Способ ликвидации сухих и частично заполненных жидкостью подземных полостей в каменной соли

 

Изобретение относится к геотехнологии и может быть использовано при ликвидации подземных полостей. Способ включает заполнение полостей сыпучим материалом с объемным весом и твердостью превышающими соответствующие характеристики каменной соли, освобождение технологической скважины в интервале соляного массива от труб и остатков цементажа, заполнение в этом интервале скважины солью и затем цементирование оставшейся верхней части скважины. Предложенный способ позволяет исключить возможность всплытия полостей и надежно изолировать содержащуюся в них загрязненную жидкость от водоносных горизонтов и земной поверхности. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к геотехнологии и может быть использовано при ликвидации подземных полостей, созданных ядерными взрывами в каменной соли, которые могут содержать жидкие радиоактивные отходы или другие токсичные жидкости.

Подземные полости, созданные в каменной соли ядерными взрывами, используемые в качестве хранилищ углеводородного сырья, имеют ограниченный во времени ресурс использования. Причиной является накопление в полостях воды за счет отстоя влагосодержащего продукта или просачивания из водоносных горизонтов через дефекты в цементном камне затрубного пространства. Эта вода растворяется радиоактивный соляной расплав на дне полости, превращаясь по радиационным характеристикам в жидкие радиоактивные отходы (ЖРО). Накопление ЖРО со временем требует прекращения эксплуатации полости как подземного хранилища углеводородов.

Под действием метостатического давления и влаги соляные формации, обладая свойством пластичности, проявляют неустойчивость по отношению к содержащимся в них полостям. Полости заплывают, что выражается в уменьшении их объема и сжатии ЖРО. Находящийся под давлением радиоактивный рассол при плохой герметизации технологической скважины представляет опасность, как потенциальный источник загрязнения водоносных горизонтов и земной поверхности. Кроме того сами полости, являясь в пластичном массиве легкой и объемной неоднородностью, под действием архимедовых сил подвержены постепенному всплытию. По времени этот процесс соизмерим со временем существования радиоактивных веществ в полости, что требует необходимость борьбы со всплытием полостей.

В горном деле известны способы закладки выработанного пространства, предусматривающие подачу твердеющей закладочной смеси и различной формы забутовочных элементов [1] Однако известные способы не позволяют надежно ликвидировать подземные хранилища.

Наиболее близким к предлагаемому является способ закладки выработанного пространства, включающий подачу в изолированное пространство закладочной смеси, удаление воды, уплотнение закладочного массива сжатым воздухом [2] Однако на практике невозможно осуществить закладку всего объема через скважину. Остающийся нескомпенсированный объем, а также объем, образованный за счет усадки закладочного материала, при заплывании полости способствует росту давления жидкости, достаточного для самоизлива радиоактивного рассола из скважины.

Предупредительная откачка рассола, решая проблему разгрузки полости, ставит новую проблему дальнейшего обращения с ЖРО. В то же время сами соляные формации являются наиболее предпочтительными для размещения в них радиоактивных отходов.

Существующие технические решения по борьбе с самоизливом заключаются в герметизации скважины. Это делается либо путем установки на поверхности герметизирующего элемента (например заглушки), либо путем цементирования скважины на всю или большую часть ее длины. Но оба эти варианта не дают надежной гарантии от разгерметизации, которая может произойти как в результате коррозии стальных труб, так и в результате некачественного цементажа, особенно в соляной толще. Химические свойства соли таковы, что не удается достичь надежного контакта цементного камня с солью.

До сих пор также нет технических решений по борьбе со всплытием полостей в каменной соли.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности ликвидации емкостей и исключения выброса на поверхность загрязненной жидкости.

Поставленная цель достигается способом ликвидации сухих и частично заполненных жидкостью подземных емкостей в каменной соли, включающем заполнение емкости закладочным материалом, при этом в качестве закладочного материла используют сыпучий материал с объемным весом и твердостью, превышающими соответствующие характеристики каменной соли. После заполнения емкости освобождают технологическую скважину в интервале соляного массива от труб и остатков цементажа, в этом интервале заполняют скважину каменной солью, а затем верхнюю часть ее цементируют.

Для создания более благоприятных условий для перекристаллизации соли в скважину подают горячий водяной пар.

Указанных отличительных признаков в известных технических решениях не обнаружено.

Применение сыпучего закладочного материала позволяет заполнить полость через скважину, его объемный вес исключает всплытие полости за счет архимедовых сил, а твердость обеспечивает компенсацию литостатического давления без разрушения материала и без последующего переуплотнения, обусловливающего потерю полезного объема межкускового и порового пространства. Освобождение скважины от труб и остатков цементажа позволяет обнажить поверхность соли вдоль ствола. Заполнением скважины солью в интервале развития соляных отложений устраняется нарушенность скважиной соляной толщи. Обработка соли горячим водяным паром и последующее действие литостатического давления, обусловливающее пластические деформации, приведет к надежной герметизации скважины путем восстановления соляного целика. Обработка соли паром является операцией вспомогательной. Физические параметры водяного пара выбираются исходя из габаритов скважины, мощности соляных отложений, возможностей парогенератора. Сущность обработки паром заключается в увлажнении и нагревании кристаллов соли по возможности на большую глубину. При этом стимулируется процесс слипания и уплотнения кристаллов соли.

Пример. В полости, созданной в каменной соли ядерным взрывом, имеющей объем 10 тыс. м³, служившей в качестве хранилища газового конденсата, накопилось 3,5 тыс.м³ радиоактивного рассола. Верхняя отметка полости находится на глубине 700 м, а кровля соляной толщи залегает на глубине 500 м. Скважина имеет диаметр 0,3 м и обсажена на глубину 500 м. Обнаружена устойчивая тенденция к заплыванию полости. Тогда для ликвидации полости через скважину полость наполняют песком. В случае переполнения уровень песка понижает до верхнего края полости путем задавливания спускаемой буровой колонной. Затем из скважины поднимается технологическая колонна. Если это не удается сделать, то на соляном интервале колонна подвергается кислотной обработке, до полного разрушения. Затем в скважину подают 13 м³ крупнокристаллической каменной соли и нагнетают в течение 6 часов водяной пар при давлении 3 бар и температуре 250^oС. После этого буровой колонной соль уплотняют, а верхнюю свободную часть скважины цементируют.

Использование предлагаемого способа позволит исключить возможность всплытия полостей и надежно изолировать содержащуюся в них загрязненную жидкость от водоносных горизонтов и земной поверхности.

Формула изобретения

1. Способ ликвидации сухих и частично заполненных жидкостью подземных полостей в каменной соли, включающий заполнение полостей закладочным материалом, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности ликвидации полостей с технологическими скважинами и исключения выброса на поверхность из полости загрязненной жидкости, в качестве закладочного материала используют сыпучий материал с объемным весом и твердостью, превышающими соответствующие характеристики каменной соли, освобождают технологические скважины в интервале соляного массива от труб и остатков цементажа и заполняют скважины в этом интервале солью, а затем оставшуюся верхнюю часть их цементируют.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после заполнения скважин солью в них подают водяной пар.