способ определения контура распространения техногенных солевых загрязнений

Формула изобретения

Способ определения контура распространения техногенных солевых загрязнений, включающий анализ пластовых вод, отбираемых из контрольных точек, отличающийся тем, что в пластовых водах определяют концентрацию ионов кальция и/или магния, по увеличению которой судят о движении техногенных загрязнений.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к мониторингу окружающей среды и может быть использовано для контроля за миграцией радионуклидов и других компонентов отходов в приповерхностных слоях в геологических формациях.

Известен способ определения распространения техногенных загрязнений, в котором для контроля за возможной миграцией радионуклидов используют метод бурения скважин с отбором керна и анализом на радионуклиды. Место бурения скважин, периодичность и отметки глубины отбора керна выбирают с таким расчетом, чтобы полностью определить контур распространения радионуклидов в горизонтальном и вертикальном направлениях [1].

Известен также метод контроля за распространением техногенных растворов, в котором после глубинной закачки техногенных растворов через скважину обеспечивают контроль за распространением загрязнений с помощью наблюдательных скважин. При этом на определенном расстоянии от эпицентра закачки техногенных растворов в глубинные формации бурят сеть наблюдательных скважин и через определенные промежутки времени отбирают пробы пластовой воды, в которой определяют те ионы, которые присутствуют в техногенных растворах [2].

Известные способы позволяют определять контур распространения техногенных солевых загрязнений только по факту их непосредственного обнаружения в пробах, отбираемых из наблюдательных скважин.

Задачей изобретения является разработка способа, который обеспечивает определение контура распространения техногенных солевых загрязнений, опережающее их появление в наблюдательной скважине.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения контура распространения техногенных солевых загрязнений путем анализа пластовых вод, отбираемых из контрольных точек, в пластовых водах определяют концентрацию ионов кальция и/или магния, по увеличению которой судят о движении техногенных загрязнений.

В процессе мониторинга пластовых вод, отбираемых из наблюдательных скважин полигона подземной закачки солевых растворов, нами было установлено, что ионы, находящиеся в природных грунтах и пластовых водах, образуют концентрационный фронт, опережающий движение техногенных загрязнений. Наибольшую достоверность и долгосрочность прогноза распространения техногенных загрязнений дает контроль по ионам кальция и магния, которые присутствуют во всех типах грунтов и пластовых вод и образуют концентрационный фронт, значительно превышающий естественный уровень их содержания в пластовых водах. Контроль по другим ионам не дает такого же результата, более того, продвижение многих ионов (например, циркония, ниобия и других) в геологических формациях может замедляться за счет их сорбции на грунте, комплексования, гидролиза и полимеризации, что затрудняет их использование для решения поставленной задачи.

Пример 1. В нагнетательную скважину проводят закачку техногенного раствора, имеющего следующий состав: Na⁺ - 23 г/л, NH⁺₄ - 0,1 мг/л, Ca⁺² - 27 мг/л, Mg⁺² - 13 мг/л, Al⁺³ - 1160 мг/л, NO^-₃ - 41,17 г/л, Cl^- - 1,6 мг/л, CO^-₃² - 790 мг/л, SO^-₄² - 40 мг/л. Подземная (пластовая вода имеет следующий состав: Na⁺ - 30 г/л, NH⁺₄ - 0,1 мг/л, Ca⁺² - 27 мг/л, Mg⁺² - 13 мг/л, NO^-₃ - <0,5 мг/л, Cl^- - 1,6 мг/л, CO^-₃² - 0,5 мг/л, SO^-₄² - 3 мг/л. Отбор проб пластовой воды проводят из наблюдательной скважины, которая находится от нагнетательной на расстоянии 275 метров. Анализ пластовой воды из наблюдательной скважины по годам приведен в табл. 1.

Из результатов табл. 1 видно, что увеличение концентрации ионов C⁺² (в 1,5 раза) и Mg⁺² (в 2 раза) наблюдается на четвертый год, в то время как нитрат-ион (1,4 мг/л) появляется на седьмой год закачки техногенного раствора. По увеличению концентрации ионов кальция и магния в пластовой воде уже на четвертый год можно было сказать о том, что в направлении наблюдательной скважины происходит движение техногенных растворов.

Пример 2. Определяют распространение техногенных загрязнений в опытах, моделирующих бассейн, засыпанный слоем грунта.

В колонки, состоящие из 6 секций, нижняя из которых высотой 10 см, а 5 следующих - по 7 см каждая, загружают увлажненный грунт, которым засыпан бассейн. Нижние концы колонок опускают в раствор, содержащий нитрат натрия - 30 г/л. Наблюдение проводят в течение 10 месяцев. Затем грунт выгружают из каждой секции и определяют содержание нитрата натрия и кальция в межпоровой жидкости. Результаты опытов, полученные на одной из колонок, приведены в табл.2.

Из результатов таблицы следует, что по мере движения солей натрия за счет капиллярного подъема в межпоровую жидкость из грунта все больше вытесняется кальция. Концентрация кальция в межпоровой жидкости в 6-ой секции колонки увеличилась в 34 раза, в то время как концентрация натрия - только в 1,2 раза. Увеличение концентрации кальция указывает на наличие капиллярного подъема жидкости в грунте. Это явление может быть использовано в качестве теста для выяснения причин появления загрязненности грунта (разлив технологического раствора на поверхности, разнос загрязнений или капиллярный подъем жидкости). Кальций в межпоровую жидкость вытесняется из грунта и может быть в ней только за счет капиллярного подъема жидкости. Своевременное обнаружение этого эффекта позволяет оперативно принять меры, не допускающие распространения загрязнений на поверхности земли.