12. Исследование гидратообразования в пористой среде

Процессы гидратообразования в пористых средах интересны не только с научной, но и с практической точки зрения, в связи с перспективами использования газовых гидратов в горном деле.

Образование гидратов в пористой среде имеет ряд особенностей: процесс протекает в статических условиях без интенсивного перемешивания фаз, исключена возможность визуального наблюдения за процессом. При этом пористая среда оказывает определенное влияние на равновесные параметры гидратообразования.

Впервые различие условий образования гидратов с водой в свободном объеме и с водой, находящейся в пористой среде, было отмечено Ю.Ф. Макогоном. Это связано с отличием физических свойств воды в свободном объеме и пористой среде, вызванным особенностью взаимодействия поровой влаги с минеральными частицами пород. Снижение температуры гидратообразования в пористой среде по сравнению с гидратообразованием в воде в свободном объеме было определено Н.В. Черским расчетным путем. Существенное различие наблюдается только у связанной воды, которая по своим свойствам близка к твердому тел, неподвижна относительно частицы породы, неспособна растворять в себе соли, лишена электропроводности. Ее скорее относят к твердой фазе, чем к паровому флюиду. В настоящее время общепринятым считается, что гидратообразование в пористых средах происходит в более жестких условиях, чем в свободном объеме, и смещается в область более высоких давлений и низких температур.

Результаты экспериментальных исследований последних лет равновесных параметров гидратообразования в пористой среде дают возможность уточнить равновесные параметры гидратообразования в зависимости от минерального и порового состава горных пород. Однако качественно эти данные не отличаются от результатов предыдущих работ.

Большинство работ по кинетике гидратообразования в свободном объеме посвящено технологическим аспектам вопроса. При этом процесс проводят в динамических условиях в камерах-реакторах, где для увеличения поверхности контакта газ – вода, т.е. массопередачи и лучшего отвода теплоты фазового перехода, применяют различные приемы: электромагнитные мешалки, барботирование газа, встряхивание камеры, теплоотводящие устройства и т.д.

Работ по исследованию кинетики гидратообразования в пористой среде не так много, зачастую они носят качественный характер. В них не отражено количественное влияние физических параметров пористой среды, влияние естественных компонентов поровых флюид на время перехода газа в гидратную фазу. С другой стороны, наличие большей поверхности контакта газ – вода в объеме пористой среды, большая теплоемкость и теплопроводность горных пород ускоряют процесс гидратообразования. В ИГДС СО РАН были проведены лабораторные исследования гидратообразования в условиях, максимально приближенных к пластовым метегеро-ичерского водоносного горизонта, с целью установления возможности использования техногенных газогидратов для управления физико-механическими свойствами горных пород.