Zkoušení plynopropustnosti horninových struktur pro účely skladování plynu a ukládání RAO

Společnost Mott MacDonald Praha, spol. s r.o. ve spolupráci s Centrem experimentální geotechniky Stavební Fakulty ČVUT Praha uspěla se žádostí o poskytnutí účelové podpory v rámci programového projektu výzkumu a vývoje „TIP“ vyhlášeném Ministerstvem průmyslu a obchodu.

Zkoušení plynopropustnosti horninových struktur pro účely skladování plynu a ukládání RAO

Cílem projektu je vypracování vlastní technologie zkoušení a metodiky pro určování plynopropustnosti různých horninových struktur na území České republiky. Výstupem zkoušky je zjištění koeficientu plynopropustnosti „k“(m.s-1) horninového masivu, přičemž je důležité z hlediska charakteristik horninového masivu realizovat tyto zkoušky v různých geologických formacích. Jedná se o pětiletý projekt a v současnosti jsme ve druhém roce úkolu, doposud se provádělo testování tlakoměrné soustavy a zahajujeme měření na vytipovaných polygonech.
Puklinovou a průlinovou propustností zemních a horninových masivů se detailně zabývají vědní obory „hydrogeologie“ a „hydraulika podzemních vod“. Tyto obory se zabývají definováním parametrů jako je koeficient propustnosti a storativita a rovněž je v nich detailně rozpracována metodika zkoušek, monitoringu a matematických modelů proudění. Tyto obory se však zásadně zabývají prouděním podzemní vody z hlediska zásobování vodou, průsaky pod hrázemi vodohospodářských děl, šířením kontaminantů a podobnými činnostmi. Tyto modely se s určitými omezeními dají použít i pro proudění jiných kapalin, jako je například ropa.

Stávající metodiku vyhodnocování propustnosti zemních a horninových masivů bohužel nelze aplikovat na migraci plynných částic v hornině. Plyny jsou na rozdíl od kapalin stlačitelné a při změně objemu dochází rovněž v souladu se základními fyzikálními zákony ke změně te­plot anebo skupenství. Nicméně zjištění plynopropustnosti je klíčovou informací pro navrhování a inženýrské a ekonomické vyhodnocení podzemních zásobníků plynu a úložiště radioaktivních odpadů. Tyto zásobníky jsou při stávající nevyváženosti dodávek z politicky a ekonomicky nestabilních zdrojových a tranzitních zemí nutností.

Jednou ze základních testovacích metod ke stanovení plynopropustnosti horninového prostředí pro nejrůznější účely jsou plynové tlakové zkoušky, které jsou obdobou vodních tlakových zkoušek. Využívány jsou nejen pro účely podzemního skladování plynů (vysokotlaké zkoušky plynopropustnosti), ale například i pro účely studia chování horninového masivu při ukládání nebezpečných a radioaktivních odpadů. Znalosti o proudění plynu (vzduchu) a procesy ovlivňující jeho chování v horninovém prostředí budou důležitými vstupními údaji při projektování úložiště radioaktivních odpadů a to zejména v souvislosti s problémy transmise případně uvolněných radionuklidů. Poslední jmenovaná oblast patří k prioritám výzkumu EU v rámci 7. rámcového programu, v prioritní oblasti ­Energy a Euratom.

V zásadě se provádějí dva typy zkoušek:
•    Test PDT (pressure drop test) - postup zkoušky PDT spočívá v tom, že vrt se natlakuje
na předepsaný tlak a poté se odečítá pokles tlaku ve vrtu v čase.
•    Test CHIT (constant head injection test) – metodika zkoušky spočívá v natlakování vrtu na předepsaný tlakový stupeň, na němž je udržován tlak při proměnném průtoku média.

Zkoušky se provádí do max. tlaku 12-15 MPa v jednotlivých tlakových stupních. Zkoušky jsou dlouhodobé. Protože vzduch (plyn) je stlačitelný, trvá delší dobu vyrovnání tlaku ve vrtu a ustálení teploty.
Aby měření mělo smysl a aby nedocházelo k tlakovým výkyvům, je třeba plnění vrtu provádět pozvolna. Časově náročné je ve vrtu dosažení předepsaného tlaku a docílit při dané propustnosti masivu ustáleného proudění. Z tohoto důvodu je účelné tyto zkoušky provádět za podpory automatického sběru dat s následným automatickým vyhodnocením testu. Veškerá měřící zařízení (tlakoměr a průtokoměr) jsou plně digitální (viz foto). Celá sestava zkušebního zařízení je uzpůsobena i pro zkoušky prováděné v podzemí. Pro předmětný výzkumný úkol předpokládáme využití důlního prostředí, kde budou testy prováděny v horizontálních vrtech. Výsledky těchto zkoušek budou navázány na výsledky plynových tlakových zkoušek prováděných při ražbě kavernového zásobníku plynu v Hájích u Příbrami z počátku 90. let.
Vyhodnocování všech naměřených a získaných dat v rámci tohoto úkolu bude zahájeno v roce 2013, jedná se o zcela unikátní vysoce sofistikovanou metodu, která dosud nebyla ve světe prováděna a publikována. Vyvinutí a ověření metodiky k prokázání vysoké nepropustnosti horninového masivu v přirozeném (rostlém stavu) přinese zásadní kritérium do procesu vybírání úložišť plynných médií a radioaktivních odpadů.

Ing. Marcel Rückl
Ing. Igor Zemánek
RNDr. Petr Nešvara

Mott MacDonald Praha spol. s r. o.
Národní 15, 110 00 Praha 1, tel.: 221 412 800, fax: 221 412 810
GSM Brána: +420 724 022 870
http://www.mottmac.cz

Vyhledávač stavebních pojmů

Nechte si zasílat měsíční newsletter

Na facebooku

NAŠI PARTNEŘI Další partneři