Пермские ученые определяют самые подходящие объекты для хранения водорода

Важным вопросом при развитии водородной энергетики остается выбор объектов для безопасного хранения водорода. Для этого могут использоваться различные горные породы и подземные хранилища. Но необходимо учитывать множество факторов, чтобы не допустить химического изменения водорода и разрушения скважин.
Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета и Научно-исследовательского института проблем нефти и газа разработали специальную методику для изучения воздействия газа на трансформацию свойств горных пород и химического состава керна.
Для хранения больших объемов водорода рассматривают истощенные газовые месторождения, водоносные горизонты или хранилища, используемые для метана. Но газ в них может вызвать охрупчивание стальных колонн скважин, так как под его воздействием происходят физико-химические процессы, которые приводят к растрескиванию, а затем к ухудшению напряженно-деформированных свойств. Впоследствии это может стать причиной непредвиденных аварийных ситуаций в скважинах.
Также водород может подвергаться химическим изменениям. Под действием бактерий, обитающих в коллекторах, он преобразуется в сероводород, негативно влияющий на структуру скважины. Минералы породы, вступая в реакцию с водородом, способны значительно трансформировать пористость и проницаемость пласта. Из-за этого хранить его рекомендуется преимущественно в терригенных коллекторах без примесей глин и карбонатов.
Однако влияние газа на изменение свойств пород-коллекторов и химического состава пока недостаточно изучено. Поэтому ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета и Научно-исследовательского института проблем нефти и газа детально рассмотрели этот важный аспект на примере одного из терригенных отложений нефтегазоносной территории. Для этого была разработана специальная программа, которая позволяет детально исследовать образцы керна до и после воздействия водорода.
Для экспериментов специалисты использовали 20 образцов керна, взятого из интервалов с наибольшей пористостью и проницаемостью с глубины около 1500 метров. Сначала они исследовали коллекторские свойства, плотность, динамические характеристики, напряженно-деформированные свойства и химический состав образцов, а после их взаимодействия с водородом повторяли процедуру на уже измененном керне.
Для взаимодействия с водородом ученые создали специальную конструкцию. Образцы клали в цилиндр с входным и выходным отверстиями для подачи и отвода газа. Туда помещались три образца: стандартный, длинный и измельченный. Газ подавался из баллона со сжатым водородом, и порода подвергалась его воздействию в течение семи дней.
Результаты экспериментов показали, что после воздействия водорода пористость и проницаемость снизились на 4,6% и 7,9%, соответственно. Газ нарушил прочность межкристаллитных контактов, что привело к ослаблению породы. Но в то же время такое снижение свойств не столь значительно и не должно оказывать существенного влияния на процесс закачки и извлечения газа, учитывая, что водород намного более подвижен, чем природный газ.
Изменение химического состава пород до и после воздействия газом было также небольшим. Можно утверждать, что исследуемый пласт химически устойчив к водороду, так как образцы содержат 96,64% оксида кремния, который не взаимодействует с этим газом.
Полученные данные на основе методики ученых позволяют выяснить, может ли экспериментально проверенный нефтегазоносный пласт быть использован для хранения водорода. Однако подтверждать вывод лучше более длительным временем воздействия водорода на образцы керна.
Проведенное исследование ученых Пермского национального исследовательского политехнического университета и Научно-исследовательского института проблем нефти и газа доказало перспективность разработанного способа для точного изучения воздействия газа на изменение свойств горных пород и химического состава керна. Подобные исследования позволят эффективно определять перспективность того или иного объекта для хранения водорода, что, в свою очередь, внесет большой вклад в развитие водородной энергетики.

Источник: atomic-energy.ru