[发明专利]一种化学氧化协同水力压裂的低渗地层污染土壤修复方法

说明书

本发明涉及一种化学氧化协同水力压裂的低渗地层污染土壤修复方法，采用水力压裂技术实现低渗地层原位增渗和增溶，在水力压裂过程中，将钻孔推进到将发生破裂的深度，并将高压水注射进入注射井底部作为压裂开始点，然后将支撑剂和压裂液高压泵入压裂区域，当液体的压力超过土壤或岩石的断裂韧性时，就会在土壤或岩石中创造出垂直于注入管道的裂缝，以支撑剂和压裂液防止裂缝在重力作用下重新合拢；采用原位化学氧化协同水力压裂技术，有效提高裂缝的导流能力，主要用于修复石油类、氯代溶剂类、苯系物、苯酚类、多环芳烃、农药及持久性有机污染物等污染的低渗地层土壤。

技术领域

本发明涉及污染土壤的修复的技术领域，特别涉及一种化学氧化协同水力压裂的低渗地层污染土壤修复方法。

背景技术

有机污染物是一类常见的污染物，广泛存在于农药、化工、石油、冶炼、焦化等各类工业污染场地中；有机污染物的种类多样，主要包括如苯系物等挥发性有机物、如多环芳烃及多氯联苯等半挥发性有机物、如有机农药六六六及滴滴涕等持久性有机物。

在对于这些污染土壤进行修复的过程中通常采用的是化学氧化技术，其是指向污染土壤和地下水中添加/注射特定的化学氧化药剂，通过化学氧化作用将土壤和地下水中的有机污染物降解为二氧化碳和水，或转化为低毒性物质；根据EPA发布的《场地清理处理技术：年度状态报告（第14版）》，在2005~2011年期间有66个超级基金场地采用化学氧化技术进行了修复。

原位化学氧化修复涉及到氧化药剂的注入，然而，液体氧化剂的注入面临着一个共同的难题，即从污染源区迁移的溶解性污染物通常会从透射区扩散到低渗透区，低渗透地层渗透率一般为1~10×10^-3µm²，主要指粉土、粉质黏土、黏土、粉质砂岩、泥岩等密实性强的土质和岩层，而当目标污染物存在于低渗透区时不仅注入困难，还容易出现化学药剂返浆的现象。

发明内容

本发明解决了现有技术中针对低渗地层注射化学药剂困难及易返浆的问题，提供了一种优化的化学氧化协同水力压裂的低渗地层污染土壤修复方法，主要用于修复石油类、氯代溶剂类、苯系物、苯酚类、多环芳烃、农药及持久性有机污染物等污染的低渗地层土壤，采用水力压裂技术实现低渗地层原位增渗和增溶，在水力压裂过程中，将钻孔推进到将发生破裂的深度，并将高压水注射进入注射井底部作为压裂开始点，然后将支撑剂和压裂液高压泵入压裂区域，当液体的压力超过土壤或岩石的断裂韧性时，就会在土壤或岩石中创造出垂直于注入管道的裂缝，以支撑剂和压裂液防止裂缝在重力作用下重新合拢。

本发明所采用的技术方案是，一种化学氧化协同水力压裂的低渗地层污染土壤修复方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：获取污染土壤的地质信息，确定工艺参数；

优选地，所述步骤1中，地质信息包括粒径分布、垂直渗透系数、水平渗透系数、质量密度、孔隙度、天然含水率；通过水力压裂注射试验确定工艺参数，所述工艺参数包括注射压力、压裂液的平均泵速和注入方式、压裂液粘度；

影响水力压裂效果的因素包括压裂液的注入流量、注入方式、压裂液粘度和土壤含水率，通常情况下，压裂液的注入流量升高，压裂效果会先升高后降低；

压裂液的粘度大小影响其破碎能力，粘度越高破碎能力越大，压裂效果越好；

土壤含水率高时，较高的孔隙水压力会降低黏土的断裂韧性，影响裂缝扩展；令注射压力为P注，P注=P破+P磨阻+P局损-P液压；

其中，地层破裂压力P破=β*H，β为破裂压力梯度，是由压裂工艺统计资料获取的经验常数，一般由地层厚度、地质特性、地层压力等有关系，地层越厚，土质越致密，则β值越大，H为压裂地层中部深度；

P磨阻为压裂液在管柱内流动时的磨阻压力降，P局损为井下工具对流体的局部阻力损失，P液柱为井筒内液柱压力；

上述P值一般为现场水文地质勘查和实地试验获取；