Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy

TYTUŁ: Zwiększenie dokładności odwzorowania ośrodka geologicznego z wybranego obszaru Karpat zewnętrznych na podstawie reprocessingu archiwalnych profili sejsmicznych 2D /  Improvement of the accuracy of the geological survey imaging in seismic waveform in the Outer Carpathians area based on reprocessing of archival 2D seismic profiles

 

 

Autorzy: Łukasz Bajewski, Aleksander Wilk, Robert Bartoń, Andrzej Urbaniec

 

 

Recenzenci:
dr inż. Anna Kwietniak
prof. dr hab. inż. Ryszard Ślusarczyk

 

 

 

Praca Naukowa INiG - PIB Nr 222

ISBN: 978-83-65649-28-7
ISSN: 2353-2718
DOI: 10.18668/PN2018.222

Streszczenie

Głównym celem prezentowanej pracy było uzyskanie obrazu sejsmicznego na podstawie reprocessingu archiwalnych profili sejsmicznych 2D – który to obraz pozwoliłby na bardziej szczegółowe i jednoznaczne odwzorowanie skomplikowanej budowy geologicznej Karpat zewnętrznych w stosunku do wcześniejszych badań – poprzez opracowanie procedur i sekwencji przetwarzania oraz dobór parametrów, z wykorzystaniem wszelkich dostępnych danych i z jednoczesną interpretacją geologiczną. Dotychczas uzyskane rezultaty prac w zakresie przetwarzania, realizowane zarówno w przemyśle, jak i jednostkach naukowych, nie dają jednoznacznego odwzorowania skomplikowanej budowy geologicznej tego obszaru.


Do realizacji tego zadania wybrano dwa profile sejsmiczne usytuowane w południowo-wschodniej Polsce. Przetwarzanie sejsmiczne prowadzono w systemie SeisSpace (ProMAX) – Seismic Processing and Analysis Release 5000.10.0.1. firmy Halliburton. Analizowany rejon cechuje się dużym stopniem skomplikowania budowy geologicznej ze względu na obecność licznych stref nasunięć w obrębie utworów jednostek karpackich i miocenu sfałdowanego, jak również występowanie kilku dużych stref dyslokacyjnych o różnych kierunkach przebiegu.


Praca była realizowana w dwóch etapach. W pierwszym testowano wszelkie dostępne algorytmy w systemie SeisSpace (ProMAX) oraz wszelkie możliwe warianty sekwencji przetwarzania z jak najszerszym wachlarzem parametrów. W drugim etapie, ze względu na występującą anizotropię w tak skomplikowanych ośrodkach geologicznych, postanowiono również uwzględnić wyniki, wraz z ich interpretacją, z pionowych profilowań sejsmicznych (PPS) w zakresie zmian pola prędkości. Ostatecznie wypracowano metodykę przetwarzania migracji po składaniu (poststack time migration), w której efekcie odwzorowanie modelu geologicznego na sekcji sejsmicznej jest bardziej szczegółowe i jednoznaczne niż uzyskane dotąd rezultaty. Osiągnięty efekt budzi optymizm, gdyż pomimo tego, że proces migracji obejmował podstawową jej realizację, uzyskano lepszy efekt niż istniejący dotychczas.


Obecnie wykonywane są dodatkowe prace w wersji migracji czasowej przed składaniem (preSTM) oraz depth imaging mające na celu uzyskanie jeszcze lepszych rezultatów, których wyniki zostaną przedstawione w odrębnych publikacjach.


Abstract

The main objective of the presented work, was to obtain a seismic image based on the reprocessing of archival 2D seismic profiles, which would allow a more detailed and unambiguous representation of the complex geological structure of the Outer Carpathians compared to earlier results, through the development of procedures and processing sequences and the selection of parameters, using all available data and simultaneous geological interpretation. The previous results of work in the field of processing, implemented both in industry and scientific units, do not provide a clear representation of the complex geological structure of this area.


Two seismic profiles located in south-eastern Poland, were selected for this task. Seismic processing was carried out in the SeisSpace (ProMAX) system – Seismic Processing and Analysis Release 5000.10.0.1. of Halliburton company. The analyzed region is characterized by a high degree of complexity of the geological structure, due to the presence of numerous overlap zones within the Carpathian units and folded Miocene, as well as the presence of several large dislocations with different directions.


The work was carried out in two stages. In the first stage, all available algorithms were tested in the SeisSpace (ProMAX) system and all possible variants of the processing sequences with the widest possible range of parameters. In the second stage, due to the occurring anisotropy in such complex geological environment, it was also decided to take into account the results, along with their interpretation of vertical Seismic Profiling (VSP) in the range of velocity field changes. Finally, the poststack time migration methodology was developed, in which the image of the geological model on the seismic section is more detailed and unambiguous than the results obtained so far. The achieved effect is optimistic, because, despite the fact that the migration process included its basic implementation, a better effect than that obtained so far has been achieved. Currently, additional work is being done in the time migration version before stack (preSTM), and depth imaging, aimed at obtaining even better results whose results will be presented in separate publications.

  

Cena egzemplarza:60 zł netto (plus 5% VAT)

Koszt przesyłki: 5 zł brutto za sztukę – list polecony

Zamówienia prosimy składać e-mailowo: nafta-gaz@inig.pl lub telefonicznie 12 617 76 32.

 

 

 

 

 

 
 

TYTUŁ: Innowacyjna technologia zestalania zużytych płuczek wiertniczych / Innovative technology of used drilling muds solidification

 

 

Autorzy: Teresa Steliga, Małgorzata Uliasz

 

 

Recenzenci:
prof. dr hab. Elżbieta Bielińskak
prof. dr hab. inż. Stanisław Stryczek

 

 

 

PN-221 mini

ISBN: 978-83-65649-29-4
ISSN: 2353-2718
DOI: 10.18668/PN2018.221

Streszczenie

Podczas prowadzenia prac poszukiwawczych wytwarzane są duże ilości odpadów, które występują w postaci zużytej płuczki wiertniczej i wynoszonego przez nią urobku. Jednak podstawową ich część (ok. 60–80%) stanowią zużyte płuczki wiertnicze jako odpady płynne, natomiast pozostała ilość to odpady stałe w postaci zwiercin zanieczyszczonych płuczką oraz uwodnionych osadów usuwanych ze ściany otworu w trakcie jego rurowania. Wytworzone odpady mogą charakteryzować się szkodliwością dla środowiska ze względu na wysoką zawartość jonów chlorkowych (w przypadku płuczek o wysokim stopniu zasolenia) i siarczanowych, metali ciężkich, substancji organicznych mierzonych wskaźnikiem DOC, substancji nierozpuszczonych, rozpuszczonych związków stałych (TDS), SPCz i in.
Na podstawie szeregu przeprowadzonych w INiG – PIB badań laboratoryjnych z użyciem odpadowych płuczek wiertniczych, różniących się składem, właściwościami reologicznymi, gęstością, zawartością skażeń chemicznych, opracowano kompozycję środka do zestalania takich płuczek oraz technologię ich zestalania wraz z metodyką oceny właściwości mechanicznych, chemicznych i toksykologicznych pozyskanego półproduktu.
Proces zestalania płuczki wiertniczej jest technologicznie trudniejszy niż zestalanie urobku ze względu na jej płynną postać zagęszczoną zdyspergowanymi polimerami i cząstkami ilastymi pochodzącymi z przewiercanych warstw oraz zawierającą rozpuszczone związki chemiczne, które stosowane są do regulowania i obróbki jej parametrów technologicznych. Przy zestalaniu płuczki ważny jest dobór środków wiążących, których zadaniem jest takie przekształcenie suspensji płuczki wiertniczej w ciało stałe o odpowiedniej wytrzymałości mechanicznej, aby w jak największym stopniu ograniczyć wymywanie się z niego substancji niebezpiecznych występujących w postaci związków rozpuszczalnych.
Zestalanie różnych rodzajów zużytych, odpadowych płuczek pochodzących z otworów: A – BB (basen bałtycki) i B – BP (basen podlaski) przeprowadzono w dwóch etapach dla rozpoznania możliwości wiązania fazy płynnej płuczki w całość przy użyciu wytypowanych środków wiążących i stabilizujących, takich jak: cement, spoiwo hydrauliczno-pucolanowe zawierające dużą ilość aktywnej krzemionki – Silment CQ-25, Gruntar, szkło wodne sodowe.
Celem badań etapu pierwszego był wstępny dobór rodzaju środków wiążących określany na podstawie zmiany konsystencji płuczki otworowej przy zadawanych kolejnych dawkach danego środka i wzrostu wartości parametrów reologicznych, aż do momentu uzyskania niemierzalnych ich wartości oraz obserwacji objawów występowania odstoju wody w czasie wiązania. Natomiast podstawowym celem badań etapu drugiego był dobór optymalnej ilości wybranych środków wiążących wprowadzanych do suspensji płuczki w odpowiedniej kolejności, pod kątem ich wpływu na czas początku i końca wiązania, wytrzymałość na ściskanie zestalonej próbki płuczki oraz wymywalność z niej związków szkodliwych.
W wyniku tych badań wytypowano zestaw środków stanowiących kompozycję na bazie cementu portlandzkiego CEM I 32,5 lub spoiwa hydraulicznego – Silment CQ-25 w ilości 20–35% zawierającą 4–5% szkła wodnego sodowego na m3 płuczki. O wyborze tych środków zdecydowały ich właściwości chemiczne i wpływ na właściwości mechaniczne ciała stałego powstałego po zestaleniu płuczki otworowej. Zastosowanie wybranych środków wymagało opracowania technologii zestalania, która polegała na wprowadzeniu do płuczki w pierwszej kolejności zadanej ilości szkła wodnego, a następnie, po ok. 30 min mieszania, wytypowanych materiałów wiążących, na przeniesieniu zżelowanej jednorodnej masy mieszaniny do pojemników, gdzie przez okres od 7 do 14 dni, a nawet 28 dni, przechowywano ją w temperaturze otoczenia, prowadząc pomiary czasu wiązania, wytrzymałości na ściskanie i obserwacje próbki w czasie twardnienia.
Przeprowadzone badania wykazały, że płuczki bentonitowe łatwiej ulegają zestalaniu niż płuczki polimerowe. Wiązanie próbki płuczki bentonitowej max. zachodziło po ok. dwóch dniach, natomiast proces wiązania płuczek polimerowych trwał do ok. 6–8 dni. Początek czasu wiązania płuczki bentonitowej zestalonej przy zastosowaniu od 4% do 5% szkła wodnego i od 20% do 35% materiału wiążącego oznaczano po ok. 28 h, a koniec po max. ok. 55 h. Podczas zestalania płuczek polimerowych przy zastosowaniu tych samych ilości i rodzajów środków zestalających zaobserwowano, że ich twardnienie zachodziło najszybciej w warstwie powierzchniowej, natomiast środek próbki pozostawał niejednokrotnie w postaci wilgotnej ziemi. Wymagało to dłuższego czasu ich wiązania w celu właściwego określenia parametrów wytrzymałościowych pozyskiwanego półproduktu.
Optymalne parametry wiązania próbki płuczki bentonitowej z otworu A – BB uzyskano przy użyciu kompozycji na bazie cementu portlandzkiego CEM I 32,5 w ilości 20–30% oraz spoiwa hydraulicznego – Silment CQ-25 w ilości 20–35% z dodatkiem 5% szkła sodowego. Wytrzymałości na ściskanie tych próbek zawierających cement portlandzki CEM I 32,5 po 14 dniach wynosiły od ok. 0,5 MPa do 1,17 MPa, natomiast zawierających Silment CQ-25 od ok. 0,7 MPa do 1,0 MPa.
Proces zestalenia płuczki bentonitowej z otworu B – BP przeprowadzono przy użyciu 4% i 5% szkła sodowego oraz 5% do max. 20% materiału wiążącego. Znaczne zmniejszenie ilości materiału wiążącego w kompozycji środka zestalającego było spowodowane skażeniem tej płuczki związkami chemicznymi w postaci jonów Ca2+ – 240 mg/dm3 oraz Mg2+ – 73 mg/dm3, które pochodziły z przewiercanych warstw. Ich reakcja z materiałami wiążącymi zastosowanymi w ilości 5% i 10% spowodowała prawie 10-krotny wzrost wytrzymałości na ściskanie otrzymywanych półproduktów (1,6–3,2 MPa) w porównaniu z wytrzymałością próbek zestalonych przy użyciu tych samych materiałów w ilości 15% i 20% (0,2–0,35 MPa).W trakcie twardnienia próbek obserwowano, że bez względu na ilość zastosowanego szkła wodnego oraz ilość i rodzaj materiału wiążącego (cement CEM I 32,5 lub Silment CQ-25) objętości otrzymywanych półproduktów z płuczki bentonitowej ulegały zmniejszeniu.
Płuczki potasowo-polimerowe z analizowanych otworów o wysokim stopniu zasolenia zawierały w składach głównie środki celulozowe typu PAC o różnej lepkości w połączeniu z CMC LV, żywicę ksantanową oraz PHPA i poliglikol. Otrzymane w wyniku ich zestalenia próbki półproduktu posiadały zbliżone właściwości mechaniczne. Wartości wytrzymałości półproduktu z płuczki zastosowanej w otworze A – BB, zawierającego 4% i 5% szkła sodowego oraz 20–35% materiału wiążącego mieściły się w zakresie 0,65 MPa do 1,2 MPa, natomiast z otworu B – BP wynosiły od 0,45 MPa do 1,37 MPa. Ze względu na prawie pełne zasolenie tych płuczek podczas ich twardnienia na powierzchni próbek półproduktu zachodziła krystalizacja soli, która w większym stopniu występowała w próbkach zestalonych cementem.
W ramach oceny ekologicznej półproduktów otrzymanych z zestalonych zużytych płuczek wiertniczych przeprowadzono analizy ich odcieków otrzymanych z półproduktów zestalanych pod kątem określenia dopuszczalnych granicznych wartości wymywania takich składników jak: stałe związki rozpuszczone (TDS), rozpuszczony węgiel organiczny (DOC), zawartość metali ciężkich (arsen, bar, kadm, chrom, miedź, rtęć, molibden, nikiel, ołów, antymon, selen, cynk) oraz jonów, takich jak: chlorki, siarczany oraz fluorki, zgodnie z rozporządzeniem Ministra Gospodarki (Dz.U. z 2015, poz. 1277).
Wyniki analiz odcieku z zestalonych płuczek bentonitowych zarówno z otworu A – BP, jak i B – BP wskazywały, że zawartość poszczególnych oznaczanych składników kształtowała się na niskim poziomie i nie przekraczała dopuszczalnych granicznych wartości wymywania. Natomiast analiza fizykochemiczna odcieku wodnego z półproduktów zestalonych poszczególnymi spoiwami zasolonych zużytych płuczek potasowo-polimerowych zarówno z otworu A – BB, jak i B – BP wykazywała trzykrotne przekroczenie granicznych wartości wymywania stałych związków rozpuszczonych (TDS) oraz wysoką zawartość ogólnego węgla organicznego i jonów chlorkowych. Natomiast zawartość siarczanów, fluorków oraz metali ciężkich nie przekraczała dopuszczalnych granicznych wartości wymywania.
Odciek wodny z półproduktu zestalonych płuczek polimerowych do dowiercania zarówno z otworu A – BB, jak i B – BP cechował się niższymi wartościami wymywanych składników w porównaniu z odciekami z półproduktów zestalonych zasolonych płuczek potasowo-polimerowych.
W celu rozszerzenia oceny ekologicznej otrzymane odcieki z wymywalności szkodliwych substancji z wytypowanych półproduktów zestalonych płuczek wiertniczych pochodzących z otworu wiertniczego A – BB oraz z otworu B – BP poddano badaniom toksykologicznym z wykorzystaniem testów nowej generacji (Microtox, Ostracodtoxit, Daphtoxikit, Spirodela, Phytotoxkit), należących do różnych poziomów troficznych: konsumentów, reducentów i producentów.
Odcieki z półproduktów zestalonych bentonitowych płuczek wiertniczych zarówno z otworu A – BB, jak i z otworu B – BP cechowały się niską toksycznością i zostały zaliczone do niskotoksycznych (I–II klasa toksyczności). Natomiast odcieki z półproduktów zestalonych zasolonych płuczek potasowo-polimerowych zarówno z otworu A – BB, jak i z otworu B – BP wykazywały istotny efekt toksyczny ze względu na wysoką zawartość chlorków, substancji organicznych mierzonych wskaźnikiem DOC oraz odczyn itp., w związku z czym zostały zaliczone do III klasy toksyczności. Odcieki z półproduktów zestalonych płuczek polimerowych do dowiercania otworów, które charakteryzowały się niższą toksycznością w porównaniu z odciekami z półproduktów zestalonych zasolonych płuczek potasowo-polimerowych, zostały zaliczone do niskotoksycznych (klasa II–III toksyczności).
Jak wykazały badania, skład płuczek wiertniczych ma wpływ nie tylko na przebieg ich zestalania, ale również na toksyczność odcieków otrzymanych z półproduktów po zestaleniu tych płuczek wiertniczych. Odcieki z półproduktów otrzymane po zestaleniu kompozycją środków zestalających (szkło wodne + Silment CQ-25) płuczek wiertniczych zarówno z otworu A – BB, jak i z otworu B – BP cechowały się niższą toksycznością w przeliczeniu na jednostki toksyczności (TU) w porównaniu z odciekami z półproduktów otrzymanych po zestaleniu płuczek wiertniczych przy użyciu szkła wodnego i cementu CEM I 32,5.
Przeprowadzone badania pod kątem określenia zawartości pierwiastków promieniotwórczych (K, U, Th) wykazały, że półprodukty zestalonych zużytych bentonitowych płuczek wiertniczych zarówno z otworu A – BB, jak i z otworu B – BP posiadały najniższą zawartość pierwiastków. Natomiast najwyższe wartości tych pierwiastków promieniotwórczych (potasu, uranu, toru) odnotowano dla półproduktów zestalonych zużytych płuczek polimerowych do dowiercania. Na zbliżonym poziomie kształtowała się zawartość pierwiastków promieniotwórczych w półproduktach zestalonych zużytych zasolonych płuczek polimerowo-potasowych. Ze względu na niskie stężenie pierwiastków promieniotwórczych w zestalonych półproduktach, zgodnie z rozporządzeniem Rady Ministrów z dnia 2 stycznia 2007 r. w sprawie wymagań dotyczących zawartości naturalnych izotopów promieniotwórczych potasu 40K, radu 226Ra i toru 228Th w surowcach i materiałach stosowanych w budynkach przeznaczonych na pobyt ludzi i inwentarza żywego, a także w odpadach przemysłowych stosowanych w budownictwie, oraz kontroli zawartości tych izotopów (Dz.U. Nr 4, poz. 29), mogą być one wykorzystane jako materiały budowlane.
W celu weryfikacji skuteczności opracowanej technologii zestalania zużytych płuczek, przeprowadzono w warunkach półprzemysłowych próbę zestalania zużytych płuczek (0,75 m3). Przed przystąpieniem do wykonania próby półprzemysłowej mieszaninę płuczek otworowych poddano zestaleniu w warunkach laboratoryjnych, zgodnie z zaleceniami zawartymi w opracowanej technologii, przy użyciu kompozycji na osnowie 30% i 35% cementu CEM I 32,5 z dodatkiem 4% i 5% szkła sodowego. Na podstawie przeprowadzonych badań określono początek wiązania mieszaniny płuczek po ok. 30 h, koniec wiązania po ok. 80 h oraz wytrzymałość na ściskanie otrzymanego półproduktu, która po 7 dniach wynosiła 0,9 MPa, a po 14 dniach 1,9 MPa.
Przeprowadzone badania wymywalności substancji szkodliwych w odcieku z półproduktu wykazały następujące wartości oznaczeń: stałe związki rozpuszczone (TDS) – 58 424 mg/kg s.m., chlorki Cl – 21 300 mg/kg s.m., siarczany – 1984 mg/kg s.m., ogólny węgiel organiczny (DOC) – 3200 mg O2/kg s.m., zawartość metali ciężkich, która kształtowała się na niskim poziomie. Spośród wykonanych oznaczeń jedynie zawartość węgla organicznego (DOC) przekroczyła graniczne wartości wymywania (Dz.U. z 2015 r. poz. 1277, załącznik nr 5), co mogło być spowodowane obecnością polimerów organicznych zawartych w składach zestalonych płuczek oraz substancji ropopochodnych je zanieczyszczających. Ponadto wykonano badania toksykologiczne odcieku z zestalonego półproduktu z wykorzystaniem wytypowanych testów toksykologicznych. Toksyczność wyrażona w jednostkach toksyczności (TU) wytypowanych do badań testów wynosiła: Microtox – 4,3; Daphtoxkit (48 h) – 9,9; Spirodela – 9,5. Odciek z półproduktu można zaliczyć do niskotoksycznych (II klasa toksyczności TU < 10).
Prezentowana technologia została objęta ochroną patentową nr P.418959 pt. „Sposób zestalania zużytych wodnodyspersyjnych płuczek wiertniczych typu bentonitowego i polimerowego”, która została nagrodzona złotym medalem na międzynarodowej wystawie wynalazczości w Genewie.

Abstract

During work, large amounts of waste are generated, which occurs in the form of used drilling fluid and the excavated spoil. However, its basic part (about 60–80%) consists of used drilling fluids in the form of liquid waste, while the remaining amount is solid waste in the form of cuttings contaminated with the drilling fluid and hydrated sludges removed from the hole wall during its casing. The generated waste might be harmful to the environment due to the high content of chloride ions (in the case of highly salinated fluids) and sulphate, heavy metals, organic substances measured with the DOC index, undissolved substances, dissolved solids (TDS), surfactants and others.
On the basis of a series of laboratory tests carried out in INiG – PIB using waste drilling fluids differing in composition, rheological properties, density and chemical contamination content, a composition of a solidifying agent for such fluids and the technology for their solidification together with the methodology for the assessment of mechanical, chemical and toxicological properties of the obtained semi-finished product were developed.
The drilling fluid solidification process is technologically more difficult than the solidification of the spoil due to its liquid form, concentrated with dispersed polymers and clay particles derived from the drilled layers and containing dissolved chemical compounds, which are used for the regulation and processing of its technological parameters. When solidifying the fluid, it is important to select binding agents, the task of which is to convert the suspension of the drilling fluid into a solid body with sufficient mechanical strength in order to minimize the leaching of hazardous substances in the form of soluble compounds.
Solidification of different types of used, waste fluids coming from the holes: A – BB (Baltic Basin) and B – BP (Podlaski Basin) were conducted in two stages in order to identify the possibility of binding the liquid phase of the fluid together with selected binding  and stabilizing agents such as: cement, a hydraulic-pozzolans binder containing a large amount of active silica – CQ-25 Silment, Gruntar, sodium water glass.
The aim of the first stage of testing was to initially select the type of binding agents determined on the basis of changes in the consistency of the borehole fluid at successive doses of a given agent and increase in rheological parameters until the moment of obtaining their immeasurable values and observation of the symptoms of the presence of water loss during binding. In turn, the primary objective of stage two of the tests was to select the optimal amount of selected binding agents introduced into the fluid suspension in the appropriate order, in terms of their influence on the time of the beginning and end of binding, compressive strength of the solidified sample of the fluid and its leachability of harmful compounds.
As a result of these tests, a set of agents constituting a composition based on Portland cement CEM I 32.5 or hydraulic binder – CQ-25 Silment in the amount of 20–35% containing 4–5% sodium water glass per m3 of fluid was selected. The choice of these agents was determined by their chemical properties and their effect on the mechanical properties of the solid formedafter solidification of the borehole fluid. Application of the chosen measures required the development of a solidification technology, which consisted of the introduction of the required quantity of water glass into the fluid in the first place, and then, after about 30 minutes, mixing the selected binding materials. The gelled homogeneous mass of the mixture was transferred to containers, where it was stored at ambient temperature for a period of 7 to 14 days or even 28 days, while measurements of binding time, compressive strength were taken and observation of the sample during hardening was performed.
The conducted research has shown that bentonite fluids are easier to solidify than polymer fluids. Binding of a bentonite fluid sample took a maximum of about two days, while the process of binding polymeric fluids lasted for about 6 – 8 days. The beginning of the bentonite fluid binding time, which was solidified with the use of 4 to 5% water glass and 20 to 35% of the binding material, was determined after approx. 28 hours and the end after max. approx. 55h. During the solidification of polymeric fluids with the same amounts and types of solidifying agents, it was observed that their hardening took place most rapidly in the surface layer, while the center of the sample often remained in the form of moist soil. A longer time of binding was required in order to properly determine the strength parameters of the obtained semi-finished product.
Optimal parameters of the bentonite fluid sample binding from borehole A – BB were obtained using the composition based on Portland CEM I 32.5 cement in the amount of 20–30% and a hydraulic binder – CQ-25 Silment in the amount of 20–35% with the addition of 5% sodium glass. The compressive strength of these samples containing Portland cement CEM I 32.5 after 14 days ranged from approximately 0.5 to 1.17 MPa, while that of CQ-25 Silment – from around 0.7 to 1.0 MPa.
The process of solidification of bentonite liquid was carried out from bore B – BP using 4 and 5% sodium glass and 5 to max 20% of the binding material. Significant reduction of the binding material in the solidifying agent composition was caused by the contamination of this fluid with chemical compounds in the form of Ca2+–240 mg/dm3 and Mg2+–73 mg/dm3 ions, which were obtained from the drilled layers. Their reaction with binding materials applied in the amounts of 5 and 10% resulted in an almost 10-fold increase in compressive strength of the obtained semi-finished products (1.6 – 3.2 MPa) as compared to the strength of the samples solidified using the same materials in the amounts of 15 and 20% (0.2 – 0.35 MPa). During the hardening process, it was observed that, regardless of the quantity of water glass used and the amount and type of binding material (CEM I 32.5 cement or CQ-25 Silment), the volumes of semi-finished products obtained from bentonite fluid were reduced.
Polymer potassium fluids from the analyzed holes had a high degree of salinity and contained mainly PAC cellulose agents of different viscosity in combination with CMC LV, xanthan resin, PHPA and polyglycol. The semi-finished product samples obtained as a result of their solidification had similar mechanical properties. The strength values of the semi-finished product of the fluid used in bore A-BB containing 4 and 5% sodium glass and 20–35% of the binding material ranged from 0.65 to 1.2 MPa, while those in bore B – BP ranged from 0.45 to 1.37 MPa. Due to the almost complete salinity of these fluids, during their hardening on the surface of the samples of semi-finished products there was crystallization of salt, which was more common in cement solidified samples.
As part of the environmental assessment of semi-finished products obtained from solidified used drilling fluids, leachates from solidified semi-finished products were analyzed to determine the limit values for leaching of such components as: dissolved solid compounds (TDS), dissolved organic carbon (DOC), heavy metals (arsenic, bar, cadmium, cadmium, chromium, copper, mercury, molybdenum, nickel, lead, antimony, selenium, zinc) and ions such as chlorides, sulphates and fluorides according to the Regulation of the Minister of Economy (Journal of Laws from 2015, item 1277).
The results of the leachate analysis from solidified bentonite from both the A – BP and the B – BP hole was found to contain low levels of the determined ingredients and did not exceed the limit leaching values. On the other hand, the physicochemical analysis of water leachate from the semi-finished products solidified with individual binders of used salinated potassium-polymer fluids from both boreholes A – BB and B – BP showed three times higher leaching values of solid dissolved compounds (TDS) and a high content of total organic carbon and chloride ions. In contrast, the content of sulphates, fluorides and heavy metals did not exceed the leaching limit values.
The water effluent from the semi-finished product of solidified polymer fluids used for drilling from boreholes A – BB and B BP was characterized by lower values of leached components in comparison with leachate from solidified semi-finished products of salinated potassium-polymer fluids.
In order to extend the ecological assessment, leachate from the leaching of harmful substances from selected semi-finished solidified drilling fluid products from borehole A – BB and from borehole B – BP, was subjected to toxicological examinations using new generation tests (Microtox, Ostracodtoxit, Daphtoxikit, Spirodela, Phytotoxkit) belonging to various trophic levels: consumers, reducers and producers.
The effluents from semi-finished solidified bentonite drilling fluids from both borehole A – BB and borehole B – BP were of low toxicity and were classified as low toxic (I – II toxicity class). On the other hand, leachate from semi-finished solidified products of salinated potassium-polymer fluids was found to have a significant toxic effect due to high content of chlorides, organic substances measured by DOC and reaction, etc. and in connection with this they were given the III toxicity class. Leachate from semi-finished products of solidified polymer fluids for drilling holes, which were of a lower toxicity compared to leachate from semi-finished products of solidified salinated potassium-polymer fluids and were classified as low toxic (toxicity class II – III).
Research has shown that the composition of drilling fluids not only influences their solidification process, but also the toxicity of leachate from semi-finished products after solidification of these drilling fluids. Leachate from the semi-finished products obtained after solidification with a composition of solidifying agents (water glass + CQ-25 Silment) of drilling fluids from both borehole A – BB and borehole B – BP were characterized by lower toxicity in TU (toxicity units) compared to leachate from semi-finished products obtained after solidification of drilling fluids with water glass and CEM I 32.5 cement.
Studies carried out to determine radioactive element content (K, U, Th) have shown that semi-finished products of solidified bentonite drilling fluids from both borehole A – BB and borehole B – BP had the lowest radioactive element content (potassium, uranium, thorium). In contrast, the highest values of radioactive elements (potassium, uranium, thorium) were recorded for semi-finished products of solidified used polymer drilling. The content of radioactive elements in semi-finished products of solidified used salinated polymer and potassium fluids was at a similar level. Due to the low concentration of radioactive elements in solidified semi-finished products according to the Regulation of the Council of Ministers of 2 January 2007 concerning requirements for the content of natural radioactive isotopes of potassium K-40, radium Ra- 226 and thorium Th-228 in raw materials and materials used in buildings for intended humans and livestock and industrial waste used in construction, and the control of the content of these isotopes (Journal of Laws of Laws No. 4, item 29), they may be used as building materials.
In order to verify the effectiveness of the developed technology of solidifying used drilling fluids, an attempt was made to solidify used drilling fluids (0.75 m3) in semi-industrial conditions. Prior to the semi-industrial test, the borehole fluid mixture was solidified under laboratory conditions, in accordance with the recommendations of the developed technology, using a composition on a 30 and 35% CEM I 32.5 cement carcass with the addition of 4 and 5% sodium glass. On the basis of the conducted tests, the beginning of binding of the mixture of fluids was determined after approx. 30 h, the end of binding after approx. 80 h, and compression strength of the obtained semi-finished product was determined, which after 7 days was 0.9 MPa, and after 14 days – 1.9 MPa.
The test of leaching of harmful substances in the leachate from the semi-finished product showed the following values of determinations: solid dissolved compounds (TDS) –58 424 mg/kg d. m., Cl-chlorides – 21 300 mg/kg d. m., sulphates – 1 984 mg/kg d. m., total organic carbon (DOC) – 3 200 mg O2/kg d. m., heavy metal content, which was at a low level. Of the performed determinations, only organic carbon content (DOC) exceeded the leaching limit values (Journal of Laws of 2015, item 1277, Appendix no. 5), which may have been caused by the presence of organic polymers contained in solidified fluids and petroleum substances contaminating them. In addition, toxicological studies of leachate from the solidified semi-finished product were performed using selected toxicological tests. The toxicity expressed in TU units of the tests selected for the research was as follows: Microtox – 4.3; Daphtoxkit (48 h) – 9.9; Spirodela – 9.5. Leachate from the semi-finished product may be classified as low toxic (toxicity class II TU < 10).
The presented technology has been granted patent protection No. P. 418959 under the title “The method of solidification of used water dispersion bentonite and polymeric drilling fluids”, which was awarded with a gold medal at the international exhibition of inventions in Geneva.
  

Cena egzemplarza:60 zł netto (plus 5% VAT)

Koszt przesyłki: 5 zł brutto za sztukę – list polecony

Zamówienia prosimy składać e-mailowo: nafta-gaz@inig.pl lub telefonicznie 12 617 76 32.

 

 

 

 

 

 
 

TYTUŁ: Opracowanie optymalnych koncepcji zagospodarowania złóż niekonwencjonalnych / Optimum concepts of unconventional reservoir development

 

 

Autorzy: Praca zbiorowa (w dwóch tomach) pod redakcją Jana Lubasia

 

 

Recenzenci:
dr hab. inż. Krzysztof Labus, prof. PŚ
dr inż. Adam Wójcicki

 

 

 

PN223 t1duza

ISBN: 978-83-65649-30-0
ISSN: 2353-2718
DOI: 10.18668/PN2018.223

Streszczenie


W monografii przedstawiono wyniki jednego z dziesięciu projektów badawczych realizowanych w ramach programu Blue Gas 1 „Polskie technologie dla gazu łupkowego”. Projekt o akronimie ResDev dotyczył opracowania optymalnych koncepcji zagospodarowania złóż niekonwencjonalnych zlokalizowanych w utworach ordowicko-sylurskich na obszarze Polski. Pozostałych dziewięć projektów dotyczyło sejsmiki i mikrosejsmiki, zasięgu utworów dolnego paleozoiku, metodyki szacowania zasobów oraz wyznaczania sweet spotów, optymalizacji parametrów wiercenia, inżynierii złożowej, a przede wszystkim ochrony środowiska, której dotyczą dwa projekty. Nie przyjęto natomiast do realizacji szczególnie ważnej tematyki związanej z udostępnianiem specyficznych, ordowicko-sylurskich utworów niekonwencjonalnych, zupełnie odmiennych od łupków amerykańskich. Jest to zagadnienie kluczowe, które decyduje o przyszłości przedsięwzięć związanych z eksploatacją zasobów węglowodorów zlokalizowanych w omawianych poziomach, zawierających znaczne ilości minerałów ilastych, negatywnie wpływających na kruchość stymulowanej skały, szczególnie w środowisku dotychczas stosowanych płynów szczelinujących przygotowanych na bazie wody.
Zagospodarowanie złoża to proces technologiczny i inwestycyjny, realizowany wtedy, gdy znane są już zasoby geologiczne gwarantujące ekonomicznie opłacalne wydobycie. Jest to możliwe wówczas, gdy dysponujemy odpowiednio dobraną do danych warunków geologiczno-złożowych technologią udostępniania, zapewniającą uzyskanie z danego odwiertu takich ilości węglowodorów, które pozwolą na osiągnięcie rentowności przedsięwzięcia górniczego. W programie Blue Gas 1 założono zatem, niejako a priori, dostępność znaczących zasobów węglowodorów w złożach zlokalizowanych w formacjach niekonwencjonalnych, dla których istnieje potrzeba opracowania odpowiednich koncepcji ich zagospodarowania.

Należy nadmienić, że odbywało się to w określonej atmosferze oczekiwań, budowanych na podstawie szacunków, szczególnie Amerykańskiej Służby Geologicznej.
Prezentowana monografia zawiera wyniki specjalistycznych badań PVT, na podstawie których określono rodzaje i właściwości fazowe płynów złożowych pochodzących z polskich ordowicko-sylurskich formacji łupkowych. Opracowano również procedury wyznaczania optymalnej gęstości siatki odwiertów w procesie rozwiercania złóż. Na podstawie innowacyjnych technologii przygotowania wydobywanych płynów złożowych do transportu zaprojektowano warianty zagospodarowania złóż z wykorzystaniem urządzeń modułowych. Wykonane prace studialne i obliczeniowe pozwoliły na przygotowanie koncepcji lokalnego zagospodarowania gazu. Zbadano także wpływ zmienności składu gazu na pracę urządzeń obecnie stosowanych z możliwością adaptacji do nowego paliwa. W opracowywanym projekcie dobrano również nowoczesne materiały odporne na czynniki korozyjno-erozyjne, a także inhibitory korozji. Zaprojektowano i zbudowano prototypową stację monitoringu korozji oraz innowacyjny sposób dostosowania głowicy do eksploatacji złóż występujących w formacjach łupkowych. Dbając o aspekty środowiskowe, zaproponowano też rozwiązania mające na celu stworzenie innowacyjnych technologii zarządzania wodami złożowymi.


Abstract

The monograph presents the results of the ResDev project – one of ten research projects carried out under the Blue Gas 1 “Polish technologies for shale gas” program. This project concerned the preparation of optimal concepts for the development of unconventional reservoirs located in Ordovician-Sylurian formations in Poland. The remaining nine projects concerned seismic and microseismic aspects, the range of Lower Paleozoic formations, the methodology for resources and sweet spots estimation, optimization of drilling parameters, field engineering and, above all, environmental protection, to which two projects were dedicated. However, the important issue for unconventional formations, i.e. the development of effective stimulation technology with the use of new fracking fluids adjusted to the petrophysical properties of Ordovician and Silurian shale formations that are specific and completely different from American ones was not addressed in the program. This is a key issue that will determine the future of projects involving the exploitation of hydrocarbons located at these levels, which contain significant amounts of clay minerals that adversely affect the brittleness of the stimulated rock for commonly used water-based fracking fluids.
Reservoir development is a technological and investment process carried out when geological resources which guarantee economically viable recovery are already known. This is possible when we have at our disposal an appropriately selected technology for the given geological and reservoir conditions which ensures obtaining such quantities of hydrocarbons produced by a single well that guarantees profitability of the development project. In the Blue Gas 1 program, therefore, the availability of significant hydrocarbon resources in deposits located in unconventional formations, for which there is a need to develop appropriate and optimal concepts for their development, was assumed to be a priori.
It should be mentioned that this took place in a specific atmosphere of optimistic expectations arising from the available estimates, especially by the United States Geological Survey.
This monograph includes the results of specialist PVT studies based on which the types and phase properties of reservoir fluids originating from Polish Ordovician-Sylurian shale formations were determined. Procedures were also developed to determine the optimum density of the well grid in the process of drilling the reservoirs. On the basis of innovative technologies of gas processing, various scenarios of reservoir development with the use of modular equipment were designed. The research and calculation works carried out allowed to prepare a concept of local utilization of natural gas from shale formation. The impact of gas composition variability on the operation of equipment currently used with the possibility of adaptation to a new fuel, was also examined. In the project under preparation, modern materials resistant to corrosion and erosion factors as well as corrosion inhibitors were also selected. A prototype corrosion monitoring station was designed and built, as well as an innovative method of adjusting well heads to the exploitation of reservoirs in shale formations. Taking care of environmental aspects, solutions were also proposed to create innovative technologies for the management of reservoir waters.
  

Cena egzemplarza:60 zł netto (plus 5% VAT)

Koszt przesyłki: 5 zł brutto za sztukę – list polecony

Zamówienia prosimy składać e-mailowo: nafta-gaz@inig.pl lub telefonicznie 12 617 76 32.

 

 

 

 

 

 
 

TYTUŁ: Granica diageneza/anchimetamorfizm w skałach najwyższego proterozoiku i kambru ze wschodniej części bloku małopolskiego wyznaczona na podstawie badań minerałów ilastych

 

 

Autorzy: Sylwia Kowalska

 

 

Recenzent:
prof. zw. dr hab. inż. Andrzej Kostecki

 

 

 

Okładka PN 187

ISSN: 0209-0724

Streszczenie


Przez wiele lat wysoki stopień przeobrażeń termicznych skał proterozoicznych i kam-bryjskich bloku małopolskiego, występujących w jego wschodniej części, był korelowany ze zróżnicowaniem ich wieku [168, 150, 219]. Skały wykazujące oznaki metamorfizmu bardzo niskiego stopnia (przede wszystkim silne zaangażowanie tektoniczne, skliważowanie) okre¬ślano mianem łupków sfyllityzowanych i uważano za ediakarskie.
Przeprowadzone badania materiału ilastego pozwoliły wykazać, że zmiana przeobrażeń od późnej diagenezy (od ponad 20% S w I/S) do anchimetamorfizmu (do < 10% S w I/S i KI < 0,30 Δ°2θ) w obrębie kompleksu ediakarsko-kambryjskiego następuje stopniowo. Zakresy maksymalnych paleotemperatur jakim podlegały te skały zawierają się w szerokim przedziale, odpowiednio, od 150°C do niemal 300°C. Maksimum anchimetamorfizmu zlokalizowano w południowo-wschodniej części antyklinorium dolnego Sanu. Przeprowa¬dzone badania materiału illitowego pozwoliły wyznaczyć przebieg strefy granicznej późna diageneza/ anchimetamorfizm.
Pomimo generalnie ciągłego charakteru zaobserwowanych zmian diagenetycznych i anchimetamorficznych, analiza lateralna powyższych parametrów pozwoliła stwierdzić obecność stref natury tektonicznej, gdzie zmiany te następują skokowo. Wydzielono dwie główne strefy tego typu o znaczeniu regionalnym: strefę uskokową Trzciana-Mielec oraz strefę uskokową zrębu Ryszkowej Woli, która być może stanowi południową część linii TT lub przedłużenie rozłamu świętokrzyskiego.
Generalnie najniższy stopień diagenezy stwierdzono w zachodniej części bloku mało-polskiego i wielu próbkach z bloku górnośląskiego. Uzyskany dla bloku górnośląskiego duży rozrzut wartości parametrów diagnostycznych: %S w I/S i KI, w pojedynczych otworach, łączyć można z obecnością zjawisk metamorfizmu kontaktowego.
Stopień zaawansowania diagenezy i metamorfizmu określano dwiema różnymi meto¬dami rentgenowskimi, czyli w oparciu zawartości pakietów pęczniejących w illicie/smektycie (%S w I/S), wskaźnik krystaliczności illitu (indeks Küblera). Obecność strefy anchimetamor¬ficznej została potwierdzona dodatkowo badaniami uzupełniającymi: analizą politypów illitu, składu chemicznego i politypowego chlorytów, jak również obserwacjami mikroskopowymi.


Abstract

For many years, the high degree of thermal transformations of Proterozoic and Cam¬brian rocks occurring in the eastern part of the Małopolska massif was correlated with dif¬ferences in their age [168, 150, 219]. The rocks demonstrating signs of the very low-grade metamorphism (most of all traces of strong tectonic activity, cleavage) were described as phyllitised shales and considered to be of the Ediacaran origin.
Examination of the clay material proved that the changes from late diagenesis (from over 20% S in I/S) to anchimetamorphism (to < 10% S in I/S and KI < 0,30 Δ°2θ) within the Ediacaran-Cambrian complex proceeded gradually. That rocks was affected by the maximum paleotemperatures from the range of 150°C to nearly 300°C, respectively. The maximum anchimetamorphism was discovered in the south-eastern part of the lower San anticline. Examination of the illitic material allowed to determine the boundary between late diagenesis and anchimetamorphism.
Despite generally continuous character of observed diagenetic and anchimetamorphic changes, the lateral analysis of described parameters allowed to discover areas of tectonic nature where these changes occurred abruptly. Two main such a places of the regional importance were assigned: the Trzciana-Mielec fault zone and the Ryszkowa Wola Horst, which might be the southern part of the TT line or extension of the Holy Cross Mountains dislocation.
Generally, the lowest degree of diagenesis was found in the western part of the Małopolska massif and several samples from the Upper Silesian massif. Significant dis-tribution of values of diagnostic parameters: % S in I/S and KI, obtained for the Upper Silesian massif in single boreholes can be associated with the presence of phenomena of contact metamorphism.
The advance of diagenesis and metamorphism was determined using two different X-ray methods, i.e. on the basis of the content of swelling layers in illite-smectite (% S in I/S) and the illite crystallinity index (the Kübler index). The presence of the anchimetamorphic zone was additionally confirmed by complementary tests: analysis of illite polytypes, chemical composition and polytypes of chlorites, as well as microscopic observations.

Praca naukowa nr 187 jest dostępna w trybie open acces.

Cena egzemplarza:60 zł netto (plus 5% VAT)

Koszt przesyłki: 5 zł brutto za sztukę – list polecony

Zamówienia prosimy składać e-mailowo: nafta-gaz@inig.pl lub telefonicznie 12 617 76 32.