2. Принципы диагностики данных офр

Конечной целью диагностики является выбор расчет­ной интерпретационной схемы, учитывающей с опти­мальной полнотой и надежностью природные и техниче­ские условия проведения эксперимента. Понятие опти­мальности в данном случае одновременно предполагает, что расчетная схема, во-первых, является, по возможно-

Точнее, теми из них, что использованы при прослеживании.

сти, простой, исключающей влияние малозначащих фак­торов, а во-вторых, находится в соответствии с объемом полученной при эксперименте информации. К сожале­нию, на практике эти требования к расчетной схеме всегда выполняются лишь с некоторым приближением - как в силу сложности реальных условий, так и ввиду ограни­ченности исходной информации. Поэтому диагностика опытной откачки может быть формализована лишь в ог­раниченной степени, решающую роль здесь играют опыт и интуиция специалиста. Вместе с тем, даже опытные специалисты часто допускают просчеты в интерпретации откачек, обусловленные недостаточным пониманием всех тонкостей и многообразных проявлений фильтрационно­го процесса при откачке, которые вытекают из его деталь­ного теоретического анализа. В связи с этим чрезвычайно важно, чтобы основные принципы диагностики опытных откачек строились на сочетании качественного гидрогео­логического анализа и количественных методов интерп­ретации. В то же время, диагностика откачек, как и любая схематизация, должна вестись поэтапно, путем постепен­ного уточнения интерпретационной схемы, причем усло­вия, обеспечивающие надежность диагностики, следует принимать во внимание уже при постановке и проведении эксперимента (см. раздел 7.1).

Диагностика откачки начинается с качественного ана­лиза условий ее проведения, после чего, исходя из прин­ципа обратной связи, все шире привлекаются и различные элементы количественного анализа. Естественно, исход­ным элементом диагностики является тщательный геоло­гический анализ. Предполагается, что такой анализ, по возможности, проводится уже при постановке Опытной откачки, существенно предопределяя тем самым и круг возможных интерпретационных схем. Дальнейшая дета­лизация геофильтрационного строения опробуемых пла­стов базируется на полученных при бурении данных по литологическому и механическому составу пород, по ге­офизическому и гидрогеологическому опробованию в процессе проходки и оборудования скважин. Все эти дан­ные в сочетании с результатами замеров напоров в про­цессе и по окончании бурения позволяют построить гео- фильтрационный разрез и в первом приближении наме­тить типовую расчетную схему. Как правило, это должна быть одна (иногда две) из основных схем, рассмотренных в разделе 5.2.

Вспомогательная информация для предварительных качествен­ных построений может быть получена при анализе и лабораторном исследовании ненарушенных образцов водоносных и относительно водоупорных пород. Так, для выделения относительных водоупоров и предварительной оценки возможного перетекания полезно оценить расход его по известным из лабораторных экспериментов парамет­рам проницаемости (хотя подобные оценки обычно дают занижен­ные показатели). Для тонкослоистых фильтрующих толщ результа­ты испытаний на фильтрацию вдоль й вкрест напластования дают представление о степени профильной анизотропии. Особое значение имеет использование лабораторных данных компрессионных испы­таний для представлений о коэффициентах упругоемкости водонос­ных и водоупорных пород.

Полезную информацию дают также сведения о напорах подзем­ных вод, полученные в процессе и по окончании бурения. Так, раз­рыв естественных напоров отдельных пластов вдали от койтуров питания (стока) чаще всего безусловно свидетельствует о пренебре­жимо малом их взаимодействии и в процессе откачки.

ВОПРОСЫ. 1. Обязательно ли факт противоположного свойства (совпадение значений естественных напоров) является доводом в пользу возможности существенного проявления перетекания при от­качке? (будем иметь в виду, что в естественных условиях перетека­ние могло идти длительное время и на больших площадях. 2. Кай должны меняться с глубиной напоры в слоистой водоносной тблщё вблизи ее контура стока, несовершенного по степени вскрытия тол­щи?

Подчеркнем еще раз, что большинство из упомянутых здесь вспомогательных диагностических приемов и мето­дов могут и должны использоваться уже при проектиро­вании откачки, способствуя тем самым ее большей целе­направленности и выработке исходных представлений о возможной интерпретационной схеме. Последующее уточнение этой схемы ведется непосредстсвенно по мате­риалам откачки, в первую очередь по составляемым в процессе эксперимента индикаторным графикам площад­ного — S =f, (lg г), вре­менного — S =/ (lg t) и комбинированног о про­слеживания.

Важнейшим эле­ментом при диагности­ке откачки являются индикаторные графики временного прослежи­вания. При достаточ­ной длительности опы- а та и полноте измерений

сама форма этих гра­вис. 5.18. Характерные индикатор- фиков часто может сви- ные графики откачки: детельствовать О тех

1 - в изолированном напорном пласте; 2 - в ” ^ пгпбеттостях

гетерогенном пласте; 3 - вблизи водонепрони- ^{и т} " ‘ uluuchhuwijia

цаемого контура; 4 - вблизи контура питания фИЛЬТраЦИОННОГО ПрО- или при наличии перетекания из весьма водо- цесСЗ. Для Примера На обильного пласта р_ИС 5 j g _Пр_Ивед_ены ха­

рактерные индикаторные графики некоторых типовых расчетных схем. С помощью подобных графиков иденти­фицируется наличие непроницаемых или слабопроница­емых контуров (кривая 3), дополнительное питание из поверхностных водоемов или мощных водоносных пла­стов (кривая 4) и т.п. Вместе с тем, многие факторы проявляются на индикаторных графиках качественно идентично (см. разделы 5.3 и 5.4), что резко снижает возможности дагностики.

ЗАДАНИЕ. Пользуясь материалом разделов 5.3 и 5.4, приведите возможные объяснения характера графиков 2, 3 и 4 на рис. 5.18, применяя их к различным типовым схемам. Не забудьте при этом, что графики вида 3 и 4 могут являться «усеченными» вариантами графика вида 2.

С учетом упомянутых обстоятельств, диагностика индикаторных графиков одиночных откачек оказыва­ется весьма субъективной. С одной стороны, эти графи­ки в максимальной степени подвержены влиянию различ­ных аномальных факторов, а с другой — практически отсутствует контрольная информация, позволяющая вы­явить и устранить их влияние.

С этой точки зрения кустовые откачки обладают не­оспоримыми преимуществами: возможность взаимного дополнения и сопоставления информации по различным наблюдательным скважинам, а также устранение погреш­ностей, связанных с измерениями уровней по централь­ной скважине, позволяют рассчитывать на сравнительно надежную диагностику гораздо чаще, чем в одиночных экспериментах. Это, в частности, касается выбора пред­ставительных участков индикаторных графиков для по­следующего расчета: в разделах 5.3 и 5.4 показано, что разные участки графиков чаще всего отвечают различным аналитическим зависимостям. Например, при обработке способом прямой линии (см. раздел 5.5.1) необходимо иметь гарантию, что выбранный прямолинейный участок не искажен влиянием разного рода технических факторов (неравномерность работы насоса, скин-эффект централь-¹ ной скважины, несовершенство по степени вскрытия и инерционность пьезометров — см. раздел 5.4). В этом плане важно подчеркнуть следующие элементы, связан­ные; с диагностикой:

1J возможность проверки интерпретационной схе­мы по параллельности конечных участков графиков вре­менного прослеживания или по разбросу точек на графи­ке комбинированного прослеживания (в координатах S—■

2 возможность проверки — для планово-однород­ных пластов — представительности выбранного участка графика по близости расчетных значений проводимости, полученных временным и площадным прослеживанием (см. раздел 5.5.1). Подобные возможности полностью ис­ключаются для одиночных откачек, что делает выделение расчетного участка графика крайне субъективным.

ПРИМЕР [23 ]. Кустовая откачка продолжительностью 7 сут проводилась с устойчивым расходом 1200 м /сут в безнапорном во­доносном горизонте, приуроченном к среднезернистым пескам мощ­ностью около 40 м. Проводимость₂определенная по наблюдательным скважинам, составляла — 750 м /сут. На графике восстановления (рис. 5.19) для централь­ной скважины диаметром 300 мм, пройденной враща­тельным способом на гли­нистом растворе, выделя­ются три (1-3) прямоли­нейных участка (измере­ния, сделанные в течение первой минуты и отражаю­щие доминирующее влия­ние емкости скважины, на графике опущены). Рас­четные значения проводи­мости, полученные по ук­лонам разны£ участков, со­ставляют, м /сут: Т' = 90, Т" = 800 и Т'" = 3700. Ве­личина Т', рассчитанная по участку 1 (для t < 10мин), отражает влияние скин-эффекта (с емкостью скважины) и отвечает проводимости прифильтровой зоны скважины. Величина Т'' пример­но соответствует истинной проводимости пласта (участок 2, время t от 10 мин до 2 ч). Наконец, значение Т^,п явно завышено, что обус­ловлено выполаживанием графика на участке 3 вследствие эффектов упругогравитационного режима (см. раздел 5.3.4), а также влияния истории откачки.

Из примера ясно, что без дополнительных данных, полученных по наблюдательным скважинам, выделение представительного уча­стка графика одиночной откачки для оценки проводимости оказалось бы весьма затруднительным.

В целом диагностика откачек как один из аспектов схематизации гидрогеологических условий иллюстрирует необходимость обоснования расчетной схемы на нераз­рывном сочетании и взаимопроникновении качествен­ного гидрогеологического анализа природных условий и количественного анализа геофилътрационного процес­са. Это еще раз подтверждает важность сочетания специ- алистом-гидрогеологом глубоких знаний по части как ге­ологических, так и гидродинамических методов исследо­ваний. Данное положение сохраняет свою силу, в частно­сти, на всех этапах постановки и проведения ОФР (см. раздел 7.1).

Контрольные вопросы

|Т| Определите понятие фильтрационные параметры. В чем их отличие от других характеристик потока? Какие вы знаете филь­трационные параметры? Какие из них связаны с геометрией области фильтрации или со структурой фильтрационного потока?

|~2| В чем смысл понятий прямая задача и обратная зада­ча? Как вы понимаете математическую некорректность обратных задач? В чем смысл анализа чувствительности решения (алгоритма) ?

[3 Дайте общее описание фильтрационного процесса при от-

качкеГКакова последовательность вовлечения в этот процесс отдель­ных зон водоносного пласта? Что вы понимаете под масштабными эффектами при откачках?

[Т| Дайте характеристику стандартного способа обработки от­качки временным прослеживанием (способ прямой). На каких Пред­положениях о характере фильтрационного процесса базируется этот способ?

5 Какие вы знаете характерные типовые условия проведения опытных откачек? По каким главным признакам производится их

выделение?

Учитывается ли в интерпретационной схеме I емкость пла­

стов, перекрывающих и подстилающих основной водоносный гори­зонт? Можно ли эту схему применять для слоистого пласта? Зависит ли ответ на этот вопрос от конструктивных особенностей опытных и наблюдательных скважин, времени откачки, степени профильной фильтрационной неоднородности пласта?

|7| Как в трещиновато-пористых водоносных коллекторах со­относятся между собой упругая емкость трещин и порисгах блоков, а также гравитационная емкость трещин?

8 Применительно к интерпретационной схеме 11-1 дайте от­

веты на следующие вопросы: а) какова эпюра распределения напоров в слабопроницаемом разделяющем слое при наличии и отсутствии влияния его емкости на динамику снижения уровней в основном водоносном пласте? б) как и когда можно использовать для интерп­ретации опыта замеры по скважинам, пройденным на взаимодейст­вующий водоносный горизонт; по скважинам, вскрывающим оба пласта?

9 Применительно к интерпретационной подсхеме П-2а от­ветьте на следующие вопросы: а) можно ли интерпретировать $ рам­ках этой схемы откачку из двухслойного пласта, если опытная сква­жина вскрывает лишь нижний слой, а наблюдательные — оба слоя? б) какие наблюдательные скважины (совершенные или несовершен­ные) наиболее Информативны с точки зрения оценки по ним пара­метров?

То] Применительно к интерпретационной подсхеме 11-26 дай­те ответы на следующие вопросы: а) зависит ли характерное время запаздывания от проницаемости пористых блоков и их упругоемко- сти, и если да, то как? б) как зависит «продолжительность» началь­ного участка индикаторного графика от упругоемкости трещин и проницаемости трещинного пространства? в) соотношение каких па­раметров водоносных пород характеризует «продолжительность» второго участка индикаторного графика прослеживания?

[lT| Применительно к интерпретационной схеме III-1 дайте ответы на следующие вопросы: а) от каких параметров двухслойной системы зависит «продолжительность» первого участка индикатор­ного графика? б) соотношение каких параметров пласта характери­зует собой «продолжительность» второго участка индикаторного гра­фика прослеживания? в) как зависит «продолжительность» этого участка от мощности и коэффициента фильтрации верхнего слабо­проницаемого слоя, а также от его гравитационной водоотдачи?

Применительно к условиям интерпретационной схемы III- 2 дайте ответы на следующие вопросы: а) какие основные факторы влияют на динамику снижения уровней при откачке из безнапорных водоносных горизонтов? б) чем отличаются и в чем сходны типовые схемы III-2 и III-1? в) как изменяются напоры вдоль вертикали (по точечным пьезометрам, вскрывающим обособленно верхнюю, сред­нюю и нижнюю части безнапорного водоносного горизонта) ? г) исхо­дя из представлений о гравитационной водоотдаче как о процессе «стекания» воды из капиллярной каймы, объясните эффект задержки гравитационной водоотдачи во времени.

|Тз| Какие природные и технические факторы наиболее замет­но влияют на индикаторные графики восстановления уровня? Как меняется характер этого влияния в зависимости от времени откачки? Как отразится на графиках восстановления «эффект жесткости» кровли пласта?

[н] Как выглядит характерный индикаторный график откач­ки, проводимой вблизи реки? Как форма этого графика зависит от степени кольматации русла реки (наряду с продолжительностью от- качки)?

15 Перечислите основные природные факторы, усиливающие влияние несовершенства опытной и наблюдательной скважин на ре­зультаты откачки. К каким аномалиям индикаторных графиков вре­менного прослеживания приводит использование несовершенных скважин в слоистых и анизотропных водоносных пластах?

[Тб] Что, на ваш взгляд, можно предложить при планировании опытной откачки, чтобы учесть естественные колебания уровня и однозначно отделить их от влияния непостоянства работы насосного оборудования?

[п] На какие участки индикаторных графиков временного прослеживания (начальные или конечные) оказывает наибольшее влияние кольматация опытной скважины? Как в этом случае допол­нительно усложняется интерпретация графиков восстановления уровня? К чему это приводит при интерпретации одиночных отка­

чек?

На какие участки индикаторных графиков временного прослеживания оказывает наибольшее влияние инерционность на­блюдательных скважин? От каких факторов она зависит? Какие из­менения в стандартной методике проведения опытной откачки вы можете рекомендовать для учета или исключения влияния инеопи- онности на результаты опытных откачек?

[Т9| Какие природные и технические факторы, неверно интер­претируемые при опытных откачках, могут привести к наиболее заметным отклонениям оцениваемых параметров от их реальных значений? Какие из этих факторов могут приводить к закономер- ным, а какие — к случайным отклонениям в оценках параметров?

20 Попытайтесь обосновать особую важность диагностики при интерпретации опытной откачки. Перечислите основные этапы диагностики данных откачки. На каких основных принципах постро­ена оценка качества интерпретации опытных откачек? Какое место здесь занимает анализ чувствительности расчетной схемы?

[2l] В чем основные принципиальные отличия точечных и ин­тегральных способов интерпретации откачек? Почему, на ваш взгляд, двухточечный метод, использующий данные об изменении напора на два момента времени, как правило, оказывается менее надежным, чем аналогичный метод, использующий данные двух со­вершенных пьезометров на какой-то момент откачки (по крайней мере в планово-однородных пластах)? В чем преимущества интег­ральных методов обработки откачек?

22

Перечислите основные задачи, решаемые при анализе гра­фиков временного, пространственного и комбинированного просле­живания уровня. О проявлении каких факторов может говорить, на ваш взгляд, резкое различие в параметрах, определяемых по данным временного и площадного прослеживания уровня?

[23] Перечислите основные преимущества кустовых рткачек (в сравнении с одиночными) с точки зрения диагностики и¹ результа­тов. В чем вы видите смысл планирования опытной откачки под определенную схему ее интерпретации?