Криосфера Земли, 2019, Том XXIII, № 5, с. 49-57
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ СОСТАВА И ДАВЛЕНИЯ ГАЗА НА ТЕМПЕРАТУРУ ЗАМЕРЗАНИЯ ПОРОВОЙ ВОДЫ В ГАЗОНАСЫЩЕННЫХ ПОРОДАХ
Е.М. Чувилин1, Д.А. Давлетшина1,2, Б.А. Буханов1, С.И. Гребенкин1, В.А. Истомин1,3, Д.В. Сергеева1, К. Бадец4, Ю.В. Станиловская4
1Сколковский институт науки и технологий,
143026, Москва, Территория инновационного центра “Сколково”, ул. Нобеля, 3, Россия; e.chuvilin@skoltech.ru
2Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический ф-т,
119991, Москва, Ленинские горы, 1, Россия
3ООО “Газпром ВНИИГАЗ”,
142717, Московская обл., Ленинский район, пос. Развилка, Проектируемый проезд № 5537, вл. 15, стр. 1, Россия
4Тоталь, 92078, Париж, Жан Миллер 2, Ла Дефанс, Франция
На основе экспериментального моделирования процессов, возникающих при промерзании газонасыщенных пород в замкнутых условиях в результате криогенного концентрирования газа, рассмотрена особенность замерзания поровой воды в дисперсных породах под давлением газа. Представлены результаты экспериментального изучения влияния газового давления на температуру замерзания поровой воды в дисперсных породах, насыщенных азотом, метаном, диоксидом углерода, a также смесью газов (50% CH4 + 50% CO2). В экспериментах максимальное давление газа в грунтовых средах задавалось ниже давления образования газовых гидратов. В качестве объектов исследования использованы песчаные и супесчаные отложения, отобранные из областей распространения многолетнемерзлых пород. Эксперименты проводились в специальной барокамере, позволяющей регистрировать изменение температуры в газонасыщенных грунтовых образцах под давлением газа в условиях их охлаждения и нагревания. Температура замерзания поровой воды под газовым давлением зависит от величины давления и химического состава газа. При этом химический состав газа оказывает заметное влияние на понижение температуры замерзания поровой воды лишь при наличии хорошо растворимых газов, таких как CO2, но присутствие ионов солей в поровой воде уменьшает это влияние. Для слаборастворимых газов (азот и метан) коэффициент понижения температуры замерзания для исследованных пород составляет 0.1 °C/МПа, с появлением в системе диоксида углерода он увеличивается до 1.36 °C/МПа. Полученные экспериментальные данные по влиянию газового давления на температуру замерзания поровой воды сравнивались с термодинамическими расчетами, основанными на активности поровой воды.
Газонасыщенная порода, промерзание под давлением, экспериментальное моделирование, температура замерзания, метан, диоксид углерода, азот