книги из ГПНТБ / Опытно-фильтрационные работы

Щи.г/В)

рис. 35. Эталонные кривые функций W (и, г/В) и WB (ив,г/В)

перетекании из пласта с постоянным напором), здесь следует оста­ новиться на методике обработки данных III этапа откачки, кото­ рые изложены в работах . [20, 21, 24]. Для определения величины водопроводимости, водоотдачи р. и коэффициента фильтрации слабопроницаемого слоя k' можно применить способ эталонной кри­ вой. Этот способ обработки наблюдений целесообразен тогда, когда не соблюдается условие (3.62), т. е. режим фильтрации еще не становится квазистационарным. Эталонные кривые представляют собой графики функции WB (ив, г/В) от 1 /ив в логарифмическом масштабе, построенные для различных значений rjB (см. рис. 35, кривые В). Значения понижения s в наблюдательных скважинах откладываются на графике в зависимости от отношения //г2 или t, также в логарифмическом масштабе. Совмещение эталонных кри­ вых с точками графика производится таким образом, чтобы удо­ влетворялось соотношение (3.18). Величины проводимости Т и коэффициента уровнепроводности а определяются сопоставлением координат любой фиксированной точки на графиках

(3.64)

где s9 и (t/r2)°.— координаты выбранной точки на графике с фак­

тическим материалом, а WB (ивг/В) и (1/и)°— координаты этой же точки на графике с эталонной кривой. Фактор перетекания В определяется в зависимости от того, с.какой из кривых г/В сов­ мещаются опытные точки. Коэффициент фильтрации k' опре­

ный в § 2 («б») применительно к схеме откачки в изолированном пласте. Обычно в реальных условиях заметное проявление III эта­ па откачки начинается лишь по истечении 3—5 суток, а при, зна­ чительном сопротивлении слабопроницаемого слоя — через 10— 20 суток. Таким образом, оценить величину гравитационной водо­ отдачи по данным снижения напоров в водоносном горизонте во второй период оказывается не всегда возможным. В этом случае гидрогеологические параметры могут быть определены по I этапу откачки, а если он недостаточно выражен — по установившемуся периоду фильтрации по .формулам (3.4) или (3.5). Гравитацион­ ную водоотдачу можно определить по данным о снижении свобод­ ной поверхности. Для этого выбирается период времени, когда скорость снижения свободной поверхности vR становится постоян­ ной, и используется формула

k' (SHsB)

(3. 65)

V m'

93

где s и SB — понижения напора в горизонте и свободной поверх­ ности. Поскольку в период ложностационарного режима снижение свободной поверхности мало, разницу в понижениях (s—sB) мож­ но приближенно определять по формуле (3.4). В этом случае сни­ жение свободной поверхности происходит в прямой зависимости от времени

можно рекомендовать устанавливать не менее двух наблюдатель­ ных скважин с фильтрами в водоносном пласте, причем расстояние до первой наблюдательной скважины следует задавать 20—30 м, а до второй — 40—60 м. Для анализа снижения свободной поверх­ ности около каждой наблюдательной скважины в водоносном пла­

фициенты фильтрации k' и Іг", целесообразно иметь дополнитель­ ный пьезометр, фильтр которого установлен на границе слоев (см. рис. 32,6). Соотношение коэффициентов фильтрации слоев в этом случае можно определить сопоставлением градиентов верти­ кальной фильтрации по формуле

где s' — понижение в среднем пьезометре.

Определив средний коэффициент фильтрации й'ср по формуле

слоя оказывает большое влияние на снижение напоров в водонос­ ном горизонте, проявляющееся в том, что водоотдача р будет ме­ няться в ходе откачки в зависимости от того, в каком слое проис­ ходит снижение свободной поверхности.

Рассмотренные выше зависимости для двухслойного пласта спра­ ведливы при постоянной величине водоотдачи р. Вместе с тем, учи­ тывая в общем случае замедленный процесс водоотдачи, связанный с инерционностью капиллярной зоны, предельное значение коэффи­ циента водоотдачи может быть получено только на заключительных

V ff

стадиях откачки при t > 100 -jpr- , где Нк — приведенная высота

94

капиллярной зоны. При реальных значениях параметров (ид = 0,1 м/сутки, Нк = 2 м, /г'= 0,1 м /сутки) данный период составляет 200 суток. Это объясняет то, что коэффициенты водоотдачи, опреде­ ляемые при сравнительно кратковременных откачках, оказываются значительно меньше величин, рассчитанных по формуле (1.5а).

заны на рис. 34. Определение параметров проводилось способом эталонной кривой. Предварительно величина водопроводимости определялась по формуле Дюпюи по двум наблюдательным скважинам (Т = 120 м2/сутки). Опытные точки, соответст­ вующие этапу I, совмещались с эталонной кривой №(и, г/В), а точки, соответст­ вующие этапу III, с кривой Н7В (ив, г/В) таким образом, чтобы проводимость,

определяемая по формулам (3.19а) и (3.64), примерно соответствовала 120 м2/сутки. Далее значение проводимости уточнялось при подборе эталонных кривых. Под­ бор проводился так, чтобы значения г/В кривых функции W (и, г/В) и Ц7В(«в, г/В) были одинаковыми. Как видно, опытные точки на графике хорошо

формуле (3.17), предварительно определив В — 60 м, из соотношения г/В —0,25 —

— k' —0,25 м/сутки.

Далее воспользовавшись наблюдениями Яі свободной поверхностью в пьезомет­ ре 2 (см. рис. 34), определим скорость ее снижения ид=0,4 м/суткн в период,

когда она становится постоянной (t > 300 мин). Средняя разница в понижениях в этот период составляет 0,4 м. Далее по формуле (3.65) определим водоотда­ чу р:

Как видно, полученное значение р находится в соответствии с определенным ранее способом эталонных кривых.

95

этих кривых показан на рис. 36 для различных значений г/В при [а= 20. При г/В < 0,1 можно использовать приближенную формулу

где W(X) — функция скважины.

Для определения фильтрационных параметров можно пользо­ ваться способом эталонных кривых [20]. Однако применение этого способа в данном случае связано с некоторой неопределенностью, обусловленной тем, что ход снижения напора зависит от многих параметров, что затрудняет выбор той или иной кривой из всей серии. В связи с этим представляется целесообразным комплексирование этого способа с графоаналитическим. Анализ зависимости (3. 73) показывает, что график понижения s от lg / имеет ряд осо­ бенностей, позволяющих определить параметры с большой досто­

ния напора также следует зависимости Тейса, но определяется сум­ марной водоотдачей

Как видно, графики зависимости понижения от логарифма вре­ мени (см. рис. 36) имеют два прямолинейных участка, уклоны ко­ торых практически одинаковы, соответствующих I и III периодам откачки. Эти участки удалены друг от друга по оси lg t на величи­

ну Alg t = lg р. В переходный период темп снижения напора умень­ шается и график имеет точку перегиба в момент времени t\,%

^ п т а т

Уклон кривой в точке перегиба /пЬ 2 определяется только соотно­ шением коэффициентов водоотдачи р

в котором В следует заменить на l/Y b m . Гидрогеологические па­ раметры Т, аг и а0 молено определить в рассматриваемом случае

по прямолинейным участкам полулогарифмического графика мето­ дом Джекоба. Упругоемкую водоотдачу блока |хп далее рассчиты­ вают по формуле

Величину фактора перетекания В можно определять, сопоставляя понижения в двух наблюдательных скважинах подбором из соотно­ шения (3,22) или по формуле (3.9), предварительно определив про­ водимость. В том случае, если прямолинейные участки графиков выражены недостаточно четко, лучше использовать способ эталонной

кривой. При этом предварительно следует найти значение г]В па формуле (3.22) по понижениям в точке перегиба. Значение [а при­ мерно можно определить по формуле (3.77). После этого для уточ­ нения параметров можно использовать уже определенную эталонную

вые функции W* (и0, г/В, р) могут быть использованы и для обра­ ботки данных откачки в двухслойной среде. При этом в (3.73) следует заменить рп на р и рт на р*. Сопоставляя длительность переход­ ного периода U>2, определяемую примерно соотношением (3.77), и угловой коэффициент в точке перегиба, можно видеть, что ощути­ мое влияние двойной пористости может проявляться только при

Р > 1,0. При большем различии в коэффициентах пьезопроводности

(р > 1 0 0 ) уклон кривой в точке перегиба равен нулю и схема с двой­ ной пористостью практически соответствует схеме двухслойного плас­ та, где в качестве основного допущения принимается, что коэффи­ циент упругой водоотдачи р* пренебрежимо мал в сравнении с коэф­ фициентом гравитационной водоотдачи р. Важно отметить, что в большинстве случаев можно ограничиться определением только водо­ проводимости Т и коэффициента пьезопроводности а0, т. е. тех пара­ метров, знание которых достаточно для большинства гидрогеологи­ ческих прогнозов.

Расчеты коэффициентов фильтрации и емкости слабопроница­ емых блоков или пластов, необходимые только при специальных гидрогеологических исследованиях (например, при обосновании захоронения промышленных стоков), следует проводить в общем случае для того, чтобы убедиться в правильности выбранной рас­ четной схемы. При правильной интерпретации данных о реакции

.пласта на возмущение значения этих параметров должны нахо­ диться в согласии с реально возможными в данных условиях.

§ 4. НЕСОВЕРШ ЕННЫЕ СКВАЖИНЫ В НАПОРНЫХ ПЛАСТАХ

Несовершенные скважины (не полностью вскрывающие водо­ носный пласт) используются для откачек и нагнетаний (наливов) в тех случаях, когда опробуемый пласт имеет слишком большую

мощность для опробования из совершенной скважины, а также при необходимости поинтервальной оценки проницаемости пласта.

При откачках из несовершенных скважин, имеющих сравни­ тельно небольшие размеры, режим фильтрации обычно довольно быстро стабилизируется, так что их обработку целесообразно про­ изводить при стационарном режиме. При этом для расчетов коэф-

/777777/77777777777777777/7777777777^777777

Рис. 37. Схемы расположения опытных скважин.

а _ неограниченный пласт (/ и 2 — наблюдательная и центральная скважины); б —полуѳ граниченный пласт (/ — центральная скважнна, 2 —отображение центральной скважины, 3 —наблюдательная скважи­

на)? а — пласт ограниченной мощности (/ — кровля, 2 — подошва, 3 — наблюдательные скважины)

фициента фильтрации используются прежде всего данные пони­ жения уровня в наблюдательных скважинах, а по данным пони­ жения уровня в центральной скважине оценивается сопротивле­ ние фильтра и прискважинной зоны. Данные же нестационарного режима целесообразно использовать для определения упругой сжимаемости водоносного пласта и оценки степени стабилизации режима.

Выбор расчетной схемы прежде всего определяется располо­ жением скважин относительно кровли и подошвы пласта. Допус­

ки

кая погрешность расчета 5—10%, можно пренебрегать влиянием границ пласта (кровли или подошвы) при следующих условиях: для центральной скважины, когда она удалена от границы пласта на расстояние более чем полторы — две длины фильтра, а для на­ блюдательных скважин, если их расстояние до центральной р не более 7 б расстояния с от центра фильтра центральной скважины до границы. Если эти условия выполняются по отношению к кров­ ле и подошве пласта, то можно использовать схему неограничен­ ного по мощности пласта, а при выполнении этого условия только по отношению к одной из границ пласта (кровле или подошве) можно применять схему полуограниченного по мощности пласта (рис. 37, б). Следует иметь в виду, что в пределах одного опытного куста могут быть наблюдательные скважины, относящиеся к раз­ личным расчетным схемам.

В однородном пласте наблюдательные скважины рекомендует­ ся располагать против центральных на расстоянии не менее 0,3 /, поскольку вблизи центральной скважины существенно прояв­ ляется неравномерность притока к скважине, а также могут по­ влиять нарушения прискважинной зоны. Длину наблюдательных скважин целесообразно при этом задавать сравнительно неболь­ шой ( 1 -т-3 м) и ни в коем случае не более длины центральной скважины.

а. Откачки и нагнетания в пласте бесконечной мощности при стационарном режиме

В неограниченном пласте общее выражение для понижения уровня в любой точке пласта при стационарном режиме откачки можно записать в следующем виде [10, 36]:

основанном на формальной замене реальной скважины точечным стоком, причем величина р является расчетным расстоянием от центральной скважины до расчетной точки (наблюдательной сква­ жины).

В неограниченном однородном пласте для определения величи­ ны р с точностью до 5% можно пользоваться выражениями, при­ веденными в табл. 18, обозначения к которым показаны на

где величина s представляет собой понижение в наблюдательной или центральной скважине, а величина р определяется по выра­ жениям табл. 18.

101.