2006年12月.2006文章编号:(2006)地下盐穴处理核废料的方法(中国石油勘探开发研究院廊坊分院,河北廊坊)核废料对环境和人类安全具有较大危害,如何安全高效处理常常是困扰人类的棘手问题,目前认为有效的处理方式是深部埋藏处理,利用盐穴进行核废料的深埋处理是一种较为安全的方法。盐穴就是在地下盐层中通过钻井,利用水循环的方法,将盐层溶解,最终形成一个体积较大的空洞。利用地下盐穴可以进行各种工业废料的埋藏处理,特别是对具有放射性污染的核废料。建设埋藏放射性核废料的盐穴需要选择地质条件好,具有良好封闭性的盐造穴方式主要是通过水溶洗盐形成地下溶洞。埋藏核废料需要通过一系列的特定工艺才能完成,放射性核废料埋藏处理后需要进行监测以防止产生污染事故。一般来说,由于地下盐穴埋深大、盐穴封闭性好,具有较高的安全性。利用盐穴进行核废料的埋藏具有费用低、容量大、占地少、安全性高等优点,是一种可以推广应用的核废料处理新方法。关键词:核废料;处理中图分类号:TD163.3文献标识码:,):y,,,...ation..。

.,,bage.:;;;引言随着人们对环境问题的日益关注,环境保护已经成为全世界共同关注的焦点,环境保护已经深入到社会生活的各个领域,人们日常生活中需要注意保护自己的周围环境外,尽量减少各种各种垃圾,以减轻对环境的压力。但社会要发展,人们生活水平要提高,在社会生活的各个领域会不可避免的产生各种工业的垃圾,这些垃圾或废料有时由于其本身的特性,可能具有放射性、毒性,不易处理或处理收稿日期:(修改稿)作者简介:江苏如皋人,博士,高级工程师,从事油气地下储备库技术研究,现为中国石油勘探开发研究院廊坊地下储库中心主任工程师。

Emai:过程中会产生较大的二次污染,对于这些废料的处理目前还没有更多的好办法,如工业中产生的大量的核废料、大量的化学废料、农业生产中的许多过期的化肥农药等等,很多时候对那些无法处理的废料往往进行集中填埋的方式进行处理,这一方式不仅要占用大量的地表面积,而且费用高,安全性也值得关注。目前在国外,已经有国家在利用和准备利用人造地下盐穴进行工业废料的填埋,特别是许多放射性废料,包括核废料的填埋,将核废料埋到地下下的人造盐穴中,具有安全性高、费用低的优点,正受到越来越多的关注。2盐穴的利用现状介绍1盐穴的基本概念所谓盐穴就是在地下盐层中通过钻井,利用水循环的方法,将盐层溶解,最终形成一个体积较大的空洞。该方法广泛应用于盐岩矿床的开采中。盐穴的形成需要大量的淡水进行溶解,每形成的洞穴,需要的淡水进行冲洗。根据不同的地质条件,单个盐穴的体积从2国内外盐穴利用情况介绍盐穴最初的利用主要是进行石油和天然气的储存,是作为储备库来使用的。美国人首先利用盐穴进行储气,并于1959年建成世界上第一个盐穴地下储气库。在随后的40年里,利用盐穴进行石油天然气的存储就得到了很大的发展。

到目前为世界上有1000多个用于除采盐以外的各类目分布在美国、加拿大、德国、法国、英国、俄罗斯、澳大利亚、土耳其、阿根廷、泰国等几十个国家,仅美国就在墨西哥湾附近的盐层中利用盐穴储备原油108桶。随着盐穴用途的不断拓展,盐穴开始用于各类难于处理的工业废料的填埋,利用盐穴进行废料的填埋已经有了近20年的历史,比较成功的主要是德国和美国,但规模还比较小。利用盐穴对特别难以处理并且很容易产生二次污染的废料的处理,别是核废料的处理,在美国和德国等国家已经研究多年,并且已经取得成功,盐穴今后会成为核废料处理的主要方法之一。由于盐穴作为重要的地下空间资源,具有很高的利用价值,因此盐穴利用比较成功的美国、德国。法国等欧美不少国家都有相应的专业研究机构专门从事地下盐穴的研究,研究内容包括适应不同地质条件的造腔工艺、溶腔模拟、稳定性研究和评估、储存方式和储存工艺等等。同样也具有一批专业公司进行盐穴的运营并形成产业,从中取得较大的商业利润。中国在盐穴的利用方面也已经开始起步,国江苏省金坛市,西气东输配套地下储气库工程就是利用盐穴作为储气设施储存天然气,用于季节和应急调峰,该工程开创中国盐穴地下空间利用的先1建造盐穴的基本地质条件盐穴的建造一般选择在盐层厚度大、分布稳定盐层厚度大,无断层影响;顶板强度大,有利盐穴的安全;盐层内部夹层少、厚度小,有利造腔;埋深一般大%水源充足,保证造腔用水。

以上几个条件只是建设盐穴储存库的几个原 在具体落实到某个具体的建库地址时,需要进 行大量的地球物理勘探, 搞清盐层的分布, 掌握盐 层的分布特征非常重要。另外, 除搞清盐层的分布 特征外, 另一个非常重要的方面就是搞清建库区域 的地质特征, 包括水文地质、矿产地质、地质力学、 地震地质等等, 保证盐穴储存库的建设对局部地质 环境不造成破坏而避免对环境的影响。 要达到以上要求, 对盐的盖层提出较高的要 因此,盐层本身的地质特征和盐岩盖层是研究 的关键。 2盐穴建造方法盐穴的造腔首先在于溶腔的设计, 溶腔的设计 是关系到储存库的稳定性的一个关键, 溶腔设计需 要运用地质力学、岩石力学、工程力学、流体力学等 多方面的理论进行优化, 最终设计出满足储存和埋 藏各类特定物质要求的溶洞。针对不同的地质条 可以设计出不同形态和大小的溶腔,一般来讲, 溶腔的体积在 直径在20m 80m左右。 根据不同地质条件所设计的溶腔, 需要通过一 系列的造腔工艺才能完成。造腔过程主要是通过 钻井洗盐来完成。造腔过程过程如下图所示 作为储存库,钻井造腔一般采用大井眼。钻井 造腔过程中, 在钻到盐层的设计造腔深度后, 年第 1盐穴造腔过程示意图Fig. 然后再在套管内下入两层管柱,即中间悬 挂管和中心悬挂管, 然后通过中间悬挂管与中心悬 挂管之间的环型空间注入清水, 清水洗盐后通过中 心悬挂管采出, 经过长时间的循环后, 会在盐层中 形成大的溶洞。

但以上方法需要配合改变中间悬 挂管和中心悬挂管的高度和相对位置, 并在溶洞的 顶部通过套管注入非溶剂来实施, 以防止清水不断 向上溶解造成盐层顶板的垮塌而使造腔过程失败。 一个溶腔的形成需要经过很长的时间, 形成过程需要进行模拟分析预测溶腔的形成过程和形态, 并要不断监测溶腔的形态的监测 通过注气排水,将溶腔中的卤水全部排出, 保持溶腔内部具有一定的压力,保持溶腔的稳定。 溶腔造成后, 即可以进行各种物质的储存和废料的 3核废料的填埋处理核废料包括各类放射性废料产生于包括核能、 医疗、化工、军事等许多领域, 核废料按照其放射性 强弱又可以分成低放射性、中等放射性和高放射性 三类。在大量产生的放射性废料中又以低放射性 的废料为主, 体积占总量的 90%, 而其放射性仅占 总量 1%; 高放射性废料体积占总量的 1%, 而放射 性却占总量的 90%以上, 目前虽然没有精确统计 资料反映全世界每年产生的放射性核废料总量, 估计有可能超过50 1)。有资料显示,中国到 2010年, 将有 000t以上的高放射性核废料需要 进行处理, 目前各国除了 1%的高放射性物质需要 使用特殊方式进行处理外, 大量的中低放射性废料 的基本上都是采用近地表填埋的方式进行处理的。 11995年全世界放射性废料的总量单位: 1995地区 低放射性 中放射性 高放射性 欧洲和太平洋地区 17200 12300 1600