Сибирские ученые нашли особенности газогидратов в угле

Они подтвердили эффект конкурентной сорбции в ходе акустических экспериментов.

Российские ученые изучили акустические свойства угольных образцов, содержащих гидрат метана. Эксперимент провели специалисты Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука Сибирского отделения РАН и Института неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН. Об этом Информагентству «Девон» сообщили в пресс-службе ИНГГ.

Природные газовые гидраты широко распространены в донных осадках водоемов и многолетнемерзлых породах. Для их существования необходимы повышенное давление, низкая температура, а также наличие свободной воды и газа гидратообразователя. Это, например, метан, из которого в основном и состоит природный газ.

Прим. ИА «Девон»: Газогидраты  представляют собой твердую смесь газа и воды. Метан является источником органического углерода. Его общее расчетное количество в виде гидрата больше, чем во всех залежах планеты вместе взятых. Газогидраты рассматриваются как возможный альтернативный источник энергетического сырья. Однако они могут быть опасны для нефтедобычи, так как при таянии выбрасывают газ и создают пробки в скважинах.

В земной коре подходящие давления и температуры существуют в пределах зоны стабильности гидратов. Она в районах вечной мерзлоты может начинаться на глубине от 250 м и иметь мощность порядка 400–800 м, а в отдельных случаях и более 1 км.

В природных углях присутствует вода и метан, образующиеся в процессе метаморфизма угольного вещества. Для угольных пластов в области многолетнемерзлых пород (например, Печорский угольный бассейн) удовлетворяются необходимые условия для формирования газовых гидратов. 

«Мы провели первую серию экспериментов по изучению акустических свойств гидратосодержащих образцов, сформированных из угля, - рассказывает старший научный сотрудник лаборатории динамических проблем сейсмики ИНГГ, кандидат наук Гэсэр ДУГАРОВ. - Для этого использовалась созданная ранее установка. На ней мы уже провели аналогичные эксперименты по изучению акустических свойств гидратосодержащих образцов из песка».

В угле изначально содержится некоторое количество воды в адсорбированном виде. Чтобы создать однородный образец с контролируемыми свойствами, уголь был предварительно измельчен и просеян, а затем высушен при 110°C под вакуумом. Это позволило контролировать содержание воды в образцах.

При формировании образцов из просеянных частиц угля между ними остается поровое пространство, в котором может содержаться вода. В каждой отдельной частичке угля имеются поры размером от нм до мкм. Такое сложное многомасштабное строение порового пространства существенно осложняет работу с углем. Ученые рассматривали образцы трех основных типов: сухой; с адсорбированной водой (вода впитывается из влажной атмосферы) и «свободной» водой (вода добавляется на этапе загрузки угля в ячейку).

«Мы обнаружили температурную зависимость скоростей продольных и поперечных волн, - продолжает Дугаров. - Использованная установка позволяет в автоматическом режиме проводить акустические измерения, поэтому при медленном изменении температуры образца (порядка 0.5°C в час) мы смогли наблюдать за медленным изменением скоростей».

«Нам хотелось понять, есть ли различия в свойствах образцов при содержании в них льда или гидрата, - добавил он. - Наиболее интересные результаты были получены при сравнении данных при разморозке льда и разложении гидрата. Оба этих процесса должны сопровождаться падением скоростей при переходе через фазовую границу».

«Но для образца с адсорбированной водой при разморозке льда резкого падения скоростей не наблюдалось, а вот в том же образце после наработки гидрата этот эффект уже был, - сделал вывод Гэсэр Дуганов. - Мы объяснили это уже известным для угля эффектом конкурентной сорбции, при котором газ и вода конкурируют за поры малого размера».

В этом случае в угле уже присутствовала вода в адсорбированном виде, которая не превращалась в лед при заморозке. Но после закачки под давлением метана в образец, газ вытеснил часть адсорбированной воды из малых пор в угольных частичках в пространство между частичками. В этом пространстве вода уже начинает формировать гидрат. В итоге нам удалось получить подтверждение эффекта конкурентной сорбции в угле на акустических экспериментах.

«Мы рассмотрели только уголь марки «К» из Кузнецкого угольного бассейна, а различных типов углей существует множество, - добавил он. - Поэтому мы намерены продолжить эксперименты с газовыми гидратами в различных типах углей, а также в других породах».

СЛЕДУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ РАЗДЕЛА "ВИЭ"