Badanie rozpuszczalnoœci CO2 w solankach rejonu Be³chatowa

Jan Lubaœ1, Marcin Warnecki1

Solubility study of CO2 in saline aquifers of Belchatow region. Prz. Geol., 58: 408–415.

A b s t r a c t . European Union member states are obliged to identify and document geological

formations and structures suitable for storage of CO2 from large industrial emitters in their

territories. In Poland such studies were concentrated on deep saline aquifer formations in

several regions of the country. Poland is one of a few countries already having some experi-

ence in CO2 storage in geological structures thanks to the first industrial installation seques-

tering acid gas by direct injection to aquifer underlying Borzêcin natural gas field, in

continuous operation since 1996. PGE Be³chatów Power Plant is the largest conventional

power plant in Europe. It annually consumes 35 million tons of brown coal and it is also a sig-

nificant CO2 emitter. In the area of Be³chatów there is documented a number of deep geologi-

cal structures that meet sequestration site criteria, particularly criteria concerning depth at

which the structures are located, thickness, water mineralization and other petrophysical parameters. The paper presents mineral-

ization maps of saline aquifers from selected stratigraphic horizons (Triassic, Jurassic), basic data characterizing the reservoir

conditions in selected saline structures, as well as chemical composition of their brines and mineralization and physical parame-

ters determined in the PVT laboratory. Authors describe mechanisms that determine the amount of CO2 that can be deposited in

these aquifers. Research apparatus and procedures used during PVT study of reservoir brines and CO2 mixtures are presented in the

paper. The solubility of CO2 in brines of the Be³chatów region at pressures and temperatures corresponding to appropriate reser-

voir conditions were examined and reported in the paper.

Key words: CO2 solubility, brines, saline aquifers, sequestration, CO2 capture & storage

PGE Elektrownia Be³chatów jest najwiêksz¹ w Euro-pie elektrowni¹ konwencjonaln¹ opalan¹ wêglem brunat-nym, o mocy 4440 MW. Zu¿ywaj¹c rocznie 35 mln tonpaliwa, jest równoczeœnie Ÿród³em znacznej emisji CO2.Wychodz¹c naprzeciw wymogom ochrony œrodowiska, wtym równie¿ dyrektywy Unii Europejskiej, w ramach szer-szego programu w elektrowni realizowany jest projektbudowy pierwszej demonstracyjnej instalacji do wychwy-tywania, transportu i geologicznego sk³adowania CO2.Budowany obecnie nowy blok energetyczny o mocy 858MW zostaæ przygotowany do dzia³ania (status captureready) poprzez wykonanie instalacji wychwytywania CO2

ze spalin w iloœci 1,8 mln ton rocznie. Iloœæ ta powinna byæprzet³oczona i zdeponowana w s¹siednich, g³êbokichpoziomach solankowych.

Pañstwa cz³onkowskie Unii Europejskiej s¹ zobo-wi¹zane do rozpoznania i udokumentowania na swoimterytorium formacji i struktur geologicznych odpo-wiednich do sk³adowania CO2 pochodz¹cego z du¿ychprzemys³owych Ÿróde³ emisji. W ramach powo³anegow roku 2008 konsorcjum prowadzone s¹ badania w celurozpoznania formacji i struktur do bezpiecznegosk³adowania CO2.

Badaniom s¹ poddane szczególnie g³êbokie solankowepoziomy wodonoœne w ró¿nych rejonach kraju. InstytutNafty i Gazu, dzia³aj¹c w powo³anym konsorcjum, któregoliderem jest Pañstwowy Instytut Geologiczny – Pañstwo-wy Instytut Badawczy, wykona³ w ostatnim czasie szeregbadañ laboratoryjnych i studialnych zwi¹zanych z okreœle-niem parametrów petrofizycznych ska³ zbiornikowych wrejonie Be³chatowa oraz opracowania modeli statycznych idynamicznych okreœlonych struktur geologicznych (Szott,

2009). W celu okreœlenia pojemnoœci sk³adowania wyko-nano badania rozpuszczalnoœci CO2 w solankachwype³niaj¹cych g³êbokie poziomy wodonoœne w rejonieBe³chatowa. Polska, jako jeden z nielicznych krajów, dys-ponuje ju¿ pewnymi doœwiadczeniami w realizacji projek-tów sk³adowania CO2 w strukturach geologicznych(Lubaœ, 2007). W roku 1996, w wyniku wspó³pracy INiG iPGNiG SA uruchomiono instalacjê przemys³owegosk³adowania gazów kwaœnych w poziomach solankowychpodœcielaj¹cych z³o¿e gazu ziemnego Borzêcin. Kilkuna-stoletnia nieprzerwana praca tej instalacji oraz doœwiad-czenia z niej p³yn¹ce powinny byæ wykorzystane przyrealizacji nastêpnych, znacznie wiêkszych przedsiêwziêæ,zarówno w aspekcie technologii wychwytywania i prze-sy³u CO2, jak i in¿ynierii z³o¿owej.

Poziomy solankowe

G³êbokie solankowe poziomy wodonoœne, chocia¿ bar-dzo s³abo poznane, posiadaj¹ najwiêkszy potencja³ sk³ado-wania CO2.

Potencja³ ten mo¿na w prosty sposób przedstawiæwed³ug formu³y:

1000 — g³êbokie solankowe poziomy wodonoœne,100 — sczerpane z³o¿a wêglowodorów,10 — g³êbokie pozabilansowe z³o¿a wêgla,1 — sekwestracja mineralna.

Optymalne kryteria stosowane przy wyborze pozio-mów solankowych jako struktur dla deponowania CO2 (wgChadwick i in., 2007) przedstawiaj¹ siê nastêpuj¹co:

� g³êbokoœæ wystêpowania kolektora — 800–2500 m,� mi¹¿szoœæ kolektora � 50 m, min. 20 m,� porowatoœæ kolektora � 20%, min. 10%,� przepuszczalnoœæ kolektora � 200–300 mD, min.

100 mD,� zasolenie wód z³o¿owych: � 30 g/l,

408

Przegl¹d Geologiczny, vol. 58, nr 5, 2010

1Instytut Nafty i Gazu, Oddzia³ Krosno, ul. Armii Krajowej 3,38-400 Krosno; lubas@inig.pl, warnecki@inig.pl

J. Lubaœ M. Warnecki

� mi¹¿szoœæ warstw uszczelniaj¹cych � 100 m, min.50 m, z zachowaniem integralnoœci.

Znaczna g³êbokoœæ sk³adowania CO2, co najmniej 800 m,wynika z potrzeby uzyskania parametrów nadkrytycznychCO2, powy¿ej 73,8 bara i 31°C. W tych warunkach mo¿na wjednostce objêtoœci zdeponowaæ najwiêksz¹ iloœæ CO2.

W rejonie Be³chatowa udokumentowano szeregg³êbokich struktur geologicznych spe³niaj¹cych wstêpniewymienione kryteria, szczególnie w zakresie g³êbokoœcizalegania, mi¹¿szoœci, mineralizacji wód wysycaj¹cychska³y kolektora oraz parametrów petrofizycznych (Wój-cicki, 2008). Wstêpn¹ geologiczn¹ analizê struktur wrejonie Be³chatowa przedstawiono równie¿ w publikacji(Tarkowski i in., 2009). Szczegó³owych badañ wymaganatomiast szczelnoœæ nadk³adu z zasadniczym uwzglêd-nieniem integralnoœci w pionie oraz poziomie. Minerali-zacja wód, jako kryterium zabezpieczaj¹ce przedwykorzystaniem do celów sekwestracji zasobów wód pit-

nych, jest wystarczaj¹co wysoka, szczególnie wpoziomach triasu dolnego.

W tabeli 1 przedstawiono podstawowe dane charakte-ryzuj¹ce zarówno warunki z³o¿owe niektórych badanychstruktur solankowych reprezentowanych przez wybraneodwierty, jak i sk³ad chemiczny solanek, mineralizacjêoraz parametry fizyczne PVT okreœlone w badaniach labo-ratoryjnych (Warnecki, Kuœnierczyk, 2009). Opisane wtabeli otwory wiertnicze s¹ zlokalizowane w rejonieBe³chatowa na obszarze o promieniu 100 km i obejmuj¹swym zasiêgiem utwory permu, triasu, jury i kredy.

Mineralizacja solanek z wa¿niejszych poziomów stra-tygraficznych triasu i jury, wraz z zaznaczeniem lokaliza-cji wa¿niejszych emitentów (Lubaœ i in., 2009),przedstawiona zosta³a na poszczególnych mapach (ryc. 1,2 i 3). W zdecydowanej wiêkszoœci s¹ to wody o znacznejmineralizacji powy¿ej 30 g/l, które bêdzie mo¿na wyko-rzystaæ do sekwestracji CO2.

409

Przegl¹d Geologiczny, vol. 58, nr 5, 2010

Ryc. 1. Mapa mineralizacji wód z³o¿owych dolnego triasu (Lubaœ i in., 2009)Fig. 1. Map of mineralization of the Lower Triassic reservoir water (Lubaœ i in., 2009)

Ta

b.

1.

Da

ne

cha

rak

tery

zuj¹

cew

aru

nk

iz³

o¿o

we

wy

bra

ny

chst

ruk

tur

zba

da

ny

chza

po

mo

c¹o

dw

iert

ów

wre

jon

ieB

e³ch

ato

wa

(ob

sza

ro

pro

mie

niu

10

0k

m)

—sk

³ad

chem

iczn

yso

lan

ek,

min

era

liza

cja

ora

zp

ara

met

ryfi

zycz

ne

PV

TT

able

1.D

ata

char

acte

rizi

ngre

serv

oir

cond

itio

nsof

sele

cted

stru

ctur

esre

pres

ente

dby

the

appr

opri

ate

wel

ldat

a,br

ine

com

posi

tion

,min

eral

izat

ion,

and

phys

ical

para

met

ers

dete

rmin

edin

the

PV

Tst

udie

sfo

rth

eB

elch

atow

area

(wit

hin

ara

dius

of10

0km

)

Lp

.

No.

Nazw

aod

wie

rtu

Wel

l

Wie

k

Age

Str

op

Laye

rce

ilin

g

[m]

Waru

nk

iz³

o¿o

we

Res

ervo

irco

ndit

ions

Sk

³ad

sola

nk

iz³

o¿o

wej

[mg/d

m3]

Bri

ne

com

posi

tion

Min

erali

-zacj

a

Min

erali

zati

on

com

posi

tion

[g/d

m3]

Para

met

ryok

reœl

on

ew

bad

an

iach

PV

T

PV

Tpro

per

ties

Pz³

[bar]

Tz³

[oC

]C

lB

rJ

Ca

Mg

Fe

Na

KR

s CO

2

[m3/m

3]

BS

N

[m3/m

3]

�S

N

[g/c

m3]

�S

M

[g/c

m3]

1B

udzi

szew

ice

IG1

J11

325

132

45,5

291

6,60

8,54

1,26

394,

0074

,00

–1

824

140,

57,

092

30,0

1,04

41,

018

1,00

28

2B

udzi

szew

ice

IG1

T1

343

637

511

0,0

6077

6,00

156,

6211

,72

986

0,00

4,40

–27

490

750,

010

4,90

025

,11,

067

1,05

11,

0716

3Je

¿ów

IG1

J11

635

162

49,3

136

9,40

7,68

0,00

27,0

37,

606,

0093

017

,52,

660

29,4

1,03

81,

021

1,00

10

4Je

¿ów

IG1

J11

712

167

50,8

802

7,78

54,1

61,

9236

1,72

111,

1318

,00

425

036

,012

,960

30,5

1,04

51,

022

1,00

71

5Je

¿ów

IG1

T3

189

318

758

,539

238,

9124

8,11

1,35

447

1,88

796,

7025

,00

1750

015

0,0

63,2

0025

,41,

043

1,04

71,

0413

6Je

¿ów

IG1

T1

272

631

377

,521

985

2,00

196

3,39

3,49

6968

5,00

544

6,62

75,0

046

000

370

0,0

360,

000

13,0

1,02

91,

223

1,23

27

7K

alis

zIG

1J1

118

511

845

,11

315,

155,

600,

4110

1,53

40,8

42,

2272

446

,02,

560

31,3

1,04

81,

014

1,00

03

8K

alis

zIG

1P

23

025

339

123,

020

163

7,00

179

8,47

–18

134,

554

558,

50–

8750

013

750,

033

6,60

013

,51,

058

1,16

61,

2067

9M

adaj

eS

tare

IG1

K1

147

814

048

,019

,00

––

55,0

07,

001,

0032

6,0

0,26

330

,91,

048

1,01

20,

9986

10M

adaj

eS

tare

IG1

J31

929

181

62,1

3320

0,00

85,0

03,

001

950,

0066

4,00

1,20

1750

032

0,0

55,9

0025

,31,

044

1,04

01,

0352

11M

adaj

eS

tare

IG1

J32

178

205

69,4

5890

0,00

133,

004,

003

500,

001

000,

001,

0030

400

520,

096

,200

22,2

1,04

21,

061

1,06

11

12N

iech

mir

ówIG

1J1

140

013

452

,575

575,

9874

7,66

4,50

1742

4,00

289

4,08

46,5

524

750

440,

012

7,00

020

,21,

035

1,08

81,

0855

13O

¿egó

wIG

1T

12

085

216

71,8

148

650,

001

050,

005,

0019

600,

004

000,

0035

,00

6375

01

900,

024

2,00

014

,61,

037

1,14

21,

1552

14O

¿egó

wIG

1P

22

538

263

89,2

199

100,

001

400,

007,

0030

750,

004

400,

0050

,00

8250

02

550,

032

8,00

013

,81,

040

1,19

01,

2104

15P

oddê

bice

IG1

J32

545

252

87,0

7620

0,00

81,0

04,

003

650,

0075

0,00

83,0

040

500

640,

012

9,00

021

,11,

047

1,06

91,

0770

Pojemnoœæ sk³adowania poziomów solankowych

Mo¿na wyró¿niæ cztery podstawowe czynniki okre-œlaj¹ce pojemnoœæ sk³adowania CO2 w poziomach solan-kowych (Chadwick i in., 2007):

� pu³apkowanie strukturalne i stratygraficznemigruj¹cego CO2 w przestrzeni porowej (faza gazu,p³ynu lub cieczy),

� rozpuszczanie CO2 w solance z³o¿owej,� rezydualne nasycanie ska³y oparte na zjawiskach

adsorpcji i si³ kapilarnych,� wi¹zanie geochemiczne CO2 poprzez ska³ê kolekto-

ra, sk³adniki i pierwiastki reaktywne rozpuszczonew rodzimej solance.

Procesy mineralnego wi¹zania, w wyniku którychpowstaj¹ wêglany odgrywaj¹ niewielk¹ rolê ze wzglêdu nabardzo wolny ich przebieg. W rezultacie praktyczne zna-czenie maj¹ trzy pozosta³e procesy, w tym rozpuszczalnoœæCO2 w solankach.

Najbardziej przybli¿on¹ metodê wyliczania pojemno-œci sk³adowania CO2 okreœlili Bachu & Shaw (2003). Przy-

jêto w niej, ¿e przestrzeñ porowa zajmowana przez wydo-bywalne iloœci p³ynów z³o¿owych mo¿e byæ wykorzystanado sk³adowania CO2.

Iloœæ CO2, która mo¿e byæ deponowana w danympoziomie solankowym, jest okreœlana jako wskaŸnikpojemnoœci C (Chadwick i in., 2007). Przedstawia onu³amek objêtoœciowy pojemnoœci z³o¿owej poziomusolankowego i jest definiowany jako suma cz³onów nie-mieszalnego, nadkrytycznego CO2 (Cgaz) oraz CO2 roz-puszczonego w rodzimych solankach wype³niaj¹cychprzestrzeñ ska³y kolektora (Cciecz).

C C Cgaz ciecz= +

C Sgaz

g= φ , C S Xciecz CO

g= φ ρ ρ1 12

1/

gdzie: � — porowatoœæ, Sg, S1 — udzia³ objêtoœciowy przestrze-ni porowej zawieraj¹cej odpowiednio nadkrytyczny CO2

oraz ciecz, X1CO2 — udzia³ masowy CO2 rozpuszczonego

w solance, �g, �1 — gêstoœci odpowiednio fazy nadkry-tycznej oraz ciek³ej; nawiasy < > oznaczaj¹ wartoœciuœrednione dla danego obszaru przestrzeni porowej roz-patrywanej struktury.

411

Przegl¹d Geologiczny, vol. 58, nr 5, 2010

Ryc. 2. Mapa mineralizacji wód z³o¿owych górnego triasu (Lubaœ i in., 2009)Fig. 2. Map of mineralization of the Upper Triassic reservoir water (Lubaœ i in., 2009)

Z dotychczas przeprowadzonych badañ wynika, ¿ewiêkszoœæ zat³aczanego CO2 bêdzie wypieraæ wodê z prze-strzeni porowej i gromadziæ siê jako swobodny gaz, czêstow stanie nadkrytycznym w górnej czêœci przestrzeni kolek-tora (van der Meer & Egberts, 2008). Rozpuszczanie CO2

zachodzi wówczas, gdy w uk³adzie mamy do czynienia zwystarczaj¹c¹ iloœci¹ wody. W przestrzeni porowej pozo-staje woda zwi¹zana, której iloœæ stopniowo maleje, coprzyczynia siê do zwiêkszania iloœci zmagazynowanegoCO2 w stanie nadkrytycznym (Horne, 2008). W przypadkuzat³aczania bardzo du¿ych objêtoœci CO2, gaz ten wywierawp³yw na zmiany objêtoœci i ciœnienia ca³ego uk³adusekwestracyjnego.

Wykonane obliczenia symulacyjne z wykorzystaniemoprogramowania SIMED IITM (van der Meer & van Wees,2006 a) wykaza³y, ¿e w typowym poziomie zawodnionymw pocz¹tkowej fazie do wody przenika od 10–20% maso-wych CO2 ulegaj¹cego rozpuszczeniu. Woda nasyconarozpuszczonym CO2 zwiêkszaj¹c sw¹ gêstoœæ, opada wdó³ i jest zastêpowana „œwie¿¹”, nienasycon¹ wod¹ w

rezultacie procesów konwekcyjnych. W wyniku segrega-cji grawitacyjnej nasycona dwutlenkiem wêgla wodaz³o¿owa opada do strefy sp¹gowej poziomu zawodnione-go (van der Meer & van Wees, 2006 b). Potwierdzaj¹ to wpewnym stopniu badania sejsmiczne 3D wykonane wpoziomie solankowym formacji Utsira, gdzie do roku2001 zat³oczono 4,3 Mt CO2 (Meadows, 2008).

Modelowanie symulacyjne wykaza³o, ¿e dalsze roz-puszczanie CO2 przebiega bardzo wolno i dopiero poup³ywie 1000 lat przekroczy 50% iloœci zat³oczonej.

Badanie rozpuszczalnoœci CO2

w solankach rejonu Be³chatowa

Badania mieszanin CO2 i wód z³o¿owych prowadzo-no na nowoczesnej, bezrtêciowej aparaturze PVT dookreœlania w³aœciwoœci fazowych p³ynów z³o¿owych wINiG, Oddzia³ Krosno (ryc. 4).

Zasadniczym elementem aparatury s¹ dwie komoryciœnieniowe umieszczone w powietrznej ³aŸni termosta-

412

Przegl¹d Geologiczny, vol. 58, nr 5, 2010

Ryc. 3. Mapa mineralizacji wód z³o¿owych jury dolnej (Lubaœ i in., 2009)Fig. 3. Map of mineralization of the Lower Jurassic reservoir water (Lubaœ i in., 2009)

tycznej z mo¿liwoœci¹ prowadzenia badañ do ciœnienia690 barów i temperatury do 200°C (ryc. 5)

Proces mieszania próbki w zadanych warunkach ciœ-nienia i temperatury (PT) realizowany jest poprzez pierœ-cieñ magnetyczny przesuwany mechanicznie w górê i wdó³ wewn¹trz komory.

Procedura badawcza stosowana podczas badañ kolej-nych mieszanin CO2 i solanki polega³a na przygotowywaniusolanki o zadanym sk³adzie chemicznym, wprowadzeniu jejdo komory, odpowietrzeniu, dot³oczeniu odpowiedniej ilo-œci CO2, uzyskaniu oczekiwanych parametrów ciœnieniai temperatury, odpowiednio d³ugim mieszaniu w celuosi¹gniêcia maksymalnego nasycenia solanki dwutlenkiemwêgla, a nastêpnie przeprowadzeniu dwuetapowej separacjip³ynów z precyzyjnym pomiarem ich objêtoœci.

W tabeli 1 zebrano rezultaty badañ wybranych solanek,informacje uzupe³niono o parametry z³o¿owe oraz sk³adposzczególnych solanek. Wybrane dane zilustrowano gra-ficznie na kolejnych rysunkach:

� rozpuszczalnoœæ CO2, RsCO2 w poszczególnychsolankach w warunkach PT (ryc. 6),

� rozpuszczalnoœæ CO2 w solankach w funkcji tempe-ratury z³o¿owej (ryc. 7),

� rozpuszczalnoœæ CO2 w solankach w funkcji ciœnie-nia z³o¿owego (ryc. 8),

� rozpuszczalnoœæ CO2 w solankach w funkcji stopniamineralizacji (ryc. 9).

We wszystkich przypadkach, z wyj¹tkiem jednego, CO2

znajdowa³ siê w stanie nadkrytycznym. Podczas badañdoœwiadczalnych istnia³a mo¿liwoœæ wizualnej obserwacji,przez szklany wziernik, zachowania siê CO2 i fazy wodnej.Po osi¹gniêciu stanu nasycenia wody rozpuszczaj¹cym siêdwutlenkiem wêgla, na powierzchni lustra wody znajdo-wa³a siê faza CO2 w stanie nadkrytycznym, niemieszaj¹casiê z wod¹. Potwierdza to wczeœniejsze doniesienia literatu-

ry (Tarkowski, 2005) o niemieszalnoœci nadkrytycznegoCO2 z faz¹ wodn¹.

Wyniki badañ zilustrowane na rycinie 6 wykazuj¹znaczn¹ rozpiêtoœæ rozpuszczalnoœci CO2 w badanychsolankach, w granicach od 12,9 do 32,1 m3/m3, w tym wsolankach:

� permu dolnego ( P1) 32,1 m3/m3,� permu górnego (P2) 12,9–13,8 m3/m3,� triasu dolnego (T1) 13,0–25,4 m3/m3,� triasu œrodkowego (T2) 14,1 m3/m3,� triasu górnego (T3) 25,4–29,4 m3/m3,� jury dolnej (J1) 23,6–31,3 m3/m3,� jury œrodkowej (J2) 32,0 m3/m3,� jury górnej (J3) 21,1–25,3 m3/m3,� kredy dolnej (K1) 24,1–31,2 m3/m3,� kredy górnej (K2) 31,8 m3/m3.W p³ytszych warstwach rozpuszczalnoœæ jest wiêksza

ze wzglêdu na mniejsz¹ mineralizacjê solanki i ni¿sz¹ tem-peraturê. Oba te czynniki hamuj¹ wp³yw ciœnienia, któreoddzia³ywuje na rozpuszczalnoœæ CO2 odwrotnie ni¿ mine-ralizacja i temperatura.

Rozpuszczalnoœæ CO2 maleje wraz ze wzrostem tempera-tury (ryc. 7). Ten trend rozpuszczalnoœci zak³óca zmieniaj¹casiê mineralizacja, nie koniecznie wraz z rosn¹c¹ temperatur¹.

Zale¿noœæ rozpuszczalnoœci CO2 wraz ze wzrostem ciœ-nienia przedstawiona na rycinie 8 jest wyraŸnie zak³óconaprzez wp³yw mineralizacji badanej solanki, któraoddzia³ywuje odwrotnie do ciœnienia. Wraz z rosn¹cymciœnieniem zwiêkszaj¹cym rozpuszczalnoœæ CO2 roœniezwykle mineralizacja, a jej efekt jest zupe³nie odwrotny. Wrezultacie otrzymujemy obraz wyraŸnie zdeformowany.

Prawid³ow¹ zale¿noœæ uzyskano natomiast badaj¹cwp³yw mineralizacji solanki na wielkoœæ rozpuszczalno-œci, która jest odwrotnie proporcjonalna do tego parametru(ryc. 9).

413

Przegl¹d Geologiczny, vol. 58, nr 5, 2010

Ryc. 4. Aparatura do badañ przemian fazowych PVT w INiG, Oddzia³ Krosno. Fot. M. WarneckiFig. 4. Apparatus for PVT study of phase transitions in INiG, Krosno Branch. Photo M. Warnecki

414

Przegl¹d Geologiczny, vol. 58, nr 5, 2010

Ryc. 5. Komory ciœnieniowe posadowione w powietrznej ³aŸni termostatycznej. Fot. M. WarneckiFig. 5. Pressure chamber placed in the thermostatic air bath. Photo M. Warnecki

5

10

15

20

25

30

35

40

Budziszewice IG-1(1)

Budziszewice IG-1(2)

Kalisz IG-1(1)

Kalisz IG-1(2)

Madaje Stare IG-1

(1)

Madaje Stare IG1

(2)

Madaje Stare IG-1

(3)

Niechmirów

IG-1(1)

SarnówIG-1

(1)

SarnówIG-1

(2)

Szwejki IG-3(1)

Szwejki IG-3(2)

ZakrzynIG-1

(1)

ZakrzynIG-1

(2)

ZakrzynIG-1

(3)

Zaosie-2(1)

Zaosie-3(2)

Zaosie-3(3)

Zaosie-2(4)

Zgierz IG-1(1)

nazwa odwiertu (numer próbki) borehole (sample number)

rozp

usz

cza

lno

ϾC

O(R

s)

[m/m

]2

CO

23

3so

lub

ilit

yo

fC

O2

Poddêbice PIG-2(4)

O¿egówIG-1

(2)

Radoszyn-1(1)

Poddêbice PIG-2(3)

Poddêbice PIG-1(2)

Poddêbice PIG-1(1)

O¿egówIG-1

(1)

Je¿ówIG-1

(4)

Je¿ówIG-1

(3)

Je¿ówIG-1

(2)

Je¿ówIG-1

(1)

Ryc. 6. Rozpuszczalnoœæ CO2 w poszczególnych solankach w wybranych otworach wiertniczychFig. 6. Solubility of CO2 in brines under in selected boreholes

Wnioski

W artykule zarysowano w skróconej formie zagadnie-nia zwi¹zane z mo¿liwoœci¹ sk³adowania CO2 w pozio-mach solankowych rejonu Be³chatowa, zwracaj¹cszczególn¹ uwagê na rolê rozpuszczalnoœci. Okreœlona wwyniku badañ doœwiadczalnych rozpuszczalnoœæ CO2 wposzczególnych solankach, zmienia³a siê w zakresie od12,9 (Radoszyn-1) do 32,1 m3/m3 (Zakrzyn IG-1).£atwoœæ rozpuszczania siê CO2 w wodach z³o¿owychuzale¿niona jest od parametrów z³o¿owych oraz cechfizyczno-chemicznych solanki. Mineralizacja bêd¹cam.in. pochodn¹ g³êbokoœci zalegania warstwy wodono-œnej, a wiêc równie¿ ciœnienia i temperatury ma zasadni-czy wp³yw na zdolnoœci rozpuszczania siê CO2 w danejsolance z³o¿owej. Jak powszechnie wiadomo, w solan-kach charakteryzuj¹cych siê wysok¹ wartoœci¹ minerali-zacji rozpuszczalnoœæ CO2 jest ni¿sza w porównaniu dowód s³odkich. W strukturze Budziszewice rozwa¿anejwstêpnie jako obiekt sekwestracyjny dla Be³chatowa, roz-puszczalnoœæ CO2 jest ca³kiem pokaŸna i wynosi od 25 do30 m3/m3. Uzyskane wyniki zostan¹ wykorzystane w dal-szych pracach konsorcjum, a szczególnie podczas wyko-nywania prognoz okreœlaj¹cych pojemnoœæ sk³adowaniaCO2 na dynamicznych modelach symulacyjnych obiek-tów zlokalizowanych w rejonie Be³chatowa zgodniez za³o¿onym programem zat³aczania.

Przytoczone prace studialne wykazuj¹, na podstawiewykonanych symulacji z³o¿owych, powolny przebieg zja-

wisk rozpuszczania CO2 w poziomach solankowych,wymaga to jednak potwierdzenia obserwacjami i badania-mi polowymi, np. w obiekcie Borzêcin.

W artykule wykorzystano wyniki prac wykonanych na zamó-wienie Ministra Œrodowiska za œrodki finansowe wyp³aconeprzez Narodowy Fundusz Ochrony Œrodowiska i GospodarkiWodnej.

Literatura

BACHU S. & SHAW J. 2003 — Evaluation of the sequestration capa-city in Alberta’s oil and gas reservoirs at depletion and the effectunderlying aquifers. Can. J. Petr. Techn., 42, 9: 51–61.CHADWICK A., ARTS R., BRENSTONE CH. MAY F., THIBEAU S.& ZWEIGEL P. 2007 — Best practice for the storage of CO2 in salineaquifers. CO2STORE_BPM_final_rev 1.HORNE R. 2008 — Physical modeling of CO2 sequestration. Califor-nia Energy Commision, Stanford University.LUBAŒ J. 2007 — Pionierskie doœwiadczenia Polski w zakresiesekwestracji dwutlenku wêgla. Prz. Geol., 55, 8: 663–665.LUBAŒ J., MATYASIK I. & SOWI¯D¯A£ K. 2009 — Rozpoznawanieformacji i struktur do bezpiecznego geologicznego sk³adowania CO2 wraz zprogramem ich monitorowania — Charakterystyka hydrogeochemicznap³ynów z³o¿owych. Zamówienie Ministra Œrodowiska. Arch INiG, Kraków.MEADOWS M. 2008 — Time — lapse seismic modeling and inversionof CO2 saturation for storage and enhanced oil recovery. TLE, 27, 4:506–516.SZOTT W. 2009 — Rozpoznawanie formacji i struktur dla bezpiecznegogeologicznego sk³adowania CO2 wraz z programem ich monitorowania.Opracowanie szczegó³owych statycznych modeli oœrodka geologicznegosk³adowisk. Zamówienie Ministra Œrodowiska. Arch INiG, Kraków.TARKOWSKI R. (red.) 2005 — Podziemne sk³adowanie CO2 w g³êbo-kich strukturach geologicznych (ropo-, gazo- i wodonoœnych). Wyd.IGSMiE PAN, Kraków.TARKOWSKI R., MAREK S. & ULIASZ-MISIAK B. 2009 — Wstêp-na geologiczna analiza struktur do sk³adowania CO2 w rejonie Be³cha-towa. Gosp. Sur. Miner., 25, 2: 37–45.VAN DER MEER B. & EGBERTS P. 2008 — Calculating subsurfaceCO2 storage capacities. TLE, 27, 4: 502–505.VAN DER MEER L. & VAN WEES J. 2006 a — Effects of CO2 solu-bility on the long – term fate of CO2 sequestred in a saline aquifer.TLE, 25, 10: 1276–1280.VAN DER MEER L. & VAN WEES J. 2006 b — Limitation to storagepressure in finite saline aquifers and effect of CO2 solubility on storagepressure. SPE 103342.WARNECKI M. & KUŒNIERCZYK J. 2009 — Rozpoznawanie for-macji i struktur do bezpiecznego geologicznego sk³adowania CO2 wrazz programem ich monitorowania — Badania PVT p³ynów z³o¿owych.Zamówienie Ministra Œrodowiska. Arch INiG, Kraków.WÓJCICKI A. 2008 — Rozpoznawanie formacji i struktur dobezpiecznego geologicznego sk³adowania CO2 wraz z programem ichmonitorowania — Charakterystyka formacji i struktur dogeologicznego sk³adowania CO2. Zamówienie Ministra Œrodowiska.Centr. Arch. Geol. Pañstw. Inst. Geol., Warszawa.

Praca wp³ynê³a do redakcji 14.09.2009 r.Po recenzji akceptowano do druku 03.02.2010 r.

415

Przegl¹d Geologiczny, vol. 58, nr 5, 2010

temperatura [ C]temperature °

0

5

10

15

20

25

30

35

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

rozp

uszc

zaln

oϾ

CO

(Rs

)[m

/m]

2C

O2

33

solu

bili

tyof

CO

2

Ryc. 7. Rozpuszczalnoœæ CO2 w solankach w funkcji rosn¹cejtemperatury z³o¿owejFig. 7. Solubility of CO2 in the brines as a function of rising rese-

ciœnienie [bar]pressure

0

5

10

15

20

25

30

35

0 100 200 300 400 500 600

rozp

uszc

zaln

oϾ

CO

(Rs

)[m

/m]

2C

O2

33

solu

bili

tyof

CO

2

Ryc. 8. Rozpuszczalnoœæ CO2 w solankach w funkcji ciœnieniaz³o¿owegoFig. 8. Solubility of CO2 in the brines as a function of reservoirpressure

mineralizacja [g/dm ]mineralization 3

rozp

uszc

zaln

oϾ

CO

(Rs

)[m

/m]

2C

O2

33

solu

bili

tyof

CO

2

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Ryc. 9. RozpuszczalnoϾ CO2 w solankach w funkcji mineralizacjiFig. 9. Solubility of CO2 in the brines as a function of brine minera-lization