Способ очистки нефтезагрязненного грунта с применением высоконапорной технологии
METHOD FOR OIL-CONTAMINATED SOIL PURIFICATION USING HIGH-PRESSURE TECHNOLOGY

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано для очистки нефтезагрязненного грунта, находящегося непосредственно под промышленными единицами и на удалении от них, в производстве которых используются нефть и нефтепродукты.
Известен способ очистки загрязненного нефтью и нефтепродуктами грунта и система сооружений для его реализации (патент РФ №2331488). Данное изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано для очистки грунта, загрязненного нефтью и нефтепродуктами. Способ включает обваловку грунта в виде дамбы по контуру его загрязнения. Как внутри, так и снаружи обваловки прокладывают траншеи и заполняют их сорбентом - отходом производства активированного угля фракции 0,1-5,0 мм с отрицательной и/или положительной плавучестью. Траншеи внутри обваловки заполняют сорбентом, имеющим как отрицательную, так и положительную плавучесть, а траншеи, расположенные снаружи обваловки, заполняют сорбентом, имеющим только отрицательную плавучесть. По ходу движения грунтовых вод выполняют контрольные скважины. Система сооружений для осуществления способа включает обваловку места разлива нефти в виде дамбы и ряд траншей внутри и снаружи обваловки, заполненных сорбентом как с отрицательной, так и с положительной плавучестью. По ходу движения грунтовых вод за обваловкой расположены контрольные скважины.
Недостатком данного способа является ограничение использования выше представленного метода только на поверхности грунта, а также применение сорбента при очистке, что приводит к вторичному образованию нефтезагрязненных отходов.
Известна технология локализации и ликвидации нефтяной линзы с помощью принудительных средств (патент РФ №2386802). Данный способ локализации и ликвидации нефтяной линзы из глубинных слоев почвы включает обнаружение границ линзы, бурение скважин, локализацию линзы и вытеснение нефти на поверхность. Локализация осуществляется путем проходки по контуру нефтяной линзы скважин или шурфов, после чего осуществляют их заряжание взрывчатым веществом такой массы и мощности, при которых после взрыва происходит создание нефтеводонепроницаемой внутренней оболочки, блокирующей нефтяную линзу путем уплотнения и оплавления грунта. Ликвидация включает многократные последовательные взрывы в тех же скважинах или шурфах, возникающие ударные волны от которых вытесняют нефтяную линзу из почвы. Возможно применение дополнительного обводнения грунта, с целью увеличения его плотности, и, тем самым, увеличения эффективности воздействия ударной волны, которая направленно смещает нефтяную линзу вверх. Изобретение увеличивает эффективность извлечения нефти из почвы, повышает производительность труда, улучшает экологию, освобождает почву от нефтяного загрязнения.
Недостатком данного способа является невозможность его применения на территории действующих предприятий и населенных пунктов в связи с необходимостью осуществления взрывных работ и риском разрушения зданий и сооружений.
2
Прототипом заявленного метода является способ очистки нефтезагрязненного грунта (патент РФ №2574745). Данный способ включает сооружение сетки нагнетательных скважин глубиной ниже залегания загрязненного грунта, сетку откачивающих скважин, расположенных в шахматном порядке относительно нагнетательных скважин, подачу через нагнетательные скважины жидкости для очистки, откачку и разделение водонефтяной эмульсии, возвращение условно очищенной воды в технологический цикл, очистку грунтов осуществляют закачиванием в пласт карбонизированной воды, получаемой растворением диоксида углерода СОв воде, с дополнительной подачей диоксида углерода через нагнетательные скважины.
Недостатками известного способа, принятого за прототип, являются сооружение сетки нагнетательных скважин с ограниченной областью очистки грунтов, обусловленной типовыми конструкциями фильтрующих элементов скважины, невозможность обеспечения равномерного распределения давления по стволу скважины и неравномерность очистки, отсутствуют метод обоснования расположения сети откачивающих скважин.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности и уменьшение продолжительности процесса очистки с использованием энергии высоконапорной струи карбонизированной воды и диоксида углерода, создаваемой при обратном ходе нагнетательной форсунки, расположенной на нижнем конце буровой колонны.
Указанный технический результат достигается тем, что закачку производят под высоким давлением при помощи высоконапорной технологии, с использованием энергии струи карбонизированной воды и диоксида углерода, создаваемой при обратном ходе нагнетательной форсунки, расположенной на нижнем конце буровой колонны без обустройства скважины, а также рассчитывают радиус распространения применяемого раствора в толще массива нефтезагрязненного грунта для определения оптимального расположения скважин и повышения эффективности очистки.
На фиг. 1 изображен состав оборудования для высоконапорной технологии, где подача воды из емкости для хранения воды 1 и диоксида углерода из емкости для хранения диоксида углерода 2 происходит в промышленный сатуратор 3 для создания карбонизированной воды. Карбонизированная вода при помощи насоса высокого давления 4 и диоксид углерода при помощи компрессора 5 подаются в буровую установку 6 для закачивания в пласт загрязненного грунта.
Одновременное применение карбонизированной воды и углекислого газа обеспечивает ослабление связей нефтепродуктов с частицами грунта, за счет чего повышается подвижность углеводородов, что приводит к более эффективной очистке нефтезагрязненного грунта.
После завершения процесса санации геосреды при помощи откачивающих скважин происходит извлечение водонефтяной эмульсии и последующее использование ценных фракций нефтепродуктов. Смесь не откачанных нефтепродуктов после процесса фильтрации попадает в подземные воды и перемещается в область разгрузки подземных вод, где улавливается при помощи предварительно установленных дренажных коллекторов.
Скорость фильтрации в толще массива нефтезагрязненного грунта зависит от начального давления нагнетаемой жидкости в предварительно пробуренную скважину. При применении выше представленной высоконапорной технологии давление закачки раствора достигает 500 атмосфер.
При расчете характеристик закачиваемой жидкости рассмотрен идеальный случай распространения применяемого раствора в теле массива нефтезагрязненного грунта и приняты следующие допущения:
1. Тело массива нефтезагрязненного грунта имеет бесконечно большие размеры.
2. Скважины пробурены на всю мощность нефтезагрязненного грунта.
Нагнетание в скважину происходит одномерным потоком, в котором параметры являются функцией только одной пространственной координаты, направленной по линии тока.
При однородности массива нефтезагрязненного грунта по пористости и проницаемости, фильтрация происходит по закону Дарси и объемный дебит скважины нагнетания раствора - Q (отток жидкости) определяется по формуле Дюпюи:
где k - коэффициент фильтруемости;
μ - динамический коэффициент вязкости;
h - мощность массива нефтезагрязненного грунта;
с
р - давление на забое скважины;
k
p - давление на внешней границе массива нефтезагрязненного грунта;
c
R - радиус скважины;
k
R - радиус ограниченного горизонтального цилиндрического пласта грунта.
Скорость фильтрации на расстоянии r определится следующим образом:
0
Время движения порции фильтрационной воды осадков вдоль линии тока от точки с координатой r до точки с координатой r описывается уравнением
где m - пористость среды.
k
k
с
На фиг. 2 изображена интерференция скважин, где h - толщина пласта грунта; - радиус скважины; R - радиус контура насыщения; p - давление края насыщения; р - давление скважины; b/2 - расстояние от скважины до середины интервала потока; 1 - кривая изменения давления скважины 1; 2 - кривая изменения давления скважины 2; 3 - кривая суперпозиции давления скважин 1 и 2.
Рассмотрим интерференцию двух одинаковых скважин, расположенных на расстоянии "b" друг от друга (фиг. 2). На фиг. 2 кривая 1 изображает изменение давления в массиве нефтезагрязненного грунта в зависимости от расстояния от скважины 1, кривая 2 - в зависимости от расстояния от скважины 2. Точка В соответствует давлению в середине интервала создаваемому потоком осадков от скважины 1 и 2. По принципу суперпозиции полей суммарное давление в середине интервала будет равно удвоенному значению давления в точке В и соответствовать точке С. Кривая 3 изображает результат суперпозиции давления создаваемого двумя скважинами.
Расчет расстояний между двумя одинаковыми скважинами проводится по следующей формуле:
3
При проведении эксперимента были выявлены следующие особенности: задавая начальные условия для закачивания карбонизированный воды в толщу массива нефтезагрязненного грунта (диаметр труб - 0,15 м, объем закачиваемого раствора - приблизительно 20 м, напор создаваемый насосом - до 30 МПа) можно рассчитать расстояние b между скважинами нагнетания ОСВ, скорость фильтрации и ожидаемое время закачки для различных зон присутствующих в массиве нефтезагрязненного грунта.
В соответствии с проведенными расчетами необходимое расстояние для эффективной очистки нефтезагрязненного грунта между скважинами должно составлять 30-40 м.