В процессе создания водородного хранилища в соляной пустоте обычно требуется преобразовать растворенную полость в доступное пространство для хранения водорода путем нагнетания газа и вытеснения рассола. Параметры процесса на этом этапе напрямую влияют на эффективный объем хранилища и безопасность эксплуатации. Для снижения затрат и рисков безопасности, связанных с использованием H₂ в качестве среды для вытеснения рассола, а также для формирования стабильной подслоевой структуры на этапе создания, выбраны CH₄, N₂ и CO₂ в качестве подслойного газа. Исследовано их поведение при нагнетании и влияние на характеристики хранения водорода в соляных пустотах. На основе геологических параметров соляного региона Dunham в США, используя численную симуляционную платформу CMG-GEM, построена трехмерная модель соляной пустоты. Проведен систематический анализ ключевых факторов, таких как скорость вытеснения рассола, давление нагнетания и тип подслойного газа, с оценкой по времени газового канала, накопленному объему нагнетания, эффективной емкости водорода и доле подслойного газа. Результаты моделирования показывают, что скорость вытеснения является доминирующим фактором, контролирующим возникновение газового канала и эффективный объем. При увеличении скорости вытеснения от 40 м³/ч до 80 м³/ч время образования газового канала сокращается примерно на 34%, эффективная емкость хранения водорода уменьшается примерно на 9%, при этом газо-жидкостная граница изменяется от равномерного снижения к конусообразному продвижению вдоль оси скважины. Повышение давления нагнетания с 22 МПа до 25 МПа увеличивает накопленный объем нагнетания примерно на 13,6%, но оказывает ограниченное влияние на время возникновения газового канала. При различных условиях подслойного газа CO₂, благодаря высокой растворимости и снижению межфазного натяжения, легче вызывает газовый канал на этапе вытеснения, при этом доля подслойного газа может достигать примерно 45%. При использовании CH₄ достигается более высокая эффективная емкость H₂; N₂ характеризуется более низкой долей подслойного газа (около 37%) и более благоприятной чистотой H₂. Кроме того, различия формы соляных пустот значительно влияют на поведение газового канала, накопленный объем нагнетания и эффективный объем хранения, но при одинаковой скорости вытеснения общие закономерности изменения с изменением скорости для различных форм пустот схожи, а доля подслойного газа изменяется незначительно. Исследование показывает, что разумный выбор подслойного газа и контроль скорости вытеснения на стадии создания помогают задержать возникновение газового канала, увеличить эффективную емкость хранения водорода в соляной пустоте и улучшить безопасность эксплуатации, что предоставляет основу для проектирования технологического процесса строительства водородного хранилища в соляных пустотах.

хранение водорода в соляных пустотах; нагнетание газа и вытеснение рассола; подслойный газ; численное моделирование; газовый канал