Геомеханическое обоснование экологической безопасности подземных хранилищ, созданных ядерными взрывами в отложениях каменной соли
В соляно-купольных структурах, окруженных более жесткими породами, начальное напряженное состояние массива является неравнокомпо-нентным с коэффициентом бокового распора 0.38, что практически не отличается от коэффициента бокового распора 0.43 пластовых залежей, соответствующего гипотезе А. Н. Динникав этих условиях после подземного ядерного взрыва в каменной соли образуется полость и область… Читать ещё >
Содержание
- 1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ТЕМЕ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ДИССЕРТАЦИИ
- 1. 1. Краткий анализ технологии сооружения и эксплуатации подземных резервуаров, созданных камуфлетными взрывами в глинистых породах
- 1. 2. Анализ существующего опыта сооружения и эксплуатации подземных резервуаров, созданных камуфлетными ядерными взрывами в каменной соли
- 1. 3. Анализ существующих геомеханических исследований по оценке длительной устойчивости подземных резервуаров, созданных камуфлетными ядерными взрывами в каменной соли
- 1. 4. Анализ существующих исследований радиационной обстановки на объектах, созданных камуфлетными ядерными взрывами
- 1. 5. Постановка задач исследований
- 2. АНАЛИЗ ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ СООРУЖЕНИИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПОДЗЕМНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ
- 2. 1. Анализ начального напряженного состояния соляного массива
- 2. 2. Анализ геомеханических процессов в соляном массиве на стадии гидродинамического воздействия ядерного взрыва
- 2. 3. Анализ геомеханических процессов в соляном массиве на стадии статического последействия ядерного взрыва
- 2. 4. Анализ геомеханических процессов в соляном массиве при различных величинах противодавления наполнителя в подземной емкости
- 3. РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ГЕОМЕХАНИЧЕСКОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ И ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПОДЗЕМНЫХ ХРАНИЛИЩ, СОЗДАННЫХ ЯДЕРНЫМИ ВЗРЫВАМИ В ОТЛОЖЕНИЯХ КАМЕННОЙ СОЛИ
- 3. 1. Технологические режимы и сопровождающие их геомеханические процессы
- 3. 2. Оценка возможных каналов миграции радионуклидов и степени их экологической безопасности
- 3. 3. Рекомендации по обеспечению геомеханической стабилизации и экологической безопасности технологических режимов
- 3. 4. Оценка возможных деформаций земной поверхности при реализации технологических режимов
- 4. РАЗРАБОТКА И РЕАЛИЗАЦИЯ РАДИАЦИОННОГО МОНИТОРИНГА
- 4. 1. Разработка радиационного мониторинга
- 4. 2. Реализация и анализ результатов радиационного мониторинга на технологических площадках подземных емкостей
- 4. 3. Реализация и анализ результатов радиационного мониторинга на территории Астраханского ГКМ
Геомеханическое обоснование экологической безопасности подземных хранилищ, созданных ядерными взрывами в отложениях каменной соли (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Актуальность работы. Доля газонефтепродуктов составляют до 80% в топливно-энергетическом балансе России. Вместе с тем, для территории России характерна географическая разобщенность районов добычи и максимального потребления газонефтепродуктов, а также неравномерный характер потребления, что требует их резервирования. При значительных объемах хранения и повышенных требованиях к надежности и экологической безопасности, а также с учетом экономической эффективности подземные хранилища являются более перспективными по сравнению с традиционными металлическими резервуарами, о чем свидетельствует накопленный мировой опыт.
В послевоенный период в отечественной и зарубежной практике подземного резервуаростроения появилась новая технология — сооружение хранилищ подземными ядерными взрывами в отложениях каменной соли. Технико-экономические оценки показывают, что затраты на сооружение 1 м подземного резервуара по этой технологии снижаются с увеличением мощности заряда и для мощности 100 — 500 кт составляют 8−3 долл. США, что значительно ниже затрат по другим технологиям. При этом доля эксплуатационных затрат в общем балансе несколько выше.
Последнее объясняется тем, что основные технические и экологические проблемы при ядерно-взрывной технологии возникают не при создании подземных резервуаров, а при их эксплуатации, консервации и последующей ликвидации в случае необходимости, о чем свидетельствует отечественный опыт функционирования созданных по ядерно-взрывной технологии подземных хранилищ на объектах «Магистраль», «Сапфир» и «Вега» на Оренбургском и Астраханском газоконденсатных месторождениях. Повышенная конвергенция и потеря устойчивости выработок-емкостей вследствие быстроразвивающихся геомеханических процессов деформирования и разрушения окружающего соляного массива приводят к вытеснению находящегося в выработках радиоактивного наполнителя, что грозит радиоактивным заражением окружающей среды.
В связи с этим возникает актуальная задача научного обоснования технических разработок по обеспечению геомеханической стабилизации и экологической безопасности подземных хранилищ, созданных ядерными взрывами, что будет способствовать решению важных прикладных задач по безопасной эксплуатации, консервации и ликвидации подземных хранилищ газонефтепродуктов.
Цель работы заключается в разработке и научном обосновании рекомендаций по обеспечению геомеханической стабилизации и экологической безопасности подземных хранилищ, созданных ядерными взрывами в отложениях каменной соли.
Основная идея работы состоит в использовании результатов анализа всего предшествующего процесса деформирования и разрушения вмещающего соляного массива при ядерно-взрывном сооружении подземных хранилищ для определения экологически безопасных параметров технологических режимов их эксплуатации, консервации и ликвидации.
Методы исследований включают: анализ существующих теоретических и экспериментальных исследований геомеханических процессов и радиационной обстановки при эксплуатации и консервации подземных резервуаров, созданных по ядерно-взрывной технологиичисленные методы математического моделирования геомеханических процессов вокруг подземных выработок-емкостей при их сооружении и эксплуатацииметоды регрессионного анализа для обработки результатов численного моделирования и разработки рекомендаций по обеспечению геомеханической стабилизации вмещающего соляного массиваэкспериментальные исследования радиационной обстановки в режиме радиационного мониторинга в районе расположения подземных резервуаров, созданных по ядерно-взрывной технологии.
Основные научные положения, разработанные лично соискателем, и новизна:
1. В соляно-купольных структурах, окруженных более жесткими породами, начальное напряженное состояние массива является неравнокомпо-нентным с коэффициентом бокового распора 0.38, что практически не отличается от коэффициента бокового распора 0.43 пластовых залежей, соответствующего гипотезе А. Н. Динникав этих условиях после подземного ядерного взрыва в каменной соли образуется полость и область техногенной трещиноватости, имеющие форму эллипсоидов вращения с соотношением размеров по вертикальной и горизонтальной осям 1.4 для полости и 1.5 для области трещиноватости.
2. Геомеханическое состояние соляного массива, вмещающего выработку-емкость, созданную ядерно-взрывным способом, характеризуется более высоким уровнем геомеханических процессов разрушения и конвергенции вплоть до полной потери ее свободного объема по сравнению с традиционным способом подземного выщелачиванияпоэтому для проектирования технологических режимов эксплуатации, консервации и ликвидации в таких выработках-емкостях наиболее показательным является прогнозирование зависимости свободного объема выработки-емкости от величины противодавления наполнителя и продолжительности технологического режима.
3. Внутритрубное пространство технологических скважин подземных резервуаров, созданных ядерными взрывами в отложениях каменной соли, следует считать в настоящее время наиболее реальным открытым и, вместе с тем, управляемым каналом миграции радионуклидов в окружающую среду, что облегчает задачу по ликвидации подземных емкостей и радиационному контролю, который должен быть организован по системе мониторинга.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в работе, подтверждаются:
— использованием апробированных методов механики деформируемого твердого тела для анализа геомеханических процессов;
— удовлетворительной согласованностью расчетных оценок и экспериментальных замеров конвергенции и объемов разрушения вмещающего соляного массива;
— использованием стандартных методик и экспериментального оборудования для радиационного контроля;
— положительными результатами внедрения радиационного мониторинга на объекте «Вега» Астраханского газоконденсатного месторождения (ГКМ).
Научное значение диссертации состоит в дальнейшем развитии существующих представлений о геомеханических процессах вокруг выработок-емкостей в каменной соли, созданных ядерными взрывами, и сопутствующих им процессах миграции радионуклидов.
Практическая ценность работы заключается в разработке рекомендаций по определению экологически безопасных параметров технологических режимов эксплуатации, консервации и ликвидации подземных емкостей, созданных по ядерно-взрывной технологии, и их радиационному мониторингу.
Реализация выводов и рекомендаций работы состоит в их использовании при разработке «Технико-экономических соображений по выполнению комплексных научно-исследовательских, проектных и ликвидационно-изоляционных работ при закрытии объекта «Вега» и «Рабочего проекта системы радиационного мониторинга на объекте «Вега» на Астраханском ГКМ.
Апробация работы. Основные положения, выводы и рекомендации диссертационной работы докладывались на научно-техническом совете ООО «Подземгазпром» (1999 г., 2000 г., 2001 г.), заседании Круглого стола «Неделя горняка» в МГГУ (2000 г.), кафедре ФГПиП МГГУ (2001 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано три печатных работы.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, содержит список литературы из 70 наименований, 23 рисунка и 34 таблицы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
В диссертации на основании выполненных автором исследований изложены научно обоснованные технические разработки по обеспечению геомеханической стабилизации и экологической безопасности подземных хранилищ, созданных ядерными взрывами, что способствует решению важных прикладных задач по безопасной эксплуатации, консервации и ликвидации подземных хранилищ газонефтепродуктов.
Основные научные выводы и практические результаты заключаются в следующем:
1. Начальное напряженное состояние массива в соляно-купольных геологических структурах является неравнокомпонентным с коэффициентом бокового распора около 0.4 и практически не отличается от начального напряженного состояния пластовых структур.
2. Образующаяся в результате ядерного взрыва область первичной техногенной трещиноватости радиального направления, имеющая эллипсоидальную форму, обладает повышенной деформативностью и пониженной прочностью в приконтурной зонев результате решения обратной геомеханической задачи установлено 50% снижение прочности массива и такое же увеличение его деформируемости в приконтурной зоне.
3. Образующаяся в результате ядерного взрыва первичная эллипсоидальная полость в последующем при отсутствии противодавления наполнителя интенсивно разрушается вплоть до полной потери свободного объема, как это зафиксировано на объекте «Вега», для которого прогнозный срок службы выработок-емкостей без наполнителя составляет 17−20 лет.
4. Наличие наполнителя и создаваемого им противодавления в выработке-емкости меняет картину геомеханических процессов в направлении снижения их интенсивностипрогнозные оценки развития геомеханических процессов для объекта «Вега» показывают, что при величине противодавления в выработках-емкостях около 18 МПа может наступить состояние геомеханической стабилизации.
5. Результирующей характеристикой геомеханических процессов в окружающем выработку-емкость соляном массиве является зависимость величины ее свободного объема от величины противодавления и продолжительности поддержания свободного объема, которая вместе с тем является основной технологической характеристикой, определяющей параметры технологических режимов эксплуатации, консервации и ликвидации подземной емкости.
6. Концепция геомеханической стабилизации и экологической безопасности строится на анализе технологических режимов и сопровождающих их геомеханических процессов, определяющих процессы и каналы миграции радионуклидов в водоносные горизонты и окружающую среду, контроль за состоянием которых должен быть организован по системе радиационного мониторинга.
Список литературы
- Иванцов О.М. Хранение сжиженных углеводородных газов. М., Недра, 1973.
- Смирнов В.И., Голицинский Д. М., Мельников JLJI. Строительство подземных сооружений с использованием камуфлетных взрывов. М., Недра, 1981,215 с.
- Смирнов В.И. Сооружение подземных емкостей камуфлетными взрывами и выбор методов их закрепления/ЛИахтное строительство, 1973, № 2, С. 14−17.
- Евстропов М.А. Взрывные работы в строительстве. М., Госстройиз-дат, 1965.
- Баклашов И.В., Картозия Б. А. Механика горных пород. М., Недра, 1975,272 с.
- Атомные взрывы в мирных целях. Сб. статей. М., Атомиздат, 1970.
- Использование подземных ядерных взрывов в нефтяной и газовой промышленности. М., ВНИИОЭНГ, 1971.
- Ядерные взрывы в СССР. Вып. 4. Мирное использование ядерных взрывов. Справ, информация. -М., Атомиздат, 1994, 167 с.
- Копухин В.П., Комлев В. Н. Ядерные технологии и экосфера. Апатиты, Изд-во Кольского ф-ла АН СССР, 1995, 340 с.
- Испытания ядерного оружия и ядерные взрывы в мирных целях в СССР в 1949—1990 гг. Информ. сб. ВНИИПромтехнология. М., Радиевый ин-т, 1996, 69 с.
- Мясников К.В., Родионов В. Н., Сизов И. А. и др. Анализ причин сокращения объемов подземных емкостей, созданных ядерными взрывами в массиве каменной соли на Астраханском ГКМ// Геоэкология, 1998, № 5, с. 16−29.
- Овчинников В.М., Смирнов В. И., Федоров Б. Н., Коснов Е. К. Ликви-дационно-изоляционные работы на подземных резервуарах// Газовая промышленность, 1999, № 9, С. 72−73.
- Технико-экономические соображения (ТЭС) по выполнению комплексных научно-исследовательских, проектных и ликвидационно-изоляционных работ при закрытии объекта «Вега». М., ООО «Подземгаз-пром», 1999.
- Leo D., Rodcecer A. Estimating the Size of cavity and surrounding failed region for undeground nuclear Explosions from scaling rules. El. Paso, 1962.
- Boardman G.R., Rabb D.D. and Artur R.D. Resepouses of Four Rock Mediums to Contined Nuclear Explosionus. J. of Geophysical Researh, Vol. 60, N 16, 1964.
- Tek M.R. Nouveaux aspects du stockage soterrain du gas. Rev. Just, franc, petrol, 1965, 20, N 11, pp. 1623−1640.
- Лютницкий A.E. и др. Отчет о гидрогеологических исследованиях глубокозалегающих водоносных горизонтов на полигоне захоронения промстоков Астраханского ГПЗ. Астрахань, АГРЭ, 1986.
- Нижнепермская галогенная формация Северного Прикаспия. Сб. под редакцией М. А. Жаркого. Ростов-на-Дону, Изд-во Ростовского гос. университета, 1981.
- Федоров Б.Н., Овчинников В. М., Писарев Д. С. Обследование подземных резервуаров и заключение о причинах уменьшения их объемов. М., НПО «Союзпромгаз», 1990.
- Шафаренко Е.М., Шейнин В. И. Заключение о конвергенции подземных резервуаров с прогнозом поведения их в период эксплуатации на Астраханском ГКМ по дог. № 02−514. п. 3. М., НПО «Промгаз», 1993.
- Руппенейт К.В., Матвиенко В. В. Оценка прочности конструктивных элементов подземных сооружений. Труды ВНИИСТ, вып. 12. М., 1962, С. 2−73.
- Долгих М.А., Матвиенко В.-В., Хачатурьян Н. С. Оценка прочности камер выщелачивания в отложениях каменной соли. Труды ВНИИСТ, вып. 12.-М., 1962, С. 74−111.
- Кислер JI.H., Матвиенко В. В., Долгих М. А. Оценка прочности камер выщелачивания прямоугольного поперечного сечения. Труды ВНИИСТ, вып. 12.-М., 1962, С. 112−121.
- Гальперин A.M., Шафаренко Е. М. Реологические расчеты горнотехнических сооружений. М., Недра, 1977, 246 с.
- Мазуров В.А. Подземные газонефтехранилища в отложениях каменной соли. М., Недра, 1982, 212 с.
- Шафаренко Е.М. Длительная устойчивость подземных горных выработок в отложениях каменной соли. Диссертация. докт. техн. наук. -Новосибирск, ИГД СО АН СССР, 1985.
- Shafarenko Е.М., Zhnravleva Т. Y., Oksenkrug E.S. et al. Stability of Underground Cavities in Rock Salts. Solution Mining Research Jnst., Spring Meeting, Cracow, May 11−14,1997, pp. 495−508.
- СП 34−106−98. Подземные хранилища газа, нефти и продуктов их переработки. -М., ОАО «Газпром», 1999, 110 с.
- Работнов Ю.Н. Ползучесть элементов конструкций. М., Наука, 1966,752 с.
- Смирнов В.И., Федоров Б. Н., Манукьян В. А., Шафаренко Е. М. Горно-геологические процессы в подземных полостях на Астраханском газокон-денсатном месторождении// Геоэкология, 2000, № 4.
- Голубов Б.Н. Последствия техногенной дестабилизации недр Астраханского газоконденсатного месторождения в зоне подземных ядерных взрывов// Геоэкология, 1994, № 4, с. 25−42.
- Геворкян С.Г., Голубов Б. Н. О деформациях полостей подземных ядерных взрывов в районе Астраханского газоконденсатного месторождения//Геоэкология, 1998, № 2, с. 17−37.
- Кривохатский A.C., Савоненков В. Г. и др. Поведение радионуклидов, инъецированных в массив каменной соли. В кн. Тезисы докладов Всесоюзного совещания. Киев, 1991, 50 с.
- Кривохатский A.C., Савоненков В. Г. Локализация радиоактивных продуктов (отходов) в соляном куполе Азгир. Препринт РИ-235. М., 1992.
- Израэль Ю.А., Гречушкина М. П. Исследование подземных ядерных взрывов в мирных целях при обеспечении минимального радиоактивного загрязнения природной среды. II PN E-I. Proceeding of a Panel, Viena, January 20−24, 1975 (IAEA-TC-81−517), pp. 153−166.
- Дубасов Ю.В., Кедровский O.JI. и др. Подземные взрывы ядерных устройств в промышленных целях на территории СССР в 1965—1988 гг.. Хронология и радиационные последствия.
- Нормы радиационной безопасности (НРБ-96). М., Госкомэпиднад-зор, 1996.
- Основные санитарные правила. ОСП-72/87. -М., Минздрав, 1988.
- Об охране окружающей среды. Закон РФ. 1992.
- Киреев В.В., Ершов H.H., Протопопов Д. Д. Промышленные ядерные взрывы (зарубежные исследования). М., Атомиздат, 1971, 175 с.
- Карташов Ю.М., Матвеев Б. В., Михеев Г. В., Фадеев А. Б. Прочность и деформируемость горных пород. М., Недра, 1979, 269 с.
- Ржевский В.В., Новик Г. Я. Основы физики горных пород. М., Недра, 1984, 359 с.
- Турин Д.Н., Хлопцов В. Г. Форма полостей и зон разрушения каменной соли на объекте «Вега»// Газовая промышленность, 2000, № 12, С. 58−59.
- Баклашов И.В., Картозия Б. А. Механика подземных сооружений и конструкции крепей. М., Недра, 1992, 543 с.
- Работнов Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела. -М., Наука, 1988,712 с.
- Пермяков P.C., Ковалев О. В., Пинский В. Л. и др. Справочник по разработке соляных месторождений. М., Недра, 1.986, 212 с.
- Разработка документации на закрытие подземной емкости 2 т. Отчет НИС НПО «Радиевый ин-т им. В.Г. Хлопина». Астрахань, 1994, 93 с.
- Савоненков В.Г. Разработка геологических критериев безопасного захоронения в соляные формации. Препринт РИ-126. Л., Радиевый ин-т им. В. Г. Хлопина, 1980, 10 с.
- Anderson Е.В., Karelin A.I., Krivochatsky A.S. et al. Proc. of the Third International Conf., Las Vegas, Nevada, April 12−16 1992, pp. 2114−2121.
- Савоненков В.Г., Кривохатский A.C. Локализация радиоактивных продуктов (отходов) в соляном куполе Азгир. Препринт РИ-235. М., ЦНИИатоминформ, 1993, 48 с.
- Солодов И.Н., Шугин Г. А., Зеленова О. И. Геохимия, 1994, № 3, С. 415−432.
- Турин Д.Н. Радиационный мониторинг подземных резервуаров, созданных по ядерно-взрывной технологии// Горный журнал, № 11−12, С. 84−86.
- Ховрин Г. И., Коснов Е. К., Турин Д. Н. Создание резервуаров с применением подземных ядерных взрывов// Газовая промышленность, 2000, № 12, С. 54−55.
- Проект радиационного мониторинга.
- СНиП 34−02−99. Подземные хранилища газа, нефти и продуктов их переработки. -М., Госстрой России, 1999, 18 с.
- Рабочий проект опытно-экспериментальных работ по закрытию подземной емкости и ликвидации технологической скважины 2 т. Астраханское газоконденсатное месторождение. Арх. № 10 050, М., ВНИПИПромтехно-логии, 1998.
- Проект закрытия подземных емкостей и ликвидации технологических скважин 2 т, 4 т (ВС), 5 т, 7 т (ВС), 8 т, 9 т. Астраханское газоконденсатное месторождение. Арх. № 10 093, -М., ВНИПИПромтехнологии, 1998.
- Kratsch Н. Zur Voraus berechnung der Bodensenkung uber Salz kavernen. Erdoel-Ergas. V. 101, 1985.
- Указания по охране зданий, сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок и по охране рудников от затопления в условиях Верхнекамского месторождения калийных солей. Л., ВНИИГ, 1985.
- Концепция радиационного мониторинга района Астраханского газо-конденсатного месторождения. Отчет НИС НПО «Радиевый ин-т им. В.Г. Хлопина». Астрахань, 1994.
- Результаты проведения радиационного мониторинга АГКМ (за период с января по декабрь 1995 года). Отчет НИС НПО «Радиевый ин-т им В.Г. Хлопина». Астрахань, 1995.
- Результаты проведения радиационного мониторинга АГКМ (за период с января по декабрь 1996 года). Отчет НИС НПО «Радиевый ин-т им В.Г. Хлопина». Астрахань, 1996.
- Результаты проведения радиационного мониторинга АГКМ (за период с января по декабрь 1997 года). Отчет НИС НПО «Радиевый ин-т им В.Г. Хлопина». Астрахань, 1997.
- Результаты проведения радиационного мониторинга АГКМ (за период с января по декабрь 1998 года). Отчет НИС НПО «Радиевый ин-т им В.Г. Хлопина». Астрахань, 1998.
- Результаты проведения радиационного мониторинга АГКМ (за период с января по декабрь 1999 года). Отчет НИС НПО «Радиевый ин-т им В.Г. Хлопина». Астрахань, 1999.
- ГОСТ 8.207−76 «Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений».
- СТП 17.34.35−89. Охрана природы. Методы отбора и подготовки проб почвы и растительности для радиохимического и радиометрического анализов.
- СТП 17.37−89. Охрана природы. Атмосфера. Методы отбора и подготовки проб атмосферных выпадений и аэрозолей для радиохимического и радиометрического анализов.