Osmotic filtration of salt water in sedimentary strata containing semipermeable areas and its possible applications

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

Mathematical modeling and investigation of the filtration process of salt water in the sedimentary column, taking into account the phenomenon of osmosis, has been performed. It is shown that the osmotic interaction of salt and fresh water in a sedimentary column containing interlayers and inclusions of poorly permeable rocks (clays, silts, etc.) can lead to the appearance of zones of large pressure anomalies and the destruction of the geomedium. The proposed osmotic mechanism of destruction of the geomedium explains the formation of pockmarks and craters on the surface of passive areas of the crust that do not experience any movements and deformations for a long period of time. This mechanism is an alternative to the common point of view about a polygonal fault system of tectonic nature, on the basis of which marks on the seabed or craters in permafrost areas on land are explained. The mathematical model under study showed that under the conditions under consideration, convection of a solution with closed current lines occurs, similar to gravitational convection.

Толық мәтін

Рұқсат жабық

Авторлар туралы

M. Ramazanov

Joint Institute for High Temperatures of the Russian Academy of Sciences; Sadovsky Institute of Geosphere Dynamics

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: mukamay-ipg@mail.ru

Institute for Geothermal Research and Renewable Energy

Ресей, Makhachkala; Moscow

L. Lobkovsky

Shirshov Institute of Oceanology of Russian Academy of Sciences; V.I. Il’ichev Pacific Oceanological Institute, Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: llobkovsky@ocean.ru

Academician of the RAS

Ресей, Moscow; Vladivostok

N. Bulgakova

Joint Institute for High Temperatures of the Russian Academy of Sciences; Dagestan State Institute of National Economy

Email: ipgnatali@mail.ru

Institute for Geothermal Research and Renewable Energy

Ресей, Makhachkala; Makhachkala

S. Gadzhimagomedova

Joint Institute for High Temperatures of the Russian Academy of Sciences; Dagestan State Institute of National Economy

Email: salikhat.g@gmail.com

Institute for Geothermal Research and Renewable Energy

Ресей, Makhachkala; Makhachkala

Әдебиет тізімі

  1. Magara K. Compaction, Ion Filtration, and Osmosis in Shale and Their Significance in Primary Migration // The Am. Assoc. Petrol. Geol. Bullet. 1974. V. 58. №. 2. P. 283–290. https://doi.org/10.1306/83D913D5-16C7-11D7-8645000102C1865D
  2. 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
  3. Young A., Low P.F. Osmosis in agrillaceous rocks // AAPG Bull. 1965. V. 49. P. 1004–1008. https://doi.org/10.1306/A663368E-16C0-11D7-8645000102C1865D
  4. Fritz S.J. Ideality of clay membranes in osmotic processes: A review // Clays Clay Miner. 1986. V. 34. P. 214–223. https://doi.org/10.1346/CCMN.1986.0340212
  5. Bolt G.H. Electrochemical phenomena in soil and clay systems // Developments in Soil Science. V. 5B. 1979. P. 387–432. https://doi.org/10.1016/S0166-2481(08)70666-4
  6. 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
  7. Keijzer Th.J.S., Loch J.P.G. Chemical osmosis in compacted dredging sludge // Soil. Sci. Soc. Am. J. 2001. V. 65. P. 1045–1055. https://doi.org/10.2136/sssaj2001.6541045x
  8. Marine I.W., Fritz S.J. Osmotic model to explain anomalous hydraulic heads // Water Resour. Res. 1981. V. 17. P. 73–82. https://doi.org/10.1029/WR017I001P00073
  9. Hanor J.S. Geofluids: Origin, Migration and Evolution of Fluids in Sedimentary Basins / Ed. John Parnell. Geological Society. 1994. P. 151–174.
  10. Bachu S. Synthesis and model of formation-water flow // Alberta Basin, Canada. Am. Assoc. Petrol. Geol. Bull. 1995. V. 79. P. 1159–1178. https://doi.org/10.1306/8D2B2209-171E-11D7-8645000102C1865D
  11. Berry F.A.F., Hanshaw B.B. Geological field evidence suggesting membrane properties of shales // Proc. 21st Int. Geol. Congress. Copenhagen, 1960. P. 209.
  12. Мирзаджанзаде А.Х., Ентов В.М. Гидродинамика в бурении. М.: Недра,1985. 196 с.
  13. Воронкевич С.Д., Сергеев В.И., Емельянов С.Н. Исследование фильтрационно-осмотических процессов при создании плотных защитных экранов / Задачи механики природных процессов. М.: НИИ Механики МГУ, 1983. С. 47–63.
  14. Гленсдорф П., Пригожин И. Термодинамическая теория структуры, устойчивости и флуктуации / Под ред. Ю. А. Чизмаджева. М.: Мир, 1973. 280 с.
  15. Чураев Н.В. Физикохимия процессов массопереноса в пористых телах. М.: Химия, 1990. 272 с.
  16. Graham J., Tanaka N., Crilly T., Alfaro M. Modified Cam-Clay modeling of temperature effects in clays // Can. Geotech. J. 2001. V. 38. P. 608–621. https://doi.org/10.1139/cgj-38-3-608
  17. Srivastava R.C., Avasthi P.K. Non-equilibrium thermodynamics of thermo-osmosis of water through kaolinite // Hydrol. 1975. V. 24. P. 111–120. https://doi.org/10.1016/0022-1694(75)90145-6
  18. Астахов А.С., Маркевич В.С., Колесник А.Н., Ван Рудзян, Кононов В.В., Обрезков М.С., Босин А.А. Возможные условия и время формирования покмарков Чукотского плато // Океанология. 2014. Т. 54. № 4. С. 1–14. https://doi.org/10.7868/S0030157414040029
  19. Логвина Е.А., Матвеева Т.В., Гладыш В.А., Крылов А.А. Комплексные исследования покмарков на Чукотском плато // Проблемы Арктики и Антарктики. 2011. № 2(88). С. 45–54.
  20. Morgado A., Rocha L., Cartwright J., Cardoso S. Osmosis drives explosions and methane release in Siberian permafrost // arXiv - PHYS – Geophysics. Pub Date: 2023-08-11. https://doi.org/10.48550/arXiv.2308.06046
  21. Рамазанов М.М., Булгакова Н.С., Лобковский Л.И. Осмотическая конвекция // Доклады РАН. Физика, технические науки. 2022. Т. 504. № 1. С. 47–52. https://doi.org/10.31857/S2686740022020109

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу
2. Fig. 1. Model of the problem: 1 – permeable porous medium; 2 – semipermeable inclusion; γc – salt concentration gradient; c0 – unperturbed concentration at the depth of the inclusion center.

Жүктеу (801KB)
Метадеректер
3. Fig. 2. Streamlines of the solution in a porous medium with a semipermeable inclusion at: Rao = 10, ke = 10-18 m2, с0 = 26 g/l, γcr0/с0=1/3, ki/ke = 0.1, φ = 0.1, η = 10-3 Pa s, D = 10-9 m2/s. The numbers show the values ​​of the stream function Ψ.

Жүктеу (100KB)
Метадеректер
4. Fig. 3. Dependence of the average filtration rate of the solvent through a semipermeable inclusion: a – on the Rayleigh number at ki/ke = 0.1 and γcr0 /c0 = 1/3; b – on the reduced concentration gradient at Rao = 30. The dotted line shows the one-term approximation of the solution. v0 = 0.03 m/year; c0 = 30 g/l; γcr0/c0 = 1/3 .

Жүктеу (102KB)
Метадеректер
5. Fig. 4. Level lines of dimensionless solution concentration c/c* in a porous medium containing a semipermeable inclusion at c* = 25 g/l, γcr0 = 10 g/l, c0/γcr0 = 3, ki/ke = 0.1: Rao = 0 (a). Rao = 30 (b).

Жүктеу (235KB)
Метадеректер
6. Fig. 5. Distribution of salt concentration in the solution with depth at ki/ke = 0.1 and Rao = 0 (1); Rao = 30 (2) a – the inclusion contains a highly concentrated solution; b – the inclusion contains an abnormally weakly concentrated solution; γсr0 = 10 g/l, c0/γсr0 = 3, ki/ke = 0.1, c* = 25 g/l.

Жүктеу (116KB)
Метадеректер
7. Fig. 6. Distribution of dimensionless pressure in the solution at ki/ke = 0.3 and Rao = 0 (1); Rao = 30 (2); p0 = 1.2 MPa: a – the inclusion contains a highly concentrated solution, the excess concentration is equal to C0–c0 = 36 g/l; b – the inclusion contains an abnormally weakly concentrated solution.

Жүктеу (103KB)
Метадеректер

© Russian Academy of Sciences, 2024

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».