3. Планирование миграционных опытов

Под планированием миграционных опытов понимают предвари­тельное обоснование целесообразных их характеристик, таких как расход нагнетания (откачки), расстояния между опытными скважи­нами, длина интервала опробования, тип индикатора, продолжи­тельность опыта и др. Начнем с ряда общих положений, которые необходимо учитывать при планировании ОМР.

ГЛ Опытные кусты должны располагаться в пределах предста­вительной области пласта, где в условиях предполагаемого загрязне­ния фильтрующиеся стоки будут находиться наиболее продолжи­тельное время. При наличии в пласте особых зон преимущественного переноса, ще ожидаемые действительные скорости максимальны, они должны быть охарактеризованы опытными работами в первую очередь.

При опробовании неглубокозалегающих водоносных гори­

зонтов (десятки метров) предпочтение надо отдавать эксперимен­тальной схеме с наливом индикатора в центральную скважину при наличии двух лучей наблюдательных скважин, а для опробования водоносных горизонтов, залегающих на относительно больших глу­бинах, целесообразно применение дуплетной схемы. Наряду с этими специальными кустами на заключительных стадиях откачек можно широко использовать запуски индикаторов в пьезометры опытно­фильтрационных кустов.

Расстояние между скважинами и, в частности, максималь­ное удаление между точками ввода и отбора индикатора должно увязываться с намечаемой продолжительностью эксперимента по­средством специальных разведочных расчетов. При этом, если ис­пользуются уже пробуренные скважины (например, при опытных откачках), то расчетом находят требуемую длительность опыта и, наоборот, для специально проходимых опытно-миграционных кус­тов расчетом обычно оценивают максимальный размер зоны опробо­вания исходя из разумной среднеоптимальной продолжительности эксперимента — порядка нескольких суток.

|~4] Во всех случаях расстояния между скважинами (мини­мальные масштабы опробования г,,^) должны удовлетворять услови­ям сплошности среды (см. раздел 1.2.3). Для трещиноватых пород это равносильно условию, при котором значения r_min/т_б (т_б — размер блока) или r_min/<5j, примерно отвечающие характерным числам Пек­ле (см. 6.31а), достигают, как минимум, первых десятков.

ШНе менее важно выполнение условия сплошности трещи- среды и при выборе длины опытного интервала: общее дасло водопроводящих трещин, пересекаемых скважиной в интервале оп­робования, не должно быть слишком малым. В то же время, нежела­тельна и другая крайность — объединение одним опытным интерва­лом нескольких зон в разрезе пласта, заметно различающихся по своим фильтрационным параметрам (за исключением случаев, коща используются специальные методы дифференцированного контроля индикаторной метки по стволу наблюдательной скважины в процессе эксперимента).

[~6~| При оборудовании опытных скважин должны быть в мак­симальной степени ограничены возможности различных случайных вертикальных перетоков жидкости, в частности, по затрубному про­странству.

р7~] Полевые эксперименты должны проводиться с достаточно инертными и устойчивыми в природных водах индикаторами, легко определяемыми химическими или другими методами и мало влияю­щими на фильтрационные свойства пород. Совместимость индикато­ра с пластовыми водами должна всесторонне оцениваться предвари­тельно в лабораторных условиях.

[~8~[ За основную форму входного концентрационного сигнала чаще всего принимают непрерывное поддержание в точке инъекции постоянной концентрации индикатора в течение всего опыта, что позволяет по характеру выходной кривой надежно диагностировать особенности миграционного процесса и правильно выбрать расчет­ную схему. Однако на стадии, предшестсвующей постановке основ­ного эксперимента, целесообразны кратковременные пакетные за­пуски с целью установления распределения поля действительных скоростей фильтрации в пределах опробуемой толщи и назначения оптимальных точек и временных интервалов отбора гидрохимиче­ских проб.

(~9~) Планирование и проведение миграционного эксперимента наиболее эффективно при осуществлении предварительных или па­раллельных гидрогеофизических исследований в опытных скважи­нах (расходометрия, резистивиметрия, термометрия), которые по­зволяют: дифференцировать проницаемость (трещиноватость) опро­буемого комплекса по вертикали и обоснованно выбрать интервал опробования, осуществить контрольные определения естественных и опытных скоростей фильтрации в точках расположения наблюда­тельных скважин (см. раздел 6.1.4), вести непрерывное прослежива­ние индикаторной волны по наблюдательной скважине.

То] При обосновании экспериментальной схемы требуется предварительная оценка параметра гидрохимической инерционно­сти наблюдательных скважин (см. раздел 7.3.2), в частности, целе­сообразна их тарировка с использованием резистивиметрии. В ряде случаев для устранения фактора инерционности требуется предус­мотреть в технической схеме опыта устройство для создания прину­дительного притока воды к скважине непосредственно перед отбором пробы.

|ТТ] Планированию полевых экспериментов должны обяза­тельно предшествовать лабораторные определения пористости, про­ницаемости пористых блоков, коэффициента молекулярной диффу­зии (см. раздел 6.6).

Перейдем теперь к вопросам расчетного обоснования опытной схемы и к выбору необходимы контролирующих показателей. Преж­де всего, экспериментальные характеристики подбираются таким образом, чтобы в процессе опыта воспроизводилась та или иная рас­четная схема массопереноса (см. разделы 6.3 и 6.4). Для этого, в частности, используются оценки по временным критериям типа (6.37), (6.45), (6.49), (7.15) и др. Ясно, что применимость конкрет­ной схемы оценивается при этом исходя из вероятных значений миграционных параметров, определяемых на более ранних этапах проведения опробований, а также лабораторными экспериментами и по аналогии. По вероятным значениям параметров и с учетом наме­ченного времени опробования по соответствующим расчетным зави­симостям (см. раздел 7.3.2) подбираются расстояния до наиболее удаленных наблюдательных скважин .

В этой связи заметим, что из-за влияния масштабных эффектов надежность интерпретации эксперимента возрастает с удалением точки наблюдений от центральной скважины. Однако максимально допустимое расстояние между опытными скважинами г_шах контро­

лируется скоростью и направлением естественного фильтрационного потока, искажающего задаваемый режим опыта. Например, для ку­стового опробования значение r_max не должно с этих позиций превы­шать величины ^ (д — удельный расход налива индикатора; v₀ — ^v0

скорость регионального потока; £ ~ 0,03 — 0,05— принятый порядок погрешности).

ЗАДАНИЕ. Докажите это положение, пользуясь методом сложе­ния течений. Для этого достаточно сопоставить v_Q со скоростью воз­мущенного потока на расстоянии r_fflax от скважины (определяемой согласно формуле Т ейса).

Кроме того, при слишком большом расстоянии между скважина­ми в трещиновато-пористых породах резко падает значимость массо- переноса в трещинах в сравнении с молекулярно-диффузионным оттоком в блоки, что приводит к возрастанию погрешностей при определении активной трещиноватости в средах с высокими массо­обменными параметрами. И, несмотря на то что в таких породах коэффициент трещиноватости обычно не столь важен для длитель­ных прогнозов (см., например, раздел 8.4.2), его экспериментальную оценку следует считать обязательной: полученное значение трещи­новатости является показателем, контролирующим надежность все­го расчетного алгоритма.

С этих позиций для ОМР в трещиновато-пористых породах же­лательно, наряду с индикаторами, усваиваемыми блоками, приме­нять соединения (обычно полимеры), диффузия в пористые блоки которых незначительна. Это позволяет, используя при интерпрета­ции расчетную схему микродисперсии (см. раздел 6.3), определить и константу гидродисперсии dj, значение которой обычно коррелирует

с характерным размером блоков (см. пример в разделе 7.3.4). Кроме того, такая информация позволяет учесть при планировании ОМР возможную роль гидродисперсионного рассеяния, снижающего на­дежность анализа опытов на основе решения Ловерье (см. паздел

7.3.2).

Неизбежные погрешности планирования индикаторных опытов по вероятным значениям миграционных параметров делают целесо­образным проведение эксперимента в трещиноватых породах при нескольких различающихся режимах (расходах нагнетания). С этой же точки зрения, опытный куст должен включать несколько наблю­дательных скважин (не менее трех) на каждом луче. При дуплетном опробовании также желательно предусматривать запасные скважи­ны, позволяющие привести опыт при различных размерах зон опро­бования.

Наконец, следует иметь в виду, что при опытах с химическими индикаторами необходамая надежность оценки параметров массопе­реноса в ряде случаев вообще не может быть достигнута, причем скорее всего такое положение может возникнуть в условиях трещи­новато-пористых сред с низкими массообменными параметрами: за время опыта емкость блоков не успевает достаточно проявить себя. В этой ситуации в проектируемой схеме опыта должно быть предусмот­рено применение теплового индикатора, так как при этом опыт вы­водится на существенно другие соотношения диффузионной (кон- дуктивной) и конвективной составляющих переноса (см. раздел 6.5). Интерпретация данных теплового воздействия на пласт, основанная на решениях задачи плоскорадиального теплопереноса в трещинова­то-пористой среде (а их легко получить, пользуясь рассмотренной в разделе 6.5 аналогией между процессами массо- и теплопереноса), позволяет оценить один из важнейших параметров - удельную по­верхность пористых блоков Sq.

В заключение подчеркнем, что планирование и реализация опытных схем при миграционном опробовании водоносных комплек­сов всегда предполагает исключение ряда нежелательных эффектов (только тогда возможна корректная интерпретация результатов), которые в прогнозных расчетах часто, наоборот, приобретают особое значение. К ним прежде всего отнесем плотностную конвекцию в пласте (см. раздел 6.1.3) и поперечную дисперсию (см. разделы 6.3 и

4. . Тем самым круг экспериментально определяемых в полевых условиях параметров сознательно сужается до того минимального предела, которых в лучшем случае может служить основой лишь для простейших одномерных прогнозных моделей (да и то не всегда, так как за пределами возможностей локальных ОМР остаются асимпто­тические параметры макродисперсии, если говорить о пористых по­родах — см. раздел 7.3.1). Наряду с недостатком информации о миграционных параметрах обычно остается экспериментально недо- изученной также степень гидродинамической и гидрохимической связи бассейнов промышленных стоков с подземными водами, так что неопределенность граничных условий становится еще одним пре­пятствием для прогноза миграционных процессов. Наконец, про­гнозные оценки нуждаются в достаточно подробной информации о поле скоростей фильтрации; в условиях реальной фильтрационной неоднородности и анизотропии водоносных пластов, а также отме­ченной недоизученности граничных условий фильтрации это обычно требует информации, заметно превышающей возможности гидроге­ологических изысканий. Отсюда ясны важная роль и задачи режим­ных наблюдений в период эксплуатации инженерных объектов с точки зрения изучения процессов загрязнения подземных вод (см. раздел 7.4).