EXPERIMENTAL RESEARCH ON AIR INJECTION INTO AQUACIER OF REDUCED PRESSURE OF FORMATION WATER
The article is devoted to the problem of underground hydrogen storage. The study presents the results of research aimed at assessing the feasibility of injecting and storing significant volumes of hydrogen in aquifers with reduced reservoir pressure. For safety reasons, air was used instead of hydro...
Збережено в:
| Дата: | 2025 |
|---|---|
| Автори: | , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2025
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/590 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Vidnovluvana energetika |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1871104059536048128 |
|---|---|
| author | Morozov, Yu. Bacherikov , O. Barilo , A. Olijnichenko , V. Sevryuk, V. Lobanova, I. Soroka , A. |
| author_facet | Morozov, Yu. Bacherikov , O. Barilo , A. Olijnichenko , V. Sevryuk, V. Lobanova, I. Soroka , A. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": " Yu. Morozov",
"institution": "Institute of Renewable Energy, NAS of Ukraine, Kyiv, Ukraine"
},
{
"author": "O. Bacherikov ",
"institution": "Institute of Renewable Energy, NAS of Ukraine, Kyiv, Ukraine"
},
{
"author": "A. Barilo ",
"institution": "Institute of Renewable Energy, NAS of Ukraine, Kyiv, Ukraine"
},
{
"author": "V. Olijnichenko ",
"institution": "Institute of Renewable Energy, NAS of Ukraine, Kyiv, Ukraine"
},
{
"author": " V. Sevryuk",
"institution": "Institute of Renewable Energy, NAS of Ukraine, Kyiv, Ukraine"
},
{
"author": " I. Lobanova",
"institution": "Institute of Renewable Energy, NAS of Ukraine, Kyiv, Ukraine"
},
{
"author": "A. Soroka ",
"institution": "Institute of Renewable Energy, NAS of Ukraine, Kyiv, Ukraine"
}
] |
| author_sort | Morozov, Yu. |
| baseUrl_str | https://ve.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T06:32:23Z |
| description | The article is devoted to the problem of underground hydrogen storage. The study presents the results of research aimed at assessing the feasibility of injecting and storing significant volumes of hydrogen in aquifers with reduced reservoir pressure. For safety reasons, air was used instead of hydrogen during the experiments. The validity of this substitution was justified using two similarity criteria. The experiments were carried out at the site of the Institute of Renewable Energy of the National Academy of Sciences of Ukraine, using Well No. 8, drilled to a depth of 50 m and penetrating the Poltava aquifer characterized by reduced reservoir pressure. Air injection into the Poltava aquifer was performed using a compressor. The results demonstrated the possibility of injecting large volumes of gas under low reservoir pressure conditions due to the spreading of air within the unsaturated zone of the aquifer. |
| doi_str_mv | 10.36296/1819-8058.2025.4(83).291-298 |
| first_indexed | 2026-02-08T07:59:34Z |
| format | Article |
| fulltext |
291
Відновлювана енергетика. № 4/2025 | Геотермальна енергетика
УДК 504.062.2; 697.975 https://doi.org/10.36296/1819-8058.2025.4(83).291-298
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ІЗ ЗАКАЧУВАННЯ ПОВІТРЯ У ВОДОНОСНИЙ ПЛАСТ
ЗНИЖЕНОГО ТИСКУ ПЛАСТОВОЇ ВОДИ
Отримано 10 жовт. 2025 р.; рекомендовано до публікації 09 груд. 2025 р.
Доступно онлайн 31 груд. 2025 р.
Морозов Ю. П.1, Бачеріков О. В.2, Барило А. А.3,
Олійніченко В. Г.4, Севрюк В. В. 5,
Лобанова І. В.6, Сорока А. В.7
Автор для кореспонденції: Морозов Юрій,
e-mail: geotherm@ukr.net
Стаття присвячена проблемі підземного зберігання во-
дню. Наведені результати досліджень, спрямованих на
оцінку можливості закачування та зберігання значних
обсягів водню у водоносних горизонтах з пониженим пла-
стовим тиском. З міркувань безпеки під час проведення
експериментів замість водню використовувалося пові-
тря. Обґрунтованість такої заміни підтверджено
двома критеріями подібності. Експерименти проводи-
лись на ділянці Інституту відновлюваної енергетики
НАН України на базі свердловини № 8, яка була пробурена
на глибину 50 м та розкрила Полтавський водоносний горизонт з пониженим пластовим тиском. Зака-
чування повітря в Полтавський горизонт виконувалось компресором. Результати дослідження пока-
зали можливість закачування великих об’ємів газу за низьких пластових тисків за рахунок розтікання
повітря в ненасиченій водою частині водоносного горизонту.
Ключові слова: зберігання водню, водоносний горизонт, низький тиск, критерії подібності.
Вступ. Проблема зберігання водню зростає у зв’язку з
розширенням його застосування, переважно у галузі
енергетики. Цій тематиці присвячено багато робіт [1–3].
Одним з перспективних напрямів є підземне зберігання
газу в пористих породах. В Україні існує досвід збері-
гання природного газу у виснажених газових родовищах
та водоносних пластах, який може бути застосований
для підземного зберігання водню
Відомий деякий практичний досвід підземного збері-
гання водню, який, однак, вважається досить обмеже-
ним. Сховище чистого водню створено у Великій Брита-
нії в трьох соляних кавернах на глибині 400 м, де
зберігається 1 млн т газу під тиском 5 МПа. Відомо та-
кож підземне сховище водню в Техасі (Praxair and
Conoco Philips) [4–7].
Мета роботи
Мета роботи полягає у проведенні експерименту з дос-
лідження можливості закачування водню у водоносних
пластах з пониженим тиском (безнапірних водоносних
горизонтах).
Дослідження закачування повітря у виснажений водо-
носний горизонт проводилися на експериментальній
свердловині інституту відновлюваної енергетики НАН
України.
У проведених експериментах замість водню використо-
вувалось повітря, яке моделює поведінку водню при за-
качуванні в пористі середовища
1. Гідрогеологічні умови ділянки дослідження та техні-
чні характеристики експериментальної свердловини
У геологічному відношенні ділянка дослідження розта-
шована в межах північно-східного пологого схилу Укра-
їнського щита, що занурюється під область Дніпровсько-
Донецької западини. Земні надра в цьому районі мають
двоповерхову будову: нижній поверх – кристалічний
фундамент, що складається з кристалічних і метаморфі-
чних порід докембрію, верхній поверх є потужною (до
400 м) товщою палеозойських, мезозойських і кайно-
зойських осадових порід [8].
Сприятливі умови водообміну на пологому схилі крис-
талічного щита створили можливість для утворення
зони прісних підземних вод, що охоплює весь розріз
осадової товщі. Практичне значення мають водоносні
горизонти й комплекси, приурочені до юрських, сено-
манських, бучацько-канівських і харківсько-полтавських
відкладень.
1 д-р. техн. наук
https://orcid.org/0000-0003-1632-9735
2 канд. техн. наук
https://orcid.org/0000-0003-0939-8804
3 наук. співроб.
https://orcid.org/0000-0001-7981-6464
4 наук. співроб.
https://orcid.org/0000-0003-4651-9628
5 інж. І к.
6 мол. наук. співроб.
https://orcid.org/0009-0007-0625-8052
7 пров. інж.
https://orcid.org/0009-0007-00388-5704
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 Інститут відновлюваної енергетики
НАН України, м. Київ, Україна
292
Відновлювана енергетика. № 4/2025 | Геотермальна енергетика
Від поверхні землі залягають таки водоносні горизонти:
1. Алювіально-делювіальні відклади першої надзапла-
вної тераси – кварцові піски з лінзами та проверст-
ками суглинків. Цей горизонт, так звана верховодка,
має сезонний характер і дуже залежить від кількості
атмосферних опадів. Залягає на глибині від 8 до
12 м.
2. Водоносний горизонт у відкладах межигірської, бе-
рекської та новопетрівської світ олігоцен-міоцену
(полтавська і харківська серії). Залягає на глибині від
32 до 50 м. Складається з сірого дрібнозернистого пі-
ску, що перекритий потужною товщою (до 20 м)
строкатих глин неогену. Статичні рівні встановлю-
ються на глибині крівлі горизонту, тобто горизонт на-
пірно-безнапірний.
3. Бучаксько-канівський водоносний горизонт залягає
на глибині від 90 до 117 м , складається мілким та
дрібнозернистим піском. Горизонт сильно виснаже-
ний через активне використання його для водопо-
стачання і для господарських цілей. Статичні рівні
встановлюються на відмітках 96 м, тобто верхня час-
тина горизонту «суха». Горизонт безнапірний.
Експериментальне дослідження було проведене на ра-
ніше пробуреній свердловині № 8, яка розташована на
території ІВЕ НАН України (03143, м. Київ, вул. вул. Мет-
рологічна, 50). Гідрогеологічний розтин ділянки та кон-
струкція свердловини наведені на рис. 1.
Глибина свердловини № 8 становить 50 м, а діаметр бу-
ріння –215 мм. Свердловина по всій глибині закріплена
обсадними трубами діаметром 125 мм, в інтервалі глибин
40,5–49,5 м встановлений поліпропіленовий фільтр такого
самого діаметра. Нижня частина свердловини обладнана
відстійником завдовжки 0,5 м з заглушкою з нПВХ.
У свердловині на водопідйомних трубах діаметром
32 мм на глибині 43 м встановлений електрозанурюва-
льний нас 8 продуктивним є горизонт відкладів полтав-
ської і харківської серії. Водовмісні породи представлені
піском тонко- та дрібнозернистим світло-сірим. Рівень
води в горизонті на момент проведення експерименту
встановлений на глибині 40,9 м. Продуктивність сверд-
ловини під час пробної відкачці становила 3,5 м3/год зі
зниженням рівня на 9,0 м [8].
2. Дослідження із закачування повітря у водоносний
горизонт з низьким тиском
Метою дослідження є перевірка можливості закачу-
вання водню у водоносні пласти з пониженим тиском
(безнапірні водоносні горизонти).
У проведених експериментальних дослідженнях з мір-
кувань безпеки замість водню використовувалось пові-
тря. Заміна водню на повітря обґрунтовано такими кри-
теріями подібності.
Критерій полей свобідної течії Ga (критерій Галілея)
2 2
2
2
Regl
v F
= є мірою відношення сил молекулярного те-
ртя і течіння в потоці. Характеризує взаємодію сил мо-
лекулярної й питомої сили, обумовленої різністю щіль-
ностей в окремих точках потоку [9].
Цей критерій на різності щільностей рідини в різних її
точках у відносних одиницях 0 i
−
(ця різниця є при-
чиною виникнення конвективних потоків) – отримуємо
новий критерій – критерій Архімеда 0
r rA G
−
=
[10].
З метою закачування повітря у свердловину № 8 був зі-
браний лабораторний пристрій у складі повітряного
компресора з такими характеристиками:
− продуктивність – 190 л/хв;
− споживана електрична потужність – 1100 вт;
− максимальний тиск – 8 атм;
− маса – 18 кг;
− наявні манометр, запобіжний клапан, реле регулю-
вання тиску, ресивер стисненого повітря.
Схема проведення експерименту наведена на рис. 2.
На рис. 3 наведено фото експериментальної установки
для закачування повітря у водоносний горизонт з низь-
ким тиском.
Були проведені попередні випробування пристрою у
зборі з необхідними фітингами та гнучким рукавом.
Випробування виявили занадто низьку чутливість штат-
ного манометра. Цетакож свідчило про надто низький
ріст тиску в обсадній трубі свердловини навіть за макси-
мальної продуктивності компресора, що становить
190 л/ хв.
Рис. 1. Розріз свердловини № 8
293
Відновлювана енергетика. № 4/2025 | Геотермальна енергетика
Рис. 2. Експеримент із закачування повітря у водоносний горизонт з низьким тиском
Рис. 3. Фото експериментальної установки із закачу-
вання повітря у водоносний горизонт
з низьким тиском
Щоб зафіксувати мінімально можливе зростання тиску,
довелось виготовити та під׳єднати до вихідного патру-
бка компресора U-подібний манометр з підфарбова-
ною водою як робоче тіло. Різницю між рівнями води в
лівій та правій «гілках» такого манометра визначали з
використанням рулетки з ціною поділок в 1 мм. Макси-
мальний тиск, який можливо виміряти цим маномет-
ром, становить 500 мм водяного стовпа.
Проходячи повз манометр, повітря далі прямувало че-
рез швидкороз׳ємну муфту до свердловини по гнучкому
рукаву з діаметром 1/2׳, тобто зі збільшеним перерізо-
мщодо діаметра фітингів, щоб не збільшувати суттєво
супротив усього повітряного тракту: від випускного ша-
рового крана з діаметром 1/4׳ аж до входу у свердло-
вину через згін діаметром 3/4׳.
3. Хід експерименту
При відкритому повністю випускному крані подавали
живлення на електродвигун компресора, повітря вільно
поступало в напрямку обсадної труби, але не подава-
лось безпосередньо до неї, а вільно виходило в атмос-
феру. Водяний манометр в такому режимі показував де-
який перепад між рівнями в лівій та правій «гілках». У
середньому це становило 250 мм водяного стовпа. По-
тім вихідний рукав приєднувався до згону, і все подане
компресором повітря потрапляло в обсадну трубу свер-
дловини. Зростання різниці рівнів води в манометрі ста-
новило 22–25 мм водяного стовпа. Це свідчить про те,
що спрямування всього струменя повітря від компре-
сора у свердловину супроводжується невеликим супро-
тивом, тобто повітря входить і розподіляється по внутрі-
шньому просторі обсадної труби майже
безперешкодно. Далі повітря виходить через верхні
отвори фільтра на глибині 40,5 м (при рівні води в свер-
дловині 40,9 м) і після виходу з фільтра у заколонний
простір повітря підіймалося по затрубному просторі,
імовірно, потрапляло у верхню частину водоносного
пласта між покрівлею і рівнем води. А проте виходу по-
вітря на поверхню поза обсадною колоною в процесі
294
Відновлювана енергетика. № 4/2025 | Геотермальна енергетика
експерименту не спостерігалося. Причиною цього може
бути герметизація верхньої частини затрубного прос-
тору через розбухання глинистих порід, що залягають
над водоносним горизонтом (див. рис. 1). Як було вище
зазначено, згідно з технічними характеристиками комп-
ресора обсяг закачаного повітря становить 190 л за 1
хвилину.
Висновки
1. Вперше проведені експериментальні дослідження за-
качування газу (повітря) у виснажені водоносні пласти з
пониженим тиском.
2. Стабілізація тиску нагнітання повітря у водоносний
пласт на рівні 22– 5 мм водяного стовпа за витрати пові-
тря 190 л/хв свідчить про низький опір руху повітря в
пласті, що можливе при розтіканні його по частині водо-
носного пласта вище рівня води в свердловині.
3. Зберігання газу в такому водоносному пласті, з пони-
женим тиском, можливе в частині пористого середо-
вища пласта між його покрівлею та рівнем води.
4. Зберігання газу в такому водоносному пласті, з пони-
женим тиском, буде забезпечувати менші витрати на
нагнітання газу в підземні сховища.
ПОСИЛАННЯ
1. Гімер Р. Ф., Гімер П. Р., Деркач М. П. Підземне збері-
гання газу. Частина І: Створення підземних сховищ
газу. Львів: Центр Європи, 2007. 224 с.
2. Говдяк Р. М. Стан та перспективи будівництва під-
земних сховищ природного газу в Україні. Розвідка
та розробка нафтових та газових родовищ. 2013.
№ 3(48). С. 7–13.
3. Морозов Ю. П., Жохін А. С. (2023). МАТЕМАТИЧНА
МОДЕЛЬ СХОВИЩА ВОДНЮ У ВОДОНОСНОМУ ПЛА-
СТІ. Відновлювана енергетика. (4(75), 85–92.
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2023.4(75).85-
92.
4. Davison J. Co-production of hydrogen and electricity
with CO, capture / J. Davison, S. Anenti, P. Cotone and L
Mansuco. Enerdgy Procedia. Vol. 1. 2009. P. 4063–
4070.
5. Panfilov M., Graver G., Fillacier S. Undergroud storage
of H2-CO2-CH4 muxtures. Proc. ECMOR-X: 10th
European Conference on the Mathematics of Oil
Recovery, 4 September 2006. Amsterdam, the
Netherlands: Ed. EAGE. 2006. P. A003.
6. Lindblom U. E. A conceptual design for compressed
hydrogen storage in mined caverns. International
Journal of Hydrogen Energy. 1985. Vol. 10. Issue 10.
P. 667–675.
7. Paterson L. The implications of fingering in underground
hydrogen storage. International Journal of Hydrogen
Energy. 1983. Vol. 8. Issue 1. P. 53–59.
8. Звіт ДНВП «Отчет по детальной разведке подземных
вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения г.
Киева (участок Бортничи І-ІІ) за 1980-1984 гг.» ГО
«Севукргеология», Правобережная геологоразведо-
чная експедиція, фондові матеріали № 46506, в 7 то-
мах. Т. І, 1984.
9. Кутателадзе С. С. Основы теории теплообмена. М.,
1962. 456 с.
10. Касаткін А. Г. Основные процеси и аппараты химиче-
ской технологии. М., 1971. 784 с.
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2023.4(75).85-92
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2023.4(75).85-92
295
Відновлювана енергетика. № 4/2025 | Геотермальна енергетика
UDC 504.062.2; 697.975 https://doi.org/10.36296/1819-8058.2025.4(83).291-298
EXPERIMENTAL RESEARCH ON AIR INJECTION INTO AQUACIER OF REDUCED PRESSURE
OF FORMATION WATER
Received Oct. 10, 2025; accepted Dec. 09, 2025
Available online Dec. 31, 2025
Morozov Yu.1, Bacherikov O.2, Barilo A.3,
Olijnichenko V.4, Sevryuk V.5,
Lobanova I.6, Soroka A.7
Автор для кореспонденції: Morozov Yurii,
e-mail: geotherm@ukr.net
The article is devoted to the problem of underground hydrogen
storage. The study presents the results of research aimed at
assessing the feasibility of injecting and storing significant
volumes of hydrogen in aquifers with reduced reservoir
pressure. For safety reasons, air was used instead of hydrogen
during the experiments. The validity of this substitution was
justified using two similarity criteria. The experiments were
carried out at the site of the Institute of Renewable Energy of
the National Academy of Sciences of Ukraine, using Well No. 8,
drilled to a depth of 50 m and penetrating the Poltava aquifer characterized by reduced reservoir pressure. Air
injection into the Poltava aquifer was performed using a compressor. The results demonstrated the possibility of
injecting large volumes of gas under low reservoir pressure conditions due to the spreading of air within the
unsaturated zone of the aquifer.
Key words: hydrogen storage, aquifer, low pressure, similarity criteria.
Introduction. The problem of hydrogen storage is growing
due to its expanding use, mainly in the energy sector. Many
studies have been devoted to this topic [1, 2, 3].
One promising direction is underground gas storage in po-
rous rocks. Ukraine has experience in storing natural gas in
depleted gas fields and aquifers, which can be applied to
underground hydrogen storage.
There is some practical experience in underground hydro-
gen storage, which, however, is considered to be quite
modest. A pure hydrogen storage facility has been created
in the UK in three salt caverns at a depth of 400 m, which
store 1 million tons of gas at a pressure of 5 MPa. There is
also an underground hydrogen storage facility in Texas
(Praxair and Conoco Philips) [4, 5, 6, 7].
Purpose of the work
The purpose of the work is to conduct an experiment to
study the possibility of injecting hydrogen into aquifers
with reduced pressure (unconfined aquifers).
Research on pumping air into depleted aquifers was conducted
at an experimental well belonging to the Institute of Renewable
Energy of the National Academy of Sciences of Ukraine.
In the experiments, air was used instead of hydrogen to
simulate the behavior of hydrogen when pumped into po-
rous media.
1. Hydrogeological conditions of the study area and tech-
nical characteristics of the experimental well
Geologically, the study area is located within the northeast-
ern gentle slope of the Ukrainian Shield, which dips into the
Dnieper-Donets Basin. The earth's interior in this area has
a two-layer structure: the lower layer is a crystalline foun-
dation consisting of crystalline and metamorphic Precam-
brian rocks, and the upper layer is a thick (up to 400 m)
layer of Paleozoic, Mesozoic, and Cenozoic sedimentary
rocks [8].
Favorable conditions for water exchange on the gentle
slope of the crystalline shield have created the possibility
for the formation of a zone of fresh groundwater covering
the entire section of the sedimentary strata. Aquifers and
complexes associated with the Jurassic, Cenomanian,
Buchach-Kaniv, and Kharkiv-Poltava deposits are of practi-
cal importance.
The following aquifers lie close to the surface:
1 Dr. of Sciences (Tech.)
https://orcid.org/0000-0003-1632-9735
2 PhD (Tech.)
https://orcid.org/0000-0003-0939-8804
3 Research Associate
https://orcid.org/0000-0001-7981-6464
4 Research Associate
https://orcid.org/0000-0003-4651-9628
5 Engineer, First Category
6 Junior Research Associate
https://orcid.org/0009-0007-0625-8052
7 Leading Engineer
https://orcid.org/0009-0007-00388-5704
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 Institute of Renewable Energy of NAS
of Ukraine, Kyiv, Ukraine
296
Відновлювана енергетика. № 4/2025 | Геотермальна енергетика
1. Alluvial-deluvial deposits of the first floodplain terrace
– quartz sands with lenses and intercalations of loam.
This aquifer, known as the “upper aquifer,” is seasonal
in nature and highly dependent on the amount of pre-
cipitation. It lies at a depth of 8 to 12 m.
2. Aquifer in the deposits of the Mezhigorsk, Bereksk, and
Novopetrovsk formations of the Oligocene-Miocene
(Poltava and Kharkiv series). It lies at a depth of 32 to 50
m. It consists of gray fine-grained sand covered by a
thick layer (up to 20 m) of variegated Neogene clays.
Static levels are established at the depth of the horizon
roof, i.e., the horizon is pressure-free.
3. The Buchak-Kaniv aquifer lies at a depth of 90 to 117 m
and consists of fine and fine-grained sand. The aquifer
is severely depleted due to its active use for water sup-
ply and economic purposes. Static levels are set at 96
m, i.e., the upper part of the aquifer is “dry.” The aquifer
is unconfined.
An experimental study was conducted on the previously
drilled well No. 8, located on the territory of the Institute of
Geochemistry and Hydrogeology of the National Academy
of Sciences of Ukraine (50 Metrolohichna St, Kyiv, 03143).
The hydrogeological section of the site and the well design
are shown in Fig. 1.
The depth of well No. 8 is 50 m, and the drilling diameter is
215 mm. The well is reinforced with casing pipes with a di-
ameter of 125 mm throughout its entire depth, and a poly-
propylene filter of the same diameter is installed in the
depth interval of 40.5-49.5 m. The lower part of the well is
equipped with a 0.5 m long sedimentation tank with an
nPVC plug.
A Vodoliy 80 submersible electric pump is installed in the
well on 32 mm diameter water-lifting pipes at a depth of
43 m.
For well No. 8, the horizon of deposits of the Poltava and
Kharkiv series is productive. The water-bearing rocks are
represented by fine- and small-grained light gray sand. At
the time of the experiment, the water level in the horizon
was set at a depth of 40.9 m. The productivity of the well
during the test pumping was 3.5 m3/hour with a level de-
crease of 9.0 m [8].
2. Research on pumping air into low-pressure aquifers
The aim of the research is to test the possibility of pump-
ing hydrogen into low-pressure aquifers (unconfined aq-
uifers).
In the experimental studies conducted, air was used in-
stead of hydrogen for safety reasons. The replacement of
hydrogen with air is justified by the following similarity cri-
teria.
The free flow field criterion Ga (Galileo criterion) is a meas-
ure of the ratio of molecular friction forces and flow in a
stream. It characterizes the interaction of molecular forces
and specific forces caused by differences in density at indi-
vidual points in the stream [9].
This criterion is based on the difference in fluid density at
different points in relative units (this difference is the cause
of convective flows) – we obtain a new criterion – Archime-
des' criterion [10].
In order to pump air into well No. 8, a laboratory device was
assembled consisting of an air compressor with the follow-
ing characteristics:
- Capacity - 190 l/min;
- Power consumption - 1100 W;
- Maximum pressure - 8 atm;
- Weight – 18 kg;
- Equipped with a pressure gauge, safety valve, pressure
control relay, and compressed air receiver.
The experiment setup is shown in Fig. 2.
Fig. 3 shows a photo of an experimental setup for pumping
air into a low-pressure aquifer.
Preliminary tests were conducted on the device assembled
with the necessary fittings and a flexible hose.
The tests revealed that the standard pressure gauge was
not sensitive enough. This, in turn, indicated that the pres-
sure in the well casing was too low, even at the compres-
sor's maximum capacity of 190 l/min.
Fig. 1. Section of well No. 8
297
Відновлювана енергетика. № 4/2025 | Геотермальна енергетика
Fig. 2. Experiment on air injection into a low-pressure aquifer
Fig. 3. Photo of an experimental installation for injecting
air into a low-pressure aquifer
To record the minimum possible pressure increase, we had
to make and connect a U-shaped pressure gauge with col-
ored water as the working fluid to the compressor outlet
pipe. The difference between the water levels in the left
and right “branches” of this pressure gauge was deter-
mined using a tape measure with 1 mm divisions. The max-
imum pressure that can be measured with this pressure
gauge is 500 mm of water column.
Passing through the pressure gauge, the air then flowed
through a quick-release coupling to the well through a
flexible hose with a diameter of 1/2", i.e., with an increased
cross-section relative to the diameter of the fittings so as
not to significantly increase the resistance of the entire air
path: from the 1/4 “diameter ball valve to the well entrance
through a 3/4” diameter joint.
3. Course of the experiment.
With the outlet valve fully open, power was supplied to the
compressor's electric motor, and air flowed freely in the di-
rection of the casing pipe, but was not supplied directly to
it, instead escaping freely into the atmosphere. In this
mode, the water manometer showed a slight difference be-
tween the levels in the left and right “branches.” On aver-
age, this was 250 mm of water column. Then the outlet
hose was connected to the reducer, and all the air supplied
by the compressor entered the well casing. The increase in
the difference in water levels in the pressure gauge was 22-
25 mm of water column. This indicates that the direction of
the entire air jet from the compressor into the well is ac-
companied by slight resistance, i.e., the air enters and is dis-
tributed throughout the internal space of the casing pipe
almost unhindered. The air then exits through the upper
openings of the filter at a depth of 40.5 m (at a water level
in the well of 40.9 m) and, after exiting the filter into the
annular space, rises through the annular space, probably
entering the upper part of the aquifer between the roof
and the water level. At the same time, no air escape to the
surface outside the casing was observed during the experi-
ment. The reason for this may be the sealing of the upper
part of the annular space by the swelling of clayey rocks ly-
ing above the aquifer (Fig. 1). As mentioned above, accord-
ing to the technical characteristics of the compressor, the
volume of injected air is 190 liters per minute.
Conclusions
1. For the first time, experimental studies were conducted
on the injection of gas (air) into depleted aquifers with re-
duced pressure.
2. Stabilization of air injection pressure in the aquifer at a
level of 22–25 mm water column at an air flow rate of 190
298
Відновлювана енергетика. № 4/2025 | Геотермальна енергетика
l/min indicates low resistance to air movement in the aqui-
fer, which is possible when it spreads over part of the aqui-
fer above the water level in the well.
3. Gas storage in such an aquifer with reduced pressure is
possible in the porous medium of the aquifer between its
roof and the water level.
4. Gas storage in such an aquifer with reduced pressure will
ensure lower costs for gas injection into underground stor-
age facilities.
REFERENCES
1. Himer R. F., Himer P.R., Derkach M.P. Underground Gas
Storage. Part I: Construction of Underground Gas Stor-
age Facilities. Lviv: Tsentr Yevropy, 2007. 224 p.
2. Hovdyak R. M. Current state and prospects of construct-
ing underground natural gas storage facilities in
Ukraine. Exploration and Development of Oil and Gas
Fields. 2013 / No. 3(48). P. 7–13.
3. Morozov, YU. P., & Zhokhin, A. S. (2023). Mathematical
model of a hydrogen storage facility in an aquifer. Vid-
novlyuvana enerhetyka, (4(75), 85–92.
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2023.4(75). P. 85-92.
4. Davison J. Co-production of hydrogen and electricity
with CO, capture / J. Davison, S. Anenti, P. Cotone and L
Mansuco. Energy Procedia. Vol. 1. 2009. P. 4063–4070.
5. Panfilov M., Graver G., Fillacier S./ Underground storage
of H2-CO2-CH4 mixtures. Proc. ECMOR-X: 10th Euro-
pean Conference on the Mathematics of Oil Recovery, 4
– September 2006. Amsterdam, the Netherlands: Ed.
EAGE. 2006. P. A003.
6. Lindblom U. E. A conceptual design for compressed hy-
drogen storage in mined caverns. International Journal
of Hydrogen Energy. 1985. Vol. 10. Issue 10 P. 667–
675.
7. Paterson L. The implications of fingering in underground
hydrogen storage. International Journal of Hydrogen
Energy. 1983. Vol. 8. Issue 1. P.53–59
8. Report of the State Research and Production Enter-
prise “Geoinform”: Detailed exploration of ground-
water for domestic and drinking water supply of the
city of Kyiv (Bortnychi I–II site), 1980–1984. SE
“Sevukrgeologia”, Right-Bank Geological Exploration
Expedition, archival materials No. 46506, in 7 vol-
umes. Vol. I, 1984.
9. Kutateladze S. S., Fundamentals of heat transfer theory,
M., 1962. 456 p.
10. Kasatkin A.G., Main processes and apparatuses of
chemical technology. M., 1971. 784 p.
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2023.4(75).%20P.%2085-92
|
| id | veorgua-article-590 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:18:04Z |
| publishDate | 2025 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | veorgua/bd/f7f908fd318a3c34d4e4bc6f6eb1b0bd.pdf |
| spelling | veorgua-article-5902026-07-18T06:32:23Z EXPERIMENTAL RESEARCH ON AIR INJECTION INTO AQUACIER OF REDUCED PRESSURE OF FORMATION WATER ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ІЗ ЗАКАЧУВАННЯ ПОВІТРЯ У ВОДОНОСНИЙ ПЛАСТ ЗНИЖЕНОГО ТИСКУ ПЛАСТОВОЇ ВОДИ Morozov, Yu. Bacherikov , O. Barilo , A. Olijnichenko , V. Sevryuk, V. Lobanova, I. Soroka , A. hydrogen storage, aquifer, low pressure, similarity criteria. зберігання водню, водоносний горизонт, низький тиск, критерії подібності. The article is devoted to the problem of underground hydrogen storage. The study presents the results of research aimed at assessing the feasibility of injecting and storing significant volumes of hydrogen in aquifers with reduced reservoir pressure. For safety reasons, air was used instead of hydrogen during the experiments. The validity of this substitution was justified using two similarity criteria. The experiments were carried out at the site of the Institute of Renewable Energy of the National Academy of Sciences of Ukraine, using Well No. 8, drilled to a depth of 50 m and penetrating the Poltava aquifer characterized by reduced reservoir pressure. Air injection into the Poltava aquifer was performed using a compressor. The results demonstrated the possibility of injecting large volumes of gas under low reservoir pressure conditions due to the spreading of air within the unsaturated zone of the aquifer. Стаття присвячена проблемі підземного зберігання водню. Наведені результати досліджень, спрямованих на оцінку можливості закачування та зберігання значних обсягів водню у водоносних горизонтах з пониженим пластовим тиском. З міркувань безпеки під час проведення експериментів замість водню використовувалося повітря. Обґрунтованість такої заміни підтверджено двома критеріями подібності. Експерименти проводились на ділянці Інституту відновлюваної енергетики НАН України на базі свердловини № 8, яка була пробурена на глибину 50 м та розкрила Полтавський водоносний горизонт з пониженим пластовим тиском. Закачування повітря в Полтавський горизонт виконувалось компресором. Результати дослідження показали можливість закачування великих об’ємів газу за низьких пластових тисків за рахунок розтікання повітря в ненасиченій водою частині водоносного горизонту. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2025-12-28 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/590 10.36296/1819-8058.2025.4(83).291-298 Vidnovluvana energetika ; No. 4(83) (2025): Scientific and applied Journal renewable energy ; 291-298 Возобновляемая энергетика; ##issue.no## 4(83) (2025): Scientific and applied Journal renewable energy ; 291-298 Відновлювана енергетика; № 4(83) (2025): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 291-298 2664-8172 1819-8058 10.36296/1819-8058.2025.4(83) uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/590/501 Copyright (c) 2025 Yu. Morozov, O. Bacherikov , A. Barilo , V. Olijnichenko , V. Sevryuk, I. Lobanova, A. Soroka https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | hydrogen storage aquifer low pressure similarity criteria. Morozov, Yu. Bacherikov , O. Barilo , A. Olijnichenko , V. Sevryuk, V. Lobanova, I. Soroka , A. EXPERIMENTAL RESEARCH ON AIR INJECTION INTO AQUACIER OF REDUCED PRESSURE OF FORMATION WATER |
| title | EXPERIMENTAL RESEARCH ON AIR INJECTION INTO AQUACIER OF REDUCED PRESSURE OF FORMATION WATER |
| title_alt | ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ІЗ ЗАКАЧУВАННЯ ПОВІТРЯ У ВОДОНОСНИЙ ПЛАСТ ЗНИЖЕНОГО ТИСКУ ПЛАСТОВОЇ ВОДИ |
| title_full | EXPERIMENTAL RESEARCH ON AIR INJECTION INTO AQUACIER OF REDUCED PRESSURE OF FORMATION WATER |
| title_fullStr | EXPERIMENTAL RESEARCH ON AIR INJECTION INTO AQUACIER OF REDUCED PRESSURE OF FORMATION WATER |
| title_full_unstemmed | EXPERIMENTAL RESEARCH ON AIR INJECTION INTO AQUACIER OF REDUCED PRESSURE OF FORMATION WATER |
| title_short | EXPERIMENTAL RESEARCH ON AIR INJECTION INTO AQUACIER OF REDUCED PRESSURE OF FORMATION WATER |
| title_sort | experimental research on air injection into aquacier of reduced pressure of formation water |
| topic | hydrogen storage aquifer low pressure similarity criteria. |
| topic_facet | hydrogen storage aquifer low pressure similarity criteria. зберігання водню водоносний горизонт низький тиск критерії подібності. |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/590 |
| work_keys_str_mv | AT morozovyu experimentalresearchonairinjectionintoaquacierofreducedpressureofformationwater AT bacherikovo experimentalresearchonairinjectionintoaquacierofreducedpressureofformationwater AT bariloa experimentalresearchonairinjectionintoaquacierofreducedpressureofformationwater AT olijnichenkov experimentalresearchonairinjectionintoaquacierofreducedpressureofformationwater AT sevryukv experimentalresearchonairinjectionintoaquacierofreducedpressureofformationwater AT lobanovai experimentalresearchonairinjectionintoaquacierofreducedpressureofformationwater AT sorokaa experimentalresearchonairinjectionintoaquacierofreducedpressureofformationwater AT morozovyu eksperimentalʹnídoslídžennâízzakačuvannâpovítrâuvodonosnijplastzniženogotiskuplastovoívodi AT bacherikovo eksperimentalʹnídoslídžennâízzakačuvannâpovítrâuvodonosnijplastzniženogotiskuplastovoívodi AT bariloa eksperimentalʹnídoslídžennâízzakačuvannâpovítrâuvodonosnijplastzniženogotiskuplastovoívodi AT olijnichenkov eksperimentalʹnídoslídžennâízzakačuvannâpovítrâuvodonosnijplastzniženogotiskuplastovoívodi AT sevryukv eksperimentalʹnídoslídžennâízzakačuvannâpovítrâuvodonosnijplastzniženogotiskuplastovoívodi AT lobanovai eksperimentalʹnídoslídžennâízzakačuvannâpovítrâuvodonosnijplastzniženogotiskuplastovoívodi AT sorokaa eksperimentalʹnídoslídžennâízzakačuvannâpovítrâuvodonosnijplastzniženogotiskuplastovoívodi |