Способ складирования токсичных рассолов в условиях многолетней мерзлоты Советский патент 1990 года по МПК B65G5/00 

Изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано для складирования токсичных и радиоактивных рассолов в условиях многолетней .мерзлоты.

Цель изобретения - увеличение свободной емкости пород криолитозоны, содержащей газогидратные залежи.

На чертеже представлена схема складирования.

Способ осуществляли следующим образом.

Осушение карьера 1 осуществляется путем откачки рассолов и сброса их в поглощающие скважины 2 путем прямого водоотлива. В зону фильтра 3 поглощающей скважины 2 на насосно-компрессорных трубах 4 опускают нагревательное устройство 5, оборудованное пакером 6. Подаваемый рассол нагревается в зоне фильтра искусственным подогревателем и под давлением продавливается в зону газогидратных залежей 7. Поинтервальная обработка криолитозоны способствует равномерному распространению закачиваемых пластовых вод до уровня захоронения подземных вод 8, находящегося ниже базиса эрозии 9.

При выходе из устройства 5 нагретые пластовые воды охлаждаются в прифильт- ровой зоне скважины до 60-70°С. По мере отдаления от фильтра температура постепенно снижается до минимума за счет отдачи тепла многолетнемерзлым породам.

При разрущении газогидратов выделяется природный газ, который поднимается к устью скважины 2, подвергается сепарации и сжигается в горелке 10. Сжигаемые газы используются для нагрева рассола в емкости 1 1 с последующей подачей его по насосно- компрессорным трубам 4 в зону закачки.

Таким образом искусственный нагреватель рассолов для разрущения газогидратов используется только в начальный момент. В дальнейшем в качестве источника тепла

О5

о

О5

оо со

ю

используется природный газ разлагаемых газогидратов, что значительно снижает расход тепла на разрушение газогидратных залежей пород крколитозоны.

Пример 1. Емкость многолетнемерзлых пород определяется как свободный объем всех пустот (трещиноватости, пористости и каверзности) пород разреза, подвергающихся взаимодействию с рассолами. Анализ разреза многолетнемерзлых пород (ММП) в районе трубки показал, что он на 20-30% сложен мергелями, на 30-40% глинистыми доломитами, на 10-20% известняками и на 5-10% алевритами. Остальная часть сложена песчаниками, глинами и другими породами. Пористость пород колеблется в среднем от 10-15 до 30-40%.

Потенциальная емкость ММП определяется общей пористостью пород разреза за вычетом их исходной объемной влажности. Объемная влажность пород колеблется от 10-15 до 20-25%. Следовательно, среднюю свободную пористость пород разреза принимают за 5-6%.

Отсюда емкость ММП при допустимом радиусе распространения рассолов г 3,5 км (расстояние от точки сброса до карьера) и при средней мощности разреза 150 м рассчитывается по формуле, ,/.„J.,14(3500)1500,05a3.10N где п 0,05 - свободная пористость;

г -- радиус распространения рассолов, м;

т - мощность разреза пород, м. Если разложение газогидратов происходит в призабойной зоне скважины, то при оолее низком давлении она фонтанирует водогазовой смесью, причем в глубь пласта начинает перемещаться кольцевая граница, на которой происходит разложение гидратов а вну-три ее - радиальная фильтрация газированной жидкости к забою скважины.

Время разрушения газогидратных залежей криолитозоны (Т|,а;ф) определяется по формуле

2Q«p,., A/j Q-a-p-/V

0,0.8760-л -Г-5-л

(1)

Q.c

О.

где .i Qnqjh-суммарное количество тепла, необходимое для разложения гидратов в объеме залежи, ккал;

-количество тепла, поступающее от искусственного источника за год в пределах площади гид- ратной залежи, ккал;

-объем порового пространства пласта занятого газогидратами, м (3-10«);3

р -- плотность газогидратов, кг/м (900 кг/м);

а- коэффициент заполнения пор

гидратами (0,65);

// - энтальпия разложения, образования гидратов ккал/моль (Г4);

5

V - число молей газогидрата в 1 кг

(7,7 моль);

1,ф - средняя вертикальная теплопроводность горных пород геологического разреза, ккал/м-ч-°С

(1,6); / - геометрическийградиент

(0,0226°С/м);

S - площадь гидратной залежи, м (1.5-10);

8760 - количество часов в году; ,j пересчетный коэффициент, учитывающий во сколько раз больше тепла вводится тепловым источником по сравнению с ес- 5тественным тепловым потоком

из недра, в течение года (50). Подставляя значения в формулу (1), получают

14-3.,65-900-7,7

0 )« 8760-1,6-1,5-107-0,0226-60

18920910 189209-Ю

475Т424-10 -60 2850855440-10

70 лет.

При максимально возможном дебите сбрасываемых рассолов - 400 , емкость ММП между рекой и карьером заполнена более чем за 70 лет, что превышает сроки эксплуатации месторождения.

Величина радиуса растекания рассолов составляет

М- где К - коэффициент фильтрации

(0,1-0,5 м/сут); Q - дебит сброса рассола в

(400 MV4);

|1 - коэффициент недостаточности насыщения ММП (0,05); / - текущее время сброса, ч.

Принимая значение мз/ч, что отвечает максимальным прогнозным притокам в карьер на конец его отработки, получим, что фронт растекания достигнет карьера только через 20-45 лет. С учетом реальных

45 величин сброса (20 ), т. е. при постепенном повышении дебита до 400 MV4, что достигается через 10-15 лет, фронт растекания рассолов сможет достичь границы карьера значительно позже сроков.

Кроме того, в результате развития теп50 ловых процессов, минерализованные воды постоянно опресняются за счет таяния ледовых включений и оттока части солей в блоках пород. В силу этого процесс распространения фронта рассолов замедляется вплоть до полной остановки из-за промерзания

5 опресненных рассолов до тех пор, пока сюда не дойдет фронт рассолов с более высокой минерализацией.

0

35

(2)

ММП ММП

Расчетные данные показывают, что складирование токсичных рассолов в многолет- немерзлых породах реально и вполне безопасно с точки зрения охраны окружающей среды.

Формула изобретения

Способ складирования токсичных рассолов в условиях многолетней мерзлоты, включающий сбор и аккумуляцию рассолов в поверхностных накопителях, подготовку массива естественных коллекторов путем подачи подогретого рассола ниже базиса эрозии

с последующей закачкой рассола Б выработку через систему поглощающих скважин, отличающийся тем, что, с целью увеличения свободной емкости пород криолитозоны, содержащей газогидратные залежи, в процессе подготовки массива осуществляют нагрев рассола искусственным подогревателем до 60-70°С непосредственно в при- фильтровой зоне нагнетательной скважины, производят разрущение газогидратных залежей, отводят выделившийся природный газ на поверхность в горелку и используют его для подогрева в горелке новых порций закачиваемого рассола.

Изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано для складирования токсичных и радиоактивных рассолов (Р) в условиях вечной мерзлоты. Цель - увеличение свободной емкости пород криолитозоны, содержащей газогидратные залежи. Собирают Р в поверхностных накопителях. Подают Р, подогретый искусственным нагреванием до 60-70°С, в коллектор ниже базиса эрозии непосредственно в прифильтровой зоне нагнетательной скважины с последующей его закачкой в выработку. Разрушают газогидратные залежи. Отводят на поверхность в горелку выделившийся природный газ и используют его для нагрева новых порций закачиваемого Р. 1 ил.

А