the pumping out the water took place on the basis of pump reconstruction.

3

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.

4

Hydrogeochemical modeling of water injection into an oil and gas well under high-pressure high-temperature (HPHT) conditions

Krogulec Ewa, Sawicka Katarzyna, Zabłocki Sebastian

Acta Geologica Polonica

|

2020

|

Vol. 70, no. 3

419--433

EN

Approximately 80% of water extracted from oil and gas deposits in Poland is disposed of by injection into the rock matrix. The aim of the model research was to predict both the hydrochemical reactions of water injected into wells for its disposal and the hydrogeochemical processes in the reservoir formation. The purpose of hydrogeochemical modeling of the hydrocarbon formation was also to determine the potential of formation waters, injection waters, and their mixtures to precipitate and form mineral sediments, and to determine the corrosion risk to the well. In order to evaluate saturation indices and corrosion ratios, the geochemical programs PHREEQC and DownHole SAT were used. The results of hydrogeochemical modeling indicate the possible occurrence of clogging in the well and the near-well zone caused mainly by the precipitation of iron compounds (iron hydroxide Fe(OH)3 and siderite FeCO3) from the formation water due to the presence of high pressures and temperatures (HPHT). There is also a high certainty of the precipitation of carbonate sediments (calcite CaCO3, strontianite SrCO3, magnesite MgCO3, siderite FeCO3) from the injection water within the whole range of tested pressures and temperatures. The model simulations show that temperature increase has a much greater impact on the potential for precipitation of mineral phases than pressure increase.

5

6-stroke engine: thermodynamic modelling and design for testing

Nimsiriwangso Atip, Barnes Paul, Doustdar Omid, Wyszynski Miroslaw L., Mohyeldin Gasim Mohamed Maisara, Kowalski Miroslaw

Journal of KONES

|

2019

|

Vol. 26, No. 2

93--106

EN

In the study AVL BOOST™ is used to perform a thermodynamic simulation of a six-stroke engine, being built by a research team based in Saudi Arabia. The six-stroke cycle consists of a standard four-stroke Otto Cycle followed by a heat recovering steam expansion cycle. Water is injected into the hot combustion chamber towards the end of the Otto expansion stroke producing steam, which is used to perform work on a piston. This process produces power using waste heat and therefore increases the overall efficiency of the engine. The Robin EY28D engine, which is a single cylinder, four-stroke, gasoline engine was used for this simulation study. The engine was modelled and converted into six-stroke engine in AVL BOOST. The results show that six-stroke engine is more efficient than four-stroke engine. In six-stroke engine, the engine power is increased by 33.1% and brake specific fuel consumption (BSFC) is decreased by approximately 16%. Where emissions are concerned, Nitrogen Oxide (NOx) emission from six-stroke engine is reduced by 80%, while the Hydrocarbon (HC) emission increases by 85% compared with the original 4-stroke. Moreover, the most efficient camshaft was found and designed according to the most efficient valve profile for this engine, which is combination of 60CA° of valve duration and 10 mm of valve lifting.

6

Use of Water Injection Technique to Improve the Combustion Efficiency of the Spark-Ignition Engine: A Model Study

Ghazal Osama H., Borowski Gabriel

Journal of Ecological Engineering

|

2019

|

Vol. 20, nr 2

226--233

EN

In the paper, the effect of water injection and different air/fuel ratio on the gasoline engine performance and emissions was investigated theoretically. A four cylinder SI engine model was built using GT-Power professional software. The gasoline fuel was injected directly to the cylinder and water was injected into the intake manifold with different mass flow rate. The calculated engine parameters were: cylinder pressure and temperature, brake torque, brake power, mean effective pressure, thermal efficiency, carbon monoxide, hydrocarbon, and nitrogen oxide emissions. The results of simulations show that the increased water mass flow rate resulted in an improved engine performance and decreased emissions compared to neat gasoline fuel. However, we found that the excessive increase of the water amount inside the cylinder resulted in a deteriorated engine performance and, consequently, poor combustion efficiency.

7

Effects of water injection to the fuel and air mixture on equilibrium gas composition in combustion products and selected parameters of the theoretical Otto cycle

Sucheta Andrzej

Combustion Engines

|

2019

|

R. 58, nr 2

95--102

EN

Moisturizing the intake air by spraying water in the liquid phase significantly lowers the intake air temperature, mainly due to the high value of latent heat of evaporation. The paper presents a methodology for calculating the parameters of the air-fuel mixture after water injection and during subsequent processes of the Otto cycle: compression, combustion and expansion of exhaust gases. For octane as a fuel, exemplary calculations have been carried out to investigate the effect of water injection on the composition of combustion products and selected parameters of the theoretical Otto cycle (temperature, pressure, output power and thermal efficiency).

8

Przegląd metod intensyfikacji wydobycia kopalin i uwarunkowań zwiększenia chłonności odwiertów

Krogulec E., Sawicka K., Zabłocki S.

Górnictwo Odkrywkowe

|

2018

|

R. 59, nr 2

57--62

PL

Metody intensyfikacji wydobycia są to zabiegi wykonywane w odwiertach, mające na celu zwiększenie dopływu do odwiertu, zmniejszonego lub ograniczonego na skutek przyczyn naturalnych oraz prac wiertniczych i eksploatacyjnych. Stosowane metody i zabiegi intensyfikacji mają na celu oczyszczenie samego odwiertu oraz polepszenie właściwości filtracyjnych utworów w otoczeniu, co daje możliwość znaczącego wzrostu produktywności i ekonomiczności całego złoża. Obecnie w Polsce najpowszechniej stosowane jest kwasowanie matrycy skalnej. Jest to metoda chemiczna, która umożliwia zarówno poprawę warunków eksploatacji złoża, jak i chłonności odwiertu poprzez likwidację skutków kolmatacji w otworze oraz zwiększenie przepuszczalności poziomu złożowego. Najważniejsze, z punktu widzenia hydrogeologii, są efekty kwasowania wyrażone poprzez wzrost wartości parametrów przepuszczalności kp i porowatości efektywnej skał potwierdzone badaniami polowymi oraz laboratoryjnymi. Osobnym problemem jest jednak utrzymanie raz osiągniętej intensyfikacji wydobycia lub poprawionej chłonności odwiertu, co wiąże się z koniecznością rozpoznania cech hydrochemicznych płynów występujących w złożu, składu chemicznego matrycy skalnej i stosowanego płynu w zabiegach intensyfikacji, dlatego ocena i prognoza zjawiska kolmatacji powinna być realizowana przy zastosowaniu modelowania hydrogeochemicznego z wykorzystaniem specjalistycznych programów dedykowanych dla modelowania procesów chemicznych w roztworach o wysokiej sile jonowej. Modelowanie hydrogeochemiczne, zrealizowane w oparciu o znajomość podstawowych czynników fizykochemicznych, w konkretnych warunkach geologicznych (złożowych) mających zasadniczy wpływ na korozyjność roztworu, w sposób ilościowy umożliwia ocenę korozyjności wraz ze zmianą zakresu temperatury i odczynu pH. Symulacje na modelach hydrogeochemicznych charakteru procesów chemicznych powinny poprzedzać bezpośrednie badania testowe zabiegu kwasowania w otworze w warunkach in situ.

EN

The main purpose of intensification performed in boreholes, is an increase the inflow, reduced or limited due to natural or mine work causes. The applied methods of intensification are conducted to clean the well and improving the filtration parameters, which gives the possibility of a significant increase in the productivity of the entire deposit. The acidizing of the rock matrix is most commonly used in Poland at present. It is a chemical method that allows both the improvement of deposit exploitation conditions and effectiveness of well injection by eliminating the effects of clogging and increasing the permeability of deposits. The most important, from the hydrogeological point of view, are the effects of acidizing expressed through the increase in the values of permeability kp and effective porosity confirmed by field and laboratory tests. A separate problem, however, is the maintenance of the achieved intensification or the improved effectiveness of well injection, which requires the recognition of hydrochemical features of deposit fluid, chemical composition of the rock matrix and the fluid used in intensification operations, therefore the assessment and prognosis of the clogging should be carried out using hydrogeochemical models with the use of programs dedicated to the modeling of chemical processes in solutions with high ionic strength. Hydrogeochemical modeling, based on the knowledge of basic physico-chemical factors in specific geological conditions has a fundamental meaning for proper definition of the fluid corrosivity and its quantitative assessment with the temperature and pH changes. Simulations of chemical processes should be preceded by direct in-situ tests before acidizing.

9

Aspekty hydrogeochemiczne związane z mieszaniem wód złożowych zatłaczanych do złoża węglowodorów

Uliasz-Misiak B., Chruszcz-Lipska K.

Gospodarka Surowcami Mineralnymi

|

2017

|

T. 33, z. 2

69--80

PL

Wody złożowe wydobywane razem z ropą naftową i gazem ziemnym, ze względu na ich ilość oraz skład chemiczny, stanowią problem dla firm naftowych eksploatujących złoża węglowodorów. Przeciętnie na świecie wydobywa się 2 do 3 razy więcej wody niż ropy. Ilość wydobywanych wód wzrasta wraz z czasem eksploatacji złóż, w przypadku złóż na końcowym etapie sczerpania ilość eksploatowanej wody jest 5 do 8 razy większa niż ropy naftowej. Wody złożowe wydobywane z węglowodorami to najczęściej solanki o wysokiej mineralizacji. Duże ilości wysoko zmineralizowanych wód wydobywanych wraz z ropą i gazem są w różny sposób zagospodarowywane lub unieszkodliwiane. Najbardziej powszechny sposób unieszkodliwiania tych wód to zatłaczanie ich do warstw chłonnych. W wyniku zatłaczania wód złożowych do złóż węglowodorów dochodzi do oddziaływania wód z formacją do składowania. W formacji tej mogą następować rozliczne reakcje wody złożowej ze środowiskiem skalnym. Zatłaczanie wód złożowych będzie powodowało również mieszanie wód, które naruszy stany równowagi reakcji chemicznych i wpłynie na zmianę chemizmu mieszających się wód. Przeanalizowano metodą modelowania geochemicznego oddziaływania wód złożowych zatłaczanych do złoża gazu ziemnego Przemyśl. Przy wykorzystaniu programu PHREEQC przebadano reakcje chemiczne związane z mieszaniem wód złożowych różnych typów chemicznych. Stwierdzono możliwość wytrącania się odpowiednich minerałów jako efekt mieszania wód o zróżnicowanym składzie chemicznym.

EN

Formation waters extracted with crude oil and natural gas, due to their amount and chemical composition can be a problem for petroleum companies operating hydrocarbon deposits. On average, the world generates 2 to 3 times more water than oil. On average, the world generates 2 to 3 times more water than crude oil. The amount of extracted water increases with the time of exploitation of the deposit, in the case of deposits at the final stage of depletion, the amount of extracted water is 5 to 8 times bigger than petroleum. Formation waters from hydrocarbons deposits are usually the highly mineralized brines. Large quantities of highly mineralized waters extracted with crude oil and gas are disposed of in various ways or neutralized. The most common way of disposing of these waters is by injecting them into rock mass. As a result of injection of reservoir waters into hydrocarbon deposits, the waters interact with the storage formations. In these formations, there may be numerous reactions of mineral water with the rock environment. The injection of reservoir waters will also cause mixing of waters that can disturb the state of thermodynamic equilibrium and will alter the chemistry of these waters. It was analyzed by the geochemical modeling of the interaction of the reservoir waters of Przemyśl natural gas field. Using the PHREEQC program, the chemical reactions related to the mixing of reservoir waters of different chemical types have been studied. It has been found that is possible to precipitation appropriated minerals as a result of mixing water with different chemical composition.

10

Compression Auto-Ignition Control in a 2-stroke Barrel-type Opposed-Piston Engine

Pyszczek R., Mazuro P., Teodorczyk A.

Archivum Combustionis

|

2017

|

Vol. 37 nr 1

25--42

EN

The aim of this study is to investigate a possibility of Compression Auto-Ignition (CAI) control in a turbocharged 2-stroke barrel type Opposed-Piston (OP) engine fueled with a gasoline. The barrel type OP engine arrangement is of particular interest for the authors because of its robust design, high mechanical efficiency and relatively easy incorporation of a Variable Compression Ratio (VCR). A 3D CFD numerical simulations of the scavenging and combustion processes were performed with use of the AVL Fire solver that is based on a Finite Volume Method (FVM) discretization and offers a number of tools dedicated to numerical simulations of working processes in internal combustion engines. The VCR and water injection were considered for the ignition timing control. A number of cases was calculated with different engine compression ratios, different equivalence ratios and different amount of injected water. Results show that proposed measures should be appropriate for controlling the CAI combustion process. Furthermore, application of these solutions in the real engine can significantly contribute to increase in efficiency and decrease in emissions.

11

Model koncepcyjno-numeryczny procesu zatłaczania rozcieńczonych wód w warunkach skierniewickiego systemu geotermalnego

Tomaszewska B., Miecznik M.

Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN

|

2016

|

nr 92

359--371

PL

Otwory Skierniewice GT-1 (gł. 3001 m) i Skierniewice GT-2 (gł. 2900 m) zlokalizowane są w południowo-zachodniej części niecki warszawskiej, stanowiącej środkowy fragment niecki brzeżnej. otworami udokumentowane zostały zasoby wód termalnych w utworach jury dolnej, cechujące się wysoką mineralizacją, powyżej 120 g/dm3 . Tak wysokie zasolenie wód implikuje trudności z ich wtłaczaniem z powrotem do górotworu. w niniejszej pracy przedstawiono wyniki modelowań numerycznych związanych z koncepcją poprawy warunków zatłaczania wód do górotworu poprzez wtłaczanie ich w postaci wód rozcieńczonych wodami odsolonymi w procesach membranowych. wyniki testu związanego z zatłaczaniem rozcieńczonych wód do górotworu posłużyły do zbudowania modelu koncepcyjnego i numerycznego celem określenia długoterminowych skutków tego procesu. w efekcie możliwe było określenie efektów złożowych wynikających z pracy systemu w dwóch niezależnych układach: 1) przy zatłaczaniu wody o niezmodyfikowanym składzie chemicznym i 2) przy zatłaczaniu wód rozcieńczonych.

XX

Skierniewice GT-1 (3001 m deep) and Skierniewice GT-2 (2900 m deep) are located in the South-western part of the Warsaw Trough, which is the central portion of the Marginal Synclinorium. Thermal water resources in Lower Jurassic formation have been documented in both wells, with a mineralization above 120 g/dm3 . Such a high salinity implies difficulties with their injection back into the reservoir. This paper presents the results of numerical modeling related to the concept of improving the conditions for injecting water into the formation by injecting them in the form of diluted waters through their desalination in membrane processes. The test results of dilute waters injection into the formation were used to build a conceptual and numerical model in order to determine the long-term effects of this process. As a result, it was possible to determine the effects of the system operation in two independent arrangements: 1) the injection of waters with unmodified chemical composition and 2) the injection of diluted waters.

12

Efektywność zatłaczania do górotworu wód termalnych o zmodyfikowanych właściwościach fizykochemicznych

Tomaszewska B., Bielec B., Kasztelewicz A.

Przegląd Górniczy

|

2016

|

T. 72, nr 5

102--106

PL

Otwory Skierniewice GT-1 (gł. 3001 m) i Skierniewice GT-2 (gł. 2900 m) zlokalizowane są w południowo-zachodniej części niecki warszawskiej, stanowiącej środkowy fragment niecki brzeżnej. Otworami udokumentowane zostały zasoby wód termalnych w utworach jury dolnej, cechujące się wysoką mineralizacją, powyżej 120 g/dm3. Tak wysokie zasolenie wód implikuje trudności z ich wtłaczaniem z powrotem do górotworu. W pracy przedstawiono wyniki modelowań geochemicznych prognozujących skaling i kolmatację otworu w trakcie zatłaczania do górotworu. W efekcie zaproponowano rozcieńczanie wód termalnych wodami odsolonymi i realizację testów dla określenia efektów związanych z ich zatłaczaniem. Wyniki przeprowadzonego testu wykazały, iż rozcieńczenie wtłaczanych wód ograniczyło ilość wytrącanego węglanu wapnia, przez co wtłaczanie wód ochłodzonych było bardziej wydajne. Indeks chłonności wrócił do poprzedniego stanu, niezwłocznie po powrocie do wtłaczania wód o niezmienionym składzie.

EN

Skierniewice GT-1 (3001 m deep) and Skierniewice GT-2 (2900 m deep) are located in the south-western part of the Warsaw Trough, which is the central portion of the Marginal Synclinorium. Thermal water resources in Lower Jurassic formation have been documented in both wells, with a mineralization above 120 g/dm3. both wells, with a mineralization above 120 g/dm3. Such a high salinity implies difficulties with their injection back into the reservoir. This paper presents the results of geochemical modeling predicting scaling and clogging of the well during the water injection into the rock formation. As a result, proposed dilution of the thermal and desalinated waters, and executing tests to determine their effects associated with the injection. The results of the test showed that dilution of the injected waters reduced the amount of precipitated calcium carbonate, and made injection of cooled water more efficient. Absorbency index returned to its previous state immediately after returning to the injection of water with unchanged composition.

13

Multiple approach to analysis of H2O injection into a gas turbine

Ziółkowski P., Badur J., Jesionek K., Chrzczonowski A.

Journal of Power Technologies

|

2016

|

Vol. 96, nr 3

200--205

EN

This paper presents a thermodynamic analysis of the Brayton cycle and an upgrade to it involving the injection of H2O into the gas turbine cycle. Upgrades are generally considered to be environmentally-friendly solutions and lead to an increase in efficiency, but in the literature there is no clear answer as to what type of upgrade is the best. Computational Flow Mechanics codes have been used for numerical analysis of: the Brayton simple cycle, the Brayton cycle with water injection into the compressor and with regeneration prior to the combustion chamber, the STIG (steam injection gas turbine), and the CSTIG (combined steam injection gas turbine) system. Different ways of analyzing H2O injection into the gas turbine cycle are discussed.

14

High drilling methane drainage in fracturing zones formed by water injection into boreholes

Wang G., Huang W., Sun L., Wu M., Zhang X.

Archives of Mining Sciences

|

2016

|

Vol. 61, no. 1

137--156

EN

Methane drainage method should be used before coal mining of many modern collieries because venti lation air methane is in sufficient to keep methane level within regulation values. The technology of high drilling methane drainage (HDMD) has been used for methane drainage although its effect is not very stable due to parameter design. The height of the fracturing zones is determined mostly according to empirical formula, on-site observation and numerical simulation analysis. In this paper, a method was introduced for determining the height of the air f ract uring zones (AFZs) based on its high similarity to the characteristics of Fracturing zones and the relationship between the height of Fracturing zones and the strain of overl ying rock strata. The application of water injection in both Shuangdingshan and Dongrong collieries found that the theoretically calculated the height of the Fracturing zones was approximately equal to the measured one in field tests within a permissible error of less than 5%, proving that the method is feasible. Based on the designed drainage parameters, the u tilization of HDMD technology in the collieries mentioned above found that the methane concentrations in both tail gate and upper corner were controlled in the ranges of 0.17% to 0.32% and 0.26% to 0.84%, respectively. These results showed that the water injection verified HDMD in Fracturing zones could effectively solve the problem of metha ne overrun and also verified the accuracy and reliability of its related theory.

PL

Przed rozpoczęciem wydobycia węgla w wielu obecnie eksploatowanych kopalniach wskazane jest odprowadzenie metanu, ponieważ stosowane systemy wentylacji powietrza są niewystarczające aby utrzymać stężenia metanu na dopuszczalnym poziomie. Technologia odprowadzania metanu metodą odwiertów prowadzonych na różnej wysokości (HDMD) wykorzystywana jest w tym celu, choć jej wyniki nie zawsze są stabilne ze względu na konieczność doboru parametrów obliczeniowych. Wysokość strefy szczelinowania określa się zazwyczaj empirycznie, na podstawie obserwacji w terenie oraz drogą symulacji numerycznych. W pracy tej określono wysokość strefy wykonania szczelin w oparciu o podobieństwo do charakterystyk Strefy szczelinowania oraz o analizę odkształceń warstw nadkładu. Zastosowano wtrysk wody w kopalniach Shuangdingshan i Dongrong i stwierdzono, że teoretycznie obliczona wysokość stref szczelinowania była w przybliżeniu równa wysokości zmierzonej empirycznie w trakcie badań terenowych, z dopuszczalnym poziomem błędu poniżej 5%, co wskazuje na możliwość zastosowania metody. W oparciu o parametry obliczeniowe stwierdzono, że zastosowanie metody HDMD w wyżej wymienionych kopalniach spowodowało, że stężenia metanu rejestrowane w chodniku nadścianowym i górnych narożach utrzymywały się odpowiednio na poziomie 0.17%, 0.32% i 0.26%-0.84%. Wyniki te pokazują, że wtrysk wody w strefie szczelin pomaga skutecznie rozwiązać problem obecności zbyt wysokich ilości metanu, ponadto potwierdza dokładność i wiarygodność teorii na której metoda jest oparta.

15

Prognozowanie kolmatacji otworu chłonnego przy zatłaczaniu schłodzonych wód termalnych

Tomaszewska B., Pająk L., Bielec B.

Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego

|

2013

|

nr 456 Hydrogeologia z. 14/2

615--620

PL

Ocena dynamiki procesów związanych z powstawaniem, migracją i deponowaniem cząstek stałych, które często powodują kolmatację i uszkodzenia otworów w systemach geotermalnych, jest istotna do identyfikacji warunków ich stabilnej i długotrwałej eksploatacji. Dla dubletu otworów (otwory eksploatacyjny i chłonny) zaproponowano matematyczny opis zmian indeksu chłonności w czasie oraz wymaganego ciśnienia zatłaczania wody w modelowanych warunkach eksploatacji wód, występujących w obrębie piaskowcowych struktur jury dolnej na Niżu Polskim. Wykazano, że wskutek kolmatacji strefy czynnej ciśnienie zatłaczania rośnie szczególnie gwałtownie w pierwszej dobie po rozpoczęciu procesu zatłaczania. Wyniki symulacji prognostycznych potwierdzono w trakcie realizacji rzeczywistych badań w otworze chłonnym.

EN

When identifying the conditions required for the sustainable and long-term exploitation of geothermal resources, it is very important to assess the dynamics of processes linked to the formation, migration and deposition of particles in geothermal systems. Such particles often cause clogging and damage to the boreholes and source reservoirs. The paper proposes a mathematical model for changes in the absorbance index and the water injection pressure required over time. It was determined from the operating conditions for a model system consisting of a doublet of geothermal wells (extraction and injection well) and the water from Lower Jurassic sandstone structures in the Polish Lowland. It has been demonstrated that clogging of the active zone causes a particularly high surge in injection pressure during the first 24 hours of pumping. These estimated results have been confirmed in practice by real-life investigation of an injection well.

16

Enhancement of the Brayton cycle efficiency by water or steam utilization

Jesionek K., Chrzczonowski A., Ziółkowski P., Badur J.

Transactions of the Institute of Fluid-Flow Machinery

|

2012

|

nr 124

93--109

EN

In the paper, thermodynamic analysis of two modifications of the Brayton cycle into enhancement cycles with water or steam injection are discussed. The first one deals with a water injected gas turbine modified system with both interstage compressed air cooling and air heating (heat regeneration) before combustion chamber. The second one, mainly devoted to higher steam to air ratio, is connected with separate steam production in the heat recovery steam generator. Hence, steam utilization for the gas turbine propulsion in the Cheng cycle has been analysed. The analysis has been based on the computational flow mechanics (CFM) models of these advanced humidified systems, thanks to which, the influence of the main thermodynamic and design parameters have been examined.

17

Research on hydrodynamic properties of annular cavitator with water injection

Zhenyu Jiang Zhenyu, Min Xiang Min, Mingdong Lin Mingdong, Weihua Zhang Weihua, Shuai Zhang Shuai

Polish Maritime Research

|

2012

|

nr 4

11-14

EN

Annular cavitator with water injection is one of the key parts of the long-range supercavitating vehicle powered by water ramjet. In this paper, hydrodynamic properties of annular cavitator are studied numerically. The standard k ~ ĺ turbulence model is coupled with the Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) equations to model the natural supercavitation process. The multiphase flow is considered as a mixture of varying density and modeled by the mass exchange equations. To fully understand this process, numerical simulations were performed for different annular cavitators. Computational Fluid Dynamics (CFD) results, including the pressure distribution and forces acting on the cavitator surface, mass flow and pressure loss of water injection, various supercavity sizes, were obtained and analyzed. The pressure distribution on the cavitator surface was significantly changed which resulted in 4 ~ 6% increase of the total drag of the vehicle. The results show that the mass flow and velocity of the injection water is mainly dependent on the tube size, while the total pressure loss of the water injection is mostly related to the outlet pressure. Supercavity generated by annular cavitator is smaller than that of the discal one. Based on the correlation analysis of the supercavity size and other factors, it could be concluded that the contraction of the cavity size is mainly caused by the diffluent mass flow of the water injection.

18

Opracowanie wytycznych projektowych poprawy chłonności skał zbiornikowych w związku z zatłaczaniem wód termalnych w polskich zakładach geotermalnych - projekt badawczy Ministerstwa Środowiska

Hołojuch G.

Przegląd Geologiczny

|

2010

|

Vol. 58, nr 7

632-634

EN

The article presents the assumptions of the research project aimed at working out design guidelines to improve absorption properties of reservoir rocks under conditions of thermal water injection in Polish geothermal companies, exploiting waters from different lithological types of reservoir rocks: Lower Jurassic and Lower Cretaceous deposits (Polish Lowlands) and Eocene-Triassic rocks (Podhale Basin). The proposed methodology will be subject to testing on the existing well doublets, Skierniewice GT-1 and Skierniewice GT-2 made in the 90s of the last century. Extremely important for an operator of geothermal system is to achieve maximum absorbency and maintain its value at the same level as long as possible. To meet this goal this research program dedicated to work out realization of this investment subordinated. The results of the work carried out should contribute to more dynamic development of geothermal energy utilization in our country for heating purposes.