ES2886947T3

ES2886947T3 - Almacenamiento de material peligroso en una formación subterránea

Info

Publication number: ES2886947T3
Application number: ES16829349T
Authority: ES
Inventors: Richard A Muller; Elizabeth Muller
Original assignee: Deep Isolation Inc
Current assignee: Deep Isolation Inc
Priority date: 2015-12-24
Filing date: 2016-12-14
Publication date: 2021-12-21
Anticipated expiration: 2036-12-14
Also published as: AU2016378362B2; DK3394858T3; CA3224933A1; CA3009660A1; CA3009660C; US20190318838A1; ZA201804174B; US10861614B2; US10614927B2; WO2017112479A1; LT3394858T; JP2019508709A; EP3394858B1; CN109416951B; KR102615576B1; EP3958277A1; US20170186505A1; HUE055820T2; KR20190010526A; JP6985747B2

Abstract

Un banco de almacenamiento de material peligroso (100) de residuos nucleares, que comprende: un pozo (104) que se extiende en la tierra y que comprende una entrada al menos próxima a una superficie terrestre (102), comprendiendo el pozo (104) una parte sustancialmente vertical (106), una parte de transición y una parte sustancialmente horizontal (110); un área de almacenamiento (118) acoplada a la parte sustancialmente horizontal (110) del pozo (104), estando el área de almacenamiento (118) dentro o por debajo de una formación de esquisto, estando el área de almacenamiento (118) verticalmente aislada, por la formación de esquisto, desde una zona subterránea (112) que comprende agua en movimiento (114), donde la formación de esquisto comprende una o más capas delgadas que se alternan de arcilla y un grosor próximo al área de almacenamiento (118) de al menos aproximadamente 30 metros (100 pies), que inhiba la difusión del material peligroso de residuos nucleares que escape del contenedor de almacenamiento (126) a través de la formación de esquisto, durante entre 30 y 50 períodos de semidesintegración de cualquier componente particular del material peligroso de residuos nucleares; un contenedor de almacenamiento (126) situado en el área de almacenamiento (118), estando dimensionado el contenedor de almacenamiento (126) para encajar desde la entrada del pozo a través de las partes sustancialmente vertical (106), de transición y sustancialmente horizontal (110) del pozo (104), y en el área de almacenamiento (118), comprendiendo el contenedor de almacenamiento (126) una cavidad interior dimensionada para encerrar material peligroso de residuos nucleares; y un sello (134) situado en el pozo (104), aislando el sello (134) la parte de almacenamiento del pozo de la entrada del pozo, donde o bien: a) el área de almacenamiento (118) se forma por debajo de la formación de esquisto y está verticalmente aislada de la zona subterránea (112) que comprende el agua en movimiento por la formación de esquisto (114); o b) el área de almacenamiento (118) se forma dentro de la formación de esquisto, y está verticalmente aislada de la zona subterránea (112) que comprende el agua en movimiento (114) por al menos una parte de la formación de esquisto.

Description

DESCRIPCIÓN

Almacenamiento de material peligroso en una formación subterránea

CAMPO TÉCNICO

Esta exposición hace referencia al almacenamiento de material peligroso en una formación subterránea y, más en particular, al almacenamiento de combustible nuclear gastado en una formación subterránea.

ANTECEDENTES

Los residuos peligrosos se colocan con frecuencia en un almacenamiento permanente o semipermanente a largo plazo de modo que se eviten problemas de salud entre una población que viva cerca de los residuos almacenados. Dicho almacenamiento de residuos peligrosos es con frecuencia un desafío, por ejemplo, en términos de identificación de la ubicación de almacenamiento y la garantía de contención. Por ejemplo, el almacenamiento seguro de residuos nucleares (p. ej., el combustible nuclear gastado, procedente tanto de reactores nucleares comerciales, como de reactores de prueba o incluso los residuos militares) se considera que es uno de los desafíos pendientes de la tecnología energética. El almacenamiento seguro de los residuos radiactivos de vida larga es un impedimento importante para la adopción de la energía nuclear en los Estados Unidos y en todo el mundo. Los métodos convencionales de almacenamiento de residuos han enfatizado la utilización de túneles, y queda ejemplificado por el diseño de la instalación de almacenamiento de la montaña Yucca. Otras técnicas incluyen agujeros perforados, que incluyen agujeros perforados verticales, perforados en roca de basamento cristalina. Otras técnicas convencionales incluyen la formación de un túnel con agujeros perforados que emanan desde las paredes del túnel en formaciones someras para permitir el acceso humano.

El documento US 2010/105975 describe un método expuesto para el almacenamiento temporal o permanente de materiales de residuos nucleares que comprende la colocación de los materiales de residuos en uno o más repositorios o agujeros perforados construidos en una formación de petróleo no convencional. El flujo térmico de los materiales de residuos fractura la formación, altera las propiedades químicas y/o físicas del material de hidrocarburo dentro de la formación subterránea para permitir la retirada del material alterado. Desde la formación se produce una mezcla de hidrocarburos, hidrógeno y/u otros fluidos de la formación. La radiactividad de residuos radiactivos de alta actividad permite la proliferación de la resistencia al plutonio colocado en la periferia del repositorio o la parte más profunda de un agujero perforado.

El documento WO 92/07667 describe un método y un aparato para la gestión de residuos mediante una integración hidráulica en una formación subterránea. El método comprende los pasos de perforar miles de pies por debajo del terreno en formaciones geológicas estables, fracturar esas formaciones, bombear una mezcla de residuos peligrosos en forma sólida, líquida o de lodo y un medio de transporte seleccionado en las formaciones fracturadas, e impedir la migración de los residuos. Aunque se puede seleccionar un medio de transporte adecuado en función de diversos factores, el medio de transporte seleccionado impide la migración de los residuos al reaccionar químicamente, o por calentamiento o presión para pasar a ser muy viscoso o sólido. El método impide la migración de residuos mediante el bombeo de un fluido para el sellado de la formación subterránea fracturada antes de que se bombee la mezcla o el encapsulado de los residuos antes de la mezcla con el medio de transporte y la inyección en la formación fracturada. También se expone el aparato para llevar a cabo el método.

COMPENDIO

La presente invención se define mediante la reivindicación independiente 1. Las reivindicaciones dependientes representan otras realizaciones de la invención.

Un banco de almacenamiento de material peligroso incluye un pozo que se extiende en el interior de la tierra y que incluye una entrada al menos próxima a una superficie terrestre, incluyendo el pozo una parte sustancialmente vertical, una parte de transición y una parte sustancialmente horizontal; un área de almacenamiento acoplada a la parte sustancialmente horizontal del pozo, estando el área de almacenamiento dentro o por debajo de una formación de esquisto, estando el área de almacenamiento verticalmente aislada, mediante la formación de esquisto, de una zona subterránea que incluye agua en movimiento; un contenedor de almacenamiento situado en el área de almacenamiento, estando dimensionado el contenedor de almacenamiento para encajar desde la entrada del pozo, a través de las partes sustancialmente vertical, de transición y sustancialmente horizontales del pozo, y en el área de almacenamiento, incluyendo el contenedor de almacenamiento una cavidad interior dimensionada para encerrar el material peligroso; y un sello situado en el pozo, aislando el sello la parte de almacenamiento del pozo con respecto a la entrada del pozo.

El área de almacenamiento se forma por debajo de la formación de esquisto y está verticalmente aislada de la zona subterránea que incluye agua en movimiento mediante la formación de esquisto.

El área de almacenamiento se forma dentro de la formación de esquisto y está verticalmente aislada de la zona subterránea que incluye agua en movimiento mediante al menos una parte de la formación de esquisto.

En otro aspecto que se puede combinar con cualquiera de los aspectos anteriores, la formación de esquisto incluye una permeabilidad de menos de aproximadamente 0.001 milidarcy.

En otro aspecto que se puede combinar con cualquiera de los aspectos anteriores, la formación de esquisto incluye una fragilidad de menos de aproximadamente 10 MPa, donde la fragilidad incluye una relación del esfuerzo de compresión de la formación de esquisto frente a la resistencia a tracción de la formación de esquisto.

En otro aspecto que se puede combinar con cualquiera de los aspectos anteriores, la formación de esquisto incluye un grosor próximo al área de almacenamiento de al menos aproximadamente 100 pies.

La formación de esquisto incluye un grosor próximo al área de almacenamiento que impide la difusión del material peligroso, que escapa del contenedor de almacenamiento a través de la formación de esquisto, durante una cantidad de tiempo que se basa en un período de semidesintegración del material peligroso.

En otro aspecto que se puede combinar con cualquiera de los aspectos anteriores, la formación de esquisto incluye aproximadamente de un 20 a un 30 % en peso por unidad de volumen de arcilla o materia orgánica.

En otro aspecto que se puede combinar con cualquiera de los aspectos anteriores, el material peligroso incluye combustible nuclear gastado.

Otro aspecto que se puede combinar con cualquiera de los aspectos anteriores incluye, además, al menos, un conjunto de tubería de revestimiento que se extiende desde la superficie terrestre o próxima a esta, a través del pozo y hasta el área de almacenamiento.

En otro aspecto que se puede combinar con cualquiera de los aspectos anteriores, el contenedor de almacenamiento incluye una parte de conexión configurada de modo que se acople a, al menos, uno de una sarta de herramientas de fondo de pozo u otro contenedor de almacenamiento.

Un método para almacenar material peligroso incluye mover un contenedor de almacenamiento a través de una entrada de un pozo que se extiende en el interior de una superficie terrestre, la entrada al menos está próxima a la superficie terrestre, incluyendo el contenedor de almacenamiento una cavidad interior dimensionada para encerrar material peligroso; mover el contenedor de almacenamiento a través del pozo, que incluye una parte sustancialmente vertical, una parte de transición y una parte sustancialmente horizontal, estando dimensionado el contenedor de almacenamiento para encajar desde la entrada del pozo a través de las partes sustancialmente vertical, de transición y sustancialmente horizontal del pozo; mover el contenedor de almacenamiento al interior de un área de almacenamiento que está acoplada a la parte sustancialmente horizontal del pozo, estando situada el área de almacenamiento dentro o por debajo de una formación de esquisto y verticalmente aislada, mediante la formación de esquisto, de una zona subterránea que incluye agua en movimiento; y formar un sello en el pozo que aísle la parte de almacenamiento del pozo con respecto a la entrada del pozo.

El área de almacenamiento se forma dentro de la formación de esquisto.

En otro aspecto que se puede combinar con cualquiera de los aspectos anteriores, la formación de esquisto está formada geológicamente por debajo de una formación impermeable que está formada entre la formación de esquisto y la zona subterránea que incluye agua en movimiento.

En otro aspecto que se puede combinar con cualquiera de los aspectos anteriores, la formación de esquisto incluye propiedades geológicas que incluyen dos o más de: una permeabilidad de menos de aproximadamente 0.001 milidarcy; una fragilidad de menos de aproximadamente 10 MPa, donde la fragilidad incluye una relación del esfuerzo de compresión de la formación de esquisto frente a la resistencia a tracción de la formación de esquisto; un grosor próximo al área de almacenamiento de al menos aproximadamente 100 pies; o aproximadamente de un 20 a un 30 % en peso por unidad de volumen de material orgánico o arcilla.

En otro aspecto que se puede combinar con cualquiera de los aspectos anteriores, el pozo incluye, además, al menos una tubería de revestimiento que se extiende desde la superficie terrestre o próxima a esta, a través del pozo y hasta el área de almacenamiento.

Otro aspecto que se puede combinar con cualquiera de los aspectos anteriores incluye, además, antes de mover el contenedor de almacenamiento a través de la entrada del pozo que se extiende al interior de la superficie terrestre, formar el pozo desde la superficie terrestre hasta la formación de esquisto.

Otro aspecto que se puede combinar con cualquiera de los aspectos anteriores incluye, además, instalar una tubería de revestimiento en el pozo que se extiende desde la superficie terrestre o próxima a esta, a través del pozo y hasta el área de almacenamiento.

Otro aspecto que se puede combinar con cualquiera de los aspectos anteriores incluye, además, cementar la tubería de revestimiento en el pozo.

Otro aspecto que se puede combinar con cualquiera de los aspectos anteriores incluye, además, retirar el sello del pozo; y recuperar el contenedor de almacenamiento desde el área de almacenamiento hasta la superficie terrestre.

Otro aspecto que se puede combinar con cualquiera de los aspectos anteriores incluye, además, monitorizar al menos una variable asociada con el contenedor de almacenamiento desde un sensor situado próximo al área de almacenamiento; y registrar la variable monitorizada en la superficie terrestre.

En otro aspecto que se puede combinar con cualquiera de los aspectos anteriores, la variable monitorizada incluye al menos uno de un nivel de radiación, temperatura, presión, presencia de oxígeno, presencia de vapor de agua, presencia de agua líquida, acidez o actividad sísmica.

Otro aspecto que se puede combinar con cualquiera de los aspectos anteriores incluye, además, en función de que la variable monitorizada supere un valor mínimo: retirar el sello del pozo; y recuperar el contenedor de almacenamiento desde el área de almacenamiento hasta la superficie terrestre.

En otra implementación general, un sistema de almacenamiento de combustible nuclear gastado incluye un pozo direccional formado desde una superficie terrestre, a través de una primera capa subterránea y hasta una segunda capa subterránea, más profunda que la primera capa subterránea, incluyendo la primera capa subterránea una formación rocosa que incluye una fuente de agua en movimiento, incluyendo la segunda capa subterránea una formación de esquisto que aísla frente a fluidos una parte del pozo direccional formado dentro de la formación de esquisto de la primera capa subterránea; un contenedor configurado de modo que se mueva a través del pozo direccional hasta la parte del pozo direccional formada dentro de la formación de esquisto, incluyendo el contenedor un volumen encerrado por un alojamiento configurado para almacenar una pluralidad de pellas de combustible nuclear gastado; y un conjunto de taponamiento en el pozo direccional entre la parte del pozo direccional formada dentro de la formación de esquisto y la superficie terrestre.

En un aspecto que se puede combinar con la implementación general, el pozo direccional se forma a través de una tercera capa subterránea, entre la primera y segunda capa subterránea, incluyendo la tercera capa subterránea una formación rocosa sustancialmente impermeable.

En otro aspecto que se puede combinar con cualquiera de los aspectos anteriores, la formación rocosa impermeable es más frágil que la formación de esquisto.

En otro aspecto que se puede combinar con cualquiera de los aspectos anteriores, la formación rocosa impermeable es menos permeable que la formación de esquisto.

Otro aspecto que se puede combinar con cualquiera de los aspectos anteriores incluye, además, un sistema de monitorización, que incluye un sistema de control de monitorización acoplado con comunicación a uno o más sistemas situados próximos al contenedor.

Otro aspecto que se puede combinar con cualquiera de los aspectos anteriores incluye, además, una tubería de revestimiento corta construida en el pozo direccional y sellada contra una pared del pozo direccional.

La presente exposición también describe unas implementaciones adicionales de un banco de almacenamiento de material peligroso. Por ejemplo, unas implementaciones de sistemas y métodos para almacenar un material peligroso incluyen un pozo formado desde una superficie terrestre hasta una zona subterránea que incluye esquisto, incluyendo el pozo una parte sustancialmente vertical, una parte con curvatura y una parte sustancialmente no vertical; un contenedor de almacenamiento situado en la parte sustancialmente no vertical del pozo y que incluye un volumen dimensionado para encapsular un material peligroso que está aislado de una fuente de agua en movimiento en función de la proximidad del contenedor de almacenamiento en el esquisto; y un sello situado en el pozo entre el contenedor de almacenamiento y una entrada del pozo en la superficie terrestre, estando configurado el sello para aislar frente a fluidos al menos una parte de la parte sustancialmente no vertical de al menos una parte de la parte sustancialmente vertical.

A modo de otro ejemplo, las implementaciones de sistemas y métodos para almacenar un material peligroso incluyen un pozo formado desde una superficie terrestre hasta una zona subterránea, incluyendo el pozo una parte sustancialmente vertical, una parte con curvatura y una parte sustancialmente no vertical, incluyendo la zona subterránea una formación geológica definida por dos o más de las siguientes características: una permeabilidad de menos de aproximadamente 0.001 milidarcy, una fragilidad de menos de aproximadamente 10 MPa, donde la fragilidad incluye una relación del esfuerzo de compresión de la formación de esquisto frente a la resistencia a tracción de la formación de esquisto, un grosor de manera habitual de aproximadamente 30.48 m (100 pies) y de aproximadamente un 20 a un 30 % en peso por unidad de volumen de material orgánico o arcilla; un contenedor de almacenamiento situado en la parte sustancialmente no vertical del pozo y que incluye un volumen dimensionado para encapsular un material peligroso; y un sello situado en el pozo entre el contenedor de almacenamiento y una entrada del pozo en la superficie terrestre.

A modo de otro ejemplo, las implementaciones de sistemas y métodos para depositar un material peligroso, tal como un material de combustible nuclear gastado, incluyen formar un pozo desde una superficie terrestre hasta una zona subterránea que incluye esquisto, incluyendo el pozo una parte sustancialmente vertical, una parte con curvatura y una parte sustancialmente no vertical; y bombear un lodo endurecible en el interior de la parte sustancialmente no vertical del pozo, incluyendo el lodo endurecible una mezcla de un material endurecible (p. ej., cemento, resina, polímero, hormigón, lechada) y un material combustible nuclear gastado.

Las implementaciones de un banco de almacenamiento de material peligroso de acuerdo con la presente exposición pueden incluir una o más de las siguientes características. Por ejemplo, un banco de almacenamiento de material peligroso de acuerdo con la presente exposición puede facilitar múltiples niveles de contención de material peligroso dentro de un banco de almacenamiento situado miles de pies bajo tierra, desacoplado de cualquier masa de agua en movimiento cercana. Un banco de almacenamiento de material peligroso de acuerdo con la presente exposición también puede utilizar técnicas verificadas (p. ej., perforación) para crear o formar un área de almacenamiento para el material peligroso, en una zona subterránea que se ha verificado que ha tenido hidrocarburos sellados frente a fluidos en su interior durante millones de años. A modo de otro ejemplo, un banco de almacenamiento de material peligroso de acuerdo con la presente exposición puede proporcionar almacenamiento a largo plazo (p. ej., miles de años) para el material peligroso (p. ej., residuos radiactivos) en una formación de esquisto que tiene unas propiedades geológicas adecuadas para dicho almacenamiento, que incluyen permeabilidad baja, grosor y ductilidad, entre otras. Además, se puede almacenar un mayor volumen de material peligroso a bajo coste, con relación a las técnicas de almacenamiento convencionales, debido en parte a las técnicas de perforación direccional que facilitan agujeros perforados horizontales largos, que con frecuencia superan una longitud de una milla. Además, las formaciones rocosas que tienen propiedades geológicas adecuadas para dicho almacenamiento se pueden encontrar cerca de los sitios en los que se pueden encontrar o generar el material peligroso, lo que reduce de ese modo los peligros asociados con el transporte de dicho material peligroso.

Las implementaciones de un banco de almacenamiento de material peligroso de acuerdo con la presente exposición también pueden incluir una o más de las siguientes características. A su vez, grandes volúmenes de almacenamiento permiten que el almacenamiento de materiales peligrosos sea ejecutado sin la necesidad de un tratamiento previo complejo, tal como una concentración o transferencia a formas o contenedores diferentes. A modo de ejemplo adicional, en el caso de material de residuos nucleares procedentes, por ejemplo, de un reactor, los residuos se pueden mantener en sus pellas originales, sin modificar, o en sus barras de combustible originales, o en sus conjuntos de combustible originales, que contienen docenas de barras de combustible. En otro aspecto, el material peligroso se puede mantener en un soporte original, aunque se inyecta un cemento u otro material en el soporte para rellenar los huecos entre los materiales peligrosos y la estructura. Por ejemplo, si el material peligroso está almacenado en barra de combustible que a su vez están almacenadas en conjuntos de combustible, en ese caso los espacios entre las barras (de manera habitual llenos de agua cuando están dentro de un reactor nuclear) se podría rellenar con cemento u otro material para proporcionar una capa adicional de aislamiento más con respecto al mundo exterior. A modo de un ejemplo adicional más, se facilita un almacenamiento de material peligroso seguro y de bajo coste al tiempo que aún es posible la recuperación de dicho material si se considera que las circunstancias son ventajosas para recuperar los materiales almacenados.

en los dibujos anexos y en la descripción que sigue a continuación se presentan detalles de una o más implementaciones del contenido descrito en esta exposición. A partir de la descripción, los dibujos y las reivindicaciones serán evidentes otras características, aspectos y ventajas del contenido.

DESCRIPCIÓN BREVE DE LOS DIBUJOS

Las figuras 1A-1C son ilustraciones esquemáticas de ejemplos de implementaciones de un sistema de banco de almacenamiento de material peligroso durante una operación de depósito o recuperación de acuerdo con la presente exposición.

Las figuras 2A-2E son ilustraciones esquemáticas de ejemplos de implementaciones de un sistema de banco de almacenamiento de material peligroso durante operaciones de almacenamiento y monitorización de acuerdo con la presente exposición.

Las figuras 3A-3B son ilustraciones esquemáticas de otros ejemplos de implementaciones de un sistema de banco de almacenamiento de material peligroso de acuerdo con la presente exposición.

Las figuras 4A-4C son ilustraciones esquemáticas de un ejemplo de implementación de un contenedor de material peligroso de acuerdo con la presente exposición.

La figura 5 es una ilustración esquemática de otro ejemplo de implementación de un sistema de banco de almacenamiento de material peligroso de acuerdo con la presente exposición.

Las figuras 6A-6C son diagramas de flujo que ilustran ejemplos de métodos asociados con el almacenamiento de material peligroso de acuerdo con la presente exposición.

La figura 7 es una ilustración esquemática de un controlador o sistema de control para monitorizar un sistema de banco de almacenamiento de material peligroso de acuerdo con la presente exposición.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

La presente exposición describe un sistema de banco de almacenamiento de material peligroso, que incluye uno o más pozos formados en una zona subterránea para proporcionar almacenamiento a largo plazo (p. ej., decenas, cientos o incluso miles de años) de material peligroso (p. ej., biológico, químico, nuclear o cualquier otro) en uno o más contenedores de almacenamiento en volúmenes de almacenamiento bajo tierra. La zona subterránea incluye múltiples capas subterráneas que tienen formaciones y propiedades geológicas diferentes. Los contenedores de almacenamiento se pueden depositar en una capa subterránea particular en función de una o más propiedades geológicas de esa capa, tal como una permeabilidad baja, un grosor suficiente, una baja fragilidad y otras propiedades. En algunos aspectos, la capa subterránea particular comprende una formación de esquisto, que forma un sello aislante entre los contenedores de almacenamiento y otra capa subterránea que comprende agua en movimiento.

Las figuras 1A-1C son ilustraciones esquemáticas de ejemplos de implementaciones de un sistema de banco de almacenamiento de material peligroso, p. ej., una ubicación subterránea a largo plazo (p. ej., decenas, cientos o miles de años o más) aunque con un almacenamiento recuperable fiable y seguro de material peligroso, durante una operación de depósito o recuperación de acuerdo con la presente exposición. Por ejemplo, volviendo a la figura 1A, esta figura ilustra un ejemplo de un sistema de banco de almacenamiento de material peligroso 100 durante un proceso de depósito (o recuperación, tal como se describe a continuación), p. ej., durante el despliegue de uno o más contenedores de material peligroso en una formación subterránea. Tal como se ilustra, el sistema de banco de almacenamiento de material peligroso 100 incluye un pozo 104 formado (p. ej., mediante perforación o de otro modo) desde una superficie terrestre 102 y a través de múltiples capas subterráneas 112, 114, 116 y 118. Aunque la superficie terrestre 102 se ilustra como una superficie en tierra firme, la superficie terrestre 102 puede ser submarina o cualquier otra superficie bajo el agua, tal como un lago o un fondo oceánico, u otra superficie bajo una masa de agua. Por tanto, la presente exposición contempla que el pozo 104 se puede formar bajo una masa de agua desde una ubicación de perforación en la masa de agua o cercana a esta.

El pozo 104 ilustrado es un pozo direccional en este ejemplo de sistema de banco de almacenamiento de material peligroso 100. Por ejemplo, el pozo 104 incluye una parte sustancialmente vertical 106 acoplada a una parte con curvatura o curva 108, la cual, a su vez, está acoplada a una parte sustancialmente horizontal 110. Tal como se utiliza en la presente exposición, “sustancialmente” en el contexto de una orientación de pozo, hace referencia a pozos que pueden no ser exactamente verticales (p. ej., exactamente perpendiculares a la superficie terrestre 102) o exactamente horizontales (p. ej., exactamente paralelos a la superficie terrestre 102). Dicho de otro modo, aquellos que son expertos en la técnica de perforación reconocerán que los pozos verticales con frecuencia están desplazados formando ondulaciones con respecto a una dirección vertical verdadera, ya que estos se podrían perforar formando un ángulo que se desvía de la vertical verdadera, y los pozos horizontales con frecuencia están desplazados formando ondulaciones con respecto a una dirección horizontal verdadera. Asimismo, la parte sustancialmente horizontal 110, en algunos aspectos, puede ser un pozo inclinado o un pozo en otra dirección que está orientado entre exactamente la vertical y exactamente la horizontal. Asimismo, la parte sustancialmente horizontal 110, en algunos aspectos, puede ser un pozo inclinado o un pozo en otra dirección que está orientado de modo que siga la inclinación de la formación. Tal como se ilustra en este ejemplo, las tres partes del pozo 104, la parte vertical 106, la parte con curvatura 108 y la parte horizontal 110, forman un pozo 104 continuo que se extiende en el interior de la tierra.

El pozo 104 ilustrado tiene una tubería de revestimiento de superficie 120 situada y fijada en torno al pozo 104 desde la superficie terrestre 102 hasta una profundidad particular en la tierra. Por ejemplo, la tubería de revestimiento de superficie 120 puede ser un elemento tubular de diámetro relativamente grande (o sarta de elementos) fijado (p. ej., cementado) en torno al pozo 104 en una formación somera. Tal como se utiliza en la presente, “tubular” puede hacer referencia a un elemento que tiene una sección transversal circular, una sección transversal elíptica o una sección transversal con otra forma. Por ejemplo, en esta implementación del sistema de banco de almacenamiento de material peligroso 100, la tubería de revestimiento de superficie 120 se extiende desde la superficie terrestre a través de una capa superficial 112. En este ejemplo, la capa superficial 112 es una capa geológica compuesta por una o más formaciones rocosas en capas. En algunos aspectos, la capa superficial 112 en este ejemplo puede incluir o no acuíferos de agua dulce, fuentes de agua salada o aguas madre u otras fuentes de agua en movimiento (p. ej., agua que se mueve a través de una formación geológica). En algunos aspectos, la tubería de revestimiento de superficie 112 puede aislar el pozo 104 frente a dicha masa de agua en movimiento, y también puede proporcionar una ubicación de sustentación para que se instalen otras sartas de tuberías de revestimiento en el pozo 104. Asimismo, aunque no se muestra, se puede fijar una tubería guía sobre la tubería de revestimiento de superficie 112 (p. ej., entre la tubería de revestimiento de superficie 112 y la superficie 102, y dentro de la capa superficial 112) para impedir que los fluidos de perforación se escapen a la capa superficial 112.

Tal como se ilustra, se sitúa y fija una tubería de revestimiento de producción 122 dentro del pozo 104 más cerca del fondo de pozo que la tubería de revestimiento de superficie 120. Aunque denominada una tubería de revestimiento “de producción”, en este ejemplo, la tubería de revestimiento 122 puede haber estado sometida o no a operaciones de producción de hidrocarburos. Por tanto, la tubería de revestimiento 122 hace referencia a, e incluye, cualquier forma de elemento tubular que se fija (p. ej. cementa) en el pozo 104 más cerca del fondo de pozo que la tubería de revestimiento de superficie 120. En algunos ejemplos del sistema de banco de almacenamiento de material peligroso 100, la tubería de revestimiento de producción 122 puede comenzar en un extremo de la parte con curvatura 108 y extenderse a lo largo de toda la parte sustancialmente horizontal 110. La tubería de revestimiento 122 también se podría extender hasta la parte con curvatura 108 y hasta la parte vertical 106.

Tal como se muestra, el cemento 130 se sitúa (p. ej., bombea) en torno a las tuberías de revestimiento 120 y 122, en un anillo entre las tuberías de revestimiento 120 y 122 y el pozo 104. Por ejemplo, el cemento 130 puede fijar las tuberías de revestimiento 120 y 122 (y cualesquiera otras tuberías de revestimiento o tuberías de revestimiento cortas del pozo 104) a través de las capas subterráneas por debajo de la superficie terrestre 102. En algunos aspectos, el cemento 130 se puede depositar a lo largo de la totalidad de la longitud de las tuberías de revestimiento (p. ej., las tuberías de revestimiento 120 y 122 y cualesquiera otras tuberías de revestimiento), o el cemento 130 se podría utilizar a lo largo de ciertas partes de las tuberías de revestimiento si es adecuado para un pozo 102 particular. El cemento 130 también puede proporcionar una capa adicional de confinamiento para el material peligroso en los contenedores 126.

El pozo 104 y las tuberías de revestimiento 120 y 122 asociadas se pueden formar con diversas dimensiones ejemplares y a diversas profundidades ejemplares (p. ej., profundidad vertical verdadera o TVD). Por ejemplo, una tubería guía (no se muestra) se puede extender hacia abajo hasta aproximadamente 36.58 m (120 pies) TVD, con un diámetro de entre aproximadamente 28 in y 60 in. La tubería de revestimiento de superficie 120 se puede extender hacia abajo hasta aproximadamente 762 m (2500 pies) TVD, con un diámetro de entre aproximadamente 0.56 m (22 in) y 1.22 m (48 in).

Una tubería de revestimiento intermedia (no se muestra) entre la tubería de revestimiento de superficie 120 y la tubería de revestimiento de producción 122 se puede extender hacia abajo hasta aproximadamente 2438.4 m (8000 pies) TVD, con un diámetro de entre aproximadamente 0.41 m (16 in) y 0.91 m (36 in).

La tubería de revestimiento de producción 122 se puede extender de manera sustancialmente horizontal (p. ej., para revestir la parte sustancialmente horizontal 110) con un diámetro de entre aproximadamente 0.28 m (11 in) y 0.56 m (22 in).

Las dimensiones anteriores se ofrecen simplemente a modo de ejemplo y se contemplan otras dimensiones (p. ej., diámetros, TVD, longitudes) en la presente exposición. Por ejemplo, los diámetros y las TVD pueden depender de la composición geológica particular de una o más de las múltiples capas subterráneas (112, 118), de las técnicas de perforación particulares, así como también del tamaño, forma o diseño de un contenedor 126 de material peligroso que contiene el material peligroso a depositar en el sistema de banco de almacenamiento de material peligroso 100. En algunos ejemplos alternativos, la tubería de revestimiento de producción 122 (u otra tubería de revestimiento en el pozo 104) podría tener una sección transversal circular, una sección transversal elíptica o de alguna otra forma.

Tal como se ilustra, el pozo 104 se extiende a través de las capas subterráneas 112, 114 y 116, y se asienta en la capa subterránea 118. Tal como se ha analizado anteriormente, la capa superficial 112 puede incluir o no agua en movimiento. La capa subterránea 114, que está por debajo de la capa superficial 112, en este ejemplo, es una capa con agua en movimiento 114. Por ejemplo, la capa con agua en movimiento 114 puede incluir una o más fuentes de agua en movimiento, tal como acuíferos de agua dulce, agua salada o aguas madre u otra fuente de agua en movimiento. En este ejemplo de sistema de banco de almacenamiento de material peligroso 100, el agua en movimiento puede ser agua que se mueve a través de una capa subterránea en función de un diferencial de presión a través de toda, o una parte de, la capa subterránea. Por ejemplo, la capa con agua en movimiento 114 puede ser una formación geológica permeable en la que el agua se mueve libremente (p. ej., debido a diferencias de presión o por otra razón) dentro de la capa 114. En algunos aspectos, la capa con agua en movimiento 114 puede ser una fuente primaria de agua apta para el consumo humano en un área geográfica particular. Algunos ejemplos de formaciones rocosas de las cuales puede estar compuesta la capa con agua en movimiento 114 incluyen areniscas y calizas porosas, entre otras formaciones.

Por debajo de la capa con agua en movimiento 114, en este ejemplo de implementación de sistema de banco de almacenamiento de material peligroso 100, hay una capa impermeable 116. En este ejemplo, la capa impermeable 116 puede no permitir que el agua en movimiento pase a través de esta. Por tanto, con relación a la capa con agua en movimiento 114, la capa impermeable 116 puede tener una permeabilidad baja, p. ej., del orden del nanodarcy de permeabilidad. De manera adicional, en este ejemplo, la capa impermeable 116 puede ser una formación geológica relativamente no dúctil (es decir, frágil). Una medida de la no ductilidad es la fragilidad, que es la relación del esfuerzo de compresión frente a la resistencia a tracción. En algunos ejemplos, la fragilidad de la capa impermeable 116 se puede encontrar entre aproximadamente 20 MPa y 40 MPa.

Tal como se muestra en este ejemplo, la capa impermeable 116 es más somera (p. ej., está más cerca de la superficie terrestre 102) que la capa de almacenamiento 119. En este ejemplo, las formaciones rocosas de las cuales puede estar compuesta la capa impermeable 116 incluyen, por ejemplo, ciertos tipos de arenisca, esquisto arcilloso, arcilla y pizarra que exhiben propiedades de permeabilidad y fragilidad tales como las descritas anteriormente. En ejemplos alternativos, la capa impermeable 116 puede ser más profunda (p. ej., más alejada de la superficie terrestre 102) que la capa de almacenamiento 119. En dichos ejemplos alternativos, la capa impermeable 116 puede estar compuesta de una roca ígnea, tal como granito.

Por debajo de la capa impermeable 116 está una capa de almacenamiento 118. En este ejemplo, la capa de almacenamiento 118 se puede elegir como el asentamiento para la parte sustancialmente horizontal 110, que almacena el material peligroso, por diversas razones. Con relación a la capa impermeable 116 o a otras capas, la capa de almacenamiento 118 puede ser gruesa, p. ej., entre aproximadamente 30.48 m (100 pies) y 60.96 m (200 pies) de grosor vertical total. El grosor de la capa de almacenamiento 118 puede permitir un asentamiento y una perforación direccional más sencillos, lo que permite de ese modo que la parte sustancialmente horizontal 110 se coloque con facilidad dentro de la capa de almacenamiento 118 durante la construcción (p. ej., perforación). Si se forma a través de un centro horizontal aproximado de la capa de almacenamiento 118, la parte sustancialmente horizontal 110 puede estar rodeada por aproximadamente de 15.24 m (50 pies) a 30.48 m (100 pies) de la formación geológica que comprende la capa de almacenamiento 118. Asimismo, la capa de almacenamiento 118 también puede no tener agua en movimiento, p. ej., debido a una permeabilidad muy baja de la capa 118 (p. ej., del orden de mili o nanodarcy). Además, la capa de almacenamiento 118 puede tener una ductilidad suficiente, de modo que una fragilidad de la formación rocosa que comprende la capa 118 se encuentre entre aproximadamente 3 MPa y 10 MPa. Algunos ejemplos de formaciones rocosas de las cuales puede estar compuesta la capa de almacenamiento 118 incluyen: esquisto y anhidrita. Asimismo, en algunos aspectos, el material peligroso se puede almacenar por debajo de la capa de almacenamiento, incluso en una formación permeable, tal como de arenisca o caliza, si la capa de almacenamiento tiene unas propiedades geológicas adecuadas para aislar la capa permeable de la capa con agua en movimiento 114.

En algunos ejemplos de implementaciones del sistema de banco de almacenamiento de material peligroso 100, la capa de almacenamiento 118 está compuesta de esquisto. En algunos ejemplos, el esquisto puede tener unas propiedades que se ajustan a aquellas descritas anteriormente para la capa de almacenamiento 118. Por ejemplo, las formaciones de esquisto pueden ser adecuadas para un confinamiento a largo plazo de material peligroso (p. ej., en contenedores 126 de material peligroso), y para su aislamiento de la capa con agua en movimiento 114 (p. ej., acuíferos) y de la superficie terrestre 102. Las formaciones de esquisto se pueden encontrar relativamente profundas en la tierra, de manera habitual a 3000 pies o más, y colocadas de manera aislada por debajo de cualesquiera acuíferos de agua dulce.

Por ejemplo, las formaciones de esquisto pueden incluir propiedades geológicas que mejoren el aislamiento a largo plazo (p. ej., miles de años) del material. Por ejemplo, dichas propiedades se han ilustrado a lo largo del almacenamiento a largo plazo (p. ej., decenas de millones de años) de fluidos de hidrocarburos (p. ej., fluido de fases gaseosa y líquida mezcladas) sin escape de dichos fluidos a las capas circundantes (p. ej., la capa con agua en movimiento 114). De hecho, se ha demostrado que el esquisto mantiene el gas natural durante millones de años o más, lo que le confiere una capacidad probada para el almacenamiento a largo plazo de material peligroso. Algún ejemplo de formaciones de esquisto (p. ej., Marcellus, Eagle Ford, Barnett y otras) tiene una estratificación que contiene múltiples capas de sellado redundantes que han sido eficaces a la hora de impedir el movimiento de agua, petróleo y gas durante millones de años, carece de agua en movimiento y se puede esperar (p. ej., basándose en consideraciones geológicas) que selle el material peligroso (p. ej., fluidos o sólidos) durante miles de años tras depositarlo.

Las formaciones de esquisto también pueden estar a una profundidad adecuada, p. ej., de entre 3000 y 12.000 pies TVD. De manera habitual, dichas profundidades están por debajo del acuífero de agua del terreno (p. ej., capa superficial 112 y/o capa con agua en movimiento 114). Asimismo, la presencia de elementos solubles en el esquisto, que incluye sales, y la ausencia de estos mismos elementos en capas de acuífero, demuestra un aislamiento de fluido entre las capas de esquisto y de acuífero.

Otra calidad particular del esquisto que se puede prestar de manera ventajosa para el almacenamiento de material peligroso es su contenido de arcilla, el cual, en algunos aspectos, proporciona una medida de ductilidad mayor que la encontrada en otras formaciones rocosas impermeables (p. ej., capa impermeable 116). Por ejemplo, el esquisto puede estar estratificado, compuesto por capas delgadas que se alternan de arcillas (p. ej., de entre aproximadamente un 20-30 % de arcilla en volumen) y otros minerales. Dicha composición puede hacer el esquisto menos frágil y, por tanto, menos susceptible a la fractura (p. ej., de manera natural o de otra manera) en comparación con las formaciones rocosas en la capa impermeable (p. ej., granito u otra). Por ejemplo, las formaciones rocosas en la capa impermeable 116 pueden tener una permeabilidad adecuada para el almacenamiento a largo plazo de material peligroso, aunque son demasiado frágiles y con frecuencia se fracturan. Por tanto, dichas formaciones pueden no tener unas cualidades de sellado adecuadas (tal como se evidencia por medio de sus propiedades geológicas) para el almacenamiento a largo plazo de material peligroso.

La presente exposición contempla que puede haber múltiples capas diferentes entre dos o entre varias de las capas subterráneas 112, 114, 116 y 118 ilustradas. Por ejemplo, puede haber patrones que se repiten (p. ej., verticalmente), de una o más de la capa con agua en movimiento 114, la capa impermeable 116 y la capa de almacenamiento 118. Asimismo, en algunos casos, la capa de almacenamiento 118 puede estar directamente adyacente (p. ej., verticalmente) a la capa con agua en movimiento 114, es decir, sin una capa impermeable 116 intermedia.

La figura 1A ilustra un ejemplo de una operación de colocación de material peligroso en la parte sustancialmente horizontal 110 del pozo 104. Por ejemplo, tal como se muestra, una sarta de trabajo 124 (p. ej., tubería, tubería enrollada, cable conector u otro) se puede extender en el interior del pozo 104 revestido para colocar uno o más (se muestran tres, aunque puede haber más o menos) contenedores 126 de material peligroso en un almacenamiento a largo plazo, aunque en algunos aspectos recuperable, en la parte 110. Por ejemplo, en la implementación mostrada en la figura 1 A, la sarta de trabajo 124 puede incluir una herramienta de fondo de pozo 128 que se acople al contenedor 126, y con cada viaje al interior del pozo 104, la herramienta de fondo de pozo 128 puede depositar un contenedor 126 de material peligroso particular en la parte sustancialmente horizontal 110.

La herramienta de fondo de pozo 128 se puede acoplar al contenedor 126 mediante, en algunos aspectos, una conexión roscada. En aspectos alternativos, la herramienta de fondo de pozo 128 se puede acoplar al contenedor 126 con un enganche de interbloqueo, de modo que la rotación de la herramienta de fondo de pozo 128 se pueda enganchar (o desenganchar de) el contenedor 126. En aspectos alternativos, la herramienta de fondo de pozo 124 puede incluir uno o más imanes (p. ej., imanes de tierras raras, electroimanes, una combinación de estos u otros) que se acoplen por atracción al contenedor 126. En algunos ejemplos, el contenedor 126 también puede incluir uno o más imanes (p. ej., imanes de tierras raras, electroimanes, una combinación de estos u otros) de una polaridad opuesta a la de los imanes en la herramienta de fondo de pozo 124. En algunos ejemplos, el contenedor 126 se puede fabricar a partir de, o incluir, un material ferroso u otro material que pueda ser atraído por los imanes de la herramienta de fondo de pozo 124.

A modo de otro ejemplo, un dispositivo tractor del pozo (p. ej., en un cable conector u otro) puede situar cada contenedor 126 dentro del pozo 104, el cual puede empujar el contenedor o tirar de este al interior de la parte sustancialmente horizontal 110 por medio de un movimiento motorizado (p. ej., eléctrico). A modo de otro ejemplo más, cada contenedor 126 puede incluir o estar montado en rodillos (p. ej., ruedas), de modo que la herramienta de fondo de pozo 124 pueda empujar el contenedor 126 al interior del pozo 104 revestido.

En algunos ejemplos de implementaciones, el contenedor 126, una o más de las tuberías de revestimiento 120 y 122 del pozo, o ambos, pueden estar recubiertos con un recubrimiento que reduce la fricción antes de la operación de colocación. Por ejemplo, al aplicar un recubrimiento (p. ej., producto de base petróleo, resina, cerámica u otro) al contenedor 126 y/o a las tuberías de revestimiento del pozo, el contenedor 126 se puede mover con mayor facilidad a través del pozo 104 revestido hasta la parte sustancialmente horizontal 100. En algunos aspectos, únicamente se puede recubrir una parte de las tuberías de revestimiento del pozo. Por ejemplo, en algunos aspectos, la parte sustancialmente vertical 106 puede no estar recubierta, aunque la parte con curvatura 108 o la parte sustancialmente horizontal 110, o ambas, pueden estar recubiertas para facilitar una colocación y retirada más sencilla del contenedor 126.

La figura 1A también ilustra un ejemplo de una operación de recuperación de material peligroso en la parte sustancialmente horizontal 110 del pozo 104. Una operación de recuperación puede ser opuesta a una operación de colocación, de tal modo que la herramienta de fondo de pozo 124 (p. ej., una herramienta de pesca) se puede desplazar al interior del pozo 104, acoplar al contenedor 126 colocado en último lugar (p. ej., mediante enroscado, enganche, imán o de otro modo) y tirar del contenedor 126 hasta la superficie terrestre 102. Se pueden realizar múltiples viajes de recuperación con la herramienta de fondo de pozo 124 con el fin de recuperar múltiples contenedores desde la parte sustancialmente horizontal 110 del pozo 104.

Cada contenedor 126 puede encerrar material peligroso. En algunos ejemplos, dicho material peligroso puede ser residuos biológicos o químicos u otro material peligroso biológico o químico. En algunos ejemplos, el material peligroso puede incluir material nuclear, tal como combustible nuclear gastado recuperado de un reactor nuclear (p. ej., reactor nuclear comercial o de prueba) o material nuclear militar. Por ejemplo, una planta nuclear de gigavatios puede producir 30 toneladas de combustible nuclear gastado al año. De manera habitual, la densidad de ese combustible está cerca de 10 (10 g/cm3 = 10 kg/litro), de modo que el volumen para un año de residuos nucleares es de aproximadamente 3 m3. El combustible nuclear gastado, en forma de pellas de combustible nuclear, se puede tomar del reactor y no ser modificado. Las pellas de combustible nuclear son sólidas y emiten muy poco gas a parte de tritio de vida corta (período de semidesintegración de 13 años).

En algunos aspectos, la capa de almacenamiento 118 debería ser capaz de contener cualquier emisión radiactiva (p. ej., gases) dentro de la capa 118, incluso si dicha emisión se escapa de los contenedores 126. Por ejemplo, la capa de almacenamiento 118 se puede seleccionar en función de los tiempos de difusión de la emisión radiactiva a través de la capa 118. Por ejemplo, se puede establecer un tiempo de difusión mínimo de la emisión radiactiva que se escapa de la capa de almacenamiento 118 en, por ejemplo, cincuenta veces un período de semidesintegración para cualquier componente particular de pellas de combustible nuclear. Cincuenta períodos de semidesintegración como tiempo de difusión mínimo reducirían una cantidad de emisión radiactiva por un factor de 1 x 10-15. A modo de otro ejemplo, el establecimiento de un tiempo de difusión mínimo a treinta períodos de semidesintegración reduciría una cantidad de emisión radiactiva por un factor de mil millones.

Por ejemplo, el plutonio-239 se considera con frecuencia un producto residual peligroso en el combustible nuclear gastado, debido a su prolongado período de semidesintegración de 24.100 años. Para este isótopo, 50 períodos de semidesintegración serían 1.2 millones de años. El plutonio-239 tiene baja solubilidad en agua, no es volátil y como sólido no es capaz de difundirse a través de una matriz de la formación rocosa que comprende la capa de almacenamiento 118 (p. ej., formación de esquisto u otra formación) ilustrada. La capa de almacenamiento 118 que comprende, por ejemplo, esquisto, puede ofrecer la capacidad de alcanzar dichos tiempos de aislamiento (p. ej., millones de años), tal como se muestra mediante la historia geológica de contención de hidrocarburos gaseosos (p. ej., metano y otros) durante varios millones de años. Por el contrario, en métodos convencionales de almacenamiento de material nuclear, existe el peligro de que se pueda disolver parte del plutonio en una capa que comprende agua en movimiento del terreno tras el escape del confinamiento.

Volviendo a la figura 1B, se ilustra una operación de colocación alternativa. En este ejemplo de operación de colocación, se puede hacer circular un fluido 132 (p. ej., líquido o gas) a través del pozo 104 para empujar mediante fluido los contenedores 126 al interior de la parte sustancialmente horizontal 110 del pozo. En algún ejemplo, cada contenedor 126 se puede empujar mediante fluido de manera independiente. En aspectos alternativos, se pueden empujar mediante fluido dos o más contenedores 126 de manera simultánea, a través del pozo 104 para depositarlos en la parte sustancialmente horizontal 110. El fluido 132 puede ser, en algunos casos, agua. Otros ejemplos incluyen un lodo de perforación o una espuma de perforación. En algunos ejemplos, se puede utilizar un gas para empujar los contenedores 126 al interior del pozo, tal como aire, argón o nitrógeno.

En algunos aspectos, la elección de fluido 132 puede depender, al menos en parte, de una viscosidad del fluido 132. Por ejemplo, se puede elegir un fluido 132 con una viscosidad suficiente para impedir la caída del contenedor 126 en la parte sustancialmente vertical 106. Esta resistencia o impedancia puede proporcionar un factor de seguridad frente a una caída repentina del contenedor 126. El fluido 132 también puede proporcionar lubricación para reducir una fricción por deslizamiento entre el contenedor 126 y las tuberías de revestimiento 120 y 122. El contenedor 126 se puede transportar dentro de una tubería de revestimiento rellena con un líquido de viscosidad, densidad y cualidades lubricantes controladas. El anillo relleno de fluido entre el diámetro interior de las tuberías de revestimiento 120 y 122 y el diámetro exterior del contenedor 126 transportado representa una abertura diseñada para amortiguar cualquier tasa de movimiento del contenedor elevada, lo que proporciona una protección pasiva automática en un caso improbable de desacoplamiento del contenedor 126 transportado.

En algunos aspectos, se pueden emplear otras técnicas para facilitar la colocación del contenedor 126 en la parte sustancialmente horizontal 110. Por ejemplo, una o más de las tuberías de revestimiento (p. ej., las tuberías de revestimiento 120 y 122) instaladas pueden tener unos carriles para guiar el contenedor 126 de almacenamiento en el pozo 102, mientras se reduce la fricción entre las tuberías de revestimiento y el contenedor 126. El contenedor 126 de almacenamiento y las tuberías de revestimiento (o los carriles) se pueden fabricar con materiales que se deslicen con facilidad uno contra otro. Las tuberías de revestimiento pueden tener una superficie que se lubrique con facilidad, o una que se autolubrique cuando esté sometida al peso del contenedor 126 de almacenamiento.

El fluido 132 también se puede utilizar para la recuperación del contenedor 126. Por ejemplo, en un ejemplo de operación de recuperación, se puede rellenar un volumen dentro de las tuberías de revestimiento 120 y 122 con un gas comprimido (p. ej., aire, nitrógeno, argón u otro). A medida que aumenta la presión en un extremo de la parte sustancialmente horizontal 110, los contenedores 126 pueden verse empujados hacia la parte con curvatura 108, y posteriormente a través de la parte sustancialmente vertical 106 hasta la superficie terrestre.

Volviendo a la figura 1C, se ilustra otra operación de colocación alternativa. En este ejemplo de operación de colocación, se puede hacer circular el fluido 132 (p. ej., líquido o gas) a través de una tubería de revestimiento de control del fluido tubular 134 para empujar mediante fluido los contenedores 126 al interior de la parte sustancialmente horizontal 110 del pozo. El fluido 132 se puede hacer circular a través de un extremo de la parte sustancialmente horizontal 110 en la tubería de revestimiento de control del fluido 132 y hacer que recircule de vuelta a la superficie terrestre 102 en un anillo entre la tubería de revestimiento de control del fluido 132 y las tuberías de revestimiento 122 y 120. En algunos ejemplos, cada contenedor 126 se puede empujar mediante fluido de manera independiente. El anillo entre la tubería de revestimiento de control del fluido 134 y las tuberías de revestimiento 120 y 122 se puede rellenar con un fluido o gas comprimido para invertir el flujo de fluido 132, p. ej., con el fin de empujar los contenedores 126 de vuelta hacia la superficie terrestre 102. En aspectos alternativos, se pueden empujar mediante fluido, de manera simultánea, dos o más contenedores 126 a través del pozo 104 para colocarlos en la parte sustancialmente horizontal 110. La tubería de revestimiento de control del fluido 134 podría ser similar o idéntica a la tubería de revestimiento de producción 122. Para ese caso, se podría encerrar un elemento tubular independiente en el pozo 102 o dentro de la tubería de revestimiento de producción 122 para proporcionar un trayecto de retorno al fluido 132.

En algunos aspectos, el pozo 104 se puede formar con la finalidad primaria de un almacenamiento a largo plazo de materiales peligrosos. En aspectos alternativos, el pozo 104 se puede haber formado anteriormente con la finalidad primaria de producción de hidrocarburos (p. ej., petróleo, gas). Por ejemplo, la capa de almacenamiento 118 puede ser una formación que contiene hidrocarburos desde la cual se extrajeron los hidrocarburos hacia el pozo 104 y a la superficie terrestre 102. En algunos aspectos, la capa de almacenamiento 118 se puede haber fracturado hidráulicamente antes de la extracción de hidrocarburos. Asimismo, en algunos aspectos, la tubería de revestimiento de producción 122 se puede haber perforado antes de la fracturación hidráulica. En dichos aspectos, la tubería de revestimiento de producción 122 puede estar parcheada (p. ej., cementada) para reparar cualesquiera agujeros realizados a partir del proceso de perforación antes de una operación de colocación del material peligroso. Además, también se pueden rellenar en ese momento cualesquiera grietas o aberturas en el cemento entre la tubería de revestimiento y el agujero perforado.

Por ejemplo, en el caso de combustible nuclear gastado como material peligroso, el pozo se puede formar en una ubicación particular, p. ej., cerca de una planta de potencia nuclear, como un pozo nuevo siempre que la ubicación también incluya una capa de almacenamiento 118 adecuada, tal como una formación de esquisto. Como alternativa, se puede seleccionar un pozo existente que ya ha producido gas de esquisto, o uno que ha sido abandonado por “seco” (p. ej., con un contenido de sustancias orgánicas suficientemente bajo que el contenido de gas en el sitio es demasiado bajo para un desarrollo comercial), como el pozo 104. En algunos aspectos, la fracturación hidráulica anterior de la capa de almacenamiento 118 a través del pozo 104 puede suponer una diferencia pequeña en la capacidad de almacenamiento de material peligroso del pozo 104. Aunque dicha actividad anterior también puede confirmar la capacidad de la capa de almacenamiento 118 para almacenar gases y otros fluidos durante millones de años. Por lo tanto, si el material peligroso o la emisión del material peligroso (p. ej., gases radiactivos u otros) se escaparan del contenedor 126 y entraran en la formación fracturada de la capa de almacenamiento 118, dichas fracturas pueden permitir que el material se extienda relativamente rápido sobre una distancia comparable en tamaño a la de las fracturas. En algunos aspectos, el pozo 102 se puede haber perforado para una producción de hidrocarburos, pero la producción de dichos hidrocarburos ha fracasado, p. ej., debido a que la capa de almacenamiento 118 comprende una formación rocosa (p. ej., esquisto u otra) que era demasiado dúctil y difícil de fracturar para la producción, aunque era convenientemente dúctil para el almacenamiento a largo plazo de material peligroso.

Las figuras 2A-2E son ilustraciones esquemáticas de ejemplos de implementaciones de un sistema de banco de almacenamiento de material peligroso durante las operaciones de almacenamiento y monitorización, de acuerdo con la presente exposición. Por ejemplo, la figura 2A ilustra el sistema de banco de almacenamiento de material peligroso 100 en una operación de almacenamiento a largo plazo. Se sitúan uno o más contenedores 126 de material peligroso en la parte sustancialmente horizontal 110 del pozo 104. Se coloca un sello 134 en el pozo 104 entre la ubicación de los contenedores 126, en la parte sustancialmente horizontal 110, y una abertura de la parte sustancialmente vertical 106 en la superficie terrestre 102 (p. ej., un cabezal de pozo). En este ejemplo, el sello 134 se coloca en un extremo de inicio de pozo de la parte sustancialmente vertical 108. Como alternativa, el sello 134 se puede situar en otra ubicación dentro de la parte sustancialmente vertical 106, en la parte con curvatura 108 o incluso dentro de la parte sustancialmente horizontal 110 más cerca del inicio de pozo que los contenedores 126. En algunos aspectos, el sello 134 se puede colocar al menos más profundo que cualquier fuente de agua en movimiento, tal como la capa con agua en movimiento 114, dentro de pozo 104. En algunos aspectos, el sello 134 se puede formar sustancialmente a lo largo de la totalidad de la longitud de la parte sustancialmente vertical 106.

Tal como se ilustra, el sello 134 aísla frente a fluidos el volumen de la parte sustancialmente horizontal 110, que almacena los contenedores 126, de la abertura de la parte sustancialmente vertical 106 en la superficie terrestre 102. Por tanto, cualquier material peligroso (p. ej., material radiactivo) que escape de los contenedores 126 puede quedar sellado (p. ej., tal como material peligroso líquido, gas o sólido) de modo que no escape del pozo 104. En algunos aspectos, el sello 134 puede ser un tapón de cemento u otro tapón, que se sitúa o forma en el pozo 104. A modo de otro ejemplo, el sello 134 se puede formar a partir de una o más empaquetaduras inflables o expandibles de otro modo situadas en el pozo 104.

Antes de una operación de retirada (p. ej., tal como se ha analizado haciendo referencia a las figuras 1A-1B) se puede retirar el sello 134. Por ejemplo, en el caso de un sello 134 de cemento u otro fijado de manera permanente, el sello 134 se puede perforar o de otro modo eliminar mediante fresado. En el caso de sellos semipermanentes o desmontables, tal como las empaquetaduras, el sello 134 se puede retirar del pozo 104 por medio de un proceso convencional del que exista constancia.

La figura 2B ilustra un ejemplo de una operación de monitorización durante el almacenamiento a largo plazo de los contenedores 126. Por ejemplo, en algunos aspectos, puede ser conveniente o necesario monitorizar una o más variables durante el almacenamiento a largo plazo del material peligroso en los contenedores 126. En este ejemplo de la figura 2B, el sistema de monitorización incluye uno o más sensores 138 colocados en el pozo 104 (p. ej., dentro de la parte sustancialmente horizontal 110) y acoplados con comunicación con un sistema de control de monitorización 146 a través de un cable 136 (p. ej., eléctrico, óptico, hidráulico u otro). Aunque se ilustran dentro del pozo 102 (p. ej., en el interior de las tuberías de revestimiento), los sensores 138 se pueden colocar en el exterior de las tuberías de revestimiento, o incluso se pueden integrar en las tuberías de revestimiento antes de instalar las tuberías de revestimiento en el pozo 102. Los sensores 138 también se podrían colocar en el exterior de la tubería de revestimiento (p. ej., las tuberías de revestimiento 120 y/o 122) o en el exterior de la tubería de revestimiento de control del fluido 134.

Tal como se muestra, los sensores 138 pueden monitorizar una o más variables, tal como, por ejemplo, niveles de radiación, temperatura, presión, presencia de oxígeno, presencia de vapor de agua, presencia de agua líquida, acidez, actividad sísmica o una combinación de estas. Los valores de los datos relacionados con dichas variables se pueden transmitir a lo largo del cable 136 hasta el sistema de control de monitorización 146. A su vez, el sistema de control de monitorización 146 puede registrar los datos, determinar las tendencias en los datos (p. ej., elevación de la temperatura, elevación de los niveles de radiactividad), enviar los datos a otras ubicaciones de monitorización, tal como ubicaciones centrales de seguridad nacional o medioambiental, y puede recomendar además de manera automática acciones (p. ej., recuperación de los contenedores 126) en función de dichos datos o dichas tendencias. Por ejemplo, una elevación de temperatura o del nivel de radiactividad en el pozo 104 por encima de un mínimo particular puede activar una recomendación de recuperación, p. ej., para garantizar que los contenedores 126 no tienen fugas de material radiactivo. En algunos aspectos, puede haber una relación de un sensor 138 por cada contenedor 126. En aspectos alternativos, puede haber múltiples sensores 138 por cada contenedor 126, o puede haber menos.

La figura 2C muestra otro ejemplo de operación de monitorización durante el almacenamiento a largo plazo de los contenedores 126. En este ejemplo, los sensores 138 se sitúan dentro de un pozo secundario horizontal 140 que se forma de manera independiente de la parte sustancialmente vertical 106. El pozo secundario horizontal 140 puede ser un pozo sin revestimiento, a través del cual se puede extender el cable 136 entre el sistema de control de monitorización 146 y los sensores 138. En este ejemplo, el pozo secundario horizontal 140 se forma por encima de la parte sustancialmente horizontal 110, aunque dentro de la capa de almacenamiento 118. Por tanto, los sensores 138 pueden registrar datos (p. ej., niveles de radiación, temperatura, acidez, actividad sísmica) de la capa de almacenamiento 118. En aspectos alternativos, el pozo secundario horizontal 140 se puede formar por debajo de la capa de almacenamiento 118, por encima de la capa de almacenamiento en la capa impermeable 116 o en otras capas. Asimismo, aunque la figura 2C muestra el pozo secundario horizontal 140 formado desde la misma parte sustancialmente vertical 106 que la parte sustancialmente horizontal 110, el pozo secundario horizontal 140 se puede formar desde un pozo vertical y un pozo con curvatura independientes.

La figura 2D muestra otro ejemplo de operación de monitorización durante el almacenamiento a largo plazo de los contenedores 126. En este ejemplo, los sensores 138 están situados dentro de un pozo secundario vertical 142 que se forma de manera independiente del pozo 104. El pozo secundario vertical 142 puede ser un pozo con revestimiento o sin revestimiento, a través del cual se puede extender el cable 136 entre el sistema de control de monitorización 146 y los sensores 1388. En este ejemplo, el pozo secundario vertical 142 toca fondo por encima de la parte sustancialmente horizontal 110, aunque dentro de la capa de almacenamiento 118. Por tanto, los sensores 1388 pueden registrar datos (p. ej., niveles de radiación, temperatura, acidez, actividad sísmica) de la capa de almacenamiento 118. En aspectos alternativos, el pozo secundario vertical 140 puede tocar fondo por debajo de la capa de almacenamiento 118, por encima de la capa de almacenamiento en la capa impermeable 116 o en otras capas. Asimismo, aunque se muestran colocados en el pozo secundario vertical 142 a un nivel adyacente a la capa de almacenamiento 118 , los sensores 138 se pueden colocar en cualquier posición dentro del pozo secundario vertical 142. Como alternativa, en algunos aspectos, el pozo secundario vertical 142 se puede construir antes que el pozo 102, lo que permite de ese modo la monitorización mediante los sensores 138 instalados durante la construcción del pozo 102. Además, el agujero de pozo de monitorización 142 se podría sellar para evitar la posibilidad de que el material que se fuga al agujero de pozo 142 tenga un camino hasta la superficie terrestre 102.

La figura 2E muestra otro ejemplo de operación de monitorización durante el almacenamiento a largo plazo de los contenedores 126. En este ejemplo, los sensores 138 están situados dentro de un pozo secundario direccional 144 que se forma de manera independiente del pozo 104. El pozo secundario direccional 144 puede ser un pozo sin revestimiento, a través del cual se puede extender el cable 136 entre el sistema de control de monitorización 146 y los sensores 138. En este ejemplo, el pozo secundario direccional 144 se asienta adyacente a la parte sustancialmente horizontal 110 y dentro de la capa de almacenamiento 118. Por tanto, los sensores 138 pueden registrar datos (p. ej., niveles de radiación, temperatura, acidez, actividad sísmica) de la capa de almacenamiento 118. en aspectos alternativos, el pozo secundario direccional 144 se puede asentar por debajo de la capa de almacenamiento 118, por encima de la capa de almacenamiento en la capa impermeable 116 o en otras capas. Asimismo, aunque se muestran colocados en el pozo secundario direccional 144 a un nivel adyacente a la capa de almacenamiento 118, los sensores 138 se pueden colocar en cualquier posición dentro del pozo secundario direccional 144. En algunos aspectos, el pozo secundario direccional 144 se puede utilizar para la recuperación de los contenedores 126, por ejemplo, en caso de que el pozo 104 sea inaccesible.

La figura 3A es una ilustración esquemática de otro ejemplo de implementación de un sistema de banco de almacenamiento de material peligroso de acuerdo con la presente exposición. La figura 3A ilustra un diagrama esquemático superior de un sistema de banco de almacenamiento de material peligroso 300 que ilustra un ejemplo de configuración de pozos que se pueden formar o utilizar para almacenar material peligroso, tal como combustible nuclear gastado, material biológico o material químico. El sistema de banco de almacenamiento de material peligroso 300 incluye un pozo vertical 302 (visto desde arriba en este caso) con múltiples pozos horizontales 304 que se extienden desde este. En este ejemplo, se pueden formar cuatro pozos horizontales 304 desde el único pozo vertical 302.

El ejemplo de sistema de banco de almacenamiento de material peligroso 300 muestra un banco de almacenamiento que puede proporcionar almacenamiento a largo plazo (p. ej., millones de años) para un volumen de material peligroso mayor que, por ejemplo, el sistema de banco de almacenamiento de material peligroso 100. Por ejemplo, cada pozo horizontal 304 puede ser sustancialmente similar a la parte sustancialmente horizontal 110 mostrada en la figura 2A, la cual puede almacenar uno o más contenedores 126 de material peligroso. Cada pozo horizontal 304 se puede formar en la capa de almacenamiento 118 o por debajo de la capa de almacenamiento 118, para proporcionar un sellado adecuado frente a la difusión de emisiones peligrosas en el caso de una fuga desde el o los contenedores. Por tanto, en el ejemplo de sistema de banco de almacenamiento de material peligroso 300, el material peligroso se puede almacenar de manera más eficiente, ya que solo es necesario formar un único pozo vertical 302 para proporcionar múltiples pozos horizontales 304.

La figura 3B es otra ilustración esquemática de otro ejemplo de implementación de un sistema de banco de almacenamiento de material peligroso de acuerdo con la presente exposición. La figura 3B ilustra un diagrama esquemático superior de un sistema de banco de almacenamiento de material peligroso 350 que ilustra un ejemplo de configuración de pozos que se pueden formar o utilizar para almacenar material peligroso, tal como combustible nuclear gastado, material biológico o material químico. En este ejemplo, el sistema 350 incluye un pozo vertical 352 con múltiples pozos laterales 354 formados desde el pozo vertical 352. En este ejemplo, los pozos laterales 354 son sustancialmente paralelos entre sí en un patrón de “horquilla” (u otro patrón, tal como un patrón en “F”, patrón en pata de gallo u otro). Cada pozo lateral 354 se puede formar en la capa de almacenamiento 118 o por debajo de la capa de almacenamiento 118, para proporcionar un sellado adecuado frente a la difusión de emisiones peligrosas en el caso de una fuga desde el o los contenedores. Además, cada pozo lateral 354 puede ser o incluir un área de almacenamiento para contenedores 126.

Las figuras 4A-4C son ilustraciones esquemáticas de un ejemplo de implementación de un contenedor de material peligroso de acuerdo con la presente exposición. Las figuras 4A-4C ilustran unas vistas isométricas, de una sección transversal vertical y de una sección transversal horizontal, respectivamente, de un contenedor 400 de material peligroso. En algunos aspectos, el contenedor 400 de material peligroso puede ser similar al contenedor 126 ilustrado y se puede utilizar en el sistema de banco de almacenamiento de material peligroso 100, el sistema de banco de almacenamiento de material peligroso 400 u otro sistema de banco de almacenamiento de material peligroso de acuerdo con la presente exposición. El contenedor 400 de material peligroso se puede utilizar para almacenar material peligroso químico, material peligroso biológico, material peligroso nuclear u otro. Por ejemplo, en la implementación ilustrada, el contenedor 400 de material peligroso almacena combustible nuclear gastado en forma de barras de combustible nuclear gastado 406.

Tal como se ilustra, el contenedor de material peligroso 400 incluye un alojamiento 402 (p. ej., un alojamiento a prueba de aplastamiento o resistente al aplastamiento) que encierra un volumen 404 para almacenar material peligroso. En este ejemplo, las barras de combustible nuclear gastado 406 se sitúan en el alojamiento 402 antes del sellado del contenedor 400 de material peligroso. Cada barra de combustible nuclear gastado 406 comprende múltiples pellas de combustible nuclear gastado 408. Por ejemplo, las pellas de combustible nuclear gastado 408 contienen la mayoría de los radioisótopos (incluyendo el tritio) del combustible nuclear gastado retirado de un reactor nuclear. Para formar las barras de combustible nuclear gastado 406, las pellas de combustible 408 son rodeadas por tubos de circonio, tal como en el reactor. Estos tubos ofrecen un nivel adicional de contención. Los tubos se pueden montar en los conjuntos de combustible originales, o retirar de esos conjuntos para un empaquetado más apretado de las barras de combustible nuclear gastado 406. Los tubos se colocan en cápsulas selladas para formar las barras 406, de manera habitual de 4.57 m (15 pies) de largo, con un diámetro lo suficientemente largo para almacenar un número considerable de pellas de combustible 408, a la vez que lo suficientemente pequeño para permitir la colocación en el alojamiento 402.

En algunos aspectos, el alojamiento 402 (y otros componentes del contenedor 400 de material peligroso) se pueden formar a partir de metales o cerámicas que tienen, por ejemplo, una resistencia a la corrosión o radiactividad muy elevada (p. ej., circonio o su aleación zircaloy, acero inoxidable, titanio u otros materiales de corrosión baja). Además, en algunos aspectos, se puede rellenar, o rellenar de manera parcial, un área de almacenamiento en la que se coloca el contenedor 400 con nitrógeno, argón o algún otro gas que reduzca el peligro de corrosión del alojamiento 402 y de otros componentes del contenedor 400.

Asimismo, las dimensiones del alojamiento 402 (y del contenedor 400 de material peligroso en general) se pueden diseñar para encajar en un pozo, tal como el pozo 104. Un ejemplo de dimensiones del alojamiento 402 puede incluir una longitud, L, de 3.66 m (12 pies) y 4.57 m (15 pies), y, en el caso de un alojamiento 402 sustancialmente cuadrado, una anchura lateral, W, de entre 0.127 m (5 in) y 0.228 m (9 in).

En aspectos alternativos, el alojamiento 402 puede tener un diámetro de la sección transversal horizontal sustancialmente circular de entre aproximadamente 0.178 m (7 in) y 0.330 m (13 in). En algunos ejemplos, el contenedor 400 de material peligroso (y el contenedor 126) se puede dimensionar (p. ej., longitud y anchura/diámetro) para una colocación y una recuperación eficiente en y desde el pozo 104. Por ejemplo, la longitud, L, se puede determinar en función de, p. ej., la dimensión del radio de la parte con curvatura 108, para garantizar que el contenedor 400 de material peligroso se puede mover a través de la parte con curvatura 108 y al interior de la parte sustancialmente horizontal 110. A modo de otro ejemplo, la anchura, W, se puede determinar en función de un diámetro de una o más de las tuberías de revestimiento en el pozo 104, tal como la tubería de revestimiento de superficie 120 y la tubería de revestimiento de producción 122.

El contenedor 400 de material peligroso ilustrado también incluye una parte de conexión 410, que se muestra en un extremo del alojamiento 402, aunque se puede formar en ambos extremos también. En algunos aspectos, la parte de conexión 410 puede facilitar el acoplamiento del contenedor 400 de material peligroso con una herramienta de fondo de pozo (p. ej., la herramienta de fondo de pozo 128) para permitir la colocación y recuperación del contenedor 400 de material peligroso en y desde el almacenamiento en un pozo. Asimismo, la parte de conexión 410 puede facilitar el acoplamiento de un contenedor 400 de material peligroso con otro contenedor 400 de material peligroso. En algunos aspectos, la parte de conexión 410 puede ser una conexión roscada. Por ejemplo, una parte de conexión 410 en un extremo del alojamiento 402 puede ser una conexión roscada macho, mientras que una parte de conexión 410 en el extremo opuesto del alojamiento 402 puede ser una conexión roscada hembra. En aspectos alternativos, la parte de conexión 410 puede ser un enganche de interbloqueo, de modo que una rotación (p. ej., de 360 grados o menos) pueda enganchar (o desenganchar) el alojamiento 402 a o de una herramienta de fondo de pozo u otro contenedor 400 de material peligroso. En aspectos alternativos, la parte de conexión 410 puede incluir uno o más imanes (p. ej., imanes de tierras raras, electroimanes, una combinación de estos u otros) que se acoplan mediante atracción a, p. ej., una herramienta de fondo de pozo o a otro contenedor 400 de material peligroso.

Haciendo referencia en general a las figuras 1A-1B, 2A-2E, 4A-4C, el ejemplo de sistema de banco de almacenamiento de material peligroso (p. ej., 100, 300 y otros) puede proporcionar múltiples capas de contención para garantizar que un material peligroso (p. ej., biológico, químico, nuclear) se almacena sellado en una capa subterránea adecuada. En algunos ejemplos de implementaciones, puede haber al menos doce capas de contención. En implementaciones alternativas, se pueden emplear un número mayor o menor de capas de contención.

Primera, al utilizar combustible nuclear gastado como ejemplo de material peligroso, las pellas de combustible se toman del reactor y no se modifican. Estas se pueden elaborar a partir de dióxido de uranio (UO2) sinterizado, una cerámica, y pueden permanecer sólidas y emitir muy poco gas además de tritio de vida corta. A menos que las pellas se expongan a condiciones extremadamente corrosivas o a otros efectos que dañen las múltiples capas de contención, la mayoría de los radioisótopos (incluyendo el tritio) quedarán contenidos en las pellas.

Segunda, las pellas de combustible están rodeadas por los tubos de zircaloy de las barras de combustible, al igual que en el reactor. Tal como se describe, los tubos se podrían montar en los conjuntos de combustible originales, o retirar de esos conjuntos para un empaquetamiento más apretado.

Tercera, los tubos se colocan en los alojamientos sellados del contenedor de material peligroso. Los alojamientos pueden ser una estructura unificada o una estructura multipanel, con múltiples paneles (p. ej., laterales, superior, inferior) sujetos mecánicamente (p. ej., tornillos, remaches, soldaduras y otros).

Cuarta, un material (p. ej., sólido o fluido) puede rellenar el contenedor de material peligroso para proporcionar un separador intermedio entre el material y el exterior del contenedor.

Quinta, el(los) contenedor(es) de material peligroso se sitúa(n) (tal como se describe anteriormente), en un pozo que está revestido con una tubería de revestimiento de acero u otro material que se extiende, en algunos ejemplos, a lo largo de la totalidad del pozo (p. ej., una parte sustancialmente vertical, una parte con curvatura y una parte sustancialmente horizontal). La tubería de revestimiento se cementa en su sitio, lo que proporciona una superficie relativamente suave (p. ej., en comparación con la pared del pozo) para mover el contenedor de material peligroso a través de esta, lo que reduce de ese modo la posibilidad de una fuga o rotura durante la colocación o la recuperación.

Sexta, el cemento que sostiene o ayuda a sostener la tubería de revestimiento en su sitio, también puede proporcionar una capa de sellado para contener el material peligroso en el caso de que este escape del contenedor.

Séptima, el contenedor de material peligroso se almacena en una parte del pozo (p. ej., la parte sustancialmente horizontal) que está situada dentro de una veta gruesa (p. ej., 30.48 m - 60.96 m (100 - 200 pies)) de una formación rocosa que comprende una capa de almacenamiento. La capa de almacenamiento se puede elegir en función, al menos en parte, de las propiedades geológicas de la formación rocosa (p. ej., sin agua en movimiento, permeabilidad baja, gruesa, ductilidad adecuada o no frágil). Por ejemplo, en el caso de esquisto como la formación rocosa de la capa de almacenamiento, este tipo de roca puede ofrecer un nivel de contención, ya que existe constancia de que el esquisto ha mantenido sellado gas de hidrocarburos durante millones de años. El esquisto puede contener agua madre, aunque esa agua madre se puede demostrar que es inmóvil y no está en comunicación con el agua dulce superficial.

Octava, en algunos aspectos, la formación rocosa de la capa de almacenamiento puede tener otras propiedades geológicas únicas que ofrecen otro nivel de contención. Por ejemplo, la roca de esquisto contiene con frecuencia componentes reactivos, tal como el sulfuro de hierro, que reducen la probabilidad de que los materiales peligrosos (p. ej., el combustible nuclear gastado y su emisión radiactiva) pueden migrar a través de la capa de almacenamiento sin reaccionar en modos que reducen la tasa de difusión de dicha emisión aún más. Asimismo, la capa de almacenamiento puede incluir componentes, tal como arcilla y materia orgánica, que normalmente tienen una difusividad extremadamente baja. Por ejemplo, el esquisto puede estar estratificado y compuesto por capas delgadas que se alternan de arcillas y otros minerales. Dicha estratificación de una formación rocosa en la capa de almacenamiento, tal como de esquisto, puede ofrecer esta capa adicional de contención.

Novena, la capa de almacenamiento puede estar situada a más profundidad que, y debajo de, una capa impermeable, que separa la capa de almacenamiento (p. ej., verticalmente) de una capa con agua en movimiento.

Décima, la capa de almacenamiento se puede seleccionar en función de una profundidad (p. ej., de 3000 a 12.000 pies) de dicha capa dentro de las capas subterráneas. Dichas profundidades están normalmente muy por debajo de cualesquiera capas que contengan agua en movimiento y, por tanto, la mera profundidad de la capa de almacenamiento proporciona una capa adicional de contención.

Undécima, los ejemplos de implementaciones del sistema de banco de almacenamiento de material peligroso de la presente exposición facilitan la monitorización del material peligroso almacenado. Por ejemplo, si los datos monitorizados indican una fuga o cualquier otra cosa del material peligroso (p. ej., cambio de temperatura, radiactividad u otra), o incluso la manipulación o intrusión del contenedor, se puede recuperar el contenedor de material peligroso para reparación o inspección.

Duodécima, el o los contenedores de material peligroso se pueden recuperar para una inspección, acondicionamiento o reparación periódicos, según sea necesario (p. ej., con o sin monitorización). Por tanto, se puede solucionar cualquier problema con los contenedores sin permitir una fuga o escape incesante del material peligroso de los contenedores.

La figura 5 es una ilustración esquemática de otro ejemplo de implementación de un sistema de banco de almacenamiento de material peligroso de acuerdo con la presente exposición. La figura 5 ilustra un ejemplo de implementación de un sistema de banco de almacenamiento de material peligroso 500, donde el sistema de banco de almacenamiento de material peligroso 500 incluye un pozo 504 formado (p. ej., perforado o de otro modo) desde una superficie terrestre 502 y a través de múltiples capas subterráneas 512, 514, 516 y 518. El pozo 504 ilustrado es un pozo direccional en este ejemplo del sistema de banco de almacenamiento de material peligroso 500. Por ejemplo, el pozo 504 incluye una parte sustancialmente vertical 506 acoplada a una parte con curvatura o curva 508, que a su vez está acoplada a una parte sustancialmente horizontal 510.

En general, dichos componentes del sistema de banco de almacenamiento de material peligroso 500 son sustancialmente los mismos que los componentes denominados de manera similar del sistema de banco de almacenamiento de material peligroso 100. Por ejemplo, el pozo 504 ilustrado tiene una tubería de revestimiento de superficie 520 situada y fijada en torno al pozo 504, desde la superficie terrestre 502 hasta una profundidad particular en la tierra. Por ejemplo, la tubería de revestimiento de superficie 520 puede ser un elemento (o sarta de elementos) tubular de diámetro relativamente grande fijada (p. ej., cementada) en torno al pozo 504 en una formación somera. Por ejemplo, en esta implementación del sistema de banco de almacenamiento de material peligroso 500, la tubería de revestimiento de superficie 520 se extiende desde la superficie terrestre a través de una capa superficial 512. En este ejemplo, la capa superficial 512 es una capa geológica compuesta por una o más formaciones rocosas en capas. En algunos aspectos, la capa superficial 512 en este ejemplo puede incluir o no acuíferos de agua dulce o fuentes de agua salada o agua madre, u otras fuentes de agua en movimiento (p. ej., agua que se mueve a través de una formación geológica). En algunos aspectos, la tubería de superficie 520 puede aislar el pozo 504 de dicha agua en movimiento, y también puede proporcionar una ubicación de sustentación para que se instalen otras sartas de tuberías de revestimiento en el pozo 504. Asimismo, aunque no se muestra, se puede fijar una tubería guía sobre la tubería de revestimiento de superficie 520 (p. ej., entre la tubería de revestimiento de superficie 520 y la superficie 502, y dentro de la capa superficial 512) para impedir que los fluidos de perforación se escapen a la capa superficial 512.

Tal como se ilustra, se sitúa y fija una tubería de revestimiento de producción 522 en torno al pozo 504 más cerca del fondo de pozo que la tubería de revestimiento de superficie 520. Aunque denominada tubería de revestimiento de “producción”, en este ejemplo, la tubería de revestimiento 522 puede haber estado sometida o no a operaciones de producción de hidrocarburos. Por tanto, la tubería de revestimiento 522 hace referencia a, e incluye, cualquier forma de elemento tubular que se fije (p. ej., cementado) en el pozo 504 más cerca del fondo de pozo que la tubería de revestimiento de superficie 520. En algunos ejemplos del sistema de banco de almacenamiento de material peligroso 500, la tubería de revestimiento de producción 522 puede comenzar en un extremo de la parte con curvatura 508 y extenderse a través de toda la parte sustancialmente horizontal 510.

Tal como se muestra, el cemento 530 se sitúa (p. ej., bombea) en torno a las tuberías de revestimiento 520 y 522 en un anillo entre las tuberías de revestimiento 520 y 522 y el pozo 504. Por ejemplo, el cemento 530 puede fijar las tuberías de revestimiento 520 y 522 (y cualesquiera otras tuberías de revestimiento o tuberías de revestimiento cortas del pozo 504) a través de las capas subterráneas por debajo de la superficie terrestre 502.

Tal como se ilustra, el pozo 504 se extiende a través de las capas subterráneas 512, 514 y 516, y se asienta en la capa de almacenamiento 518. Tal como se analiza anteriormente, la capa superficial 512 puede incluir o no agua en movimiento. La capa subterránea 514, que está por debajo de la capa superficial 512, en este ejemplo, es una capa con agua en movimiento 514. Por debajo de la capa con agua en movimiento 514, en este ejemplo de implementación de sistema de banco de almacenamiento de material peligroso 500, hay una capa impermeable 516. En este ejemplo, la capa impermeable 516 puede no permitir que el agua en movimiento pase a través de esta. Por tanto, con relación a la capa con agua en movimiento 514, la capa impermeable 516 puede tener una permeabilidad baja, p. ej., del orden de nanodarcy de permeabilidad. De manera adicional, en este ejemplo, la capa impermeable 516 puede ser una formación geológica relativamente no dúctil (es decir, frágil). Por debajo de la capa impermeable 516 está una capa de almacenamiento 518. En este ejemplo, la capa de almacenamiento 518 se puede elegir como el asentamiento para la parte sustancialmente horizontal 510, que almacena el material peligroso, por diversas razones. Con relación a la capa impermeable 516 o a otras capas, la capa de almacenamiento 518 puede ser gruesa, p. ej., entre aproximadamente 30.48 m y 60.96 m (100 y 200 pies) de TVD. El grosor de la capa de almacenamiento 518 puede permitir un asentamiento y una perforación direccional más sencillos, lo que permite de ese modo que la parte sustancialmente horizontal 510 permanezca dentro de la capa de almacenamiento 518 durante la formación (p. ej., perforación). Si se forma a través de un centro horizontal aproximado de la capa de almacenamiento 518, la parte sustancialmente horizontal 110 puede estar rodeada por aproximadamente de 15.24 m a 30.48 m (50 a 100 pies) de la formación geológica que comprende la capa de almacenamiento 518. Asimismo, la capa de almacenamiento 518 también puede no tener agua en movimiento, p. ej., debido a una permeabilidad muy baja de la capa 518 (p. ej., del orden de mili o nanodarcy). Además, la capa de almacenamiento 518 puede tener una ductilidad suficiente, de modo que una fragilidad de la formación rocosa que comprende la capa 518 se encuentre entre aproximadamente 3 MPa y 10 MPa. Algunos ejemplos de formaciones rocosas de las cuales puede estar compuesta la capa de almacenamiento 518 incluyen: esquisto y anhidrita.

En algunos ejemplos de implementaciones del sistema de banco de almacenamiento de material peligroso 500, la capa de almacenamiento 518 está compuesta de esquisto. En algunos ejemplos, el esquisto puede tener unas propiedades que se ajustan a aquellas descritas anteriormente para la capa de almacenamiento 518. Por ejemplo, las formaciones de esquisto pueden ser adecuadas para un confinamiento a largo plazo de material peligroso y para su aislamiento de la capa con agua en movimiento 514 (p. ej., acuíferos) y de la superficie terrestre 502. Las formaciones de esquisto se pueden encontrar relativamente profundas en la tierra, de manera habitual a 3000 pies o más, y colocadas de manera aislada por debajo de cualesquiera acuíferos de agua dulce.

El sistema de banco de almacenamiento de material peligroso 500 también incluye una sarta de trabajo 524 (p. ej., tubería, tubería enrollada, cable conector u otro) que se puede extender a través del pozo 504 para depositar (p. ej., bombear) un lodo peligroso 526 en una parte del pozo 504 (p. ej., la parte sustancialmente horizontal 510). El lodo de material peligroso 526 comprende una mezcla de un material endurecible 528 y el material peligroso 532. Por ejemplo, el material endurecible 528 puede ser cemento, un material cementoso, resina, hormigón, adhesivo, lechada u otro material endurecible (p. ej., a lo largo de un período de tiempo conocido). El material peligroso 532 puede ser, por ejemplo, material biológico, material químico o material nuclear, tal como pellas de combustible nuclear gastado.

Durante el funcionamiento, la sarta de trabajo 524 puede depositar (p. ej., mediante bombeo) el lodo de material peligroso 426 en la parte sustancialmente horizontal 510 del pozo 504. A medida que pasa el tiempo, se puede endurecer el material endurecible 528 en el lodo 526, lo que sustancialmente atrapa y sella de ese modo el material peligroso 532 dentro del lodo endurecido y en el pozo 504. Por tanto, se puede sellar el material peligroso 532 en el material endurecido 528, dentro del pozo 504, y dentro de la capa de almacenamiento 518, lo que proporciona múltiples capas de contención de cualquier emisión desde el material peligroso 532. El tiempo de endurecimiento se puede establecer de modo que sea corto, o se podría establecer para un período más prolongado (años o décadas) con el fin de facilitar una recuperación temprana, si se determina que sería conveniente una recuperación más sencilla durante los primeros años.

Aunque no se muestra, una vez que se completa la operación de colocación, se puede situar un sello (p. ej., el sello 134) en el pozo 504 más cerca del inicio de pozo que el lodo endurecido. Asimismo, una vez sellado, se puede instalar un sistema de monitorización (p. ej., tal como se muestra y describe haciendo referencia a una o más de las figuras 2B-2E) en el sistema 500, para monitorizar una o más variables asociadas con el material peligroso 532 (p. ej., temperatura, radiactividad, vapor de agua, oxígeno, actividad sísmica, manipulación u otras).

Las figuras 6A-6C son diagramas de flujo que ilustran ejemplos de métodos 600, 640 y 670, respectivamente, asociados con el almacenamiento de material peligroso. Volviendo al método 600, este ejemplo de método para almacenar material peligroso se puede realizar con, o mediante, p. ej., un sistema de banco de almacenamiento de material peligroso 100, tal como el descrito haciendo referencia a las figuras 1A-1B y 2A-2E. Como alternativa, el método 600 se puede realizar mediante otro sistema de banco de almacenamiento de material peligroso de acuerdo con la presente exposición.

El método 600 puede comenzar en el paso 602, que incluye mover un contenedor de almacenamiento a través de una entrada de un pozo que se extiende en el interior de la superficie terrestre. El contenedor de almacenamiento encierra un material peligroso, tal como químico, biológico o residuos nucleares, u otro material peligroso. En algunos aspectos, el contenedor de almacenamiento se puede situar en la entrada directamente desde un medio de transporte (p. ej., camión, tren, carril u otro) que lleva el material peligroso hasta el sitio del pozo. En algunos aspectos, no se retira un empaquetamiento del material peligroso durante el transporte para el movimiento del contenedor de almacenamiento hasta la entrada. En algunos aspectos, dicho empaquetamiento de transporte se retira únicamente a medida que el contenedor de almacenamiento entra totalmente en el pozo.

El método 600 puede continuar en el paso 604, que incluye mover el contenedor de almacenamiento a través del pozo, que incluye una parte sustancialmente vertical, una parte de transición y una parte sustancialmente horizontal. En algunos aspectos, el pozo es un pozo direccional o inclinado. El contenedor de almacenamiento se puede mover a través del pozo de diversas maneras. Por ejemplo, una sarta de herramientas (p. ej., sarta de trabajo tubular) o cable conector puede incluir una herramienta de fondo de pozo que se acopla al contenedor de almacenamiento y mueve (p. ej., empuja) el contenedor de almacenamiento desde la entrada hasta la parte horizontal del pozo. A modo de otro ejemplo, el contenedor de almacenamiento se puede montar en unos carriles instalados en el pozo, p. ej., un pozo revestido. A modo de otro ejemplo más, el contenedor de almacenamiento se puede mover a través del pozo con un dispositivo tractor del pozo (p. ej., un dispositivo tractor motorizado o eléctrico). En otro ejemplo, el dispositivo tractor se podría construir como parte del contenedor de almacenamiento. A modo de un ejemplo adicional más, el contenedor de almacenamiento se puede mover a través del pozo con un fluido (p. ej., gas o líquido) que se hace circular a través del pozo.

El método 600 puede continuar en el paso 606, que incluye mover el contenedor de almacenamiento al interior de un área de almacenamiento situada dentro o por debajo de una formación de esquisto. Por ejemplo, la parte horizontal del pozo puede incluir o estar acoplada al área de almacenamiento y se puede formar a través de una veta de esquisto dentro de una zona subterránea. En algunos aspectos, el esquisto puede incluir una o más cualidades geológicas que proporcionan un sello frente a fluidos (p. ej., gas y líquido) frente al escape de cualquier material peligroso pasada la formación de esquisto (p. ej., verticalmente u horizontalmente). En aspectos alternativos, el área de almacenamiento se puede formar en la parte horizontal del pozo en una formación rocosa que no sea de esquisto, pero que comparta las características geológicas particulares con el esquisto (p. ej., anhidrita y otras formaciones). Por ejemplo, la formación rocosa del área de almacenamiento puede ser relativamente impermeable, con valores de permeabilidad menores de 0.001 milidarcy (e incluso de hasta nanodarcy). A modo de otro ejemplo, la formación rocosa puede ser dúctil, con una fragilidad de menos de aproximadamente 10 MPa, de modo que se evite o ayude a evitar una fracturación que pueda permitir las fugas de material peligroso a través de esta. La fragilidad, tal como se utiliza en la presente en los ejemplos de implementaciones, es la relación del esfuerzo de compresión de la formación rocosa frente a la resistencia a tracción de la formación rocosa. A modo de otro ejemplo, la formación rocosa puede ser relativamente gruesa, con un grosor próximo al área de almacenamiento de entre aproximadamente 100 y 200 pies (aunque en la presente exposición también se contemplan formaciones menos gruesas y más gruesas). A modo de otro ejemplo, la formación rocosa puede estar compuesta por arcilla u otro material orgánico, p. ej., de aproximadamente un 20-30 % en peso por unidad de volumen, para ayudar a la ductilidad.

El método 600 puede continuar en el paso 608, que incluye formar un sello en el pozo que aísle la parte de almacenamiento del pozo de la entrada del pozo. Por ejemplo, una vez que el contenedor de almacenamiento se mueve al interior del área de almacenamiento (o después de que todos los contenedores de almacenamiento se han movido al interior del área de almacenamiento), se puede formar un sello en el pozo. El sello puede ser un tapón de cemento, un sello inflable (p. ej., empaquetadura) u otro sello o combinación de dichos sellos. En algunos aspectos, se puede retirar el sello de modo que se facilite una operación de recuperación posterior del contenedor de almacenamiento.

El método 600 puede continuar en el paso 610, que incluye monitorizar al menos una variable asociada con el contenedor de almacenamiento desde un sensor situado próximo al área de almacenamiento. La variable puede incluir una o más de temperatura, radiactividad, actividad sísmica, oxígeno, vapor de agua, acidez u otra variable que indique una presencia de material peligroso (p. ej., dentro del pozo, en el exterior del contenedor de almacenamiento, en la formación rocosa u otra parte). En algunos aspectos, se pueden situar uno o más sensores en el pozo, o fijar al contenedor de almacenamiento, dentro de una tubería de revestimiento instalada en el pozo, o en la formación rocosa próxima al pozo. En algunos aspectos, los sensores también se pueden instalar en un pozo independiente (p. ej., otro pozo horizontal o vertical) separados del área de almacenamiento.

El método 600 puede continuar en el paso 612, que incluye registrar la variable monitorizada en la superficie terrestre. Por ejemplo, se pueden transmitir (p. ej., por un conductor o de manera inalámbrica) los datos de variables recibidos en el o los sensores a un sistema de monitorización (p. ej., un sistema de control 146) en la superficie terrestre. El sistema de monitorización puede realizar diversas operaciones. Por ejemplo, el sistema de monitorización puede registrar un historial de una o más de las variables monitorizadas. El sistema de monitorización puede proporcionar un análisis de tendencias en los datos de variables registrados. A modo de otro ejemplo, el sistema de monitorización puede incluir uno o más límites mínimos para cada una de las variables monitorizadas, y proporcionar una indicación de cuándo se superan dichos límites.

El método 600 puede continuar en el paso 614, que incluye determinar si la variable monitorizada supera un valor mínimo. Por ejemplo, el o los sensores puede monitorizar la radiactividad en el pozo, p. ej., una cantidad de radiación liberada por el material peligroso, tanto de partículas alfa como beta, rayos gamma, rayos x o neutrones. Los sensores, por ejemplo, pueden determinar una cantidad de radiactividad, en unidades de medida de curio (Ci) y/o becquerel (Bq), rad, gray (Gy) u otras unidades de radiación. Si la cantidad de radiactividad no supera un valor umbral que indica, por ejemplo, una fuga grande de material nuclear peligroso desde el contenedor de almacenamiento, entonces el método 600 puede volver al paso 610.

Si la determinación es “sí”, el método 600 puede continuar en el paso 616, que incluye retirar el sello del pozo. Por ejemplo, en algunos aspectos, una vez que se supera un valor (o valores) mínimo(s), se puede iniciar una operación de recuperación mediante la retirada del sello. En aspectos alternativos, la superación de un valor mínimo puede no activar automáticamente una operación de recuperación o retirada del sello del pozo. En algunos aspectos, puede haber múltiples variables monitorizadas, y solo se realiza una determinación “sí” si todas las variables monitorizadas superan sus valores mínimos respectivos. Como alternativa, se puede realizar una determinación “sí” si al menos una variable monitorizada supera su valor mínimo respectivo.

El método 600 puede continuar en el paso 618, que incluye recuperar el contenedor de almacenamiento desde el área de almacenamiento hasta la superficie terrestre. Por ejemplo, una vez que se retira el sello (p. ej., se perfora a través de este o se retira hasta la superficie terrestre), se puede hacer descender la sarta de trabajo al interior del pozo para retirar el contenedor (o los contenedores) de almacenamiento para su inspección, reparación u otra operación. En algunos aspectos, en lugar de retirar el sello del pozo para recuperar el contenedor de almacenamiento, se pueden tomar otras medidas correctivas. Por ejemplo, si la determinación es “sí” en el paso 614, en lugar de recuperar el material peligroso, se podría tomar una decisión de mejorar el sello. Esto se podría hacer, por ejemplo, inyectando un cemento u otro sellante en el agujero de pozo para rellenar el espacio relleno anteriormente con gas.

Volviendo al método 640, este ejemplo de método para almacenar material peligroso se puede realizar antes de, por ejemplo, el método 600. Por ejemplo, en algunos aspectos, el pozo al interior del cual se mueve el contenedor de almacenamiento en el método 400, se forma principalmente para el almacenamiento de material peligroso. Como alternativa, el pozo se puede haber formado antes de la ejecución del método 600 y, en algunos aspectos, años o décadas antes de la ejecución del método 600. Por ejemplo, el pozo se puede haber formado inicialmente con una finalidad principal de producción de hidrocarburos.

El método 640 puede comenzar en el paso 642, que incluye formar (p. ej., perforar) el pozo desde la superficie terrestre hasta la formación rocosa. En algunos aspectos, la formación rocosa es esquisto u otra formación rocosa que incluye unas características geológicas adecuadas para el almacenamiento de material peligroso.

El método 640 puede continuar en el paso 644, que incluye instalar una tubería de revestimiento en el pozo, que se extiende desde la superficie terrestre o próxima a esta, a través de al menos una parte del pozo. En algunos aspectos, la tubería de revestimiento se puede instalar en la totalidad de la longitud del pozo (p. ej., a través de la parte vertical, una parte de transición y una parte horizontal o inclinada del pozo.

El método 640 puede continuar en el paso 646, que incluye cementar la tubería de revestimiento en el pozo. En algunos aspectos, el cemento se puede depositar a lo largo de la totalidad de la longitud del pozo. Como alternativa, se puede cementar únicamente una parte de la tubería de revestimiento en el pozo.

El método 640 puede continuar en el paso 648, que incluye extraer fluido de hidrocarburos desde la formación rocosa, a través del pozo y hasta la superficie terrestre. En algunos aspectos, se pueden completar en primer lugar el pozo y la tubería de revestimiento, p. ej., perforar y fracturar hidráulicamente, antes de la extracción de fluidos de hidrocarburos. En algunos aspectos, antes de, o posterior a, completar el pozo, se puede determinar que no hay suficientes hidrocarburos en la formación rocosa para una producción rentable.

El método 640 puede continuar en el paso 650, que incluye cerrar el pozo. En algunos aspectos, el cierre del pozo puede incluir cementar el pozo a través de al menos una parte de la totalidad de su longitud. Por tanto, en dichos aspectos, antes del paso 602 del método 600, el pozo se puede volver a formar (p. ej., perforar) para retirar la cementación u otro sello. En algunos aspectos, el paso 650 puede no realizarse, ya que el paso 602 del método 600 se puede iniciar directamente después de que se haya completado la extracción de hidrocarburos en el paso 648.

Volviendo al método 670, este ejemplo de método para almacenar material peligroso se puede realizar con o mediante, p. ej., el sistema de banco de almacenamiento de material peligroso 500, tal como se describe haciendo referencia a la figura 5. Como alternativa, el método 670 se puede realizar mediante otro sistema de banco de almacenamiento de material peligroso de acuerdo con la presente exposición.

El método 670 puede comenzar en el paso 672, que incluye formar una parte vertical de un pozo desde una superficie terrestre hasta una zona subterránea. El método 670 puede continuar en el paso 674, que incluye formar una parte de transición del pozo, desde la parte vertical, a través de la zona subterránea. El método 670 puede continuar en el paso 676, que incluye formar una parte horizontal del pozo, desde la parte de transición hasta el interior de una formación rocosa o por debajo de esta. La formación rocosa puede estar compuesta por esquisto u otra formación rocosa con características geológicas adecuadas (p. ej., permeabilidad, ductilidad, grosor y/o una composición de arcilla o material orgánico) que manifiesten un sello frente a fluidos entre la formación rocosa y una capa subterránea que incluye agua en movimiento. No obstante, en algunos aspectos alternativos, el pozo formado puede ser un pozo sustancialmente vertical, sin transición ni parte horizontal.

El método 670 puede continuar en el paso 678, que incluye bombear un lodo endurecible que incluye una mezcla de un material endurecible y un material de combustible nuclear gastado al interior de la parte horizontal del pozo (o parte vertical si no hay parte horizontal). El material endurecible puede incluir, por ejemplo, un material cementoso, una resina o epoxi endurecible, hormigón, lechada u otro material que puede fluir, que se endurece formando un sólido a lo largo de un período de tiempo definido. El combustible nuclear gastado, p. ej., las pellas de combustible nuclear, se puede mezclar con el material endurecible de modo que cuando se endurece el material endurecible, las pellas de combustible nuclear gastado queden contenidas rígidamente en el lodo endurecible.

La figura 7 es una ilustración esquemática de un ejemplo de controlador 700 (o sistema de control) para un sistema de separación de combustible de a bordo. Por ejemplo, el controlador 700 se puede utilizar para las operaciones descritas anteriormente, por ejemplo, a modo, o como parte, del sistema de control de monitorización 146. Por ejemplo, el controlador 700 puede estar acoplado con comunicación a, o como parte de, un sistema de banco de almacenamiento de material peligroso tal como el descrito en la presente.

El controlador 700 está diseñado para que incluya diversas formas de ordenadores digitales, tal como placas de circuito impreso (PCB), procesadores, circuitería digital u otros que forman parte de un vehículo. De manera adicional, el sistema puede incluir medios de almacenamiento portátiles, tales como unidades flash con bus universal en serie (USB). Por ejemplo, las unidades flash USB pueden almacenar sistemas operativos y otras aplicaciones. Las unidades flash USB pueden incluir componentes de entrada/salida, tal como un transmisor inalámbrico o un conector USB que se puede insertar en un puerto USB de otro dispositivo informático.

El controlador 700 incluye un procesador 710, una memoria 720, un dispositivo de almacenamiento 730 y un dispositivo de entrada/salida 740. Cada uno de los componentes 710, 720, 730 y 740 están interconectados utilizando un bus del sistema 750. El procesador 710 es capaz de procesar instrucciones para su ejecución dentro del controlador 700. El procesador se puede diseñar utilizando cualquiera de diversas arquitecturas. Por ejemplo, el procesador 710 puede ser un procesador CISC (ordenador con conjunto de instrucciones complejas), un procesador RISC (ordenador con conjunto de instrucciones reducido) o un procesador MISC (ordenador con un mínimo conjunto de instrucciones).

En una implementación, el procesador 710 es un procesador de un solo hilo. En otra implementación, el procesador 710 es un procesador multihilo. El procesador 710 es capaz de procesar instrucciones almacenadas en la memoria 720 o en el dispositivo de almacenamiento 730 para presentar la información gráfica en una interfaz de usuario en el dispositivo de entrada/salida 740.

La memoria 720 almacena información dentro del controlador 700. En una implementación, la memoria 720 es un soporte legible por ordenador. En una implementación, la memoria 720 es una unidad de memoria volátil. En otra implementación, la memoria 720 es una unidad de memoria no volátil.

El dispositivo de almacenamiento 730 es capaz de proporcionar almacenamiento en masa para el controlador 700. En una implementación, el dispositivo de almacenamiento 730 es un soporte legible por ordenador. En diversas implementaciones diferentes, el dispositivo de almacenamiento 730 puede ser un dispositivo de disco flexible, un dispositivo de disco duro, un dispositivo de disco óptico, un dispositivo de cinta, una memoria flash, un dispositivo de estado sólido (SSD) o una combinación de estos.

El dispositivo de entrada/salida 740 proporciona las operaciones de entrada/salida para el controlador 700. En una implementación, el dispositivo de entrada/salida 740 incluye un teclado y/o un dispositivo apuntador. En otra implementación, el dispositivo de entrada/salida 740 incluye una unidad de visualización para presentar interfaces gráficas de usuario.

Las características descritas se pueden implementar en circuitos electrónicos digitales, o en hardware, firmware, software informático, o en combinaciones de estos. El aparato se puede implementar en un producto de programa informático materializado de manera tangible en un portador de información, por ejemplo, en un dispositivo de almacenamiento legible por ordenador para su ejecución mediante un procesador programable; y los pasos del método se pueden realizar mediante un procesador programable que ejecuta un programa de instrucciones para realizar funciones de las implementaciones descritas mediante la manipulación de datos de entrada y la generación de una salida. Las características descritas se pueden implementar convenientemente en uno o más programas informáticos que se pueden ejecutar en un sistema programable, que incluye al menos un procesador programable acoplado para recibir datos e instrucciones desde, y transmitir datos e instrucciones a, un sistema de almacenamiento de datos, al menos un dispositivo de entrada y al menos un dispositivo de salida. Un programa informático es un conjunto de instrucciones que se pueden utilizar, de manera directa o indirecta, en un ordenador para realizar una cierta actividad o propiciar cierto resultado. Un programa informático se puede escribir en cualquier forma de lenguaje de programación, que incluye lenguajes compilados o interpretados, y se puede desarrollar en cualquier forma, que incluye como un programa independiente o como un módulo, componente, subrutina u otra unidad adecuada para utilizar en un entorno informático.

Algunos procesadores adecuados para la ejecución de un programa de instrucciones incluyen, a modo de ejemplo, microprocesador de propósito tanto general como especial, y el único procesador o uno de los múltiples procesadores de cualquier tipo de ordenador. En general, un procesador recibirá instrucciones y datos desde una memoria de solo lectura o una memoria de acceso aleatorio, o de ambas. Los elementos esenciales de un ordenador son un procesador para ejecutar las instrucciones y una o más memorias para almacenar las instrucciones y los datos. En general, un ordenador también incluirá, o estará acoplado de manera operativa para comunicarse con, uno o más dispositivos de almacenamiento en masa para almacenar archivos de datos; dichos dispositivos incluyen discos magnéticos, tales como discos duros internos y discos extraíbles; discos magnetoópticos; y discos ópticos. Los dispositivos de almacenamiento adecuados para materializar de manera tangible las instrucciones y los datos de programas informáticos incluyen todas las formas de memoria no volátil, que incluyen, a modo de ejemplo, dispositivos de memoria de semiconductor, tal como EPROM, EEPROM, discos de estado sólido (SSD) y dispositivos de memoria flash; los discos magnéticos tales como los discos duros internos y los discos extraíbles; discos magnetoópticos; y discos CD-ROM y DVD-ROM. El procesador y la memoria pueden estar complementados por, o estar incorporados en, ASIC (circuitos integrados de aplicación específica).

Para proporcionar interacción con un usuario, las características se pueden implementar en un ordenador que tenga un dispositivo de visualización, tal como un monitor CRT (tubo de rayos catódicos) o LCD (pantalla de cristal líquido) o LED (diodo emisor de luz) para presentar la información al usuario, y un teclado y un dispositivo apuntador, tal como un ratón o una rueda de desplazamiento, mediante los cuales el usuario pueda proporcionar una entrada al ordenador. De manera adicional, dichas actividades se pueden implementar por medio de dispositivos de visualización de panel plano con pantalla táctil y otros mecanismos adecuados.

Las características se pueden implementar en un sistema de control que incluya un componente de administración, tal como un servidor de datos, o que incluya un componente de programa intermedio, tal como un servidor de aplicación o un servidor de internet, o que incluye un componente de interacción con el usuario, tal como un ordenador cliente que tiene una interfaz gráfica de usuario o un navegador de internet, o cualquier combinación de estos. Los componentes del sistema se pueden conectar mediante cualquier forma o soporte de comunicación de datos digitales, tal como una red de comunicación. Algunos ejemplos de redes de comunicación incluyen una red de área local (“LAN”), una red de área amplia (“WAN”), redes de pares (que tienen miembros ad hoc o estáticos), infraestructuras informáticas en malla e internet.

Aunque esta memoria descriptiva contiene múltiples detalles de implementación específicos, estos no se deberían considerar como limitaciones del alcance de cualquiera de las invenciones o de lo que se pueda reivindicar, sino más bien como descripciones de características específicas de implementaciones particulares de invenciones particulares. Ciertas características que se describen en esta memoria descriptiva en el contexto de implementaciones independientes también se pueden implementar en combinación en una única implementación. Por el contrario, diversas características que se describen en el contexto de una única implementación también se pueden implementar en múltiples implementaciones de manera independiente o en cualquier combinación secundaria adecuada. Además, aunque anteriormente se pueden describir las características como que actúan en ciertas combinaciones e incluso se reivindican inicialmente como tal, en algunos casos se pueden eliminar una o más características de una combinación reivindicada de la combinación, y la combinación reivindicada puede conducir a una combinación secundaria o una variación de una combinación secundaria.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un banco de almacenamiento de material peligroso (100) de residuos nucleares, que comprende:

un pozo (104) que se extiende en la tierra y que comprende una entrada al menos próxima a una superficie terrestre (102), comprendiendo el pozo (104) una parte sustancialmente vertical (106), una parte de transición y una parte sustancialmente horizontal (110);

un área de almacenamiento (118) acoplada a la parte sustancialmente horizontal (110) del pozo (104), estando el área de almacenamiento (118) dentro o por debajo de una formación de esquisto, estando el área de almacenamiento (118) verticalmente aislada, por la formación de esquisto, desde una zona subterránea (112) que comprende agua en movimiento (114), donde la formación de esquisto comprende una o más capas delgadas que se alternan de arcilla y un grosor próximo al área de almacenamiento (118) de al menos aproximadamente 30 metros (100 pies), que inhiba la difusión del material peligroso de residuos nucleares que escape del contenedor de almacenamiento (126) a través de la formación de esquisto, durante entre 30 y 50 períodos de semidesintegración de cualquier componente particular del material peligroso de residuos nucleares;

un contenedor de almacenamiento (126) situado en el área de almacenamiento (118), estando dimensionado el contenedor de almacenamiento (126) para encajar desde la entrada del pozo a través de las partes sustancialmente vertical (106), de transición y sustancialmente horizontal (110) del pozo (104), y en el área de almacenamiento (118), comprendiendo el contenedor de almacenamiento (126) una cavidad interior dimensionada para encerrar material peligroso de residuos nucleares; y

un sello (134) situado en el pozo (104), aislando el sello (134) la parte de almacenamiento del pozo de la entrada del pozo, donde o bien:

a) el área de almacenamiento (118) se forma por debajo de la formación de esquisto y está verticalmente aislada de la zona subterránea (112) que comprende el agua en movimiento por la formación de esquisto (114); o

b) el área de almacenamiento (118) se forma dentro de la formación de esquisto, y está verticalmente aislada de la zona subterránea (112) que comprende el agua en movimiento (114) por al menos una parte de la formación de esquisto.

2. El banco de almacenamiento de material peligroso de residuos nucleares (100) de la reivindicación 1, donde o bien: a) la formación de esquisto comprende una permeabilidad de menos de aproximadamente 0.001 milidarcy; o b) la formación de esquisto comprende una fragilidad de menos de aproximadamente 10 MPa, donde la fragilidad comprende una relación del esfuerzo de compresión de la formación de esquisto frente a la resistencia a tracción de la formación de esquisto.

3. El banco de almacenamiento de material peligroso de residuos nucleares (100) de la reivindicación 1, donde la formación de esquisto comprende aproximadamente de un 20 a un 30 % en peso por unidad de volumen de arcilla o materia orgánica.

4. El banco de almacenamiento de material peligroso de residuos nucleares (100) de la reivindicación 1, que comprende además al menos un conjunto de tubería de revestimiento que se extiende desde, o próximo a, la superficie terrestre (102), a través del pozo (104) y hasta el área de almacenamiento (118).

5. El banco de almacenamiento de material peligroso de residuos nucleares (100) de la reivindicación 1, donde el contenedor de almacenamiento (126) comprende una parte de conexión configurada para que se acople a, al menos, uno de una sarta de herramientas de fondo de pozo (124) u otro contenedor de almacenamiento (126).

6. Un método para almacenar material peligroso de residuos nucleares, que comprende:

mover un contenedor de almacenamiento (126) a través de una entrada de un pozo (104), que se extiende al interior de una superficie terrestre (102), estando al menos la entrada próxima a la superficie terrestre (102), comprendiendo el contenedor de almacenamiento (126) una cavidad interior dimensionada para encerrar material peligroso; mover el contenedor de almacenamiento (126) a través del pozo (104) que comprende una parte sustancialmente vertical (106), una parte de transición y una parte sustancialmente horizontal (110), estando dimensionado el contenedor de almacenamiento (126) para encajar desde la entrada del pozo a través de las partes sustancialmente vertical (106), de transición y sustancialmente horizontal (110) del pozo (104), donde la formación de esquisto comprende una o más capas delgadas que se alternan de arcilla y un grosor próximo al área de almacenamiento (118) de al menos aproximadamente 30 metros (100 pies), que inhiba la difusión del material peligroso de residuos nucleares que escape del contenedor de almacenamiento (126) a través de la formación de esquisto, durante entre 30 y 50 períodos de semidesintegración de cualquier componente particular del material peligroso de residuos nucleares; mover el contenedor de almacenamiento (126) al interior del área de almacenamiento (118) que está acoplada a la parte sustancialmente horizontal (110) del pozo (104), estando situada el área de almacenamiento (118) dentro o por debajo de una formación de esquisto y verticalmente aislada, por la formación de esquisto, de una zona subterránea (112) que comprende agua en movimiento; y

formar un sello (134) en el pozo (104) que aísle la parte de almacenamiento del pozo de la entrada del pozo, donde o bien:

7. El método de la reivindicación 6, donde el área de almacenamiento (118) se forma dentro de la formación de esquisto, y está verticalmente aislada de la zona subterránea (112) que comprende agua en movimiento por al menos una parte de la formación de esquisto (114).

8. El método de la reivindicación 6, donde la formación de esquisto comprende unas propiedades geológicas que comprenden dos o más de:

una permeabilidad de menos de aproximadamente 0.001 milidarcy;

una fragilidad de menos de aproximadamente 10 MPa, donde la fragilidad comprende una relación de esfuerzo de compresión de la formación de esquisto frente a la resistencia a tracción de la formación de esquisto;

un grosor próximo al área de almacenamiento de al menos aproximadamente 30 metros (100 pies); o aproximadamente de un 20 a un 30 % en peso por unidad de volumen de material orgánico o arcilla.

9. El método de la reivindicación 6, que comprende, además:

antes de mover el contenedor de almacenamiento (126) a través de la entrada del pozo (104) que se extiende en el interior de la superficie terrestre (102), formar el pozo (104) desde la superficie terrestre (102) hasta la formación de esquisto.

10. El método de la reivindicación 9, que comprende además instalar una tubería de revestimiento en el pozo (104) que se extiende desde, o próxima a, la superficie terrestre (102), a través del pozo (104) y hasta el área de almacenamiento (118), y donde de manera opcional el método comprende además cementar la tubería de revestimiento en el pozo (104).

11. El método de la reivindicación 9, que comprende, además, tras formar el pozo (104), extraer fluido de hidrocarburos desde la formación de esquisto, a través del pozo (104) y hasta la superficie terrestre (102).

12. El método de la reivindicación 6, que comprende, además:

retirar el sello (134) del pozo (104); y

recuperar el contenedor de almacenamiento (126) desde el área de almacenamiento (118) hasta la superficie terrestre (102).

13. El método de la reivindicación 6, que comprende, además:

monitorizar al menos una variable asociada con el contenedor de almacenamiento (126) desde un sensor situado próximo al área de almacenamiento (118); y

registrar la variable monitorizada en la superficie terrestre (102), y de manera opcional, donde la variable monitorizada comprende al menos una de nivel de radiación, temperatura, presión, presencia de oxígeno, presencia de vapor de agua, presencia de agua líquida, acidez o actividad sísmica.

14. El método de la reivindicación 13, que comprende, además, en función de que la variable monitorizada supere un valor mínimo:

retirar el sello (134) del pozo (104); y