高新浅层污染土壤的增渗技术与流程

高新浅层污染土壤的增渗技术与流程

1.本发明涉及一种增渗方法,尤其涉及一种针对浅层污染土壤的增渗方法,属于土壤污染修复治理技术领域。

背景技术:

2.我国的污染场地分布范围广、污染治理难度大,现有修复技术的效率、成本和修复程度尚无法满足社会经济发展和国家绿色发展的需求。目前,我国污染场地治理工作处于起步阶段,土壤污染治理修复技术储备不足,其中多以异位修复为主,无法满足应对不同的开发利用类型土壤治理修复的需求,因此需要探索原位修复技术和修复工艺的多样化。
3.浅层低渗透地层存在渗透性能差、物质传输困难等问题。土壤渗透性直接决定了原位化学/氧化技术所采用的具体施工方式和装备,从而决定施工成本。对于低渗透地层,采用传统原位化学氧化/还原修复技术时,低渗透特性阻碍了修复剂传质效果,导致修复剂与污染区域不能有效的接触,大大降低了修复效率。修复剂容易发生绕流现象,即修复剂容易向高渗透地层、裂缝等非均质体扩散,导致低渗透区域修复程度低。随着时间的推移,低渗透储层的污染物又向高渗透区域扩散,形成二次污染。由此可见,低渗透污染场地的修复难度大,需要采用特殊的技术手段增大修复剂的传质能力。
4.环境压裂技术是利用水力压裂技术在浅层基岩或土壤中诱导裂缝增大其渗透性进而修复土壤的技术。目前针对原位修复有三种常用压裂技术:一是水力压裂,通过向地层中泵入瓜尔胶混砂压裂液而形成支撑剂填充裂缝,往往形成单一裂缝;二是气动压裂,通过泵入高压气体(空气、n2、co2等)形成多条不含支撑剂的裂缝,其扩展距离短;三是直接贯入压裂,直接将压裂管柱打入地层,将修复剂输送到指定位置,直接贯入压裂不需固井,施工简单,成本较低,但是裂缝扩展距离短。

技术实现要素:

5.为了解决上述技术问题,本发明的目的在于提供一种可以有效解决由于土壤的高塑性导致目前已有压裂技术的扩展距离短、造缝能力不足的缺点的土壤修复方法。
6.为了实现上述技术目的,本发明首先提供了一种浅层污染土壤的增渗方法,该增渗方法包括:
7.向浅层土体中注入高粘度流体,以浅层污染土壤的面积为700m2计,高粘度流体的注入量为5m
3-10m3;
8.向浅层土体中同一注液点注入液氮,以浅层污染土壤的面积为700m2计,液氮的注入量为2m
3-5m3;
9.向浅层土体中同一注液点注入液态二氧化碳,以浅层污染土壤的面积为700m2计,液态二氧化碳的注入量为5m
3-10m3;
10.在同一注液点重复注入高粘度流体-液氮-液态二氧化碳,直至裂缝扩展达到预期要求(预期要求本领域技术人员可以根据增渗的需要预先确定)。
11.本发明的增渗方法通过注入高粘度流体形成水力主裂缝,通过注入液氮冷冻裂缝周围土壤进而提高其脆性,通过注入液态二氧化碳压裂形成气动分支微裂缝,以上三种流体的反复注入,最终增大低渗透地层的渗透性,渗透性可以提高2个数量级以上。
12.本发明的增渗方法的浅层土体是指污染土壤中埋深小于50m,渗透性为10-5-10-8
cm/s,非均质性包含薄互层和透镜体的区域。
13.在本发明的一具体实施方式中,所述高粘度流体的注入速度为0.2m3/min-0.8m3/min;
14.所述液氮的注入速度为0.1m3/min-0.3m3/min;
15.所述液态二氧化碳的注入速度为0.2m3/min-0.5m3/min。
16.在本发明的一具体实施方式中,该增渗方法通过具有内管和外管的同心管完成注入,其中,液氮和液态二氧化碳通过同心管的内管注入到浅层土体中,高粘度流体通过同心管的外管注入到浅层土体中。
17.在本发明的一具体实施方式中,液态二氧化碳可以替换为氮气或空气。
18.在本发明的一具体实施方式中,高粘度流体的粘度为300cp-600cp;更具体地,高粘度流体为植物瓜尔胶或聚丙烯酰胺。同时高粘度压裂液可以携带石英砂或陶粒;携砂率为75%-85%,优选80%。
19.在本发明的一具体实施方式中,该增渗方法包括以下步骤:
20.对浅层土体完成固井;
21.固井后,通过套管对浅层土体进行射孔,形成井眼与地层之间的初始流体通道;
22.在套管内下入压裂同心管,利用封隔器密封压裂段;
23.本发明的浅层污染土壤的增渗方法,首先通过同心管的外管注入高粘度流体,在土层中形成主裂缝,然后利用同心管的内管注入液氮,冷冻主裂缝,利用同心管的内管注入液态二氧化碳,在水力主裂缝周围形成大量分支裂缝,重复注入高粘度流体、液氮和液态二氧化碳,完成对浅层土壤的修复。
24.在本发明的一具体实施方式中,同心管的外管与套管之间设置封隔器,同心管的内外管之间设置封隔器;其中,同心管的外管与套管之间可以设置两个封隔器,同心管的内外管之间可以设置两个封隔器。同心管的外管与套管之间设置套管封隔器,同心管的内管与同心管的外管之间设置同心管封隔器。其中,套管封隔器是由耐高压和低温的橡胶材料制成的;同心管封隔器是由耐低温的橡胶材料制成的。
25.在本发明的一具体实施方式中,套管封隔器与射孔的距离为0.4m-0.6m,同心管封隔器与液氮/二氧化碳出口的距离为0.2m-0.4m。
26.在本发明的一具体实施方式中,同心管的内管具有隔热保温涂层。封隔器为具有良好的抗低温、抗腐蚀性的封隔器。
27.在本发明的一具体实施方式中,固井包括以下步骤:
28.对浅层土体进行钻孔,形成井眼;在井眼中下入套管,通过套管注入水泥浆,水泥浆反排填充套管和井壁之间环空,待水泥浆凝固,完成固井。
29.其中,水泥泥浆优选为快速凝固水泥。
30.在本发明的一具体实施方式中,所述射孔是在套管中下入水力喷砂射孔管柱或射孔枪,对指定层位进行射孔。其中,射孔的方位、直径、深度、密度可以根据实际情况进行调
整。
31.本发明还提供了一种浅层污染土壤的修复方法,该浅层污染土壤的修复方法包括实施上述浅层污染土壤的增渗方法所述的步骤。
32.本发明的浅层污染土壤的增渗方法属于一种地层原位增渗方法,首先注入高粘度流体形成初始水力主裂缝,然后注入低温液氮,以冷冻水力主裂缝周围土壤,最后采用高压液态二氧化碳压裂形成大量分支裂缝,重复以上三个过程,在浅层土壤中形成水力主裂缝-气动分支裂缝的多尺寸裂缝,进而增大土壤的渗透性。同时,注入液氮冷冻土壤,可以增大土壤的脆性,进而提高土壤的可压性。
33.本发明的浅层污染土壤的修复方法通过先对土体进行增渗,可以有效对土壤污染进行治理修复,提高土壤的渗透性,渗透性可以提高两个数量级以上。
附图说明
34.图1为实施例1的浅层污染土壤的增渗方法的井网结构示意图。
35.图2为实施例1的浅层污染土壤的增渗方法的同心管的局部结构示意图。
36.主要附图符号说明:
37.1、混砂罐;2、液罐;3、柱塞泵;4、井口阀门;5、增压泵;6、二氧化碳气瓶;7、管线阀门;8、液氮罐;9、水泥环;10、套管;11、同心管外管;12、同心管内管;13、套管封隔器;14、高粘度流体出口;15、同心管封隔器;16、液氮/二氧化碳出口;17、冷冻区域;18、人工裂缝区域;19、射孔;20、水力主裂缝;21、气动分支裂缝;22、目标土层。
具体实施方式
38.为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解,现对本发明的技术方案进行以下详细说明,但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
39.实施例1
40.本实施例提供了一种高粘度流体-液氮-液态二氧化碳反复压裂浅层土壤的方法,其井网结构如图1和图2所示,包括以下步骤:
41.步骤a、对浅层土体的目标土层22中钻孔形成井眼,根据现场场地要求,井眼孔径可达30cm,钻孔深度可达50m。
42.步骤b、在钻孔中下入套管10,通过套管10注入水泥浆,并且将其全部顶替到套管10和井眼壁之间环空,并填充满环空形成水泥环9,完成固井。
43.步骤c、在套管10中下入水力喷砂射孔管柱或射孔枪,由井底向井口拖动管柱或射孔枪依次射孔19,目标污染土层深度为15m,射孔19的方位为0
°
(即垂直于套管10射孔)、直径为3cm、密度为5孔/m、深度为1m。
44.步骤d、在套管10内下入同心管外管11和同心管内管12,套管封隔器13密封同心管外管11与套管10之间的环空,套管封隔器13与射孔的距离为0.2m,柱塞泵3将混砂罐1和液罐2(装有植物瓜尔胶压裂液,粘度为400cp,注入速率为0.5m3/min,注入量为10m3)混合后的携砂压裂液通过柱塞泵3泵入同心管外管11,携砂液通过高粘度流体出口14进入同心管外管11和套管10之间的环空,然后通过射孔19进入地层产生水力主裂缝20。
45.步骤e、增压泵5将液氮罐8中的液氮进行增压(液氮注入速率为0.1m3/min,注入量
为2m3),泵入同心管内管12,同心管封隔器15密封同心管内管12与同心管外管11,同心管封隔器15与液氮/二氧化碳出口16的距离为0.2m,液氮通过液氮/二氧化碳出口16进入同心管外管11和同心管内管12的环空,经过液氮/二氧化碳出口16,进入同心管外管11和套管10之间的环空,最后通过射孔19进入水力主裂缝20,在水力主裂缝周围形成冷冻区域17。
46.步骤f、二氧化碳气瓶6中液态二氧化碳进入增压泵5进行增压(液态二氧化碳注入速率为0.2m3/min,注入量为5m3),泵入同心管内管12,液态二氧化碳通过液氮/二氧化碳出口16进入同心管外管11和同心管内管12的环空,经过液氮/二氧化碳出口16,进入同心管外管11和套管10之间的环空,最后通过射孔19进入水力主裂缝20,在冷冻区域17以及周边区域形成大量气动分支裂缝21,进而形成人工裂缝区域18。
47.井口阀门4为高粘度流体、液氮、液态二氧化碳的转换阀门,管线阀门7为液氮和液态二氧化碳之间的控制阀门,用来分别注入液氮和液态二氧化碳。
48.步骤g、套管封隔器13解密封,上提同心管外管11和同心管内管12,进行下一级压裂。
49.通过以上施工过程,成功诱发5条水力裂缝,注入压力为2.3mpa,水力主裂缝的平均厚度为1.27cm,平均气动分支裂缝分布密度达27条/m2,人工裂缝的长度影响范围达27.3m,宽度影响范围达14.9m。压裂前土壤的渗透系数为1.5
×
10-7
cm/s,压裂后土壤的渗透系数为2.9
×
10-5
cm/s,其渗透性提高190倍。

技术特征:
1.一种浅层污染土壤的增渗方法,其中,该增渗方法包括:向浅层土体中注入高粘度流体,以浅层污染土壤的面积为700m2计,所述高粘度流体的注入量为5m
3-10m3;向浅层土体中同一注液点注入液氮,以浅层污染土壤的面积为700m2计,所述液氮的注入量为2m
3-5m3;向浅层土体中同一注液点注入液态二氧化碳,以浅层污染土壤的面积为700m2计,所述液态二氧化碳的注入量为5m
3-10m3;在同一注液点重复注入高粘度流体-液氮-液态二氧化碳,直至裂缝扩展达到预期要求;所述液态二氧化碳替换为氮气或空气。2.根据权利要求1所述的增渗方法,其中,所述高粘度流体的注入速度为0.2m3/min-0.8m3/min;所述液氮的注入速度为0.1m3/min-0.3m3/min;所述液态二氧化碳的注入速度为0.2m3/min-0.5m3/min。3.根据权利要求1所述的增渗方法,其中,该增渗方法通过具有内管和外管的同心管完成注入,液氮和液态二氧化碳通过同心管的内管注入到浅层土体中,高粘度流体通过同心管的外管注入到浅层土体中。4.根据权利要求1所述的增渗方法,其中,所述高粘度流体的粘度为300cp-600cp;优选地,所述高粘度流体为植物瓜尔胶或聚丙烯酰胺;优选地,所述高粘度流体携带石英砂或陶粒,携砂率为75%-85%。5.根据权利要求1所述的增渗方法,其中,该增渗方法具体包括以下步骤:对浅层土体完成固井;固井后,通过套管对浅层土体进行射孔,形成井眼与地层之间的初始流体通道;在套管内下入压裂同心管,利用封隔器密封压裂段;通过同心管的外管注入高粘度流体,在土层中形成主裂缝,利用同心管的内管注入液氮,冷冻主裂缝周围的土壤,利用同心管的内管注入液态二氧化碳,在水力主裂缝周围形成大量分支裂缝,重复注入高粘度流体、液氮和液态二氧化碳,完成对浅层土壤的增渗。6.根据权利要求5所述的增渗方法,其中,同心管的外管与套管之间设置套管封隔器,同心管的内管与同心管的外管之间设置同心管封隔器。7.根据权利要求6所述的增渗方法,其中,套管封隔器与射孔的距离为0.4m-0.6m,同心管封隔器与液氮/液态二氧化碳出口的距离为0.2m-0.4m。8.根据权利要求5所述的增渗方法,其中,所述同心管的内管具有隔热保温涂层。9.根据权利要求5所述的增渗方法,其中,所述固井包括以下步骤:对浅层土体进行钻孔,形成井眼;在井眼中下入套管,通过套管注入水泥浆,水泥浆反排填充套管和井壁之间环空,待水泥浆凝固,完成固井。10.一种浅层污染土壤的修复方法,该浅层污染土壤的修复方法包括实施权利要求1-9任一项所述的浅层污染土壤的增渗方法所述的步骤。
技术总结
本发明提供了一种浅层污染土壤的增渗方法。该增渗方法包括:向浅层土体中注入高粘度流体,以浅层污染土壤的面积为700m2计,高粘度流体的注入量为5m3‑

技术开发人、权利持有人:周大伟 张广清

人已赞赏
专利技术

高新污水处理用沉淀池技术

2021-5-3 6:23:42

专利技术

高新带自洁器的浸没式清洗水枪技术

2021-5-3 6:26:13

0 条回复 A文章作者 M管理员
    暂无讨论,说说你的看法吧
个人中心
购物车
优惠劵
今日签到
有新私信 私信列表
搜索