 |
 |
 |
 |
которые могут быть использованы для построения линий токов пластовой жидкости и являются основой для расчетов распространения отходов.
Рассчитываемые поля напоров на основании данных геолого-разведочных работ, как правило, несколько отличаются от тех, которые будут получены при реальном нагнетании отходов. Это обусловлено неизбежной неопределенностью исходных данных, ошибками интерполяции и осреднения. Как показывает практический опыт, существенное влияние оказывает несовершенство нагнетательной скважины по характеру вскрытия пласта, приводящее иногда к существенной потере напора в фильтре скважины и в прифильтровой зоне. В связи с этим после сооружения эксплуатационных скважин выполняются длительные нагнетания воды, сопровождающиеся наблюдениями за пьезометрической поверхностью подземных вод в контрольных скважинах, на основании которых путем решения обратных задач осуществляется корректировка моделей пласта-коллектора, проводятся уточненные прогнозные расчеты напоров и сеток течений.
При необходимости могут использоваться модификации известного уравнения фильтрации, учитывающие взаимодействия между горизонтами, их макронеоднородность и другие факторы.
После окончания нагнетания отходов происходит уменьшение напоров в центральной области купола репрессии в результате перераспределения напора на значительные площади. Снижение избыточных напоров в нагнетательньгх скважинах ниже поверхности земли происходит в зависимости от фильтрационных характеристик пласта, обьемов и длительности нагнетания от нескольких суток до месяцев. При нагнетании малосолесодержащих отходов в пласты с минерализованными водами подпор на устье скважин остается и после окончания нагнетания отходов.
Распространение и миграция отходов и их компонентов в пласте-коллекторе определяются создаваемым и естественным полем напоров, объемами и режимами нагнетания, емкостными свойствами пласта, его неоднородностью, процессами физико-химических взаимодействий в системе отходы-породы-пластовые воды. Под влиянием развиваемого градиента напора отходы поступают из ствола скважины через ее фильтр в пласт-коллектор, заполняют норовое пространство, вытесняя подземные воды и частично смешиваясь с ними.
В результате в пласте-коллекторе образуется «залежь» отходов, в краевых частях которой находится зона дисперсии (смешения) отходов и пластовых вод. Вследствие протекания
физико-химических процессов в системе отходы - породы- подземные воды состав отходов в поровом пространстве изменяется из-за перехода компонентов отходов в твердую фазу в виде сорбата на породах и образующихся осадках, собственно осадков. Изменяются кислотно-основные характеристики фильтрата отходов, значение рН приближается к естественному, что также способствует осадкообразованию (см. р. 3.3).
Наибольшее накопление нуклидов в породах пласта-коллектора происходит обычно вблизи нагнетательных скважин. В краевых частях залежи отходов находятся, в основном, компоненты, не взаимодействующие с породами, и собственно воды отходов.
Происходит диффузия компонентов отходов в породный скелет пласта-коллектора, подстилающих и перекрывающих водоупоров.
После окончания нагнетания отходов смещение компонентов отходов происходит под воздействием естественного движения подземных вод (см. рис. 8).
Для описания процессов распространения и миграции компонентов РАО в пластах-коллекторах используется плановая двумерная модель массопереноса, учитывающая конвективный перенос, гидравлическую дисперсию, радиоактивный распад. Взаимодействие нуклидов с геологической средой учитывается введением эффективной (кажущейся) пористости, зависящей от коэффициента межфазного распределения (см. р. 3.3) [47, 51, 55]. Аналогичные приемы используются для учета неравновесности сорбционных процессов (частично необратимая сорбция).
Уравнения массопереноса решаются методом конечных разностей, но при этом возникает проблема следующего характера. Основную погрешность в численное решение этим методом вносит конечно-разностная аппроксимация конвективных членов уравнения массопереноса (так называемая «численная дисперсия»). При небольших числах Пекле возможно использование традиционных аппроксимаций конвективных членов. Но при больших числах Пекле и в случаях высокой токсичности загрязнений, когда необходимо отслеживать уровни загрязнений порядка 10"- 10"° в относительных концентрациях, влияние численной дисперсии особенно существенно. Основным способом увеличения точности решения в этом случае является уменьшение шага разбивки пространственной сетки, что приводит к резкому увеличению затрат ресурсов ЭВМ. Для уменьшения численной дисперсии без значительного увеличения затрат ресурсов ЭВМ предлагается модификация конечно-разностного метода, в котором конвекция и дисперсия рассматриваются раздельно.
Уравнение дисперсии (без конвективных членов) решается на двумерной разностной сетке (основной), а двумерное уравнение конвективного переноса сводится к одномерному уравнению в пределах каждой ячейки основной сетки. За счет такого сокращения размерности можно значительно уменьшить пространственный шаг дискретизации конвективного члена для увеличения точности решения задач без резкого возрастания затрат памяти ЭВМ и времени.
Параметры, входяпдие в уравнения, определяются по данным геолого-разведочных и опытных работ, лабораторных исследований.
Приведенная методика расчетов распространения отходов и миграции их компонентов была использована при прогнозировании процессов и последствий захоронения жидких РАО Сибирского химического и Горно-химического комбинатов. Некоторые результаты приведены в гл. 5, посвященной анализу и комплексной оценке безопасности эксплуатации действующих полигонов.
Решение системы уравнений конечно-разностным методом весьма сложно и требует значительных затрат машинного времени. Для ориентировочных расчетов могут быть использованы упрощенные выражения, приведенные в вышеназванной литературе.
Различие плотностей нагнетаемых отходов и подземных вод приводит к образованию наклонной границы фронта поршневого вытеснения (в вертикальной плоскости), что в целом увеличивает контур распространения отходов. Известны расчетные формулы для оценки ширины проекции наклонной границы на горизонтальную плоскость, которые, однако, не учитывают дисперсионные явления.
Ширина проекции наклонной границы увеличивается с ростом разности удельных весов контактирующих отходов и пластовых вод, дисперсионные явления уменьшают эту разность в зоне смешения отходов и вод в связи с уменьшением плотностного градиента при смешении вод и отходов. В работе [55] также указывается на существование обратно пропорциональной зависимости между шириной плотностной наклонной границы и шириной зоны дисперсии.
В институте ВНИПИпромтехнологии Г. А. Окуньковым была составлена программа для прогнозных расчетов миграции отходов в условиях синклинального залегания слоев с учетом различия плотностей (плотностной конвекции), гидравлической дисперсии, вязкости. Результаты расчетов приведены в р. 5.2. Как следует из сопоставления результатов с учетом и без учета плотностных эффектов, этот фактор оказывает
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 [ 36 ] 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84