Способ сооружения подземного хранилища для радиоактивных отходов



Способ сооружения подземного хранилища для радиоактивных отходов
Способ сооружения подземного хранилища для радиоактивных отходов
Способ сооружения подземного хранилища для радиоактивных отходов

 


Владельцы патента RU 2521437:

Открытое акционерное общество "Ведущий проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт промышленной технологии" ОАО "ВНИПИпромтехнологии" (RU)

Заявленное изобретение относится к способу сооружения хранилища для радиоактивных отходов. Заявленный способ включает бурение скважины в вечномерзлотных породах, спуск и цементирование обсадной колонны, размещение в скважине контейнеров с радиоактивными отходами, герметизацию верхней части скважины. В заявленном способе обсадную колонну цементируют в интервале от расчетной границы зоны растепления до поверхности, а контейнеры с радиоактивными отходами устанавливают на полую колонну-хвостовик, перфорированную в нижней части, на расстоянии от забоя скважины, где hom - высота интервала, в пределах которого произойдет оттаивание вечномерзлых пород; m - пористость вечномерзлых пород; Rom - расчетный радиус оттаивания; Rc - внутренний радиус скважины. Техническим результатом является обеспечение более высокой степени надежности захоронения радиоактивных отходов и исключение возможности миграции радионуклидов за пределы хранилища. 3 з. п.ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к захоронению тепловыделяющих радиоактивных отходов в подземных хранилищах.

Известен способ захоронения радиоактивных отходов (РАО), предусматривающий бурение скважины, размещение в ней контейнеров с РАО и оставление над ними барьерного целика, заполнение свободного объема скважины тампонажным материалом, герметизацию устья скважины, при этом контейнеры с РАО и барьерный целик размещают в зоне пластических деформаций окружающих пород, а в качестве тампонажного материала используют расширяющуюся при затвердевании смесь.

(см. Патент РФ №2063077)

Недостатком известного способа является отсутствие надежной безопасности захоронения тепловыделяющих РАО, поскольку при разогреве горных пород и поступлении из массива горных пород воды в хранилище возможна миграция радионуклидов за пределы хранилища, особенно при парообразовании с образованием трещин гидроразрыва.

Наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков к заявленному является способ сооружения подземного хранилища для радиоактивных отходов, включающий бурение скважин в вечномерзлотной породе, размещение контейнеров с радиоактивными отходами в скважинах, герметизацию верхней части скважин.

При этом глубину захоронения контейнеров с радиоактивными отходами выбирают из условия сохранения слоя вечномерзлотной породы между поверхностью земли и зоной сезонного оттаивания над контейнерами с радиоактивными отходами.

(см. патент РФ №1829721).

Недостатками известного способа является отсутствие локализации оттаявшей воды, которая может содержать радиоактивные элементы, оттаявшая вода распределяется по всей зоне растепления и может соприкасаться с зоной сезонного оттаивания, что повлечет за собой миграцию радионуклидов с последующим радиоактивным загрязнением окружающей среды. Кроме того, при повышении температуры горных пород и оттаявшей воды свыше 100°C возможно испарение воды, повышение давления с образованием трещин гидроразрыва, достигающих зоны сезонного оттаивания или поверхности со всеми вытекающими из этого последствиями.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа сооружения подземного хранилища для радиоактивных отходов, обеспечивающего более высокую степень надежности захоронения радиоактивных отходов посредством исключения возможности миграции радионуклидов за пределы хранилища за счет локализации оттаявшей воды в заранее ограниченной зоне вечномерзлотных пород и исключения парообразования.

Поставленная задача решена путем создания способа сооружения хранилища для радиоактивных отходов, включающего бурение скважины в вечномерзлотных породах, спуск и цементирование обсадной колонны, размещение в скважине контейнеров с радиоактивными отходами, герметизацию верхней части скважины, отличием которого согласно изобретению является то, что обсадную колонну цементируют в интервале от расчетной границы зоны растепления до поверхности, а контейнеры с радиоактивными отходами устанавливают на полую колонну-хвостовик, перфорированную в нижней части, на расстоянии от забоя скважины, где hom - высота интервала, в пределах которого произойдет оттаивание вечномерзлотных пород;

m - пористость вечномерзлотных пород;

Rom - расчетный радиус оттаивания;

Rc - внутренний радиус скважины.

Целесообразно герметизацию верхней части скважины осуществлять на глубину 5-10 метров ниже основания обсадной колонны. Желательно, в неустойчивых породах, контейнеры с радиоактивными отходами размещать в обсадной колонне-хвостовике на расстоянии от забоя скважины, при этом обсадную колонну-хвостовик устанавливать с опорой на забой и перфорировать в нижней части

Также целесообразно, в интервале зоны растепления в вечномерзлотных породах создавать щели.

При сооружении подземного хранилища для радиоактивных отходов заявленным способом достигается технический результат, заключающийся в том, что исключается возможность миграции радионуклидов за пределы хранилища за счет локализации оттаявшей воды в заранее ограниченной зоне вечномерзлотных пород и исключения парообразования.

Цементирование обсадной колонны только в интервале от расчетной границы зоны растепления до поверхности позволяет исключить растрескивание цемента за обсадной колонной при повышении температуры и обеспечивает сохранение зазора в интервале зоны растепления между стенками горных пород и контейнерами с радиоактивными отходами, который служит каналом для стока оттаявшей воды на забой скважины.

Откачка промывочной жидкости из скважины и размещение контейнеров с радиоактивными отходами на расстоянии от забоя скважины позволяет обеспечить свободный объем для накопления оттаявшей воды в нижней части ствола скважины.

Использование вышеуказанных отличительных признаков позволяет исключить возможность парообразования и, как следствие, избежать возникновения избыточного давления и образования трещин гидроразрыва.

Предложенным способом предусматривается также создание в стенках горных пород щелей в интервале зоны растепления, например, посредством пескоструйной перфорации. Это позволит обеспечить более благоприятные условия для стока оттаявшей воды из зоны растепления на забой скважины.

Отличительным признаком заявленного способа является также то, что герметизацию верхней части скважины осуществляют с отметки ниже башмака обсадной колонны на глубину не менее 5-10 метров, при этом спускную колонну труб, на которой производят спуск контейнеров с радиоактивными отходами в скважину и через которую закачивают герметизирующий материал, из скважины извлекают. Это обеспечивает исключение образование гидравлической связи хранилища радиоактивных отходов с поверхностью вследствие коррозийного разрушения со временем металла обсадных и спускных труб.

При сооружении хранилища радиоактивных отходов в неустойчивых породах контейнеры с радиоактивными отходами размещают в обсадной колонне-хвостовике, перфорированной в нижней части, на расстоянии от забоя скважины, при этом обсадную колонну-хвостовик спускают в скважину с опорой на забой.

Осуществление способа иллюстрируется фигурами 1, 2.

В вечномерзлотных породах 1 бурят скважину 2. Обсадную колонну 3 спускают на глубину до расчетной границы зоны растепления, а заколонное пространство 4 цементируют до устья. С целью улучшения условий стока воды из зоны растепления в стенках горных пород посредством пескоструйной перфорации создают щели 5. Промывочный раствор, оставшийся в скважине, удаляют погружным насосом или посредством эрлифта.

На колонне спускных труб 6 в скважину 2 спускают и размещают в ней контейнеры 7 с радиоактивными отходами (РАО). Низ колонны спускных труб 6 имеет отверстия 8 для закачки герметизирующего материала, а также оборудован разъемным узлом 9, обеспечивающим отсоединение спускной колонны от контейнера.

Контейнеры 7 устанавливают на полую колонну-хвостовик 10 на расстоянии от забоя скважины, где hom - высота интервала, в пределах которого произойдет оттаивание вечномерзлых пород;

m - пористость вечномерзлых пород;

Rom - расчетный радиус оттаивания;

Rc - внутренний радиус скважины.

Расстояние h1 выбирают исходя из условия равенства объема ствола скважины 2 на этом участке объему воды 12, которая выделится из зоны растепления.

При этом полая колонна-хвостовик 10 имеет длину, равную расстоянию h1, и перфорационные отверстия 11 в нижней своей части и может быть закреплена на днище первого из контейнеров 7. При спуске в скважину последнего контейнера 7 низ спускной колонны труб 6 снабжается манжетой 13. Местоположение манжеты рассчитывают таким образом, чтобы между манжетой и башмаком обсадной колонны оставался участок открытого ствола скважины высотой h2 не менее 5-10 метров. Через спускную колонну труб 6 закачивают герметизирующий раствор, который при прохождении через отверстия 8 заполняет все пространство в верхней части скважины выше манжеты 13, после чего спускную трубу 6 из скважины извлекают.

Наличие участка открытого ствола скважины высотой h2, в интервале которого герметизирующий материал (например, цементный раствор, расширяющийся при затвердевании) контактирует непосредственно с горными породами, позволит исключить образование гидравлической связи хранилища радиоактивных отходов даже в случае коррозийного разрушения материала обсадных труб. Контейнеры 7 с радиоактивными отходами опираются на поддон 14, выполненный из материала с низкой теплопроводностью, с целью снижения теплового потока в нижнюю часть хранилища. Для обеспечения кольцевого зазора между стенками горных пород и контейнерами 7, необходимого для стока оттаявшей воды, контейнеры снабжены центраторами 15.

Фигура 2 поясняет осуществление способа в неустойчивых горных породах, которые могут начать осыпаться уже в процессе размещения контейнеров 7 с радиоактивными отходами в скважине 2. В этом случае предварительно в скважину 2 опускают с опорой на забой обсадную колонну-хвостовик 16 с перфорационными отверстиями 11 в нижней части для пропуска оттаявшей воды внутрь колонны-хвостовика 16.

Контейнеры 7 с радиоактивными отходами размещают внутри обсадной колонны-хвостовика 16 с опорой на седло 17 внутри колонны, которое установлено на расстоянии от забоя скважины. В остальном все операции по сооружению хранилища, размещению контейнеров 7 с радиоактивными отходами и герметизации хранилища остаются такими же, как и в первом варианте.

Высота интервала h1 в нижней части ствола скважины, где производится накопление оттаявшей воды, определяется по формуле.

где hom - высота интервала, в пределах которого произойдет оттаивание воды;

m - пористость горных пород;

Rom - расчетный радиус оттаивания;

Rc - внутренний радиус скважины.

Так, например, принимая значения параметров, входящих в формулу (1), равными: hom=50 м, m=0,1, Rom=5 м, Rc=1,5 м, получим h1=10 м.

1. Способ сооружения подземного хранилища для радиоактивных отходов, включающий бурение скважины в вечномерзлотных породах, спуск и цементирование обсадной колонны, размещение в скважине контейнеров с радиоактивными отходами, герметизацию верхней части скважины, отличающийся тем, что обсадную колонну цементируют в интервале от расчетной границы зоны растепления до поверхности, а контейнеры с радиоактивными отходами устанавливают на полую колонну-хвостовик, перфорированную в нижней части, на расстоянии от забоя скважины, где hom - высота интервала, в пределах которого произойдет оттаивание вечномерзлых пород;
m - пористость вечномерзлых пород;
Rom - расчетный радиус оттаивания;
Rc - внутренний радиус скважины.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что герметизацию верхней части скважины осуществляют на глубину 5-10 метров ниже основания обсадной колонны.

3. Способ по п.1 или п.2, отличающийся тем, что в неустойчивых породах контейнеры с РАО размещают в обсадной колонне-хвостовике на расстоянии от забоя скважины, при этом обсадную колонну-хвостовик устанавливают с опорой на забой и перфорируют в нижней части.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в интервале зоны растепления в вечномерзлых породах создают щели.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к областям охраны окружающей среды и ядерной энергетике и может быть использовано для консервации на длительное хранение приповерхностных хранилищ как с жидкими, так и с твердыми радиоактивными отходами (ЖРО, ТРО).
Изобретение относится к способам подземного захоронения жидких радиоактивных кремнийсодержащих отходов и для их утилизации может быть использовано на радиохимических предприятиях.

Изобретение относится к области обращения с радиоактивными отходами (РАО) низкого и среднего уровня активности и предназначено для их безопасного длительного хранения и/или захоронения в подземных сооружениях, созданных в однородных слабопроницаемых породах.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды от радиоактивного, а также прочих видов загрязнения и может быть использовано в процессе захоронения радиоактивных и промышленных отходов.

Изобретение относится к конструкции хранилища для длительного хранения в нем контейнеров с отработавшим ядерным топливом (ОЯТ). .

Изобретение относится к способу переработки и захоронения радиационно загрязненной растительности на территориях криолитозоны. .
Изобретение относится к способам захоронения жидких радиоактивных фторидсодержащих отходов и может быть использовано на радиохимических предприятиях. .

Изобретение относится к области обращения с твердыми радиоактивными отходами и может быть использовано при возведении защитных саркофагов полууглубленных могильников твердых радиоактивных отходов в криолитозоне.

Изобретение относится к области захоронения опасных отходов и может быть использовано для консервации опасных отходов, размещенных на дне водоемов различного типа.
Изобретение относится к способам захоронения жидких радиоактивных отходов, а именно отработанного экстрагента - трибутилфосфат в гексахлорбутадиене, в глубоко залегающие подземные пласты-коллекторы.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при захоронении высокотоксичных и радиоактивных отходов в рудниках при камерных системах разработки с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями. Способ включает образование камер, разделенных междукамерными целиками, сооружение саркофагов из отработавших колесных шин большегрузной самоходной техники, размещение в саркофагах контейнеров с отходами и заполнение камер гидравлической закладкой из твердеющих смесей. Техническим результатом является использование подлежащих утилизации шин большегрузной техники для повышения надежности захоронения опасных отходов промышленности. 1 ил.

Изобретение относится к средствам захоронения радиоактивных отходов (РАО), а также средствам исследования (6, 7) геологических пород (8) в глубинных слоях литосферы вплоть до мантии (9). Заявленное устройство содержит герметичный контейнер, корпус (1) которого выполнен из тугоплавкого материала и заполнен тепловыделяющими элементами (2) с прочной оболочкой и теплопроводящим наполнителем (3). Оболочки элементов заполнены РАО и тепловыделяющими активными радионуклидами. Корпус имеет две торцевые поверхности и боковую поверхность, имеющие осесимметричную форму. Высота Н контейнера вдоль его оси симметрии и максимальный поперечный размер контейнера в плоскости, расположенной перпендикулярно его оси симметрии, выбраны из условия: D>4H. Контейнер снабжен теплоизоляцией (4), расположенной со стороны верхней торцевой поверхности, над которой расположены зоны расплавленных (11) и затвердевшего расплава (12) геологических пород. На нижней торцевой поверхности корпуса, под которой расположен слой (10) расплава геологической породы, выполнены выступы. Предусмотрена возможность использования дополнительного контейнера (5) для помещения капсул с РАО. Техническим результатом является увеличение скорости погружения, увеличение объема и массы погружаемых веществ или оборудования (6, 7) и уменьшение температуры корпуса контейнера и внутренних элементов конструкции устройства. 23 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл.

Изобретение относится к способу подготовки и захоронения радиоактивных отходов (РАО). Заявленный способ включает доставку РАО к месту захоронения, подготовку РАО, размещение РАО в объеме захоронения и окончательную изоляцию от окружающей среды. При этом для захоронения используют открытые горные выработки с завершенным циклом добычи полезных ископаемых - горные или горнорудные карьеры (3) со скальной основой, при которых производят оборудование площадки (8) выгрузки и подготовки РАО к захоронению, пункта (2) переработки МРАО, транспортной сети (6) для РАО. Захоронение осуществляют преимущественно в предварительно подготовленных унифицированных металлических единичных упаковках кубической формы. При этом предусмотрен возврат части металла в хозяйственный оборот после прохождения дезактивации в пунктах (10). Дно-основание карьера засыпают привозной глиной (4) с выравниванием до горизонтальной площадки, где РАО выстраивают с обеспечением зазоров между блоками (5) и стенами карьера, после чего зазоры заполняют глиной, дают ей выдержку на осадку, продолжают блочно-ярусное заполнение карьера, затем незаполненную часть карьера перекрывают глиной и засыпают грунтом с восстановлением ландшафта. Техническим результатом является повышение надежности длительной изоляции-захоронения РАО и эффективности захоронения РАО без ограничений по происхождению, активности, конструкции, материалам, формам, габаритам, времени и условиям предшествующего хранения контейнеров и упаковок РАО. 8 ил.

Изобретение относится к области приповерхностного захоронения твердых или отвержденных радиоактивных отходов (РАО). Способ приповерхностного захоронения РАО включает в себя создание котлована, бетонирование его дна и стенок, образование в основании котлована экрана с абсорбирующим веществом. Выбирают несколько пригодных для изоляции РАО участков грунтового массива. Путем многократных измерений определяют значения коэффициента фильтрации местных вод и минимальные расстояния по толще грунтов от границы зоны размещения РАО до первого от поверхности водоносного горизонта. Собирают статистическую информацию о климатическом режиме. Для каждого участка определяют величину коэффициента риска ru попадания опасной концентрации радионуклидов в зону активного водообмена. Отсеивают из рассмотрения участки с ru>1,0. Среди оставшихся для строительства рекомендуют участок с наименьшим значением ru. На этом участке грунтового массива строят приповерхностный могильник. Изобретение позволяет исключить возможность выноса из приповерхностного могильника РАО в окружающую среду в ситуации некачественного исполнения или разрушения его инженерных барьеров.

Изобретение относится к технологиям обращения с токсичными и радиоактивными технологиями и может быть использовано при разработке месторождений с закладкой выработанного пространства. По мере возведения саркофагов из шин внутренний зазор между ними и контейнерами для скрепления заполняют монтажной пеной на основе жидкого предполимера с пропеллентом с последующим образованием жесткого пенополиуретана. Высоту подачи пены принимают равной половине высоты саркофага из шин при подаче пены на весь саркофаг сразу. Технический результат - снижение трудоемкости создания саркофагов, снижение вероятности коррозии контейнеров. 1 ил.

Изобретение относится к средствам захоронения радиоактивных отходов (РАО) атомной энергетики и исследования глубинных слоев литосферы. Устройство содержит осесимметричную тепловыделяющую пространственную структуру (1), образованную тепловыделяющими и соединительными элементами (2, 3). Структура (1) выполнена в форме диска. Тепловыделяющие элементы (2) жестко связаны между собой соединительными элементами (3), выполненными из тугоплавкого материала. Элементы (2) расположены друг относительно друга с пространственными зазорами. Между поверхностями тепловыделяющих и соединительных элементов (2, 3) образованы проточные каналы (4), связывающие верхнюю и нижнюю торцевые поверхности структуры (1). Тепловыделяющие элементы (2) содержат герметичную оболочку, выполненную из тугоплавкого материала и заполненную активными радионуклидами и теплопроводящим наполнителем. Контейнеры (5), соединенные с верхней частью структуры (1), заполняются подлежащими захоронению РАО или используются для размещения измерительного оборудования. Технический результат - увеличение скорости погружения устройства, увеличение массы полезной нагрузки, включающей подлежащие захоронению РАО, и повышение надежности устройства. 22 з.п. ф-лы, 9 ил, 1 табл.
Наверх