CN109416951B - 在地下地层中储存有害材料 - Google Patents

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Abstract

一种有害材料贮藏库，包括井筒，该井筒延伸入地球中并且包括至少邻近地面表面的入口，该井筒包括基本垂直的部分、过渡部分和基本水平的部分；联接于井筒的基本水平的部分的贮藏区域，该贮藏区域在页岩地层内或其下方，该贮藏区域通过页岩地层与包括流动水的地下区域垂直地隔离；定位在贮藏区域中的贮藏容器，该贮藏容器定尺寸设计为适合从井筒入口通过井筒的基本垂直的部分、过渡部分和基本水平的部分，并且进入贮藏区域中，该贮藏容器包括定尺寸设计为封围有害材料的内腔；以及定位在井筒中的密封物，该密封物将井筒的贮藏部分与井筒的入口隔离。

Description

在地下地层中储存有害材料
优先权要求
本申请要求于2015年12月24日提交的美国专利申请第14/998,232号的优先权，该专利申请全部内容以参见的方式纳入本文。
技术领域
本申请涉及在地下地层中储存有害材料，并且更具体地涉及在地下地层中储存废核燃料。
背景技术
有害的废弃物常常被放置在长期的、永久性或半永久性贮藏中，从而避免靠近所储存的废弃物生活的人群中的健康问题。这种有害的废弃物贮藏常常是挑战性的，例如在贮藏位置识别和遏制(容纳)的保证方面。例如，对核废弃物(例如废核燃料，无论是来自商用动力反应堆、试验反应堆或甚至是军事废弃物)的安全贮藏被认为是能源技术的突出挑战之一。对长寿命的放射性废弃物的安全贮藏是美国和全世界采用核电力的主要障碍。传统的废弃物贮藏方法强调了坑道的使用，并且由尤卡山(Yucca Mountain)贮藏设施的设计例示。其它技术包括钻入结晶基底岩石中的井孔，包括垂直井孔。其它传统的技术包括形成带有井孔的坑道，井孔从浅层中的坑道的壁出发以允许人进入。
发明内容
在一般实施例中，有害材料贮藏库包括延伸入地球中的井筒，并且包括至少邻近地面表面(terranean surface)的入口，井筒包括基本垂直的部分、过渡部分和基本水平的部分；联接于井筒的基本水平的部分的贮藏区域，该贮藏区域在页岩地层内或其下方，该贮藏区域通过页岩地层与包括流动水的地下区域垂直地隔离；定位在贮藏区域中的贮藏容器，该贮藏容器定尺寸设计为适合从井筒入口通过井筒的基本垂直的部分、过渡部分和基本水平的部分，并且进入贮藏区域中，该贮藏容器包括尺寸设计为封围有害材料的内腔；以及定位在井筒中的密封物，该密封物将井筒的贮藏部分与井筒的入口隔离。
在可与一般实施例组合的一方面中，贮藏区域形成为在页岩地层下方，并且通过页岩地层与包括流动水的地下区域垂直地隔开。
在可与前述方面中的任一方面组合的另一方面中，贮藏区域形成为在页岩地层内，并且通过页岩地层的至少一部分与包括流动水的地下区域垂直地隔开。
在可与前述方面中的任何一方面组合的另一方面中，页岩地层包括小于约0.001毫达西(millidarcys)的渗透率。
在可与前述方面中的任何一方面组合的另一方面中，页岩地层包括小于约10MPa的脆性，其中，脆性包括页岩地层的压缩应力与页岩地层的拉伸强度的比值。
在可与前述方面中的任何一方面组合的另一方面中，页岩地层包括邻近贮藏区域至少约100英尺的厚度。
在可与前述方面中的任何一方面组合的另一方面中，页岩地层包括邻近贮藏区域、在一定量的时间上抑制通过页岩地层逸出贮藏容器的有害材料的扩散，该一定量的时间是基于该有害材料的半衰期的。
在可与前述方面中的任何一方面组合的另一方面中，页岩地层包括按量(体积)计约20％至30％重量的粘土或有机物质。
在可与前述方面中的任何一方面组合的另一方面中，有害材料包括废核燃料。
可与前述方面中的任何一方面组合的另一方面还包括至少一个套管组件，其从地面表面处或邻近地面表面延伸通过井筒并且进入贮藏区域中。
在可与前述方面中的任何一方面组合的另一方面中，贮藏容器包括连接部分，该连接部分构造为联接至井下工具柱或另一贮存容器中的至少一个。
在另一一般实施例中，一种用于储存有害材料的方法包括将贮藏容器移动通过延伸入地面表面中的井筒的入口，该入口至少邻近地面表面，该贮藏容器包括定尺寸设计为封围有害材料的内腔；将贮藏容器移动通过井筒，井筒包括基本垂直的部分、过渡部分和基本水平的部分，贮藏容器定尺寸设计为适合于从井筒入口通过井筒的基本垂直的部分、过渡部分和基本水平的部分；将贮藏容器移动到联接于井筒的基本水平的部分的贮藏区域中，该贮藏区域位于页岩地层内或下方，并且由页岩地层与包括流动水的地下区域垂直地隔开；以及形成井筒中的密封物，该密封物将井筒的贮藏部分与井筒的入口隔离。
在可以与一般实施例组合的一方面中，贮藏区域形成为在页岩地层下方，并且通过页岩地层与包括流动水的地下区域垂直地隔开。
在可与前述方面中的任何一方面组合的另一方面中，贮藏区域形成为在页岩地层内。
在可与前述方面中的任何一方面组合的另一方面中，页岩地层从地质上来说形成为在不可渗透地层下方，该不可渗透地层形成为在页岩地层与包括流动水的地下区域之间。
在可与前述方面中的任何一方面组合的另一方面中，页岩地层包括的地址特性包括以下特性中的两个或更多个：小于约0.001毫达西(millidarcys)的渗透率；小于约10MPa的脆性，其中，脆性包括页岩地层的压缩应力与页岩地层的拉伸强度的比值；邻近储藏区域的至少约100英尺的厚度；或按量计约20％至30％的重量的有机物质或粘土。
在可与前述方面中的任何一方面组合的另一方面中，有害材料包括废核燃料。
在可与前述方面中的任何一方面组合的另一方面中，井筒还包括从地面表面处或邻近地面表面延伸通过井筒并且进入贮藏区域中的至少一个套管。
可与前述方面中的任何一方面组合的另一方面还包括：在将贮藏容器移动通过延伸入地面表面中的井筒的入口之前，形成从地面表面到页岩地层的井筒。
可与前述方面中的任何一方面组合的另一方面还包括将套管安装在井筒中，该套管从地面表面处或邻近地面表面延伸通过井筒并且进入贮藏区域中。
可与前述方面中的任何一方面组合的另一方面还包括用水泥将套管固定到井筒。
可与前述方面中的任何一方面组合的另一方面还包括：在形成井筒之后，从页岩地层生产烃流体通过井筒到地面表面。
可与前述方面的任何一方面组合的另一方面还包括从井筒移除密封物；以及从贮藏区域取回贮藏容器到地面表面。
可与前述方面的任何一方面组合的另一方面还包括从定位为邻近贮藏区域的传感器监测与贮藏容器相关联的至少一个变量；以及在地面表面处记录所监测的变量。
在可与前述方面的任何一方面组合的另一方面中，所监测的变量包括放射水平、温度、压力、氧气的存在、水蒸气的存在、液态水的存在、酸度或地震活动中的至少一个。
可与前述方面的任何一方面组合的另一方面还包括：基于所监测的、超过阈值的变量：从井筒移除密封物；以及从贮藏区域取回贮藏容器到地面表面。
在另一一般实施例中，废核燃料储存系统包括形成为从地面表面通过第一地下层并且进入比第一地下层深的第二地下层中的定向井筒，第一地下层包括岩层，该岩层包括有流动水源，第二地下层包括页岩地层，页岩地层流体地将该定向井筒形成在页岩地层内的部分与第一地下层隔开；容器，该容器构造为移动通过定向井筒进入定向井筒形成在页岩地层内的部分中，该容器包括由构造为储存多个废核燃料芯块(颗粒)(fuel pellets)的壳体封围的容积；以及堵塞器，该堵塞器设定在定向井筒中定向井筒形成在页岩地层内的部分与地面表面之间。
在可与该一般实施例组合的一方面中，该定向井筒形成为通过第一地下层与第二地下层之间的第三地下层，该第三地下层包括基本不可渗透的岩层。
在可与前述方面中的任何一方面组合的另一方面中，该不可渗透岩层比页岩地层更脆。
在可与前述方面中的任何一方面组合的另一方面中，该不可渗透岩层不如页岩地层可渗透。
可与前述方面中的任何一方面组合的另一方面还包括监测系统，该监测系统包括监测控制系统，该监测控制系统可连通地联接至定位为邻近容器的一个或多个系统。
可与前述方面中的任何一方面组合的另一方面还包括管状衬管，该管状衬管构造在定向井筒中并且封抵于定向井筒的壁。
本申请也描述了有害材料贮藏库的附加的实施例。例如，用于储存有害材料的系统和方法的实施例包括：形成为从地面表面到包括页岩的地下区域的井筒，该井筒包括基本垂直的部分、圆角部分和基本非垂直的部分；贮藏容器，该贮藏容器定位在井筒的基本非垂直的部分中，并且包括尺寸设计为包封有害材料的容积，该容积基于贮藏容器在页岩中的邻近而与流动水源隔开；以及密封物，该密封物定位在贮藏容器与地面表面处的井筒的入口之间，该密封物构造为将基本非垂直的部分的至少一部分与基本垂直的部分的至少一部分流体地隔开。
作为另一示例，用于储存有害材料的系统和方法包括形成为从地面表面到地下区域的井筒，该井筒包括基本垂直的部分、圆角部分和基本非垂直的部分，地下区域包括由以下特征中的两个或更多个特征限定的地质层组：小于约0.001毫达西(millidarcys)的渗透率、小于约10Mpa的脆性，其中，脆性包括页岩地层的压缩应力与页岩地层的拉伸强度的比值、通常是约100英尺的厚度、以及按量计约20％至30％重量的有机物质或粘土；贮藏容器，该贮藏容器定位在井筒的基本非垂直的部分中，并且包括尺寸设计为包封有害材料的容积；以及密封物，该密封物定位在井筒中贮藏容器与在地面表面处的井筒的入口之间。
作为示例，用于存储诸如废核燃料材料之类的有害材料的系统和方法的实施例包括：形成从地面表面到包括页岩的地下区域的井筒，该井筒包括基本垂直的部分、圆角部分和基本非垂直的部分；以及将可硬化的浆液泵送到井筒的基本非垂直的部分中，该可硬化的浆液包括可硬化的材料(例如水泥、树酯、聚合物、混凝土等等)与废核燃料材料的混合物。
根据本申请的有害材料贮藏库的实施例可包括一个或多个以下的特征。例如，根据本申请的有害材料贮藏库可允许在位于地下数千英尺、与任何附近的流动水脱开(分离)的贮藏库内对有害材料多个水平的遏制。根据本申请的有害材料贮藏库也可使用已验证的技术(例如钻井)以产生或形成在地下区域中用于有害材料的贮藏区域，该地下区域被证实已流体地将烃密封在其中数百万年。作为另一示例，根据本申请的有害材料贮藏库可提供在页岩地层中用于有害材料(例如放射性废弃物)的长期(例如成千年)的贮藏，页岩地层具有适于这种贮藏的地质特性，包括主要是较低的渗透率、厚度和延展性。此外，相对于传统的贮藏技术，部分地由于定向钻井技术，以较低的成本可储存更大量的有害材料，定向钻井技术有助于经常是在长度方面超过一英里的较长的水平井孔。此外，紧邻会发现或产生有害材料的位置可找到具有适于这种贮藏的地质特性的岩层，由此减少了与运输这些有害材料相关联的危险。
根据本申请的有害材料贮藏库的实施例也可包括一个或多个以下的特征。较大的贮藏容积又允许安置有害材料的贮藏，而不需要复杂的现有的处理，诸如浓缩或转移到不同的形式或容器。作为另一示例，例如在来自反应堆的废核材料的情况下，废弃物可被保持在其原始芯块中，未改性、或在其原始燃料棒中、或在其包含数十个燃料棒的原始燃料组件中。在另一方面中，有害材料可被保持在其原始保持件中，但水泥或其它材料被诸如保持器中以填充有害材料与结构之间的间隙。例如，如果有害材料贮藏在燃料棒中，而燃料棒又贮藏在燃料组件中，则各棒(通常在核反应对内时填充有水)之间的空间可以用水泥或其它材料填充，用于提供与外界世界之间的又一附加的隔离层。作为还有另一示例，促进了有害材料的安全且较低成本的贮藏，同时仍然允许取回这些材料，如果情况认为将所储存的材料恢复是有利的。
本申请中所描述的主题的一个或多个实施例的细节在附图和以下描述中阐述。从该描述、附图和权利要求书中，主题的其它特性、方面和优点将变得明了。
附图说明
图1A-图1C是根据本申请的、在放置操作或取回操作期间的有害材料贮藏库系统的示例实施例的示意图示。
图2A-图2E是根据本申请的、在贮藏操作和监测操作期间的有害材料贮藏库系统的示例实施例的示意图示。
图3A-图3B是根据本申请的有害材料贮藏库系统的其它示例实施例的示意图示。
图4A-图4C是根据本申请的有害材料容器的示例实施例的示意图示。
图5是根据本申请的有害材料贮藏库系统的另一示例实施例的示意图示。
图6A-6C是示出根据本申请的、与储存有害材料相关联的示例方法的流程图。
图7是根据本申请的、用于监测有害材料贮藏库系统的控制件或控制系统的示意图示。
具体实施方式
本申请描述了一种有害材料贮藏库系统，该有害材料贮藏库系统包括形成为进入地下区域中的一个或多个井筒，用于提供对在一个或多个地下贮藏容积贮藏容器中的有害材料(例如，生物材料、化学材料、核材料或其它方式的材料)的长期(例如，数十年、数百年或甚至数千年)贮藏。地下区域包括具有不同的地质层组和地质特性的多个地下层。贮藏容器可基于特定地下层的一个或多个地质特性(诸如较低的渗透率、足够的厚度、较低的脆性和其它特性)而被放置在该层中。在一些方面中，特定的地下层包括页岩地层，页岩地层形成了贮藏容器与包括流动水的另一地下层之间的隔离密封物。
图1A-图1C是根据本申请的、在放置操作或取回操作期间的有害材料贮藏库系统的示例实施例的示意图示，例如是用于对有害材料长期的(例如，数十年、数百年或数千年甚至更多)但可取回的、安全并且牢固的贮藏的地下位置。例如，转到图1A，该附图示出在放置(或取回，如下所述)期间，例如是在将一个或多个有害材料的容器布置在地下地层中期间的示例有害材料贮藏库系统100。如所示的，有害材料贮藏库系统100包括形成为(例如钻井或以其它方式)从地面表面102通过多个地下层112、114、116和118的井筒104。虽然地面表面102示出为陆地表面，但是地面表面102也可以是海底或其它水下表面，诸如湖或洋底或在水体下的其它表面。因此，本申请设想，井筒104可在水体下方从水体上或邻近水体的钻井位置形成。
所示井筒104在有害材料贮藏库系统100的这一示例中是定向井筒。例如，井筒104包括联接于径向或弯曲部分108的基本垂直的部分106，该圆角或弯曲部分108又联接于基本水平的部分110。如在本申请中使用的，在井筒定向的语境下“基本”指的是可能不是完全垂直(例如，完全垂直于地面表面102)或不是完全水平(例如，完全平行于地面表面102)的井筒。换言之，钻井领域中的技术人员会认识到：垂直的井筒常常从真正的垂直方向波动偏移，垂直的井筒可能以从真正的垂直方向偏离的角度钻井，而水平的井筒常常从真正的水平方向波动偏移。此外，在一些方面中，基本水平的部分110可以是倾斜的井筒或定向为在完全垂直与完全水平之间的其它定向井筒。此外，在一些方面中，基本水平的部分110可以是倾斜的井筒或定向为遵循地层的倾斜的其它定向井筒。如在该示例中所示的，井筒104的三个部分-垂直部分106、圆角部分108和水平部分110形成了延伸入地球中的连续的井筒104。
所示井筒104具有表面套管120，该表面套管120定位且设定为围绕井筒104从地面表面102进入地球中的特定深度中。例如，表面套管120可以是设定为(例如用水泥固定为)在浅层中围绕井筒104的相对大直径的管状构件(或构件柱)。如在本文中使用的，“管状”可以是指具有圆形横截面、椭圆形横截面或其它形状的横截面的构件。例如，在有害材料贮藏库系统100的该实施例中，表面套管120从地面表面延伸通过表面层112。在该示例中，表面层112是由一个或多个层状岩层组成的地质层。在一些方面中，该示例中的表面层112可包括或可不包括淡水含水层、盐水或卤水源、或其它流动水源(例如，流经地质层组的水)。在一些方面中，表面套管112可将井筒104从这些流动水隔离，并且也给其它待安装在井筒104中的套管柱提供悬挂位置。此外，虽然未示出，但是导向套管可设定在表面套管112上方(例如在表面套管112与表面102之间并且在表面层112内)，用于避免钻井流体逸出进入表面层112中。
如所示的，生产套管122定位并且设定为在井筒104内表面套管120井下。尽管被叫作“生产”套管，在该示例中，套管122可以经受或可以不经受烃生产操作。由此，套管122指的是并且包括设定为(例如用水泥固定为)在井筒104中表面套管120下井的任何形式的管状构件。在有害材料贮藏库系统100的一些示例中，生产套管122可始于圆角部分108的端部处并且延伸经过整个基本水平的部分110。套管122也可延伸入圆角部分108并且进入垂直的部分106中。
如所示的，水泥130定位为(例如泵送为)以在套管120和122与井筒104之间的环形围绕套管120和122。例如，水泥130可将套管120和122(以及井筒104的任何其它套管或衬管)固定通过地面表面102下方的地下层。在一些方面中，水泥130可沿着套管(例如套管120和122和任何其它套管)的整个长度安装，或如果足够用于特定的井筒102，则水泥130可沿着套管的某些部分使用。水泥130也可给容器126中的有害材料提供附加的遏制层。
井筒104和相关联的套管120和122可形成为具有各种示例尺寸并且处于各种示例深度(例如，真实垂直深度或TVD)。例如，导向套管(未示出)可向下延伸约120英尺TVD，具有在约28英寸至约60英寸之间的直径。表面套管120可向下延伸约2500英尺TVD，具有约22英寸至约48英寸之间的直径。表面套管120与生产套管122之间的中间套管(未示出)可向下延伸约8000英尺TVD，具有约16英寸至约36英寸的直径。生产套管122可基本水平地延伸(例如用于包围基本水平的部分110)，具有约11英寸至约22英寸之间的直径。上述尺寸仅作为示例提供，并且本申请设想了其它尺寸(例如直径、TVD、长度)。例如，直径和TVD可能取决于多个地下层(112-118)中的一个或多个地下层的具体地质组成、具体的钻井技术以及有害材料容器126的尺寸、形状和设计，该有害材料容器126装有待放置在有害材料贮藏库系统100中的有害材料。在一些替代示例中，生产套管122(或井筒104中的其它套管)可以是圆形的横截面、椭圆形的横截面或一些其它形状。
如所示的，井筒104延伸通过地下层112、114和116，并且到达地下层118。如上所述，表面层112可以包括或可以不包括流动水。在该示例中，在表面层112之下的地下层114是流动水层114。例如，该流动水层114可包括一个或多个流动水源，诸如淡水含水层、盐水或卤水的水源、或其它流动水源。在有害材料贮藏库系统100的该示例中，流动水可以是基于在整个层上或在地下层的一部分上的压差而流动通过地下层的水。例如，流动水层114可以是可渗透的地质层组，其中，水在层114内自由地流动(例如，由于压差或其它原因)。在一些方面中，流动水层114会是在特定地质区域中人类可用水的主要水源。可能组成流动水层114的岩层的示例主要包括多孔砂岩和石灰岩。
在有害材料贮藏库系统100的该示例实施例中，在流动水层114下是不可渗透层116。在该示例中，不可渗透层116可能不允许流动水通过。因此，相对于流动水层114，不可渗透层116可能具有较低的渗透率，例如在纳达西(nanodarcy)渗透率的量级上。此外，在该示例中，不可渗透层116可以是相对不可延展的(即脆的)地质层组。对不可延展性的一个量度是脆性，脆性是压缩应力与拉升强度的比值。在一些示例中，不可渗透层116的脆性会在约20MPa至约40MPa之间。
如在该示例中示出的，不可渗透层116比贮藏层118浅(例如，更接近于地面表面102)。在该示例中，可组成不可渗透层116的岩层包括例如某些种类的砂岩、泥岩、粘土和板岩，它们具有如上所述的渗透率和脆性特性。在替代的示例中，不可渗透层116可以比贮藏层118深(例如离地面表面102更远)。在这些替代示例中，不可渗透层116可由诸如花岗岩之类的火成岩组成。
在不可渗透层116之下是贮藏层118。在该示例中，贮藏层118可出于若干原因被选择作为用于基本水平的部分110的平台(着陆)，该基本水平的部分110储存了有害材料。相对于不可渗透层116或其它层，贮藏层118可以是较厚的，例如具有约100英尺至200英尺之间的总垂直厚度。贮藏层118的厚度可以允许更简单地到达和定向钻井，由此允许基本水平的部分110在构造(例如钻井)期间被容易地放置在贮藏层118内。如果形成为通过贮藏层118的大概的水平中心，则基本水平的部分110可由包括贮藏层118的约50至100英尺的地质层组包围。此外，贮藏层118也可不具有流动水，例如是由于层118非常低的渗透率(例如在毫达西(millidarcys)或纳达西的量级上)。此外，贮藏层118可具有足够的延展性，使得包括层118的岩层的脆性在约3MPa至约10MPa之间。可组成贮藏层118的岩层的示例包括：页岩和硬石膏。此外，在一些方面中，如果贮藏层具有足以将可渗透层与流动水层114隔开的地质特性，则有害材料可贮藏在贮藏层以下，甚至是在诸如砂岩或石灰岩之类的可渗透层组中。
在有害材料贮藏库系统100的一些示例实施例中，贮藏层118由页岩组成。在一些示例中，页岩可具有符合上文对于贮藏层118所描述的那些特性。例如，页岩地层可能适于对有害材料(例如在有害材料容器126中)的长期遏制，并且适于将其与流动水层114(例如含水土层)和地面表面102隔开。页岩地层可在地球中相对较深处，通常是3000英尺或更深处发现，并且位于任何淡水含水土层之下与其隔离。
例如，页岩地层可包括加强对材料的长期(例如数千年)隔离的地质特性。例如，这些特性已通过对烃流体(例如气体、液体、混合相流体)长期贮藏(例如数千万年)，而这些流体没有逸出进入周围的层中(例如流动水层114)而示出。实际上，页岩已显示为保持天然气数百万年或更多，这使其具有长期贮藏有害材料的经过验证的能力。示例页岩地层(例如，马塞勒斯(Marcellus)页岩、鹰福特(Eagle Ford)页岩、巴奈特(Baarnett)页岩和其它)具有包含有许多冗余的密封层的成层，这许多冗余的密封层数百万年来已在阻止水、油和气体运动方面是有效的，该层里缺乏流动水，并且可期望其(例如，基于地质考量)在放置之后密封有害材料(例如流体或固体)数千年。
页岩地层也会处于合适的深度，例如在3000英尺至12000英尺TVD之间。这样的深度通常在地下水含水土层(例如表面层112和/或流动水层)之下。此外，页岩中包括盐的可溶性元素的存在和含水土层中相同的这些元素的缺少显示出在页岩与含水土层之间的流体隔离。
页岩的有利地使其适于有害材料贮藏的另一性质是其粘土含量，这在一些方面中提供了比在其它不可渗透岩层(例如不可渗透层116)中发现的更大的延展性的度量。例如，页岩可成层，由较薄地交替的粘土层(例如，按量计约20-30％之间粘土)与其它矿物质构成。这样的组成会使得页岩不太脆，并且因此相较于在不可渗透层中的岩层(例如花岗岩或其它)不太易于断裂(例如自然地或以其它方式)。例如，不可渗透层116中的岩层可能具有对于有害材料的长期贮藏合适的渗透率，但是太脆并且普遍是断裂的。因此，这种地层可能不具有对于有害材料的长期贮藏足够的密封性质(如通过它们的地质特性所证实的)。
本申请设想：在所示地下层112、114、116和118之间或之中可能存在许多其它的层。例如，可能存在流动水层114、不可渗透层116和贮藏层118中一个或多个层的重复型式(例如垂直地)。此外，在一些情况下，贮藏层118可直接(例如垂直地)与流动水层114相邻，即，没有介于中间的不可渗透层116。
图1A示出在井筒104的基本水平的部分110中有害材料的放置操作的示例。例如，如所示的，作业管柱124(例如，管、盘管、电缆或其它)可延伸入有套管的井筒104中，用于将一个或多个(示出为三个但可以是更多或更少的)有害材料容器126放置入长期的、但在一些方面中是可取回的在部分110中的贮藏。例如，在图1A所示的实施例中，工作管柱124可包括联接到容器126的井下工具128，并且随着进入井筒104中的每次往返，井下工具128可将特定的有害材料容器126放置在基本水平的部分110中。
井下工具128可在一些方面中通过螺纹连接联接于容器126。在替代的方面中，井下工具128可借助连锁的闭锁联接于容器126，使得井下工具128的转动可闭锁于容器126(或从其解锁)。在替代的方面中，井下工具124可包括一个或多个磁体(例如稀土磁体、电磁体、其组合或其它)，该一个或多个磁体吸引地联接于容器126。在一些方面中，容器126也可包括具有与在井下工具124上的磁体相反的极性的一个或多个磁体(例如稀土磁体、电磁体、其组合或其它)。在一些示例中，容器126可由能吸引到井下工具124的磁体的铁材料或其它材料制成或包括这样的铁材料或其它材料。
作为另一示例，每个容器126可由井筒牵引器(例如在电缆上或其它位置)定位在井筒104内，该井筒牵引器可通过机动化(例如电的)运动将容器推入或拉入基本水平的部分110中。作为还有另一示例，每个容器126可包括或安装于辊子(例如轮)，使得井下工具124可将容器126推入有套管的井筒104中。
在一些示例实施例中，容器126、一个或多个井筒套管120和122或两者均在放置操作之前涂覆有减小摩擦的涂层。例如，通过施加涂层(例如，石油基产盘、树酯、陶瓷或其它)到容器126和/或井筒套管，容器126可更容易地移动通过有套管的井筒104，进入基本水平的部分100中。在一些方面中，可仅井筒套管的一部分被涂覆。例如，在一些方面中，基本垂直的部分106可以不被涂覆，但是圆角部分108或基本水平的部分110或两者可被涂覆以有助于更容易地放置和取回容器126。
图1A也示出了在井筒104的基本水平的部分110中有害材料的取回操作的示例。取回操作会与放置操作相反，从而井下工具124(例如打捞工具)可行进进入井筒104中，(螺纹地、闭锁的、借助磁体或以其它方式)联接到最后放置的容器126，并且将容器126拉到地面表面102。可由井下工具124完成多个取回往返，从而将多个容器从井筒104的基本水平的部分110取回。
每个容器126可封围有害材料。在一些示例中，这种有害材料可以是生物或化学废弃物或其它生物或化学有害材料。在一些示例中，有害材料可包括核材料，诸如从核反应堆(例如商业核电反应堆或测试反应堆)或军事核材料回收的废核材料。例如，千兆瓦(gigawatt)核电站每年会产生30吨废核燃料。该燃料的密度通常接近于10(10gm/cm3＝10kg/升)，从而一年的核废弃物体积是约3m3。呈核燃料芯块的形式的废核燃料可从反应堆中取出并且不改性。核燃料芯块是固体，并且除了短半衰期的氚(13年半衰期)以外释放出极少量的气体。
在一些方面中，贮藏层118应能够在层118内包含任何放射性的输出(例如气体)，即便这些输出从容器126中逸出。例如，贮藏层118可基于放射性的输出通过层118的扩散时间来选择。例如，逸出贮藏层118的放射性输出的最小扩散时间可设定为,例如是核燃料芯块的任何特定组分的半衰期的五十倍。五十倍半衰期作为最小扩散时间会将放射性输出量减少1x 10-15倍。作为另一示例，将最小扩散时间设定为三十个半衰期或将放射性输出量减少十亿倍。
例如，钚239通常被认为是废核燃料中危险的废弃产品，因为其较长的24100年的半衰期。对于该同位素，50个半衰期将是120万年。钚239在水中具有较低的溶解度，不挥发并且作为固体不能够扩散通过包括所示的贮藏层118(例如页岩或其它层组)的岩层的矩阵。贮藏层118(例如由页岩构成)会能够具有如由包含气态烃(例如甲烷和其它)数百万年的地质史所展现出的这样的隔离时间(例如几百万年)。相反，在传统核燃料贮藏方法中，存在这样的危险，即，一些钚可能在遏制逸出时溶解在包括流动水的层中。
转到图1B，示出了替代的放置操作。在该示例放置操作中，流体132(例如液体或气体)可循环通过井筒104，用于流体地将各容器126推入基本水平的井筒部分110中。在一些示例中，每个容器126可分开地被流体地推动。在替代的方面中，两个或更多个容器126可同时被流体地推动通过井筒104，用于放置入基本水平的部分110中。流体132在一些情况下可以是水。其它示例包括钻井泥浆或钻井泡沫。在一些示例中，可使用气体将容器126推入井筒中，诸如入空气、氩气或氮气。
在一些方面中，流体132的选择可至少部分地取决于流体132的粘度。例如，流体132可选择为具有足够的粘度以阻止容器126掉入基本垂直的部分106中。该阻力或阻止可以提供抵抗容器126突然掉落的安全因素。流体132也可提供润滑以减小容器126与套管120和122之间的滑动摩擦。容器126可在填充有具有受控的粘度、密度和润滑性质的流体的套管内被传送。套管120和122的内直径与被传送的容器126的外直径之间的填充流体的环代表一开口，该开口设计为抑制任何高速的容器运动，在被传送的容器126的不太可能的脱开中提供自动的被动保护。
在一些方面中，可采用其它技术促进将容器126放置入基本水平的部分110中。例如，一个或多个所安装的套管(例如套管120和122)可具有导轨，用于将贮藏容器126引导到井筒102中，同时减小各套管与容器126之间的摩擦。贮藏容器126和各套管(或导轨)可由相对于彼此容易滑动的材料制成。套管可具有容易润滑的表面，或套管具有在经受贮藏容器126的重量时是自润滑的表面。
流体132也可用于容器126的取回。例如，在示例取回操作中，套管120和122内的容积可以用压缩气体(例如空气、氮气、氩气或其它)填充。随着在基本水平的部分110的端部处的压力增大，容器126会被朝向圆角部分108推动，并且随后通过基本垂直的部分106到地面表面。
转到图1C，示出了另一替代的放置操作。在该示例放置操作中，流体132(例如液体或气体)可循环通过管状流体控制套管134，用于流体地将各容器126推入基本水平的井筒部分110中。流体132可循环通过在流体控制套管134中的基本水平的部分110的端部，并且在流动控制套管134与套管122和120之间的环中再循环回到地面表面102。在一些示例中，每个容器126可分开地被流体地推动。流动控制套管134与套管102和122之间的环可填充有流体或压缩气体以使流体132的流动反向，例如从而将各容器126朝向地面表面102推回。在替代的方面中，两个或更多个容器126可同时被流体地推动通过井筒104，用于放置入基本水平的部分110中。流体控制套管134可类似于生产套管122或与其相同。对于该情况，单独的管状构件可被封围在井筒102中或在生产套管122内，用于提供流体132的返回路径。
在一些方面中，井筒104可形成为用于长期贮藏有害材料的主要目的。在替代的方面中，井筒104可先前形成为用于烃生产(例如油或气体)的主要目的。例如，贮藏层118可以是含烃地层，烃从该地层生产进入井筒104中并且到地面表面102。在一些方面中，贮藏层108可在烃生产之前已被液压压裂。此外在一些方面中，生产套管122可在液压压力之前已被穿孔。在这样的方面中，生产套管122可在有害材料的放置操作之前被修补(例如用水泥涂)，用于修补由穿孔过程产生的任何孔。此外，套管与钻井孔之间的水泥中任何裂纹或开口也可在那时被填充。
例如，在废核燃料作为有害材料的情况下，井筒可形成在特定的位置处，例如靠近核电站，作为新的井筒，只要该位置也包括合适的贮藏层118，诸如页岩地层。或者，已生产页岩气的现有的井或被废弃为“干枯”的井(例如具有足够低的有机物，使得就位的气体对于商业开发过低)可被选择为井筒104。在一些方面中，对通过井筒104的贮藏层118的在先液压压裂会在井筒104的有害材料贮藏能力方面机会没有什么差异。但是，这种在先的活动也确认了贮藏层118贮藏气体和其它流体成百上千万年的能力。如果因此有害材料或有害材料的输出(例如，放射性气体或其它)将会从容器126逸出并且进入贮藏层118的断裂的地层中，则这些断裂会允许材料在尺寸与断裂的尺寸相当的距离上相对快速地传播。在一些方面中，井筒102可能已钻孔用于生产烃，但是这些烃的生产失败了，例如，因为贮藏层118包括岩层(例如页岩或其它)，其过于延展并且难于压裂用于生产，但其有利地具有延展性用于有害材料的长期贮藏。
图2A-2E是根据本申请的、在贮藏操作和监测操作期间的有害材料贮藏库系统的示例实施例的示意图示。例如，图2A示出在长期贮藏操作中的有害材料贮藏库系统100。一个或多个有害材料容器126定位在井筒104的基本水平的部分110中。密封物134被放置在井筒104中、在基本水平的部分110中容器126的位置与在地面表面102处的基本垂直的部分106的开口(例如井口)之间。在该示例中，密封物134被放置在基本垂直的部分108的井口端。或者，密封物134可定位在基本垂直的部分106内、在圆角部分108中或甚至是在基本水平的部分110内容器126的井上(uphole)的任何位置处。在一些方面中，密封物134可被放置在井筒104内至少比任何流动水源，诸如流动水层114更深。在一些方面中，密封物134可形成为基本沿着基本垂直的部分106的整个长度。
如所示的，密封物134将储存容器126的基本水平的部分110的容积与在地面表面102处的基本垂直的部分106的开口流体地隔离。因此，从容器126逸出的任何有害材料(例如放射性材料)可被密封，(例如，使得流体、气体或固体有害材料)不会逸出井筒104。在一些方面中，密封物134可以是水泥堵塞器或其它堵塞器，其定位在或形成在井筒104中。作为另一示例，密封物134可由定位在井筒104中的可充气的或以其它方式可扩张的一个或多个封隔器(packer)形成。
在取回操作(例如，如参照图1A-图1B所讨论的)之前，密封物134可被移除。例如，在水泥或其它永久地设定的密封物134的情况下，密封物134可被钻通或以其它方式铣削去除。在半永久或可移除的密封物，诸如封隔器的情况下，密封物134可通过如已知的传统方法从井筒104中移除。
图2B示出在容器126的长期贮藏期间的示例监测操作。例如，在一些方面中，可能有利地或要求在将有害材料长期贮藏在容器126中期间监测一个或多个变量。在图2B的该示例中，监测系统包括放置在井筒104中(例如在基本水平的部分110内)的一个或多个传感器138，并且该一个或多个传感器通过缆线136(例如，电气、光学、液压或其它的)连通地联接于监测控制系统146。虽然示出为在井筒102内(例如，在套管内侧)，但是传感器138可被放置在套管的外侧，或甚至在套管安装在井筒102中之前被固定到套管中。传感器138也可被放置在套管(例如，套管120和/或套管122)外侧，或在流体控制套管134外侧。
如所示的，传感器138可监测一个或多个变量，诸如，例如，放射水平、温度、压力、氧气的存在、水蒸气的存在、液态水的存在、酸度、地震活动或其组合。与这些变量相关的数据值会被沿着缆线136传递到监测控制系统146。监测控制系统146又会记录数据、确定数据中的趋势(例如，温度的上升、放射水平的上升)、将数据传送到其它监测位置，诸如国家安全或环境中心位置，并且可进一步自动地基于这些数据或趋势推荐行动(例如，取回容器126)。例如，井筒104中温度或放射水平升高到特定阈值水平以上会触发收回推荐，例如用于确保容器126不泄漏放射性材料。在一些方面中，传感器138与容器126的比率可以是一比一。在替代的方面中，每个容器126可能存在多个传感器138，或可能存在的传感器更少。
图2C示出在容器126的长期贮藏期间的另一示例监测操作。在该示例中，传感器138定位在辅助水平井筒140内，该井筒形成为与基本垂直的部分106隔开。该辅助水平井筒140可以是无套管的井筒，缆线136可通过其在监测控制系统146与各传感器138之间延伸。在该示例中，辅助水平井筒140形成为在基本水平的部分110之上，但是在贮藏层118内。因此，传感器138可记录贮藏层118的数据(例如，放射水平、温度、酸度、地震活动)。在替代的方面中，辅助水平井筒140可形成为在贮藏层118之下、在不可渗透层116中贮藏层之上或在其它层中。此外，虽然图2C示出辅助水平井筒140与基本水平的部分110形成为来自同一基本垂直的部分106，但是辅助水平井筒140可形成为来自分离的垂直井筒和圆角井筒。
图2D示出在容器126的长期贮藏期间的另一示例监测操作。在该示例中，传感器138定位在辅助垂直井筒142内，该井筒形成为与井筒104隔开。该辅助垂直井筒142可以是有套管的井筒或是无套管的井筒，缆线136可通过其在监测控制系统146与各传感器138之间延伸。在该示例中，辅助垂直井筒142降到最低(bottoms out)在基本水平的部分110之上，但是在贮藏层118内。因此，传感器138可记录贮藏层118的数据(例如，放射水平、温度、酸度、地震活动)。在替代的方面中，辅助垂直井筒140可降到最低在贮藏层118之下、在不可渗透层116中贮藏层之上或在其它层中。此外，虽然传感器138示出为被放置在辅助垂直井筒142中处于与贮藏层118相邻的高度，但是传感器138可被放置在辅助垂直井筒142内任何位置。替代地，辅助垂直井筒142可在一些方面中在井筒102之前被构造，由此允许在构造井筒102期间由安装的传感器138进行监测。还有，监测井孔142可被密封，以避免泄漏到井孔142中的材料会具有到地面表面102的路径的可能性。
图2E示出在容器126的长期贮藏期间的另一示例监测操作。在该示例中，传感器138定位在辅助定向井筒144内，该井筒形成为与井筒104隔开。该辅助定向井筒144可以是无套管的井筒，缆线136可通过其在监测控制系统146与各传感器138之间延伸。在该示例中，辅助定向井筒144到达与基本水平的部分110相邻，并且在贮藏层118内。因此，传感器138可记录贮藏层118的数据(例如，放射水平、温度、酸度、地震活动)。在替代的方面中，辅助定向井筒144可到达贮藏层118之下、不可渗透层116中贮藏层之上或在其它层中。此外，虽然传感器138示出为被放置在辅助定向井筒144中处于与贮藏层118相邻的高度，但是传感器138可被放置在辅助定向井筒144内任何位置。在一些方面中，辅助定向井筒144可例如在井筒104不可进入的情况下用于取回容器126。
图3A是根据本申请的有害材料贮藏库系统的另一示例实施例的示意图示。图3A示出有害材料贮藏库系统300的俯视示意图，其示出井筒的示例构造，井筒可形成为或用于贮藏有害材料，诸如废核燃料、生物材料或化学材料。有害材料贮藏库系统300包括垂直井筒302(在此从上方观察)，其具有从其延伸的多个水平井筒304。在该示例中，四个水平井筒304可形成为来自一个垂直井筒302。
示例有害材料贮藏库系统300示出一贮藏库，该贮藏库可以提供对体积例如大于有害材料贮藏库系统100的有害材料的长期(例如成百上千万年)贮藏。例如，每个水平井筒304可以基本类似于图2A所示的基本水平的部分110，其可贮存一个或多个有害材料的容器126。每个水平井筒304可形成在贮藏层118中或在贮藏层118之下，用于在从一个或多个容器泄漏的情况下提供充分的密封隔绝有害输出(物)的扩散。因此，在有害材料贮藏库系统300的示例中，有害材料可更高效地被储存，因为仅需形成一个垂直井筒302用于多个水平的井304。
图3B是根据本申请的有害材料贮藏库系统的另一示例实施例的另一示意图示。图3B示出有害材料贮藏库系统350的俯视示意图，其示出井筒的示例构造，井筒可形成为或用于贮藏有害材料，诸如废核燃料、生物材料或化学材料。在该示例中，系统350包括垂直井筒352，其具有形成为来自垂直井筒352的多个侧向井筒354。在该示例中，侧向井筒354以“干草叉(pitchfork)”的型式(或其它型式，诸如“F”型式、鸡爪型式或其它型式)基本相互平行。每个侧向井筒354可形成在贮藏层118中或在贮藏层118之下，用于在从一个或多个容器泄漏的情况下提供充分的密封隔绝有害输出的扩散。此外，每个侧向井筒354可以是容器126的贮藏区域或包括容器126的贮藏区域。
图4A-图4C是根据本申请的有害材料容器的示例实施例的示意图示。图4A-图4C分别示出有害材料容器400的等轴测图、垂直剖视图和水平剖视图。在一些方面中，有害材料容器400可以是类似于所示的容器126，并且可在有害材料贮藏库系统100、有害材料贮藏库系统400或根据本申请的其它有害材料贮藏库系统中使用。有害材料容器400可用于储存化学有害材料、生物有害材料、核有害材料或其它有害材料。例如，在所示的实施例中，有害材料容器400储存呈废核燃料棒406的形式的废核燃料。
如所示的，有害材料容器400包括壳体402(例如，防压或抗压壳体)，该壳体封围用于储存有害材料的容积404。在该示例中，在密封有害材料容器400之前，废核燃料棒406定位在壳体402中。每个废核燃料棒406包括多个废核燃料芯块408。例如，废核燃料芯块408装有从核反应堆移除的废核燃料的大部分放射性同位素(包括氚)。为了形成废核燃料棒406，废核燃料芯块408由锆管包围，就像在反应堆中一样。这些管件提供了附加的遏制水平。管件可安装在原始的燃料组件中，或从这些组件中移除用于对废核燃料棒406更紧凑的包装。管件放置在密封的囊状件中以形成棒406，通常是15英尺长，具有足够大以储存大量燃料芯块408但又足够小以允许放置在壳体402中的直径。
在一些方面中，壳体402(和有害材料容器400的其它部件)可由金属或陶瓷形成，该金属或陶瓷例如具有非常高的耐腐蚀性或耐放射性(例如锆或其合金锆合金、不锈钢、钛或其它低腐蚀材料)。此外，在一些方面中，容器400放入其中的贮藏区域可填充有或部分地填充有氮气、氩气或一些其它减小壳体402和容器400的其它部件的腐蚀危险的气体。
此外，壳体402(和大体是有害材料容器400)的尺寸可设计为适合在诸如井筒104之类的井筒中。壳体402的示例尺寸可包括12至15英尺之间的长度L，以及在基本正方的壳体402的情况下5至9英寸之间的侧宽W。在替代的方面中，壳体402可具有大致圆形的水平横截面，其直径在7英寸至13英寸之间。在一些方面中，有害材料容器400(和容器126)可定尺寸设计为(例如，长度和宽度/直径)用于高效地放置入井筒104中和从井筒104中取回。例如，长度L可基于例如圆角部分108的尺寸来确定，用于确保有害材料容器400可移动通过圆角部分108并且进入基本水平的部分110中。作为另一示例，宽度W可基于井筒104中的一个或多个套管，诸如表面套管120和生产套管122的直径来确定。
所示有害材料容器400也包括连接器部分410，其示出为在壳体402的一端上，但也可形成在两端上。在一些方面中，连接器部分410可有助于将有害材料容器400联接到井下工具(例如井下工具128)，用于允许将有害材料400放置在井筒中的贮藏中和将其从井筒中的贮藏中取回。此外，连接器部分410可有助于将一个有害材料容器400联接于另一有害材料容器400。在一些方面中，连接部分410可以是螺纹连接(部)。例如，在壳体402的一端上的连接器部分410可以是阳螺纹连接部，而在壳体402的相对端上的连接器部分410可以是阴螺纹连接部。在替代的方面中，连接器部分410可以是连锁的闭锁，从而转动(例如，360度或更少)可将壳体402闭锁于井下工具或其它有害材料容器400(或将其解锁)。在替代的方面中，连接器部分410可包括一个或多个磁体(例如稀土磁体、电磁体、其组合或其它)，该一个或多个磁体吸引地联接于例如井下工具或另一有害材料容器400。
总地参照图1A-图1B、图2A-图2E、图4A-图4C，示例有害材料贮藏库系统(例如，100、300和其它)可提供多层遏制，用于确保有害材料(例如：生物的、化学的或核有害材料)密封得储存在合适的地下层中。在一些示例实施例中，有至少十二层遏制。在替代的实施例中，可采用更少或更多层遏制。
首先，使用废核燃料作为示例有害材料，燃料芯块被从反应堆中取出，并且未改性。它们可能由烧结的二氧化铀(UO2)、陶瓷制成，并且可能保持固态和除了短半衰期的氚之外释放极少量的气体。除非芯块暴露于极端腐蚀性的情况或其它会破坏多层遏制的影响，大部分放射性同位素(包括氚)将装在芯块中。
第二，燃料芯块由燃料棒的锆合金管件包围，就像在反应堆中那样。如所述的，管件可安装在原始燃料组件中，或从这些组件中移除用于更紧凑的包装。
第三，管件被放置在有害材料容器的密封壳体中。壳体可以是单体结构或多面板结构、其中多个面板(例如，侧边、顶部、底部)被机械地固定(例如，通过螺钉、铆钉、焊接或以其它方式)。
第四，材料(例如，固体或流体)可填充有害材料容器，用与提供材料与容器外部之间进一步的缓冲。
第五，(一个或多个)有害材料容器定位在(如上所述)衬有钢或其它密封套管的井筒中，该钢或其它密封套管在一些示例中延伸穿过整个井筒(例如，基本垂直的部分、圆角部分和基本水平的部分)。套管被用水泥固定就位，给待移动通过的有害材料容器提供相对光滑的表面(例如相较于井筒壁)，由此减小在放置或取回期间泄漏或破裂的可能性。
第六，保持或帮助保持套管就位的水泥也可提供密封层，如果有害材料逸出容器，则该密封层包含有害材料。
第七，有害材料容器被储存在井筒的一部分中(例如，基本水平的部分中)，其定位在包括贮藏层的岩层的较厚的(例如，100-200英尺的)缝隙内。贮藏层可至少部分地由于岩层的特性(例如，无流动水、低渗透率、厚、合适的延展性或非脆性)而被选择。例如，在页岩作为贮藏层的岩层的情况下，这类岩石提供了遏制水平，因为已知页岩已密封烃气体数百万年。页岩可包含卤水，但该卤水明显不动，并且不与地表淡水连通。
第八，在一些方面中，贮藏层的岩层可具有提供另一遏制水平的、其它独特的地质特性。例如，页岩常常包含反应性组分，诸如硫化铁，其减小了有害材料(例如，废核燃料及其放射性输出)会迁徙通过贮藏层而不以进一步减小这种输出的扩散速率的方式反应的可能性。此外，贮藏层可包括诸如粘土和有机物质的成分，其通常具有极低的扩散率。例如，页岩可以是成层的，并且由较薄的交替的粘土和其它矿物质的层构成。这种在贮藏层中的岩层的成层，诸如页岩，可提供该附加的遏制层。
第九，贮藏层可以比不可渗透层更深且在其下方，该不可渗透层将贮藏层(例如垂直地)与流动水层隔开。
第十，贮藏层可基于地下层内这样的层的深度(例如，3000至12000英尺)来选择。这样的深度通常远在包含流动水的任何层之下，并且因此贮藏层的纯粹深度提供了附加的遏制层。
第十一，本申请的有害材料贮藏库系统的示例实施例有助于监测所储存的有害材料。例如，如果监测的数据指示有害材料的泄漏或其它(例如，温度变化、放射性或其它)、或甚至是容器的擅动或侵入，则有害材料容器可被取回以修理或检查。
第十二，一个或多个有害材料容器会是可根据需要(例如在监测的情况下或在没有监测的情况下)取回用于定期检查、调节或修理的。因此，容器的任何问题可被解决，而不允许有害材料未减弱地泄漏或从容器逸出。
图5是根据本申请的有害材料贮藏库系统的另一示例实施例的示意图示。图5示出有害材料贮藏库系统500的示例实施例，其包括有害材料贮藏库系统500，该有害材料贮藏库系统包括形成为(例如钻孔或以其它方式)从地面表面502并且通过多个地下层512、514、516和518的井筒504。所示井筒504在有害材料贮藏库系统500的这一示例中是定向井筒。例如，井筒504包括联接于径向或弯曲部分508的基本垂直的部分506，该径向或弯曲部分508又联接于基本水平的部分510。
通常，有害材料贮藏库系统500的这些部件基本与有害材料贮藏库系统100的类似命名的部件相同。例如，所示井筒504具有表面套管520，该表面套管520定位且设定为围绕井筒504从地面表面502进入地球中的特定深度中。例如，表面套管520可以是设定为(例如用水泥固定为)在较浅的地层中围绕井筒504的相对大直径的管状构件(或构件柱)。例如，在有害材料贮藏库系统500的该实施例中，表面套管520从地面表面延伸通过表面层512。在该示例中，表面层512是由一个或多个层状岩层组成的地质层。在一些方面中，该示例中的表面层512可包括或可不包括淡水含水层、盐水或卤水源、或其它流动水源(例如，流经地质层组的水)。在一些方面中，表面套管520可将井筒504从这些流动水隔离，并且也给其它待安装在井筒504中的套管柱提供悬挂位置。此外，虽然未示出，但是导向套管可设定在表面套管520上方(例如，在表面套管520与表面502之间并且在表面层512内)，用于避免钻井流体逸出进入表面层512中。
如所示的，生产套管522定位并且设定为围绕井筒504在表面套管520的井下。尽管被叫作“生产”套管，在该示例中，套管522可以经受或可以不经受烃生产操作。由此，套管522指的是并且包括设定为(例如用水泥固定为)在井筒504中表面套管520下井的任何形式的管状构件。在有害材料贮藏库系统500的一些示例中，生产套管522可始于圆角部分508的端部处并且延伸经过整个基本水平的部分510。
如所示的，水泥530定位为(例如泵送为)以在套管520和522与井筒504之间的环形围绕套管520和522。例如，水泥530可将套管520和522(以及井筒504的任何其它套管或衬管)固定穿过在地面表面502下方的地下层。
如所示的，井筒504延伸通过地下层512、514和516，并且到达贮藏层518。如上所述，表面层512可以包括或可以不包括流动水。在该示例中，在表面层512之下的地下层514是流动水层514。在有害材料贮藏库系统500的该示例实施例中，在流动水层514下是不可渗透层516。在该示例中，不可渗透层516可能不允许流动水通过其。因此，相对于流动水层514，不可渗透层516可能具有较低的渗透率，例如在纳达西(nanodarcy)渗透率的量级上。此外，在该示例中，不可渗透层516可以是相对无延展性的(即脆的)地质层组。在不可渗透层516之下是贮藏层518。在该示例中，贮藏层518可出于若干原因被选择作为用于基本水平的部分510的平台(着陆)，该基本水平的部分110储存了有害材料。相对于不可渗透层516或其它层，贮藏层518可以是较厚的，例如TVD为约100英尺至200英尺之间。贮藏层518的厚度可以允许更简单地到达和定向钻井，由此允许基本水平的部分510在形成(例如钻井)期间保持在贮藏层518内。如果形成为通过贮藏层518的大概的水平中心，则基本水平的部分510可由包括贮藏层518的约50至100英尺的地质层组包围。此外，贮藏层518也可不具有流动水，例如是由于层518非常低的渗透率(例如在毫达西(millidarcys)或纳达西的量级上)。此外，贮藏层518可具有足够的延展性，使得包括层518的岩层的脆性在约3MPa至约10MPa之间。可组成贮藏层518的岩层的示例包括：页岩和硬石膏。
在有害材料贮藏库系统500的一些示例实施例中，贮藏层518由页岩组成。在一些示例中，页岩可具有符合上文对于贮藏层518所描述的那些特性。例如，页岩地层可能适于对有害材料的长期约束，并且适于将其与流动水层514(例如含水土层)和地面表面502隔开。页岩地层可在地球中相对较深处，通常是3000英尺或更深处发现，并且位于任何淡水含水土层之下与其隔离。
有害材料贮藏库系统500也包括作业管柱524(例如，管、盘管、电缆或其它)，其可延伸入井筒504中用于将有害浆液526放置(例如泵送)入井筒504的一部分中(例如，基本水平的部分510)。有害材料浆液526包括可硬化的材料528和有害材料532的混合物。例如，可硬化的材料528可以是水泥、胶凝材料、树酯、混凝土、粘结剂或其它可硬化物(例如在已知的持续时间内)。有害材料532可以例如是生物材料、化学材料或诸如废核燃料芯块之类的核材料。
在操作中，作业管柱524可将有害材料浆液426放置(例如，通过泵送)在井筒504的基本水平的部分510中。随着时间的推移，浆液526中可硬化的材料528会硬化，由此基本将有害材料523捕获和密封在硬化的浆液内并且在井筒504中。有害材料523会因此被密封在硬化的材料528中、在井筒504内并且在贮藏层518内，提供对来自有害材料532的任何输出的多个遏制层。硬化时间可设定为是较短的，或其可设定为是较长的一段时间(数年或数十年)以有助于较早的取回，如果确定在头几年期间较早地取回会是有利的。
虽然未示出，但是一旦放置操作完成，则密封物(例如，密封物134)就可被放置在井筒504中、在硬化的浆液的上井。此外，一旦被密封，监测系统(例如，如参照图2B-图2E中的一个或多个所示和所描述的)可安装在监测系统500中，用于监测与有害材料532相关联的一个或多个变量(例如，温度、放射性、水蒸气、氧气、地震活动、擅动或其它)。
图6A-图6C是流程图，其分别示出与储存有害材料相关联的示例方法600、640和670。转到方法600，该用于储存有害材料的示例方法可借助或通过如参照图1A-图1B和图2A-图2E所描述的有害材料贮藏库系统100来执行。替代地，方法600可由根据本申请的其它有害材料贮藏库系统来执行。
方法600开始于步骤602，该步骤包括将贮藏库系统移动通过延伸入地面表面中的井筒的入口。贮藏容器封围有害材料，诸如化学的、生物的或核废弃物，或其它有害材料。在一些方面中，贮藏容器可以直接从运输模式(例如，卡车、火车、轨道或其它模式)定位在入口中，该运输模式将有害材料带到井筒的位置。在一些方面中，在运输期间的有害材料的包装不会被去除，用于贮藏容器进入入口中的移动。在一些方面中，仅在贮藏容器完全进入井筒时去除这些运输包装。
方法600会继续步骤604，该步骤包括使贮藏容器移动通过包括基本垂直的部分、过渡部分和基本水平的部分的井筒。在一些方面中，该井筒是定向井筒或倾斜的井筒。可以以各种方式使贮藏容器移动通过井筒。例如，工具柱(例如，管状作业管柱)或电缆可包括井下工具，该井下工具联接于贮藏容器并且使贮藏容器从入口移动(例如，推动)到井筒的基本水平的部分。作为另一示例，贮藏容器可在安装在井筒，例如代套管的井筒中的轨道上行驶(ride)。作为又一示例，可借助井筒牵引器(例如，电动的或动力的牵引器)使贮藏容器移动通过井筒。在另一示例中，牵引器可构造为贮藏容器的一部分。作为又一示例，可借助循环通过井筒的流体(例如，气体或液体)使贮藏容器移动通过井筒。
方法600会继续步骤606，该步骤包括使贮藏容器移动到位于页岩地层内或页岩地层之下的贮藏区域中。例如，井筒的水平部分可包括或联接于贮藏区域，并且可形成为穿过在地下区域内的页岩缝隙。在一些方面中，页岩可包括一个或多个地质特性，其提供隔绝(例如，垂直地或水平地)超出页岩地层的任何有害材料的逸出的流体密封(例如，气体和液体)。在替代的方面中，贮藏区域可形成在岩层中井筒的水平部分中，该岩层不是页岩，但是具有页岩的特定的地质特征(例如，硬石膏和其它层组)。例如，贮藏区域的岩层可以是相对不可穿透的，具有小于0.001毫达西的(并且甚至是小到纳达西的)渗透率值。作为另一示例，岩层可以是具有延展性的，具有小于约10MPa的脆性，从而避免或帮助避免会允许有害材料通过其泄漏的压裂。如本文在示例实施例中所使用的，脆性是岩层的压缩应力与岩层的拉升强度的比值。作为另一示例，该岩层可以是相对薄的，具有邻近贮藏区域的在约100至约200英尺之间的厚度(尽管本申请也设想了更薄或更厚的层组)。作为另一示例，该岩层可由粘土或其它有机材料，例如，按量计是约20-30％的重量，用于有助于延展性。
方法600会继续步骤608，该步骤包括形成井筒中的密封物，该密封物将井筒的贮藏部分与井筒的入口隔离。例如，一旦将贮藏容器移动到贮藏区域中(或在将所有贮藏容器移动到贮藏区域中之后)，密封物就可形成在井筒中。该密封物可以是水泥堵塞器、可充气的密封物(例如封隔器)、或其它密封物或这些密封物的组合。在一些方面中，该密封物是可移除的，从而有助于随后对贮藏容器的取回操作。
方法600会继续步骤610，该步骤包括从定位为邻近贮藏区域的传感器监测与贮藏容器相关联的至少一个变量。该变量可以包括以下变量中的一个或多个：温度、放射性、地震活动、氧气、水蒸气、酸度或其它表示有害材料存在的变量(例如，在井筒内、在贮藏容器外侧、在岩层中或其它)。在一些方面中，一个或多个传感器可定位在井筒中、贮藏容器上或附连于贮藏容器、安装在井筒中的套管内或在邻近井筒的岩层中。在一些方面中，传感器也可安装在与贮藏区域间隔开的单独的井筒(例如，另一水平井筒或垂直井筒)中。
方法600会继续步骤612，该步骤包括在地面表面处记录所监测的变量。例如，在一个或多个传感器处接收的变量数据可传递(例如，在导体上或无线地传递)到在地面表面处的监测系统(例如，控制系统146)。监测系统可执行各种操作。例如，监测系统可记录一个或多个所监测的变量的历史。监测系统可提供在所记录的变量数据中的趋势分析。作为另一示例，监测系统可包括对于各个所监测的变量的一个或多个阈限，并且当超过这些阈限时提供指示。
方法600会继续步骤614，该步骤包括确定所监测的变量是否超过阈值。例如，一个或多个传感器可监测井筒中的放射性，例如由有害材料所释放的辐射量，无论是阿尔法或贝塔粒子、伽马射线、X射线或中子。例如，传感器可以以居里(Ci)和/或贝克勒尔(Bq)、拉德(rads)、戈瑞(Gy)或其它辐射单位的度量单位来确定放射性的量。如果放射性的量不超过例如表明有害核材料从贮藏容器较大的泄漏的阈值，则方法600会返回到步骤610。
如果确定为“是”，则方法600会继续步骤616，该步骤包括从井筒移除密封物。例如，在一些方面中，一旦超过阈值(或多个阈值)，则会通过移除密封物启动取回操作。在替代的方面中，超过阈值不会自动地触发取回操作或井筒密封物的移除。在一些方面中，可能有多个监测的变量，并且仅在所有监测的变量都超过了它们各自的阈值时才会确定为“是”。或者，如果至少一个监测的变量超过了其各自的阈值，则会确定为“是”。
方法600会继续步骤618，该步骤包括从贮藏区域取回贮藏容器到地面表面。例如，一旦移除了(例如，钻通或移除到地面表面)密封物，则工作管柱可行进入井筒中以移除贮藏容器(或多个贮藏容器)用于检查、修理或其它。在一些方面中，可采取其它补救措施，而不是从井筒中移除密封物以取回贮藏容器。例如，如果在步骤614中确定为“是”，则可能会选择提升密封而不是取回有害材料。这例如可以通过将水泥或其它密封剂注入到井筒中以对先前填充有气体的空间进行填充来完成。
转到方法640，该用于储存有害材料的方法可例如在方法600之前执行。例如，在一些方面中，贮藏容器在方法400中移动通过的井筒是在有害材料的贮藏之前形成的。或者，井筒可能已在执行方法600之前形成，并且在一些方面中先于方法600的执行数年或数十年。例如，井筒可初始地形成为带有烃生产的主要目的。
方法640可开始于步骤642，该步骤包括形成(例如钻井)从地面表面到岩层的井筒。在一些方面中，该岩层是页岩或其它包括适于有害材料贮藏的地质特征的岩层。
方法640会继续步骤644，该步骤包括将套管安装在井筒中，该套管从地面表面处或从邻近地面表面延伸，通过井筒的至少一部分。在一些方面中，套管可安装在井筒的整个长度上(例如，通过井筒的垂直部分、过渡部分和水平部分或倾斜部分)。
方法640会继续步骤646，该步骤包括用水泥将套管固定到井筒。在一些方面中，水泥可安装(设置)在井筒的整个长度上。或者，仅用水泥将套管的一部分固定在井筒中。
方法640可继续步骤648，该步骤包括从岩层生产烃流体通过井筒并且到地面表面。在一些方面中，井筒和套管可在生产烃流体之前首先完成，例如，穿孔并且液压压裂。在一些方面中，在井筒完成之前或之后，可以确定在岩层中存在的用于经济生产的烃不足。
方法640会继续步骤650，该步骤包括用在井筒中关闭。在一些方面中，在井筒中关闭可包括在其整体长度的至少一部分上在井筒上涂水泥。因此，在这些方面中，在方法600的步骤602之前，井筒可以是预形成的(例如，钻水泥塞(dirlled out)的)，用于移除水泥或其它密封物。在一些方面中，可以不执行步骤650，因为在步骤648中的烃生产完成之后，方法600的步骤602可以直接启动。
转到方法670，该用于储存有害材料的示例方法可借助或通过如参照图5所描述的有害材料贮藏库系统500来执行。替代地，方法670可由根据本申请的其它有害材料贮藏库系统来执行。
方法670可开始于步骤672，该步骤包括形成井筒的从地面表面进入地下区域中的垂直部分。方法670会继续步骤674，该步骤包括形成井筒的从垂直部分通过地下区域的过渡部分。方法670会继续步骤676，该步骤包括形成井筒的从过渡部分进入岩层中或到岩层之下的水平部分。岩层可由页岩或具有合适的地质特征(例如，渗透率、延展性、厚度和/或声称或有机材料成分)的其它岩层组成，该合适的地质特征证明了在岩层与包括流动水的地下层之间的流体密封。然而，在一些替代方面中，所形成的井筒可以是基本垂直的井筒，不具有过渡部分或水平部分。
方法670会继续步骤678，该步骤包括将可硬化的浆液泵送到井筒的水平部分中(或是垂直部分中，如果不存在水平部分)，该可硬化的浆液包括可硬化的材料和废核燃料材料的混合物。该可硬化的材料可包括例如胶凝材料、可硬化的树酯或环氧树脂、混凝体、薄浆或在一段确定的时间内硬化为固体的其它可流动的材料。废核燃料例如核燃料芯块可被混合到该可硬化的材料中，使得当可硬化的材料硬化时，废核燃料芯块被牢固地包含在该硬化的浆液中。
图7是用于车载燃料分离系统的示例控制件700(或控制系统)的示意图。例如，控制件700可用于前述操作，例如作为监测控制系统146或作为其一部分。例如，控制件700可以可连通地与如本文所述的有害材料贮藏库系统联接或作为其一部分。
控制件700意在包括各种形式的数字计算机，诸如印刷电路板(PCB)、处理器、数字电路或其它作为车辆的一部分的数字计算机。此外，系统可包括便携式存储介质，诸如通用串行总线(USB)闪存驱动器。例如，该USB闪存驱动起可储存操作系统和其它应用程序。该USB闪存驱动器可包括输入/输出部件，诸如无线发射器或可插入另一计算设备的USB端口的USB连接器。
控制件700包括处理器710、存储器720、储存装置730和输入/输出装置740。部件710、720、730和740中的每一个使用系统总线750互连。处理器710能够处理用于在控制件700内执行的指令。可使用许多构架中的任何构架来设计该处理器。例如，处理器710可以是CISC(复杂指令集计算机(Complex Instruction Set Computers))处理器、RISC(精简指令集计算机(Reduced Instruction Set Computer))处理器或MISC(最小指令集计算机(Minimal Instruction Set Computer))处理器。
在一个实施例中，处理器710是单线程处理器。在另一实施例中，处理器710是多线程处理器。处理器710能够处理储存在存储器720中或在储存装置730上的指令，用于将地质信息显示在输入/输出装置740的用户界面上。
存储器720将信息储存在控制件700内。在一个实施例中，存储器720是计算机可读介质。在一个实施例中，存储器720是易失存储器单元。在另一实施例中，存储器720是非易失存储器单元。
储存装置730能够给控制件700提供大容量储存。在一个实施例中，储存装置730是计算机可读介质。在各个不同的实施例中，存储装置730可以是软盘装置、硬盘装置、光盘装置、磁带装置、闪存、固态装置(SSD)或其组合。
输入/输出装置740给控制件700提供输入/输出操作。在一个实施例中，输入/输出装置740包括键盘和/或定位装置。在另一实施例中，输入/输出装置740包括用于显示地质用户界面的显示单元。
所述特征可以在电子电路或在计算机硬件、固件、软件或其组合中实施。该设备可在有形地实现在信息载体中的计算机程序产品中实现，例如，在用于可编程处理器的执行的机器可读的储存装置中；并且方法步骤可由执行指令程序的可编程处理器来执行，从而通过操作输入数据并且产生输出来执行所述实施例的功能。所述特征可有利地在可以在可编程系统上执行的一个或多个计算机程序中实施，该可编程系统包括至少一个可编程处理器、至少一个输入装置和至少一个输出装置，该至少一个可编程处理器联接为从数据储存系统接收数据和指令并且将数据和指令传递到数据储存系统。计算机程序是可直接或间接在计算机中使用的指令集，以执行某项活动或带来某种结果。计算机程序可由任何形式的编程语言写成，包括编译语言或解释型语言，并且其可以任何形式利用，包括作为独立程序或作为模块、部件、子程序或合适在计算环境中使用的其它单元。
适于执行指令程序的处理器包括：举例来说，通用和专用微处理器，并且是任何种类的计算器的唯一的处理器或多个处理器之一。总的来说，处理器将从只读存储器或随机存取存储器或两者接收指令和数据。计算机的首要元件是用于执行指令的处理器和用于储存指令和数据的一个或多个存储器。总的来说，计算机也将包括或可操作地联接为与用于存储数据文件的一个或多个大容量存储装置相连通；这些装置包括磁盘，诸如内置硬盘和可拆卸盘；磁光盘；和光盘。用于有形地实现计算机程序指令和数据的储存装置包括所有形式的非易失存储器，包括举例来说半导体存储器装置，诸如EPROM、EEPROM、固态驱动器(SSDs)和闪存装置；磁盘，诸如内置硬盘和可拆卸盘；磁光盘和CD-ROM盘以及DVD-ROM盘。处理器和存储器可由ASIC(专用集成电路)补充或包含在其中。
为了给用户提供互动，各特征可在以下计算机上实施，该计算机具有用于将信息显示给用户的显示装置，诸如CRT(阴极射线管)或LCD(液晶显示器)或LED(发光二极管)显示器以及具有键盘和诸如鼠标或追踪球的定位装置，用户可通过该定位装置给计算机提供输入。此外，这些活动可经由触摸屏平板显示器和其它合适的机构来实施。
各特征可在控制系统中实施，该控制系统包括后端部件，诸如数据服务器，或该控制系统包括中间件(middleware)部件，诸如应用程序服务器或因特网或服务器，或该控制系统包括前端部件，诸如具有图形用户界面或因特网浏览器的客户端计算机，或其组合。该系统的各部件可由任何形式或介质的数字数据通信，诸如通信网络来连接。通信网络的示例包括局域网(“LAN”)、广域网(“WAN”)、对等网络(具有自组成员或静态成员)、网格计算基础架构和因特网。
虽然本说明书包含许多具体的实施细节，但这些实施细节不应被解释为对任何发明或可以要求保护的范围的限制，而应被解释为对具体的特定发明的特定实施例特征的描述。本说明书中在单独实施例的情况下描述的某些特征也能够在单个实施例中以组合的方式实施。相反地，在单个实施例的情况下描述的各种特征也能够在多个实施例中实施或以任何合适的亚组合来实施。此外，尽管特征可在上文描述为以某些组合起作用并且甚至起初要求这样保护，但是所要求保护的组合的一个或多个特征可在一些情况下从组合中脱离，并且所要求保护的组合可针对亚组合或亚组合的变型。
类似地，尽管在附图中以特定顺序对操作进行了描述，但这不应当被理解为要求以所示的特定顺序或按顺序执行这样的操作，或者执行所有示出的操作以实现期望的结果。在某些情况下，多任务和并行处理可能较为有利。此外，在本文描述的实施例中，各种系统部件的分离不应当被理解为在所有实施例中都需要这样的分离，并且应当理解，所描述的程序部件和系统通常能够一起集成在单个软件产品中，或打包到多个软件产品中。
已描述多种实施方式。然而，应理解的是，可以在不脱离本申请的范围和精神的情况下进行各种修改。例如，本文所描述的示例操作、方法或过程可以包括比所述的更多的步骤或更少的步骤。此外，在这些示例操作、方法或过程中的各步骤可以以与所述或附图中所示的不同的次序执行。由此，其它实施方式在以下权利要求书的范围内。

Claims (26)

1.一种核废弃物有害材料贮藏库，包括：
井筒，所述井筒延伸入地球中并且包括至少邻近地面表面的入口，所述井筒包括基本垂直的部分、过渡部分和基本水平的部分；
贮藏区域，所述贮藏区域联接于所述井筒的所述基本水平的部分，所述贮藏区域在页岩地层内或其下方，所述贮藏区域通过所述页岩地层与包括流动水的地下区域垂直地隔离，其中，所述页岩地层包括较薄地交替的一个或多个粘土层，并且包括邻近所述贮藏区域的至少30米的厚度，所述厚度在一定的时间量上抑制逸出贮藏容器的核废弃物有害材料通过所述页岩地层的扩散，所述一定的时间量是基于核废弃物有害材料的任何特定成分的30-50个半衰期的；
定位在所述贮藏区域中的贮藏容器，所述贮藏容器定尺寸设计为适合从井筒入口通过所述井筒的所述基本垂直的部分、所述过渡部分和所述基本水平的部分，并且进入所述贮藏区域中，所述贮藏容器包括定尺寸设计为封围核废弃物有害材料的内腔；以及
定位在所述井筒中的密封物，所述密封物将所述井筒的贮藏部分与所述井筒的入口隔离。
2.如权利要求1所述的核废弃物有害材料贮藏库，其特征在于，所述贮藏区域形成为在所述页岩地层下方，并且通过所述页岩地层与包括流动水的所述地下区域垂直地隔离。
3.如权利要求1所述的核废弃物有害材料贮藏库，其特征在于，所述贮藏区域形成为在所述页岩地层内，并且通过所述页岩地层的至少一部分与包括流动水的所述地下区域垂直地隔离。
4.如权利要求1所述的核废弃物有害材料贮藏库，其特征在于，所述页岩地层包括小于0.001毫达西的渗透率。
5.如权利要求1所述的核废弃物有害材料贮藏库，其特征在于，所述页岩地层包括小于10MPa的脆性，其中，所述脆性包括所述页岩地层的压缩应力与所述页岩地层的拉伸强度的比值。
6.如权利要求1所述的核废弃物有害材料贮藏库，其特征在于，所述页岩地层包括以量计20％至30％重量的粘土或有机物质。
7.如权利要求1所述的核废弃物有害材料贮藏库，其特征在于，有害材料包括废核燃料。
8.如权利要求1所述的核废弃物有害材料贮藏库，其特征在于，还包括从所述地面表面处或邻近所述地面表面延伸通过所述井筒并且进入所述贮藏区域中的至少一个套管组件。
9.如权利要求1所述的核废弃物有害材料贮藏库，其特征在于，所述贮藏容器包括构造为联接于井下工具柱或另一贮藏容器中的至少一个的连接部分。
10.一种用于贮藏核废弃物有害材料的方法，包括：
将贮藏容器移动通过延伸入地面表面中的井筒的入口，所述入口至少邻近所述地面表面，所述贮藏容器包括定尺寸设计为封围所述核废弃物有害材料的内腔；
将所述贮藏容器移动通过所述井筒，所述井筒包括基本垂直的部分、过渡部分和基本水平的部分，所述贮藏容器定尺寸设计为适合于从井筒入口通过所述井筒的所述基本垂直的部分、所述过渡部分和所述基本水平的部分，其中，页岩地层包括较薄地交替的一个或多个粘土层，并且包括邻近贮藏区域的至少30米的厚度，所述厚度在一定的时间量上抑制逸出所述贮藏容器的核废弃物有害材料通过所述页岩地层的扩散，所述一定的时间量是基于所述核废弃物有害材料的任何特定成分的30-50个半衰期的；
将所述贮藏容器移动到联接于所述井筒的所述基本水平的部分的贮藏区域中，所述贮藏区域位于所述页岩地层内或其下方，并且通过所述页岩地层与包括流动水的地下区域垂直地隔离；以及
形成所述井筒中的密封物，所述密封物将所述井筒的贮藏部分与所述井筒的所述入口隔离。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述贮藏区域形成为在所述页岩地层下方，并且通过所述页岩地层与包括流动水的所述地下区域垂直地隔离。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述贮藏区域形成为在所述页岩地层内，并且通过所述页岩地层的至少一部分与包括流动水的所述地下区域垂直地隔离。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述页岩地层包括以下地质特性中的两个或更多个：
小于0.001毫达西的渗透率；
小于10MPa的脆性，其中，所述脆性包括所述页岩地层的压缩应力与所述页岩地层的拉伸强度的比值；或
以量计20％至30％重量的有机材料或粘土。
14.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述有害材料包括废核燃料。
15.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述井筒还包括从所述地面表面处或邻近所述地面表面延伸通过所述井筒并且进入所述贮藏区域中的至少一个套管。
16.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括：
在将所述贮藏容器移动通过延伸入所述地面表面中的所述井筒的所述入口之前，形成从所述地面表面到所述页岩地层的井筒。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括将套管安装在所述井筒中，所述套管从所述地面表面处或邻近所述地面表面延伸通过所述井筒并且进入所述贮藏区域中。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括用水泥将所述套管固定到所述井筒。
19.如权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括：在形成所述井筒之后，从页岩地层生产烃流体通过所述井筒到所述地面表面。
20.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括：
从所述井筒移除所述密封物；以及
将所述贮藏容器从所述贮藏区域取回到所述地面表面。
21.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括：
从定位为邻近所述贮藏区域的传感器监测与所述贮藏容器关联的至少一个变量；以及
在所述地面表面处记录所监测的变量。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述所监测的变量包括辐射水平、温度、压力、氧气的存在、水蒸气的存在、液态水的存在、酸度或地震活动中的至少一个。
23.如权利要求21所述的方法，其特征在于，基于超过阈值的所述所监测的变量，还包括：
从所述井筒移除所述密封物；以及
将所述贮藏容器从所述贮藏区域取回到所述地面表面。
24.一种废核燃料贮藏系统，包括：
定向井筒，所述定向井筒形成为从地面表面通过第一地下层并且进入比所述第一地下层深的第二地下层中，所述第一地下层包括岩层，所述岩层包括有流动水源，所述第二地下层包括页岩地层，所述页岩地层流体地将所述定向井筒的形成在所述页岩地层内的部分与所述第一地下层隔开；
容器，所述容器构造为移动通过所述定向井筒进入所述定向井筒形成在所述页岩地层内的部分中，所述容器包括由构造为储存多个废核燃料芯块的壳体封围的容积；以及
堵塞器，所述堵塞器设定在所述定向井筒中所述定向井筒的形成在所述页岩地层内的部分与所述地面表面之间，
其中，所述页岩地层包括较薄地交替的一个或多个粘土层，并且包括邻近所述定向井筒的形成在所述页岩地层内的部分的至少30米的厚度，所述厚度在一定的时间量上抑制逸出所述容器的所述废核燃料芯块通过所述页岩地层的扩散，所述一定的时间量是基于所述废核燃料芯块的任何特定成分的30-50半衰期的。
25.如权利要求24所述的废核燃料贮藏系统，其特征在于，还包括监测系统，包括可连通地联接于定位为邻近所述容器的一个或多个系统的监测控制系统。
26.如权利要求24所述的废核燃料贮藏系统，其特征在于，还包括管状衬管，所述管状衬管构造在所述定向井筒中，并且封抵于所述定向井筒的壁。
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