Процессы гидратообразования при захоронении СО2 в криолитозоне

Заключение.

Выполненные экспериментальные исследования позволяют сделать следующие выводы:

I. В ходе экспериментальных работ была разработана комплексная методика изучения процессов гидратообразования в поровом пространстве пород. Она включает изучение гидратообразования из жидкого и газообразного CO₂ и поровой воды, изучение гидратообразования в мерзлых породах, фазовых переходов при замерзании газонасыщенных и гидратонасыщенных пород, изучение газопроницаемости гидратосодержащих пород, их фазового состава, а также процессов разложения гидратов CO₂ в мерзлых породах при снижении равновесного давления и при нагревании.

II. Выявлены основные закономерности накопления гидрата CO₂ в системе жидкий CO₂ -поровая вода:

- Установлено, что начальное влагосодержание является одним из важнейших факторов, влияющих на нуклеацию и гидратообразование из жидкого CO₂. Скорость гидратонакопления уменьшалась с увеличением влажности песка от 5,9% до 9,5% и 15%.

- Показано, что температура оказывает существенное влияние на кинетику гидратонакопления из жидкого CO₂. Так, с уменьшением температуры от +7,2 до -3 ^oС скорость гидратонакопления увеличивается в 6 раз.

- Зафиксировано, что давление в исследованном диапазоне (4,0-5,4 МПа) практически не оказывает воздействия на кинетику гидратонакопления из жидкого CO₂.

- Выявлено, что гидратонакопление в поровом пространстве из жидкого CO₂ происходит менее интенсивно, чем из газообразного.

III. Выявлены основные закономерности накопления гидрата CO₂ в газонасыщенных породах при охлаждении и замерзании:

- Показано, что доля поровой влаги, переходящей в гидрат CO₂, закономерно снижается с повышением дисперсности и увеличением содержания глинистых частиц, особенно монтмориллонитового состава.

- Отмечено, что с повышением начальной влажности песчаных образцов от 10 до 17% гидратонакопление увеличивается, однако коэффициент гидратности при этом уменьшается.

- Установлено, что скорость накопления гидрата CO₂ в поровом пространстве газонасыщенных грунтов при их охлаждении выше, чем в метанонасыщенных образцах.

- Выявлено, что при насыщении поровой влаги диоксидом углерода температура замерзания понижается. В образцах песка под давлением CO₂ температура замерзания изменяется от -1,5 при 0,1 МПа до -2,9 ^oС при 0,73 МПа. В засоленных газонасыщенных породах температура замерзания понижается и ниже -3 ^oС.

- Установлено, что температура замерзания остаточной поровой влаги в CO₂-гидратосодержащих образцах достигает -2,5--3 оС.

- Показано, что при замерзании остаточной поровой влаги часть ее переходит в гидрат. В наших экспериментах до 30% порового гидрата было образовано на стадии замерзания.

- Получены экспериментальные данные о влиянии насыщенности гидратом CO₂ на газопроницаемость грунтовых образцов. Показано, что при гидратонасыщении грунтовых образцов до 40-60% их газопроницаемость уменьшалась на 2 и более порядка. Так в образце газонасыщенной супеси с начальной влажностью 16% при гидратонасыщении 69% газопроницаемость снизилась от 930 мД до 1,3 мД.

IV. Выявлены особенности накопления гидрата CO₂ в системе газообразный CO₂ - поровый лёд:

- Показано, что накопление гидрата CO₂ в поровом пространстве не полностью влагонасыщенных пород активно протекает не только при положительных, но и при отрицательных температурах, когда в поровом пространстве влага находится в основном в форме льда. При отрицательной температуре (до -8 ^oС), несмотря на снижение скорости гидратообразования, наблюдается достаточно высокое гидратонакопление. При снижении температуры от +2 до -8,3 ^oС скорость гидратонакопления в начальный период уменьшается от 11,5%/час до 1 %/час, а конечная гидратонасыщенность составляет 36-40%.

- Выявлено, что интенсивность накопления гидрата CO₂ в мерзлых породах выше, чем гидрата СН₄, причем это различие больше чем при положительных температурах.

- Получены значения газопроницаемости мерзлых гидратонасыщенных грунтовых образцов. Показано, что при замораживании гидратонасыщенных пород величина их газопроницаемости снижается в несколько раз и более.

V. Получены основные закономерности разложения гидратов CO₂ в мерзлых породах при снижении равновесного давления и нагревании:

- Показано, что гидраты CO₂ в поровом пространстве мерзлых пород при снижении газового давления ниже равновесного обладают метастабильностью вследствие проявления эффекта самоконсервации газовых гидратов.

- Выявлено, что метастабильность поровых образований гидрата CO₂ повышается с понижением отрицательной температуры от - 2 ^oС до -20 ^oС при снижении давления до атмосферного.

- Выявлено, что при повышенном (неравновесном) давлении гидрат CO₂ менее стабилен, чем при атмосферном.

- Отмечено, что с увеличением начальной льдистости гидратосодержащих пород метастабильность порового гидрата CO₂ повышается.

- Показано, что с повышением дисперсности и увеличением содержания глинистых частиц метастабильность порового гидрата CO₂ снижается.

- Выявлено, что метастабильность порового гидрата CO₂ по сравнению с поровым гидратом метана после сброса давления до атмосферного ниже.

- При повышении температуры гидратосодержащего грунта выше равновесной происходит быстрое разложение порового гидрата CO₂. При этом интенсивность разложения зависит от ряда факторов: начальное гидратосодержание, скорость нагревания, минеральный состав и плотность образца. Установлено, что наиболее интенсивное разложение гидрата при нагревании происходит в песке с низкой начальной влажностью и гидратонасыщенностью.