Analiza możliwości pozyskania pozabilansowych zasobów gazu ziemnego z nasyconych poziomów solankowych w procesach sekwestracji CO 2

Podobne dokumenty
Rozpuszczalność CO 2 i rodzimych gazów ziemnych w solance złożowej

Badanie procesów dyfuzji i rozpuszczania się gazu ziemnego w strefie kontaktu z ropą naftową

Symulacyjne badanie procesów wypierania metanu rozpuszczonego w wodach złożowych poprzez zatłaczanie gazów kwaśnych w ramach ich sekwestracji

Badania procesów wypierania metanu przy udziale sekwestracji CO 2

Modelowanie procesów wypierania metanu zawartego w głębokich poziomach solankowych przy udziale sekwestracji CO 2

Schemat uzbrojenia odwiertu do zatłaczania gazów kwaśnych na złożu Borzęcin

Symulacyjne modelowanie procesu konwersji złoża na PMG i regularnej jego pracy, z udziałem CO 2 jako gazu buforowego

ZAGROŻENIA NATURALNE W OTWOROWYCH ZAKŁADACH GÓRNICZYCH

WYSTĘPOWANIE METANU W POKŁADACH WĘGLA BRUNATNEGO. 1. Wstęp. 2. Metodyka wykonania badań laboratoryjnych próbek węgla na zawartość metanu

METODYKA POSZUKIWAŃ ZLÓŻ ROPY NAFTOWEJ I GAZU ZIEMNEGO

MOśLIWOŚCI REALIZACJI CCS W GRUPIE LOTOS Z WYKORZYSTANIEM ZŁÓś ROPY NAFTOWEJ NA BAŁTYKU C.D.

Technologia. Praca magazynu gazu charakteryzuje się naprzemiennie występującymi cyklami zatłaczania i odbioru gazu.

Dr Michał Wilczyński Niezależny ekspert CZY DEPONOWANIE DWUTLENKU WĘGLA W LITOSFERZE JEST MOŻLIWE I ZGODNE Z FILOZOFIĄ ZRÓWNOWAŻONEGO ROZWOJU?

KGZ Żuchlów. KGZ Żuchlów Stara Góra, Góra tel

Symulacyjne modelowanie procesu konwersji złoża na PMG i regularnej jego pracy, z udziałem CO 2 jako gazu buforowego

Wpływ warunków separacji ropy na wielkość jej wydobycia

Analiza zmiany objętości węglowodorów gromadzonych w danej strukturze w czasie geologicznym z wykorzystaniem modelowania PetroCharge

Analiza możliwości zwiększenia stopnia sczerpania zasobów złóż ropy naftowej w Polsce*

Wykonanie stymulacji produktywności metanu w otworach Gilowice 1 i Gilowice 2H

Parametry PMG Strachocina osiągnięte w pierwszym cyklu eksploatacji magazynu, po rozbudowie pojemności czynnej zakończonej w 2011 r.

Gaz ziemny eksploatowany ze złóż Kościan S, Brońsko i Łęki jest gazem zaazotowanym ze znaczną zawartością CO 2

Zastosowanie symulacji komputerowych do modelowania pracy podziemnych magazynów gazu w Polsce

Jerzy Stopa*, Stanis³aw Rychlicki*, Pawe³ Wojnarowski* ZASTOSOWANIE ODWIERTÓW MULTILATERALNYCH NA Z O ACH ROPY NAFTOWEJ W PÓ NEJ FAZIE EKSPLOATACJI

Analiza wpływu wytworzenia zapasu obowiązkowego na koszt świadczenia usług magazynowych

GOSPODARKA ZŁÓŻ SUROWCÓW MINERALNYCH i ICH OCHRONA

SPOSÓB POSTĘPOWANIA W OBLICZANIU ZASOBÓW ZŁÓŻ ROPY NAFTOWEJ NIEDOSYCONEJ, Z CZAPĄ GAZOWĄ I ZŁÓŻ GAZU ZIEMNEGO METODAMI OBJĘTOŚCIOWYMI

Janusz Kośmider. Zjawiska przepływowe w odwiertach naftowych

Rentgenowska mikrotomografia komputerowa w badaniu skał węglanowych


X POLSKO-NIEMIECKA KONFERENCJA ENERGETYKA PRZYGRANICZNA POLSKI I NIEMIEC DOŚWIADCZENIA I PERSPEKTYWY SULECHÓW, LISTOPAD 2013

Warszawa, dnia 9 maja 2014 r. Poz. 591 ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ŚRODOWISKA 1) z dnia 8 maja 2014 r.

MoŜliwości realizacji CCS w Grupie LOTOS z wykorzystaniem złóŝ ropy naftowej na Bałtyku

Prawne aspekty przygotowania i realizacji w Polsce projektów demonstracyjnych typu CCS (car bon capture and storage) w kontekście składowania CO2.

Ocena zjawisk fazowych w procesie wypierania ropy naftowej dwutlenkiem węgla, na modelu złoża typu Slim Tube

pętla nastrzykowa gaz nośny

Badania procesów zatłaczania CO 2 do poziomów solankowych nasyconych gazem ziemnym na. na fizycznym modelu złoża. NAFTA-GAZ, ROK LXX, Nr 10 / 2014

Badanie procesu dyfuzji gazu ziemnego na kontakcie z benzyną w warunkach ciśnienia i temperatury

ŁÓDZKIE NA GAZIE CENTRUM ZRÓWNOWAŻONEGO ROZWOJU

Analiza możliwości pozyskiwania pozabilansowych zasobów gazu ziemnego z nasyconych poziomów solankowych w procesach sekwestracji CO 2

PMG Wierzchowice - schemat blokowy nowego obiektu

Badania przepuszczalności rdzeni wiertniczych z użyciem różnych płynów złożowych

Wpływ podziemnego magazynowania gazu na efektywność eksploatacji złóż w PGNiG SA, Odział w Sanoku

Bezpieczeństwo realizacji badań geologicznych pod kątem projektu CCS. Marek Jarosiński, PIG-PIB kierownik Programu Bezpieczeństwo Energetyczne

NOWOCZESNE TECHNOLOGIE ENERGETYCZNE Rola modelowania fizycznego i numerycznego

Analiza zagrożeń emisją biogazu na terenie po zrekultywowanym składowisku odpadów komunalnych w Krośnie

Polskie Normy opracowane przez Komitet Techniczny nr 277 ds. Gazownictwa

Symulacje procesów eksploatacji złóż naftowych z zastosowaniem sterowania sprzężeniem zwrotnym.

Środowiskowe aspekty wydobycia gazu łupkowego

Oprócz podstawowej działalności produkcyjnej, jesteśmy operatorem największego

Ćwiczenia audytoryjne z Chemii fizycznej 1 Zalecane zadania kolokwium 1. (2018/19)

Znaczenie terytorium województwa lubelskiego w ogólnopolskim projekcie rozpoznania geologicznego dla poszukiwań shale gas i tight gas

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ŚRODOWISKA 1) z dnia 6 lipca 2005 r.

Brenntag Polska Sp. z o.o.

ul. 28 Czerwca 1956 r., 398, Poznań tel. (61) , fax (061) ,

Marek Narkiewicz GAZ ŁUPKOWY W POLSCE MIĘDZY GEOLOGIĄ A NADZIEJĄ

Analiza przydatności wybranych złóż niecki zielonogórskiej do konwersji na PMG

Badanie zmian wielkości ciśnienia punktu rosy gazu kondensatowego zachodzących wskutek jego kontaktu z ropą naftową

Dr hab. inż. Stanisław Nagy, prof. nzw.

Czym w ogóle jest energia geotermalna?

Zintegrowany system monitoringu stanu środowiska w procesach poszukiwania i eksploatacji gazu z łupków

BAZA DANYCH ORAZ SZCZEGÓŁOWY 3D MODEL GEOLOGICZNY DLA PODZIEMNEJ SEKWESTRACJI CO 2 REJONU BEŁCHATOWA NA PRZYKŁADZIE STRUKTURY BUDZISZEWIC - ZAOSIA

Zastosowanie symulacji złożowych do analizy porównawczej procesu EOR na przykładzie wybranych metod wspomagania

Analiza porównawcza sposobu pomiaru jakości spalania gazu w palnikach odkrytych

Badania środowiskowe związane z poszukiwaniem i rozpoznawaniem gazu z łupków

Symulacje procesów eksploatacji złóż naftowych z zastosowaniem sterowania sprzężeniem zwrotnym.

POLITECHNIKA OPOLSKA WYDZIAŁ BUDOWNICTWA Katedra Inżynierii Materiałów Budowlanych Laboratorium Materiałów Budowlanych. Raport LMB 326/2012

Regionalne dokumentacje hydrogeologiczne

Analizy PVT jako skuteczne narzędzie w rękach inżyniera naftowego. Część 1: laboratoryjne badania PVT

ZMIANA PARAMETRÓW TERMODYNAMICZNYCH POWIETRZA W PAROWNIKU CHŁODZIARKI GÓRNICZEJ Z CZYNNIKIEM R407C***

WZBOGACANIE BIOGAZU W METAN W KASKADZIE MODUŁÓW MEMBRANOWYCH

INFORMACJA TECHNICZNA INSTALACJA CHŁODNICZA O MOCY 60 MW Z CZTEREMA PODAJNIKAMI TRÓJKOMOROWO-RUROWYMI P.E.S.

Fizyczne modelowanie procesów wypierania ropy dwutlenkiem węgla jako metody trzeciej po nawadnianiu złoża

WĘGIEL KAMIENNY PODSTAWOWY SUROWIEC POLSKIEJ ENERGETYKI ZASOBY GEOLOGICZNE BILANSOWE

Bilans zasobów gazu ziemnego

Magazyny gazu. Żródło: PGNiG. Magazyn gazu Wierzchowice /

W³adys³aw Duliñski*, Czes³awa Ewa Ropa*

Wymagania gazu ziemnego stosowanego jako paliwo. do pojazdów

Kontrola stanu technicznego. przy zastosowaniu metod geofizyki otworowej

Funkcjonalność urządzeń pomiarowych w PyroSim. Jakich danych nam dostarczają?

Odwadnianie osadu na filtrze próżniowym

EGZAMIN POTWIERDZAJĄCY KWALIFIKACJE W ZAWODZIE Rok 2019 CZĘŚĆ PRAKTYCZNA

dr hab. inż. LESŁAW ZABUSKI ***

ZagroŜenia naturalne w otworowych zakładach górniczych. Spis treści

PL B1. AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE, Kraków, PL BUP 19/15

Andrzej Gonet*, Aleksandra Lewkiewicz-Ma³ysa*, Jan Macuda* ANALIZA MO LIWOŒCI ZAGOSPODAROWANIA WÓD MINERALNYCH REJONU KROSNA**

NAFTA-GAZ październik 2009 ROK LXV

Ćwiczenia rachunkowe z termodynamiki technicznej i chemicznej Zalecane zadania kolokwium 1. (2014/15)

PL B BUP 12/13. ANDRZEJ ŚWIERCZ, Warszawa, PL JAN HOLNICKI-SZULC, Warszawa, PL PRZEMYSŁAW KOŁAKOWSKI, Nieporęt, PL

KATEDRA INŻYNIERII CHEMICZNEJ I PROCESOWEJ INSTRUKCJE DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH LABORATORIUM INŻYNIERII CHEMICZNEJ, PROCESOWEJ I BIOPROCESOWEJ

KRNiGZ Buk Uścięcice Opalenica tel./fax Odazotownia Grodzisk

Zasada działania jest podobna do pracy lodówki. Z jej wnętrza, wypompowywuje się ciepło i oddaje do otoczenia.

Projekty infrastruktury naziemnej dla zagospodarowania złóż ropy i gazu ziemnego z zastosowaniem komputerowych obliczeń procesowych

Skraplanie czynnika chłodniczego R404A w obecności gazu inertnego. Autor: Tadeusz BOHDAL, Henryk CHARUN, Robert MATYSKO Środa, 06 Czerwiec :42

O potrzebie bardziej dynamicznego wdrażania metod wspomagania wydobycia ropy naftowej z krajowych złóż

- Celem pracy jest określenie, czy istnieje zależność pomiędzy nośnością pali fundamentowych, a temperaturą ośrodka gruntowego.

INFORMACJE ZAWARTE W ZMIANIE PLANU ZAGOSPODAROWANIA PRZESTRZENNEGO WOJEWÓDZTWA LUBUSKIEGO

Grawitacyjne zagęszczanie osadu

Dokumentacja i badania dla II kategorii geotechnicznej Dokumentacja geotechniczna warunków posadowienia.

Przyszłość energetyki słonecznej na tle wyzwań energetycznych Polski. Prof. dr hab. inż. Maciej Nowicki

Adsorpcyjne oczyszczanie gazów z zanieczyszczeń związkami organicznymi

Transkrypt:

NAFTA-GAZ styczeń 2013 ROK LXIX Marcin Warnecki Instytut Nafty i Gazu, Oddział Krosno Analiza możliwości pozyskania pozabilansowych zasobów gazu ziemnego z nasyconych poziomów solankowych w procesach sekwestracji CO 2 Megastruktura wodonośna niecki poznańskiej jako potencjalny projekt dla sekwestracji CO 2 Solankowe poziomy wodonośne zalegające w warstwach Permu na obszarze niecki poznańskiej rozciągają się na powierzchni ok. 5000 km 2 (rysunek 1). Struktura nasycona jest rodzimym gazem ziemnym, a jej szczel- Rys. 1. Lokalizacja megaakifera niecki poznańskiej na tle mapy paleogeograficznej schyłku górnego czerwonego spągowca [8] 34

artykuły ność potwierdzona jest występowaniem wielu lokalnych akumulacji gazu, które powstały podczas grawitacyjnej migracji gazu, ostatecznie tworząc niewielkie złoża obecnie w dużym stopniu sczerpane. Ze względu na zróżnicowanie nachylenia stropu czerwonego spągowca nieckę poznańską podzielono na dwa obszary. Zachodnia część sięga od strefy Lwówek Nowy Tomyśl do Poznania. Jej szerokość wynosi około 50 km, a rozciągłość około 35 km. Od północy niecka ograniczona jest wałem Rokietnica Siekierki. Mniejsze nachylenie stropu czerwonego spągowca przyczyniło się do zachowania zakumulowanego gazu w kilku ciągach obiektów strukturalnych. W tej części basenu odkryto wiele złóż gazu ziemnego. Wschodnia część niecki poznańskiej rozciąga się od Poznania do rejonu Pleszewa (ok. 80 km). Obszar ten cechuje się znacznie większym nachyleniem stropu czerwonego spągowca, a pułapki tam stwierdzone mają zamknięcia tektoniczno-litologiczne [8]. W ponad pięćdziesięciu odwiertach, którymi dowiercono się do warstw wodonośnych niecki, stwierdzono (próbnikami złoża) nasycenie wód złożowych gazem węglowodorowym. Już w latach 70. ub. wieku polscy geolodzy, znając ten fakt, zastanawiali się nad znalezieniem możliwości wydobycia ogromnych ilości uwięzionego gazu. Przeprowadzone badania pozwoliły na ustalenie, że w 1 m 3 solanki rozpuszczone jest średnio ok. 2,4 Nm 3 gazu ziemnego (w zależności od mineralizacji, ciśnienia i temperatury złożowej). Wyliczono, że na powierzchni 5000 km 2 zasoby gazu rozpuszczonego w strukturze wodonośnej mogą dochodzić nawet do 120 mld Nm 3 [1]. Nasycenie solanki gazem jest oczywiście niejednorodne na przestrzeni całej struktury zawodnionej i maleje wraz z głębokością, więc rzeczywista ilość rozpuszczonego gazu węglowodorowego może być zredukowana do ok. 100 mld Nm 3, co i tak jest porównywalne z wydobywalnymi zasobami gazu w Polsce, tj. ok.140 mld Nm 3 [3]. Strukturę wodonośną niecki poznańskiej można porównać do ogromnego syfonu, prawie całkowicie wypełnionego wodą nasyconą gazem. Stosunkowo niewielka przestrzeń w syfonie nad wodą, wypełniona sprężonym gazem, może symbolizować złoże gazu powstałe w wyniku akumulacji gazu ziemnego w lokalnie najwyższych obszarach formacji czerwonego spągowca niecki (rysunek 2). W sąsiedztwie niecki i zlokalizowanych na niej złóż węglowodorów znajduje się aglomeracja poznańska licząca ok. 1 mln mieszkańców [2]. Na terenie tym zlokalizowa- Rys. 2. Koncepcja pozyskania pozabilansowych źródeł gazu ziemnego przy udziale sekwestracji CO 2 niecka poznańska nr 1/2013 35

NAFTA-GAZ nych jest wielu emitentów CO 2, w tym największy Dalkia Poznań ZEC. Odpadowe gazy kwaśne z elektrociepłowni mogłyby być przechwytywane i transportowane na wybrane obszary istniejących, w dużej mierze już wyeksploatowanych, kopalń gazu ziemnego. Sprzyjają temu korytarze, którymi przebiegają rurociągi transportujące gaz ze złóż w kierunku Poznania. Stanowią one ułatwienie w projektowaniu rurociągu transportującego CO 2 w rejon podziemnego składowania. Następnie gaz kwaśny (głównie CO 2 ) byłby sprężany i zatłaczany bezpośrednio do głębokich solankowych poziomów wodonośnych. Procesowi temu sprzyja duża ilość wykonanych na tym obszarze odwiertów wraz z siecią rurociągów i urządzeń zagospodarowania napowierzchniowego złóż. Bardzo istotną zaletą struktury wodonośnej niecki jest jej szczelność zweryfikowana na przestrzeni milionów lat, dzięki istnieniu wielu złóż gazu ziemnego w jej lokalnych wyniesieniach. Warunek pełnej potwierdzonej szczelności struktury magazynowej jest kardynalny w rozumieniu geologicznej sekwestracji CO 2. Rejon niecki jako potencjalny magazyn sekwestracyjny jest także bardzo korzystny z punktu widzenia ekonomii przedsięwzięcia deponowania tam CO 2. Mianowicie obszar ten jest już rozwiercony setkami odwiertów, które po części mogłyby zostać wykorzystane w projekcie sekwestracji daje to gigantyczne oszczędności na wierceniach, które musiałyby być wykonane na nowej strukturze. Badanie procesu wypierania rodzimego gazu ziemnego rozpuszczonego w warstwach wodonośnych poprzez zatłaczany CO 2 na fizycznym modelu złoża W ostatnich latach w Instytucie Nafty i Gazu przeprowadzono wiele badań ukierunkowanych pod kątem możliwości prowadzenia sekwestracji CO 2 w megastrukturze zawodnionej niecki poznańskiej. Nadal prowadzone są prace badawcze nad możliwością zwiększenia stopnia sczerpania zasobów gazu na istniejących złożach, na strukturze niecki, w wyniku wypierania gazu węglowodorowego przez CO 2, zatłaczanego bezpośrednio do wód podścielających. Zakłada się, iż z uwagi na kilkakrotnie wyższą rozpuszczalność CO 2 w solance złożowej, w porównaniu z rozpuszczalnością gazu węglowodorowego, następować będzie wypieranie rodzimego gazu z warstw wodonośnych, a wyparte węglowodory wzbogacą zasoby istniejących złóż gazowych. Wykonane prace badawcze pozwoliły określić skład i parametry fizykochemiczne oraz właściwości fazowe (PVT) płynów złożowych z wybranych złóż gazowych. Przeprowadzono badania laboratoryjne i symulacyjne dotyczące ditlenku węgla i jego mieszanin z rodzimym gazem ziemnym. Wykonane w warunkach złożowych badania rozpuszczalności CO 2 w odpowiednich solankach złożowych pozwoliły oszacować maksymalną zdolność rozpuszczania się CO 2 36 nr 1/2013 Rs [Nm 3 /m 3 ] 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 w funkcji ciśnienia, temperatury i stopnia mineralizacji. Eksperymenty w komorze ciśnieniowej aparatury PVT, polegające na odtworzeniu stopnia nasycenia solanek złożowych rodzimym gazem ziemnym, w warunkach ciśnienia i temperatury (PT) złożowych, potwierdziły podawane w latach 70. ub. wieku wartości rozpuszczalności gazu w solance. Wykreślono krzywe rozpuszczalności CO 2 i rodzimego gazu ziemnego w solance, w funkcji ciśnienia, w temperaturze złożowej. Badania potwierdziły blisko 10-ciokrotnie większą zdolność rozpuszczania się CO 2 w wodzie złożowej (rysunek 3). T = 100 st. C CO2/solanka P2A T = 100 st. C P2A/solankaP2A ciśnienie złożowe 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 P [bara] Rys. 3. Krzywe rozpuszczalności CO 2 i rodzimego gazu ziemnego w solance w funkcji ciśnienia, w temperaturze złożowej [6] W trakcie wstępnych badań zatłaczania CO 2 do solanki nasyconej rodzimym gazem ziemnym określono współczynniki spęcznienia otrzymanej mieszaniny. Omawiane badanie w literaturze anglojęzycznej definiuje się jako swelling test. Parametr ten daje informację o tym, w jakim

artykuły Rys. 4. Schemat stanowiska do badania procesu wypierania rodzimego gazu ziemnego rozpuszczonego w warstwach wodonośnych skały zbiornikowej poprzez zatłaczany CO 2 [7] stopniu zwiększy się objętość solanki podczas zatłaczania do niej gazu (tutaj CO 2 ). Prowadzono także badania na aparaturze zwanej cienka rurka (ang. slim tube), gdzie w ośrodku porowatym o długości 25 m badano m.in. zdolność migracji CO 2 w ośrodku wodnym nasyconym gazem ziemnym w warunkach ciśnienia i temperatury złożowej. Na specjalnie do tego celu skonstruowanym stanowisku badawczym, współpracującym z nowoczesną aparaturą do badań właściwości fazowych płynów złożowych (PVT), przeprowadzono symulację procesu zatłaczania CO 2 bezpośrednio do solanki złożowej nasyconej gazem ziemnym. Eksperyment prowadzono w warunkach złożowych odpowiadających parametrom panującym w warstwach zawodnionych czerwonego spągowca niecki poznańskiej (rysunek 4). Do komory ciśnieniowej (II) zawierającej solankę nasyconą rodzimym gazem ziemnym, ze stałym wydatkiem, wprowadzano CO 2, utrzymując ciśnienie złożowe w układzie. CO 2 znajdujący się w warunkach superkrytycznych wtłaczany (poprzez dyfuzor z piaskowca) do komory, rozpuszczał się w solance, desorbując z niej jednocześnie rodzimy gaz ziemny o blisko 10-ciokrotnie mniejszej zdolności do rozpuszczania się w wodzie. Gaz metanowy migrował w górę komory, mieszając się z azotem, stanowiącym sztuczną czapę gazową. Bufor azotowy umożliwiał poprawne prowadzenie procesu, a odbierana z niego zmienna w składzie mieszanina gazowa (N 2 + CH 4 + CO 2 ) była mierzona i poddawana analizie chromatograficznej. Bilans płynów wprowadzonych i odebranych z układu w trakcie opisywanego badania wykazał, że podczas blisko 16-togodzinnego eksperymentu z solanki wyparto ok. 90% rodzimego gazu metanowego (rysunek 5). 49% 41% 10% metan wyparty z solanki i wyeksploatowany metan wyparty z solanki i pozostały w czapie metan nadal rozpuszczony w solance Rys. 5. Bilans metanu w procesie wypierania gazu ziemnego zatłaczanym CO 2 [7] Przeprowadzenie eksperymentów w warunkach PT złożowych w ośrodku porowatym stało się kolejnym krokiem nr 1/2013 37

NAFTA-GAZ do przybliżenia zjawisk zachodzących w trakcie zatłaczania CO 2 do poziomów solankowych nasyconych gazem ziemnym. Do tego celu stworzono specjalne stanowisko badawcze (rysunki 6 i 7), którego głównym elementem była komora ciśnieniowa o długości 220 cm, wypełniona jednorodnym piaskiem kwarcytowym. Dokonano pomiarów objętości porowej otrzymanego modelu złoża, a następnie wyznaczono porowatość ośrodka φ = 35,3%. Model złoża wyposażono w szklany wziernik umożliwiający obserwację najwyższej części próbki pod kątem zmian fazowych. Identyfikacja momentu pojawienia się w układzie wtórnej czapy gazowej, wynikającej z desorpcji gazu rodzimego przez zatłaczany CO 2, była istotna dla właściwego prowadzenia eksperymentu wypierania. Wziernik (we współpracy z pompką wodną) umożliwiał także pomiar ilości wolnego gazu w warunkach PT złożowych. Z uwagi na fakt prowadzenia badań w wysokiej temperaturze (T zł = 100 C), koniecznością było wyposażenie stanowiska badawczego w precyzyjny układ grzewczy z regulacją i stabilizacją temperatury złoża. Zastosowano 3 maty grzewcze, którymi owinięto komorę modelu złoża, a następnie wykonano izolację termiczną. Każda z grzałek była sterowana indywidualnie poprzez precyzyjny czujnik i regulator zapewniający minimalne wahania temperatury układu. Do eksperymentu wypierania użyto gazu i wody złożowej pobranej z odwiertu Porażyn-2A. Badania zasadnicze prowadzono przy ciśnieniu i temperaturze odpowiadającym warunkom złożowym panującym na ww. złożu (P zł = 266 bara, T zł = 100 C). Rys. 6. Stanowisko badawcze do modelowania procesów wypierania [4] Rys. 7. Schemat stanowiska do badania procesu wypierania rodzimego gazu ziemnego rozpuszczonego w warstwach wodonośnych przez zatłaczany CO 2 [5] 38 nr 1/2013

artykuły W komorze ciśnieniowej aparatury PVT przygotowano solankę nasyconą rodzimym gazem ziemnym Porażyn w warunkach złożowych. Następnie, w stanie jednofazowym (powyżej ciśnienia nasycenia), przetłoczono przygotowaną solankę do ośrodka porowatego modelu złoża utrzymując stałe ciśnienie i zapobiegając tym samym wydzieleniu się gazu. Nasycenie całej objętości porowej modelu złoża (1631,4 cm 3 ) wymagało przygotowania wielu porcji (nasyconej w odp. warunkach) solanki i właściwego przetłoczenia każdej z nich, aż do całkowitego wypełnienia porów złoża. Zweryfikowano zgodność uzyskiwanego wykładnika gazowego na wyjściu złoża z rezultatami odpowiednich badań rozpuszczalności, co potwierdziło pełną jednorodność i właściwy stopień nasycenia solanki rodzimym gazem ziemnym. Następnie, utrzymując podwyższone ciśnienie, podniesiono temperaturę solanki do 100 C, utrzymując stan jednofazowy w układzie. Tak przygotowany układ pozostawiono do stabilizacji w warunkach złożowych. Następnym etapem eksperymentu było wprowadzenie do modelu kolejnych porcji CO 2. Założono jego stopniowe zatłaczanie w porcjach. Były to ułamki objętości ditlenku węgla (½, ¼), która byłaby równa ilości CO 2 potrzebnej do maksymalnego nasycenia solanki w danych warunkach PT, a więc osiągnięcia rozpuszczalności Rs maxco2 = 16 Nm 3 / m 3 (przy P zł = 266 bara, T zł = 100 C) bez Zmiany objętości [cm 3 ] 380 375 370 365 360 355 350 345 340 335 zatłoczenie 50% Rs maxco2 start eksperymentu obecności rodzimego gazu rozpuszczonego w solance. Dane rozpuszczalności oraz inne istotne parametry PVT pozyskano z wcześniej przeprowadzonych badań. Zatłaczanie ditlenku węgla przeprowadzono przy stałym ciśnieniu (zaworem dolnym), przy jednoczesnym odbiorze solanki (zaworem górnym). Tłoczenie CO 2 prowadzono porcjami, zachowując określony reżim czasowy. Na starcie eksperymentu wprowadzono w warunkach złożowych CO 2 w ilości odpowiadającej 50% Rs maxco2. Kolejne porcje CO 2 zatłaczano po 4. 6. 8. dobie od rozpoczęcia eksperymentu (rysunek 8). Co 24 godziny, z zachowaniem ciśnienia złożowego, wprowadzono górną (najbardziej interesującą) część badanego płynu do wziernika. Miało to na celu sprawdzenie, czy w określonym przedziale czasowym, w złożu nie wydzielił się już wolny gaz obecny w postaci wtórnej czapy gazowej. Ostatecznie zatłoczono 125% maksymalnej objętości CO 2, jaka mogłaby się całkowicie rozpuścić w danych warunkach w solance. Pomiędzy tłoczeniami, komorę tłokową aparatury PVT pozostawiano połączoną z modelem złoża, w funkcji pracy utrzymywania stałego ciśnienia w układzie (constant pressure mode). Dyfuzja/rozpuszczanie się CO 2 w solance nie powodowało spadku ciśnienia w złożu tłok komory PVT odpowiednio przesuwał się, utrzymując P zł = 266 bara. Sterowanie i rejestracja parametrów prowadzonego procesu odbywała się przez oprogramowanie aparatury PVT. Gdy obecność fazy gazowej w modelu okazała się faktem, przystąpiono do odbioru kolejnych objętości gazu z czapy gazowej, z zachowaniem stałego ciśnienia. Następnie ze złoża wytłoczono fazę wodną, dokonując pomiaru wykładnika gazowego i oznaczając skład wydzielonego z solanki gazu. zatłoczenie 25% Rs maxco2 zatłoczenie 25% Rs maxco2 0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288 312 Czas eksperymentu [h] zatłoczenie 25% Rs maxco2 odnotowano wolny gaz, wtórna czapa odbiór płynów z modelu złoża koniec eksperymentu Rys. 8. Zmiany objętości układu podtrzymującego ciśnienie złożowe w modelu [4] W trakcie odbioru gazu pomierzono i poddano analizom składu 23 próbki gazu. W czasie rzeczywistym monitorowano skład gazu analizatorem CH 4 /CO 2. Eksperyment kontynuowano do momentu odebrania z modelu (z zachowaniem ciśnienia złożowego) całego płynu złożowego biorącego udział w eksperymencie wypierania. Podczas odbioru płynu z modelu złoża odnotowano wahnięcie wykładnika gazowego. Uważa się, że za zaburzenie właściwego przebiegu krzywej nasycenia solanki gazem odpowiada fakt wytłaczania płynu złożowego (o temperaturze T zł = 100 C) wodą o temperaturze pokojowej. Wprowadzenie zimnego płynu do złoża, dodatkowo w dużych ilościach, spowodowało znaczną destabilizację temperatury modelu i zakłócenie pracy układu trzech regulatorów temperatury. Zmiany temperatury mają wpływ na wielkość rozpuszczalności gazów w wodzie. Spowodowało to również anormalną koncentrację metanu w odbieranym gazie w omawianym momencie eksperymentu (rysunek 9). nr 1/2013 39

NAFTA-GAZ Zawartość metanu [% mol] 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 Po zbilansowaniu procesu wypierania gazu ziemnego przez zatłaczany CO 2 można stwierdzić, iż dzięki wprowadzeniu CO 2 do systemu złożowego składającego się z solanki pozostającej w równowadze fazowej z nasycającym ją rodzimym gazem metanowym, w układzie tworzą się nowe warunki równowagowe skutkujące pojawieniem się wtórnej czapy gazowej. Czas migracji zdesorbowanego z solanki gazu do czapy, jej wielkość i skład fazy gazowej zależy od wielu czynników: sposobu i ilości zatłaczanego CO 2, parametrów PT złożowych, cech skały zbiornikowej (porowatość, przepuszczalność) i wielu innych. W analizowanym wariancie prowadzenia procesu na fizycznym modelu złoża, w momencie zakończenia eksperymentu, osiągnięto efektywność wypierania rzędu 25%. Oznacza to, że zatłoczony w odstępach czasowych i porcjach CO 2 zdesorbował rozpuszczony Punkty pomiarowe Rys. 9. Odbiór płynu z modelu złoża koncentracja metanu w odbieranym gazie [4] Zawartość metanu [% mol] 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 w solance gaz ziemny, który (przekraczając nasycenie krytyczne) stał się mobilny, przemieszczając się grawitacyjnie ku najwyższej części modelu złoża, tworząc tam kumulację w postaci czapy gazowej. Badania wykazały, że koncentracja metanu w strefie gazowej wyniosła ok. 55% (rysunek 10). W trakcie trwającego 9 dni eksperymentu wyparto ok. 25% całości metanu rozpuszczonego pierwotnie w strefie wodonośnej. Należy mieć na uwadze ograniczenia, jakimi charakteryzuje się zbudowany model złoża, a co za tym idzie prezentowany eksperyment. Niemożliwe jest w warunkach laboratoryjnych pełne oddanie procesów zachodzących w złożu w czasie geologicznym, bardziej złożonych i na większą skalę. Jednakże zastosowane rozwiązania pozwalają na pewno zbliżyć się do warunków i zjawisk zachodzących w złożu. metan w czapie gazowej metan ze zgazowania solanki 0,03 0,06 0,09 0,12 0,21 0,28 0,35 0,43 0,53 0,59 0,68 0,76 0,84 0,91 0,98 1,05 1,11 1,18 1,22 1,29 1,36 1,46 1,52 1,59 1,65 1,70 1,79 1,85 1,91 Rys. 10. Rezultaty eksperymentu wypierania koncentracja metanu w odbieranym gazie [4] PV Podsumowanie Podczas eksperymentu prowadzonego na fizycznym modelu złoża, dzięki zatłaczaniu CO 2 do ośrodka zbiornikowego wypełnionego solanką nasyconą gazem ziemnym, udało się pozyskać ok. 25% metanu pierwotnie trwale rozpuszczonego w wodach solankowych. Ilość ta stanowi pozabilansowe zasoby gazu, niemożliwe do wydobycia standardowymi metodami eksploatacji. Prowadzone eksperymenty potwierdzają, że dzięki procesowi zatłaczania CO 2 do głębokich poziomów wodonośnych nasyconych gazem ziemnym, istnieje możliwość wzbogacania zasobów istniejących złóż gazu dotyczy przyp. niecki poznańskiej. Dodatkowe ilości gazu węglowodorowego, 40 nr 1/2013

artykuły wyparte z poziomów wodonośnych, stają się wydobywalne, stanowiąc tzw. zasoby pozabilansowe. Przeprowadzony zakres badań oraz cechy geologiczno-złożowe pozwalają zauważyć, iż głębokie solankowe poziomy wodonośne niecki poznańskiej powinny wykazać się dużą przydatnością dla programu wielkoprzemysłowej sekwestracji CO 2. Korzystną cechą tej megastruktury, w porównaniu do innych podobnych obiektów zawodnionych, jest szczelność zweryfikowana w czasie geologicznym. To jej istnienie zapewniło powstanie szeregu mniejszych złóż gazu ziemnego (obecnie w dużej mierze wyeksploatowanych) w przystropowej części megazbiornika uszczelnionego od góry kompleksem ewaporatów cechsztyńskich. Duża miąższość kilkusetmetrowych poziomów zawodnionych w rejonie niecki poznańskiej stwarza wyjątkowo korzystne i unikalne warunki geologiczne dla przyszłej sekwestracji CO 2 wydzielanego np. przez pobliski Zespół Elektrociepłowni Dalkia Poznań, a w dalszej perspektywie przez obiekty typu elektrownia Bełchatów. Ważną cechą megazbiornika jest nasycenie wód wgłębnych rodzimym gazem węglowodorowym. Dla analizowanego złoża określono rozpuszczalność rzędu 1,8 Nm 3 gazu rodzimego (80% metanu) rozpuszczonego w 1 m 3 solanki złożowej. Jest to wielkość, którą bezpośrednio można wykorzystać do obliczenia pozabilansowych zasobów gazu rozpuszczonego w strukturze wodonośnej. Przeprowadzone badania wykazały, że z uwagi na blisko 10-ciokrotnie wyższą rozpuszczalność CO 2 w solance złożowej, w porównaniu z rozpuszczalnością gazu węglowodorowego, zachodzi zjawisko wypierania rodzimego gazu z warstw wodonośnych. Jak wspomniano, daje to możliwość zwiększenia stopnia sczerpaia zasobów gazu na istniejących złożach w wyniku desorpcji gazu węglowodorowego przez CO 2 zatłaczany bezpośrednio do wód podścielających. Wyparty gaz węglowodorowy będzie tym samym powiększał zasoby istniejących złóż. Należy mieć na uwadze ograniczenia, jakimi charakteryzuje się zbudowany model złoża, a co za tym idzie prezentowany eksperyment. Niemożliwe jest w warunkach laboratoryjnych pełne oddanie procesów zachodzących w złożu w czasie geologicznym, bardziej złożonych i na większą skalę. Jednakże zastosowane rozwiązania pozwalają na pewno zbliżyć się do warunków i zjawisk zachodzących w złożu. Literatura [1] Karnkowski P.: Formowanie się złóż gazu ziemnego na obszarze przedsudeckim. Nafta 1979, nr 8 9, s. 254 258. [2] Urban Audit: City Profiles: Poznan. Eurostat (http://pl.wikipedia.org/wiki/aglomeracja_pozna%c5%84ska), 24 lipca 2011. [3] Wagner R., Pokorski J.: W poszukiwaniu ropy i gazu, http:// www.pgi.gov.pl (dostęp 18 stycznia 2012). [4] Warnecki M.: Analiza możliwości pozyskiwania pozabilansowych zasobów gazu ziemnego z nasyconych poziomów solankowych w procesach sekwestracji CO 2. Zlec. wew. INiG 68/KB. Archiwum INiG. Kraków 2012. [5] Warnecki M.: Rozpoznanie formacji i struktur do bezpiecznego geologicznego składowania CO 2 wraz z programem ich monitorowania. 1.3.2.Oznaczenia parametrów petrofizycznych próbek skał zbiornikowych i uszczelniających oraz parametrów PVT. Badanie zjawiska wypierania rodzimego gazu ziemnego rozpuszczonego w warstwach wodonośnych poprzez zatłaczany CO 2 na fizycznym modelu złoża. Zlec. wew. INiG 362/KB. Archiwum INiG. Kraków 2011. [6] Warnecki M.: Rozpuszczalność CO 2 i rodzimych gazów ziemnych w solance złożowej. Nafta-Gaz 2010, nr 1, s. 19 26. [7] Warnecki M.: Wspomaganie wydobycia węglowodorów w sczerpanych złożach gazu ziemnego poprzez zatłaczanie CO 2 do solankowego poziomu wodonośnego niecki poznańskiej. Zlec. wew. INiG 319/KB. Archiwum INiG. Kraków 2009. [8] Wolnowski T.: Perspektywy poszukiwań złóż ropy naftowej i gazu ziemnego na niżu polskim. Wiadomości Naftowe i Gazownicze, www.wnp.pl (http://www.wnp.pl/foto/6375. html) (dostęp 28 sierpnia 2007). Mgr inż. Marcin WARNECKI absolwent Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Pracownik laboratorium PVT Zakładu Badania Złóż Ropy i Gazu Instytutu Nafty i Gazu Oddział Krosno. Zajmuje się zagadnieniami inżynierii złożowej, eksploatacji, badaniami własności fazowych płynów złożowych i symulacjami procesów złożowych. nr 1/2013 41