способ контроля захоронения дренажных вод в области развития многолетнемерзлых пород

Формула изобретения

Способ контроля захоронения дренажных вод в области развития многолетнемерзлых пород, включающий бурение наблюдательных скважин в зоне расположения рабочего коллектора, проведение в них режимных гидрогеологических наблюдений и оценку экологической безопасности по результатам этих наблюдений, отличающийся тем, что бурение скважин ведут до подошвы пласта, расположенного выше рабочего коллектора, определяют температуру пород пласта, закачивают в него солевой раствор с температурой замерзания на 1 3^oС ниже температуры пород в объемах, достаточных для перекрытия контролируемой области, а об экологической безопасности судят по аномальному изменению уровня, температуры и концентрации закачанного раствора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано в области развития многолетнемерзлых пород при захоронении дренажных вод.

Известен способ контроля качества противофильтрационной завесы в трещиноватых породах криолитозоны, включающий бурение контрольных скважин в теле завесы; нагнетание в них солевого раствора и пресной воды, регистрацию геофизических параметров, no которым судят о проницаемости пород. [Патент России N 1721222, E 21 В 47/00, 1989 г. Способ основан на том, что воссоздает исходную ситуацию для многолетнемерзлых пород.

Недостатком данного способа является малая точность и оперативность контроля при необходимости оценки по нему экологической обстановки. Верхние пределы уровня подземных вод за контуром завесы никак не литимитуются, более того, эффективность способа защиты объектов завесами оценивается тем выше, чем выше уровень за пределами завесы.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ контроля захоронения дренажных вод, заключающийся в бурении сети наблюдательных скважин дo подошвы используемого пласта-коллектора, проведение в них режимных гидрогеологических наблюдений за уровнем, температурой, химическим и годовым составом вод и оценку экологической обстановки по результатам этих наблюдений. (Справочное руководство гидрогеолога под ред. проф. ности В.M. Максимова, М. Недра, 1979, с.85 87).

Недостатком данного способа является низкая точность и оперативность контроля. На начальных этапах захоронения дренажных вод происходит быстрое растворение льда в трещинах, вскрытых наблюдательной скважиной, это приводит к поднятию уровня подземных вод в районе наблюдательной скважины, информация же об уровне в рабочем пласте-коллекторе не будет соответствовать действительности, что в свою очередь может привести к превышению экологически безопасной границы.

При длительном процессе захоронения рассолов создается контрольный пласт, в котором показания уровня (в наблюдательной скважине) будут соответствовать уровню пьезометрической поверхности данного пласта. В этом случае повышение уровня в наблюдательной скважине выше экологически безопасной границы не свидетельствует о начавшемся загрязнении окружающей среды, так как лед в трещинах вышележащей толщи многолетнемерзлых пород еще не растворен рассолом (процесс растворения идет медленно с образованием переходной зоны). Окончание же закачки рассолов по показателям наблюдательной скважины приводит к занижению объема сброса.

Целью изобретения является повышение точности и оперативности контроля.

Поставленная цель достигается тем, что в способе контроля захоронения дренажных вод в области развития многолетнемерзлых пород (ММП), включающем бурение наблюдательных скважин, проведение в них режимных гидрогеологических наблюдений и оценку экологической безопасности по результатам этих наблюдений, бурение скважин ведут до подошвы пласта, расположенного выше рабочего коллектора, определяют температуру пород пласта, закачивают в него солевой раствор с температурой замерзания на 1^oC3^oС ниже температуры пород в объемах, достаточных для перекрытия контролируемой области, а об экологической безопасности судят по аномальному изменению уровня, температуры и концентрации закаченного раствора.

Бурение наблюдательных скважин до подошвы пласта, расположенного выше рабочего коллектора, который находится в многолетнемерзлых породах (ММП) или в водоносном комплексе ММП, позволяет вскрыть потенциальный коллектор для создания контрольного техногенного пласта, и, в то же время, оставить ненарушенным нижерасположенный массив мерзлых пород. Это предотвращает вскрытие скважиной рабочего коллектора и, следовательно, поступление захороняемых рассолов, минуя нижележащий мерзлый массив, служащий противофильтрационной завесой. При этом в процессе контроля получается более объективная картина уже в процессе захоронения вод.

Измерение температуры пород пласта позволяет определить минерализацию закачиваемого солевого раствора, которая должна быть такой, чтобы температура замерзания контрольного раствора была ниже температуры контрольного пласта не более чем на 1^oC3^oС. Приготовленный с такими свойствами контрольный раствор характеризуется меньшей подвижностью за счет близости его минерализации к минерализации, при которой происходит замерзание раствора. В связи с этим появляется возможность точно и оперативно контролировать аномальные изменения свойств контрольного раствора и его уровня в наблюдательных скважинах.

Нагнетание в пласт солевого раствора с низкой минерализацией и температурой замерзания на 1-3^oС ниже, чем температура пород, при более высоких фильтрационных параметрах контрольного пласта по сравнению с нижележащим массивом и более низкой агрессивностью закачиваемого раствора по сравнению с дренажными водами позволяет сформировать достаточно устойчивый техногенный водоносный пласт над рабочим коллектором. При этом расчетный объем контрольного раствора за счет растекания перекрывает контролируемую область. Образование контрольного водоносного техногенного пласта, улавливающего изменения давления в соседнем пласте позволяет оперативно и с достаточной точностью отреагировать на его аномальные изменения.

Это, в свою очередь, позволяет избежать неконтролируемого прорыва дренажных вод к экологически безопасной границе.

Пример конкретной реализации

На фиг. 1 изображено площадное расположение скважин на опытном участке;

Фиг. 2 то же в разрезе.

На месторождении тр. Удачная производится закачка рассолов (Q_{закачки} 80 м³/ч) с минерализацией 350-400 г/л в многолетнемерзлые породы на глубину более 150 м. ММП представляют собой трещиноватый массив из переслаивающихся горных пород, обладающих локально в разрезе и в плане как коллекторскими, так и водоупорными свойствами. Для стандартного контроля процесса захоронения сооружены наблюдательные скважины (1), глубина которых соответствует глубине нагнетательных скважин (2), и по которым ведутся режимные наблюдения за уровнем подземных вод, при этом в качестве экологически безопасной границы, выше которой нельзя поднимать уровень, рассматривается уровень поверхностных водостоков.

Для осуществления предлагаемого способа пробурены контрольно-наблюдательные скважины (3 и 4) на глубину 50-70 м до подошвы выбранного коллектора мощностью 10 м, располагающегося выше используемого для захоронения пласта. При помощи термодатчиков определена температура пород данного коллектора, она составила -2,5^oС. Готовят солевой раствор с температурой замерзания на 1-3^o С ниже температуры пород коллектора. Из табличных данных получено, что при температуре замерзания -3,7^oС требуется солевой раствор с содержанием солей [CaCl₂ в 100 г. раствора 7,1 г, минерализация такого раствора равна 7,1 г10 1,06 75,26, 1,06 г/см³ плотность раствора (при 15^oС). Тогда в соответствии с расчетом:



где V_об.в объем оборотных вод V_р- объем рассолов, л; M_р минерализация рассолов, г/л; M_с.р. -минералиэация солевого раствора г/л; M_об.в минерализация оборотных вод, г/л;



Приготовление раствора осуществлялось путем смешивания оборотных вод (15-20 г/л) с высокоминерализованными рассолами (360 400 г/л) в пропорции 1 л рассолов и 5 л оборотных вод. Полученный солевой раствор заливался в контрольно-наблюдательные скважины 3, 4 в объеме 80-100 тыс.м³, что обеспечивало расчетный радиус распространения рассолов из одной скважины не менее 200 м, это перекрывает расстояние между скважинами 3 1 4 1.

Результаты режимных наблюдений за уровнем, минерализацией и температурой сформированного контрольного техногенного пласта показывают, что после 20 июля 1993 г. уровень в наблюдательной скважине (1) превысил экологическую границу, глубина которой составляет 35 м. Уровень же в контрольно-наблюдательных скважинах (3 и 4) продолжал медленно понижаться, что говорит об отсутствии влияния обратной эакачки токсичных дренажных рассолов на контрольный техногенный пласт и о возможности продолжения складирования дренажных рассолов. Значительных изменений температуры и концентрации не происходило.

В течение года тенденция падения уровня в контрольно-наблюдательных скважинах (3 и 4) сохранялась, но с октября 1993 г. зафиксировано стабильное поднятие уровня в данных скважинах.

Однако амплитуда повышения уровня в течение десяти дней не превысила наблюдаемое колебание уровня в зависимости от изменения атмосферного давления (0,5 0,6 м), в связи с этим наблюдения за режимом контрольного пласта были продолжены, с целью более надежной фиксации перетекания закачиваемых рассолов в контрольный пласт.

С 8 октября 1993. в скважинах (3,4) отмечено понижение температуры и повышение минерализации рассолов.

Понижение температуры явилось следствием прохождения температурной волны в результате закачки рассолов, имеющих более низкую температуру, чем в массиве.

Фиксация (все) изменения всех трех факторов позволяет сделать однозначный вывод о начале перетекания закачиваемых рассолов в контрольный пласт. В связи с этим было принято решение о приостановке процесса захоронения.

Использование контрольного пласта для наблюдений за экологичностью захоронения рассолов позволило дополнительно закачать приблизительно (691200 м³) более 700000 м³.