​​Специалисты Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН и Института неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН провели эксперименты по изучению акустических свойств угольных образцов, содержащих гидрат метана.

О ходе, значении и некоторых результатах этой работы рассказал Гэсэр Александрович Дугаров – старший научный сотрудник лаборатории динамических проблем сейсмики ИНГГ СО РАН, к.ф.-м.н.

– Гэсэр Александрович, почему газовые гидраты вообще нужно изучать?

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

В земной коре подходящие давления и температуры существуют в пределах так называемой зоны стабильности гидратов, которая 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. Таким образом, для угольных пластов в области многолетнемерзлых пород (например, Печорский угольный бассейн) удовлетворяются необходимые условия для формирования газовых гидратов. Все это придает актуальность исследованиям физических свойств угольных гидратосодержащих образцов.

Вместе с сотрудниками ИНХ СО РАН мы провели первую серию экспериментов по изучению акустических свойств гидратосодержащих образцов, сформированных из угля. Для этого использовалась созданная ранее специализированная установка. На ней мы уже провели аналогичные эксперименты по изучению акустических свойств гидратосодержащих образцов из песка.

– Как проходил эксперимент с угольными образцами?

– В угле изначально содержится некоторое количество воды в адсорбированном виде. Чтобы создать однородный образец с контролируемыми свойствами, уголь был предварительно измельчен и просеян (размер фракции – от 0.2 до 1 мм), а затем высушен при 110°C под вакуумом. Это в дальнейшем позволило нам контролировать содержание воды в образцах.

При формировании образцов из просеянных частиц угля между ними остается поровое пространство, в котором может содержаться вода. Также в каждой отдельной частичке угля имеются поры размером от нм до мкм. Такое сложное многомасштабное строение порового пространства существенно осложняет работу с углем.

Мы 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).

Подготовленный образец спрессовывался ручным гидравлическим прессом, чтобы получить более монолитный образец и обеспечить прохождение акустических волн. Подготовленная ячейка с образцом помещалась в камеру установки, которая позволяла создавать необходимые условия для формирования гидрата метана и одновременного измерения скоростей акустических волн в образце.

– Удалось ли обнаружить интересные эффекты?

– Во-первых, мы обнаружили температурную зависимость скоростей продольных и поперечных волн. 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.

Также нам хотелось понять, есть ли различия в свойствах образцов при содержании в них льда или гидрата. 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.

Мы объяснили это уже известным для угля эффектом конкурентной сорбции, при котором газ и вода конкурируют за поры малого размера. В нашем 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.

– Как будут развиваться исследования в дальнейшем?

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

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РНФ № 19–77–00068.

Беседовал Павел Красин

На фото: Г.А. Дугаров

Источники

Новосибирские ученые продолжают эксперименты по изучению газовых гидратов
Новости сибирской науки (sib-science.info), 19/11/2020
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука Сибирского отделения Российской академии наук
ФСМНО (sciencemon.ru), 19/11/2020
Новосибирские ученые проводят эксперименты по изучению газовых гидратов
БезФормата Новосибирск (novosibirsk.bezformata.com), 19/11/2020
Новосибирские ученые проводят эксперименты по изучению газовых гидратов
РИА Сибирь (ria-sibir.ru), 19/11/2020
Ученые обнаружили новые свойства газогидрата
ТАСС, 19/11/2020
Ученые обнаружили новые свойства газогидрата
Seldon.News (news.myseldon.com), 19/11/2020
Сибирские ученые нашли особенности газогидратов в угле
Интерэнерго (ieport.ru), 19/11/2020
Новосибирские ученые продолжают эксперименты по изучению газовых гидратов
Научная Россия (scientificrussia.ru), 19/11/2020
Сибирские ученые нашли особенности газогидратов в угле
Девон (iadevon.ru), 19/11/2020
Сибирские ученые нашли особенности газогидратов в углеСмежные отрасли
Seldon.News (news.myseldon.com), 19/11/2020
Сибирские ученые нашли особенности газогидратов в угле
Национальная ассоциация нефтегазового сервиса (nangs.org), 19/11/2020
Новосибирские ученые изучают свойства газовых гидратов
Интерэнерго (ieport.ru), 22/11/2020
Новосибирские ученые изучают свойства газовых гидратов
Polpred.com, 21/11/2020
Новосибирские ученые изучают свойства газовых гидратов
Energyland.info, 21/11/2020
Новосибирские ученые изучают свойства газовых гидратов
Seldon.News (news.myseldon.com), 21/11/2020

Похожие новости

  • 28/06/2019

    В рамках новой лаборатории ученые ИНГГ СО РАН займутся численным моделированием гидратосодержащих пород

    ​С начала года в Институте нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН работают три новых научных подразделения, включая лабораторию математического моделирования многофизичных процессов в нативных и искусственных многомасштабных гетерогенных средах.
    1098
  • 11/06/2019

    Ученый ИНГГ СО РАН провел эксперимент по установке трех сейсмостанций на дрейфующей льдине

    В ходе первого этапа полярной морской экспедиции «ТрансАрктика-2019» на научно-экспедиционном судне «Академик Трёшников» сотрудник Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН осуществил установку временных сейсмостанций на дрейфующей льдине.
    989
  • 04/02/2019

    Ученые ИНГГ СО РАН исследуют газогидраты, которые вскоре могут стать ключевым источником ископаемого топлива

    Газовые гидраты – это твердые кристаллические соединения, которые образуются в породе при определенном давлении и температуре из воды и газа. В ближайшие десятилетия газогидраты могут стать одним из основных источников ископаемого топлива.
    988
  • 19/05/2017

    Энергия молодости как движущая сила науки

    Так же, как российское могущество прирастает Сибирью, могущество Сибирского отделения прирастает молодыми учеными. Они приходят в науку разными путями, но затем все эти тропинки сливаются в одну дорогу, ведущую в будущее.
    2574
  • 15/09/2020

    Глава полевых работ Большой норильской экспедиции: исследования нужно продолжить зимой

    Успешно завершились полевые работы и сбор проб Большой норильской экспедиции Сибирского отделения Российской академии наук (СО РАН). Однако работы продолжатся не только в лабораториях, ученые готовы к новым полевым исследованиям предстоящей зимой и следующим летом, предлагая изучать не только загрязнения почвы и воды, но и воздуха.
    359
  • 03/08/2020

    «Главным объектом укрепления и расширения сырьевой базы нефтяной промышленности сейчас становится баженовская свита»

    ​Ученые ИНГГ СО РАН занимаются разработкой фундаментальных основ поисков и подсчета трудноизвлекаемых запасов нефти баженовской свиты Западной Сибири, включая оценку ресурсов Новосибирской области. Эти работы сотрудники лабораторий 348 и 342 выполняют в рамках гранта, предоставленного РФФИ и министерством науки и инноваций Новосибирской области.
    418
  • 11/11/2015

    Scopus Award - премия для тех, кто активно работает

    Цитирование и количество публикаций - важные показатели. Однако не стоит их абсолютизировать. О плюсах и минусах количественной оценки деятельности ученых и о том, как некорректная экспертиза может убить научный проект, рассказывает ведущий научный сотрудник Института геологии и минералогии им.
    3293
  • 07/02/2018

    Для пользы государства: фундаментальные исследования и прикладные работы ИНГГ СО РАН

    ​Сырьевые запасы, которыми так богата наша страна, не только являются основой для формирования достойного госбюджета, но и обеспечивают безопасность и независимость государства на долгие годы. Использовать данное нам природой разумно и максимально эффективно — вот задача, которую помогает решить Институт нефтегазовой геологии и геофизики им.
    1843
  • 21/06/2018

    Остров Самойловский - северный форпост сибирской науки

    Научно-исследовательская станция «Остров Самойловский» — самый северный форпост сибирской науки в Арктике. Ежегодно туда приезжают не только российские, но и зарубежные исследователи, пытаясь изучить и понять процессы, происходящие в природных сообществах, на земле и под землей.
    1719
  • 23/08/2017

    Инновационный проект Института нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН стал призером бизнес-ускорителя «А:Старт»

    ​Проект ИНГГ СО РАН «Разработка инновационных технологий освоения техногенных месторождений», направленный на инжиниринг в сфере рационального природопользования, стал призером бизнес-ускорителя «А:Старт» на базе Технопарка Академгородка, участниками проекта выступили сотрудники лабораторий «Геоэлектрохимии» и «Экономики недропользования и прогноза развития нефтегазового комплекса» к.
    1748