RU2029091C1

RU2029091C1 - Method for establishment of impervious curtain in permafrost rocks of cryolitozone

Info

Publication number: RU2029091C1
Authority: RU
Inventors: В.В. Лобанов; Ф.Г. Атрощенко; А.В. Дроздов; А.Т. Солопанов
Original assignee: Якутский Научно-Исследовательский И Проектный Институт Алмазодобывающей Промышленности
Priority date: 1991-10-10
Filing date: 1991-10-10
Publication date: 1995-02-20

Abstract

FIELD: mining. SUBSTANCE: method for establishment of impervious curtain in permafrost rocks of cryolitozone includes drilling of grouting holes over contour of rock mass and injection into holes of brine and grouting mortar. Novelty consists in that bribe injection is effected alternately into each well. Brine pumped out through neighboring hole. Grouting mortar is injected after stabilization of concentration of pumped out brine in well and after injection of brine into them. EFFECT: higher efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых для захоронения дренажных рассолов в искусственно создаваемых подземных хранилищах, а также защиты подземных и поверхностных вод от загрязнения. The invention relates to mining and can be used in the development of mineral deposits for the disposal of drainage brines in artificially created underground storage facilities, as well as the protection of groundwater and surface water from pollution.

Известен способ создания противофильтрационной завесы [1] в отрицательно-температурных грунтах, содержащих рассолы, заключающийся в бурении тампонажных скважин до подошвы водоносного комплекса, а затем поинтервальное нагнетание специального тампонажного состава, созданного для условий низких температур массива и агрессивности подземных вод. There is a method of creating an anti-filter curtain [1] in negative-temperature soils containing brines, which consists in drilling grouting wells to the bottom of the aquifer complex, and then interval pumping a special grouting composition created for conditions of low temperatures of the array and groundwater aggressiveness.

Способ неэффективен при тампонировании многолетне-мерзлых пород, содержащих в трещинах лед, который является препятствием для движения тампонажного раствора. В связи с этим не удается добиться равномерного качественного тампонирования массива, остаются участки, где трещины заполнены не тампонажным раствором, а льдом, разрушающимся впоследствии под воздействием рассолов, с образованием в пределах таких участков зон утечек захороняемых дренажных вод. The method is ineffective when plugging perennially frozen rocks containing ice in cracks, which is an obstacle to the movement of grouting mortar. In this regard, it is not possible to achieve uniform high-quality plugging of the massif, there remain areas where the cracks are not filled with grouting mortar, but with ice, which subsequently collapses under the influence of brines, with the formation of leakage zones of buried drainage water within such sections.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ создания противофильтрационных завес [2]. Способ включает бурение тампонажных скважин первой и второй очереди, нагнетание в скважины первой очереди цементно-глинистого раствора, введение в массив, в скважины втоpой очереди теплого рассола для разогрева стенок трещин, а затем введение пресной воды, с последующим ее замерзанием в трещинах и кавернах, не заполненных тампонажным раствором. Данный способ применения в отрицательно-температурных водоносных пластах с трещинно-поровым типом пористости, содержащих рассолы. Основным требованием при введении теплого рассола является ограниченность воздействия его, чтобы не допустить растепление массива. The closest in technical essence and the achieved result is a method of creating impervious curtains [2]. The method includes drilling cement wells of the first and second stages, injecting cement-clay mortar into the wells of the first stage, introducing warm brine into the wells into the second stage wells to heat the walls of the cracks, and then introducing fresh water, followed by its freezing in cracks and caverns, not filled with grouting mortar. This method of application in negative-temperature aquifers with a fractured-porous type of porosity containing brines. The main requirement for the introduction of warm brine is the limited impact of it to prevent the thawing of the massif.

Недостаток данного способа - низкая эффективность. В многолетнемерзлых породах (ММП), где основные трещины заполнены льдом, эффективность первичного тампонажа (1 очередь) цементно-глинистыми растворами крайне низка из-за сопротивления льда движению тампонажного раствора. Частичная обработка трещин рассолом (прискважинной зоны) из-за опасности растепления массива большого эффекта не даст, лед в трещинах остается. Наличие же трещин, недостаточно протампонированных, при последующем складировании промышленных отходов приведет к появлению участков фильтрации с большими проскоками. The disadvantage of this method is the low efficiency. In permafrost rocks (IMF), where the main cracks are filled with ice, the effectiveness of primary cementing (phase 1) with cement-clay mortars is extremely low due to the resistance of ice to the movement of cement slurry. Partial treatment of cracks with brine (near-wellbore zone) due to the danger of thawing the massif will not have a large effect, ice remains in the cracks. The presence of cracks that are not sufficiently consolidated during subsequent storage of industrial waste will lead to the appearance of filtering sites with large breakthroughs.

Цель изобретения - повышение эффективности процесса за счет улучшения качества подготовки массива. The purpose of the invention is to increase the efficiency of the process by improving the quality of the preparation of the array.

Поставленная цель достигается тем, что в способе, включающем бурение тампонажных скважин по контуру массива, введение рассола и закачку тампонажного раствора, введение рассола осуществляют поочередно, в каждую скважину. Через соседнюю скважину осуществляют откачку рассола. Закачку тампонажного раствора производят после стабилизации концентрации откачиваемого рассола. Введение рассолов поочередно в каждую скважину позволяет добиться более качественной проработки массива (очистка ото льда) за счет того, что закачка рассолов в предыдущую скважину образует ореол растекания их, ограничивающий движение рассолов, заключенных в последующую скважину, и формирующий уклон потока (из-за наличия гидродинамической границы) в сторону непроработанных скважин. This goal is achieved by the fact that in the method, including the drilling of cement wells along the contour of the array, the introduction of brine and injection of cement slurry, the introduction of brine is carried out alternately in each well. Brine is pumped out through a neighboring well. The grouting solution is injected after stabilization of the concentration of the pumped brine. The introduction of brines in each well in turn allows achieving a better development of the massif (cleaning from ice) due to the fact that pumping brines into the previous well forms a halo of their spreading, restricting the movement of brines enclosed in the subsequent well, and forming a flow slope (due to hydrodynamic boundary) towards untreated wells.

Откачка рассолов из соседней скважины формирует более направленный поток рассолов из закачной скважины, повышает эффективность проработки массива за счет повышения скорости фильтрации рассолов и, следовательно, их разъедающей способности, способствует более эффективному обновлению рассолов на фронте взаимодействия их со льдом в трещинах, что также повышает качество проработки массива. Pumping brines from a neighboring well forms a more directed flow of brines from the injection well, increases the efficiency of processing the array by increasing the filtration rate of brines and, therefore, their corrosive ability, contributes to a more efficient renewal of brines at the front of their interaction with ice in cracks, which also improves the quality elaboration of the array.

При стабилизации состава (минерализации) откачиваемой воды с характеристиками, равными закачиваемому рассолу, проработку массива прекращают. При этом в трещинах массива между скважинами не остается льда. После прекращения проработки массива в него закачивают специальный раствор, устойчивый к агрегативным рассолом и низкам температурам. Pаствор заполняет очищенную ото льда узкую зону, цементируя трещины даже с малым раскрытием на пределе проникающей способности тампонажного раствора, что повышает эффективность процесса. When stabilizing the composition (mineralization) of the pumped water with characteristics equal to the injected brine, the development of the array is stopped. In this case, ice does not remain in the cracks of the massif between the wells. After the termination of the study of the array, a special solution is pumped into it, resistant to aggregate brine and low temperatures. The solution fills a narrow zone cleared of ice, cementing cracks even with a small opening at the penetration limit of the cement slurry, which increases the efficiency of the process.

П р и м е р. Токсичные рассолы, поступающие в карьер одного из алмазных месторождений, откачиваются и подаются по рассолопроводу на участок захоронения дренажных вод в трещиноватый массив многолетнемерзлых пород. PRI me R. Toxic brines entering the quarry of one of the diamond deposits are pumped out and pumped through the brine pipe to the drainage water burial site into a fractured massif of permafrost.

Методами наземной геофизики (МПП) и предварительной разведкой определена существенная анизотропия трещиноватости потенциального коллектора, подошва которого залегает на глубине 250-300 м, Ширина участка сброса (зоны трещиноватости) составляет 500 м. Significant anisotropy of fracturing of a potential reservoir, the sole of which lies at a depth of 250-300 m, is determined by ground-based geophysics (MPP) and preliminary exploration, and the width of the discharge section (fracture zone) is 500 m

Чтобы предотвратить быстрое растекание захороняемых рассолов в направлении наибольшей трещиноватости, вкрест ее сооружается противофильтрационная завеса (ПФЗ). To prevent the rapid spreading of buried brines in the direction of greatest fracturing, an anti-filtration curtain (PFZ) is constructed across it.

На фиг.1 изображена схема осуществления способа. Figure 1 shows a diagram of the implementation of the method.

Бурятся скважины 1, 2, 3 до кровли относительного водоупора (глинистый плотный доломит) шагом 20 м. Так как трещины ММП заполнены льдом, то в каждую скважину поочередно осуществляют введение рассола. Для этого на скважине 1 монтируется система подачи рассолов 4, а в скважине 2 - погружной насос 5 с вентилем 6 на водоотводящей системе. Wells 1, 2, 3 are drilled to the roof of the relative confining depth (clay dense dolomite) with a pitch of 20 m. Since the IMF cracks are filled with ice, brine is introduced into each well in turn. For this purpose, a brine supply system 4 is mounted on well 1, and in well 2, a submersible pump 5 with valve 6 on the drainage system.

Спустя некоторое время после подачи рассола в скважину 1 он появляется в скважине 2, над насосом, 7 - уровень рассолов. Включают насос 5 и производят откачку рассолов, в результате чего в пласте-коллекторе образуется направленный поток рассолов 8. В связи с тем, что в процессе движения рассола по трещинам происходит растворение в них льда, откачиваемый рассол имеет минерализацию меньше, чем закачиваемый. С помощью вентиля 6 на водоотводящей системе периодически отбирают пробы рассола, определяют его концентрацию. Some time after the brine is fed into well 1, it appears in well 2, above the pump, 7 — the level of brines. Pump 5 is turned on and brines are pumped out, as a result of which a directed flow of brines 8 is formed in the reservoir. Due to the fact that ice is dissolved in the brine through cracks, the pumped brine has less salinity than the pumped one. Using valve 6 on the drainage system, brine samples are periodically taken and its concentration is determined.

На фиг.2 изображено изменение концентрации рассолов во времени, где 1 - минерализация закачиваемого рассола, 2 - минерализация откачиваемого рассола, t_к - момент конца обработки.Figure 2 shows the change in the concentration of brines over time, where 1 is the salinity of the injected brine, 2 is the salinity of the pumped brine, t _to - the end of processing.

После стабилизации концентрации (когда она станет примерно равной минерализации закачиваемого рассола), систему закачки - откачки демонтируют и переносят на соседние скважины, систему закачки - на скважину 2, систему откачки - на скважину 3. На скважину 1 монтируют нагнетательное оборудование и подают расчетное количество тампонажного раствора, достаточное для перекрытия более половины расстояния между тампонируемыми скважинами. After stabilization of the concentration (when it becomes approximately equal to the salinity of the injected brine), the injection system - pumping is dismantled and transferred to neighboring wells, the injection system - to well 2, the pumping system - to well 3. Pumping equipment is mounted on well 1 and the estimated amount of grouting is supplied a solution sufficient to cover more than half the distance between the plugged wells.

Контроль качества протампонированности осуществляют специальными гидродинамическими (опытные нагнетания рассолов в хранилищах, режимные наблюдения и т. п. ) и миграционными (запуск индикатора вкрест простирания ПФЗ - дуплетный опыт) методами. The quality of the protamponation is controlled by special hydrodynamic (experimental injection of brines in storage, regime observations, etc.) and migration (using the cross-strike indicator PFZ - doublet experiment) methods.

Преимущества заявляемого технического решения по сравнению с прототипом: повышение качества сооружаемой тампонажной завесы за счет более полного заполнения тампонируемого массива по профилю ПФЗ тампонажным раствором; более экономичное расходование тампонажного раствора за счет тампонажа узкой зоны, свободной ото льда, образующейся с помощью дуплетного движения рассола; повышение экологической безопасности окружающей среды за счет повышения качества сооружаемой тампонажной завесы и предотвращения движения захороняемых рассолов в экологических направлениях. The advantages of the proposed technical solution in comparison with the prototype: improving the quality of the cement slab being constructed due to a more complete filling of the plugged massif along the PFZ profile with cement slurry; more economical consumption of grouting mortar due to the grouting of a narrow zone, free from ice, formed by the doublet movement of the brine; improving the environmental safety of the environment by improving the quality of the grouting curtain being constructed and preventing the movement of buried brines in environmental directions.

Claims

METHOD FOR CREATING AN IMFILTRATION CURTAIN IN MULTI-FROZEN CRYOLITZONE ROCKS, including drilling of cement wells along the contour of the array and pumping brine and grouting mortar into them, characterized in that the brine is pumped into each well after it is pumped through each well after it is pumped through each well stabilization of the concentration of pumped brine into the wells after pumping brine into them.