ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЛЬТРАЦИИ ГАЗА В МЕРЗЛЫХ И ГИДРАТОСОДЕРЖАЩИХ ПОРОДАХ В УСЛОВИЯХ ОДНОOСНОГО СЖАТИЯ
Authors: ЧУВИЛИН Е.М. , ГРЕБЕНКИН С.И. , ЖМАЕВ М.В. 
Published: January 2025

Криолитозона, как показывают исследования, аккумулирует значительные объемы природного газа как в свободной форме, так и в виде газогидратов. Изменение термобарических условий газосодержащей толщи мерзлых пород может сопровождаться различными газодинамическими процессами, которые приводят к активным газовыделениям из верхних горизонтов мерзлоты. Во время активизации этих процессов давление газа в газонасыщенных горизонтах может быть равным и даже превышать давление вышележащих пород, а градиенты давлений могут достигать значительной величины, которой будет достаточно для деформации льдо- и гидратосодержащих пород, возникновения фильтрации газа, его проникновения и прорыва в вышележащие слои пород. Для моделирования подобных природных условий авторами была разработана оригинальная технология, которая включала создание специального кернодержателя фильтрационной установки и разработку алгоритма проведения лабораторных испытаний на созданном оборудовании. В ходе методических опытов показано, что при фиксированном газовом давлении около 2 МПа в нагреваемом непроницаемом льдонасыщенном песчано-глинистом образце фильтрация газа может возникать в области высоких отрицательных температур. Методические эксперименты по изучению динамики газопроницаемости мерзлых и оттаивающих пород в условиях образования и диссоциации поровых гидратов метана показали закономерные изменения газопроницаемости, обусловленные фазовыми переходами лед(вода)-гидрат, а также структурными преобразованиями грунтов, вызванными фазовыми переходами.

Studies show that frozen rock strata can accumulate significant amounts of natural gas both in free form and in the form of gas hydrates. Changes in the thermobaric conditions of gas-bearing permafrost can be accompanied by various gas-dynamic processes that lead to active gas emissions from the upper horizons of permafrost. During the activation of these processes, the gas pressure in gas-saturated horizons can be equal to or even exceed the pressure of the overlying rocks, and pressure gradients can reach a significant value that will be sufficient for deformation of ice- and hydrate-containing rocks, the occurrence of gas filtration, its permeation and breakthrough into the overlying rock layers. To simulate such natural conditions, the authors developed an original technology that included the creation of a special core holder for the filtration system and the development of an algorithm for conducting laboratory tests. In the course of methodological experiments, it was found that at a constant gas pressure of approximately 2 MPa in a heated impermeable ice-saturated sandy clay sample, gas filtration can occur in the region of high negative temperatures, below its thawing temperature. Methodological experiments to study the changes in the gas permeability of frozen and thawing rocks under conditions of the formation and dissociation of methane pore hydrates have shown regular changes in gas permeability due to ice (water)-hydrate phase transitions and structural transformation of the soils caused by these phase transitions.