2. Особенности фильтрационных процессов при опытных откачках

В связи с тем, что традиционная теория фильтрации исходит из представления фильтрующего массива как сплошной среды (см. раздел 1.2), любой эксперимент, направленный на определение фильтрационных свойств горного массива, должен удовлетворять известному мас­штабному требованию: объем пород, охваченных экспе­риментом, должен во много раз превосходить объем эле­ментарных составляющих фильтрующего массива. В при­менении к опытным откачкам указанное требование мож­но интерпретировать на практике следующим образом: размер зоны эффективного влияния должен как минимум в 10-20 раз превышать размеры частиц (блоков), которы­ми образован фильтрующий массив. И если применитель­но к пористым фильтрующим средам это условие, как правило, выполняется, то в трещиноватых породах с ним могут быть связаны серьезные ограничения.

Например, на практике проницаемость массива твердых пород в зонах разломов может нередко определяться преимущественно крупными крутопадающими трещинами, отстоящими на десятки метров друг от друга. Следовательно, в этих случаях надежного ре­зультата можно ожидать лишь от откачек с радиусом эффективного влияния порядка сотен метров, что обычно достигается только в условиях достаточно длительного эксперимента (к тому же при сла­бой трещиноватости блоков, оконтуренных крупными трещинами, необходимо, чтобы центральная скважина пересекла хотя бы одну такую трещину). При преимущественном влиянии проницаемости вдоль горизонтальных трещин решающее значение с рассматривае­мых позиций будет иметь также длина фильтрующего интервала центральной скважины: при больших расстояниях между трещина­ми она должна приближаться к интервалу, вскрываемому проекти­руемым водозаборным сооружением.

Наряду с этим опытные откачки характеризуются ря­дом особенностей, обусловленных сочетанием относи­тельно высоких скоростей возмущений с малой продол­жительностью изучаемого фильтрационного процесса и предопределяющих необходимость специальных иссле­дований в сфере физических и математических основ опытно-фильтрационных работ.

Во-первых, из-за сравнительной кратковременности фильтрационного процесса, ограниченности областй и масштаба возмущения некоторые важные факторы могут не проявляться при откачке в той мере, в какой это необ­ходимо для их количественной оценки. Во-вторых, ряД факторов, которыми в прогнозных расчетах обычно мож­но пренебречь ввиду ограниченности их действия, подчас приобретают на отдельных этапах откачки доминирую­щее значение. В-третьих, наконец, на фильтрационный процесс при откачках накладываются различные допол­нительные возмущения, обусловленные условиями про­ведения эксперимента.

К первой из упомянутых групп факторов относятся прежде всего различные источники внешнего питания во­доносного пласта, проявление которых обычно отмечает­ся только на последних стадиях долговременных откачек. Другой пример связан с зависимостью рабочей мощности (или активной зоны) водоносного пласта от условий экс­перимента: при откачках из несовершенных скважин под­час могут существенно сказываться фильтрационные свойства только вскрытой части пласта. Сюда же относят­ся ряд факторов, заметно проявляющихся лишь при боль­ших понижениях напоров, т.е. факторов, зависящих не­линейно от изменений гидростатического или эффектив­ного давления. Упомянем здесь различия в изменениях проницаемости трещиноватых пород или емкостных свойств глинистых пород при откачке и восстановлении уровня (т.е. при компрессии и декомпрессии — см. раздел

2. , а также скачкообразный характер проявления ем­костных свойств пород со сцеплением упрочнения, разру­шающимся в результате сжатия пород при откачке [22].

Среди факторов второй группы отметим в первую очередь сложный характер передачи возмущения в пласте и проявления во времени емкостных свойств водоносных пород. Другая важная особенность заключается в струк­туре потока: при опытных откачках, особенно из несовер­шенных скважин (см. раздел 3.4), существенную площадь области фильтрации (области эффективного влияния) может занимать зона, в пределах которой нарушается предпосылка о плановом характере фильтрации, т.е. за­метно проявляется составляющая скорости, нормальная напластованию. Отсюда следует, что в пределах этой зоны напоры заметно меняются вдоль мощности пласта, т.е. замеры по наблюдательным скважинам будут зависеть от длины и расположения фильтра. Значение этого фактора существенно возрастает для профильно-анизотропных и неоднородных пластов.

Наконец, в группе технических факторов упомянем неравномерность работы насоса, изменение проницаемо­сти в призабойной зоне скважины (скин-эффект) и инерционность наблюдательных скважин, обусловлен­ную объемом заполняющей их жидкости.

Подробное рассмотрение большинства из упомяну­тых здесь факторов будет дано в разделах 5.3 и 5.4.