Глава 7

I ПРИМЕНЕНИЕ ПРИНЦИПОВ И МЕТОДОВ | ДИНАМИКИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

I ПРИ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ опытных

1

| РАБОТАХ И НАБЛЮДЕНИЯХ

В заключение курса полезно рассмотреть возможно­сти применения изложенной теории на комплекс­ных примерах, совокупно отражающих различные ее ас­пекты. Для этого нами выбраны характерные задачи гид­рогеологии, имеюпще важное практическое значение и широко исследуемые в различных отраслях Инженерной деятельности.

В данной главе упор сделан на задачи, возникающие при постановке, проведении и интерпретации полевых гидрогеологических исследований — опытных опробова­ний и режимных наблюдений. В заключительном пара­графе рассмотрены общие принципы схематизации, по­следовательное применение которых является необходи­мым условием эффективности гидрогеологических (как, впрочем, и инженерно-геологических) изысканий и на­блюдений. Позднее, в гл/8, мы займемся задачами пре­имущественно прогнозного характера.

Нам меньше всего хотелось бы, чтобы эти главы еще раз иллюстрировали возможности формально-математи­ческого аппарата теории (хотя эта сторона проблемы и не исключается полностью): гораздо важнее показать значе­ние принципов и методов ДПВ при постановке гидрогео­логических исследований и при проведении качественно­го гидрогеологического анализа, особенно при щцрогео- логической схематизации фильтрационных и миграцион­ных процессов. Поэтому последующий материал может использоваться прежде всего для лучшего уяснения ос­новных разделов курса и детализации отдельных его ас­пектов .

Кроме того, можно рассматривать эти главы как сво­еобразный мост между курсом ДПВ и последующими специальными курсами, так или иначе использующими принципы и методы ДПВ. Подобная, если угодно, при­кладная направленность глав ясна и из их общей структу­ры, и , из заголовков отдельных разделов. Имея в виду комплексный характер многих из рассмотренных здесь задач, возможно, целесообразно ознакомиться с ними бо­лее детально при повторном чтении на заключительной стадии изучения данного курса.

1. Методика постановки и проведения опытно-фильтрационных работ

Прежде всего заметим, что задача всеобъемлющей регламента­ции методов постановки и проведения опытно-фильтрационных ра­бот (ОФР) лежит за пределами нашего курса. Поэтому здесь эти вопросы будут затронуты лишь в той мере, в какой они связаны с эффективным решением задач интерпретации (в первую очередь диагностики) ОФР на базе рассмотренных в гл. 5 теоретических и методических построений. Очень полезно показать, что такие по­строения важны не только для интерпретации опытов, но и для всех аспектов их планирования и проведения . Заметим, точности ради, что в данном разделе рассматривается лишь одно направление ОФР - опытно-фильтрационные опробования (ОФО), а опытно-фильтра­ционным наблюдениям (ОФН) посвящен раздел 7.2.

1. Виды офо и области их применения

Основным видом опытно-фильтрационных пробований являют­ся опытные откачки из скважин (кустовые, одиночные, групповые). Перед началом опытных откачек из центральных скважин обычно проводят пробные откачки для проверки качества скважин и предва­рительной оценки водообильности опробуемых пластов.

* В этой связи рекомендуется, в частности, раздел 7.1 прочитать сразу после гл. 5.

** Для того чтобы стиль данного раздела не показался излишне инструктивным, читателю следует систематически соотносить излагаемый в нем материал с теоретическими основами ОФР, представленными в гл. 5.

Опытные наливы и нагнетания в скважины используются для оценки фильтрационных параметров относительно редко. Главное применение они находят при изучении приемистости нагнетатель­ных скважин, при опробовании слабопроницаемых отложений, когда расходы опробования слишком малы и применение откачек стано­вится технологически неудобным, а также при проведении в скважи­не специальных видов опробований (опытно-миграционных работ, испытаний пласта на гидроразрыв и т.д.).

С учетом всех отмеченных в гл. 5 недостатков одиночных опро­бований понятно, что их можно использовать в основном для срав­нительной характеристики водоносных слоев на изучаемых участках (по степени водообильности пород и, в частности, по удельному де­биту) и лишь в благоприятных условиях - для ориентировочной оцен­ки величины водопроводимости. Однако для успешного решения да­же этих ограниченных задач желательно использовать результаты однотипных экспериментов, проведенных в однотипных скважинах, — чтобы ожидать примерно идентичных проявлений скин-эффекта. Например, информативность пробных и одиночных опытных отка­чек может иновда существенно различаться лишь за счет состояния фильтров и прифильтровых зон скважин — обычных разведочных, с одной стороны, и специальных опытных — с другой. Часто же надеж­ность результатов пробных и одиночных откачек оказывается одина­ково низкой. Поэтому одиночные откачки из специальных опытных скважин имеет смысл проводить с том случае, когда геологические условия и технология проходки скважин позволяют рассчитывать на хорошее качество (не слишком высокие сопротивления) их прифиль­тровых зон (см. раздел 5.4). Это предполагает, в частности, бурение опытных скважин с промывкой чистой водой и отсутствие во вскры­том интервале слоев глинистых пород, способствующих образованию естественного бурового раствора и кольматации прифильтровых зон.

Информативность одиночных опробований несколько повыша­ется при параллельном использовании гидрогеофизических методов. Так, расшифровке результатов одиночных откачек в многослойных толщах, в закарстованных или неравномерно трещиноватых породах способствует расходометрия скважин. Расходомерами определяют распределение расхода потока по стволу скважины при откачке, а также в естественных (не нарушенных опробованием) условиях. По данным таких измерений строится эпюра расходов воды, протекаю­щей по стволу скважины, а их изменение в пределах того или иного участка определяет собой приток к скважине A Q_i в пределах этого участка. Интерпретация таких данных позволяет оценить фильтра­ционную неоднородность опробуемого пласта (или системы пластов) по вертикали. Эффективно использование расходометрии и для оценки изменения сопротивления прискважинной зоны вдоль рабо­чей части (фильтра) скважины.

При теоретическом обосновании расходометрии будем исходить из того, что вблизи скважин, работающих, например, в слоистых пластах, как показано в разделе 5.3, быстро устанавливается квази- стационарный режим, описываемый в пределах каждого водоносного слоя зависимостями вида (4.30) и (4.37) и им подобными. При интен­сивных межлоевых перетоках эти зависимости можно представить в обобщенной форме:

AQ (тТа

t

^=4ЯГ/Ь

(7Л)

где а*_ум— усредненный коэффициент пьезопроводности вскрытой части слоистого пласта.

Тоща расходДф; в пределах каждого г-го слоя пропорционален проводимости Т- = к? m_i этого слоя (с коэффициентом фильтрации k_i и мощностью ntj). Получая по данным расходометрии поинтерваль- ные расходы Д<2,-, определим проводимость T_i из соотношения:

АД-

Т. = 1 т

¹ Qc ^сум' (7.2)

где Д. — суммарный расход скважины;

*сум. — суммарная проводимость пласта.

Подчеркнем, однако, что подобная интерпретация расходомет­рии при опробованиях планово-неограниченных пластов, содержа­щих непроницаемые прослои, может приводить к большим погреш­ностям — из-за резких различий в пьезопроводностях отдельных слоев, не компенсируемых межслоевыми перетоками. Болыпйе по­грешности возникают и во всех тех случаях, коща вблизи скважины (например, несовершенной по степени вскрытия) отмечается суще­ственная вертикальная компонента скорости фильтраций. Во всех случаях уточнения можно добиться, используя послойную пьезомет­рию.

Наиболее информативным и технически удобным видом ОФО являются кустовые откачки, которые позволяют решить более ши­рокий круг задач и с более высокой точностью, нежели одиночные. Во-первых, используя наблюдательные скважины, можно исклю­чить или свести к минимуму влияние искажающих технических факторов, действующих вблизи центральной скважины (см. раздел

4. . Во-вторых, в ряде случаев можно проследить влияние откачки из опробуемого пласта на другие водоносные горизонты, а также установить неоднородность и анизотропию фильтрационных свойств по площади распространения и по мощности пласта. Как показано в разделе 5.3, в силу значительной длительности такой откачки, она нередко помогает уточнить граничные условия и, что еще более важно, - расчетную схему фильтрации (см. раздел 5.5). Все это по­зволяет считать кустовую откачку наиболее надежным методом ис­следований фильтрационных свойств пород в период разведки или строительных изысканий. Надежность одиночных откачек в каж­дом конкретном случае может быть оценена лишь после их сопо­ставления с кустовыми.

В особых случаях, на заключительных стадиях разведки или доразведки месторождений, проводятся опытные водоотборы, сопо­ставимые по масштабам с эксплуатационными. Их постановка оп­равдана в том случае, если опытные откачки, вследствие повышен­ной сложности объекта изысканий, не позволяют оценить необходи­мые для прогноза геофильтрационные параметры или граничные условия. Приведем два примера:

[~1~| водоносные комплексы, приуроченные к неравномерно тре­щиноватым или закарстованным породам, когда при опытных откач­ках не выполняется условие сплошности среды (см. раздел 5.2);

[~2~| откачки вблизи реки с закольматированным руслом, не позволяющие вследствие ограниченного понижения выявить харак­теристику (Л L) граничного условия III рода на контуре реки (см. раздел 3.4).

Заметим еще, что нередко рекомендуемые в специальной лите­ратуре экспресс-опробования (проводимые как кратковременные возмущения) мало пригодны для надежного определения фильтра­ционных параметров. Это с очевидностью вытекает из теоретическо­го анализа и объясняется, в частности, масштабными эффектами (см. раздел 5.2), скин-эффектом (см. раздел 5.4) и практически полным отсутствием объективных критериев для выделения представитель­ного участка индикаторного графика (см. раздел 5.5). Поэтому на практике экспреСс-опробования часто превращаются в быстрый ме­тод определения ... неверных значений параметров. Вместе с тем экспресс-опробования могут принести определенную пользу при ка­чественной оценке водообильности пласта или состояния прифильт- ровой зоны скважины. Опробуя центральную скважину каким-либо экспресс-методом, можно более обоснованно наметить время откач­ки и расположение пьезометров. Особенно полезны экспресс-наливы для оценки инерционности наблюдательных скважин (см. раздел

5.4).