Разработка модуля тепломассопереноса к коду Feeflow для расчета закачки рассолов в многолетнемерзлые породы

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

На момент написания статьи не существует готовых программных кодов для расчета процессов тепломассопереноса и фильтрации в многолетнемерзлых породах (ММП). Существующие программы не решают задачи растепления (плавления) льда при растворении закачанными рассолами. В статье предлагается решение такой задачи, с использованием нового кода (FreezeThaw75), разработанного одним из авторов для расчета тепло- и массопереноса с учетом фазовых переходов вода–лед и лед–вода–вода. Модуль FreezeThaw75 разработан на С++ применительно к модельной среде Feflow v7.4-7.5. Проведена верификация работы модуля сравнение расчетов с аналитическим решением и другими программными кодами. Показана функциональность модуля при апробации на модели закачки рассола в мерзлые породы на одном из участков закачки в Далдыно-Алакитском районе Якутии. Особенностью расчетов в созданной модели является учет больших закачиваемых объемов высокоминерализованных рассолов (с минерализацией до 400 г/л). При взаимодействии с породами рассолы способствуют деградации льдистой составляющей ММП. При проектировании полигона закачки учитывают криогидрогеологические условия участка. Закачка производится в толщу ММП с высокой поглощающей способностью, особенно в районах, приуроченных к зонам тектонических нарушений. Разработанный модуль позволяет корректировать прогнозируемый потенциал эксплуатируемых участков закачки, а также может использоваться в качестве дополнительного элемента контроля процесса закачки и формирования техногенного водоносного горизонта в толще ММП.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

И. А. Расторгуев

НИЦ “Курчатовский Институт”; АК “Алроса”

Автор, ответственный за переписку.
Email: stiar@mail.ru
Россия, 123098, Москва, пл. Академика Курчатова, 1; 630007, Новосибирск, ул. Советская, 5

И. В. Литвинова

АК “Алроса”

Email: LitvinovaIV@alrosa.ru
Россия, 630007, Новосибирск, ул. Советская, 5

Н. А. Иост

АК “Алроса”

Email: LitvinovaIV@alrosa.ru
Россия, 630007, Новосибирск, ул. Советская, 5

А. В. Ильин

АК “Алроса”

Email: LitvinovaIV@alrosa.ru
Россия, 630007, Новосибирск, ул. Советская, 5

Список литературы

  1. Гольдберг В.М., Скворцов Н.П., Лукьянчикова Л.Г. Подземное захоронение промышленных сточных вод. М.: Недра, 1994. 282 с.
  2. Дроздов А.В. Захоронение дренажных рассолов в многолетнемерзлых породах (на примере криолитозоны Сибирской платформы). Иркутск: Изд-во ИГТУ, 2007, 296 с.
  3. Дроздов А.В. Оценка перспективности участка “Левобережный” для захоронения дренажных рассолов трубки “Удачной” // Изв. Сиб. отд. Секции наук о Земле РАЕН. 2013. № 1(42). С. 146–156.
  4. Дроздов А.В. Структурно-тектонические критерии оценки приемистости массивов для захоронения сточных вод алмазодобывающих предприятий в криолитозоне Западной Якутии // Криосфера Земли. 2006. Т. X. №2. С. 27–45.
  5. Дроздов А.В., Готовцев С.П. Особенности миграции рассолов в криолитозоне при их подземном захоронении // Формирование подземных вод криолитозоны. Якутск: ИМЗ СО РАН, 1992. С. 31–48.
  6. Дроздов А.В., Иост Н.А., Лобанов В.В. Криогидрогеология алмазных месторождений Западной Якутии. Иркутск: Изд-во ИГТУ, 2008. 507 с.
  7. Егоров А.Г. Фильтрационные эффекты в задачах тепломассопереноса и деформирования насыщенных пористых сред: автореф. дис. ... д.ф-м.н., специальность 01.02.05. Казань, 1999. 31 с.
  8. Ершов Э.Д., Комаров И.А., Чувилин Е.М. Прогноз процессов взаимодействия жидких техногенных рассолов, захороняемых в массиве мерзлых пород // Геоэкология. 1997. № 2. С. 19–29.
  9. Костерина Е.А. Математическое моделирование и численное решение одномерных задач насыщенно-ненасыщенной фильтрации: автореф. дис. ... к.ф-м.н., специальность 05.13.18. Казань, 1999. 15 с.
  10. Grenier C., Anbergen H., Bense V., Chanzy Q. et al. Groundwater flow and heat transport for systems undergoing freeze-thaw: Intercomparison of numerical simulators for 2D test cases // Advances in Water Resources. 2018. V. 114. P. 196–218.
  11. McKenzie J.M., Voss C.I., Siegel D.I. Groundwater flow with energy transport and water–ice phase change: Numerical simulations, benchmarks, and application to freezing in peat bogs // Advances in Water Resources. V. 30. Is. 4. 2007. P. 966–983.
  12. Mohammed, A.A., Bense, V.F., Kurylyk BL. et al. Modeling reactive solute transport in permafrost-affected groundwater systems // Water Resources Research. 2021. 57(7), art. e2020WR028771. https://doi.org/10.1029/2020WR028771
  13. Diersch, H.-J. G. FEFLOW: Finite Element Modeling of Flow, Mass and Heat Transport in Porous and Fractured Media. FEFLOW. 2014. 1018 p. URL: https://link.springer.com/book/10.1007/978-3-642-38739-5

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис. 1. Постановка задачи Лунардини.

Скачать (128KB)
3. Рис. 2. Сопоставление аналитического расчета и расчета с помощью модуля FreezeThaw75.

Скачать (176KB)
4. Рис. 3. Сопоставление расчетов на модуле FreezeThaw75 (слева) и SUTRA (справа). Верхний ряд – сопоставление по температуре, нижний – по влагонасыщенности.

Скачать (374KB)
5. Рис. 4. Начальные и граничные условия для задачи тепломассопереноса. Сине-голубой заливкой показана начальная льдистость, изолиниями – начальные напоры, красной – начальная концентрация промстоков 100 мг/л.

Скачать (209KB)
6. Рис. 5. Сопоставление расчетов тепломассопереноса в FreezeThaw75 (слева) и расчeтов из [12] (справа). Сверху льдистость, внизу концентрация хлоридов.

Скачать (192KB)
7. Рис. 6. Схема расположения объекта моделирования с системой разломов (красные линии). Скважины: закачки − красные кружки, наблюдательные – зеленые; цифры − номера скважин. Линия разреза показана черным цветом.

Скачать (256KB)
8. Рис. 7. Схема разреза. Слева – южная часть модели, справа – восточная. Черные линии − скважины, белая линия – кривая репрессии, заливка – коэффициент фильтрации через 3 мес. после начала закачки.

Скачать (302KB)
9. Рис. 8. Сопоставление фактических и расчетных уровней по ближайшим к закачным скважинам пьезометрам №№ 1–4.

Скачать (445KB)
10. Рис. 9. Результаты расчета закачки в течение 2013–2022 гг. Желтым показаны разломы, зеленым − ореол минерализации 200 г/л, белым − не размороженная часть.

Скачать (135KB)

© Российская академия наук, 2024