Гидрат метана в мёрзлом песке распадается раньше таяния льда

В лабораторном опыте мёрзлый песок с метастабильным гидратом метана начал отдавать газ при температуре ниже нуля, ещё до того как в нём растаял лёд. Результаты описали исследователи Сколтеха и Института прикладной математики имени М. В. Келдыша РАН в International Journal of Geotechnical Engineering. Пресс-релиз о работе вышел 8 октября 2026 года на TechXplore, автор пресс-релиза Олег Щербаков, Сколковский институт науки и технологий (Сколтех). Первичная статья по DOI 10.1080/19386362.2026.2705984 при подготовке материала была недоступна, поэтому все числа ниже приведены по пресс-релизу, а не по тексту рецензируемой работы.

Образцы — цилиндры кварцевого песка диаметром 5 см и длиной от 11 до 13 см, влажность 12%. Поры частично заполнили гидратом метана: песок насыщали метаном при давлении 6–8 МПа и температуре около −6 °C, а затем сбрасывали давление до 0,1 МПа. Так гидрат переводили в метастабильное состояние — он остаётся твёрдым при отрицательной температуре, хотя по равновесию уже не должен быть устойчивым. Образец с начальной температурой −5,4 °C нагревали снизу до +5 °C и измеряли температуру в шести точках.

Диссоциация гидрата началась при −1,1 °C, таяние льда — при −0,01 °C. Разрыв между этими порогами достигает 1,1 °C и больше. За 4,7 часа зона диссоциации продвинулась на 6 см от нагревателя, тогда как зона таяния за шесть часов прошла меньше 4 см. Газовыделение обгоняет протаивание.

Что это меняет для арктических скважин

Скважина, проходящая через мёрзлые породы, нагревает их. По словам руководителя работы Евгения Чувилина, ведущего научного сотрудника Центра нефтегазовых технологий Сколтеха, раньше многие модели рассматривали только снижение давления как причину разложения гидрата, но в Арктике грунт вокруг скважины нагревается, и процесс идёт иначе. Из этого следует, что зоны разложения гидрата внутри мёрзлой толщи формируются раньше, чем предполагалось, и это нужно учитывать при проектировании добывающих скважин, чтобы не получить неожиданный приток газа в заколонном пространстве или просадку грунта вокруг ствола.

Представим условную скважину, которая проходит через мёрзлый пласт с прослоями гидрата. Пока вокруг ствола держится температура около −2 °C, лёд в порах ещё не тает, и грунт выглядит мёрзлым. Но если гидрат в этих порах метастабилен, он уже разлагается и отдаёт метан. Газ ищет выход вдоль ствола, а лёд, который мог бы цементировать песок, пока остаётся на месте. Пример условный: в пресс-релизе нет расчётов объёмов газа или просадки для реальной скважины, только для лабораторного образца.

Численная модель совпала с лабораторными данными после того, как в неё добавили функцию стока тепла. Без учёта теплопотерь расчёт заметно расходился с опытом возле нагревателя. Первый автор работы Наталья Алексеева, выпускница аспирантуры Сколтеха по нефтегазовой инженерии, отметила, что сложнее всего было описать последовательность: при нагреве гидрат сначала разлагается и отдаёт воду, эта вода сразу замерзает, потому что температура ещё отрицательная, и только потом тает лёд.

Авторы указывают, что для переноса модели на реальные условия нужно уточнить характеристики грунта: гранулометрический состав, минеральный состав тонкодисперсной компоненты и солёность. От них зависит температура разложения порового гидрата. Опыты шли на образцах длиной 11–13 см, а не на реальном разрезе, поэтому перенос результатов на полевые условия требует отдельной проверки. Если вы разбираете подобные задачи в курсовой или дипломной работе, посмотрите помощь в написании ВКР.

Отдельно стоит оговорка о новизне. Пресс-релиз 2026 года противопоставляет свою постановку прежним моделям, которые учитывали только снижение давления. При этом работа 2022 года в Geosciences уже моделировала нагрев мёрзлых пород скважиной и разложение гидратов. Это расхождение в формулировке новизны, а не в результатах: речь о том, что именно авторы считают своим вкладом.