Гидрогеологические условия закачки рассолов в надсолевую толщу горных пород в районе Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей

В работе рассмотрены условия захоронения рассолов из затапливаемого рудника СКРУ-2 (Верхнекамское месторождения калийно-магниевых солей). Доказана экологическая безопасность закачки рассолов в скважины, оборудованные на нижнюю часть надсолевой толщи горных пород. Рассчитаны избыточные давления над устьями закачивающих скважин и конфигурация ореола засоления подземных вод.

Аннотация ………………………………………………………………………………………………….. 2
Введение ……………………………………………………………………………………………………. 4
Глава 1. Общая характеристика изучаемой территории. …………………………………. 6
1.1. Физико-географический очерк …………………………………………………………….. 6
1.2. Геологическое строение ………………………………………………………………………… 8
1.3. Стратиграфия и литология …………………………………………………………………….. 9
1.4 Структурно-тектонические особенности ………………………………………………… 12
1.5. Гидрогеологические условия ……………………………………………………………….. 15
1.6 Химическая зональность ВМКМС ………………………………………………………… 17
Глава 2. Параметры полигона закачки ………………………………………………………… 19
2.1 Постановка задачи и пути её решения …………………………………………………… 19
2.2 Конструкция скважин на полигоне закачки …………………………………………… 25
Глава 3. Интерпретация результатов опытно фильтрационных работ. ……………. 29
Глава 4. Характеристика современного химического состава подземных вод. … 38
Глава 5. Прогнозная оценка закачки рассолов на полигоне в толщу СМТ 2 …….. 42
5.1 Оценка избыточного давления над устьями закачивающих скважин ………… 42
5.2 Расчёт ореола засоления ……………………………………………………………………….. 44
Заключение. ……………………………………………………………………………………………… 48
Список литературы. …………………………………………………………………………………… 50

Основной задачей является максимально возможное продление срока
эксплуатации рудника СКРУ-2. Для решения поставленной задачи предполагается
откачивать рассолы из рудника на поверхность через стволы шахты и закачивать их в
нижнюю часть надсолевой толщи, т.е. в СМТ 2. В качестве основного (первого)
полигона закачки выбран участок к западу от солеотвала СКРУ-2. Закачка рассолов
будет осуществляться именно в СМТ 2.

В 2017 году для уточнения фильтрационных параметров терригенно-
карбонатной толщи (ТКТ), а также соляно-мергельной толщи (СМТ2) проводились
кустовая и одиночные откачки. В результате обработки результатов данных откачек, с
помощью программного комплекса ANSDIMAT (Sindalovsky, 2011) по индикаторным
графикам были определены основные фильтрационные параметры водоносных
горизонтов на участке полигона закачки.

Средние значения параметра водопроводимости (T) соляно-мергельной толщи
составили 183,5 м2/сут для линейной субвертикальной зоны повышенной
проницаемости, и 67,2 м2/сут в области за пределами этой зоны. Кроме того, были
рассчитаны коэффициенты фильтрации (Кф) для этих зон: 2,2 м2/сут и 0,8 м2/сут
соответственно.

Полученные фильтрационные параметры использовались в дальнейшем при
решении прогнозной задачи, где оценивалось возможное избыточное давление над
устьем закачивающих скважин при разных режимах (расходах) закачки.

Воды ТКТ являются хлоридно-натриевыми, современном состоянии являются
некондиционными, так как представлены рассолом с минерализацией 75 г/л, по
микрокомпонентам и макрокомпонентам не соответствуют требованиям СанПиН
2.1.4.1074-01 “Питьевая вода…” (по железу, кадмию, марганцу, никелю, стронцию).

Воды СМТ2 являются сульфатными натриево-магниево-кальциевыми, на
настоящий момент также являются некондиционными, так как они сильно солоноватые
с минерализацией 3,8 г/л, по сульфатам и хлоридам не соответствуют требованиям
СанПиН 2.1.4.1074-01 “Питьевая вода…”.

В данный момент в поверхностном рассолосборнике, расположенном рядом с
полигоном закачки находится вода, которая откачивается из подземных выработок,
поступившая туда через провал. Воды рассолосборника являются хлоридно-
натриевыми, это очень крепкий рассол, с минерализацией свыше 300 г/л.
Рассмотрено три возможных варианта закачки воды из рассолосборника с
дебитами 50, 100, 150 м3/час. Время закачки 5 лет, так как на рассматриваемом
полигоне предполагается сначала организовать только опытно промышленный участок.
Был произведён расчёт избыточного давления над устьями закачных скважин.
Критическое значение избыточного давления принято равным 10 атмосфер.

Результаты расчётов прогнозного избыточного давления над устьем
закачивающей скважины для первого варианта составили 1,6 атм., для второго
варианта 5,6 атм., для третьего варианта 9,7 атм.

Так как по третьему варианту получаются значения избыточного давления,
близкие к критическим, мы рекомендуем воспользоваться вторым вариантом,
учитывая, что средний водоприток подземных вод в рудник в настоящее время
составляет 110 м3/час, то есть приблизительно в 2 раза меньше.

С использованием программы ANSDIMAT (Sindalovsky, 2011) были рассчитаны
конфигурации ореолов засоления подземных вод в течение 5 лет эксплуатации
рассматриваемого полигона закачки. Размеры ореола для второго расчётного варианта
составят от 310 до 490 метров. Поэтому можно утверждать, что ореол засоления за 5
лет не достигнет акватории Верхнекамского водохранилища.