Ocena szczelności stwardniałych zaczynów cementowych dla wodoru

Ograniczenie emisji gazów cieplarnianych i zwiększenie udziału energii elektrycznej z odnawialnych źródeł energii (OZE) w miksie energetycznym stanowią ogromne wyzwanie dla większości światowych gospodarek, w tym Polski. Ze względu na specyfikę produkcji energii z OZE – jej rozwój na dużą skalę nie jest możliwy bez rozwiniętych systemów wielkoskalowego magazynowania i bilansowania energii. Wodór może być wykorzystywany w nieuniknionej transformacji energetycznej jako źródło, nośnik lub magazyn (bufor) energii, stąd też dynamika rozwoju technologii wodorowych stale przybiera na sile. Istotną kwestią dla zapewnienia bezpieczeństwa podziemnego magazynu i ograniczenia ryzyka związanego z ucieczką/stratą magazynowanego wodoru jest uszczelnienie otworów wiertniczych z wykorzystaniem szczelnego zaczynu cementowego, tworzącego dobrej jakości kamień cementowy. W niniejszej pracy podjęto próbę oceny szczelności stwardniałych zaczynów cementowych opracowanych do celów uszczelniania odwiertów w podziemnych magazynach wodoru (PMW) zlokalizowanych w sczerpanych złożach gazu ziemnego. W badaniach rejestrowano natężenie przepływu wodoru, co pozwala na ocenę porównawczą poszczególnych próbek w kierunku najniższych wartości przepływu, odpowiadających najwyższej szczelności. Pomiary wykonywano w różnych warunkach ciśnienia (wysokie ciśnienie porowe, niskie ciśnienie porowe, wysokie ciśnienie różnicowe, niskie ciśnienie różnicowe) i temperatury (60°C, temperatura pokojowa). Ustalenie przepuszczalności stwardniałych zaczynów cementowych jest problematyczne ze względu na specyficzny charakter ośrodka porowatego, który to cechuje się niestabilnością parametrów w czasie i w trakcie suszenia ulega trwałym uszkodzeniom.

Reducing greenhouse gas emissions and increasing the share of electricity from renewable energy sources (RES) in the energy mix is a huge challenge for most global economies, including Poland. Due to the specific nature of RES energy production, its large-scale development is not possible without developed large-scale energy storage and balancing systems. Hydrogen can be used in the inevitable energy transition both as a source, carrier or storage (buffer) of energy, hence the dynamics of hydrogen technology development is steadily gaining momentum. An important issue to ensure the safety of underground storage and to reduce the risk of escape/loss of stored hydrogen is the sealing of boreholes using a hydrogen tight cement. The present study attempts to assess the tightness of hardened cement slurries developed for sealing boreholes in underground hydrogen storage facilities located in depleted natural gas fields. Hydrogen flow rates were measured, allowing a comparative assessment of individual samples towards the lowest flow rates corresponding to the highest tightness. Determining the permeability of hardened cement slurries is problematic due to the specific nature of the porous medium, which is characterised by instability of parameters over time and is permanently damaged during drying.