Способ глубинного захоронения облученного графита уран-графитовых ядерных реакторов



Способ глубинного захоронения облученного графита уран-графитовых ядерных реакторов
Способ глубинного захоронения облученного графита уран-графитовых ядерных реакторов
Способ глубинного захоронения облученного графита уран-графитовых ядерных реакторов

 


Владельцы патента RU 2632801:

Павлюк Александр Олегович (RU)
Беспала Евгений Владимирович (RU)
Собко Александр Анатольевич (RU)
Зубков Андрей Александрович (RU)
Захарова Елена Васильевна (RU)

Изобретение относится к способам обращения с радиоактивными отходами и может быть использовано для утилизации облученного графита. Cпособ глубинного захоронения облученного графита уран-графитовых ядерных реакторов включает предварительную подготовку отходов к глубинному захоронению, выбор тектонически устойчивых участков земной коры. В выбранных участках земной коры бурят скважину на глубину до 3500 м и одновременно проводят обсадку и цементаж затрубного пространства. В нижней части ствола скважины выполняют перфорацию. Область перфорации отсекают пакером. Облученный графит измельчают механическим способом до образования графитовых частиц размером менее 0,05 мм. Подготавливают смесь размельченного графита (до 250 г/л), бентонита (до 100 г/л) и пропанта (до 20 г/л) в воде. Выполняют гидроразрыв подготовленного пласта, не снижая давления в скважину, изоляцию отходов, затворение и установку цементного стакана. Последующие операции выполняют подъемом участков гидроразрыва вверх по скважине до глубины 1000 м. Изобретение позволяет проводить утилизацию облученного ядерного графита путем надежной изоляции в тектонически устойчивых пластах земной коры. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к способам обращения с радиоактивными отходами и может быть использовано для утилизации облученного графита при выводе из эксплуатации уран-графитового ядерного реактора.

Известен способ изоляции твердых радиоактивных отходов от окружающей среды [RU 2497607 C1, МПК B09B3/00 (2006.01), опубл. 10.11.2013], выбранный в качестве аналога, заключающийся в том, что предварительно подготовленные отходы в виде суспензии pH 6…8, состоящей из твердых бытовых отходов, буровых отходов, бытовых и сточных вод, инициирующей добавки, периодически закачивают в существующие, не менее одной, нагнетательной скважины газовых, газоконденсатных и нефтяных месторождений, по которым достигнут конечный коэффициент извлечения пластовых флюидов. Закачку производят под давлением, не превышающим давления гидроразрыва пласта.

Известный способ имеет следующие недостатки:

- существует вероятность распространения закачиваемых в скважину отходов, вследствие отсутствия гидроизоляционного барьера или добавки, обеспечивающей их надежную изоляцию;

- не предусмотрена система контроля состояния скважины после захоронения отходов;

- ограниченность в использовании вследствие обязательной закачки отходов в скважины, в которых достигнут конечный коэффициент извлечения пластовых флюидов.

Известен способ захоронения жидких радиоактивных отходов [RU 2307412 C2, МПК G21F9/24 (2006.01), опубл. 27.09.2007], выбранный в качестве аналога. По указанному способу проводят предварительную подготовку пласта-коллектора путем нагнетания в него азотной кислоты в количестве, достаточном для нейтрализации карбонатов, содержащихся в грунте, взаимодействующем с отходами. Закачку азотной кислоты проводят до достижения pH межпоровой жидкости 1–1,5. Жидкие радиоактивные отходы, содержащие гидроизолирующие примеси, захоранивают в подготовленном пласте-коллекторе вместе с раствором азотной кислоты с pH 1–1,5.

Указанный способ имеет следующие недостатки:

- необходимость поддержания в пласте-коллекторе pH в диапазоне 1–1,5, что существенно увеличивает время процесса захоронения отходов;

- не предусмотрена система контроля состояния скважины после захоронения отходов.

Известен способ захоронения пульпообразных буровых отходов при разработке месторождений скважинными системами [RU 2196884 C2, МПК E21B43/22, G21F9/24 (2006.01), опубл. 20.01.2003], выбранный в качестве прототипа. По указанному способу отходы, предназначенные для захоронения, предварительно подготавливают к глубинному захоронению. В выбранном месте осуществляют гидроразрыв пласта в открытом стволе скважины в подбашмачной зоне обсадных труб после вскрытия этих зон бурением. Гидроразрыв ведут с использованием пульпопроводящей колонны труб, опущенной до зоны гидроразрыва пласта. Для гидроразрыва в качестве жидкости используют указанные отходы в ожиженном состоянии, которые подают в трещины, располагаемые ниже нефтяных и газовых залежей. Захоронение ведут рассредоточено по скважинам и равномерно по площади месторождения.

Указанный способ имеет следующие недостатки:

- существует вероятность распространения закачиваемых в скважину отходов, вследствие отсутствия гидроизоляционного барьера или добавки, обеспечивающей их надежную изоляцию;

- не предусмотрена система контроля состояния скважины после захоронения отходов.

Задачей изобретения является разработка способа глубинного захоронения облученного графита уран-графитовых ядерных реакторов в геологических формациях, обеспечивающего его долговременную изоляцию.

Поставленная задача решается за счет того, что радиоактивные графитовые отходы, также как и в прототипе, предварительно подготавливают к глубинному захоронению. Проводят гидроразрыв пласта с использованием указанных отходов в ожиженном состоянии, которые попадают в трещины. Согласно предлагаемому изобретению для глубинного захоронения облученного графита уран-графитовых ядерных реакторов выбирают тектонически устойчивые участки земной коры, сложенные осадочными породами. В выбранных участках земной коры бурят скважину на глубину до 3500 м и одновременно проводят обсадку и цементаж затрубного пространства. В нижней части ствола скважины выполняют перфорацию. Область перфорации отсекают пакером. Облученный графит извлекают из графитовой кладки уран-графитового реактора, измельчают механическим способом до образования графитовых частиц размером менее 0,05 мм. Подготавливают смесь размельченного графита (до 250 г/л), бентонита (до 100 г/л) и пропанта (до 20 г/л) в воде. Выполняют гидроразрыв пласта с использованием смеси геля для гидроразрыва пласта (ГРП) с пропантом с концентрацией не менее 50 г/л. Не снижая давления, в скважину подают расчетное количество графит-бентонитовой смеси с пропантом. После заполнения пласта используемый участок скважины изолировали путем установки цементного стакана с расчетным количеством цемента. Последующие операции выполняют подъемом участков гидроразрыва вверх по скважине до глубины 1000 м. Для контроля состояния глубинного захоронения создают наблюдательную скважину на расстоянии 50–70 м от нагнетательной.

Положительный эффект достигается за счет того, что для утилизации облученного графита уран-графитовых ядерных реакторов проводят его предварительное измельчение, а затем смешивают с водой и природным барьерным материалом, обеспечивающим надёжную изоляцию радионуклидов. Образующиеся ожиженные радиоактивные отходы под высоким давлением инжектируют в образованные методом гидроразрыва пласта полости, расположенные ниже водоносных горизонтов. Закачку глиняного раствора, содержащего облученный графит, ведут до полного заполнения пласта. Затем используемую область скважины цементируют и повторяют последовательность операций в вышележащих пластах до достижения водоносных горизонтов. Долговременная изоляция графитовых радиоактивных отходов обеспечивается путем использования природного глиносодержащего барьерного материала – бентонита - обладающего противофильтрационными и противомиграционными свойствами, нагнетаемого в смеси с облученными графитовыми отходами на глубину ниже водоносных горизонтов.

На фиг. 1 представлена схема глубинного захоронения облученного графита уран-графитовых ядерных реакторов.

На фиг. 2 показан внешний вид глубинного захоронения ожиженных графитовых радиоактивных отходов.

Для глубинного захоронения облученного ядерного графита в виде раствора, содержащего барьерный материал, используют нагнетательную скважину 1 (фиг. 1), пробуренную в геологических формациях 2, устойчивых к тектоническим воздействиям. Закачка ожиженных радиоактивных отходов 3, содержащих облученный ядерный графит, проводится через перфорированную трубу 4 в участки земной коры, в которых был проведен гидроразрыв пласта ниже уровня водоносных горизонтов 5.

Выполнение способа захоронения облученного графита уран-графитовых ядерных реакторов поясняется следующим примером.

Известны тектонически устойчивые участки земной коры 2, сложенные осадочными породами 5, расположенные вдали от краев платформы. По указанному способу выбуривали скважину 1 глубиной до 3500 м и одновременно проводили ее обсадку с цементажом затрубного пространства. В нижней части ствола скважины выполняли перфорацию 4, диаметр отверстий при этом выбирали, исходя из размеров скважины, но не менее 1 см. После проведения операции область перфорации отсекали пакером.

Облученный ядерный графит уран-графитовых реакторов, служащий замедлителем нейтронов, извлекали из кладки реактора и проводили его паспортизацию. Выбранные графитовые элементы, представляющие собой графитовые блоки и графитовые кольца (втулки), измельчали с помощью механической дробилки до образования частиц размером не менее 0,05 мм. Измельченный графит концентрацией 250 г/л смешивали с бентонитом концентрацией 100 г/л, пропантом концентрацией 20 г/л и водой.

В подготовленной скважине 1 проводили гидроразрыв пласта путем нагнетания смеси геля ГРП с пропантом 3 под давлением 20–70 Мпа. В результате гидроразрыва пласта в земной коре образовывались трещины длиной до 707,8 м, шириной до 3,8 см, высотой до 50 м, которые заполнялись ожиженным графитовыми радиоактивными отходами 3.

После заполнения свободного объема в пласте ожиженными радиоактивными отходами 3, содержащими облученный графит, используемый участок скважины консервировали с помощью гидроизоляционного цемента 6 (фиг. 2). Повторно проводили гидроразрыв пласта на расстоянии 150–400 м от первого участка глубинного захоронения радиоактивных отходов и повторяли последовательность операций до достижения глубины 1000 м от поверхности земли.

По окончании нагнетания ожиженных радиоактивных отходов на расстоянии 50–70 м от нагнетательной скважины пробуривается наблюдательная скважина на ту же глубину. Контроль за состоянием барьеров безопасности и миграцией радионуклидов осуществляли методом гамма-каротажа через наблюдательную скважину.

Таким образом, реализация настоящего изобретения дает возможность проводить утилизацию облученного ядерного графита путем надежной изоляции в тектонически устойчивых пластах земной коры с использованием геологически совместимого со средой барьерного материала без его дополнительной переработки.

1. Способ глубинного захоронения облученного графита уран-графитовых ядерных реакторов, включающий предварительную подготовку отходов к глубинному захоронению, проведение гидроразрыва пласта с использованием указанных отходов в ожиженном состоянии, которые попадают в трещины, отличающийся тем, что для глубинного захоронения облученного графита выбирают тектонически устойчивые участки земной коры, сложенные осадочными породами, в которых бурят скважину на глубину до 3500 м и одновременно проводят обсадку и цементаж затрубного пространства, в нижней части ствола скважины выполняют перфорацию, область перфорации отсекают пакером, затем облученный графит извлекают из графитовой кладки уран-графитового реактора, измельчают механическим способом до образования графитовых частиц размером менее 0,05 мм, подготавливают смесь размельченного графита (до 250 г/л), бентонита (до 100 г/л) и пропанта (до 20 г/л) в воде, выполняют гидроразрыв подготовленного пласта, при этом, не снижая давления в скважину, подают расчетное количество графит-бентонитовой смеси с пропантом, после чего выполняют изоляцию отходов, затворение и установку цементного стакана с расчетным количеством цемента, последующие операции выполняют подъемом участков гидроразрыва вверх по скважине до глубины 1000 м.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что гидроразрыв пласта проводят с использованием геля для гидроразрыва пласта и пропантом с концентрацией не менее 50 г/л.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для контроля состояния глубинного захоронению создают наблюдательную скважину на расстоянии 50–70 м от нагнетательной.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области локализации низкоактивных и очень низкоактивных радиоактивных отходов. Хранилище радиоактивных отходов включает нижний защитный инженерный барьер, образованный основанием, ложем и дренажной системой, радиоактивные отходы и верхний защитный инженерный барьер, образованный верхней подушкой, укрывной пленкой из высокоплотного полиэтилена и верхним покрытием.

Изобретение относится к техническим средствам погружения в геологические формации земной коры. Радиоизотопное устройство для погружения в геологической формации земной коры содержит тепловыделяющие и соединительные элементы, образующие однослойную осесимметричную тепловыделяющую структуру.

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).

Изобретение относится к технологиям обращения с токсичными и радиоактивными технологиями и может быть использовано при разработке месторождений с закладкой выработанного пространства.

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.

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.

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).

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.

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.

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 области охраны окружающей среды от радиоактивного загрязнения и может быть использовано для снижения класса опасности жидких радиоактивных отходов (ЖРО), в том числе высокоактивных отходов (ВАО).

Изобретение относится к методам отверждения жидких радиоактивных отходов. Установка для отверждения жидких радиоактивных отходов содержит контейнер с перемешивающей мешалкой, узлы подачи ЖРО и наполнителя.

Изобретение относится к технологии обращения с жидкими радиоактивными отходами ядерного топливно-энергетического цикла. Способ очистки жидких радиоактивных отходов (ЖРО) включает операции их термической обработки, очистку ЖРО проводят в два этапа.
Изобретение относится к области охраны окружающей среды от радиоактивного загрязнения и может быть использовано для обезвреживания жидких радиоактивных отходов (ЖРО).

Группа изобретений относится к атомной и радиохимической промышленности. Способ очистки жидкости, загрязненной радионуклидами, включает размещение в загрязненной жидкости как минимум по одному элементу из разных пористых материалов - гидрофильному и гидрофобному, один конец которых частично погружают в загрязненную жидкость, а на других путем пропускания электрического тока создают зону выпаривания, в которую транспортируют загрязненную жидкость за счет капиллярных свойств пористого материала, и где путем нагрева жидкости до кипения осуществляют компактирование загрязнений.
Изобретение относится к области локализации жидких радиоактивных отходов и предназначено для использования в атомной энергетике и на радиохимических производствах для отверждения радиоактивных расходов и пульп.
Изобретение относится к области локализации жидких радиоактивных отходов и предназначено для использования в атомной энергетике и на радиохимических производствах для отверждения радиоактивных расходов и пульп.

Изобретение относится к области атомной энергетики, системе безопасности АЭС. Создают два участка земли, первый - рабочий, второй - семенной, на которых высевают и выращивают аккумулирующие в большем объеме радиоактивные частицы растения.

Изобретение относится к области атомной энергетики, системе безопасности АЭС. Подготавливают два участка земли - рабочий и семенной, на рабочем участке высевают быстрорастущие растения.

Изобретение относится к полимерным композициям, применяемым в ядерной технике, а именно для кондиционирования низко- и среднеактивных отработанных ионообменных смол (ИОС).
Наверх