Zrealizowane prace naukowo-badawcze

Katedra Wiertnictwa i Geoinżynierii w strukturze Wydziału Wiertnictwa, Nafty i Gazu kontynuuje i prowadzi działalność dydaktyczną i naukowo-badawczą skupiającą się na następujących zagadnieniach:

1. Projektowania naftowych otworów wiertniczych: poszukiwawczych, rozpoznawczych, badawczych, eksploatacyjnych z uwzględnieniem otworów kierunkowych;
2. Techniki i technologii wierceń wykonywanych dla potrzeb górnictwa podziemnego, odkrywkowego i skalnego;
3. Projektowania i doboru technologii wierceń hydrogeologicznych i studziennych;
4. Projektowanie otworów dla potrzeb podziemnego magazynowania substancji płynnych;
5. Nowoczesnych technik i technologii bezwykopowych;
6. Mechaniki zwiercania skał;
7. Optymalizacji parametrów technologii wiercenia otworów;
8. Doboru środków chemicznych i opracowania receptur płuczek i cieczy roboczych oraz doboru metod oczyszczania płuczek wiertniczych;
9. Opracowania receptur zaczynów uszczelniających stosowanych w wiertnictwie, w geotechnice, hydrotechnice i geoenergetyce;
10. Geoinżynieryjnych metod wzmacniania i uszczelniania górotworu, stabilizacji skarp i zboczy;
11. Badania reologii płynów wiertniczych;
12. Interpretacja opróbowań warstw ropo-, gazo- i wodonośnych rurowymi próbnikami złoża;
13. Interpretacja intensyfikacji przypływu płynu złożowego po odwierceniu skały zbiornikowej;
14. Opracowania sposobów udostępniania energii geotermicznej poprzez otwory geotermalne i otworowe wymienniki ciepła, a także magazynowania ciepła w górotworze;
15. Ochrony środowiska w udostępnianiu i użytkowaniu surowców mineralnych i energetycznych;
16. Unieszkodliwianie i zagospodarowanie odpadów wiertniczych i cieczy pozabiegowych powstających podczas wierceń zarówno w warunkach lądowych jak i morskich;
17. Badania i projektowania wiertniczych systemów wyciągowych, podzespołów urządzeń i maszyn wiertniczych dla wierceń lądowych i morskich oraz narzędzi, elementów przewodu, osprzętu wiertniczego i wydobywczego.

Ponadto pracownicy Katedry wykonują prace dotyczące komputerowego oprogramowania w/w zagadnień. W dyspozycji katedry, oprócz własnych oryginalnych programów komputerowych, znajdują się komputerowe oprogramowanie wiertnicze firm Landmark i Schlumberger.

Oprócz wymienionego obszaru działalności naukowo – badawczej w Katedrze Wiertnictwa i Geoinżynierii pracownicy wykonują również prace consultingowe i ekspertyzy z zakresu szeroko rozumianego doskonalenia i wprowadzania nowych technik i technologii w wiertnictwie i w geoinżynierii, geoenergetyce a także zagospodarowaniu odpadów wiertniczych.

W latach 2016-2020 w pracownicy Katedry byli kierownikami lub głównymi wykonawcami m.in.: 7 Umów dla NCBIR, ESA, NFOŚ; i 80 umów z przemysłem, ekspertyzy sądowych lub opinii na łączną kwotę ponad 36 mln. złotych brutto.

W Katedrze Wiertnictwa i Geoinżynierii realizowane były następujące projekty badawcze:

1. Kompleksowe opracowanie prac ratunkowych i zabezpieczających dla Kopalni Soli Wieliczka

Jest to jedno z najważniejszych osiągnięć KWiG Na prace te składały się następujące zagadnienia zrealizowane w latach 2013-16:

• Wykonanie projektu technologii likwidacji poziomu IX Kopalni Soli Wieliczka
• Projekt techniczny likwidacji poprzeczni Mina na odcinku od tamy wodnej do tamy T-4 w Kopalni Soli Wieliczka.
• Opracowanie technologii uszczelniania szybów górniczych przez Kopalnię Soli Wieliczka.

Niewątpliwie prace te przyczyniły się do uratowania Kopalni przed zalaniem wodami słodkimi. Przedsięwzięcie to było ogromnym wyzwaniem inżynierskim co najmniej na skalę europejską jak nie światową.

Główni wykonawcy projektu na WWNiG: prof. dr hab. inż. A. Gonet, gonet@agh.edu.pl, prof. dr hab. inż. Stanisław Stryczek

Okres realizacji projektu: 48 miesięcy.

2. Blue Gas – Polski Gas Łupkowy, projekt pt. „Optymalizacja parametrów wierceń, w tym dobór technologii wiercenia, narzędzi, płynów wiertniczych i cementownia otworów pionowych i horyzontalnych dla eksploatacji złóż gazu łupkowego” – OPTIDRILLTEC.

Koordynator projektu: Polskie Górnictwo Naftowe i Gazownictwo (PGNiG S.A.)

Partnerzy projektu: Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Wiertnictwa, Nafty i Gazu, Katedra Wiertnictwa i Geoinżynierii, Instytut Nafty i Gazu w Krakowie, Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej.

Kierownik projektu: Prof. dr hab. inż. Rafał Wiśniowski, wisniows@agh.edu.pl

Okres realizacji projektu: 30 miesięcy.

Głównym celem prac prowadzonych w ramach projektu było opracowanie technologii wiercenia pozwalającej na maksymalne obniżenie kosztów wykonania otworu wiertniczego, przy jednoczesnym zapewnieniu maksymalnego bezpieczeństwa procesu wiercenia jak i ochrony środowiska.

            Proces wiercenia w skorupie ziemskiej może być przeprowadzony przy użyciu różnych metod urabiania (mechanicznego, chemicznego, hydraulicznego, termicznego i innych). Na obecnym poziomie zaawansowania technicznego do urabiania skały możliwe jest także wykorzystanie: plazmy, impulsów elektrycznych, metod urabiania hydraulicznego, metod strzałowych czy innych metod wykorzystujących materiały wybuchowe. Ze względu na wysokie zużycie energii oraz w niektórych przypadkach brak pełnej kontroli procesu urabiania, metody te nie mogą być traktowane jako optymalne w procesie wiercenia otworów w łupkach gazonośnych. Na podstawie wieloletniego doświadczenia i badań przeprowadzanych na Wydziale Wiertnictwa, Nafty i Gazu Akademii Górniczo-Hutniczej im. Stanisława Staszica w Krakowie, jak również praktyk stosowanych w przemyśle w innych krajach, na obecnym poziomie zaawansowania technicznego, wiercenie obrotowe z wykorzystaniem napędu górnego top drive oraz napędu wgłębnego (PDM motors, turbine motors, electric well-drilling units) uznawane jest za metodę optymalną. Poprzez modernizację i optymalizację tej metody, koszt wiercenia otworu może zostać zmniejszony w porównaniu do innych stosowanych obecnie technologii. Według autorów projektu cel ten może zostać zrealizowany poprzez:

• Zaprojektowanie i optymalizację konstrukcji otworów wiertniczych wierconych w celu udostępnienia gazu z łupków, dla specyficznych warunków występujących w Basenie pomorskim, podlaskim i lubelskim.
• Praktyczne zastosowanie nowo opracowanej technologii zaczynów cementowych.
• Dobór i optymalizację narzędzi wiertniczych, przewodów wiertniczych wykorzystywanych do wiercenia odcinków prostoliniowych jak i krzywoliniowych oraz optymalizację technologii procesu wiercenia.
• Modyfikację technologii płynów wiertniczych.
• Dobór i modyfikację urządzeń wiertniczych oraz systemów zagłowiczenia.
• Optymalizację operacji wiercenia jak i likwidowania otworu w celu zmniejszenia kosztów wiercenia otworu.

3.„Opracowanie modelu automatycznej wiertnicy rdzeniowej do pracy w ekstremalnych warunkach, w szczególności w środowisku kosmicznym” Projekt finansowany z Narodowego Centrum Badan i Rozwoju w ramach Programu Badań Stosowanych.

Lider projektu: Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk.

Partnerzy projektu: AGH Wydział Wiertnictwa, Nafty i Gazu, Katedra Wiertnictwa i Geoinżynierii, AGH Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, Katedra Robotyki    i Mechatroniki.

Kierownik projektu na WWNiG: prof. dr hab. inż. A. Gonet, gonet@agh.edu.pl .

Okres realizacji projektu: 36 miesięcy.

Wiertnictwo, mechatronika oraz technologie kosmiczne to pozornie odrębne dziedziny nauki i techniki. Niemniej jednak ekspansja naukowców w coraz bardziej ekstremalne zakątki zarówno Ziemi jaki kosmosu kreuje potrzebę opracowywania systemów pozwalających na zaspokojenie tych dążeń. Takim urządzeniem jest automatyczna wiertnica rdzeniowa, której zadaniem jest bezobsługowe pobieranie próbek materiału z głębokości kilku metrów. Przewidywanym środowiskiem pracy urządzenia są zarówno trudnodostępne miejsca na Ziemi jak również powierzchnia planet i asteroidów. Celem projektu jest opracowanie, wykonanie i przetestowanie modelu laboratoryjnego automatycznej wiertnicy rdzeniowej. Specyficzne wymagania związane z dostępną mocą i masą jak również pracą w próżni sprawiają, że proponowane zadanie jest z jednej strony zadaniem trudnym i wymagającym a z drugiej mogącym stanowić niszę rynkową. Proponowany projekt ma szczególne znaczenie w kontekście akcesji Polski do Europejskiej Agencji Kosmicznej.

4.„Koncepcja ponownego wykorzystania odpadów powstających podczas wierceń lądowych i morskich w aspekcie ochrony środowiska naturalnego” – RWPI, projekt współfinansowany ze środków funduszy norweskich w ramach program Polsko-Norweska Współpraca Badawcza realizowanego przez Narodowe Centrum Badan i Rozwoju.

Promotor Projektu: Akademia Górniczo-Hutnicza im. St. Staszica w Krakowie, Wydział Wiertnictwa, Nafty i Gazu; Katedra Wiertnictwa i Geoinżynierii.

Partner Projektu: Uniwersytet w Stavanger, Wydział Nauki i Technologii.

Kierownik Projektu: prof. dr hab. inż. Andrzej Gonet, gonet@agh.edu.pl

Okres realizacji projektu: 30 miesięcy.

Strona WWW projektu: www.drillingwaste.eu

Ciągły wzrost ilości prowadzonych wierceń morskich i lądowych, a co za tym idzie wzrost ilości odpadów wiertniczych oraz nacisk położony w ostatnich latach na ochronę środowiska spowodował, że istnieje potrzeba poszukiwania nowych metod zagospodarowania odpadów wiertniczych.

Wychodząc naprzeciw tym problemom autorzy projektu postanowili opracować koncepcję zagospodarowania odpadów wiertniczych możliwą do zastosowania w skali przemysłowej.

Ideą tego projektu jest opracowanie efektywnej i ekologicznej technologii zagospodarowania i utylizacji odpadów wiertniczych powstających podczas prac wiertniczych prowadzonych na lądzie jak i na morzu z wykorzystaniem zarówno wodnych a także olejowych płuczek wiertniczych.

W ramach projektu były realizowane następujące badania:

1. badania właściwości chemicznych, fizycznych, biologicznych oraz składu mineralogiczno-fazowego odpadów wiertniczych oraz odpadowej fazy stałej po procesie desorpcji termicznej w kontekście możliwości ich zagospodarowania,
2. prace eksperymentalne zmierzające do wypracowania wydajnej i skutecznej technologii odzysku i rozdziału fazy stałej oraz ciekłej w uciążliwych i zanieczyszczonych odpadach wiertniczych powstających w trakcie prac wiertniczych przy użyciu wodnej oraz olejowej płuczki wiertniczej,
3. badania laboratoryjne nad wypracowaniem technologii uzdatniania i odzysku mineralnej oraz mineralno-organicznej fazy stałej wydzielonej ze środowiska odpadów wiertniczych,
4. opracowanie koncepcji zagospodarowania odpadów wiertniczych w skali przemysłowej.

5.„Ultralekka wiertnica do eksploracji przestrzeni kosmicznej” Praca finansowana przez Rząd Polski ze środków Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) w ramach programu Plan dla Europejskich Państw Współpracujących (PECS)

Lider projektu: AGH, Wydział Wiertnictwa, Nafty i Gazu, Katedra Wiertnictwa i Geoinżynierii.

Partner projektu: Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk.

Kierownik projektu: dr inż. Adam Jan Zwierzyński, zwierzyn@agh.edu.pl

Okres realizacji projektu: 30 miesięcy.

Eksploracja układu słonecznego jest jednym z głównych zadań rządowych, naukowych oraz nawet prywatnych organizacji.  Oprócz analizy powierzchni, jednym z głównych zadań w chwili obecnej oraz w najbliższej przyszłości będzie analiza struktury wnętrza obiektów kosmicznych.

Celem projektu jest opracowanie i demonstracja modelu laboratoryjnego  ultralekkiego urządzenia zdolnego do pobrania rdzeni regolitu/skał planet i małych ciał układu słonecznego (np. satelity, asteroidy) w warunkach mikrograwitacji i próżni. zgodnie z przyszłymi planami eksploracji przestrzeni kosmicznej (Księżyc, satelity) proponowane urządzenie powinno być dobrze dopasowane do panujących tam warunków oraz służyć jako podstawa dla rozwoju specjalistycznych modeli gotowych do wysłania na misję kosmiczną.

6. Conception of reuse of the waste from onshore and offshore drilling in the aspect of environmental protection

Praca została zrealizowany wspólnie z Uniwersytetem w Stavanger, Norwegia w ramach EEA Grands (granty norweskie). Dotyczyła ona opracowania nowych technologii zagospodarowania i utylizacji płuczek wiertniczych produkowanych zarówno  na bazie wody jak  i płuczek olejowych. Wykonanych zostało szereg badań laboratoryjnych i studiów w Polsce jak również w Norwegii umożliwiających ocenę zagrożenia dla środowiska naturalnego jakie niosą ze sobą zużyte płuczki wiertnicze. Stosowane zarówno na lądzie jak i na morzu. Końcowym wynikiem było opracowanie nowej koncepcji utylizacji płuczek. Niewątpliwie badania te przyczyniły się do ochrony środowiska naturalnego i podniesienia technologii utylizacji zużytych płuczek wiertniczych w Polsce i w Norwegii. Praca ta została rozliczona i odebrana z wynikiem bardzo dobrym.

Kierownik Projektu: prof. dr hab. inż. Andrzej Gonet, gonet@agh.edu.pl

Główny wykonawca: dr inż. Aleksandra Jamrozik

Czas trwania 2013-2015.

7. Mobilność osób w szkolnictwie Wyższym

Udział w funduszu stypendialnym i szkoleniowym w ramach Norweskich funduszy na lata 2009-2014.

Promotor Projektu: Akademia Górniczo-Hutnicza, Dział Współpracy z Zagranicą.

Partner Projektu: Keilir Institute of Technology – Islandia.

Kierownik projektu ze strony WWNiG: dr inż. Dariusz Knez, knez@agh.edu.pl

Okres realizacji: rok akademicki 2013/2014.

8.„Trójstronna umowa międzynarodowa umożliwiająca współfinansowanie projektów doktoranckich i projektów magisterskich”, zawarta pomiędzy AGH Wydziałem Wiertnictwa, Nafty i Gazu i Technicznym Uniwersytetem w Stavanger Wydział Inżynierii Naftowej, i PGNiG Upstream International S.A.

Kierownik projektu: dr hab. inż. Jan Ziaja, ziaja@agh.edu.pl

Okres realizacji 2011-2015 r.

Celem tego porozumienia jest promocja naukowej współpracy pomiędzy wymienionymi uniwersytetami przy wsparciu partnera przemysłowego. Zakres współpracy obejmuje kwestie przemysłu paliwowego oraz gazowego. A w szczególności kwestie: wydobycia ropy i gazu jak również geologię, geofizykę oraz środowisko naturalne. W ramach współfinansowania współpracy naukowo badawczej pomiędzy AGH a UiS przez firmę PGNiG Upstream International S.A. zaplanowanych jest napisanie 20 prac magisterskich oraz dwu prac doktorskich w oparciu o dane przemysłowe m.in. złoża Skarv znajdującego się na Morzu Północnym.  Studenci II-go stopnia odbywają roczne studia na uczelni partnerskiej i piszą prace magisterskie pod kierownictwem promotorów z obu Uczelni. Do chwili obecnej studenci WWNiG AGH w ramach tego programu zrealizowali pięć prac magisterskich. Kolejne dwie są na ukończeniu. W trakcie prac badawczych znajdują się również prace doktorskie. W ramach projektu prowadzona jest też wymiana pracowników i kadry naukowe

9.„Opracowanie wytycznych do zaprojektowania innowacyjnej technologii wydobycia gazu z łupków przy użyciu ciekłego CO₂ na drodze analiz numerycznych i badań eksperymentalnych” – projekt finansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju oraz Polskie Górnictwo Naftowe i Gazownictwo, umowa zawarta pomiędzy Narodowym Centrum Badań i Rozwoju, Polskim Górnictwem Naftowym i Gazownictwem, Wojskową Akademią Techniczną, Akademią Górniczo-Hutniczą i Politechniką Warszawską.

Kierownik projektu na AGH: dr inż. Dariusz Knez, knez@agh.edu.pl

Okres realizacji 2014-2016 r.

Celem projektu była analiza możliwości wykorzystania dwutlenku węgla jako płynu szczelinującego do stymulacji złóż gazu ziemnego w formacjach łupkowych na wytypowanym przez Polskie Górnictwo Naftowe i Gazownictwo obszarze. Efektem będzie opracowanie wytycznych umożliwiających PGNiG wykonanie innowacyjnych projektów szczelinowania hydraulicznego. Zaplanowane w projekcie badania numeryczne i eksperymentalne mają na celu weryfikację elementów technologii w warunkach laboratoryjnych, co znacznie ograniczy ryzyko i koszty realizacji technologii na odwiercie