Загрузил nat.fisun

Интерпретация откачек в полузакрытых пластах

реклама
1
ИНТЕПРЕТАЦИЯ ОТКАЧЕК В ПОЛУЗАКРЫТЫХ В ПЛАНЕ ПЛАСТАХ
Фисун Н.В.
Nat.fisun@yandex.ru
Российский государственный геологоразведочный университет им. С. Орджоникидзе
Москва
Россия
Откачки являются важным и, порой единственным методом полевых исследований
области фильтрации в зоне влияния проектируемых и действующих водозаборов
подземных вод. Именно исследований, поскольку каждый объект является уникальным в
силу многообразия и сложности строения геологического поля. Откачки как вид опытнофильтрационных работ (ОФР) и как основа подсчета запасов подземных вод позволяют
решать инверсные и граничные задачи для нарушенного водозабором потока и обосновать
расчетную схему фильтрации.
Теория и практические рекомендации по проведению и интерпретации ОФР
достаточно разработаны для простых гидрогеологических условий в неограниченных в
плане пластах [1 - 3], которые в соответствии с «Классификацией запасов и прогнозных
ресурсов питьевых, технических и минеральных подземных вод, 2007» могут быть
отнесены к первой и второй группам сложности. При рассмотрении полуограниченных
полузакрытых пластов третьей и четвертой групп сложности гидрогеологических условий
опыт проведения и интерпретации откачек ограничен.
В статье рассмотрена методика интерпретации откачек в полузакрытых пластах при
подсчете запасов подземных вод в безнапорных пластах, разработанная автором по
результатам исследований на одном из месторождений в Восточной Сибири.
Действующий одиночный водозабор, выводящий радоновые воды для
бальнеотерапевтических целей из безнапорного горизонта, расположен в приконтактовой
зоне осадочных трещиноватых пород с интрузией. Контакт тектонический, и анализом
карты гидроизогипс предположительно гидрогеологическая роль его оценена как закрытая
граница (рис. 1).
Работа водозабора проектировалась в прерывистом режиме с ежесуточным
водоотбором Q=const в течение 16 часов с последующей остановкой на 8 часов. Участок
разведки отнесен к четвертой, самой высокой, группе сложности гидрогеологических
условий. Согласно действующей классификации, подсчет запасов для этой группы
сложности выполняется гидравлическим методом, в связи с чем выполнена непрерывная
откачка с дебитом Q=const в течение гидрологического года. При этом требованиями
предусматривалась также определение фильтрационных и емкостных параметров пласта и
исследование работы водозабора в прерывистом режиме. В итоге в ходе разведки на
различных ее стадиях выполнены следующие виды ОФР:
− опытно-эксплуатационная откачка в режиме Q=const в течение 408 суток;
− опытная откачка в режиме Q=const в течение трех суток с последующим
прослеживанием восстановления уровня;
− опытная откачка в прерывистом режиме: t=16 часов Q=const; t=8 часов Q=0.
2
Рис. 1. Карта гидроизогипс
1 – зона открытой трещиноватости гранитоидов кембрий-ордовикского возраста; 2 – зона развития
грунтово-трещинового водоносного горизонта; 3 – разведочные скважины, вверху – номер, справа –
абсолютная отметка УГВ, м; 4 – водозаборная скважина, вверху – номер, справа, абсолютная отметка, м; 5 –
тектонический контакт; 6 – границы зоны дробления; 7 – гидроизогипсы водоносного горизонта
В ходе опытно-эксплуатационной откачки с целью подсчета запасов получены
графики наблюдений по водозаборной и наблюдательным скважинам, расположенным как
в сторону границы на расстоянии 46 м от нее (скважина 12а), так и в сторону
неограниченного пласта (скважина 12б) (рис. 2).
а)
б)
Рис.2. Графики прослеживания уровня в водозаборной 12 (а) и наблюдательных 12а, 12б (б) скважинах во
время опытно-эксплуатационной откачки
3
Анализ графиков подтвердил влияние закрытой границы, которое проявилось
резким снижением уровня в первые сутки откачки и его сработкой на протяжении первых
месяцев наблюдений. В последующем в периоды снеготаяния, летних и осенних осадков
снижение компенсировалось инфильтрационным питанием. Тенденция сработки
продолжилась и в последующий зимний период, когда инфильтрация отсутствовала.
Сработка уровня происходила с темпом 16,8 см/сут. В результате за годичный период
откачки понижение уровня в водозаборной скважине составило более чем 10 м при
допустимом 18 м. В наблюдательной скважине 12а вблизи закрытой границы понижение
уровня в зимний период наблюдалось с более высоким темпом по сравнению со скважиной
12б, удаленной на 75 м в сторону неограниченного пласта (рис. 3). К концу откачки на 408
сутки откачки приток в депрессионную воронку со стороны неограниченного пласта снизил
темп сработки уровня и влияние закрытой границы, однако стабилизации уровня к этому
времени так и не произошло, что свидетельствует в продолжающемся ее влиянии.
62
60
Н дин, м
58
56
54
52
50
-60
-40
-20
t=0 сут
t=258 сут
0
20
40
60
t=48 сут
t=408 сут
80
R, м
Рис. 3. Гидродинамические профили по линии скважин 12а – 12 – 12б в разные периоды опытноэксплуатационной откачки
Временное прослеживание опытно-эксплуатационной откачки в зимний период с
вероятностью 99% описывалось экспоненциальной зависимостью
S(lnt) и
свидетельствовало о формировании нестационарного режима фильтрации у закрытой
границы. При этом спустя 5 суток наблюдался перегиб кривой S(lnt) и уменьшение темпов
сработки уровня по наблюдательной 12а, что можно интерпретировать как приток из
неограниченной области пласта. Выделить представительный линейный участок
квазистационарного режима на графике и рассчитать параметры пласта в этом случае не
удалось.
При первоначальном подсчете запасов сезонная стабилизация уровня была неверно
интерпретирована как стационарный режим, а достигнутое понижение принято в качестве
расчетного при работе водозабора на конец прогнозного 25-летннго срока эксплуатации
водозабора. Оценить особенности работы водозабора в прерывистом режиме также не
удалось.
4
7,0
y = 0,5266e0,5151x
R² = 0,9921
6,0
5,0
S, м
4,0
3,0
y = 0,138e1,4182x
R² = 0,9891
2,0
1,0
0,0
-1
0
тренд 1
1
тренд 2
2
3
4
5
6
lnt (t в сутках)
Рис. 4. Графики временного прослеживания опытно-эксплуатационной откачки в первые
48 суток
Для исследования процесса формирования динамики потока вблизи закрытой
границы, уточнения ее роли в условиях реального прерывистого режима работы водозабора
и определения параметров пласта на этапе переоценки запасов выполнена кратковременная
откачка с наблюдением по скважине, удаленной на расстояние r=5 м от водозабора и на
расстоянии 75 м от предполагаемой границы. Ход динамического уровня приведен на
рис. 5.
80,0
79,9
Нд, м
79,8
79,7
79,6
79,5
79,4
79,3
79,2
0
1
режим Q=const
2
3
прерывистый водоотбор
4
5
6
t, сут
Рис. 5. Ход динамического уровня в наблюдательной скважине при опытной откачке при
постоянном и прерывистом водоотборе
Анализ графика на рис. 5 свидетельствует о высоких темпах сработки уровня на
стадиях возмущения независимо от ее продолжительности, медленном восстановлении
уровня (более 44 часов), превышающем время отключения скважины в прерывистом
режиме (8 часов), и как следствие – отражение наследства откачки на коротких стадиях Q=0
прерывистого режима с общей тенденцией роста понижения.
График временного прослеживания по наблюдательной скважине при откачке в
режиме Q=const (рис. 6) подтверждает экспоненциальную зависимость S(lnt) и
свидетельствует о влиянии закрытой границы уже спустя 0,028 суток.
5
0,9
0,8
0,7
y = 0,4278e0,3911x
R² = 0,9787
0,6
S, м
0,5
0,4
y = 0,0157x + 0,141
R² = 0,8218
0,3
y = 0,3481x + 0,44
R² = 0,9953
0,2
0,1
0
-9
-8
вся
-7
-6
-5
-4
t >0,75сут t < 0,028сут
-3
-2
-1
0
1
2
lnt (t в сут)
3
Рис. 6. Временное прослеживание опытной откачки в режиме Q=const
Квазистационарный режим фильтрации в наблюдаемый период влияния закрытой
границы может быть выделен только при t>0,75 сут и характеризуется с вероятностью
99,5 % прямой с угловым коэффициентом C=0,3481 и свободным членом А=0,44, что
позволяет рассчитать параметры пласта.
Параметры рассчитаны с использованием формул квазистационарного режима
фильтрации для скважины, функционирующей у закрытой границы.
𝑄
𝑆 = 2𝜋𝑘𝑚 𝑙𝑛
2,25𝑎𝑡
2𝑟𝑑
𝑄
𝐴
, 𝑘𝑚 = 2𝜋𝐶 , 𝑙𝑛𝑎 = ln(2𝑑𝑟) − 0,81 + 𝐶 ,
где r – расстояние от водозаборной скважины до наблюдательной скважины, d - расстояние
до закрытой границы.
Коэффициент водопроводимости составил km=91,5 м2/сут, коэффициент
уровнепроводности а=1260 м2/сут, водоотдача 0,07.
1.
2.
3.
4.
Выводы:
Наличие закрытой границы является основанием для отнесения месторождения
(участка месторождений) подземных вод к четвертой группе сложности
гидрогеологических условий.
В полуограниченной области фильтрации c границей второго рода Q=0 работа
водозабора происходит в сложном нестационарном режиме, обусловленном
влиянием переменных во времени природных и технических факторов:
инфильтрационного питания, латерального притока, прерывистого режима
водоотбора - учесть которые в гидродинамической модели пласта практически
невозможно.
Основным методом подсчета запаса является гидравлический, заключающийся в
опытной эксплуатации водозабора в условиях, максимально приближенных к
реальному режиму эксплуатации водозабора.
Опытно-эксплуатационные откачки для обеспечения инженерного запаса прогноза
достаточно выполнять в режиме эксплуатации и только в тот период, когда действие
благоприятных сезонных факторов формирования ресурсов проявляется в
наименьшей степени.
6
5. Срок подсчета запасов не должен превышать 5 лет, а их переоценка должна быть
обоснована представительным опытом эксплуатационной разведки.
Литература
1. Боревский Б. В., Самсонов Б. Г., Язвин Л. С. Методика определения параметров
водоносных горизонтов по данным откачек. - Изд. 2-е. - М.: Недра, 1979. 328 с.
2. Веригин Н.Н. Методы определения фильтрационных свойств горных пород. - М.:
Госстройиздат, 1962. 180 с.
3. Мироненко В.А., Шестаков В. М. Теория и методы интерпретации опытнофильтрационных работ. - М.: Недра, 1978. 328 с.
Скачать