Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy

TYTUŁ: Wyznaczenie liczby Damköhlera i jej znaczenie w projektowaniu zabiegów matrycowego kwasowania / Determination of the Damköhler number and its importance in the design of matrix acidizing treatments

 

Autor: Marek Czupski

 

 

Recenzenci:
prof. dr hab. Krzysztof Labus, Politechnika Śląska
dr inż. Anna Kwietniak, Akademia Górnicza-Hutnicza

 

 

 

PN 233 duza

ISSN 2353-2718
ISBN 978-83-65649-41-6
DOI: 10.18668/PN2021.233

Objętość monografii: 152 stron

Streszczenie

Podczas matrycowego kwasowania formacji węglanowych tworzone są kanały o dużej przepuszczalności zwane otworami robaczkowymi. Efektywność tego typu zabiegów zależy przede wszystkim od: struktury, geometrii i głębokości penetracji otworów robaczkowych  poza strefę o uszkodzonej przepuszczalności. Powinien to zapewniać odpowiednio opracowany płyn kwasujący, którym w przypadku formacji węglanowych są najczęściej roztwory kwasu solnego oraz/lub kwasów organicznych, takich jak kwas octowy czy mrówkowy. Dodatkowo w przypadku formacji o wysokich temperaturach stosowane są dodatki zmniejszające szybkość reakcji pomiędzy kwasem a skałą złożową. Ważną wielkością wpływającą na model tworzonych otworów robaczkowych jest liczba Damköhlera (Da). Jest to stosunek szybkości reakcji pomiędzy kwasem a skałą do szybkości jego konwekcji wzdłuż otworu robaczkowego.
Celem niniejszej pracy było wyznaczenie liczby Damköhlera dla czterech wybranych systemów ciecz kwasująca–skała i potwierdzenie, że struktura utworzonych otworów robaczkowych zależy od jej wartości. W ramach realizacji pracy wykonano testy reologiczne cieczy kwasujących żelowanych przy użyciu wiskoelastycznego surfaktantu. Badania szybkości reakcji przeprowadzono na rdzeniach cylindrycznych wyciętych z wapienia pińczowskiego oraz skały dolomitowej Guelph dolomite, charakteryzujących się względnie niskimi wartościami współczynników przepuszczalności i porowatości. W przypadku wapienia pińczowskiego współczynnik przepuszczalności wynosił od 9,11·10−15·m2 do 14,23·10−15·m2, a porowatość od 28,51% do 29,10%, natomiast dla dolomitu Guelph odpowiednio 3,69·10−15–7,48·10−15·m2 i 7,67–9,38%. Do wyznaczenia kinetyki reakcji tych skał z dwoma rodzajami cieczy kwasujących użyto metody wirującego dysku. Następnie wykonano badania przepływowe na rdzeniach cylindrycznych przy użyciu stanowiska AFS-300 dla tych samych typów skał i cieczy. się współczynnikiem przepuszczalności w zakresie od 9,65·10−15·m2 do 26,27·10−15·m2 oraz porowatości od 28,78% do 31,29%. Z kolei próbki skały dolomitowej Guelph dolomite miały współczynniki przepuszczalności od 7,48·10−15·m2 do 61,52·10−15·m2, natomiast porowatości były dużo mniejsze i wynosiły od 7,63% do 10,60%. Po testach przepływowych, na podstawie rentgenowskiej mikrotomografii komputerowej rdzeni cylindrycznych połączonej z analizą parametrów geometrycznych, obliczono liczbę Damköhlera dla każdego ze zidentyfikowanych otworów robaczkowych.
W części teoretycznej niniejszej publikacji opisano rodzaje struktur, które tworzone są w skałach węglanowych w wyniku matrycowego kwasowania, i ich wpływ na efektywność zabiegów. Opisano również siedem modeli kwasowania formacji węglanowych używanych do określania wpływu parametrów zabiegowych, takich jak właściwości cieczy, na efektywność procesu kwasowania danej formacji złożowej. Szczególną uwagę poświęcono teorii liczby Damköhlera, od wartości której zależy zjawisko tworzenia się otworów robaczkowych.
Badania wykazały, że w temperaturze 80°C całkowita szybkość reakcji dla każdego z czterech układów ciecz kwasująca–skała była kontrolowana przez szybkość transportu masy. Stwierdzono, że żelowanie 15-proc. roztworu HCl przy użyciu wiskoelastycznego surfaktantu TN-16235 powoduje obniżenie całkowitej szybkości reakcji poprzez zmniejszenie szybkości transportu masy. W przypadku wapienia pińczowskiego 7,5-proc. dodatek surfaktantu TN-16235 spowodował zmniejszenie wartości De z 4,45·10−6 cm2/s do 3,53·10−6 cm2/s, a dla skały dolomitowej Guelph dolomite z 2,25·10−6 cm2/s do 1,97·10−6 cm2/s. Na podstawie badań przepływowych wyznaczono wartości objętości porowych niezbędnych do przebicia cieczy kwasującej przez rdzeń cylindryczny (PVbt). Najmniejsze wartości tego parametru dla wapienia pińczowskiego wynosiły: 0,26 dla 15-proc. roztworu HCl i prędkości przepływu równej 2,93 cm/min oraz 0,28 dla żelowanego 15-proc. roztworu HCl i prędkości przepływu równej 0,30 cm/min. Dla skały dolomitowej Guelph dolomite wynosiły one: 0,88 dla 15-proc. roztworu HCl i prędkości przepływu równej 3,68 cm/min oraz 0,25 dla żelowanego 15-proc. roztworu HCl i prędkości przepływu równej 1,00 cm/min. Żelowanie cieczy przy użyciu wiskoelastycznego surfaktantu TN-16235 umożliwia zatem efektywne matrycowe kwasowanie formacji węglanowych przy mniejszych wydajnościach tłoczenia. Stwierdzono również, że od wartości liczby Damköhlera zależy model rozpuszczania ośrodka porowatego przez daną ciecz kwasującą. Dla otworów robaczkowych utworzonych w rdzeniach wapienia pińczowskiego przy użyciu 15-proc. roztworu HCl wyliczone wartości liczby Da lokowały się w przedziale od 0,244 do 0,026 (optymalna wartość wyniosła 0,031), a dla żelowanego 15-proc. roztworu HCl w zakresie od 0,145 do 0,008 (optymalna wartość wyniosła 0,097). Za optymalną liczbę Da uznano jej wartość, dla której otwory robaczkowe penetrują całą długość rdzenia przy minimalnym wyczerpaniu cieczy kwasującej opisywaną przez PVbt. Natomiast dla otworów robaczkowych wytrawionych w skale Guelph dolomite przez 15-proc. Roztwór HCl obliczone wartości liczby Da były w przedziale od 0,104 do 0,030 (optymalna była równa 0,066), a przez żelowany 15-proc. roztwór HCl w zakresie od 0,188 do 0,030 (optymalna wartość wyniosła 0,069).
Zaprezentowana w niniejszej pracy metodyka badań umożliwia wyznaczenie liczby Damköhlera dla systemów ciecz kwasująca–skała, a dzięki temu ułatwia przygotowanie technologii zabiegów matrycowego kwasowania formacji węglanowych w taki sposób, aby zabiegi te były jak najbardziej efektywne.

 

Słowa kluczowe: matrycowe kwasowanie, liczba Damköhlera, wiskoelastyczny surfaktant

 

Abstract

During the matrix acidizing of carbonate formations, channels with high permeability are created, known as wormholes. The effectiveness of this type of treatment depends primarily on the structure, geometry, and the depth of penetration of the wormholes beyond the damaged zone. This should be ensured by a properly developed acidizing fluid, which in the case of carbonate formations most often consists of solutions of hydrochloric acid and/or organic acids such as acetic or formic acid. Additionally, in the case of high-temperature formations, additives are used to reduce the reaction rate of acid with the reservoir rock. The Damköhler number (Da) is an important factor that influences the model of the wormholes created. It represents the ratio of the rate of the reaction between the acid and the rock to the rate of its convection along the wormhole.
The aim of the study was to determine the Damköhler number for four selected acidizing liquid–rock systems and to confirm that the structure of the wormholes depends on this variable. As part of the work, rheological tests of gelled acidizing liquids using a viscoelastic surfactant were conducted. The reaction rate tests were carried out on core plugs cut from Pińczów limestone and Guelph dolomite, which are characterized by relatively low permeability and porosity coefficients: 9.11–14.23 × 10−15m2 and 28.51%–29.10%, respectively, in the case of Pińczów limestone and 3.69–7.48 × 10−15m2 and 7.67%–9.38%, respectively, for Guelph dolomite. A rotating disk apparatus was used to determine the kinetics of the reaction of these rocks with two types of acidizing liquids. Then, core flow tests were performed on the core plugs using the AFS-300 system for the same types of rocks and liquids. The core plugs of Pińczów limestone used in these tests had a permeability coefficient ranging from 9.65 to 26.27 × 10−15m2 and a porosity coefficient ranging from 28.78% to 31.29%. On the other hand, samples of the Guelph dolomite had permeability coefficients of 7.48 to 61.52 × 10−15m2, while the porosity was much lower, ranging from 7.63% to 10.60%. After the core flow tests, the Damköhler number was calculated for each identified wormhole, using X-ray computed microtomography combined with an analysis of the geometric parameters.
The types of structures that are formed in carbonate rocks as a result of matrix acidizing and their impact on the effectiveness of treatment are described in the theoretical part of this publication. Seven models of carbonate acidizing, which are used to estimate the influence of the parameters of the treatment and the properties of the liquid and rock on the efficiency of the acidizing process, are also discussed. Particular attention was paid to the theory of the Damköhler number, the value of which determines the formation of wormholes.
The tests showed that at 80°C the overall reaction rate for each of the four acidizing liquid–rock systems was controlled by the mass transport rate. It was found that a gelled 15% HCl solution using TN-16235 viscoelastic surfactant reduced the overall reaction rate by reducing the mass transport rate. In the case of Pińczów limestone, the addition of 7.5% TN‑16235 surfactant reduced the De value from 4.45 × 10−6cm2/s to 3.53 × 10−6cm2/s; for Guelph dolomite De decreased from 2.25 × 10−6cm2/s to 1.97 × 10−6cm2/s. The values of the acidizing liquid pore volumes required to break through the core plug (PVbt) were determined based on the core flow tests. The lowest values of this parameter for Pińczów limestone were 0.26 for a 15% HCl solution and a velocity of 2.93 cm/min and 0.28 for a gelled 15% HCl solution and a velocity of 0.30 cm/min. For the Guelph dolomite rock, they were 0.88 for a 15% HCl solution and a velocity of 3.68 cm/min and 0.25 for a gelled 15% HCl solution and a velocity of 1.00 cm/min. Gelling a liquid with TN-16235 viscoelastic surfactant thus enables efficient matrix acidizing of carbonate formations with lower pumping rates. It was also found that the model of dissolution of the porous medium by a given acidizing liquid depended on the value of the Damköhler number. For wormholes created in the plugs of Pińczów limestone using the 15% HCl solution, the calculated values of Da were in the range of 0.244 to 0.026 (optimal value: 0.031); for the gelled 15% HCl solution it ranged from 0.145 to 0.008 (optimal value: 0.097). The optimal value for Da was considered to be the value for which wormholes were able to penetrate the entire length of the core with minimal acid spending described by PVbt. For wormholes etched in the Guelph dolomite rock by the 15% HCl solution, the calculated values of Da ranged from 0.104 to 0.030 (optimal value: 0.066), and for the gelled 15% HCl solution they ranged from 0.188 to 0.030 (optimal value: 0.069).
The research methodology presented in this paper allows the Damköhler number to be determined for acidizing liquid–rock systems, and thus facilitates the preparation of  technology for matrix acidizing of carbonate formations in such a way as to make these treatments as effective as possible.

Keywords: matrix acidizing, Damköhler number, viscoelastic surfactant

  

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

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

 

 

 

 

 

 
 

TYTUŁ: Poprawa oczyszczenia przestrzeni pierścieniowej otworu wiertniczego przed zabiegiem cementowania/Improvement of the cleaning of the annular space of the borehole before the cementing operations

 

 

Autorzy: Marcin Kremieniewski, Miłosz Kędzierski, Marcin Rzepka
pod redakcją Marcina Kremieniewskiego

 

 

Recenzenci:
Dr inż. Alfons Dudek
Prof. dr hab. inż. Stanisław Stryczek

 

 

 

Praca Naukowa INiG - PIB Nr 220

ISBN: 978-83-65649-26-3
ISSN: 2353-2718
DOI: 10.18668/PN2018.220

Streszczenie


Podczas realizacji prac związanych z uszczelnieniem kolumny rur okładzinowych jednym z najistotniejszych aspektów jest zapewnienie szczelności w przestrzeni pierścieniowej pomiędzy kolumnami rur oraz poza nimi. Niezachowanie tego warunku może skutkować poważnymi konsekwencjami począwszy od wzrostu ciśnienia w górnej części otworu, a skończywszy na migracji bądź ekshalacji gazu. W celu wyeliminowania takich niepożądanych zjawisk należy uszczelnić kolumnę rur okładzinowych tłocząc zaczyn cementowy. Jednak na odpowiednie uszczelnienie przestrzeni pierścieniowej składa się również przygotowanie otworu do cementowania poprzez dokładnie jego oczyszczenie. W tym celu następuje przetłoczenie cieczy przemywającej, a następnie płuczka wypierana jest przez ciecz buforową i zaczyn cementowy. Odpowiednie przygotowanie przestrzeni pierścieniowej przyczynia się do znacznej poprawy uszczelnienia i umożliwia wyeliminować powstawanie mikroprzepływów gazu na kontakcie płaszcza cementowego z powierzchnią przewiercanej wcześniej formacji skalnej oraz powierzchnią zapuszczanej rury okładzinowej.


W książce przedstawione zostały mechanizmy przepływu cieczy w przestrzeni pierścieniowej otworu wiertniczego oraz omówiono zagadnienia dotyczące działania środków przemywających na poprawę efektywności oczyszczenia przestrzeni pierścieniowej przed zabiegiem cementowania. Opisana została innowacyjna metodyka badań efektywności usuwania osadu płuczkowego. Zaprezentowano również nowe, skonstruowane w INiG – PIB urządzenie (symulator przepływu cieczy wiertniczych), które pozwalało na realizację prac badawczych w zakresie skuteczności działania cieczy przemywających. Omówiono wyniki badań wpływu czasu kontaktu oraz prędkości przepływu cieczy przemywającej na skuteczność usuwania osadu płuczkowego z formacji skalnej oraz z powierzchni rur okładzinowych. Przedstawiono również badania nad opracowaniem nowych cieczy przemywających oraz hybrydowej cieczy przemywającej, która wykazywała dwufunkcyjny charakter usuwania osadu (chemiczny oraz mechaniczny).


Omawiana problematyka realizowanych prac badawczych w znacznym stopniu przyczynia się do poprawy oczyszczenia przestrzeni pierścieniowej otworu wiertniczego przed zabiegiem cementowania, a tym samym do ograniczenia migracji i ekshalacji gazu w otworach wiertniczych.


Słowa kluczowe
Ciecz przemywająca, ciecz buforowa, oczyszczenie przestrzeni pierścieniowej, ciecz hybrydowa, przestrzeń pierścieniowa, otwór wiertniczy, zabieg cementowania otworu wiertniczego, szczelność otworu, migracja gazu, środki powierzchniowo czynne, surfaktanty, środki ścierne, dodatki drobnoziarniste


Abstract


During the implementation of works related to the sealing of the casing string, one of the most important aspects is to ensure tightness in the annular space between the casing and beyond. Failure to comply with this condition may result in serious consequences, ranging from pressure increase in the upper part of the hole, to migration or gas exhalation. In order to eliminate such undesirable phenomena, the casing column should be sealed by pumping the cement slurry. However, the proper sealing of the annular space also consists in preparing the borehole for the cementing operations by thoroughly cleaning it. For this purpose, a preflush fluid is pumped into the hole, and the drilling mud is displaced by a spacer fluid and cement slurry. Appropriate preparation of the annular space contributes to a significant improvement of the sealing and allows to eliminate the formation of gas microflows on the contact of the cement sheath with the surface of the previously drilled rock formation and the surface of the casing string.


This book presents the mechanisms forming the liquid flow in the annular space of the borehole and discusses the issues concerning the action of washing agents to improve the efficiency of cleaning the annular space before the cementing operations. It presents an innovative methodology for the effectiveness of removal of mud cake. It also presents, a new device (a simulator of the flow of drilling fluids), constructed in The Oil and Gas Institute – National Research Institute, which allowed to carry out research work in the field of the effectiveness of washing fluids. The results of the influence of contact time and flow rate of the preflush fluid on the efficiency of removing the mud cake from the rock formation and the surface of the casings were discussed. Also presented are Laboratory tests on the development of a new types of washing fluids and a hybrid preflush fluid, which showed a dual-purpose character of filter cake removal (chemical and mechanical).

The discussed issues of conducted research work significantly contribute to the improvement of the purification of the annular space of the borehole before cementing operations, and thus to the reduction of gas migration and exhalation in wellbores.

Key words
Preflush fluid, spacer fluid, cleaning of the annular space, hybrid preflush fluid, annular space, borehole, wellbore cementing operations, borehole tightness, gas migration, surfactants, abrasives, fine-grain additives

 

  

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

 

 

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

 

 

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

 

 

 

Praca Naukowa INiG - PIB Nr 222

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

Streszczenie

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


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


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


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


Abstract

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


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


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

  

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

Koszt przesyłki: 5 zł brutto za sztukę – list polecony

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

 

 

 

 

 

 
 

TYTUŁ: Ocena efektów wspomaganego wydobycia ropy naftowej i gazu ziemnego z wybranych złóż krajowych z zastosowaniem zatłaczania CO2 / Assessment of EOR/EGR processes by CO2 injection for selected Polish oil and gas reservoirs

 

Autor: Wiesław Szott, Piotr Łętkowski,Andrzej Gołąbek, Krzysztof Miłek

 

 

 

 

 

 

PN 184

ISSN 0209-0724
Objętość monografii: 160 stron

Streszczenie

Praca stanowi pierwszą w Polsce szczegółową ocenę potencjalnych efektów zwiększenia wydobycia zasobów ropy naftowej i gazu ziemnego dzięki zastosowaniu metody wydobycia wspomaganego zatłaczaniem CO2 do złoża (CO2-EOR/EGR).
Ocenę przeprowadzono dla dziesięciu wybranych krajowych złóż: sześciu złóż ropy naftowej i czterech złóż gazu ziemnego. Obliczenia wykonano metodą symulacji procesów złożowych, przy pomocy szczegółowych kompozycyjnych modeli symulacyjnych lub uogólnionych modeli bilansowych uwzgledniających zjawiska wypierania mieszającego. Zastosowano strategię maksymalizacji wydobycia zasobów węglowodorów przy jednoczesnej maksymalizacji ilości zatłoczonego CO2 jako elementu szerszego procesu sekwes-tracji dwutlenku węgla. Uzyskano szczegółowe wyniki dla przyrostu zasobów wydobywalnych oraz współczynniki efektywności zarówno dla procesu wspomaganego wydobycia jak i dla procesu sekwestracji.

Abstract

The paper includes first detailed assessment of the expected results of EOR/EGR processes by CO2 injection in the production from Polish oil and gas reservoirs.
The assessment was performed for 6 oil and 4 gas reservoirs from across the country. The calculations applied simulation methods with full-scaled, compositional reservoir models or material balance methods supplemented with miscible displacement models. The modeling strategy assumed maximum recovery of hydrocarbons together with maximum injection of CO2 as a part of the concomitant CO2 sequestration process. Detailed results of increased recoverable oil and gas due to EOR/EGR processes as well as effectiveness coefficients for both enhanced production and CO2 sequestration are presented.

  

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

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

 

 

 

 

 

 
 

TYTUŁ: Technologia i parametry techniczne pracy instalacji przemysłowej do produkcji plastyfikatora TDAE / Technology and technical working parameters of industrial plant for the production of TDAE plasticizer

 

Autor: Stefan Ptak

 

 

Recenzenci:

prof. dr hab. inż. Dariusz Bogdał – Politechnika Krakowska
prof. dr hab. inż. Janusz Jakóbiec – Akademia Górniczo-Hutnicza

 

 

 

PN-234 500

ISSN 2353-2718
ISBN 978-83-65649-42-3
DOI: 10.18668/PN2021.234

Objętość monografii: 204 strony

Streszczenie

Ropa naftowa jest i w najbliższej przyszłości nadal będzie podstawowym naturalnym surowcem gospodarczym na świecie. Wykorzystanie produktów uzyskiwanych z ropy naftowej stanowi siłę napędową gospodarki każdego kraju. Z przerobu ropy naftowej uzyskuje się wiele produktów, półproduktów i surowców, które znajdują zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu, w tym petrochemicznym. Istotną rolę w tej dziedzinie gospodarki większości krajów odgrywają plastyfikatory naftowe, stosowane jako dodatek zmiękczający w procesach wulkanizacji kauczuków, szczególnie kauczuków syntetycznych butadienowych – styrenowo (SBR), oraz jako składnik mieszanek gumowych w procesie ich wytwarzania i wulkanizacji.
Kierunki rozwoju plastyfikatorów naftowych dla przemysłu gumowego determinuje wiele dokumentów i aktów prawnych oraz szereg wymagań wynikających ze specyfiki procesów wytwórczych, a także z warunków eksploatacji wyrobów gumowych, w tym szczególnie:
• posiadanie wymaganego dla danego zestawienia składu chemicznego oraz charakteryzowanie się odpowiednimi właściwościami fizykochemicznymi;
• wykazywanie dobrej kompatybilności ze stosowanym kauczukiem;
• odznaczanie się niską lotnością w warunkach procesu produkcji kauczuków oraz w procesach wytwarzania mieszanek gumowych i ich wulkanizacji;
• niewykazywanie działania toksycznego.
Plastyfikatory naftowe stosowane w kompozycjach kauczukowych (SBR) nazywane są również olejami-wypełniaczami. Składają się z cząstek węglowodorów zawierających od 25 do 35 atomów węgla i dzielą się na aromatyczne, naftenowe i parafinowe w zależności od udziału węgli w strukturach aromatycznych, naftenowych i parafinowych.
Istotną rolę w badaniach eksperymentalnych opisanych w niniejszej monografii odgrywają plastyfikatory wysokoaromatyczne, otrzymywane jako produkt uboczny w trakcie rafinacji rozpuszczalnikowej destylatów próżniowych z ropy naftowej w procesie wytwarzania olejów bazowych, które zyskały duże znaczenie w procesie produkcji opon samochodowych.
Plastyfikatory wysokoaromatyczne DAE charakteryzują się najwyższą zawartością węglowodorów aromatycznych i związaną z tym wysoką zawartością wielopierścieniowych związków aromatycznych oraz benzo[a]pirenu.
Wprowadzenie przez ustawodawstwo Unii Europejskiej Dyrektywy 76/769/ EEC, a następnie Rozporządzenia 1907/2006 miało na celu zmniejszenie zawartości wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA) w oponach, co doprowadziło do wytwarzania przez przemysł naftowy plastyfikatorów naftowych o niskiej zawartości WWA z wykorzystaniem różnych procesów produkcyjnych, aby zaspokoić potrzeby globalnego przemysłu oponiarskiego. Po roku 2010 rynek światowy plastyfikatorów naftowych ze względu na ich mutagenne i rakotwórcze działanie eliminuje ze stosowania plastyfikator DAE. Stworzony system REACH w Unii Europejskiej uchwalony przez Parlament Europejski i Radę w dniu 18 grudnia 2006 roku Rozporządzenia numer 1907/2006 w sprawie rejestracji, oceny, udzielenia zezwoleń i stosownych ograniczeń w zakresie chemikaliów, wprowadzając zapisy 27 poprawki do Dyrektywy 76/769/EEC wprowadza zakaz stosowania ekstraktów wysokoaromatycznych o przekroczonym limicie zawartości wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych od dnia 1 stycznia 2010 roku.
W części eksperymentalnej zamieszczono wyniki badań nad opracowaniem i wdrożeniem na skalę przemysłową technologii produkcji plastyfikatora TDAE spełniającego wymagania w zakresie rakotwórczości i mutagenności.
Istotnym etapem przeprowadzonych badań eksperymentalnych były technologiczne próby przemysłowe dotyczące badań plastyfikatora TDAE wykonane na instalacji Furfurol w Zakładzie Produkcyjnym Spółki ORLEN OIL Sp. z.o.o. w Płocku.
Wiodącą rolę w uzasadnieniu celu i tez pracy odgrywają badania selektywnej rafinacji rozpuszczalnikowej ciężkich ekstraktów pod kątem wytworzenia plastyfikatora aromatycznego TDAE spełniającego wymagania Rozporządzenia 1907/2006 UE. W wyniku przeprowadzonych prac technologiczno-badawczych pojawiła się możliwość wprowadzenia do cyklu produkcyjnego, obok olejów bazowych, plastyfikatora TDAE o nazwie handlowej Elasticol, wytwarzanego na bloku olejowym PKN ORLEN S.A.
Również ważnym, kluczowym elementem wykonanych badań eksperymentalnych było zastosowanie procesu odparafinowania rozpuszczalnikowego dla pozyskania różnych plastyfikatorów TDAE. Proces odparafinowania rozpuszczalnikowego z użyciem różnych rozpuszczalników pozwolił na opracowanie technologii produkcji zmodyfikowanego plastyfikatora TDAE spełniającego wymagania jakościowe i wymagania Rozporządzenia 1907/2006 UE z możliwością poprawy właściwości niskotemperaturowych.
Autor dokonał rejestracji technologii w Urzędzie Patentowym pod wspólnym tytułem: Sposób wytworzenia zmodyfikowanego plastyfikatora naftowego TDAE przeznaczonego do produkcji kauczuku i gumy, szczególnie opon samochodowych.
Z uwagi na szeroki zakres wiedzy interdyscyplinarnej dotyczącej obszernego zakresu pracy sformułowane wnioski pogrupowano na: ogólne, szczegółowe, metodologiczne i perspektywiczne.
 

Słowa kluczowe: plastyfikatory naftowe, klasyfikacja plastyfikatorów, plastyfikatory, TDAE, ekstrakcja rozpuszczalnikowa, odparafinowanie rozpuszczalnikowe, wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne, mutagenność, kancerogenność plastyfikatorów, kauczuki

 

 

Abstract

Crude oil is and will continue to be in the near future the basic natural economic resource in the world. The use of products derived from crude oil is the driving force of the economy in every country. Many products, semi-finished products, and raw materials are obtained from the processing of crude oil and used in many industries, including the petrochemical industry.
Petroleum plasticisers play an important role in this area of the country’s economy as a softening additive in the vulcanisation of rubbers, especially synthetic styrene-butadiene rubber (SBR), and as a component of rubber compounds in their production and vulcanisation.
The development of petroleum plasticisers for the rubber industry is determined by many documents and laws, as well as a number of requirements resulting from the nature of the production and operating conditions of rubber products. In particular, they must:
• have the chemical composition required for a given combination and have appropriate physicochemical properties,
• exhibit compatibility with the selected rubber,
• demonstrate low volatility during the processes of rubber production, rubber compound production, and vulcanisation, and
• not show any toxic effects.
Petroleum plasticisers used in rubber compositions (SBR) are also called filler oils, which consist of hydrocarbon particles containing from 25 to 35 carbon atoms and are divided into aromatic, naphthenic, and paraffinic types depending on the proportion of carbons in the structures the aromatic, naphthenic and paraffin.
An important role in the experimental research of this dissertation is played by highly aromatic plasticisers, a by-product of refining solvents of vacuum distillates from crude oil in the production of base oils, which have gained a lot of significance in the production of car tyres. DAE highly aromatic plasticisers have the highest content of aromatic hydrocarbons and the associated high content of polycyclic aromatic compounds and benzo[a]pyrene.
The European Union’s introduction of EU Directive 76/769/EEC and Regulation 1907/2006 was aimed at reducing the content of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) in tyres, which led to the oil industry’s production of petroleum plastics with low PAH content using various production processes to meet the needs of the global tyre industry. After DAE plasticisers were banned due to their mutagenic and carcinogenic activity, the global plasticisers market in 2010 created the REACH system in the European Union. Caused the adoption by the European Parliament and the Council on December 18, 2006, Regulation No. 1907/2006 in on registration, evaluation, authorization and related restrictions on chemicals, introducing provision 27 to Directive 76/769/EEC of the amendment to prohibit the use of highly aromatic extracts exceeding the limit for polycyclic aromatic hydrocarbon content.
The experimental part contains the results of research on the development and industrial-scale implementation of TDAE plasticiser production technology that meets the requirements for carcinogenicity and mutagenicity. An important stage of experimental research is the technological industrial trials concerning the TDAE plasticiser tests carried out on the Furfurol installation in the production plant of ORLEN OIL Sp. z.o.o. in Płock, Poland.
The main justification of the purpose and theses of the work are the investigations of selective solvent refining of heavy extracts in terms of the production of TDAE aromatic plasticisers meeting the requirements of EU Regulation 1907/2006. As a result of the work, it is possible to introduce into the production cycle, in addition to the base oils, a TDAE plasticiser with the trade name Elasticol, on the oil block of PKN ORLEN S.A.
Another important element of the experimental research is the use of a solvent dewaxing process to obtain various TDAE plasticisers. The process of solvent dewaxing with various solvents allowed for the development of production technology of a modified TDAE plasticiser that meets the quality requirements of EU Regulation 1907/2006 with the potential for improving its low-temperature properties. In addition, the author has registered this technology in the Patent Office under the common title, Manufacture of a modified TDAE plasticiser intended for the production of caoutchouc and rubber, especially car tyres.
Due to the broad knowledge of the interdisciplinary, extensive scope of the work, its conclusions were grouped into general, detailed, methodological, and perspective.

Keywords: petroleum plasticisers, classification of plasticisers, TDAE plasticisers, solvent extraction, solvent dewaxing, polycyclic aromatic hydrocarbons, mutagenicity, carcinogenicity of plasticisers, rubbers

  

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

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

 

 

 

 

 

 
 

Technologia i parametry techniczne pracy instalacji przemysłowej do produkcji plastyfikatora TDAE

Technology and technical working parameters of industrial plant for the production of TDAE plasticizer