Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy

TYTUŁ: Analiza wpływu dodatku wodoru do gazu ziemnego na szczelność połączeń mechanicznych wybranych elementów sieci i instalacji gazowych / Analysis of the effect of adding hydrogen to natural gas on the tightness of mechanical connections of selected elements of networks and gas installations

Autorzy: Piotr Szewczyk, Jacek Jaworski

Recenzenci:
dr hab. inż. Andrzej Barczyński
dr inż. Krystian Liszka

Streszczenie

Jednym ze sposobów wykorzystania energii elektrycznej pozyskiwanej z odnawialnych źródeł energii jest produkcja wodoru, który w wyniku spalania wytwarza jedynie parę wodną. Dodanie wodoru do gazu ziemnego, a następnie jego spalanie, będzie powodowało mniejszą emisję dwutlenku węgla, sprawiając, że paliwo to stanie się bardziej przyjazne środowisku.

Wodór dodawany do gazu ziemnego może być przesyłany gazociągami przesyłowymi, a następnie poprzez sieci dystrybucyjne docierać do odbiorców przemysłowych i indywidualnych. Ze względu na znacznie mniejszą gęstość wodoru od gazu ziemnego istotne jest zachowanie szczelności połączeń mechanicznych elementów sieci i instalacji gazowych. W publikacji przedstawiono wyniki prowadzonych w INiG-PIB badań wpływu dodatku wodoru do gazu ziemnego na szczelność połączeń wybranych elementów instalacji i sieci gazowych. Według opracowanej metodyki przeprowadzono badania wybranych elementów sieci i instalacji gazowej, w których połączenia wykonywane były różnymi metodami oraz z zastosowaniem różnorodnych materiałów uszczelniających. W przypadku rur stalowych, stosowanych w instalacjach gazowych w budynkach, łączonych za pomocą połączeń gwintowych ze szczelnością uzyskiwaną na gwincie próbki do badań przygotowane zostały z zastosowaniem pakuł lnianych z pastą uszczelniającą, taśm i nici teflonowych oraz klejów anaerobowych. Próbki wykonane z rur miedzianych łączone były złączkami zaprasowywanymi. Inne elementy instalacji, takie jak elastyczne przewody rozciągliwe i nierozciągliwe oraz szybkozłącze gazowe z metalowym przewodem elastycznym, łączono między innymi za pomocą połączeń gwintowych ze szczelnością uzyskiwaną poza gwintem, gdzie materiałem uszczelniającym były uszczelki gumowe NBR oraz z klingerytu. Elementy sieci gazowych łączono za pomocą połączeń gwintowych z pakułami i pastą uszczelniającą, śrubunków oraz kołnierzy stalowych i polietylenowych (uszczelnienie uszczelką płaską z NBR i klingerytu). Badaniom poddano również połączenia PE/stal. Badania polegały na wykonaniu prób szczelności przygotowanych próbek z zastosowaniem metanu, a następnie metanu z dodatkiem 15% wodoru. Wykonano również badania na próbkach z symulowanymi nieszczelnościami. Na podstawie przeprowadzonych badań i analizy ich wyników stwierdzono, że dodanie 15% wodoru do metanu nie spowodowało nieszczelności łączonych elementów. Ponadto stwierdzono, że w przypadku wystąpienia nieszczelności w elementach instalacji czy sieci gazowej mieszanka metanu z wodorem będzie wypływała szybciej niż gaz ziemny i w zamkniętych pomieszczeniach może powodować osiągnięcie w krótszym czasie dolnej granicy wybuchowości.

Słowa kluczowe: wodór ze źródeł odnawialnych, gaz ziemny, gazociąg, domowa instalacja gazu, szczelność, połączenia mechaniczne

Abstract

One of the ways to use electrical energy obtained from renewable energy sources is hydrogen production, which produces only energy and water vapour when burned. Adding hydrogen to natural gas and burning it will lower carbon dioxide emission, making this fuel more eco-friendly.

Hydrogen added to natural gas can be transported using gas transmission pipelines and can then be provided to industrial and individual consumers via a distribution pipeline network. Due to the much lower density of hydrogen compared to natural gas, it is especially important to maintain the tightness of mechanical connections of network elements and gas installations. This publication presents the results of research carried out at the Oil and Gas Institute-National Research Institute on the influence that adding hydrogen to natural gas has on the tightness of connections of selected elements of gas installations and networks. According to the developed methodology, tests were performed on selected elements of gas networks and gas installations, in which joints were made using differing methods and using various sealing materials. In the case of steel pipes used in gas installations in buildings, joined by means of threaded connections with tightness obtained on the thread, the test samples were prepared with the use of linen hemp with sealing paste, Teflon tapes and threads, and anaerobic adhesives. Samples made of copper pipes were joined with press fittings. Other installation elements - such as flexible hoses, both extensible and non-extensible, and metal hose assemblies - were attached by means of threaded connections with tightness obtained beyond the thread; the sealing material was NBR rubber gaskets and klingerite. The gas network elements were connected by means of threaded connections with hemp and sealing paste, flare fittings, and steel and polyethylene flanges (sealing with a flat gasket made of NBR and klingerite). PE/Steel connectors where also tested. The tests included tightness tests of the prepared samples with the use of methane, and then a mix of 85% methane and 15% hydrogen. The tests on samples with simulated leaks were also performed. Based on the tests and the analysis of the results, it was found that adding the hydrogen to the methane did not cause leaks in the joined elements. In addition, it was found that in the case of leaks appearing in elements of installations or gas networks, the methane-hydrogen mixture flows out faster than methane alone, and in closed rooms this may result in the lower explosion limit being reached in a shorter time.

Keywords: hydrogen from renewable sources, natural gas, gas pipeline, domestic gas installation, tightness, mechanical connections

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

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

TYTUŁ: Long-term sequestration process in the Borzęcin structure – observation evidence of the injected acid gas migration and possible leakage / Długotrwały proces sekwestracji w strukturze Borzęcin – obserwacja przejawów migracji zatłaczanych gazów kwaśnych i analiza możliwości ich wycieku

Autorzy: Jan Lubaś, Wiesław Szott, Piotr Łętkowski, Andrzej Gołąbek, Krzysztof Miłek, Marcin Warnecki, Mirosław Wojnicki,
Jerzy Kuśnierczyk, Sławomir Szuflita

Recenzenci:
prof. dr hab. Krzysztof Labus
dr Adam Wójcicki

Abstract

The monograph presents the results of research carried out under the European SECURe (Subsurface Evaluation of CCS and Unconventional Risks) project in the years 2018-2020. A significant part of the SECURe project comprised evaluation of the effects of the long-term CO₂-H₂S sequestration process in the Borzęcin reservoir structure. This monograph includes all historical operational data determining assumed and implemented parameters of the process and various tests and analyses performed on downhole, as well as surface samples of reservoir fluids, taken from selected wells of the structure. They were aimed at identifying the propagation and intensity of acid gas migration within the structure and potential leakage pathways towards the ground surface. Some of the tests such as analysis of soil gas samples or samples of gas dissolved in brine have never been conducted before, and provided additional information on the safety of geological storage of acid gases within the Borzęcin structure. Corrosion potentials of well tubing and cement were also examined and analysed as they are crucial factors of well completion and leakage prevention.
Key components of performed studies and analyses included a simulation model of the Borzęcin structure, constructed from a broad set of geological, geophysical and petrophysical data. The model was calibrated against available operational and measured data, and used to determine basic characteristics of the sequestration process such as: fluid saturations and compositions, their variation in time due to fluid migrations and the transition between various phases. The observation evidence indicating the absence of acid gas leakage from the Borzęcin structure was confirmed and explained by the simulation results of the sequestration process. The constructed and calibrated model of the structure was also used to predict the future performance of the current sequestration project. In addition, the capacity of the Borzęcin structure for increased sequestration was assessed by finding the optimum scenario of the risk-free sequestration performance.

Keywords: acid gas, CO₂-H₂S sequestration, CO₂ leakage risk

Streszczenie

Monografia przedstawia wyniki badań przeprowadzonych w latach 2018-2020 w ramach europejskiego projektu SECURe. Jednym z działań podjętych w tym projekcie było określenie efektów długoterminowego procesu sekwestracji CO₂-H₂S w strukturze Borzęcin. Niniejsza monografia zawiera całość historycznych danych eksploatacyjnych, określających zastosowane i wdrożone procedury procesu sekwestracji oraz wyniki szeregu różnych pomiarów i analiz przeprowadzonych na uprzednio pobranych powierzchniowych i wgłębnych próbkach płynów złożowych. Miały one na celu identyfikację migrujących w strukturze gazów kwaśnych oraz określenie potencjalnych dróg wycieku w kierunku powierzchni Ziemi. Niektóre spośród nich, takie jak wykonane po raz pierwszy analizy próbek powietrza glebowego oraz odgazowania solanki wgłębnej, dostarczyły dodatkowych informacji na temat bezpieczeństwa geologicznego składowania gazów kwaśnych w strukturze Borzęcin. Zbadano również potencjał korozyjny rur zatłaczających oraz płaszcza cementowego, ponieważ są one kluczowymi elementami wyposażenie odwiertów i zapobiegania wyciekom.
Istotnym elementem wykonanych badań i analiz jest model symulacyjny struktury Borzęcin, skonstruowany w oparciu o całość dostępnych danych geologiczno-złożowych. Model ten został skalibrowany z wykorzystaniem historycznych danych eksploatacyjnych oraz wyników dodatkowych pomiarów, a następnie wykorzystany do określenia podstawowych cech procesu sekwestracji, takich jak skład i nasycenie płynów złożowych, ich zmienność w czasie spowodowaną migracją i przejściem między różnymi fazami. Wyniki obserwacji świadczące o braku
wycieku gazów kwaśnych ze struktury Borzęcin zostały potwierdzone i objaśnione wynikami symulacji analizowanego procesu sekwestracji. Skonstruowany i skalibrowany model struktury wykorzystano również do określenia przyszłej charakterystyki prowadzonego obecnie procesu sekwestracji. Ponadto oszacowano objętość sekwestracyjną struktury Borzęcin poprzez określenie optymalnego scenariusza procesu sekwestracji pozbawionego ryzyka wycieku zatłaczanego gazu.

Słowa kluczowe: gazy kwaśne, sekwestracja CO₂-H₂S, ryzyko wycieku CO₂.

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

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

TYTUŁ: Osady w tłokowych silnikach spalinowych / Deposits in internal combustion engines

Autorzy: Zbigniew Stępień, Wojciech Krasodomski, Michał Wojtasik.

Praca pod redakcją Zbigniewa Stępnia

Recenzenci:
Prof. dr Jan Czerwiński
Prof. dr hab. inż. Dariusz Ozimina

Streszczenie

Osady tworzone na powierzchniach różnych wewnętrznych elementów tłokowych silników spalinowych i układów z nimi współpracujących stanowią niepożądane zjawisko, narastające wraz z czasem eksploatacji silników i zagrażające ich poprawnemu działaniu. Powstawanie osadów w wyniku przebiegu procesów wtrysku paliwa, tworzenia mieszanki paliwowo-powietrznej i jej spalania w tłokowych silnikach spalinowych jest zjawiskiem normalnym. Dopiero na początku XXI wieku rozpoczęto szerokie, wielokierunkowe badania mające na celu ustalenie nie tylko przyczyn powstawania osadów, mechanizmów ich tworzenia i czynników sprzyjających procesom przyrostu osadów, ale także określenie składu chemicznego różnych grup osadów. Potrzeby takich badań wynikały z konieczności spełniania przez silniki sukcesywnie zaostrzanych przepisów w zakresie ochrony środowiska naturalnego człowieka, a to wiązało się z wprowadzaniem coraz bardziej złożonych konstrukcji silników oraz strategii sterowania procesami precyzyjnego, dzielonego na części wtrysku paliwa do komór spalania silników i zaawansowanych algorytmów sterujących procesami spalania w zależności od systemu spalania oraz przeznaczenia silnika. Okazało się jednak, że współdziałanie coraz bardziej złożonych technologii i rozwiązań silników, a zwłaszcza układów wtrysku paliwa, może być w sposób istotny zaburzane tworzonymi w nich osadami. Coraz bardziej skomplikowane konstrukcje silników oraz rosnąca dokładność wykonania współpracujących ze sobą elementów wymuszają konieczność wielokierunkowego badania szkodliwych osadów. Identyfikowanych jest coraz więcej czynników wpływających na tworzenie osadów, co prowadzi do opracowywania coraz bardziej złożonych klasyfikacji i podziałów osadów ze względu na ich rodzaj, skład i postać. Równocześnie poszukiwania sposobów dalszego obniżania emisji składników szkodliwych do atmosfery i poprawy sprawności silników wymuszają dalsze zmiany w konstrukcji zarówno silników, jak i samych pojazdów. Zwiększające się ciśnienie i temperatura procesów spalania silnikach w połączeniu ze zmianami ich tradycyjnego cyklu pracy wpływają na zmiany wymagań stawianych paliwom silnikowym. W konsekwencji powyższe zmiany mają wpływ zarówno na skład chemiczny, jak i morfologię tworzonych w silnikach osadów.
Wielkość tworzonych osadów koksowych może zaburzać procesy rozpylania paliwa, napełniania komór spalania silnika, zawirowania ładunku w komorach spalania, a w konsekwencji wpływać na sprawność napełniania komór spalania oraz na jakość tworzenia mieszanki paliwowo-powietrznej. Doprowadziło to do opracowania wielu znormalizowanych metod oceny wielkości osadów. Ustalono przy tym, że w przypadku silników ZI osadami najbardziej zagrażającymi ich poprawnej pracy, w rozumieniu zachowania deklarowanych przez producentów osiągów w czasie oraz walorów użytkowo-eksploatacyjnych, są te, które tworzą się w komorach spalania, na zaworach dolotowych, w kanałach dolotowych i na końcówkach wtryskiwaczy paliwa. W przypadku silników ZS najbardziej niebezpieczne są osady koksowe (węglowe) tworzone na zewnętrznych powierzchniach końcówek rozpylaczy wtryskiwaczy oraz wewnątrz kanalików wtrysku paliwa rozpylaczy. W Europie obligatoryjne procedury oceny wielkości różnych osadów koksowych powstających na różnych elementach, zarówno w silnikach ZI, jak i ZS, opracowywane są w ramach grup roboczych CEC (Co-ordinating European Council for the Development of Performance Tests for Transportation Fuels, Lubricants and Other Fluids).
W teoretycznej części pracy opisano problemy związane z osadami tworzonymi w tłokowych silnikach spalinowych oraz w ich układach paliwowych. Omówiono standardowe oraz niestandardowe silnikowe i analityczne metody zarówno ilościowej, jak i jakościowej oceny osadów. Przedstawiono znaczenie obecnie stosowanych metod ocen dla tworzenia klasyfikacji osadów. Wskazano zakres stosowania oraz przydatność metod do określenia zagrożeń, jakie stwarzają różnego typu osady dla funkcjonowania silnika, jak i ustalenia przyczyn ich powstawania, w tym w szczególności związanych ze składem stosowanych paliw i smarowych olejów silnikowych. Przedyskutowano wpływ składu paliw, jak również konstrukcji silników i warunków ich eksploatacji na tworzenie różnych osadów zarówno w samych silnikach, jak i w układach wtrysku paliwa. Wskazano możliwe przyczyny powstawania szkodliwych osadów. Podkreślono też ogromne znaczenie opracowywania i stosowania nowoczesnych dodatków do paliw kontrolujących i przeciwdziałających tworzeniu szkodliwych osadów silnikowych.
W części doświadczalnej zaprezentowano wyniki badań prowadzonych w ramach projektów badawczych i prac statutowych w Instytucie Nafty i Gazu – Państwowym Instytucie Badawczym. Niniejsze wyniki dotyczą:
• nieporównywalności ocen właściwości detergentowych paliw w różnych, znormalizowanych testach silnikowych;
• wielokierunkowych ocen wpływu różnych dodatków detergentowo-dyspergujących na tworzenie się szkodliwych osadów podczas testów silnikowych;
• wpływu sposobu uszlachetniania paliw na procesy ilościowego i jakościowego tworzenia osadów w tłokowych silnikach spalinowych;
• oceny wpływu wybranych związków chemicznych stanowiących zanieczyszczenia zawarte w paliwach na procesy powstawania osadów w silnikach i układach wtrysku paliwa;
• oceny wpływu różnych struktur związków chemicznych stanowiących zanieczyszczenia zawarte w paliwach i biopaliwach na procesy powstawania osadów w silnikach i układach wtrysku paliwa;
• wielokierunkowych badań wpływu biokomponentów zawartych zarówno w benzynach, jak i olejach napędowych na tendencje do tworzenia osadów silnikowych;
• wielokierunkowych badań wpływu starzenia FAME zawartego jako biokomponent w oleju napędowym na tworzenie szkodliwych osadów w silnikach i układach wtrysku paliwa.

Abstract

The undesirable deposits forming on the surfaces of various internal parts of reciprocating internal combustion engines and the systems operating in conjunction with them worsen during the operation of the engines and threaten their proper functioning. The deposits form as a normal result of the processes of fuel injection and creating and combusting the fuel–air mixture in engines. It was not investigated until the beginning of the 21st century, when extensive multi-directional research began not only to identify the causes of these deposits, the mechanisms behind their formation, and the factors leading to deposit growth, but also to determine the chemical composition of various groups of deposits. Such research became necessary because engines must comply with gradually tightening regulations on environmental protection, necessitating the introduction of increasingly complex engine designs and strategies for controlling the processes of precise and divided fuel injection into the combustion chambers and advanced algorithms for controlling the combustion processes according to the combustion system and the purpose of the engine. However, it became apparent that the co-functioning of the increasingly complex engine technologies and solutions, particularly of fuel injection systems, may be significantly disturbed by the deposits forming inside them. More and more complicated engine designs with tighter and tighter tolerances of the working parts necessitate the multi-directional testing of harmful deposits. An increasing number of factors affecting deposit formation are being identified, which leads to the development of increasingly complex classifications and subdivisions of deposits according to their type, composition, and form. At the same time, the search for lower emissions and greater engine efficiency is driving further mechanical changes in engines and vehicles. The higher temperatures and pressures connected with these changes are likely to impact the fuel being handled within the fuel and combustion systems. Such effects will inevitably cause the deposit chemistry and morphology to change.
The size of the coke deposits produced may disturb the processes of fuel atomization, of filling the engine combustion chambers and swirling the charge, and in consequence may affect the efficiency of filling and the quality of the fuel–air mixture. These problems led to the development of a number of standardized and unstandardized methods for assessing the size of deposits. It was found that in the case of SI engines, the deposits that most endanger correct engine operation are those which are formed in the combustion chambers, on the inlet valves, inlet ducts, and fuel injector tips. The most common sign of deterioration caused by deposits is the loss over time of the performance, usability, and operational value which were originally declared by the manufacturer. In the case of CI engines, the most dangerous are coke (carbon) deposits formed on the external surfaces of the fuel injector nozzle tips and inside the injector nozzle orifices. In Europe, mandatory procedures for assessing the size of different coke deposits formed on different components in both SI and CI engines are being developed by the Coordinating European Council for the Development of Performance Tests for Transportation Fuels, Lubricants, and Other Fluids (CEC).
The theoretical part of this publication reports the problems of the deposits produced in reciprocating internal combustion engines and their fuel systems. It discusses standard and non-standard engine test methods for both quantitative and qualitative assessment of deposits and presents the significance of the assessment methods which are currently used for the classification of deposits. The publication also presents the scope of application and the usefulness of methods for determining the threats posed to the functioning of an engine by various types of deposits and methods for identifying the causes of deposit formation, in particular those related to the composition of the fuels and lubricating oils used. The effects which fuel composition and the engine’s construction and operating parameters have on various engine deposits, the possible causes of deposit formation, and the importance of modern deposit control additives and high-technology solutions in counteracting this detrimental phenomenon are also all discussed.
The experimental part presents the results of research carried out at the Oil and Gas Institute – National Research Institute concerning:
• the incomparability of measurements of fuel performance obtained from various engine tests,
• studies on the influence of various deposit control additives on the formation of harmful engine deposits during engine tests,
• the influence of fuel treatments on the deposit formation processes in internal combustion engines (described qualitatively or quantitatively),
• determination of the impact which various chemical compounds, serving as contaminants within the fuels, have on deposit formation in internal combustion engines and fuel injection systems,
• determination of the impact that various chemical structures of the compounds within the fuels and biofuel blends have on deposit formation in internal combustion engines and fuel injection systems,
• studies on the influence of bio-components contained in both petrol and diesel fuels on tendency for deposits to form in internal combustion engines, and
• multidirectional studies on the impact of FAME degradation processes in biodiesel fuel blends on the formation of harmful engine deposits.

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

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

TYTUŁ: Kinetyka reakcji cieczy kwasujących ze skałą dolomitową / Reaction kinetics of acidizing liquids with dolomite rock

Autor: Marek Czupski

Recenzenci:
Prof. dr hab. inż. Jolanta Grzechowiak-Milewska
Prof. dr hab. Krzysztof Labus

Streszczenie

Jednym z głównych czynników mających wpływ na efektywność zabiegów kwasowania matrycowego, jak i szczelinowania kwasem jest szybkość reakcji płynu kwasującego ze skałą węglanową. Często zabiegi wykonywane przy użyciu cieczy kwasujących opartych na roztworach HCl kończą się niepowodzeniem ze względu na bardzo szybką reakcję tych cieczy z węglanami w wysokich temperaturach złożowych. Ciecz kwasująca nie penetruje wtedy odpowiednio głęboko w formację z utworzeniem otworów robaczkowych, a rozpuszcza tylko jej czoło, co skutkuje słabą efektywnością zabiegów.
Celem niniejszej pracy było określenie wpływu rodzaju cieczy kwasującej na przebieg reakcji ze skałą pochodzącą z poziomu cechsztyńskiego dolomitu głównego (Ca2). Założono również, że dzięki nowym żelowanym i emulgowanym cieczom kwasującym możliwe będzie zmniejszenie szybkości reakcji roztworów kwasu solnego z wymienioną wcześniej skałą złożową.
W ramach realizacji pracy wykonano badania stabilności emulsji typu kwas w ropie, a następnie testy reologiczne żelowanych i emulgowanych cieczy kwasujących. Badania kinetyki reakcji przeprowadzono na korkach rdzeniowych wyciętych ze skały pochodzącej z dolomitu głównego (Ca2), charakteryzujących się małymi wartościami współczynników przepuszczalności (0,03–0,14 mD) i porowatości (7,69–12,90%). Do wyznaczenia kinetyki reakcji trzech rodzajów cieczy kwasujących ze skałą złożową użyto aparatu wirujący dysk. Badania przeprowadzone na tym urządzeniu pozwoliły na określenie trzech następujących wielkości: współczynnika dyfuzji efektywnej (De), stałej szybkości reakcji (k) i rzędu reakcji (n). W części teoretycznej niniejszej publikacji opisano sposoby opóźniania szybkości reakcji cieczy kwasujących ze skałami węglanowymi. Omówiono również wpływ parametrów na szybkość reakcji cieczy kwasujących ze skałami złożowymi oraz metody wyznaczania współczynnika dyfuzji oraz szybkości reakcji. Szczegółowo opisano zastosowanie aparatu wirujący dysk do wyznaczania tych wielkości.
Badania wykazały, że wartości współczynnika dyfuzji efektywnej (De) rosną wraz z temperaturą i stężeniem kwasu solnego w zakresie od 5% do 15% oraz zależą również od rodzaju cieczy kwasującej. Największy wzrost jego wartości w analizowanym zakresie stężeń odnotowano dla roztworu HCl w temperaturze pomiarowej 30°C i wynosił on 7,10·10−8 cm2/s, natomiast najmniejszy – dla emulgowanych cieczy kwasujących w 40°C i był równy 9,20·10−10 cm²/s. Wartości tego współczynnika w przypadku żelowanych cieczy kwasujących w temperaturze 120°C są od 9- do 13-krotnie mniejsze, natomiast w przypadku emulgowanych cieczy kwasujących od 396- do 938-krotnie mniejsze w porównaniu do roztworów HCl. Z kolei wartości stałej szybkości reakcji dla emulsji kwasowych były o około rząd wielkości mniejsze niż dla żelowanych cieczy kwasujących i dwa rzędy wielkości mniejsze w porównaniu do roztworów HCl. Wszystkie wartości wyznaczonych rzędów reakcji zawierają się w zakresie pomiędzy 0 a 1, a więc typowym dla reakcji heterogenicznych. Emulgowane ciecze kwasujące – spośród cieczy poddanych badaniom – najbardziej efektywnie obniżają szybkość reakcji ze skałą dolomitową. Odbywa się to poprzez zmniejszenie szybkości transportu masy, jak i samej reakcji na powierzchni skały złożowej.
Ciecze te zostały z powodzeniem zastosowane w zabiegach kwasowania matrycowego w odwiertach zlokalizowanych w utworach dolomitu głównego. Zarówno w otworach ropnych, jak i gazowych osiągnięto wzrost produkcji z jednoczesnym spadkiem ciśnienia różnicowego, przy którym to wydobycie jest prowadzone.

Abstract

One of the main factors affecting the effectiveness of matrix acidizing treatment and acid fracturing is the reaction rate of acidizing fluid with carbonate rock. Often, treatments performed using acidizing liquids based on HCl solutions fail due to their very fast reaction with carbonates at high reservoir temperatures. The acidizing liquid does not penetrate deeply into the formation so as to create wormholes, but only dissolves its face, which results in poor treatment effectiveness.
The aim of this study was to determine the effect of the type of acidizing liquid on the rate of reaction with the rock of the Zechstein Main Dolomite (Ca2). It was also assumed that thanks to new gelled and emulsified acidizing liquids it would be possible to reduce the reaction rate of hydrochloric acid solutions with the reservoir rock mentioned earlier.
As part of the study, stability tests of acid-in-oil emulsions were performed, followed by rheological tests of gelled and emulsified acidizing liquids. Reaction kinetics studies were performed on core plugs cut from the Main Dolomite (Ca2) rock, characterized by low values of permeability coefficients (0.03 - 0.14 mD) and porosity (7.69 - 12.90%). A rotating disk apparatus was used to determine the kinetics of the reaction of reservoir rock with three types of acidizing liquids. Tests carried out on this device allowed the determination of the following three quantities: effective diffusion coefficient (De), reaction rate constant (k) and reaction order (n). Methods of reaction rate retardation of acidizing liquids with carbonate rocks were described in the theoretical part of this publication. Factors that affect reaction rate of acidizing liquids with reservoir rocks and the methods for determining the diffusion coefficient and reaction rate were also discussed. The use of a rotating disk apparatus for determining these quantities has been described in detail.
Studies have shown that the values of effective diffusion coefficient (De) increase with the temperature and concentration of hydrochloric acid in the range from 5% to 15%. Moreover, this effect depends on the type of acidizing liquid. The biggest increase in its value in the analyzed concentration range was noted for the HCl solution at the measuring temperature of 30°C, this being 7.10·10-8 cm2/s, while the smallest for emulsified acidizing liquids at 40°C was equal to 9.20·10-10 cm²/s. The values of this coefficient for gelled acidizing liquids at 120°C are from 9 to 13 times lower, while for emulsified acidizing liquids – from 396 to 938 times lower compared to HCl solutions. In turn, the reaction rate constant values for acidic emulsions were about an order of magnitude smaller than for gelled acidizing liquids and two orders of magnitude smaller compared to HCl solutions. All values of the determined orders of reaction are between 0 and 1, which is typical for heterogeneous reactions. Emulsified acidizing liquids, among all tested liquids, most effectively decrease the rate of reaction with dolomite rock. This came about due to reducing the rate of mass transport, as well as the effect of the reaction itself on the surface of the reservoir rock.
These liquids have been successfully used in matrix acidizing treatment in wells located in the Main Dolomite strata. Both in oil and gas wells, the application of these liquids have simultaneously enabled increased production and reduction of the differential pressure at which extraction is carried out.

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

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