APPROACHES TO STUDYING THE EFFECT OF GAS COMPONENT ON THE MECHANICAL PROPERTIES OF FROZEN SOILS

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Studies of recent decades have shown that the gas component plays a significant role in the structure and properties of frozen soils. This is indicated by a significant influx of greenhouse gases into the atmosphere from the permafrost; gas emissions leading to accidents at boreholes; the formation of gas emissions craters, etc. These processes are determined by the mutual influence between the characteristics of the gas component and the indicators of the physical and mechanical properties of frozen soils, which have not been studied enough to date. The formation mechanisms of gas-saturated zones are considered; the influence of gas on the physical and mechanical properties of thawed and frozen soils is assessed; and the processes associated with the impact of gas on the soil massif are analyzed.

About the authors

A. N. Khimenkov

Sergeev Institute of Environmental Geoscience, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: a_khimenkov@mail.ru
Russia, 101000, Moscow, Ulanskii per., 13, str. 2

E. O. Dernova

Sergeev Institute of Environmental Geoscience, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: dernova.eo@gmail.com
Russia, 101000, Moscow, Ulanskii per., 13, str. 2

Yu. V. Stanilovskaya

Total Energies

Author for correspondence.
Email: yulia.stanilovskaya@total.com
Russia, 125196, Moscow, Lesnaya ul., 7

References

  1. Are, F.E. Problema emissii glubinnykh gazov v atmosferu [The problem of deep gas emission to the atmosphere]. Kriosfera Zemli, 1998, vol. II, no. 4, pp. 42–50. (in Russian)
  2. Bogoyavlenskii, V.I., Garagash, I.A. Obosnovanie protsessa obrazovaniya kraterov gazovogo vybrosa v Arktike matematicheskim modelirovaniem [Substantiation of the formation of gas-ejection craters in the Arctic by mathematical modeling]. Arktika: ekologiya i ekonomika, 2015, no. 3 (19), pp. 12–17. (in Russian)
  3. Bondarev, V.L., Mirotvorskii, M.Yu., Oblekov G.I. et al. Gazokhimicheskaya kharakteristika nadsenomanskikh otlozhenii poluostrova Yamal (na primere Bovanenkovskogo neftegazokondensatnogo mestorozhedeniya) [Gaz and chemical characteristics of above Cenomanian Senoman deposits in the Yamal Peninsula (by the example of Bovanenkovo oil and gas condensate field)]. Geologiya, geofizika i razrabotka neftyanykh i gazovykh mestorozhdenii, 2008, no. 5, pp. 22–34. (in Russian)
  4. Glagolev, M.V., Kleptsova, I.E. K voprosu o mekhanizme vykhoda puzyr’kov metana iz torfyanika [On the issue of the mechanism of release of methane bubbles from a peat bog]. DOSiGIK, 2012, vol. 3, no. 3, pp. 54–63. (in Russian)
  5. Dashko, R.E., Aleksandrova, O.Yu., Kotyukov, P.V., Shidlovskaya, A.V. Osobennosti inzhenerno-geologicheskikh uslovii Sankt-Peterburga [Peculiarities of engineering geological conditions of St. Petersburg]. Razvitie gorodov i geotekhnicheskoe stroitel’stvo, 2011, no. 1. pp. 1–47. (in Russian)
  6. Durmish’yan, A.G. Znachenie anomal’no vysokikh plastovykh davlenii pri poiske gazovykh i gazokondensatnykh zalezhei [Importance of abnormally high reservoir pressures in the search for gas and gas condensate deposits]. Gazovaya promyshlennost', 1961, no. 7, pp. 1–3. (in Russian)
  7. Istomin, V.A., Chuvilin, E.M., Sergeeva, D.V., Bukhanov, B.A. et al. Vliyanie komponentnogo sostava i davleniya gaza na l’do- i gidratoobrazovanie v gazonasyshchennykh porovykh rastovarkh [Effect of gas component composition and pressure on ice and hydrate formation in gas-saturated pore solutions]. Neftegazokhimiya, 2018, no. 2, pp. 33–42. (in Russian)
  8. Kal’bergenov, R.G., Karpenko, V.S., Kutergin, V.N., Sobin, R.V. Vliyanie gazovoi komponenty na svoistva merzlykh gruntov i dinamika ee vydeleniya pri izmenenii temperatury [Influence of the gas component on the properties of frozen soils and the dynamics of its release with temperature change]. Proc. 5th conference “Science Day 2020”. Moscow, KDU, Dobrosvet Publ., 2020, pp. 10–17. (in Russian)
  9. Karpenko, F.S., Kutergin, V.N., Kotov, P.I., Sobin, R.V. Dinamika vydeleniya gaza iz merzlykh gruntov pri izmenenii temperatury i davleniya [Dynamics of gas release from frozen soils under temperature and pressure changes]. Stroitel’stvo na mnogoletnemerzlykh gruntakh, 2020, no. 4, pp. 15–20. (in Russian)
  10. Karpenko, F.S., Kutergin, V.N., Frolov, S.I., Sobin, R.V. Vliyanie na prochnost' glinistykh gruntov izmenenii svoistv gidratnykh plenok pri temperaturnykh vozdeistviyakh [Influence of changes in the properties of hydrated films on the strength of clay soils under temperature influences]. Geoekologiya, 2021, no. 1, pp. 70–79. (in Russian)
  11. Kraev, G.N., Schulze, E.D., Rivkina, E.M. Kriogenez kak faktor raspredeleniya metana v gorizontakh merzlykh porod [Cryogenesis as a factor of methane distribution in the horizons of frozen rocks]. Doklady Akademii Nauk, 2013, vol. 451, no. 6, pp. 684–687. (in Russian)
  12. Kraev, G.N., Rivkina, E.M. Nakoplenie metana v promerzayushchikh i merzlykh pochvakh kriolitozony [Accumulation of methane in freezing and frozen soils of the permafrost zone]. Arctic Environmental Research, 2017, vol. 17, no. 3, pp. 173–184. (in Russian)
  13. Krasnov, I.I. Gazy chetvertichnoi tolshchi predglintovoi polosy Leningradskoi oblasti [Gases of the Quaternary strata in the pre-glint zone of the Leningrad region]. Prirodnye gazy SSSR [Natural gases of the USSR]. Moscow-Leningrad, ONTI NKTP USSR Publ., 1935. (in Russian)
  14. Kriosfera neftegazokondensatnykh mestorozhdenii poluostrova Yamal. T.2. Kriosfera Bovanenkovskogo neftegazokondensatnogo mestorozhdeniya [Cryosphere of oil and gas condensate fields of the Yamal Peninsula. Vol. 2. Cryosphere of the Bovanenkovo oil and gas condensate field]. Moscow, OOO Gazprom Expo, 2013, 424 p. (in Russian)
  15. Mel’nikov, P.I., Mel’nikov, V.P., Tsarev, V.P., Deg-tyarev, B.V., et al. O generatsii uglevodorodov v tolshchakh mnogoletnemerzlykh porod [On the generation of hydrocarbons in strata of permafrost rocks]. Izvestiya AN SSSR, Seriya geologicheskaya, 1989, no. 2, pp. 118–128. (in Russian)
  16. Melnikov, I.V., Nersesov, S.V., Osokin, A.B., Nikolai-chuk, E.V., et al. Geotekhnicheskie resheniya dlya stroitel’stva gazovykh skvazhin v osobo slozhnykh geokriologicheskikh usloviyakh poluostrova Yamal [Geotechnical solutions for the construction of gas wells in especially difficult geocryological conditions of the Yamal Peninsula]. Gazovaya promyshlennost', 2019, no. 12, pp. 64–71. (in Russian)
  17. Obzhirov, A.I. Gazogeokhimicheskie polya pridonnogo sloya morei i okeanov [Gas geochemical fields of the bottom layer of seas and oceans]. Moscow, Nauka Publ., 1993. 139 p. (in Russian)
  18. Obzhirov, A.I., Telegin, Yu.A., Okulov A.K. Gazogeokhimicheskie polya i raspredelenie prirodnykh gazov v dal’nevostochnykh moryakh [Gas geochemical fields and distribution of natural gases in the Far Eastern seas]. Podvodnye issledovaniya i robototekhnika, 2018, no. 1 (25), pp. 66–74. (in Russian)
  19. Portnov, A.D., Semenov, P.B., Rekant, P.V. Kompleks vysokochastotnykh seismoakusticheskikh issledovanii i morskoi gazo-geokhimicheskoi s’emki kak metod obnaruzheniya i lokalizatsii uglevodorodov [A complex of high-frequency seismoacoustic studies and marine gas-geochemical survey as a method for detecting and localizing hydrocarbons]. // Geology of Seas and Oceans: Proc. XIX Int. Sci. Conf. (School) in Marine Geology. 2011, Moscow, IO RAN Publ., pp. 97–100. (in Russian)
  20. Rokos, S.I. Gazonasyshchennye otlozheniya verkhnei chasti razreza Barentsovo-Karskogo shel’fa [Gas-saturated sediments of the upper part of the Barents-Kara shelf section]. Extended abstract Cand. Sci. (Geogr.) Diss., Murmansk, 2009. 21 p. (in Russian)
  21. Rudenko, N.S. K voprosy o biokhimicheskom gazoobrazovanii v podzemnom prostranstve Sankt-Peterburga [On the issue of biochemical gas formation in the underground space of St. Petersburg]. Rekonstruktsiya gorodov i geotekhnicheskoe srtoitel’stvo, 2000, no. 1, pp. 101–107. (in Russian)
  22. Sergienko, V.I., Lobkovskii, L.I., Semiletov, I.P. Degradatsiya podvodnoi merzloty i razrushenie gidratov na shel’fe Vostochno-Arkticheskikh morei kak potentsial’naya prichina metanovoi katastrofy: nekotorye rezul’taty kompleksnykh issledovanii 2011 goda [Degradation of underwater permafrost and destruction of hydrates on the shelf of the East Arctic seas as a potential cause of a methane catastrophe: some results of comprehensive studies in 2011]. Doklady Akademii nauk, 2012, vol. 446, no. 1, pp. 1132–1137. (in Russian)
  23. Smirnova, O.G. Migratsiya ionov khimicheskikh elementov v merzlykh porodakh i l’dakh [Migration of ions of chemical elements in frozen rocks and ice]: Extended abstract Cand. Sci. (Geol.-Min.) Diss., Moscow, 1997, 23 p. (in Russian)
  24. Stroenie i svoistva porod krilitozony yuzhnoi chasti Bovanenkovskogo gazokondensatnogo mestorozhdeniya [Structure and properties of rocks in the permafrost zone of the southern part of the Bovanenkovo gas condensate field]. Moscow, GEOS Publ., 2007, 137 p. (in Russian)
  25. Sutin, I.A., Finn, G.R., Zelenskaya, L.N. Mikrobiologiya [Microbiology]. Moscow, Meditsina Publ., 1973, 368 p. (in Russian)
  26. Teoreticheskie osnovy inzhenernoi geologii. Fiziko-khimicheskie osnovy [Theoretical foundations of engineering geology. Physicochemical bases]. E.M. Sergeev, Ed., Moscow, Nedra Publ., 1985. 288 p.
  27. Khimenkov, A.N., Vlasov, A.N., Brushkov, A.V., Koshurnikov, A.V. et al. Geosistemy gazonasyshchennykh mnogoletnemerzlykh porod [Geosystems of gas-saturated permafrost rocks]. Moscow, Geoinfo Publ., 2021. 288 p.
  28. Yakushev, V.S. Prirodnyi gaz i gazovye gidraty v kriolitozone [Natural gas and gas hydrates in the permafrost zone]. Moscow, VNIIGAZ Publ., 2009, 192 p. (in Russian)
  29. Buldovich, S., Khilimonyuk, V., Bychkov, A., Ospennikov, E. et al. Cryogenic hypothesis of the Yamal crater origin Results of detailed studies and modeling // Proc. 5th European Conference On Permafrost. Book of Abstracts, 23 June – 1 July 2018, Chamonix, France, pp. 97–98.
  30. Chuvilin, E., Ekimova, V., Bukhanov, B., Grebenkin, S. et al. Role of salt migration in destabilization of intra permafrost hydrates in the Arctic shelf: experimental modeling. Geosciences, 2019, vol. 9 (4), pp. 188.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 А.Н. Хименков, Е.О. Дернова, Ю.В. Станиловская

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».