Способ захоронения промышленных стоков в глубокие горизонты

(51) 21 17/16 (2006.01) 65 5/00 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(полигонов захоронения) жидких промышленных отходов в подземной среде. Способ захоронения промышленных стоков в глубокие горизонты обеспечивает наиболее полное использование подземного пространства при надежной локализации промышленных стоков в определенных границах и в течение заданного времени, без риска загрязнения вышезалегающих водоносных горизонтов,содержащих воды,пригодные для питьевого и технического водоснабжения и осуществляется за счет того, что участки в подземной среде располагаются на значительных глубинах и имеют надежную изолирующую покрышку в виде мощной толщи водоупора, а закачку промышленных стоков ведут через рабочие части поглощающих скважин в водопоглощающие пласты-коллекторы как в непрерывном режиме, так и дискретно, до контролируемого давления гидроразрыва пласта.(72) Поветкин Виталий Васильевич Анищенко Лидия Владимировна Анищенко Андрей Валериевич(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Казахский национальный технический университет им. К.И. Сатпаева Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ ЗАХОРОНЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОКОВ В ГЛУБОКИЕ ГОРИЗОНТЫ(57) Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при проектировании,строительстве и эксплуатации глубоких хранилищ Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при проектировании,строительстве и эксплуатации глубоких хранилищ(полигонов захоронения) жидких промышленных отходов в подземной среде. Известны различные способы подземного захоронения промышленных отходов. К наиболее известным из них относятся закачка сточных вод в глубокие водоносные горизонты захоронение отходов в искусственно созданные емкости в слабопроницаемых глинистых и соленосных породах с помощью механической выемки пород,гидроразрыва пласта,подземных взрывов,растворения соли и др. захоронение в рыхлых породах зоны аэрации большой мощности за счет использования сорбционной емкости пород захоронение в отработанные шахты и рудники использование отдельных видов сточных вод в системе заводнения на нефтяных пластах Гольдберг В.М., Скворцов Н.П, Лукьянчикова Л.Г. Подземное захоронение промышленных сточных вод. - М. Недра, 1994. с.282., с.5. Среди указанных способов к близким аналогам заявленного изобретения относятся способы подземного захоронения жидких отходов путем их закачки через поглощающие скважины в пластыколлекторы Гольдберг В.М.,Газда С. Гидрогеологические основы охраны подземных вод от загрязнения. - М. Недра, 1984. с.262, с.210-211 Гидрогеологические исследования подземного захоронения промышленных стоков. Под ред. В.А. Грабовникова. - М. Недра, 1993. - 335 с., с.5,23. По данным способам основными критериями выбора участков захоронения являются наличие водоносного горизонта или, что одно и то же,пласта-коллектора с достаточно высокой поглощающей способностью необходимость надежной изоляции пласта-коллектора слабопроницаемыми породами(глинами,мергелями, гипсами, аргиллитами, солью и др.) от вышележащих водоносных горизонтов, при этом перекрывающий водоупорный пласт должен быть выдержан по площади пласт-коллектор в ближайшей окрестности (в радиусе 20-30 км) не должен выходить на поверхность или иметь связь с рекой выше пласта-коллектора должен находиться буферный водоносный горизонт оптимальным интервалом глубин для подземного сброса промышленных стоков являются глубины от 500 до 1700 м. Основные недостатки этих способов связаны с неэффективным использованием подземного пространства, обусловленные, главным образом,чрезмерно жесткими требованиями к расположению участков захоронения. Способ подземного захоронения жидких отходов является наиболее близким аналогом к заявленному изобретению и принимаемым поэтому за прототип 2368788 МПК 21 17/16 (2006/03) Заявка 2008102946/03 от 25.01.2008, опубликован 27.09.2009 г,включающий выбор участков захоронения, сооружение закачных скважин, подачу через них отходов в водовмещающие породы. При 2 этом участки захоронения в подземной среде располагают под водораздельными частями рельефа поверхности земли и рабочие части закачных скважин устанавливают в нисходящей части потока подземных вод. Недостатком данного способа является то, что его можно использовать только при небольших глубинах залегания водовмещающих горизонтов при их инфильтрационном режиме питания, что связано с риском прорыва отходов в верхние водоносные горизонты,содержащие воды,пригодные для питьевого и технического водоснабжения. Задачей изобретения является создание способа захоронения жидких отходов, обеспечивающего наиболее полное использование подземного пространства при надежной локализации промышленных стоков в определенных границах и в течение заданного времени, без риска загрязнения вышезалегающих водоносных горизонтов,содержащих воды, пригодные для питьевого и технического водоснабжения. Решение этой задачи достигается в способе захоронения промышленных стоков, включающем выбор участков захоронения промышленных стоков, сооружение поглощающих скважин и закачку через них промышленных стоков в водовмещающие породы в участки в подземной среды, расположенные на значительных глубинах и имеющих надежную изолирующую покрышку в виде мощной толщи водоупора (глины, мергели,гипсы, аргиллиты, соль и др.), причем закачку промышленных стоков ведут через рабочие части поглощающих скважин в водопоглощающие пласты-коллекторы, как в непрерывном режиме, так и дискретно, до контролируемого давления гидроразрыва пласта. Способ с приведенными выше признаками имеет следующий ряд достоинств и преимуществ(положительных технических результатов) перед прототипом и аналогами. Согласно изложенной сущности изобретения к первому и главному его отличию относится расположение участков захоронения промышленных стоков на значительных глубинах(до 3000 м) и наличие надежной изолирующей покрышки в виде мощной толщи водоупорного горизонта, а также наличие карбонатного кавернозного пласта-коллектора с высокими поглощающими способностями. В данном случае выполнение требований безопасного захоронения промышленных стоков,как обязательное покрытие зоны захоронения слабопроницаемыми пластами и наличие буферного горизонта, не является необходимым, так как значительная глубина залегания водопоглощающих пластов уже является гарантией надежного захоронения. Согласно второму отличию закачка промышленных стоков производится через рабочие части поглощающих скважин (через их фильтры,открытые части их стволов, места вскрытия интервалов захоронения посредством применения различных способов перфорации стенок скважин),располагаемые в пределах пород-коллекторов. При таком расположении рабочих частей поглощающих скважин обеспечивается безопасность процесса захоронения как во время его проведения, так и после его окончания. После заполнения выбранного подземного пространства промышленными стоками происходит восстановление здесь естественного седиментационного(элизионного) режима подземных вод. Кроме того, указанное расположение рабочих частей скважин позволяет использовать для закачки промышленных стоков скважины с различными углами наклона от вертикали. Закачка сточных вод в глубокие горизонты осуществляется при рабочем давлении закачки не выше критического, при котором происходит гидроразрыв пласта и образуются горизонтальные и вертикальные трещины, выходящие за пределы водопоглощающего пласта-коллектора,что нежелательно ввиду возможного перетока сточных вод в другие водоносные горизонты. Критические давления, при которых происходит гидроразрыв пласта, для различных видов пород и глубин их залегания колеблется в широких пределах и устанавливается расчетным или опытным путем. Например, на месторождении Жанажол критическое давление колеблется от минимального значения 24 МПа до максимального значения 36 МПа. Изобретение иллюстрируется на чертеже (фиг.1). На чертеже в обобщенном виде изображена схема скважины, закачных сооружений и элементы земной среды полигона закачки 1 - оборудование закачки, включающее в себя трубопровод, насос 2 станция закачки 3 - направление диаметром 426 мм 4 - кондуктор диаметром 324 мм 5 техническая колонна диаметром 245 мм 6 эксплуатационная колонна 168 мм 7 - интервал закачки 8 - малоустойчивые наносы 9 верхнемеловые напорные водоносные горизонты 10 юрские,триасовые и верхнепермские водонасыщенные горизонты 11 - верхний региональный флюидоупор 12 - основной принимающий горизонт 13 - нижний региональный флюидоупор. Как следует из фиг.1, промышленные стоки проходят предварительную обработку на станции закачки 2, затем по трубопроводу насосом 1 подаются в поглощающую скважину через эксплуатационную колонну 6, где через интервалы закачки попадают в принимающий горизонт 12. Сверху и снизу принимающий пласт контролируется региональными флюидоупорами 11 и 12. Конструкция скважины для надежности обеспечивается следующими колоннами направление диаметром 426 мм спускается на глубину 10 м с цементировкой до устья с целью перекрытия малоустойчивых современных наносов и предупреждения устья скважины от размыва буровым раствором 3 кондуктор диаметром 324 мм спускается на глубину 150 м с установкой башмака в верхнемеловых отложениях для надежной изоляции напорных водоносных горизонтов и для установки противовыбросового оборудования, колонна цементируется до устья и оборудуется противовыбросовым оборудованием 4 техническая колонна диаметром 245 мм спускается на глубину 1900 м для перекрытия и надежной изоляции водонасыщенных горизонтов, а также для установки противовыбросового оборудования, колонна цементируется до устья 5 эксплуатационная колонна 168 мм спускается до проектной глубины 3000 м, колонна цементируется до устья 6 интервалы закачки перфорируются в пределах пласта-коллектора 7. Пример применения способа дается на выбранном участке захоронения промышленных стоков месторождения Жанажол Актюбинской области, где наличие региональных водоносных горизонтов, содержащих питьевые и технические воды, а также обилие тектонических нарушений, не допускает закачки промышленных стоков в надсолевые неглубокие отложения При вскрытии зоны поглощения скважинами принимается, что эффективными (поглощающими) для закачки окажутся 50 от вскрытого интервала,т.е. 70 м 5035 м (фиг.1). Принимая по той же аналогии для этой части зоны эффективную пористость пород, равную 0,006, получим, что в нее может быть закачен объем промышленных стоков, равный 0,06(1000)2350,7107 м 3. При непрерывной закачке отходов в эту зону с дебитом 1000 м /сутки продолжительность ее составит 20,0 лет. Таким образом, при соблюдении общепринятых технических правил захоронения промышленных стоков, в частности таких, как качественное сооружение поглощающих скважин, подача в них промышленных стоков без образования вертикальных трещин гидроразрыва пласта,значительные глубины захоронения и некоторых других, захоронение оказывается надежным, что дополняется наличием природных региональных флюидоупоров. Предлагаемый способ может быть использован для целей закачки промышленных стоков в закончившую свою деятельность глубокую эксплуатационную скважину в обводнившуюся зону продуктивного пласта- коллектора. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ подземного захоронения промышленных стоков, включающий выбор участков захоронения, сооружение поглощающих скважин, подачу через них промышленных стоков в водовмещающие породы, отличающийся тем, что участки в подземной среде располагаются на значительных глубинах и имеют надежную изолирующую покрышку в виде мощной толщи регионального флюидоупора,а закачку промышленных стоков ведут через рабочие части поглощающих скважин в водопоглощающие пласты-коллекторы, причем закачка осуществляется как в непрерывном режиме, так и в дискретном. 3 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что рабочие части поглощающих скважин устанавливают в пределах карбонатного пластаколлектора на глубинах до 3000 м. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что закачка промышленных сточных вод осуществляется до контролируемого давления гидроразрыва пласта.