В процессе создания водородного хранилища в соляной камере обычно требуется преобразование растворенной полости в доступное пространство для хранения водорода путем закачки газа и вытеснения рассола. Параметры технологического процесса на этом этапе напрямую влияют на эффективную емкость соляного хранилища и безопасность эксплуатации. Для снижения затрат и рисков безопасности, связанных с использованием водорода (H₂) в качестве среды для вытеснения рассола, а также для формирования стабильной подслойной структуры на этапе создания хранилища, выбраны метан (CH₄), азот (N₂) и углекислый газ (CO₂) в качестве подслойных газов. Изучено их поведение потока и влияние на характеристики хранения водорода при вмешательстве в этап закачки газа и вытеснения рассола. На основе геологических параметров соляного района Дунхэм в США построена трехмерная модель соляной камеры с использованием числовой симуляционной платформы CMG-GEM, проведен системный анализ ключевых факторов, таких как скорость вытеснения рассола, давление закачки и тип подслойного газа, с использованием времени проникновения газа, кумулятивного объема закачиваемого газа, эффективной емкости H₂ и доли подслойного газа в качестве показателей оценки. Результаты моделирования показывают, что скорость вытеснения рассола является основным фактором контроля поведения проникновения газа и эффективной емкости. При увеличении скорости вытеснения рассола с 40 м³/ч до 80 м³/ч время проникновения газа сокращается примерно на 34%, эффективная емкость для хранения водорода снижается примерно на 9%, при этом граница раздела газ-вода меняется с равномерного снижения на конусообразную форму вдоль оси скважины. Повышение давления закачки с 22 МПа до 25 МПа увеличивает кумулятивный объем закачиваемого газа примерно на 13,6%, но оказывает ограниченное влияние на момент начала проникновения газа. При различных условиях подслойного газа CO₂, вследствие высокой растворимости и снижения поверхностного натяжения, легче вызывает проникновение газа на этапе вытеснения рассола, при этом его доля подслойного газа может достигать около 45%; при условиях CH₄ достигается более высокая эффективная емкость H₂; N₂ характеризуется относительно низкой долей подслойного газа (около 37%) и благоприятной чистотой H₂. Кроме того, различные формы соляных камер существенно влияют на поведение проникновения газа, кумулятивный объем закачиваемого газа и эффективную емкость, но при одинаковой скорости вытеснения рассола общие закономерности изменений с ее изменением для различных форм соляных камер совпадают, а изменения доли подслойного газа незначительны. Исследование показывает, что разумный выбор подслойного газа и контроль скорости вытеснения рассола на этапе создания хранилища способствует задержке проникновения газа, увеличению эффективной емкости хранения водорода и безопасности эксплуатации, что может служить основой для проектирования технологического процесса создания водородных хранилищ в соляных камерах.

водородное хранение в соляных камерах; закачка газа и вытеснение рассола; подслойный газ; численное моделирование; проникновение газа