Процессы гидратообразования при захоронении CO2 в криолитозоне

• Автор: Гурьева, Ольга Михайловна
• Шифр специальности: 25.00.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 173 с. : ил.

Содержание.
Введение
Глава 1. Возможность захоронения техногенного СО2 в криолитозоне.
1.1. Опыт по захоронению СО2 в природных резервуарах
1.2. Особенности захоронения углекислого газа в криолитозоне. Глава 2. Изученность процессов образования газовых гидратов. 2.1.Общие сведения о газовых гидратах.
2.2. Образование гидратов диоксида углерода и метана в свободном объеме.
2.3. Образование гидратов диоксида углерода и метана в поровом пространстве пород.
2.4. Возможность образования и существования природных гидратов СО2 в криолитозоне.
Глава 3. Методика экспериментальных исследований.
3.1. Методика изучения образования и разложения гидрата СО2 PVT методом
3.2. Методика исследования кинетики образования гидрата С02 при помощи ЯМР томографии
3.3. Методика изучения газопроницаемости гидратосодержащих пород.
3.4. Методика определения равновесного содержания влаги в С02 гидратосодержащих породах.
Глава 4. Термобарические условия накопления гидрата С02 в поровом пространстве промерзающих и мерзлых газонасыщенных пород.
4.1. Фазовые переходы в газонасыщенных дисперсных породах при положительных и отрицательных температурах
4.2. Особенности замерзания грунтовых образцов под давлением С02 и гидратосодержащих образцов.

Глава 5. Закономерности образования гидрата СО2 в поровом пространстве промерзающих и мерзлых газонасыщенных пород.
5.1. Образование газогидратов из жидкого С02 в пористой среде.
5.2. Накопление порового гидрата С02 при охлаждении влажных газонасыщенных пород.
5.3. Накопление порового гидрата диоксида углерода в льдосодержащих породах при отрицательных температурах.
5.4. Роль фазовых переходов при гидратообразовании в пористой среде
5.5. Изменение газопроницаемости пород при образовании гидрата С02
Глава 6. Особенности существования гидрата С02 в мерзлых породах.
6.1. Состав и строение мерзлых гидратосодержащих образцов при равновесном давлении.
6.2. Состав и строение мерзлых гидратосодержащих образцов при неравновесном давлении.
6.3. Особенности диссоциации гидрата диоксида углерода в мерзлых породах при неравновесном давлении.
6.4. Особенности разложения гидрата диоксида углерода в поровом пространстве пород при нагревании.
Заключение
Список литературы

Введение
Актуальность работы.
В результате хозяйственной деятельности человека образуется большое количество диоксида углерода. Основными источниками выбросов С02, в том числе в областях распространения многолетнемерзлых пород, являются крупные промышленные предприятия и тепловые электростанции. Дополнительным источником антропогенного С02 могут стать предприятия по сжижению газа. Природные газы многих газовых и газоконденсатных месторождений России, в том числе на севере Западной Сибири, содержат примеси С02 (порядка 0,5-1,0 мол.%). В настоящее время активно обсуждаются проекты разработки ряда месторождений полуострова Ямал со сжижением природного газа и последующей доставкой потребителям танкерами. Технология сжижения предполагает практически полное отсутствие С02 в природном газе, поэтому при подготовке газа к сжижению природный газ предварительно очищается от С02. При этом образуется большое количество С02, которое необходимо утилизировать.
В связи с этим разрабатываются проекты по захоронению С02 в геологических формациях, некоторые из которых уже имеют применение в промышленном масштабе. В последнее время подмерзлотные горизонты также рассматриваются в качестве возможной среды для захоронения С02, в том числе в виде газовых гидратов. Аргументами в пользу захоронения С02 в подмерзлотные горизонты является низкая проницаемость вышележащих мерзлых толщ, низкие температуры и, соответственно, устойчивость газогидратных образований, а также возможность захоронения на небольшую глубину.
Захоронение С02 в криолитозоне - технически очень сложный процесс. Для лучшего понимания процессов гидратообразования, которые происходят при захоронении в криолитозоне, необходимо проведение специальных экспериментальных исследований.
Цель.
Экспериментальное изучение процессов образования и разложения гидратов С02 в поровом пространстве дисперсных пород в связи с возможным захоронением С02 в криолитозоне.

По мнению некоторых ученых (Истомин, Якушев, 1992) существует другой механизм образования гидратной пленки на поверхности контакта газ-вода. При увеличении давления в системе газ - жидкая вода, увеличивается количество растворенного в жидкой фазе газа и вокруг газовых молекул начинают формироваться кластеры (ассоциаты) молекул воды. Это обратимый процесс и в каждый момент времени образуется и распадается некоторое количество ассоциатов. При достижении определенного давления в приповерхностном слое значительное число водородных связей оказывается искаженным из-за образования клатратоподобных комплексов. С этого момента термодинамически более выгодной становится клатратная решетка, образование которой происходит довольно быстро.
В кинетике гидратообразования, обычно выделяют две фазы. Первая фаза подразумевает нуклеацию, а вторая фаза описывает фактический рост гидрата, который начинается после того, как сформируется зародыш. P. Englezos et al. (1987) полагают, что во время роста гидратов газ переносится из газовой фазы в объемную фазу воды и затем переносится диффузией в место реакции на поверхности образовавшегося зародыша.
Исследуя процесс нуклеации метана и этана, Ю.Ф. Макогон (1974) показал, что этот процесс происходит на поверхности раздела и зависит от давления, температуры и степени переохлаждения. Подробное описание механизма нуклеации описано в работе Sloan (1998).
Нуклеция в свободном объеме обычно происходит после некоторого индукционного периода. V. Natarita et al. (1994) изучали индукционный период для метана, этана и диоксида углерода. По их данным, индукционный период составлял от 0 до 185 минут в экспериментах с СО2. Их эксперименты показали экспоненциальную зависимость индукционного периода от движущей силы. Кроме того, индукционный период также зависит от неоднородности поверхности стенок реактора, присутствия примесей и тепловой истории воды.
В воде, подвергшейся гидратообразованию, значительно быстрее вновь образуются зародыши газовых гидратов, по сравнению с водой, не испытавшей воздействия гидратообразования или льдообразования. Это подтверждается опытами Ю.Ф. Макогона (Макогон, 1974; Makogon et al., 2002 и Л. Vysniauskas and