V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Во время прохождения производственной практики на карьере трубки Ботуобинская (АК «Алроса», МГРЭ) в 2012 году, мною был собран материал по решению проблемы захоронения высокоминерализованных дренажных вод в коллекторские геологические структуры в специфичных условиях северных широт и вечной мерзлоты на территории Якутии.

Высокоминерализованные воды нельзя сбрасывать в поверхностные водные объекты, также крайне нежелательно организовывать так называемые хвостохранилища этих вод, из-за вероятности утечек или каких-либо контактов с окружающей средой, что в свою очередь может привести к экологической катастрофе. Поэтому, для сохранения окружающей среды, было принято решение о закачке данных дренажных вод в полном объеме в гидрогеологические структуры.

Актуальность данного вопроса связана еще и с расширением разведки и добычи полезных ископаемых как вглубь, так и территориально в более труднодоступные места, что неизбежно приведет будущих проходчиков и горняков к контакту с данным типом высокоминерализованных вод.

В современном структурно-тектоническом плане исследуемый район занимает юго-восточный склон Анабарской антеклизы и северо-западный борт Вилюйской синеклизы. Геолого-стратиграфический разрез изучен до глубины 1100 м. В составе осадочного чехла скважинами вскрыты верхнекембрийские, нижнеордовикские, юрские и четвертичные отложения, а также среднепалеозойские магматические образования трапповой и кимберлитовой формаций.

По отношению подземных вод к многолетнемерзлым породам выделяются надмерзлотные, межмерзлотные и подмерзлотные. Надмерзлотные воды сезонно-талого слоя рыхлых отложений четвертичного возраста существуют сезонно: май-сентябрь, воды по минерализации ультрапресные (0,05-0,3 г/л.). Межмерзлотный верхнекембрийский водоносный комплекс имеет спорадическое распространение. По химическому составу воды хлоридные магниево-кальциевые, по минерализации (до 162 г/л) – рассолы, обладающие слабой щелочной реакцией и агрессивностью по отношению к металлам и бетону. Подмерзлотный верхнекембрийский водоносный комплекс имеет повсеместное распространение. По химическому составу воды относятся к хлоридным кальциевым рассолам с минерализацией до 368г/л. Для рассолов второго и третьего водоносных комплексов и проводились работы по поиску и обоснованию гидрогеологических структур в качестве пластов-коллекторов, принимающих высокоминерализованные воды.

Поиски структур для закачки дренажных вод проводились в непосредственной близости месторождений с учетом экологической защиты значимых объектов и существующей застройки (в радиусе 5-10 км). В ходе этого этапа исследований выявлен наиболее перспективный для закачки указанных дренажных вод Ботуобинский участок и достаточно достоверно доказана принципиальная возможность эксплуатации многолетнемерзлых пород на этом участке в качестве поглощающего пласта-коллектора.

Для оценки величины свободной емкости многолетнемерзлых пород Ботуобинского участка выполнено бурение 2 контрольно-разведочных скважин глубиной по 205 м. и одной нагнетательной скважины глубиной 210 м. с комплексом геофизических и гидрогеологических исследований (выполнен длительный кустовой налив); выполнены электроразведочные работы (для выявления пространственных и временных закономерностей развития техногенного талика в массиве многолетнемерзлых пород) по двум профилям: вдоль простирания Ботуобинского разлома и вкрест простирания Ботуобинского разлома.

Основной задачей проведенных работ являлось: изучение фильтрационных и ёмкостных свойств пород и оценка приёмистости скважин в интервалах зоны многолетнемерзлых пород на участке Ботуобинский и определение дальнейшего направления опытно-промышленных работ в пределах перспективного участка в зоне Ботуобинского разлома.

По результатам проведенных исследований, участок Ботуобинский признан перспективным для закачки дренажных вод и был рекомендован в дальнейшем для длительных исследований опытно-промышленного характера. Поэтому, основной задачей настоящих работ являлось доизучение гидрогеологической структуры (тектонического узла пересечения Ботуобинского и Широтного разломов) для получения исходных данных для постановки в дальнейшем опытно-промышленных работ по закачке дренажных вод и проведения необходимых прогнозных расчетов. Для решения поставленной задачи выполнено бурение 2-х дополнительных скважин и выполнен кустовой налив (время налива от 7,7 до 31сут) рассолов в массив ММП. Общий объём закачиваемых рассолов 5609 м³.

Пористые и кавернозные известняки вскрыты в интервале глубин 129-150 м. Каверны заполнены льдом, иногда частично кристаллами кальцита. Их размеры варьируют от 0,2-0,3 до 1,0-3,0 см. в диаметре. Мёрзлые породы рассматриваемого интервала имеют трещинные, пластово-трещинные, пластово-трещинно-поровые, пластово-трещинно-карстовые и карстовые криогенные текстуры.

По результатам опытного налива предварительно поглощающий пласт располагается в интервале 143,0-148,0м с эффективной мощностью 4,0 м и представленным известняками средне- мелкозернистыми кавернозными неравномерно глинистыми. Расчётный коэффициент фильтрации 0,2 м/сут. Рассчитанный коэффициент приёмистости скважины на данном этапе не превышает 13,0 м³/час. Фильтрационно-емкостные характеристики по данным проведенных гидрогеологических исследований хорошие, что позволяет использовать данный пласт в качестве структуры для закачки дренажных вод. Выполненные опытные наливы рассолов показали высокую приемистость и свободную емкость в этом интервале.

Полученные материалы показали, что в зоне Ботуобинского разлома может произойти существенная смена характера трещиноватости что, соответственно, должно сказаться на ёмкостных свойствах массива. При этом изменения отмечаются как по горизонтали (по простиранию разломной зоны), так и в вертикальном направлении (вниз по разрезу). В последнем случае, скорее всего, следует ожидать изменение мощности или глубины залегания “рабочего“ интервала. В реальных условиях в ходе постоянной закачки техногенных рассолов в массив, сложенный преимущественно терригенно-карбонатными породами, в околоскважинном пространстве возможно выщелачивание кальция и доломита, относительно которых растворы недонасыщены, и перевод их в жидкую фазу. При этом, весьма вероятно увеличение пористости среды и улучшение коллекторских свойств горных пород.

Оценка величины свободной емкости многолетнемерзлых пород Ботуобинского участка, выполненная на основе опытных наливов, показывает его высокую обеспеченность для приема дренажных рассолов. Ёмкостные показатели структуры участка могут существенно возрасти при опытно-промышленной закачки высокоминерализованных вод за счет более интенсивного выщелачивания трещинно-порового льда в толще многолетнемерзлых пород и возможных перетоков в ниже залегающий межмерзлотный верхнекембрийский водоносный комплекс.

Во избежание негативных явлений на участке в процессе дальнейших работ необходимо выполнять контроль за состоянием недр. Последний должен включать в себя комплекс мероприятий, направленных на получение объективной информации о процессах, происходящих в пласте-коллекторе при наливе.

Контроль состояния недр включает: гидродинамический контроль – определение полей напоров в пласте-коллекторе и водоносном комплексе; гидрогеохимический контроль – определение состава подземных вод, дренажных вод и физико-химических показателей, характеризующих процесс захоронения; геофизический контроль – определение изменений физических полей в недрах в результате захоронения, в том числе температуры, электросопротивления пластовых жидкостей; контроль технического состояния скважин – с целью выявления предпосылок развития осложнений или аварий: ухудшение затрубной изоляции, нарушения герметичности обсадных колонн, образования ледяных пробок, снижения фильтрационных свойств пластов-коллекторов.

Литература:

1. Смирнов С. И. Происхождение солёности подземных вод седиментационных бассейнов, М., 1971.

2. Бауэр Е.О., Иост Н.А. и др. «Отчет о проведённых работах по поиску структур для захоронения дренажных вод карьеров трубок Нюрбинская и Ботуобинская в 2006-2008 гг». Фонды МГРЭ.

3. Гидрогеологические исследования для обоснования подземного захоронения промышленных стоков. Под ред. В.А. Грабовникова. М. Недра, 1993.

4. Веригин Н.Н. и др. Гидродинамические и физико-химические свойства горных пород. М. Недра, 1977.

5. Алексеев С.В. Криогидрогеологические системы Якутской алмазоносной провинции. Новосибирск. Академическое издательство “ГЕО”, 2009.

6. Иост Н.А. «Отчет о результатах бурения контрольно-стволовых скважин КСС-1 и КСС-2 с комплексом гидрогеологических и геофизических исследований в районе трубок Ботуобинская и Нюрбинская в 2006-2007 гг», (объект Шахтный) 2008. Фонды МГРЭ.

7. Отчёт о научно-исследовательской работе “Изучение криогенного строения многолетнемёрзлых пород на Ботуобинском полигоне захоронения дренажных вод карьера трубки Нюрбинская в 2010 г. “По договору с МГРЭ АК “АЛРОСА”, № Д-9-2010 от 10.03.2010г. ИЗК СО РАН. Фонды МГРЭ.

Код для цитирования: Скопировать