Prace Naukowe - Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy w Krakowie

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

ISSN 2353-2718
ISBN 978-83-65649-37-9
DOI: 10.18668/PN2020.229

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

ISSN 2353-2718
ISBN 978-83-65649-36-2
DOI: 10.18668/PN2020.228

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.

TYTUŁ: Zabiegi hydraulicznego szczelinowania złóż niekonwencjonalnych i metody ich analizy / Hydraulic fracturing in unconventional reservoirs, and methods of their analysis Autorzy: Piotr Kasza Recenzenci: dr hab. inż. Krzysztof Labus, prof. PŚ prof. dr hab. inż. Waldemar Kamrat
	ISSN 2353-2718 ISBN 978-83-65649-33-1 DOI: 10.18668/PN2019.226
Streszczenie Zabiegi hydraulicznego szczelinowania od bardzo wielu lat stanowią podstawową metodę stymulacji wydobycia ze złóż węglowodorów. Pierwsze eksperymentalne próby przeprowadzenia szczelinowania miały miejsce ponad 70 lat temu w Stanach Zjednoczonych. Pierwsze polskie próby szczelinowania odbyły się w latach 50. ubiegłego stulecia na złożach Przedgórza Karpat. Od tego czasu metoda ta jest coraz częściej stosowana w przemyśle naftowym. Jej głównym celem jest zwiększenie tempa i stopnia sczerpania udostępnionych zasobów węglowodorów. Przez wiele lat technika ta była doskonalona i wykorzystywana do stymulacji złóż konwencjonalnych. Ogromna rola w doskonaleniu technologii zabiegów hydraulicznego szczelinowania przypadła Instytutowi Naftowemu. Jego pracownicy uczestniczyli w tych działaniach od samego początku. Pierwsze krajowe ciecze technologiczne do szczelinowania opracowane zostały przy współudziale Instytutu. W tym czasie technologia szczelinowania zmieniała się diametralnie. Wchodziły do użycia nowe techniki i materiały. Prawdziwy przełom i bardzo dynamiczny rozwój techniki i technologii szczelinowania jest związany z odkryciem oraz próbami udostępniania i wydobycia węglowodorów ze złóż niekonwencjonalnych. Po latach doświadczeń okazało się, że właśnie hydrauliczne szczelinowanie jest kluczem do uruchomienia tych zasobów. Od tego momentu zmiany w światowej technice i technologii szczelinowania następowały bardzo szybko. Poszukiwano coraz lepszych i doskonalszych sposobów udostępniania złóż w piaskowcach niskoprzepuszczalnych, formacjach łupkowych i pokładach węgla. Zdobyte doświadczenia potwierdziły, że w tych formacjach należy wykonywać dużo większe zabiegi szczelinowania oraz w sposób znaczący modyfikować i odpowiednio dobierać technologię do warunków złożowych. Znaczny postęp nastąpił w dziedzinie dodatków chemicznych do cieczy szczelinujących, a także materiałów podsadzkowych (Liang et al. 2015). Ogromne znaczenie w osiągnięciu sukcesów w złożach niekonwencjonalnych miała też szeroko pojęta analiza danych i diagnostyka (Shahkarami et al. 2016). Pojawiły się nowoczesne metody analizy zabiegów szczelinowania w znaczący sposób poprawiające ich efektywność. Wykorzystano też nowe narzędzia, jak choćby mikrosejsmikę, do analizy skomplikowanych geometrii szczelin, wytwarzanych w trakcie szczelinowania złóż niekonwencjonalnych, a w szczególności łupków i węgli. W monografii tej przedstawiono wybrane informacje na temat zabiegów hydraulicznego szczelinowania, historii i rozwoju tej technologii, w oparciu o najnowsze zdobycze techniki. Przedstawiono kluczową rolę szczelinowania w udostępnianiu złóż niekonwencjonalnych. Ponadto zaprezentowano nowoczesny sposób analizy zabiegów na wybranym przykładzie szczelinowania formacji łupkowej. W rozdziale pierwszym dokonano ogólnej charakterystyki zabiegów szczelinowania. Podano podstawowe informacje na temat niekonwencjonalnych akumulacji węglowodorów i metod ich udostępniania poprzez szczelinowanie. Wskazano najlepsze metody stymulacji tych złóż oraz najważniejsze elementy zapewniające efektywność takich działań. Wskazano też istotne różnice pomiędzy formacjami złożowymi i wynikające z tego różnice technologii ich efektywnego szczelinowania. Drugi rozdział obejmuje opis cieczy szczelinujących i materiałów podsadzkowych. Podano w nim podstawowe cechy charakterystyczne, zadania i wymagania, jakie stawiane są cieczom szczelinującym. Dokonano także charakterystyki typowych dodatków chemicznych do cieczy oraz opisano cel, w jakim są stosowane. Omówiono też wykorzystywane materiały podsadzkowe, sposób ich badań i doboru do szczelinowania w różnych warunkach złożowych. Rozdział trzeci stanowi zasadniczą część pracy. Jest on oparty na doświadczeniach badawczych i zawodowych autora i został poświęcony analizie wykonanych testów i zabiegów szczelinowania w otworach udostępniających złoże gazu ziemnego w formacji łupkowej. Analizy te powstały na podstawie rzeczywistych danych z przeprowadzonych szczelinowań. W pierwszej części zaprezentowano sposób przygotowania danych do wykonania projektu technicznego zabiegu. Dzięki niemu możliwe jest zaplanowanie prac stymulacyjnych w otworze. W drugiej części przedstawiono wyniki testów w małej skali – minifrac – służących do diagnostyki otworu i złoża bezpośrednio przed szczelinowaniem. Celem tych operacji jest weryfikacja przyjętych założeń projektowych oraz przygotowanie ostatecznego projektu szczelinowania. Pokazano ponadto sposoby analizy testów minifrac oraz najważniejsze informacje otrzymywane na ich podstawie. W ostatniej części rozdziału zaprezentowano przykłady wyników szczelinowania poszczególnych sekcji otworu poziomego w dwóch wariantach. Pierwszy wariant dotyczył fazy projektowania zabiegów szczelinowania. Przygotowany projekt zmodyfikowano po wykonanych testach minifrac i na tej podstawie przygotowano plan szczelinowania. Drugi wariant opracowano na podstawie danych zarejestrowanych w trakcie szczelinowania. Pozwala to na porównanie i analizę celów planowanych i faktycznie zrealizowanych. W rozdziale czwartym dokonano podsumowania oraz zaprezentowano wnioski wynikające z wykonanych analiz. Na ich podstawie stwierdzono rozbieżność założonych parametrów geomechanicznych w porównaniu do danych uzyskanych z testów minifrac. W niektórych analizowanych przykładach potwierdzono słabą skuteczność udostępnienia złoża poprzez perforację. Potwierdzono też różnice w przyjętych i rzeczywistych parametrach złożowych, co może prowadzić do trudności w wykonaniu szczelinowania. Dzięki tym analizom potwierdzono przydatność testów minifrac do diagnostyki złoża przed szczelinowaniem przez co mogą one znaleźć zastosowanie przy projektowaniu i ocenie skuteczności zabiegów szczelinowania złóż niekonwencjonalnych.
Abstract Hydraulic fracturing treatments for many years has been the basic method of stimulating the production from hydrocarbon deposits. The first experimental fracturing tests took place more than 70 years ago in the United States. The first Polish experiences in fracturing took place in the 50’s of the last century in the fields of the Carpathian Foreland. Since then, this method has been increasingly used in the oil and gas industry. Its main goal is to increase the rate and the volume of recovery factor of the available hydrocarbon resources. For many years, this technique has been improved and used to stimulate conventional reservoirs. The Oil and Gas Institute – National Research Institute has been participating in these activities from the very beginning, and has played a key role in improving the technology of hydraulic fracturing operations in Poland. The first technological fluids for fracturing of Polish deposits were developed by specialists from the Institute.Over the next few decades, several generations of engineers have been continuing cooperation between industry and science, which is being carried on to this day. During these several decades, the World’s fracturing technology has changed dramatically. New techniques and materials have been introduced. The real breakthrough and very dynamic development of fracturing technology is related to the discovery, completion and production of hydrocarbons from unconventional reservoirs. After years of experience, it turned out that hydraulic fracturing is the key to the development of unconventional resources. From that moment onwards the progress of fracturing technology has been rapid. Improved methods to complete the tight gas sandstones, shale formations and coal seams have been designed. Numerous experiments have confirmed, that in these formations much massive fracturing operations should be performed, and the technology should be significantly modified and adapted to the reservoir conditions. Considerable progress has also been made in the field of chemical additives for fracturing fluids and proppants. Better data analysis and diagnostics were also of great importance in achieving successes in unconventional reservoirs. Modern methods of analysing fracturing treatments have significantly improved their efficiency. New tools were also used, such as micro-seismic analysis to study the complex geometries of fractures generated during unconventional deposits fracturing, in particular in shales and coals. This work presents fundamental information on hydraulic fracturing treatments as well as the history of its development. The key role of fracturing in unconventional reservoirs completion was underlined, and the modern techniques of analysing treatments, on the example of fracturing in shale formation were presented. The first chapter contains the characteristics of fracturing operations. The basic information on unconventional accumulation of hydrocarbons and methods of their completion was given. The most effective methods of stimulating these deposits and key elements ensuring the effectiveness of these activities were indicated. Significant differences between these formations and the resulting differences in the technology of their fracturing were also indicated. The second chapter includes the description of fracturing fluids and proppants, their characteristics, tasks and requirements. Specification of typical chemical additives for fluids, and the purpose for which they were used, as well as the proppants used for fracturing, method of their examination and selection for fracturing in various reservoir conditions were discussed. The third chapter is the most extensive part of the work. It is dedicated to the analysis of the performed tests and fracturing treatments in the shale gas wells. These analyses were made on the basis of real, field data from fracturing. The first part presents the method of preparing data for the technical design of the project procedure. Based on this design it is possible to plan the stimulation treatments in a certain well. The second part of the chapter, presents the results of minifrac tests, used to diagnose the well and formation just before fracturing. The purpose of these operations is to confirm or modify the design assumptions and to prepare the final fracturing design. The method of analysing the minifrac tests, and the most important information obtained from them, are shown. The last part presents the results of fracturing of individual sections of the horizontal example well in two variants. The first treatments designed for execution and the second treatments that were actually performed. The fourth chapter summarizes the collected information and presents the conclusions resulting from the performed analyses. Based on these analyses differences between parameters of the geomechanical model and the data obtained from minifrac were identified. In some of the analyzed cases, the tests confirmed low efficiency of reservoir completion by perforation. Also confirmed were the differences between assumed and actual reservoir parameters which may lead to difficulties during fracturing. The analysis performed, proved that the minifrac tests before the main treatment are useful in the proper planning of the main fracturing operation. It was found that they can be used in the design and evaluation of the effectiveness of fracturing operations in unconventional reservoirs.
Cena egzemplarza:60 zł netto (plus 5% VAT) 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
	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: *Stosowanie paliw etanolowych do silników o zapłonie iskrowym / The use of ethanol fuels to spark ignition engines* Autorzy: Zbigniew Stępień, Magdalena Żółty Recenzenci: Prof. Jan Czerwiński, Ph.D. Prof. dr hab. inż. Dariusz Ozimina
	ISBN: 978-83-65649-31-7 ISSN: 2353-2718 DOI: 10.18668/PN2019.224
Streszczenie Od wielu lat podejmowane są na całym świecie coraz bardziej intensywne działania zmierzające do ochrony środowiska naturalnego człowieka. Unia Europejska pełni wiodącą rolę w międzynarodowej walce ze zmianami klimatycznymi, w związku z tym dąży do zmniejszenia poziomu emisji gazów cieplarnianych, do którego zobowiązała się w protokole z Kioto. Dla krajów, które są jego sygnatariuszami, priorytetem jest ograniczenie zużycia energii pozyskanej z ropy naftowej i węgla kamiennego poprzez zastępowanie jej energią pochodzącą ze źródeł odnawialnych, które mogą przyczynić się do globalnej poprawy stanu powietrza. W Unii Europejskiej drugim co do wielkości sektorem gospodarki, odpowiedzialnym za 20% emisji szkodliwych substancji, w tym gazów cieplarnianych do atmosfery, jest transport drogowy. Pozostaje on jednym z niewielu sektorów, z których emisja stale wzrasta, co niweczy postęp osiągnięty przez inne obszary gospodarki. Wprowadzone w 2009 r. dyrektywy europejskie Renewable Energy Directive i Fuel Quality Directive umożliwiają zwiększenie zawartości etanolu w tradycyjnej benzynie silnikowej do 10% (V/V), a także sprzyjają budowie samochodów typu flex-fuel vehicle, przystosowanych do zasilania paliwem zawierającym do 85% (V/V) etanolu. Paliwa do tłokowych silników spalinowych charakteryzują się właściwościami użytkowymi, które spełniają wysokie wymagania współczesnych silników spalinowych, realizujących skomplikowane strategie procesów spalania i wyposażonych między innymi w wielopunktowe, bardzo zaawansowane technicznie systemy wtrysku paliwa, innowacyjne systemy doładowania oraz katalityczne, wielofunkcyjne układy oczyszczania spalin. Formuła chemiczna paliw ulega nieustannej ewolucji, głównie na skutek działań ekologów w zakresie ograniczania emisji substancji szkodliwych pochodzących ze spalania ropopochodnych paliw do powietrza atmosferycznego oraz nieustannego rozwoju silników. Działania te wymuszają na projektantach samochodów zmiany w konstrukcji układów zasilania, komór spalania, układów oczyszczania spalin, a na producentach paliw dostosowywanie ich formuły chemicznej w celu zminimalizowania emisji szkodliwych substancji powstających podczas spalania takiego paliwa. Dlatego też coraz większego znaczenia nabiera stosowanie biopaliw i biokomponentów jako dodatku do paliw konwencjonalnych. W części teoretycznej niniejszej publikacji opisano zalety i wady stosowania etanolu jako komponentu benzyny silnikowej i paliw etanolowych. Na podstawie rozeznania dostępnej literatury branżowej przedstawiono wyniki badań wpływu etanolu na wielkość emisji szkodliwych składników do atmosfery. Skupiono się również na wyzwaniach, przed jakimi stanęli konstruktorzy silników spalinowych, aby przystosować je do eksploatacji na paliwach zawierających zwiększony udział etanolu w paliwie. W części doświadczalnej zaprezentowano wyniki badań prowadzonych w ramach projektów badawczych i prac statutowych w Instytucie Nafty i Gazu – Państwowym Instytucie Badawczym. Wyniki te dotyczą: • określenia oddziaływania paliw etanolowych na parametry użytkowo-eksploatacyjne silników ZI; • oceny regulowanych i nieregulowanych emisji szkodliwych składników gazów wylotowych silników zasilanych paliwami etanolowymi; • badań wpływu paliw etanolowych na tworzenie szkodliwych osadów na elementach silników testowych; • wielokierunkowych badań oddziaływania paliw etanolowych na procesy degradacji smarowego oleju silnikowego.
Abstract For many years, activities aimed at protecting man’s natural environment have been getting more and more intensive around the world. The European Union is playing a leading role in the international fight against climate change, therefore it is striving to achieve the reduction of greenhouse gas emissions to which it has committed itself in the Kyoto Protocol. For the countries that are its signatories, the priority is to reduce energy consumption obtained from crude oil and hard coal, by replacing it with energy from renewable sources that can contribute to the global improvement of the air condition. In the European Union, the second largest sector of the economy, responsible for 20% of emissions of harmful substances, including greenhouse gases into the atmosphere, is road transport. It remains one of the few sectors whose emissions are constantly growing, thus negating the progress made by other sectors of the economy. Introduced in 2009 the European directives: Renewable Energy Directive and Fuel Quality Directive, allow the increase of ethanol content in traditional gasoline to 10% (V/V), and also support the construction of Flex Fuel Vehicles adapted to fuel supply containing up to 85% (V/V) of ethanol. The fuels for piston combustion engines are characterized by functional properties that meet the high requirements of modern internal combustion engines, implementing complicated combustion processes and equipped with, among others, multi-point, very technically advanced fuel injection systems, innovative supercharging systems and catalytic multifunctional exhaust gas cleaning systems. The chemical composition of fuels is constantly evolving, mainly due to the action of environmentalists in the scope of limiting emissions of harmful substances from the combustion of fuels into the atmosphere and continuous development of engines. These activities force car designers to change the design of power systems, combustion chambers, exhaust gas treatment systems, and fuel manufacturers to adapt their chemical composition to minimize the emission of harmful substances generated during the combustion of such fuels. Therefore, the use of biofuel and biocomponents as an admixture to conventional fuels becomes increasingly important. The theoretical part of this publication describes the advantages and disadvantages of using ethanol as a component of gasoline and ethanol fuels. Based on the knowledge of available industry literature, the results of studies of ethanol impact on the emission of harmful components into the atmosphere are presented. The focus was also on the challenges faced by the engineers of internal combustion engines to adapt them to operating with fuels containing an increased share of ethanol in the fuel. The experimental part presents the results of research carried out as part of research projects and statutory work at the Oil and Gas Institute – National Research Institute. These results concern: • determination of the impact of ethanol fuels on spark ignition engine performance and their operational parameters; • assessment of regulated and unregulated emissions of harmful components of exhaust gases from spark ignition engines; • studies on the influence of ethanol fuels on the formation of harmful deposits on test engines; • multidirectional studies on the impact of ethanol fuels on the degradation processes of engine lubricating oil.
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.

Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu – Państwowego Instytutu Badawczego Nr 227

Страница 3 из 11

Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy

Kонференций

Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu – Państwowego Instytutu Badawczego Nr 229

Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu – Państwowego Instytutu Badawczego Nr 228

Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu – Państwowego Instytutu Badawczego Nr 226

Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu – Państwowego Instytutu Badawczego Nr 223

Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu – Państwowego Instytutu Badawczego Nr 224