Ocena dynamiki spalania propelantów w środowisku węgla kamiennego

Artykuł opracowano na podstawie wyników badań zrealizowanego projektu szczelinowania gazowego próbek węgla kamiennego z wykorzystaniem materiałów wysokoenergetycznych – propelantów, w skali laboratoryjnej. Założeniem projektu było sprawdzenie, czy metoda stymulacji przepływu mediów ze złoża do odwiertu, znana z zastosowań w przemyśle naftowym przy konwencjonalnych złożach węglowodorów, może zostać wykorzystana w przypadku złóż metanu z pokładów węgla kamiennego (CBM). Metoda szczelinowania gazowego z zastosowaniem materiałów wysokoenergetycznych opiera się na niedetonacyjnym wykonaniu kilku radialnych szczelin w strefie przyotworowej, poprzez oddziaływanie ciśnienia gazów prochowych, powstałych w wyniku inicjacji propelantów. Zakres pracy obejmował serię testów szczelinowania gazowego w warunkach poligonowych na próbkach węgla kamiennego, które zostały zeskanowane tomografem komputerowym, przed i po próbach ciśnieniowych z wykorzystaniem materiałów wysokoenergetycznych. Zabieg szczelinowania wykonano w laboratoryjnym silniku rakietowym (LSR), odpowiednio dostosowanym do badań na próbkach węgli. Uzyskane obrazy spękań poddano analizie porównawczej z obrazami pierwotnej sieci spękań w węglach oraz opisano występujące pomiędzy nimi różnice. Dodatkowo przeanalizowano wykresy ciśnienia w komorze silnika laboratoryjnego, powstałe w trakcie badań.

The article is based on the results of a research project concerning gas fracturing of coal samples using high-energetic materials – propellants, in a laboratory scale. The project assumption was to verify that the method of stimulating the flow of media from a reservoir to a well, already known from use in the petroleum industry on conventional hydrocarbon reservoirs, could be applicable to coal bed methane (CBM). The gas fracturing method using high-energy materials is based on the non-explosive execution of several radial fractures in the near-well area, by the pressure from combustion gas produced by propellant initiation. The scope of work, included a series of gas fracturing tests in fireground conditions, on coal samples that had been scanned by computer tomography before and after pressure testing, with high energy materials. The fracturing process was done in a laboratory rocket engine (LSR), suitably adapted to the test on carbon samples. The fractures’ images obtained were subjected to comparative analysis with the images of the native fracture system in coals and differences between them adequately described. In addition, the charts of pressure generated during the tests in the laboratory engine compartment were analyzed.