MATHEMATICAL MODEL OF DEGRADATION OF PERMAFROST ROCKS CONTAINING ACCUMULATIONS OF METASTABLE GAS HYDRATES AND FREE GAS UNDER THE THERMAL AND SALINE EFFECTS OF SOLUTIONS

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

A mathematical model has been formulated for the degradation of permafrost rocks containing ice, accumulations of metastable self-preserved gas hydrates and free gas, under the thermal and salt action of solutions, taking into account the osmotic effect and deformation of the host rocks. The evolution of this system is investigated numerically in a self-similar formulation. The patterns and rates of development characteristic of the process under consideration, taking into account the influence of osmosis, are revealed. The estimates obtained are in good agreement with the experimental and theoretical data available in the literature on the degradation of hydrocarbon-containing frozen rocks.

About the authors

M. M Ramazanov

Institute for Geothermal Research and Renewable Energy ”- Branch of Joint Institute for High Temperatures of the Russian Academy of Sciences; Sadovsky Institute of Geosphere Dynamics

Email: mukamay-ipg@mail.ru
Moscow, Russia; Makhachkala, Russia

N. S Bulgakova

Institute for Geothermal Research and Renewable Energy ”- Branch of Joint Institute for High Temperatures of the Russian Academy of Sciences

Email: ipgnatali@mail.ru
Makhachkala, Russia

L. I Lobkovsky

Shirshov Institute of Oceanology of Russian Academy of Sciences

Email: llobkovsky@ocean.ru
Academician of RAS Moscow, Russia

References

  1. Сергиенко В.И., Лобковский Л.И., Семилетов И.П., Дударев О.В., Дмитревский Н.Н., Шахова Н.Е., Романовский Н.Н., Космач Д.А., Никольский Д.Н., Никифоров С.Л., Саломатин А.С., Ананьев Р.А., Росляков А.Г., Салюк А.Н., Карнаух В.В., Черных Д.Б., Тумской В.Е., Юсупов В.И., Куриленко А.В., Чувилин Е.М. Буханов Б.А. Деградация подводной мерзлоты и разрушение гидратов шельфа морей Восточной Арктики как возможная причина “метановой катастрофы”: некоторые результаты комплексных исследований 2011 года // ДАН. 2012. Т. 446. № 3. С. 330. https://doi.org/10.1134/S1028334X12080144
  2. Якушев В.С. Природный газ и газовые гидраты в криолитозоне. М.: ВНИИГАЗ, 2009. 192 с.
  3. Романовский Н.Н., Елисеева А.А., Гаврилов А.В., Типенко Г.С., Хуббертен Х.В. Многолетняя динамика толщ мерзлых пород и зоны стабильности гидратов газов в рифтовых структурах арктического шельфа Восточной Сибири (сообщение 2) // Криосфера Земли. 2006. Т. 10. № 1. С. 29-38.
  4. Shakhova N., Semiletov I., Salyuk A., Kosmach D., Leifer I., Rekant P. Geochemical and geophysical evidence of methane release over the east Siberian Arctic shelf //j. Geophysical Research: Oceans. 2010. V. 115. N8. P. C08007. https://doi.org/10.1029/2009JC005602
  5. Shakhova N., Semiletov I., Gustafsson O., Sergienko V., Lobkovsky L., Dudarev O., Tumskoy V., Grigoriev M., Mazurov A., Salyuk A., Ananiev R., Koshurnikov A., Kosmach D., Charkin A., Dmitrevsky N., Karnaukh V., Gunar A., Meluzov A., Chernykh D. Current rates and mechanisms of subsea permafrost degradation in the East Siberian Arctic Shelf // Nature Communications. 2017. V. 8. P. 15872. https://doi.org/10.1038/ncomms15872
  6. Криотермия и натуральные газгидраты в Северном Ледовитом океане / Под ред. В.А. Соловьева и др. Л.: Севморгео, 1987. 150 с.
  7. Chuvilin E., Ekimova V., Bukhanov B. et al. Role of salt migration in destabilization of intrapermafrost hydrates in the Arctic shelf: experimental modeling // Geosciences. 2019. №9. P. 188:1-188:18. https://doi.org/10.3390/geosciences9040188
  8. 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. 2023. Т. 27. № 6. С. 40-50. https://doi.org/10.15372/KZ20230604
  9. Harrison W.D., Osterkamp T.E. A Coupled Heat and Salt Transport Model for Subsea Permafrost // Report No. UAG R-247. 1976 (Geophysical Institute, University of Alaska).
  10. Цыпкин Г.Г. Течения с фазовыми переходами в пористых средах. М.: Физматлит, 2009. 232 c.
  11. Lobkovsky L.I., Ramazanov M.M., Semiletov I.P., Alekseev D.A. Mathematical model of the decomposition of unstable gas hydrate accumulations in the cryolithozone // Geosciences (Switzerland). 2022. V. 12. № 9. P. 345. https://doi.org/10.3390/geosciences12090345
  12. Frederick J.M., Buffett B.A. Taliks in relict submarine permafrost and methane hydrate deposits: Pathways for gas escape under present and future conditions //j. Geophys. Res. Earth Surf. 2014. V. 119. Iss. 2. P. 106-122. https://doi.org/10.1002/2013JF002987
  13. Рамазанов М.М., Булгакова Н.С., Лобковский Л.И., Чувилин Е.М., Давлетшина Д.А., Шахова Н.Е. Математическое и экспериментальное моделирование кинетики диссоциации гидрата метана в мерзлых породах при снижении внешнего давления // Доклады РАН. Науки о Земле. 2024. Т. 516. № 2. С. 622-631. https://doi.org/10.31857/S2686739724060152
  14. Рамазанов М.М., Каракин А.В., Лобковский Л.И. Математическая модель движения растворов с учетом осмотического эффекта // ДАН. 2019. Т. 489. № 1. С. 75-79. https://doi.org/10.31857/S0869-5652489175-79
  15. Рамазанов М.М. Математическая модель фильтрации растворов в пористой среде с полупроницаемыми включениями. Осмотическая конвекция // Инженерно-физический журнал. 2023. Т. 96. № 3. С. 823-833. https://doi.org/10.1007/s10891-023-02744-7
  16. Ramazanov M., Bulgakova N., Lobkovsky L. Mathematical model of freezing of rocks saturated with salt solution taking into account the influence of osmosis // Russian Journal of Earth Sciences. 2023. V. 23. № 5. P. ES5007. https://doi.org/10.2205/2023ES000857
  17. Рамазанов М.М., Булгакова Н.С., Лобковский Л.И. Математический критерий образования криопэгов в процессе промерзания пород, насыщенных раствором соли // ДАН. Физика, технические науки. 2024. Т. 515. № 1. С. 59-66.
  18. Стрелецкая И.Д., Лейбман М.О. Криогеохимическая взаимосвязь пластовых льдов, криопэгов и вмещающих их отложений центрального Ямала // Криосфера Земли. 2002. Т. 6. № 3. С. 15-24.
  19. Neuzil C.E. Osmotic generation of “anomalous” fluid pressures in geological environments // Nature. 2000. V. 40. P. 182-184. https://doi.org/10.1038/35003174
  20. Гольдберг В.М., Скворцов Н.П. Проницаемость и фильтрация в глинах. М.: Недра, 1986. 160 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences