ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЯМР ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЖИДКОЙ ФАЗЫ ВОДЫ В МЕРЗЛЫХ ГИДРАТОСОДЕРЖАЩИХ ПОРОДАХ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕРМОБАРИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
Аннотация
В настоящее время природные газовые гидраты являются важным и перспективным источником нетрадиционных углеводородов. В природных условиях газогидратные скопления приурочены к донным отложениям морей и океанов, а также к областям распространения многолетнемерзлых пород (криолитозона). В криолитозоне газовые гидраты могут существовать как в подмерзлотных горизонтах, так и внутри многолетнемерзлых толщ, являясь важной компонентой мерзлых пород, которая оказывает влияние на их строение и свойства, а также поведение и условия их существования.
Одним из наиболее популярных направлений в области газогидратных исследований является количественная оценка жидкой фазы воды в гидратосодержащих горных пород. Это обусловлено тем, что знания об остаточной поровой влаге позволяет не только оценивать фазовые равновесия в гидратосодержащих системах и контролировать их стабильность, но также прогнозировать их свойств (физико-механические, теплофизические, фильтрационные и геофизические) и поведение при различных внешних воздействиях.
В данной статье представлены методические разработки по адаптации стандартного низкочастотного ЯМР-релаксометра применительно к исследованию гидратосодержащих пород при давлении метана до 7 МПа в широком диапазоне температур от -10 до +25 °C. Эти разработки позволили провести оценку остаточной жидкой воды в гидратосодержащих средах при различных термобарических условиях. В результате были получены новые данные об изменении содержания жидкой воды в мерзлых гидратосодержащих грунтах в условиях снижении давления ниже равновесного (т.е. в условиях проявления эффекта самоконсервации поровых гидратов), а также в условиях солепереноса при взаимодействии мерзлых гидратосодержащих грунтов с замороженными солевыми растворами.
Для цитирования:
Буханов Б.А., Чувилин Е.М., Мухаметдинова А.З., Кривохат Е.О. Применение технологии ЯМР для исследования жидкой фазы воды в мерзлых гидратосодержащих породах при различных термобарических условиях. Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва). 2024. Т. LXVIII. № 4. С. 81-87. DOI: 10.6060/rcj.2024684.10.
Литература
Якушев В.С., Гафаров Н.А., Карнаухов С.М., Рыбальченко В.В., Огородников И.В. Газовые гидраты в Арктике и Мировом океане: особенности залегания и перспективы освоения. М.: Недра. 2014. 251 с.
Max M.D. Natural gas hydrate in oceanic and permafrost environments. Boston: Kluwer Academic Publishers. 2000. 414 p.
Wei N., Pei J., Li H., Zhou Sh., Zhao, J., Kvamme B., Coffin R.B., Zhang L., Zhang Y., Xue J. Classification of natural gas hydrate resources: Review, application and prospect. Gas Science and Engineering. 2024. V. 124. 205269.
Черский Н.В., Куренчанин В.К., Скуба, В.Н., Царев В.П. Исследования и рекомендации по совершению разработки полезных ископаемых северных и восточных районов СССР. Часть 1. Перспективы поисков газогидратных залежей. Якутск: Якутское книжное издательство. 1973. 116 с.
Макогон Ю.Ф. Газовые гидраты, предупреждение их образования и использование. М.: Недра. 1985. 232 с.
Истомин В.А., Якушев В.С. Газовые гидраты в природных условиях. М.: Недра. 1992. 235 с.
Якушев В.С. Природный газ и газовые гидраты в крио-литозоне. М.: ВНИИГАЗ. 2009. 190 с.
Chuvilin E.V., Istomin V.A., Safonov S.S. Residual nonclathrated water in sediments in equilibrium with gas hydrate. Comparison with unfrozen water. Cold Reg. Sci. Technol. 2011. V. 68. P. 68–73. https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2011.05.006.
Istomin V.A., Chuvilin E.M., Bukhanov B.A., Uchida T.A. Pore water content in equilibrium with ice or gas hydrate in sediments. Cold Reg. Sci. Technol. 2017. V. 137. P. 60–67.
Sergeeva D., Istomin V., Chuvilin E., Bukhanov B., Sokolova N. Influence of hydrate-forming gas pressure on equilibrium pore water content in soils. Energies. 2021. V. 14. N 1841. https://doi.org/10.3390/en14071841
Melnikov V.P., Nesterov A.N., Podenko L.S., Reshetnikov A.M., Shalamov V.V. NMR evidence of supercooled water formation during gas hydrate dissociation below the melting point of ice. Chemical Engineering Science. 2012. N 71. P. 573–577. https://doi.org/10.1016/j.ces.2011.11.039
Власов В.А., Заводонский А.Г., Мадыгулов М.Ш., Решетников А.М. Образование переохлажденной воды при диссоциации газовых гидратов по данным метода ядерного магнитного резонанса. Криосфера Земли. 2011. Т. ХV. № 4. С. 83–85.
Madygulov M.Sh., Nesterov A.N., Reshetnikov A.M., Valeriy A. Vlasov V.V., Zavodovsky A.G. Study of gas hydrate metastability and its decay for hydrate samples containing unreacted supercooled liquid water below the ice melting point using pulse NMR. Chemical Engineering Science. 2015. N 137. P. 87–292. http://dx.doi.org/10.1016/j.ces.2015.06.039.
Шумскайте М.Й., Манаков А.Ю., Глинских В.Н., Дучков А.Д. Определение этапов диссоциации газовых гидратов на основе анализа данных метода ЯМР-релаксометрии. Геофизические технологии. 2019. № 3. C. 4–12.
Shumskayte M.Yu., Manakov A.Yu., Sagidullin A.K., Glinskikh V.N., Podenko L.S. Melting of tetrahydrofuran hydrate in pores: An investigation by low-field NMR relaxation. Marine and Petroleum Geology. 2021. V. 129. 105096 p. https://doi.org/10.1016/j.marpetgeo.2021.105096
Mukhametdinova A., Habina-Skrzyniarz I., Kazak A., Krzyżak A. NMR relaxometry interpretation of source rock liquid saturation — A holistic approach. Marine and Petroleum Geology. 2021. V. 132. 105165 p. https:// doi.org/10.1016/j.marpetgeo.2021.105165.
Полетаева О.Ю., Леонтьев А.Ю., Мовсумзаде Э.М., Колчина Г.Ю., Бабаев Э.Р. Исследование состава вы-соковязких тяжелых нефтей методом ядерной магнитно-резонансной спектроскопии. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2021. Т. 64. Вып. 1. С. 52–58. DOI: 10.6060/ivkkt.20216401.6261.
Колчина Г.Ю., Полетаева О.Ю., Леонтьев А.Ю., Мовсумзаде Э.М., Логинова М.Е., Колчин А.В. Анализ состава и структуры тяжелых нефтей по данным ЯМР-спектроскопии. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2023. Т. 66. Вып. 6. С. 94–101. DOI: 10.6060/ivkkt.20236606.6783.
Ященко И.Г. Пластовые условия залегания трудноизвлекаемых нефтей баженовской свиты и их физико-химические свойства. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2023. Т. 66. Вып. 11. С. 6–17. DOI: 10.6060/ivkkt.20236611.9t.
Bukhanov B., Chuvilin E., Mukhametdinova A., Sokolova N., Afonin M., Istomin V. Estimation of residual pore water content in hydrate-bearing sediments at temperatures below and above 0 °C by NMR. Energy & Fuels. 2022. V. 36. N 24. P. 14789–14801. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels. 2c03089.
Патент RU 2791953 C1. Способ определения количества равновесной воды в гидратосодержащих горных породах. Буханов Б.А., Мухаметдинова А.З., Афонин М.М., Чувилин Е.М., Истомин В.А. Опубликован 14.03.2023. Бюл. № 8.
Chuvilin E., Bukhanov B., Davletshina D., Grebenkin S., Istomin V. Dissociation and self-preservation of gas hy-drates in permafrost. Geosciences. 2018. V. 8. N 12. 431. https:// doi.org/10.3390/geosciences8120431.
Chuvilin E., Davletshina D., Bukhanov B., Mukhametdinova A., Istomin V. Formation of metastability of pore gas hydrates in frozen sediments: experimental evidence. Geosciences. 2022. V. 12. N 11. 419. https://doi.org/10.3390/geosciences12110419.
Чувилин Е.М., Екимова В.В., Давлетшина Д.А., Буханов Б.А., Кривохат Е.О. Солеперенос в мерзлых породах, содержащих гидрат метана, при их взаимодействии с солевыми растворами. Криосфера Земли. Т. XXVII. № 6. С. 40–50. DOI: 10.15372/KZ20230604.
