4.3. Дослідні нагнітання і наливи в свердловини
Дослідні нагнітання і наливи в свердловини проводять для вивчення водопроникності обводнених порід в тому випадку, коли проведення відкачки утруднено (глибоке залягання підземних вод, слаба водовіддача та ін.), а також для вивчення фільтраційних властивостей слабообводнених і необводнених порід зони аерації.
Під дослідними наливами слід розуміти досліди, під час проведення яких рівень води підтримується в межах товщі гірських порід, що випробовуються, в тому випадку, коли фільтрація води здійснюється при надлишковому напорі над верхнею межею випробуваного інтервалу гірських порід мова іде про дослідні нагнітання.
Дослідні нагнітання і наливи широко використовуються для визначення водопроникності і питомого водопоглинення тріщинуватих скельних порід, виявлення необхідності цементації скельної основи під інженерними спорудами, випробування тріщинуватих порід з метою вибору варіантів основ для проектуемих споруд, перевірки якості цементації скельних порід та т. ін.
Дослідні нагнітання є основним методом оцінки водопроникності водоносних тріщинуватих скельних та напівскельних порід. Дослідні наливи застосовуються у пухкозв’язаних і тріщинуватих породах зони вивітрювання, відносна проникність яких характеризується високим питомим водопоглиненням.
Як правило, дослідні нагнітання і наливи виконуються при відсутності спостережувальних свердловин. Однак з метою отримання більш точних показників рекомендується обладнання однієї контрольної свердловини, в якій можна було б реєструвати з’явлення води під час проведення досліду.
При наливах і нагнітаннях у водоносні породи застосовуються розрахункові формули, які використовуються для обробки дослідних відкачок, тільки замість зниження рівня S у них враховується підвищення рівня h в центральній і спостережувальних свердловинах.
Дослідні нагнітання звичайно здійснюються поінтервально (стандартний інтервал 5 м) при декількох ступенях напору. Для цього у незакріплені свердловини під тиском більше атмосферного ( при 3 ступенях тиску ) нагнітають воду. Інтервали, що випробовуються, ізолюють спеціальним тампоном. Вода подається насосом. Нагнітання проводять до встановлення постійної витрати .
За результатами досліду будують графіки залежності витрат і напора від часу по яким визначають величини сталого напору і витрати для кожного ступеню напору, а потім обчислюють величини зведених витрат q0 (л/хв. на 1пог. м свердловини) шляхом поділення сталої витрати (л/хв.) на довжину інтервалу (м). Графіки приведених витрат q0 = f(H) необхідні для контролю вірності проведення досліду і для визначення питомого водопоглинення q/, під яким розуміють кількість води (л), яка поглинається породою за одну хвилину на 1м довжини випробуваного інтервалу свердловини при напорі, що дорівнює 1м. Питоме водопоглинення характеризує водопроникність і тріщинуватість порід даного інтервалу в середньому, воно використовується для порівняльної характеристики водопроникності відкладів, що випробовуються, визначення найбільш та найменш проникних зон і орієнтовної оцінки фільтраційних властивостей.
Дослідні наливи і нагнітання в свердловини практично єдиний метод, що дозволяє розчленовувати за водопроникністю глибоко залягаючи неводоносні породи. Однак дуже часто результати, які отримують в наслідок проведення цих дослідів в неводоносних тріщинуватих породах, мало відповідають показникам водоносних порід, завдяки зниженню точності розрахунків коефіцієнтів фільтрації і питомого водопоглинення із-за вибіркового характеру фільтрації і кальматації порожнин порід, тому дослідні наливи звичайно проводять в неводоносних піщаних породах. Для визначення параметрів водопроникності використовують дані воронки розтікання, радіус якої залежить від водопроникності порід, тривалості наливу і умов проведення досліду. Для проведення досліду використовують спеціально пробурені, обладнані фільтрами свердловини. Створений в свердловині динамічний рівень шляхом безперервної подачі води підтримується постійно. Налив триває до стабілізації витрат при заданому динамічному рівні (див.рис.4.3.).
Рис.4.3.Схема дослідного наливу води в свердловину:
1н,2н - перша і друга спостережувальні свердловини; Q - стала витрата;
hc - висота стовпа води в дослідній свердловині; r1,r2 - відстані спостережувальних свердловин від дослідної; h1,h2 - підвищення рівня
води в спостережувальних свердловинах
Останнім часом, при проведенні досліджень для гідротехнічного будівництва, з метою вивченні фільтраційних властивостей необводнених порід використовують дослідні нагнітання повітря. В процесі досліду стиснене повітря через бурильні труби центральної свердловини подається в інтервал порід, що випробовується, при цьому фіксується витрата повітря і його фізичні параметри, а спостереження за розповсюдженням повітря здійснюється через систему спостережувальних свердловин, при цьому реєструється тиск і температура повітря. Дослід, як правило, проводиться на 3 ступенях витрати повітря, тривалість досліду на кожної ступені 2 - 4 години (при відносній стабілізації витрати у випробуваному інтервалі 1 - 1,5 години).
Використовуючи результати обробки дослідних нагнітань повітря та враховуючі перехід від характеристик повітря до води, визначають коефіцієнти фільтрації і п’єзопровідності, величину активної пористості порід і фільтраційну анізотропію.