Фильтрационные свойства пород методом откачки (Сочинение на свободную тему)

Работы по определению фильтрационных параметров с помощью откачек можно разделить на 4 последовательных этапа:

1. Проектирование и подготовка опробования;

2. Проведение откачки и наблюдений в процессе опыта;

3. Диагностика опытных данных и обоснование расчетных схем и методов оценки параметров;

4. Расчет геофильтрационных параметров.

На этапе проектирования опыта на основе анализа всех имеющихся данных о гидрогеологических условиях участка исследований разрабатывается предварительная расчетная геофильтрационная схема, характеризующая относительную проницаемость опробуемого горизонта и степень его фильтрационной неоднородности; его гидравлическую связь со смежными интервалами разреза; наличие и характер гидрогеодинамических границ потока.

Далее для разработанной предварительной геофильтрационной схемы подбирается расчетная аналитическая модель, количественно описывающая ожидаемую реакцию водоносной системы на опытное возмущение (откачку или налив) – например, уравнение Тейса-Джейкоба для напорного изолированного неограниченного пласта (2.1):

где S – понижение напора в пласте (м) на расстоянии r (м) от опытной скважины через время t (сут) после начала откачки; Q – дебит опытной скважины (м3/сут); T – проводимость водоносного горизонта (м2/сут); a – коэффициент пьезопроводности (м2/сут);

или уравнение Хантуша для стационарного режима откачки при наличии перетекания (2.2):

𝑆ст=0,366𝑄𝑇𝑙𝑔1,12𝐵𝑟 , (2.2)

где B – параметр перетекания; t – длительность опробования (сут); r – расстояние от центральной скважины (м); T – проводимость (м2/сут); Q – расход (м3/сут).

В сложных гидрогеологических условиях, не описывающихся аналитическими решениями, для планирования опыта может потребоваться разработка численной геофильтрационной модели участка. Используя предварительные значения геофильтрационных параметров по архивным или литературным данным (или их возможный диапазон), на предварительной модели просчитываются варианты возможной реакции водоносной сист

1. Глубину, конструкцию и пространственное расположение центральной и наблюдательных скважин

2.

Дебит и продолжительность опытного опробования

3. Состав и режим наблюдений в процессе опыта

Глубина центральной скважины должна по возможности вскрывать опробуемый интервал разреза на всю мощность, поскольку интерпретация результатов опробования совершенных по степени вскрытия пласта скважин является более однозначной.

Наблюдательные скважины куста могут быть несовершенными, однако их глубина должна обеспечивать возможность инструментального измерения уровня воды в них при максимально ожидаемом его понижении. В случае существенной вертикальной неоднородности опробуемого интервала разреза, например, в трещинно-карстовых средах, наблюдательные скважины должны вскрывать основную, наиболее проницаемую и закарстованную часть пласта (Пособие по откачке, 2020).

При подготовке к опыту выполняются:

1. Плановая привязка скважин куста, измерение радиальных координат всех наблюдательных скважин относительно оси центральной

2. Высотная привязка устьев скважин и водомерной сваи на реке относительно репера

3. Измерение глубин скважин и высот патрубков

4. Проверка и подготовка к работе измерительной аппаратуры

5. Измерение глубины положения статических уровней во всех скважинах и уровня воды в реке (Полевые методы..., 2002).

Необходимый дебит опытной откачки подбирается согласно принятой аналитической модели типа (2.1-2.2) при ожидаемых значениях геофильтрационных параметров согласно следующим условиям.

1. Дебит откачки должен обеспечивать необходимое понижение в самой дальней скважине куста;

2. Понижение уровня в центральной скважине не должно превышать максимально допустимое значение Sдоп, которое: в безнапорных горизонтах равно половине мощности потока Sдоп = 0.5h0; в напорных горизонтах соответствует превышению напора над кровлей пласта («избыточному» напору).

Длительность опытной откачки to оценивается в соответствии с предварительной геофильтрационной схемой участка и теми параметрами, определение которых является целью опробования.

1. В условиях изолированного неограниченного напорного пласта необходимая длительность откачки должна обеспечивать становление устойчивого квазистационарного режима в дальней скважине куста на расстоянии rмакс (2.3):

2. В расчетной схеме с перетеканием и при необходимости оценки его параметров длительность откачки должна обеспечивать наступление стационарного или ложностационарного режима (2.4):

3. При откачке у реки (водоема) и необходимости оценки параметра &豌L, длительность откачки также должна обеспечивать наступление стационарного режима (2.5):

Длительность наблюдений за восстановлением уровней подземных вод следует планировать равной длительности откачки. Проведение опытной откачки необходимо планировать в периоды межени или относительно стабильных прогнозных метеоусловий.

При производстве опытов в режиме самоизлива (с постоянным дебитом) следует проектировать их интенсивность и длительность таким образом, чтобы уровень в центральной скважине не понизился в течение опыта до уровня излива.

В процессе опытной откачки должны быть предусмотрены следующие виды наблюдений:

1. Измерение уровней (понижений уровня) подземных вод во всех скважинах куста с частотой, увеличивающейся в логарифмической прогрессии- от нескольких секунд в начале опыта, до 1-2 час - в конце.

2. Регулярное измерение дебита откачки каждые 1-2 часа.

3. Наблюдения за метеоусловиями с обязательной фиксацией начала, окончания и интенсивности выпадения осадков.

4. Регулярные наблюдения за уровнями поверхностных вод каждые 1-2 часа, если откачка проводится вблизи реки (водоема).

5. Измерение атмосферного давления каждые 1-2 часа, если откачка проводится из межпластового водоносного горизонта.

6. Наблюдения за химическим составом и температурой откачиваемой воды в самом начале, в процессе (несколько раз при длительных опытах) и в конце откачки, если при опробовании ожидается перетекание из поверхностных вод или смежных горизонтов разреза, состав и температура воды которых отличается от опробуемого пласта.

Бурение центральной и наблюдательных скважин производится ударным или вращательным (роторным или колонковым) способами.

Ударный способ используется при бурении скважин большого диаметра в рыхлых и скальных породах.

Колонковое бурение применяется при необходимости детального изучения разреза и отбора керна для лабораторных испытаний; диаметр скважин колонкового бурения обычно не превышает 200 мм.

Роторное бурение применяется с прямой (глинистыми растворами) или обратной (чистой водой) промывкой. Бурение с обратной промывкой, при которой чистая вода подается на забой скважины, увеличивает скорость проходки и не приводит к глинизации стенок скважины.

Начальные диаметры бурения выбираются в соответствии с категорией пород разреза таким образом, чтобы обеспечить установку фильтровой колонны необходимого радиуса: в центральной скважине - для размещения водоподъемного оборудования, соответствующего проектному дебиту откачки; в наблюдательных – для размещения приборов измерения уровня. После бурения производится обязательная прокачка каждой скважины куста.

Топографическая привязка скважин куста заключается в определении их координат, абсолютных отметок устьев или оголовков скважин, измерении расстояний до центральной скважины и превышений оголовков скважин над землей (высот патрубков). В качестве водоподъемных устройств при производстве опытных откачек используются преимущественно центробежные насосы и эрлифты.

При подготовке опытной откачки следует обустроить отвод откачиваемой воды – в удаленное понижение рельефа, водоем или водоток, чтобы исключить возможность ее нисходящей фильтрации.