|
Научная конференция ЛОМОНОСОВСКИЕ
ЧТЕНИЯ
Апрель 2003 года, Секция ГЕОЛОГИЯ,
Подсекция: Актуальные проблемы инженерно-геологических,
гидрогеологических и геоэкологических исследований и возможности их решения
современными геофизическими методами.
А.А. Куваев,
Е.С. Бедина
При прогнозе миграции промышленных
рассолов, удаляемых в глубокие пластовые системы, могут быть выделены 2 этапа,
характеризующиеся различным гидрогеодинамическим режимом. Первый этап связан
непосредственно с закачкой рассолов, сопровождающейся созданием высоких избыточных
давлений в пластах-коллекторах. Формирующиеся при этом латеральные и вертикальные
градиенты напоров на порядки превышают естественные. Гидродинамическое поле
геофильтрационного потока и, соответственно, распространение удаляемых отходов
в подземном потоке в таких условиях определяются преимущественно режимом инъекции
и гидрогеохимическими процессами в системе "удаляемые отходы - пласт-коллектор".
Второй этап начинается после прекращения инъекции и сравнительно быстрого восстановления
поля пластовых давлений. Миграция удаленных отходов на данном этапе происходит
в условиях естественного гидрогеодинамического поля, т.е. при весьма малых градиентах
напоров. В таких условиях существенную роль играет свободная плотностная конвекция,
вызванная различием плотности удаляемых отходов и подземных вод.
В качестве объекта исследований
рассмотрен полигон глубинного захоронения отходов Сибирского химкомбината (г.
Томск), на котором осуществляется удаление рассолов с минерализацией от 20 до
200 г/л. Актуальность проблемы в рассматриваемом случае связана с тем, что в
непосредственной близости от полигона из вышележащих водоносных горизонтов осуществляется
централизованный отбор подземных вод для хозяйственно-питьевых целей. Прогнозные
геомиграционные расчеты выполнялись ранее для данного объекта с использованием
традиционной модели гидродинамической дисперсии без учета плотностных эффектов
[1]. Они, в частности, показали, что вследствие
эффекта гидродинамической дисперсии, обусловленного макро-неоднородностью экранирующих
глинистых пластов, возможно проникновение солевого загрязнения в вышележащие
эксплуатируемые водоносные горизонты.
Проведенные нами вычислительные
эксперименты показали, что при восходящем направлении фильтрационного потока
более плотной жидкости гидродинамическая дисперсия подавляется вследствие стабилизирующего
влияния плотностной конвекции [2]. Солевые пальцы, формирующиеся по зонам повышенной
проницаемости фильтрационной среды, сглаживаются за счет возникающих местных
латеральных плотностных потоков, выравнивающих фронт. Дисперсия границы раздела
флюидов различной плотности в таком случае может происходить только за счет
молекулярной диффузии, что существенно ограничивает возможности восходящей миграции
захороненных рассолов.
В ходе исследования авторами были
рассмотрены следующие численные модели: 1) региональная планово-пространственная
гидрогеодинамическая модель, воспроизводящая условия инъекции в течение расчетного
срока работы полигона, а также после ее прекращения; 2) локальная трехмерная
геомиграционная модель-врезка, прогнозирующая распространение рассолов после
прекращения инъекции с учетом плотностных эффектов.
При моделировании использовался
программный комплекс PMWIN [3], позволяющий
решать на сетке систему сопряженных уравнений фильтрации и массопереноса. Расчет
конвективного массопереноса на модели поводился с использованием метода характеристик,
обеспечивающего минимальную численную дисперсию фронта мигранта. Прогнозные
расчеты, проведенные на модели-врезке с учетом плотностных эффектов на срок
300 лет с момента прекращения инъекции, показали, что захороненный более плотный
рассол собирается в нижней части пласта-коллектора и растекается по кровле подстилающего
экранирующего пласта. Размеры зоны растекания в плане существенно превышают
перемещение рассола в естественном латеральном потоке за рассматриваемый промежуток
времени. Таким образом, плотностная конвекция препятствует восходящей миграции
захороненных отходов, приводя в то же самое время к более интенсивной их латеральной
миграции в пластах-коллекторах. Результаты выполненных исследований являются
весьма важными для прогнозирования долговременной миграции и обоснования мониторинга
удаленных отходов.
Работа выполнена при поддержке INTAS
(проект N 99-1810).
Библиография
1. Shestakov V.M., Kuvaev A.A., Lekhov A.V., Pozdniakov S.P.,
Rybalchenko A.I., Zubkov A.A., Davis P.A., Kalinina E.A.
Flow and transport modeling of liquid radioactive waste injection using data
from the Siberian Chemical Plant Injection Site // Environmental Geology (2002)
42:214-221.
2. Куваев А.А.
Геофильтрационные модели потоков подземных вод переменной минерализации. Автореф.
докт. дис. М., 2002.
3. Chiang W.H., Kinzelbach W. 3D-Groundwater
Modeling with PMWIN. Springer-Verlag, Berlin-Heidelberg, 2001, 346 p.
|
