Способ получения непроницаемых для жидкостей удерживающих барьеров

1 Настоящее изобретение касается способа изготовления непроницаемых для жидкостей удерживающих барьеров. Указанные барьеры можно использовать для предотвращения передвижения загрязняющих веществ в грунте, а также для их удаления из грунтовых вод. Термин "откачка и очистка" - это распространенный термин, используемый для любого способа, пригодного для удаления загрязненной грунтовой воды и ее очистки за пределами загрязненной области, как правило на поверхности. Способы такой обработки могут быть разнообразными, но в основном воду откачивают из подземной загрязненной зоны, а очистку ее производят на поверхности земли. Технология"откачки и очистки" обычно используется в случае загрязняющих веществ, растворенных в грунтовой воде. Однако при помощи специальных способов откачки можно также удалять неводные жидкие среды (НвЖС) как легкие, так и тяжелые. Системы "откачки и очистки" можно проектировать, устанавливать и эксплуатировать согласно технологиям, хорошо известным специалистам данной отрасли. При благоприятных геологических условиях системы откачки позволяют производить быстрое извлечение загрязненных масс из тех зон, где наблюдается повышенное содержание загрязняющих веществ. По этой причине технология "откачки и очистки" продолжает оставаться наиболее широко используемым способом уменьшения зон загрязнения и их регулирования. Период времени, необходимый для осушения местности, может быть, однако, чрезмерно длительным, и во многих случаях цель так и не достигается. Например, в случае присутствия НвЖС концентрация загрязняющих веществ в грунтовой воде после кратковременного перерыва в откачивании может практически возвратиться к исходному значению. Это происходит из-за того, что огромные остаточные массы загрязнителей медленно растворяются в грунтовой воде. Для решения этой проблемы изучены альтернативные технологии, позволяющие производить осушение территорий дешевле и за более короткий промежуток времени. Одна из наиболее многообещающих технологий очистки включает нагнетание в грунтовые воды совместных растворителей и смесей поверхностно-активных веществ (ПАВ), в частности, таких, которые образуют микроэмульсии. Такую технологию очистки недавно опробовали на местности и получили замечательные результаты. В действительности, микроэмульсионная технология позволяет произвести более эффективное удаление загрязнителей, повышая при этом их истинную растворимость в воде. Кроме того, такая технология очистки повышает под 002282 2 вижность НвЖС за счет снижения поверхностного натяжения между водой и загрязняющим веществом. Далее микроэмульсии нагнетают в обрабатываемые области через нагнетательные скважины, а затем извлекают на поверхность земли (где их и перерабатывают) совместно с водой и загрязняющими веществами, поступающими из других скважин; таким образом происходит очистка водоносного горизонта. Затем нагнетают воду для удаления остатков ПАВ. Критическая проблема, возникающая при технологии очистки с использованием ПАВ,заключается в неуправляемой миграции загрязняющих веществ во время дренажных операций. Из-за значительно возрастающей растворимости и подвижности НвЖС и других загрязнителей,адсорбированных в основной массе земли, способность зоны загрязнений к горизонтальной и вертикальной миграции становится источником потенциальной опасности. Для решения этой проблемы предприняты попытки использовать удерживающие барьеры. Такая технология (то есть использование удерживающих барьеров) используется все шире в качестве составляющей всех технологий типа "откачка и очистка", так как подобные барьеры изолируют области, подлежащие обработке, что позволяет уменьшить общий объем работ и сберегает деньги и время. При создании в настоящее время удерживающих барьеров используют традиционные материалы и технологии, например, шпунтовые сваи или траншеи, наполненные цементом или непроницаемой смесью глины и земли. Современная технология создания удерживающих барьеров, однако, имеет некоторые серьезные ограничения. Например, установленные на недостаточную глубину барьеры не очень эффективны. И, наоборот, возрастает необходимость в технологиях, которые на настоящий момент времени отсутствуют, позволяющих создавать удерживающие барьеры на большой глубине. Более того, по-прежнему чрезвычайно сложно сооружать горизонтально расположенные барьеры, то есть расположенные ниже загрязненных зон, которые были бы в состоянии предотвратить движение загрязняющих веществ вглубь. Предлагаемый способ создания удерживающих барьеров свободен от вышеуказанных недостатков. Согласно данному изобретению предлагается способ изготовления непроницаемого для жидкостей удерживающего барьера для текучих сред, включающий: а) гидравлическое растрескивание грунта для создания обширных трещин, причем указанное растрескивание производят путем нагнетания под давлением через скважины составов,выбранных из группы, включающей:(i) - водные растворы или дисперсии материалов, способных к гелеобразованию;(ii) - водные дисперсии твердых веществ;(iii) - материалы или соответствующие растворы/дисперсии, способные к отвердеванию при охлаждении; б) последующее выдерживание под давлением до формирования вышеупомянутых удерживающих барьеров, по существу состоящих из составов (i)-(iii). В случае способных к гелеобразованию материалов (i) удерживающие барьеры образуются за счет гелеобразования указанных в (i) веществ. В случае водных дисперсий твердых веществ (ii) удерживающие барьеры образуются в результате создания непроницаемых фильтрационных осадков. В случае материалов (iii) или соответствующих растворов/дисперсий, способных к отвердеванию при охлаждении, удерживающие барьеры, очевидно, образуются в результате понижения температуры. Термин "способный к гелеобразованию водный раствор (или дисперсия)" относится к водному по существу раствору (или дисперсии) веществ, который имеет исходную вязкость в интервале от 1 до 200 мПа и превращается в вязко-эластичное твердое вещество (то есть гель), имеющее модуль эластичности выше 1 Па, предпочтительно выше 10 Па. Водные растворы или дисперсии (i) материалов, способных к гелеобразованию, можно разбить на три группы: первая группа (ia) по существу состоит из полимеров, в которых присутствуют или отсутствуют агенты для их поперечного сшивания. В этом случае гелеобразование происходит за счет поперечного сшивания полимеров, присутствующих в растворе/дисперсии. Эта группа включает гуаран (guar) в присутствии сшивающих агентов, выбранных из группы, включающей ионы поливалентных металлов (например, В+3; Zr+4; Ti+4; Sb+), которые вызывают поперечную сшивку в интервалах значений рН, характерных для каждого иона металла в отдельности (например, для В+3 при рН=8-12, для Zr+4 при рН=7-10, для Ti+4 при рН=7-9, для Sb при рН=3-6); ГПГ (гидроксипропиловый гуаран), сшиваемый в присутствии тех же вышеуказанных ионов металлов и при тех же значениях рН; КМГПГ (карбоксиметилгидроксипропиловый гуаран), также сшиваемый в присутствии поливалентных ионов металлов(например, Zr+4 при рН=3-6, Ti+4 при рН=7-9,Аl+3 при рН=4-6); (со)полиакриламиды, также сшиваемые в присутствии поливалентных ионов, например, Al+3 или Zr+4 при рН=4-6; "Xanthan Gum" (ксантановую смолу), сшиваемую в присутствии Ti+4 или В+3; лигнинсульфонаты; производные целлюлозы, такие как карбоксиметилцеллюлоза (известная как КМЦ) и дериватизированная гидроксиэтилцеллюлоза (известная как DDMEC), сшиваемые в присутствии ионов поливалентных металлов; амиды с функцио 002282 4 нальными группами сложных эфиров фосфорной кислоты; полисахариды с функциональными анионными группами; и так называемые физические гели (типичным примером которых является полипропиленгликоль, который текуч при повышенных температурах и образует гель при температуре примерно ниже 30 С). Вторая группа (iб) включает водные растворы (или дисперсии) мономеров, способных к полимеризации и далее к поперечному сшиванию. Типичными, но не ограничивающими примерами являются мономеры группы акриламидов, поперечная сшивка которых происходит в присутствии подходящих агентов, например,радикальных инициаторов. Третья группа (iв) включает растворы и/или дисперсии силикатов натрия и/или калия,которые образуют гель в соответствующем интервале значений рН. Что касается водных дисперсий твердых веществ (ii), типичными примерами являются дисперсии глин, карбонатов кальция, коллоидных полимеров (например, КМЦ, то есть карбоксиметилцеллюлоза и ее производные), лигнита, поперечно-сшитых модифицированных амидов и соответствующих смесей. Вышеперечисленные дисперсии (ii) не образуют гель, но благодаря фильтрации раствора через грунт,окружающий трещину, образуют непроницаемые фильтрационные осадки. Типичными примерами материалов (iii),или соответствующих растворов/дисперсий,способных к отвердеванию при охлаждении,являются воски (например, горный воск, "Montan wax"). Растворы или дисперсии (i)-(iii) могут также включать прочие добавки, обычно используемые в водных составах, способных к гелеобразованию. Типичными примерами являются биоциды, агенты, замедляющие гелеобразование, вещества, контролирующие рН, и буферные растворы, регуляторы вязкости (например, "xanthan gum" - ксантановая смола). Прочие вещества, входящие в эти растворы/дисперсии - это добавки, регулирующие потерю текучести, такие как карбонат кальция,бентонит, полимеры (например, лигнит), модифицированные амиды, твердые вещества с размерами частиц более 5 мкм, а также вещества,добавляемые для поддержания трещин, создаваемых гелем/гелеобразующим агентом (известны как "укрепители"), открытыми. Гели (или фильтрационные осадки), образованные из растворов/дисперсий (i), характеризуются значениями проницаемости порядка микродарси, что вполне достаточно для предотвращения продольного и поперечного потока через трещину. Кроме того, гели в зависимости от используемых материалов могут быть или не быть биоразлагаемыми. Это является большим преимуществом в том случае, когда по оконча 5 нии дренажных работ требуется восстановление исходных природных условий. В случае дисперсий (ii) эти материалы позволяют сформировать фильтрационные осадки,способные преградить ток жидкости через такой барьер в окружающие области. Что касается технологии гидравлического растрескивания, то она широко применяется в нефтяной промышленности для повышения производительности нефтяных скважин (см.,например, "Основы гидравлического растрескивания", "Basic Principles of Hydraulic Fracturing"). Вкратце, технология гидравлического растрескивания включает нагнетание под высоким давлением жидкостей (обычно воды) в скважину до тех пор, пока давление не превысит критического значения и не создаст трещины (или расширит ранее существующие). Технология растрескивания также с недавних пор используется при осушении земель. Фактически растрескивание способствует введению материалов,используемых в других новейших технологиях осушения земель (например, введению веществ,повышающих биологическую регенерацию,электропроводящих веществ для улучшения электрокинетических процессов, или таких реагентов, как нульвалентное железо или перманганат). С другой стороны, ранее не описано использование технологии растрескивания для введения веществ, способных к гелеобразованию, или веществ, подходящих для формирования непроницаемых фильтрационных осадков. Что касается необходимости некоторого периода времени для протекания поперечного сшивания/образования геля из растворов/дисперсий (i), то есть длительности этапа (б), этот вопрос может быть решен специалистами данной отрасли в соответствии с известными методами. Например, гелеобразование можно регулировать в зависимости от концентрации и типа иона металла, величины рН, типа и концентрации пероксида. Во всяком случае, всегда предпочтителен период времени, гораздо больший, чем минимальное время, необходимое для гелеобразования/поперечного сшивания или для образования фильтрационных осадков. Использование гелеобразующих растворов/дисперсий для изоляции НвЖС уже известно (см. I. Lakatos, 1997 International ContainmentTechnology Conference and Exhibition, St. Petersburg, Florida, USA - И. Лакатос, 1997, Международная конференция и выставка по удерживающим технологиям, С.-Петербург, Флорида,США). Однако указанные предложения основаны на способе введения гелеобразующего агента путем инфильтрации из ряда скважин. Эта технология весьма дорогостоящая, так как в этом случае требуются большие объемы геля,поскольку гель радиально распространяется из 6 скважины; кроме того, эта технология не обеспечивает формирования качественных барьеров. Нагнетание растворов/дисперсий, отвечающее настоящему изобретению, намного проще и дешевле, так как требует меньшего количества скважин и меньшего времени обработки. Кроме того, наличие барьеров из гелей или непроницаемых фильтрационных осадков, равно как и уменьшение общего числа наблюдательных скважин, также способствует снижению риска миграции загрязнителей вдали от наблюдательных скважин. Это особенно важно при проведении дренажных работ в присутствии микроэмульсий. Преимущество данного способа, отвечающего настоящему изобретению, также заключается в том, что возможно создание биоразлагаемых удерживающих барьеров. В результате этого, после завершения дренажных работ вышеуказанные барьеры можно уничтожать при помощи биоразложения. Кроме того, предлагаемый способ в соответствии с настоящим изобретением позволяет создавать барьеры также и на больших глубинах, что невозможно при помощи традиционных технологий. И наконец, важным является также то, что такие барьеры/фильтрационные осадки, отвечающие настоящему изобретению, могут быть как вертикальными, так и горизонтальными. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения непроницаемых для жидкостей удерживающих барьеров, включающий: а) гидравлическое растрескивание грунта для создания обширных трещин, причем указанное растрескивание производят путем нагнетания под давлением через скважины составов,выбранных из группы, включающей:(i) водные растворы или дисперсии материалов, способных к гелеобразованию;(ii) водные дисперсии твердых веществ;(iii) материалы или соответствующие им растворы/дисперсии, способные к отвердеванию при охлаждении; б) последующее выдерживание под давлением до формирования указанных удерживающих барьеров, по существу состоящих из составов (i)-(iii). 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что водные растворы или дисперсии способных к гелеобразованию материалов (i) выбраны из группы, включающей:(ia) водные растворы и/или дисперсии, по существу состоящие из полимеров в присутствии сшивающих агентов или без них;(iв) растворы и/или дисперсии силикатов натрия и/или калия, которые образуют гель в соответствующем интервале значений рН. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что составы (ia) выбраны из группы растворов/дисперсий, включающей:(3 а) гуаран, гидроксипропиловый гуаран,карбоксиметилгидроксипропиловый гуаран, в присутствии ионов поливалентных металлов;(3 б) (со)полиакриламиды в присутствии ионов поливалентных металлов;(3 д) производные целлюлозы; амиды, модифицированные сложными эфирами фосфорной кислоты; полисахариды с функциональны 8 ми анионными группами, в присутствии ионов поливалентных металлов;(3 е) физические гели. 4. Способ по п.2, отличающийся тем, что составы (iб) по существу включают растворы(или дисперсии) мономеров из группы акриламидов, способных к поперечному сшиванию в присутствии подходящих сшивающих агентов. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что в качестве поперечно-сшивающих агентов использованы радикальные инициаторы. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что дисперсии (ii) выбраны из группы, включающей дисперсии глин, карбонатов кальция, коллоидных полимеров, лигнита, модифицированных амидов и соответствующих смесей. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что материалы (iii) представляют собой воски.