Tájékoztató

Magyarország jelenlegi földtani ásványvagyona közel 38 Gt, melynek nominális gazdasági értéke meghaladja a 9000 Mrd Ft-ot. Ebből a szénhidrogén készlet (a nem-konvencionális szénhidrogéneket nem számítva) mindössze 2%, azonban ennek nominális gazdasági értéke közelíti a 4000 Mrd Ft-ot. A jelenleg alkalmazható technológiákkal kitermelhető készletek vonatkozásában a kép még kedvezőtlenebb (kőolaj+földgáz együttes részaránya 0,7%). Világszerte, így hazánkban is erősödik az igény a nem-hagyományos CH források kiaknázására. Az AFKI a hazai kutatások kezdete óta részt vesz a ’tight’ és ’shale’ tárolók feltárásához kapcsolódó feladatokban, kutatási tapasztalatait hasznosítandó további vizsgálatokat tervezünk ezen a területen is. A pályázat keretében tervezett kutatás jelentős szerepet játszhat a geotermikus energia hazai felhasználásának növelésében. Speciális vízgazdálkodási stratégia kialakítására van szükség annak érdekében, hogy fenntartható módon elégíthessük ki egy adott területen a felszín alatti vízre alapozó ivóvíz-, gyógyászati célú és az energetikai célú igényeket. A projekt kutatócsoportja újszerű kutatómunkát kíván végezni a természeti energiaforrások fenntartható kiaknázásának témakörében az alábbi kutatási területeken.

1. A szénhidrogén telepek kihozatali hatásfok növelését biztosító eljárások kutatása és fejlesztése (vezető kutató Lakatos István, akadémikus)
2. Nagy hatékonyságú hozamnövelő rétegkezelési eljárások kutatása és fejlesztése (vezető kutató Kovács Ferenc, akadémikus)
3. Meddő és használaton kívüli kutak energetikai hasznosíthatósága (vezető kutató Szűcs Péter, MTA doktor) A megvalósítandó kutatási tevékenységeket részletesen az alábbiakban mutatjuk be.

1. A szénhidrogén telepek kihozatali hatásfok növelését biztosító eljárások kutatása és fejlesztése. Sajnálatos tény, hogy az elmúlt évtizedekben a csúcsidőszakhoz képest az éves termelés kőolajból 2 Mt-ról 0,7 Mt-ra, földgázból 8 Gm3-ről alig 3 Gm3-re csökkent. Ennek tudható be, hogy a kőolaj- és földgázigény szempontjából Magyarország ma az Európai Unió leginkább importigényes tagja. Közismert, hogy az importigény csökkentése új erőforrások megkutatása, tehát vagyon növelése és a kitermelési hatásfok javítása révén lehetséges. Tekintettel arra, hogy az ország területének átlagon felüli megkutatottsági foka miatt jelentős új vagyon feltárására alig van remény, az importérzékenység csökkentésének lényegében egyetlen módja a kitermelhető készletek növelése, aminek záloga a korszerű, harmadlagos technológiák mainál szélesebb körben való alkalmazása.
   
   Ebből kiindulva a kutatás első_oszlopdleges célja egyrészt a kőolaj- és gáztelepek teljes tároló-térfogatára kiterjedő intenzív művelési technológiák (EOR), másrészt a termelő és besajtoló kutak működési karakterisztikájának megváltoztatására alkalmas új serkentési módszerek (reservoir conformance control methods, well stimulation, RCC) kifejlesztése. A tervezett K+F tevékenység átfogja a teljes innovációs láncot az alapkutatástól a pilot teszteken keresztül az új eljárások ipari bevezetéséig. A sikeres kutatási tevékenyég garanciája az AFKI (és jogelődjének) szoros, közel 60 évet átfogó együttműködése a MOL Group Upstream társzervezeteivel, amely az MTA Olajbányászati Kutatólaboratórium 1957-ben történő megalapításával vette kezdetét azzal a deklarált céllal, hogy alapkutatási támogatást nyújtson a Magyar Kőolaj- és Földgázipar számára. A tervezett kutatás célja tehát továbbra is a hazai szénhidrogén vagyon kitermelési hatásfokának növelése, a termelés csökkenésének megállítása és lassítása, ami egyidejűleg szolgálja a nemzetgazdasági érdeket és a MOL Group stratégiai céljait. A K+F tevékenységek egymásra épülő feladatai és (projekt hónapban adott) ütemezése:

• A releváns irodalom áttekintése: általános IOR/EOR módszerek potenciálja, jelene és jövője. Réteg és kútserkentési módszerek globális szerepe rövid és hosszútávon (1-6).
• A harmadlagos (kémiai és gázbesajtolási) módszerek lehetőségei a kőolaj és földgáz telepekben. Az intenzív módszerek alkalmazásának eredményei, az eredmények kritikai értelmezése (3-15).
• Új típusú intenzív termelési módszerek elvi megalapozása és az alapkutatási tervek elkészítése (13-22)
• Nagyhatékonyságú új hibrid termelési módszerek alkalmazott kutatása és a kapcsolódó laboratóriumi komplex vizsgálatok elvégzése (14-30)
• Hibrid elárasztási technológiák és multifunkcionális kútserkentési műveletek összekapcsolási lehetőségeinek vizsgálata és laboratóriumi modellezése (36-46) • Az elvi alapokon kidolgozott eljárások alapján, általános és specifikus technológiák fejlesztése (26-46)
• Ipari kísérletek tervezése, általános technológiák és specifikus pilotok alkalmazásának előkészítése a teljes innovációs lánc figyelembe vételével. Eredmények disszeminációja (26-48).

2. Nagy hatékonyságú hozamnövelő rétegkezelési eljárások kutatása és fejlesztése A kutatási terület altémáit összekapcsoló, nagy hatékonyságú hozamnövelő eljárások fejlesztésének célja az ásványi nyersanyagok energetikai célú hasznosításának, hozzáférhetőségének, ill. hatékony kitermelési technológiáinak fejlesztése, a helyi földtani adottságok, sajátosságok figyelembevételével. A hazai nem-hagyományos földgáz előfordulások termeltethetőségének megítélése a mai napig nem egyértelmű. Az AFKI a hazai kutatások kezdete óta részt vesz a ’tight’ és ’shale’ gáztárolók feltárásához kapcsolódó feladatokban. Kétségtelen, hogy hidraulikus rétegrepesztés alkalmazása nélkül ezek a formációk nem termeltethetőek (vagy nem termeltethetőek gazdaságosan). A rétegrepesztés, mint világszerte rutinszerűen alkalmazott ipari technológia alkalmazása és hatékonyságának megítélése, a hazai extrém nyomású és hőmérsékletű (UHPHT) kőzetekben számos kritikus kérdést, megoldandó problémát vet fel. A kutatások során vizsgáljuk a nem-hagyományos tárolók nano-méretű pórusokban lejátszódó transzportfolyamatokat, különös tekintettel a fluidumok relatív permeabilitására, a telítettségviszonyokra és az áramlás jellegére. A gázáramlás esetén az áteresztőképesség nem csupán a kőzet típusától, szerkezetétől (póruscsatornák mérete, falának érdessége, tortuozitása stb.) függ, hanem az áramló gáz tulajdonságaitól és az áramlás átlaghőmérsékletétől és nyomásától is. A shale tárolók kőzeteinek kőzetmechanikai viselkedése, bizonyos mélység- és nyomás tartományokban nehezen jelezhető előre. A kőzet plaszticitás és az esetlegesen, a nyomásrendszer megváltozásából eredő ásványi átalakulások jelensége még technológiai értelemben sikeres repesztési műveletek esetén is okozhatja a repedésrendszer 'visszazáródását'. A kutatások során vizsgáljuk a repedés fenntarthatóságát és termeltethetőségét célzó megoldásokat, különös tekintettel a repesztő folyadékokra és kitámasztó anyagokra. A kutatás fontos feladata az extrém tároló-körülmények ill. rossz tároló-tulajdonságok miatt, a vízbázisú repesztő folyadék alkalmazása okán esetlegesen kialakuló vízblokk (formation damage) képződés, illetve a csökkenő nyomás hatására bekövetkező retrográd kondenzáció (condensate dropout) jelenségek elméleti és laboratóriumi kísérlet vizsgálata, különös tekintettel e jelenségek tároló-paraméterek és telítettség-viszonyoktól, illetve a többkomponensű rendszer összetételétől való függésére.
   Az összefüggések feltárását követően lehetőség nyílik a termeltethetőség (a gáz mozgóképes) különböző kőzetfizikai paraméterektől valamint az áramlási tér jellemzőitől való függésének feltárására és experimentális kutatására, nem kizárva a probléma folyékony gázzal történő rétegrepesztési technológia, mint alternatív lehetőség, körülményi közötti vizsgálatát. További vizsgálandó feladat, az agyagásványok metamorf reakciójának (pl. szmektit-illitátmenetek) szerepe a repedés porozitásának alakulásában. A vízblokk kialakulása a mátrixban, a fluidum fázisok illetve az új ásványok megjelenése a repedésben nagymértékben ronthatja, vagy teljesen lehetetlenné teheti a gáz kúttalphoz történő beáramlását, ezzel gátolva a tároló-réteg termelésbe állítását. Ezek a komplex tároló adottságok a rétegrepesztési technológia hatásos alkalmazhatóságát nehezítik, esetlegesen sikertelenné tehetik. A nem-hagyományos tárolók kutatásának számos új feladattal kell megbirkóznia, így megnövekedett a tároló kőzetekben nyomásváltozás hatására a rugalmas/akusztikus jellemzőkben bekövetkezett változás vizsgálatának jelentősége. Új kőzetfizikai modell kidolgozásával a műszaki földtudomány és gyakorlat számára is fontos paraméterek nyomásfüggésének leírása vált lehetővé.
   Ezen kívül nemzetközi vonatkozásban is fontos és érdeklődésre számot tartó probléma az akusztikus hiszterézis jelenségét leíró kőzetfizikai modell kifejlesztése. Ezek a kőzetfizikai vizsgálatok a rétegrepesztés és annak modellvizsgálatai számára fontos ismereteket szolgáltatnak a tároló kőzetről. A mélyfúrási geofizika in-situ információt szolgáltat a tárolók kőzetfizikai tulajdonságairól. A mérési adatok kiértékelése indirekt módon, az inverz feladat megoldásával történik. A projekt keretében a szénhidrogén kutatásban hagyományosan alkalmazott mélységpontonkénti feldolgozás helyett az intervallum inverziós eljárás fejlesztése/továbbfejlesztése indokolt, amellyel a petrofizikai jellemzők jelentős pontossági javulását értjük el a mérésekből leszármaztatható petrofizikai jellemzők számának növelése mellett. Ennek a tight ill. shale gáztárolók kutatásánál kiemelt jelentősége lehet, mivel ezeknél a meghatározandó petrofizikai paraméterek nagyobb száma miatt az inverz probléma megfelelően pontos és stabil megoldásának lehetősége a hagyományos eljárásokban korlátozott. Az ilyen tárolók megismeréséhez további fontos mennyiségek (ún. zóna paraméterek) ismerete szükséges, ezeknek automatikus meghatározása egyedül az intervallum inverzión belül lehetséges. A fúrólyukszelvények faktoranalízisével az agyagtartalom és a permeabilitás független becslését valósíthatjuk meg. E független eredmény tovább növeli a tárolómodell megbízhatóságát mind az első_oszlopdleges, mind a másodlagos porozitású kőzetekben. Ezen túlmenően helyi regressziós összefüggéseket állapíthatunk meg a tároló-paraméterek (kötött víztelítettség, agyagtartalom, effektív porozitás, permeabilitás, TOC) között és meghatározhatjuk a kitermelés során alkalmazható kritikus technikai paramétereket. A kutatások során vizsgáljuk a nem-hagyományos tárolók rétegvizsgálata során esetlegesen jelentkező hidrát képződési folyamatokat, a kialakuló transzportfolyamatok matematikai megfogalmazása alapján, szimulációs modellt készítünk. A méréseinkkel validált modell alapján intelligens irányítási algoritmusokat konstruálhatunk. A szénhez kötött metán (Coal Bed Methane, CBM és ECBM) kitermelhetőségének jövőbeli lehetőségeit a gáz felszabadításának megteremtésével ugyancsak a rétegrepesztési módszerek teremthetik meg. Az AFKI-ban több mint egy évtizede folynak a mesterséges, hidraulikus rétegrepesztéssel, mélységi forró kőzetekben kialakított hőcserélő-felületből kinyerhető energiatermeléssel (Enhanced Geothermal System, EGS) kapcsolatos kutatások. A tervezett kutatások a rendszer központi elemének, a mesterségesen kialakított rezervoárnak, hidraulikus- és termikus viselkedésének, így a hőcsere hatékonyságának vizsgálatára illetve növelésére irányuló optimalizált termeléstechnológia támogatásának kifejlesztésére fókuszálnak.
   A kutatások során a komplex geofizikai, kőzetmechanikai és rezervoármechnikai vizsgálatokra alapozott, a repesztett kőzetben kialakuló hő- és fluidumtranszport folyamatokat vizsgáló laboratóriumi kísérletek eredményei hozzájárulnak az EGS rendszer rezervoárjának megbízhatóbb modellezéséhez. A kőzetfizikai modellalkotás valamint a transzportfolyamatok leírása lehetővé teszi a felszín alatti rendszer termikus hatékonyságát vizsgáló szimulációs modell megalkotását és a modell részletes elemzését. Az EGS rendszerek kialakításának meglehetősen nagy földtani kockázata van. Több kutas, mesterségesen repesztett rendszer lévén, a megfelelő hidraulikus tulajdonságokkal bíró hőcserélő-felület kialakítása az egyik, ha nem a legnagyobb kockázat. Kutatásaink során megvizsgáljuk a nem megfelelő hidraulikai kapcsolattal rendelkező repedésrendszer 'huff & puff' módon, kitámasztóanyag alkalmazásával történő hasznosításának hatékonyságát.
   A kutatás a következő (projekt hónapokban adott) ütemezést követi (kutatási területenként (tight és shale gas, CBM, EGS) párhuzamosan, átfedésekkel): • Releváns irodalom áttekintése: Hozamnövelő illetve rétegkárosítás megszüntetésére irányuló eljárások potenciálja, jelenlegi és jövőbeni globális szerepe (1-12). • Archív földtani adatok, zárójelentések áttekintése, hazai földtani sajátosságok, alkalmazhatósági problémák feltárása (3-15). • Szimulációs modellek matematikai leírása, kőzetfizikai modellalkotás (8-38). • Kísérleti berendezések működési elveinek megalapozása, rendszertervezések (8-22). • Az elvi alapokon kidolgozott eljárások alapján laboratóriumi modell-kísérletek és mérések elvégzése (14-46). • A kísérleti anyagok korszerű ásványtani és geokémiai módszerekkel történő vizsgálata az ideális technológiai eljárások azonosítása és kifejlesztése (8-46). • Eredmények integrálása, szimulációk. Eredmények disszeminációja (23-48).

3. Meddő és használaton kívüli kutak energetikai hasznosíthatósága. A szénhidrogén kutatás és termelés szempontjából meddő (és/vagy használaton kívüli) szénhidrogén kutak energetikai célú hasznosíthatóságának kérdése örökzöld. Indokolt a terület átfogó vizsgálata hiszen a szénhidrogén kutak, amennyiben nem hasznosíthatóak más célra, végül felszámolásra kerülnek. A tervezett kutatások két területre a kút szintű energetikai értékelésre, illetve erőművi/ipari hulladékhő vagy megújulókból származó energia földtani közegben történő tárolásának hatékonyság/hatásfok vizsgálatára irányulnak. A kutatások eredményei felhívják a figyelmet a földtani közeg energetikai célú hasznosításának érzékeny és kritikus területeire. A tárolástechnológiai fejlesztések javíthatják a földtani közegek energetikai célú hasznosításának hatékonyságát. Célszerű egy komplex adatbázis létrehozása, megcélozva a teljes magyarországi szénhidrogén célú kútállomány áttekintését. A kutatás során kidolgozott tematika alapján, összegyűjtött adatokkal értékelő elemzés, majd a szempontoknak megfelelő adatbázis és térkép készül, mely kiindulási alapot szolgáltat a használaton kívüli, szénhidrogén kutak lehetséges energetikai hasznosíthatóságára vonatkozóan. A tématerület kutatása során az alábbi mérföldkövek kerültek kijelölésre: - A kút szintű energetikai értékelés keretében az alábbiakat vizsgáljuk meg: a kútból mélység szelektíven kinyerhető hőenergia mennyisége, a hőenergia mélység szelektív kinyerését lehetővé tevő technológiák megadása és elemző vizsgálata, a kútból összesen kinyerhető hőenergia mennyiségének becslése a kútfejnél, a kútfejtől egységnyi távolságra lévő gyűjtőponton. - A kút szintű adatok integrálásával egységnyi területre vonatkozó energetikai értékelés dolgozható ki. Az értékeléshez a következőket kell meghatározni: a vizsgált terület nagysága a területen lévő, a kút szintű energetikai értékelésbe bevont kutak száma, a kutakból kinyerhető hőenergia összege a területen, a terület egy adott akkumulálási pontjára számított összes hőenergia. - Az erőművi/ipari hulladékhő, vagy megújulókból származó energia földtani közegekben történő tárolásának a vizsgálatához az alábbiak szükségesek: minden kút esetében a hőenergia tárolására alkalmas rétegek (fedő mélység, fekü mélység, a közeg egységnyi vastagságú rétegére számított fajlagos hőtároló kapacitás) jellemzőinek a megadása, több kút vizsgálatánál, a hőtárolásra alkalmas földtani közegek (rétegek) térbeli lehatárolása horizontális kiterjedés és átlagvastagság megadásával, a hőtárolásra alkalmas képződmények eredő hőtároló kapacitásának a becslése, az iparihő forrás, illetve a megújulókból származó hőforrás feltérképezése a területen a forrásokból kinyerhető hőmennyiség becslésével, a tárolásnál és a visszanyerésnél fellépő hőveszteségek becslése, s ezek figyelembevételével a tárolás hatékonyságának (a tárolásból visszanyerhető hőenergia/a forrásból származó összes tárolt hőenergia) a megadása. A kutatás időrendje projekt hónapokban:

• Adatgyűjtési metodika kidolgozása. Adatgyűjtés a MOL adatszobáiban. Kútszintű adatgyűjtés, területi adatgyűjtés, a földtani közegekben történő hőtárolással kapcsolatos adatgyűjtés (1-19).
• Adatbázis építés, geotermikus energiahasznosítási célú adatelemzés. Kútszintű adatbázis, területi adatbázis, hőtárolással kapcsolatos adatbázis (9-27).
• Mélyfúrási geofizikai szelvényezések újraértékelése. Kútszintű újraértékelés, területi értékelés, a hőtárolással kapcsolatos újraértelmezés (17-35).
• Terepi kalibrációs mérések és tesztek végrehatása kutakban. Terepi kalibrációs mérések és tesztek végrehajtása néhány kútban, abból a célból, hogy a korábban elvégzett mérésekből kiszámítható hidrogeofizikai paraméterek (lyukgeofizikai mérésekből meghatározott elődleges és másodlagos porozitások, szaturációs paraméterek, permeabilitás, szivárgási tényező, hőtároló kapacitás, stb.) a mérésektől eltelt – sokszor több évtizedes – idő alatt milyen mértékben változtak meg (24-39).
• Hőtárolási célú szimulációs vizsgálatok elvégzése hőtranszport modellezéssel (17-44).
• Az adatbázis pontosítása az elvégzett terepi mérések, tesztek és szimulációs vizsgálatok alapján (28-46).
• A geotermikus energia hasznosítás lehetőségeinek körvonalazása és akcióterv kidolgozása az elvégzett vizsgálatok és kutatómunka alapján. Eredmények disszeminációja (25-48).

A kutatások eredményei (jelen pontban röviden) a következőkben fogalmazhatók meg. A hazai szénhidrogén vagyon kitermelési hatásfokának növelés és a termelés csökkenésének megállítása, új eddig nem alkalmazott unikális kémiai vegyületek (felületaktív anyagok, polimerek, nanoanyagok) kombinált felhasználására alapozott technológiák kidolgozása. Nagy hatékonyságú hozamnövelő rétegkezelési eljárások elvi-gyakorlati kidolgozása a nemzeti ásványvagyon alapját képező, hagyományos és nem hagyományos szénhidrogének, valamint a szénhez kötött metán, valamint az EGS geotermikus energia készletek növelésének érdekében. A hazai meddő és használaton kívüli olajipari kutak információinak első_oszlopként megvalósuló átfogó összegyűjtésével és szisztematikus feldolgozásával lehetőség nyílik a geotermikus energiahasznosítás széles körű kiterjesztésére és hatékony megvalósulására. Emellett körvonalazásra kerül a felszín alatti hőtárolás földtani és vízföldtani feltételeinek megadása hulladék hő hasznosítása esetén. Az elmúlt évek pályázati lehetőségei a ME (különösen műszaki karai) működési területén nemzetközileg is versenyképes infrastruktúra kialakítását eredményezték. Ebben a folyamatban az AFKI is közreműködött és modern, nemzetközileg is versenyképes infrastruktúrával rendelkezik. A kutatásokhoz magasan képzett vezető kutatók (akadémikusok, akadémiai doktorok) állnak rendelkezésre, ugyanakkor a korfa hosszú távon kedvezőtlen. Éppen ezért a projektnek deklarált célja, a kutatott területeken, fiatal kutatók PhD képzésben való részvételének ösztönzése, minősített fiatalok bevonása, és az arra érett kutatók habilitációs ill. MTA doktori fokozatszerzési eljárásainak támogatása. Mindez messzemenően egybeesik a ME humánerőforrás stratégiájával és a régió S3 területén definiált célkitűzésekkel. A fenti célkitűzések természetszerűen épülnek az AFKI és a ME MFK szakmai-tudományos tevékenységére, és az ennek kapcsán a szénhidrogénipar, a műszaki földtudományok és a geotermia területén élő kapcsolatrendszerére. Ez teszi lehetővé magasan képzett ipari/kutatóintézeti (pl.: MOL, MFGI) szakemberek bevonását a kutatásokba.