 |
 |
 |
 |
ных пород, что создает предпосылки для их деформации. Вместе с тем при устанавливаемых режимах нагнетания отходов эти изменения весьма малы и не приводят к значимому смещению толщ пород. Так, при нагнетании отходов при давлении 2,0 МПа в пласт-коллектор, залегающий на глубинах 400 м с глубиной статического уровня подземных вод 20 м, при близких плотностях отходов и подземных вод увеличение естественного пластового давления пласта-коллектора в непосредственной близости от нагнетательной скважины не превы-сиг 15-20%. Относительное приращение пластового давления уменьшается по радиусу от скважины пропорционально логарифму расстояния. Для глубокозалегающих коллекторов, содержащих высокоминерализованные воды, в которые нагнетаются отходы с малым солесодержанием, изменение естественного пластового давления будет меньше на 0.5-1 порядок.
Известны уравнения, описывающие влияние напряженно-деформированного состояния на консолидацию пород, залегающих выше проницаемых горизонтов, используемых для отбора воды или нагнетания растворов, развития деформаций и перемещений [56]. Имеются методы их решения, позволяющие с той или иной степенью приближения получить оценки возможных геодинамических явлений.
Как показывают расчеты, изменения положения поверхности, обусловленные изменением пластового давления, характеризуются долями миллиметра и затухают в интервалах выше первых сотен метров над пластом-коллектором, в связи с чем могут быть зафиксированы на поверхности при нагнетании отходов большей частью только в неглубокозалегающие горизонты.
Реакция положения поверхности на развитие купола репрессии существенно запаздывает и также может быть оценена по известным формулам. Время запаздывания, в зависимости от глубины коллектора и развиваемого давления, составляет от нескольких лет до сотен лет.
В осадочных комплексах, пригодных для захоронения жидких РАО, как правило имеются горизонты пород, обладающие в той или иной степени не учитываемыми при геодинамических расчетах пластичными свойствами, благодаря которым проявления изменения напряженного состояния геологической среды будут минимальны и практически не ощутимы.
При захоронении отходов регламентируются давления нагнетания, которые не должны быть выше давления гидроразрыва, изменяющего структуру пласта-коллектора и положение его пород.
Известны случаи опускания поверхности при интенсивном водопонижении, обусловленные несоизмеримо большими объемами извлекаемых вод, чем нагнетаемых отходов, сработкой уровней и осушением верхних зон неглубокозалегающих водоносных горизонтов и связанным с этим изменением инженерно-геологических свойств пород. Геодинамические явления и вызванная сейсмичность возникают при нагнетании вод под высоким давлением непосредственно в зоны тектонических нарушений, контактирующие блоки которых сложены скальными породами, находящимися в напряженном состоянии, т. е. в сейсмически активных областях и в зонах активных разломов, где захоронение жидких РАО обычно не проводится.
Радиоактивный распад нуклидов-компонентов жидких РАО сопровождается выделением энергии и увеличением температуры геологической среды, вмещающей отходы. Определенные опасения вызывал разогрев пласта-коллектора до значений, превышаюпщх температуру парообразования, что существенно осложнило бы проведение захоронения и создало предпосылки аварийных ситуаций.
Как показали предварительные расчеты при обосновании глубинного захоронения жидких РАО, высокий разогрев может возникнуть при захоронении высокоактивных отходов с активностью продуктов деления более нескольких Ки в литре. В то же время температура парообразования в пластовых условиях из-за гидростатического давления выше и составляет, например, для глубин 300 м около 220°, С.
Для среднеактивных отходов температура не превысит нескольких десятков градусов и для низкоактивных отходов практически может быть не замечена.
В таблице 3.12 приведены энерговыделения основных компонентов РАО для характерного состава отходов и различных периодов времени после образования и захоронения отходов. В таблице 3.13 дана сравнительная характеристика энерговыделения жидких РАО, направляемых на захоронение и отвержденных высокоактивных, которые предполагается направлять на захоронение в слабопроницаемые геологические формации. Как показывают эти данные, энерговыделение со временем уменьшается, а энерговыделения отвержденных РАО на 2 - 3 порядке вьшю, чем захораниваемых в жидком виде.
Первоначально теплофизические расчеты вьшолнялись по упрощенной схеме (задача теплопроводности стержня). В последующем были получены аналитические решения уравнения теплопроводности и выполнены конечно-разностные расчеты для условий, максимально приближенных к реальным.
Таблица 3.12
Энергетическая характеристика РАО (1 Ки/л)
Нуклид | Период полураспада материнского нуклида, годы | Энергия на активность распада, мэВ | Относительное содержание, % | Энерговыделение Вт/м | |||
4. 5. 6. | Стронций + итрий-90 Цирконий + ниобий-95 Рутений-i-родий-106 Цезий + барий-137 Цезий-134 Церий + празеодим-144 Прометий-147 | 29,12 0,18 1,01 30 2,06 0,78 2,62 | 1,126 1,655 1,615 0,745 1,72 1,34 0,064 | 23 1 9 24 | 0,79 0,04 1,07 0,31 0,46 0,98 0,01 | 0,77 <0,01 0,54 0,30 0,33 0.4 <0,01 | 0,60 0,24 0,01 ~0 |
3,66 | 2,35 | 0,85 | |||||
Таблица 3.13
Эиерговыделение РАО различного типа
Вид отходов | Активность, | Энерговыделение, | Вт/м | |
Ки/л | 1 год | 10 лет | ||
Низкоактивные | 3,6610- | 2,35-10- | 0,875 10- | |
Среднеактивные | 3,6610- | 2,3510- | 0,857-10- | |
Высокоактивные | 3,66 | 2,35 | 0,857 | |
Высокоактивные | 1830,0 | 1175,0 | 428,5 | |
(отвержденные) | ||||
Как показывают результаты расчётов, выполненных с учетом движения источников эперговыделения в пласте-коллекторе, явлений гидравлической дисперсии, накопления и задержки нуклидов в породах, кинетических явлений, кондуктивного теплопереноса по радиусу, по вертикали и т.д., температура разогрева пласта в наибольшей степени зависит от энерговыделения отходов и активности в единице объема пласта-коллектора и, соответственно, накопления нуклидов в породах, нуклидного состава, могцности пласта-коллектора. Расход нагнетания влияет, в основном, на положение максимума разогрева в пласте-коллекторе относительно скважины.
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