Автор: Сафарова Е.А. , Лесин В.И.
Экспериментальное обоснование условий внутрипластовой генерации и хранения водорода в истощенных углеводородных коллекторах с учетом электрокинетических факторов
DOI: 10.24412/2076-6785-2026-3-53-57
Аннотация
В работе экспериментально исследованы процессы, сопровождающие внутрипластовую генерацию и хранение водорода в условиях, приближенных к истощенным месторождениям углеводородов. Обоснована связь фильтрации флюидов и деформации горных пород с возникновением электрических полей, инициирующих физико-химические превращения в системе «горная порода – водный раствор». Моделирование подземного электролиза выполнялось с использованием природных водных растворов из подземного хранилища метана и кварцевого песка при варьировании концентрации NaCl. Показано, что электрическое воздействие приводит к значительному изменению pH и окислительно-восстановительного потенциала (Eh) среды в сторону усиления восстановительных свойств, а также к генерации водорода и сопутствующих газов. Установлено, что наряду с электролитическим разложением воды протекают реакции синтеза метана (реакция Сабатье) и взаимодействия с минеральным скелетом, приводящие к образованию кремниевой кислоты и оксидов железа. Выявлено влияние концентрации электролита на состав генерируемых газов и фильтрационные характеристики коллектора. Полученные данные имеют практическую значимость при выборе оптимальных условий генерации и подземного хранения водорода с учетом минимизации кольматации порового пространства и максимизации выхода целевых компонентов.
Материалы и методы
В качестве модельной пористой среды использовался кварцевый песок фракции 0,25–0,5 мм. Водная фаза — пластовая вода из подземного хранилища метана с общей минерализацией 100 г/л,
содержащая хлорид натрия, сульфаты, гидрокарбонаты, ионы кальция, калия, а также железо (общее Fe — 19,9 мг/л) и микропримеси органических соединений (суммарно до 410 мкг/л). Для изучения влияния солености исходный раствор разбавляли дистиллированной водой до концентраций NaCl 50, 35, 15 и 5 г/л.
Эксперименты проводили в герметичных стеклянных реакторах объемом 250 мл. В каждый реактор помещали 44 г кварцевого песка и 150 мл водного раствора соответствующей минерализации. Для создания анаэробных условий свободное пространство реактора продували аргоном в течение 15 минут. Электролиз осуществляли с использованием двух железных электродов, погруженных в слой песка на глубину 20 мм.
Воздействие проводили в гальваностатическом режиме при постоянной силе тока 0,15 А, начальном напряжении 1,3 В
в течение 4 часов. Температура поддерживалась
в диапазоне 22,6–22,8°C. Измерения рН и редокс-потенциала Eh производились с помощью многофункционального калиброванного тестера C-600 при температуре ~23 °С. Измерения величин Eh и pH производились до начала и после обработки растворов электрическим током. Состав газовой фазы определяли методом газовой хроматографии, наличие кремниевой кислоты и соединений железа — полуколичественно по цветовым реакциям и осадкообразованию.
Ключевые слова
внутрипластовая генерация, подземное хранение, водный раствор, редокс-потенциал
Статья написана в рамках выполнения бюджетного задания № 125020501406-8 (FMME-2025-0011) по теме «Геологическое обоснование оптимальных условий природной и индуцированной внутрипластовой генерации водорода и его подземного хранения в истощенных месторождениях УВ и соляных структурах».
Вернуться к списку статей
Аннотация
В работе экспериментально исследованы процессы, сопровождающие внутрипластовую генерацию и хранение водорода в условиях, приближенных к истощенным месторождениям углеводородов. Обоснована связь фильтрации флюидов и деформации горных пород с возникновением электрических полей, инициирующих физико-химические превращения в системе «горная порода – водный раствор». Моделирование подземного электролиза выполнялось с использованием природных водных растворов из подземного хранилища метана и кварцевого песка при варьировании концентрации NaCl. Показано, что электрическое воздействие приводит к значительному изменению pH и окислительно-восстановительного потенциала (Eh) среды в сторону усиления восстановительных свойств, а также к генерации водорода и сопутствующих газов. Установлено, что наряду с электролитическим разложением воды протекают реакции синтеза метана (реакция Сабатье) и взаимодействия с минеральным скелетом, приводящие к образованию кремниевой кислоты и оксидов железа. Выявлено влияние концентрации электролита на состав генерируемых газов и фильтрационные характеристики коллектора. Полученные данные имеют практическую значимость при выборе оптимальных условий генерации и подземного хранения водорода с учетом минимизации кольматации порового пространства и максимизации выхода целевых компонентов.
Материалы и методы
В качестве модельной пористой среды использовался кварцевый песок фракции 0,25–0,5 мм. Водная фаза — пластовая вода из подземного хранилища метана с общей минерализацией 100 г/л,
содержащая хлорид натрия, сульфаты, гидрокарбонаты, ионы кальция, калия, а также железо (общее Fe — 19,9 мг/л) и микропримеси органических соединений (суммарно до 410 мкг/л). Для изучения влияния солености исходный раствор разбавляли дистиллированной водой до концентраций NaCl 50, 35, 15 и 5 г/л.
Эксперименты проводили в герметичных стеклянных реакторах объемом 250 мл. В каждый реактор помещали 44 г кварцевого песка и 150 мл водного раствора соответствующей минерализации. Для создания анаэробных условий свободное пространство реактора продували аргоном в течение 15 минут. Электролиз осуществляли с использованием двух железных электродов, погруженных в слой песка на глубину 20 мм.
Воздействие проводили в гальваностатическом режиме при постоянной силе тока 0,15 А, начальном напряжении 1,3 В
в течение 4 часов. Температура поддерживалась
в диапазоне 22,6–22,8°C. Измерения рН и редокс-потенциала Eh производились с помощью многофункционального калиброванного тестера C-600 при температуре ~23 °С. Измерения величин Eh и pH производились до начала и после обработки растворов электрическим током. Состав газовой фазы определяли методом газовой хроматографии, наличие кремниевой кислоты и соединений железа — полуколичественно по цветовым реакциям и осадкообразованию.
Ключевые слова
внутрипластовая генерация, подземное хранение, водный раствор, редокс-потенциал
Статья написана в рамках выполнения бюджетного задания № 125020501406-8 (FMME-2025-0011) по теме «Геологическое обоснование оптимальных условий природной и индуцированной внутрипластовой генерации водорода и его подземного хранения в истощенных месторождениях УВ и соляных структурах».
