Способ захоронения жидких стоков в геологической среде

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, в частности к захоронению жидких стоков в геологической среде. Первоначально выполняют выделение в геологической среде областей, обладающих развитой системой открытых трещин, имеющих гидродинамическую проницаемость и наличие механизма нисходящей фильтрации флюидов. Затем выполняют бурение к этим областям закачных скважин и закачку через эти скважины сточных вод. При этом выделение в геологической среде областей с нисходящей фильтрацией флюидов включает установление областей массива пород вулканитного типа, обладающих открытым действующим разломом. Причем в выделенных областях с нисходящей фильтрацией флюидов сверху лежащий осадочный чехол, представленный осадочными породами, прилегает к нижележащему массиву вулканитов, а открытый действующий разлом связывает осадочный чехол с массивом вулканитов. Выделенные области с нисходящей миграцией флюидов исследуют путем отбора кернов и при необходимости искусственно увеличивают проницаемость этих областей вокруг существующего разлома. Повышается эффективность захоронения жидких стоков в геологической среде. 1 ил.

 

Изобретение относится к области охраны окружающей среды от загрязняющих поверхностную гидросферу жидких стоков, любого состава и с любыми загрязнителями. Обеспечивает повышение эффективности захоронения жидких стоков в геологической среде. Сущность изобретения: способ включает использование для захоронения жидких стоков геологическую среду, в области с нисходящей миграцией флюидов, путем закачки жидких стоков через скважины. Для чего по данным геофизических исследований выделяют области геологической среды с нисходящей миграцией флюидов имеющие открытый, действующий разлом, обладающие необходимым для захоронения режимом фильтрации или же специально обеспечивают необходимые параметры фильтрации, после чего через нагнетательные скважины закачивают в эти области захораниваемые стоки.

Известны различные способы подземного захоронения промышленных и городских жидких отходов. К наиболее распространенным из них относятся: закачка сточных вод в глубокие водоносные горизонты; захоронение стоков в рыхлых породах зоны аэрации большой мощности (за счет использования сорбционной емкости вмещающих пород); захоронение отходов в искусственно созданные емкости в слабопроницаемых глинистых и соленосных породах (с помощью механической выемки пород, гидроразрыва пласта, подземных взрывов или растворения соли); захоронение в отработанные горные выработки (шахты, рудники); использование отдельных видов сточных вод в системе заводнения нефтяных пластов на нефтепромыслах. При этом пласт-коллектор в ближайшей (в радиусе 20-30 км) окрестности не должен выходить на дневную поверхность или иметь связь с рекой.

Среди указанных способов к близким аналогам заявленного изобретения относятся способы подземного захоронения жидких отходов путем их закачки через поглощающие скважины в пласты-коллекторы (Гольдберг В.М., Скворцов Н.П., Лукьянчикова Л.Г. Подземное захоронение промышленных сточных вод. - М.: Недра, 1994. - 282 с.).

Общим основным недостатком этих способов является низкая эффективность захоронения жидких стоков, обусловленная возможностью их проникновения на дневную поверхность, а также загрязнением приповерхностной части литосферы.

В качестве основного прототипа был принят «Способ захоронения радиоактивных и других токсичных жидких отходов» (патент РФ N 2173490, класс G21F 9/24, авторов - Коробова А.Д., Солдаткина С.И.), согласно которому захоронение жидких отходов производят в недрах низкотемпературной гидротермальной системы, расположенной в областях тектоно-магматической активности и функционирующей в толще кислого стекловатого пеплопемзового материала на глубине 250-400 м. При этом для захоронения используется система неглубоких скважин, пробуренных в цеолитизированных и глинизированных витрокластических породах в зонах латеральных потоков гидротерм на участках отсутствия поверхностной разгрузки термальных вод.

Недостатком данного и других способов является их несколько ограниченная область применения в геологической среде с низкотемпературной гидротермальной системой, к тому же обладающей возможностью только латеральных потоков.

Кроме этого к недостаткам необходимо отнести довольно низкие параметры таких технологий: их производительность составляет 20-35 м³/час жидких стоков (при давлениях 40-60 атм.). Параметры поглощающего коллектора имеют следующие значения: коэффициент водопроводимости 1,3-4,3 м²/сутки, коэффициент фильтрации - 0,06-0,2 м/сутки, а коэффициент приемистости - 0,5-3,8 м³/час атм.

Задачей изобретения является создание способа, обеспечивающего наиболее эффективное захоронение жидких стоков в геологической среде.

Решение этой задачи достигается тем, что первоначально методами геофизики выделяют геологическую среду, обладающую областями с нисходящей миграцией флюидов, имеющими определенные проницаемости (открытый, действующий разлом) для обеспечения должного режима фильтрации захораниваемых стоков.

Выделенные области с нисходящей миграцией флюидов затем изучают путем отбора кернов и их исследования. При необходимости искусственно увеличивают проницаемость этих областей, вокруг существующего разлома.

После чего через специально пробуренные нагнетательные скважины в эти зоны закачивают захораниваемые стоки, с обеспечением возможности их нисходящей миграции.

Применение перечисленных операций обуславливает появление целого ряда новых положительных достоинств у заявленного изобретения.

Согласно вышеизложенной сущности изобретения к первому и главному его отличию относится использование для захоронения жидких стоков геологической среды, обладающей областями с нисходящей миграцией флюидов, имеющими определенные проницаемости для обеспечения должного режима фильтрации.

В практике подземного захоронения стоков целенаправленного использования геологической среды, обладающей областями с нисходящей миграцией флюидов, имеющими определенные проницаемости для обеспечения должного режима фильтрации для транзита по ним вглубь литосферы жидких стоков не известно.

Способ осуществляется следующим образом (фиг. 1). Первоначально необходимо обеспечить методами геофизики создание благоприятных условий для продвижения захораниваемых вод вглубь геологической среды посредством установления областей массива пород вулканитного типа 4, обладающих открытым, действующим разломом 3 и достаточно развитой системой трещин (при чем с открытой трещиноватостью), превращающей эти породы в хорошие коллектора, а также наличие в них механизма, засасывающего вглубь литосферы сточные воды.

Для этого методами геофизики первоначально выделяют геологическую среду, обладающую областями с нисходящей миграцией флюидов, имеющими определенные проницаемости для обеспечения должного режима фильтрации.

Методы включают исследование характеристик трещиноватости выделенных областей геологической среды. Осуществляется по кернам, методом люминесцентной дефектоскопии (включающим микроскоп МБС-10 с микрофотоустройство МФУ, цифровой фотоаппарат Sony DSC-W200, ультрафиолетовый облучатель Line 506), адаптированным к скальным породам.

Затем при необходимости, например, взрывными технологиями увеличивают проницаемость этих выделенных областей, для обеспечения эффективной скорости (30-50 м/сут или 1,25-2,0 м/час) нисходящей миграции сточных вод.

Для предотвращения контакта с дневной поверхностью 1 или водоносным слоем, необходимым условием является наличие осадочного чехла 2 состоящего из пород с малой проницаемостью (глиносодержащие).

После чего через специальные закачивающие скважины 5, пробуренные к этим областям, осуществляют закачку в них жидких стоков, которые благодаря действующему механизму нисходящей миграции перемещаются вглубь литосферы 6.

Необходимо отметить, что проявления природной нисходящей миграции подземных вод к настоящему времени зафиксированы во многих частях верхней части литосферы мира (но до настоящего времени этот природный механизм не использовался при захоронении сточных вод). Механизм проявления такой формы нисходящей миграции флюидов зачастую связан со снижением гидродинамического потенциала с глубиной, что, в свою очередь, обусловлено рядом геологических факторов (за счет разницы в литологическом строении, емкостно-фильтрационных свойств и др.).

В частности, нисходящая фильтрация подземных вод была зафиксирована в Куринской впадине, что связано с природным механизмом нисходящей инфильтрацией подземных вод из осадочного чехла (массива осадочных пород) вглубь толщи (массива) вулканитов (1. Боревский Л.В., Кремнецкий А.А. Геологическая роль подземных вод при прогрессивном метаморфизме в условиях открытых и закрытых систем // Сборник: Подземные воды и эволюция литосферы. М., Наука, 1985. Т. 2. С. 8-13.

2. Яковлев Л.Е. Инфильтрация воды в базальтовый слой земной коры. М., Наука, 1999. - 200 с.).

Необходимо отметить, что толщи вулканитов (зеленых, бурых, а также кислых и известково-щелочного типа) широко развиты в различных частях литосферы. Так, детальная документация разрезов многочисленных скважин в Северо-Восточном Приладожье (Российская Федерация) показала, что здесь вулканиты слагают 2-е толщи. В них перерыв между лавовыми излияниями фиксируется частичным размывом нижней толщи, горизонтом туффитов и пачкой гравелитов с прослоями аргиллитов.

В Казахстане вулканитовые массивы также широко распространены - например, вулканиты характерны для Чингизской палеоостровной дуги, кремнекислые вулканиты Центрального Казахстана.

Способ захоронения жидких стоков в геологической среде, включающий выделение в геологической среде областей, обладающих развитой системой открытых трещин, имеющих гидродинамическую проницаемость и наличие механизма нисходящей фильтрации флюидов, бурение к этим областям закачных скважин и закачку через эти скважины сточных вод, отличающийся тем, что выделение в геологической среде областей с нисходящей фильтрацией флюидов включает установление областей массива пород вулканитного типа, обладающих открытым действующим разломом, при этом в выделенных областях с нисходящей фильтрацией флюидов сверху лежащий осадочный чехол, представленный осадочными породами, прилегает к нижележащему массиву вулканитов, а открытый действующий разлом связывает осадочный чехол с массивом вулканитов, причем выделенные области с нисходящей миграцией флюидов исследуют путем отбора кернов и при необходимости искусственно увеличивают проницаемость этих областей вокруг существующего разлома.