Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
14 Влияние процессов гидратообразования на температурный режим и мощность многолетнемерзлых пород
Общее
Природные газогидраты представляют собой метастабильный минерал, существование которого зависит от температуры и давления, состава газа и воды, а также свойств пористой среды, в которой они образуются. Гидраты в дисперсных породах могут быть в виде цемента заполняя и цементирую поры, в виде порфиров образуя изометричные размером до 5-12 см, а также в виде линз и прослоев значительной протяженности и толщи до десятков сантиметров, а иногда и нескольких метров.
В континентальных условиях области распространения зон стабильности гидратов большинства природных газов приурочены к областям распространения многолетнемерзлых пород и ледников, а также к зонам низких или отрицательных геотермических градиентов. Мощность зоны стабильности гидратов обычно пропорциональна мощности криолитозоны – чем глубже залегает нулевая изотерма, тем больше мощность зоны стабильности гидратов, и подчиняется широтной зональности и высотной поясности.
Теплота гидратообразования значительно больше теплоты льдообразования (334 кДж/кг) и составляет приблизительно 450-470 кДж/кг. В связи с этим в процессе гидратообразования выделяется большое кол-во тепла, которое может способствовать сокращению мощности ММП, и наоборот – при разложении гидратов происходит поглощение тепла и следовательно образование ММП. Образование ГГ связано с длиннопериодными изменениями температуры поверхности грунтов. Образование и разложение газовых гидратов на шельфе может быть связано с изменением термобарических условий в связи с трансгрессией/регрессией моря.
Важная картинка
В процессе длиннопериодных похолоданий происходят увеличение мощности ММП и понижение пластовых температур пород ниже их подошвы. Верхняя часть газовой залежи переходит в гидратную, что происходит с выделением скрытой энергии гидратообразования (теплоты фазового перехода) и замедлением тепла понижения пластовых температур. Над залежью возрастает тепловой поток к подошве мерзлой толщи и замедляется продвижение ее нижней границы по сравнению с крыльями структуры. Это является причиной увеличения положительной температурной аномалии и относительного сокращения мощностей ММП в осевой части структуры. После полного перехода газовой залежи в гидратную тепловые потоки и мощности ММП в центре и на крыльях структуры выравниваются и положительная температурная аномалия исчезает.
При потеплении начинается деградация мерзлой толщи снизу, а также переход гидратной толщи в газовую, сопровождающийся поглощением тепла и стабилизацией пластовых температур. Диссоциация ГГ происходит в верхней части залежи. Это связано с повышением температур при проникновении температурной волны с поверхности и с потоком внутриземного тепла, проходящего снизу через ГГ залежь. В толще МП температура таянья льда не зависит от давления и проявляется эффект «нулевой фазовой завесы», т.е. вся теплота расходуется на таяние толщи снизу. В толще ГГ, где диссоциация зависит от давления, т.е. повышается с глубиной, всегда часть теплоты фазового перехода проходит через залежь вверх. В результате более быстрого оттаивания ММП снизу вне контуров залежи над ней возникает отрицательная температурная аномалия и сохраняется бОльшая мощность деградирующей мерзлой толщи, чем на крыльях структуры.
Типенко и др. моделировали динамику нижней границы ММП (при изменении температуры), если под ней есть газовая залежь, которая периодически переходит в гидратную и нету. В итоге: наличие переходов (вода+газ<---гидрат) сокращает амплитуду колебаний нижней границы ММП, которая (амплитуда) тем меньше, чем ближе газовая залежь. Таким образом, наличие залежей газа близи подошвы ММП увеличивает инерционность последних.
Освобождение большого количество метана (парникового газа) при разложении газовых гидратов быстро увеличивает количество атмосферного метана и тем самым усиливает глобальное потепление, что приводит к глобальному изменению климата, что в свою очередь влияет на температурный режим ММП и мощность ММП.
Справочное
Рис. 1.3. Графоаналитический метод выделения зоны стабильности газовых гидратов и зоны метастабильности газовых гидратов в континентальных условиях: 1 – кривая равновесных условий гидратообразования метана; 2 – распределение температур по разрезу; 3 – граница ММП; ЗСГ - зона стабильности гидратов; ЗМГ - зона метастабильности гидратов (Якушев и др.,2003).
Гидраты метана и пропана имеют необычайно низкий коэффициент теплопроводности λ=0,4 Вт/(м*К). Полученная величина очень близка к теплопроводности воды, но примерно в 5 раз ниже теплопроводности льда (2,23 Вт/(м*К) при Т=273 К).