способ создания противофильтрационных завес в многолетнемерзлых породах криолитозоны

Формула изобретения

СПОСОБ СОЗДАНИЯ ПРОТИВОФИЛЬТРАЦИОННЫХ ЗАВЕС В МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ПОРОДАХ КРИОЛИТОЗОНЫ, включающий бурение тампонажных скважин по контуру массива и закачку в них рассола и тампонажного раствора, отличающийся тем, что закачку рассола осуществляют поочередно в каждую скважину, через соседнюю скважину осуществляют откачку его, а закачку тампонажного раствора производят после стабилизации концентрации откачиваемого рассола в скважины после закачки в них рассола.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых для захоронения дренажных рассолов в искусственно создаваемых подземных хранилищах, а также защиты подземных и поверхностных вод от загрязнения.

Известен способ создания противофильтрационной завесы [1] в отрицательно-температурных грунтах, содержащих рассолы, заключающийся в бурении тампонажных скважин до подошвы водоносного комплекса, а затем поинтервальное нагнетание специального тампонажного состава, созданного для условий низких температур массива и агрессивности подземных вод.

Способ неэффективен при тампонировании многолетне-мерзлых пород, содержащих в трещинах лед, который является препятствием для движения тампонажного раствора. В связи с этим не удается добиться равномерного качественного тампонирования массива, остаются участки, где трещины заполнены не тампонажным раствором, а льдом, разрушающимся впоследствии под воздействием рассолов, с образованием в пределах таких участков зон утечек захороняемых дренажных вод.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ создания противофильтрационных завес [2]. Способ включает бурение тампонажных скважин первой и второй очереди, нагнетание в скважины первой очереди цементно-глинистого раствора, введение в массив, в скважины втоpой очереди теплого рассола для разогрева стенок трещин, а затем введение пресной воды, с последующим ее замерзанием в трещинах и кавернах, не заполненных тампонажным раствором. Данный способ применения в отрицательно-температурных водоносных пластах с трещинно-поровым типом пористости, содержащих рассолы. Основным требованием при введении теплого рассола является ограниченность воздействия его, чтобы не допустить растепление массива.

Недостаток данного способа - низкая эффективность. В многолетнемерзлых породах (ММП), где основные трещины заполнены льдом, эффективность первичного тампонажа (1 очередь) цементно-глинистыми растворами крайне низка из-за сопротивления льда движению тампонажного раствора. Частичная обработка трещин рассолом (прискважинной зоны) из-за опасности растепления массива большого эффекта не даст, лед в трещинах остается. Наличие же трещин, недостаточно протампонированных, при последующем складировании промышленных отходов приведет к появлению участков фильтрации с большими проскоками.

Цель изобретения - повышение эффективности процесса за счет улучшения качества подготовки массива.

Поставленная цель достигается тем, что в способе, включающем бурение тампонажных скважин по контуру массива, введение рассола и закачку тампонажного раствора, введение рассола осуществляют поочередно, в каждую скважину. Через соседнюю скважину осуществляют откачку рассола. Закачку тампонажного раствора производят после стабилизации концентрации откачиваемого рассола. Введение рассолов поочередно в каждую скважину позволяет добиться более качественной проработки массива (очистка ото льда) за счет того, что закачка рассолов в предыдущую скважину образует ореол растекания их, ограничивающий движение рассолов, заключенных в последующую скважину, и формирующий уклон потока (из-за наличия гидродинамической границы) в сторону непроработанных скважин.

Откачка рассолов из соседней скважины формирует более направленный поток рассолов из закачной скважины, повышает эффективность проработки массива за счет повышения скорости фильтрации рассолов и, следовательно, их разъедающей способности, способствует более эффективному обновлению рассолов на фронте взаимодействия их со льдом в трещинах, что также повышает качество проработки массива.

При стабилизации состава (минерализации) откачиваемой воды с характеристиками, равными закачиваемому рассолу, проработку массива прекращают. При этом в трещинах массива между скважинами не остается льда. После прекращения проработки массива в него закачивают специальный раствор, устойчивый к агрегативным рассолом и низкам температурам. Pаствор заполняет очищенную ото льда узкую зону, цементируя трещины даже с малым раскрытием на пределе проникающей способности тампонажного раствора, что повышает эффективность процесса.

П р и м е р. Токсичные рассолы, поступающие в карьер одного из алмазных месторождений, откачиваются и подаются по рассолопроводу на участок захоронения дренажных вод в трещиноватый массив многолетнемерзлых пород.

Методами наземной геофизики (МПП) и предварительной разведкой определена существенная анизотропия трещиноватости потенциального коллектора, подошва которого залегает на глубине 250-300 м, Ширина участка сброса (зоны трещиноватости) составляет 500 м.

Чтобы предотвратить быстрое растекание захороняемых рассолов в направлении наибольшей трещиноватости, вкрест ее сооружается противофильтрационная завеса (ПФЗ).

На фиг.1 изображена схема осуществления способа.

Бурятся скважины 1, 2, 3 до кровли относительного водоупора (глинистый плотный доломит) шагом 20 м. Так как трещины ММП заполнены льдом, то в каждую скважину поочередно осуществляют введение рассола. Для этого на скважине 1 монтируется система подачи рассолов 4, а в скважине 2 - погружной насос 5 с вентилем 6 на водоотводящей системе.

Спустя некоторое время после подачи рассола в скважину 1 он появляется в скважине 2, над насосом, 7 - уровень рассолов. Включают насос 5 и производят откачку рассолов, в результате чего в пласте-коллекторе образуется направленный поток рассолов 8. В связи с тем, что в процессе движения рассола по трещинам происходит растворение в них льда, откачиваемый рассол имеет минерализацию меньше, чем закачиваемый. С помощью вентиля 6 на водоотводящей системе периодически отбирают пробы рассола, определяют его концентрацию.

На фиг.2 изображено изменение концентрации рассолов во времени, где 1 - минерализация закачиваемого рассола, 2 - минерализация откачиваемого рассола, t_к - момент конца обработки.

После стабилизации концентрации (когда она станет примерно равной минерализации закачиваемого рассола), систему закачки - откачки демонтируют и переносят на соседние скважины, систему закачки - на скважину 2, систему откачки - на скважину 3. На скважину 1 монтируют нагнетательное оборудование и подают расчетное количество тампонажного раствора, достаточное для перекрытия более половины расстояния между тампонируемыми скважинами.

Контроль качества протампонированности осуществляют специальными гидродинамическими (опытные нагнетания рассолов в хранилищах, режимные наблюдения и т. п. ) и миграционными (запуск индикатора вкрест простирания ПФЗ - дуплетный опыт) методами.

Преимущества заявляемого технического решения по сравнению с прототипом: повышение качества сооружаемой тампонажной завесы за счет более полного заполнения тампонируемого массива по профилю ПФЗ тампонажным раствором; более экономичное расходование тампонажного раствора за счет тампонажа узкой зоны, свободной ото льда, образующейся с помощью дуплетного движения рассола; повышение экологической безопасности окружающей среды за счет повышения качества сооружаемой тампонажной завесы и предотвращения движения захороняемых рассолов в экологических направлениях.