5. О некоторых гидрогеоиеханических эффектах

[Т| Особенности упругого режима при откачках из глубо­ких водоносных горизонтов обусловлены сопоставимостью разме­ров области возмущения при откачке (условно оконтуриваемой не­которым радиусом влияния Л (t) —рис. 5.11—с мощностью перекры­вающих пород М. Чтобы понять значение этого фактора, уподобим объем пород ABCD круглой жесткой плите, подпираемой снизу реак­цией минерального скелета и гидростатическим давлением воды в напорном пласте, но также закрепленной по своей боковой поверх­ности механическими связями с окружающими породами. Наличие жесткости и закрепления начнет проявляться при деформировании плиты — в виде реакции, препятствующей ее прогибу.

При уменьшении взвешивающего гидростатического давления на величину y_Q S (S — понижение напора) давление плиты на мине­ральный скелет, согласно изложенной (см. раздел 1.4) теории упру­гого режима, должно увеличиться на ту же величину. На самом же деле это произойдет только при условии, что роль жесткости плиты и ее бокового закрепления ничтожно мала. Это условие выполняется для тонкой плиты, но может заметно нарушаться для толстых плит, характеризующихся достаточно большим отношением М/R. Иссле­дование этой задачи [23 ] показывает, что привычная нам теория упругого режима, не учитывающая эффекта жесткости кровли на­порного пласта, справедлива, грубо говоря, лишь при R/M > 3+5.

ВОПРОСЫ. 1. Какова должна быть область влияния при откачке из напорного пласта, залегающего на глубине 500 м, чтобы можно было воспользоваться для интерпретации формулой Тейса? 2. Каков иточник поступления воды в скважины на первом этапе откачки (пока R « М), когда из-за решающего влияния жесткости кровли эффективное давление в пласте остается практически неизменным? (вспомните о двух составляющих упругоемкости горной породы).

[ТГ] Особенности упругого режима при откачке с последую­щим восстановлением напоров обусловлены наличием у многих во­доносных пород ярко выраженного компрессионного гистерезиса (см. раздел 1.4): деформация сжатия этих пород при откачке намного больше, чем их обратная деформация (декомпрессия) при восстанов­лении напора после откачки. Это приводит к тому, что коэффициент

пьезопроводности, определенный по этапу восстановления, часто оказывается на один, а то и на два порядка больше, чем определенный по откачке (значения упругой водоотдачи различаются в обратном соотношении).

Рис. 5.11. Схема, иллюстирирующая эффект жесткости кровли напорного водоносного пласта при откачке

ВОПРОС. Почему восстановление напоров на первых этапах после прекращения откачки часто идет заметно быстрее, чем пони­жение в начальный период откачки (напомним, что, согласно изло­женному в разделе 1.4, кривые откачки и восстановления считались для достаточно малых t идентичными).

Ш| Особенности опытов, проводимых при боль­ших изменениях напоров, могут быть связаны с измене­ниями проницаемости пород в результате интенсивных деформаций сжатия (при откачке) или растяжения (при нагнетании). Это особенно характерно для нагнетаний в трещиноватые породы. При больших давлениях нагнета­ния эквивалентное падение эффективного давления при­водит к увеличению раскрытия трещин и проницаемости пород. Для примера на рис. 5.12 приведен типичный гра­фик зависимости расхода скважины Q_c от давления нагне­тания Р_н. Прямолинейный участок О А свидетельствует о сохранении неизменной проницаемости, участок АВ от­вечает постепенному росту раскрытия трещин (гидрорас­членение пласта). Наконец, резкое падение давления на­гнетания при одновремен­ном росте расхода (точка В на графике) говорит о на­ступлении гидроразрыва пласта.

Рис. 5.12, Типовой график зави­симости расхода скважины от давления нагнетания

Известно немало случа­ев, когда в результате гидро­расчленения значения про­ницаемости, полученные опытными нагнетаниями, от­личались от истинных на по­рядок, а при гидроразрыве слабопроницаемых пород — даже на два-три порядка [23].