Основные ожидаемые результаты и их значимость:

Экспериментальная оценка влияния различных внешних факторов (снижение давления, повышение температуры, солеперенос) на процессы таяния порового льда и диссоциации газовых гидратов в мерзлых гидратосодержащих породах. Экспериментальные данные по возможности фильтрации газа в низкопроницаемых мерзлых и гидратосодержащих породах в условиях таяния льда, диссоциации газогидратов, а также при повышенных градиентах газового давления и температур, вызывающих вязкопластические деформации скелета породы. Количественные показатели солепереноса в мерзлых и гидратосодержащих породах, а также критические значения соленакопления в поровом пространстве пород, вызывающих активную диссоциацию поровых газогидратов при заданных грунтовых и термобарических условиях.

В автомодельной постановке будут найдены численное и приближенное аналитическое решение обобщенной задачи об истечении газа из мерзлых пород, содержащих газонасыщенный лед и газогидраты, находящиеся в метастабильном состоянии, вследствие падения внешнего давления, вызванного различными геодинамическими факторами. Обобщение, связанное с введением конечного порога падения внешнего давления, позволит учесть эффект влияния аномально высоких давлений, имеющих место в высвободившемся газе в результате частичной диссоциации газогидратов. Будут выявлены также закономерности влияния указанного эффекта на рассматриваемый процесс. В частности, планируется исследовать зависимости скорости движения фронта разложения газогидрата и скорости высвобождения газа через верхнюю границу пласта в зависимости от параметров.

Численно-аналитическими методами будут исследованы закономерности процессов промерзания пористых сред, насыщенных раствором солей, и взаимодействие раствора соли с мерзлыми проницаемыми породами, с учетом влияния осмоса. Будет проведено сравнение результатов расчета с результатами физических экспериментов.

В экспериментах на керновом материале будет определено влияние на нелинейность фильтрационных потоков наличие свободного газа, выделяющегося при разложении газогидратов.

Будут найдены характерные параметры разрушения насыщенной слабосвязной породы в зависимости от скорости снижения нагрузки на границе и наличия жидкой и газовой фазы.

На основе математического моделирования будут выявлены закономерности влияния растворов соли и связанного с ними осмотического эффекта на деградацию многолетнемерзлых пород (ММП), содержащих скопления газогидратов и свободного газа. Будут оценены скорости деградации ММП. Этот результат будет крайне полезным для оценки геоинженерных рисков в перспективных районах освоения арктического шельфа России, например в лицензионных районах Газпрома и Роснефти, а также в районах предполагаемого строительства терминалов, и других портовых сооружений в составе инфраструктуры Росатома - обеспечения СМП.

Результаты решения рассматриваемых задач будут способствовать оптимизации технологий разработки нетрадиционных месторождений углеводородов (газогидраты, сланцевые газ и нефть и т.д.). Для этих месторождений и скоплений метана, характерна чрезвычайно низкая проницаемость вмещающих пород. Полученные результаты позволят лучше понять процессы деградации скоплений газогидратов в Арктических областях, которые существенно влияют на экологические и геоинженерные проблемы аномальных выбросов высокоэффективного парникового газа метана.

Будут получены экспериментальные данные об изменении газового состава, происходящего в пузырьках при всплытии, что позволит значительно (по сравнению с известными методами) повысить точность оценки количества метана, доставляемого всплывающими пузырьками в водную толщу и в приводный слой атмосферы. Особое внимание будет уделено исследованию усиления эффективности пузырькового переноса метана за счет инициирования подъема вод (апвеллинга) восходящими потоками пузырей. Для достижения поставленных задач авторами будет разработан и сконструирован уникальный экспериментальный стенд. Данный стенд позволит в условиях максимально приближенных к природным оценить скорость апвеллинга водных масс, вызванного всплывающими пузырьками в зависимости от их геометрических размеров и интенсивности их потока. В основу предложенного экспериментального стенда войдут данные, полученные как в результате лабораторных экспериментов, проведенных научным коллективом ранее, так и в ходе натурных наблюдений, выполненных в 2019 и 2020 гг. с борта НИС «Академик Мстислав Келдыш», о скорости всплытия, размере всплывающих пузырьков и изменении газового состава пузырьков при всплытии. Полученные результаты позволят определить роль пузырькового транспорта в переносе растворенного в воде метана в зависимости от размеров всплывающих пузырьков и их потока. Путем ввода коэффициента, учитывающего подъем вод (апвеллинг), определенного на разработанном стенде, будет повышена точность методов количественной оценки потока метана, разработанных ранее, что крайне важно для оценки роли пузырьковых сипов.

Путем численного моделирования и экспериментальных исследований будет получена оценка критической скорости поступления метана в результате разложения газогидратов, находящихся в метастабильном состоянии, при которой фильтрация не может обеспечить необходимую разгрузку поступающего газа через свободную поверхность, что приведет к разрушению и выбросу породы. Этот результат будет оттестирован в натурных условиях на примере формирования подводного кратера в прибрежной зоне моря Лаптевых – в районе перспективном для развития инфраструктуры СМП.

Будет разработан механизм изменения напряженного состояния осадочной толщи и эмиссии метана из зон скопления запертого газа в мерзлых породах и метастабильных реликтовых газогидратов.

Математическое моделирование процессов разрушения верхнего слоя осадков в результате разложения газогидратов и образование конических впадин (покмарков).

при поддержке