Расчет контура растекания сточных вод
В гидродинамическом отношении поглощающие горизонты всегда залегают в зоне затрудненного водообмена, для которой характерны низкие скорости движения подземных вод, которыми при расчете можно пренебречь. Исключение составляют поглощающие горизонты, гидродинамически взаимосвязанные с активно обводняющимися разрабатываемыми залежами углеводородов. В таких поглощающих горизонтах скорость движения пластовых вод должна учитываться.
Расчет увеличенияпластового давления в поглощающем горизонте вследствие закачки сточных вод
При закачке вод в отдельно стоящую скважину или несколько близко расположенных друг от друга скважин, которые могут быть заменены одной укрупненной скважиной, увеличение давления в любой точке неограниченного в плане поглощающего горизонта рассчитывается
ШИРОКИЙ СПЕКТР ПРИМЕНЕНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЯ МАССОПЕРЕНОСА
Физико-химические процессы, происходящие при закачке, могут вызвать широкий круг изменений как в подземных водах, так и в водовмещающих породах и покрышках. Например, если минерализация сточных вод ниже минерализации пластовых вод, то возможно уменьшение проницаемости за счет набухания глинистых песчаников. Наоборот, проницаемость коллекторов может улучшиться при закачке минерализованных или кислых вод.
Все физико-химическиепроцессы, происходящие в пласте (растворение, выщелачивание, выпадение осадка, сорбция, ионный обмен, биохимические явления) должны изучаться как в лабораторных условиях на стадии проектирования, так и в условиях работающих полигонов.
Флюиды многих месторождений и подземных хранилищ газа содержат анаэробные бактерии. Попадая в благоприятную обстановку, они вызывают вторичные образования в пластах, коррозию оборудования, кольматацию коллектора и трубопроводов. В комплекс подготовки сточных вод к закачке должна включаться не только их очистка, но и обеззараживание.
Контролю за подземным захоронением СВ придается особое значение, так как этот способ нейтрализации применяется в исключительных случаях, когда неприменимы традиционные методы очистки и обезвреживания при соблюдении целого ряда специальных требований и условий.
Глубокие водоносные горизонты, в которые осуществляется сброс сточных вод, перекрывающие их флюидоупоры, вышележащие водоносные горизонты, воды которых могут использоваться в хозяйстве или просто иметь связь с поверхностью, представляют собой часть природной системы, практически недоступной для непосредственного обследования и наблюдения. Исходные данные о геологической среде и гидрогеологической обстановке могут быть известны только с некоторой долей неопределенности, их моделирование производится также с целым рядом допущений и упрощений.
Основными параметрами контроля являются давление и объем закачки, которые не должны превышать установленных пределов, а также химический состав СВ и их физические характеристики.
Давление и объем должны фиксироваться непрерывно, как на подающих насосах, так и на устье поглощающих скважин, чтобы исключить порывы и нарушения в подающих трубопроводах.
Периодический контроль должен вестись за такими показателями сточных вод, от которых прежде всего зависит устойчивость эксплуатации. В первую очередь необходим контроль за содержанием мелкодисперсных взвешенных твердых веществ и нефтепродуктов, вызывающих в основном кольматацию пласта.
Результаты закачки СВ должны фиксироваться показывающими и самопишущими приборами, заноситься в журнал закачки или компьютер. Кроме того, должна быть предусмотрена сигнализация о приближении или достижении критических значений контролируемых параметров.
Контроль состояния геологической среды подразделяется на следующие основные виды:
гидродинамический контроль -оценка состояния полей напоров в поглощающих пластах и контролируемых горизонтах;
гидрогеохимический -определение изменений состава пластовых вод, компонентов сточных вод и физико-химических показателей коллекторов;
геофизический контроль -оценка изменений физических полей в недрах, включая температурное поле, электро сопротивлений жидкостей, сейсмических эффектов.
Подготовка стоков перед закачкой производится для обеспечения стабильного приема поглощающим горизонтом необходимых объемов сточных вод в течении длительного времени при оптимальных давлениях нагнетения.
степень очистки стоков перед закачкой диктуется поглощающей способностью пласта-коллектора.
Несмотря на подготовку стоков к закачке, в процессе эксплуатации нагнетательных скважин происходит постепенное засорение призабойной зоны, что приводит к снижению приемистости и росту устьевого давления. Поэтому в скважинах проводятся работы по восстановлению приемистости. В карбонатных коллекторах приемистость восстанавливается довольно просто с помощью солянокислотных и спиртно-солянокислотных обработок. В терригенных породах для восстановления приемистости применяют промывку скважины, обработку различными кислотами (соляной, фтористо- водородной, уксусной), гидравлический разрыв пласта давлением пороховых газов, повторную перфорацию, торпедирование.
Заключение о качестве разобщения водоносных горизонтов затрубным цементированием выдается организацией, проводящей геофизические исследования скважин (ГИС). Такие заключения с положительной оценкой качества тампонажа на скважины участка должны быть приведены в проекте полигона.
Другим важным видом ГИС является термометрия благодаря высокой разрешающей способности. Она базируется на фиксировании процессов кондуктивно-конвективного теплопереноса. До начала работ по опытной или промышленной закачке в условиях стационарного режима во всех скважинах должны быть зарегистрированы термограммы. По распределению геотермической ступени или градиента могут быть уточнены и выделены пласты-коллекторы и покрышки. В процессе закачки уже через 20-90 мин температура в стволе скважины приближается к температуре сточных вод. Нижняя граница изменений соответствует подошве интервала поглощения. При остановке закачки в стволе скважины начинается восстановление термобарического поля. В пределах разделяющего коллекторы слоя перенос теплоты осуществляется за счет теплопроводности пород, а в смежных с ним водоносных горизонтах – путем конвективного теплопереноса. В интервалах поглощения естественная температура не восстанавливается в течение длительного времени (рис.7),превышающего время воздействия в десятки раз, за счет чего в пределах разделяющего слоя фиксируется значительный перепад температур. При вертикальных перетоках температура в смежных водоносных горизонтах должна быть близкой по величине. Следует иметь в виду, что скорость восстановления температуры в коллекторах и водоупорах различна, поэтому длительное время фиксируется на термограммах.
Моделирование контаминационных процессов является сложнейшей задачи, решение которой требует участия высококвалифицированных специалистов-гидрогеологов (желательно с привлечением программистов в части обоснования и использования вычислительных программ). Отметим, что необходимость прогнозного обоснования закачек промстоков в значительной мере стимулировала во всем мире развитие теоретических основ и практических методов моделирования геомиграционных процессов.
Жидкие радиоактивные отходы, по видимому, являются одним из наиболее сложных типов промышленных стоков, закачиваемых в подземные воды. Соответственно они требуют наиболее тщательного подхода к обоснованию прогнозов их распространения. Это связано с одной стороны с тем, что такие отходы, как правило, остаются опасными для человека в течение сотен и даже тысяч лет (Рыбальченко и др. 1994), а с другой стороны именно эти отходы характеризуются широким развитием связанных процессов.
Особенности мониторинга связных процессов, развивающихся при закачке токсичных и радиоактивных стоков в подземные воды, связаны с тем, что период прогнозов может составлять сотни и тысячи лет, а наблюдения ведутся только в период закачки, который составляет годы или в лучшем случае первые десятки лет. При этом, такие процессы, как плотностная и термальная конвекция развиваются довольно медленно и поэтому могут не проявиться в течение ограниченного периода наблюдений. Это приводит к тому, что калибрация связных процессов часто затруднена по периоду наблюдений. Так, например, в упомянутом выше примере по Томску (Zinin et al, 2003) характерное время закачки отходов составляло сорок лет, интенсивные процессы термальной конвекции происходили в течении первых 100 -150 лет, а плотностная конвекция, обусловленная наличием тяжелого компонента проявлялась весь постинжекционный период. Поэтому не приходится рассчитывать на то, что можно достаточно хорошо откалибровать полную связную модель по результатам мониторинга. Тем не менее, мониторинг должен быть организован так, чтобы наблюдать значимые частные процессы, развивающиеся при закачке: геофильтрационное поле (поле напоров), геомиграционные поля отдельных компонентов стоков, поле температур. Наблюдение за каждым из этих полей позволит оценить параметры частных моделей, а затем, используя замыкающие соотношения температура-плотность-концентрация использовать для долговременных прогнозов связную модель.
Полигон подземного захоронения жидких промышленных отходов АО "Пигмент" (г. Тамбов)
С 1968 г в городе Тамбове, расположенном на левом берегу реки Цны, на Тамбовском АО "Пигмент" находится в эксплуатации первая и крупнейшая в химической промышленности России установка по обезвреживанию жидких отходов методом захоронения их в глубокие, надежно изолированные подземные горизонты.
Полигон подземного захоронения жидких промышленных отходов ОАО "Волжский Оргсинтез" (г. Волжский)
Опытно-промышленный полигон захоронения жидких отходов ОАО "Волжский Оргсинтез" расположен на территории Средне-Ахтубинского района Волгоградской области, к северо-востоку от города Волжский.
Жидкие отходы образуются в процессе производств резиновых ускорителей (каптакса, альтакса, тиурама-Д, стабилизатора С-789, сульфенамида), анилина, ксантогенатов 2-нафтола, морфолина, сероуглерода, фенасала, товаров бытовой химии, ряда вспомогательных производств и малых предприятий ("Бекон", "Флокотон" и МП "МБИ").
Неудовлетворительное экологическое состояние Большого лимана вызывает серьезные опасения, так как сам он практически утратил способность к самоочищению, а продолжение сброса неочищаемых высокотоксичных вод грозит экологической катастрофой не только для Большого лимана, но и для всего региона.
