книги из ГПНТБ / Боревский Б.В. Методика определения параметров водоносных горизонтов по данным откачек

Г л а в а 8

ОБРАБОТКА И ИНТЕРПРЕТАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ О П Ы Т Н Ы Х РАБОТ С УЧЕТОМ В Л И Я Н И Я ДЕЙСТВУЮЩИХ ГРАНИЦ

В главе 4 изложена методика обработки результатов опытных работ в ограниченных пластах, когда в процессе откачек (выпус­ ков) могут быть получены участки опытных закономерностей, свобод­ ные от влияния границ. При этом параметры определяются по зави­ симости для неограниченного пласта. Такие случаи наиболее благо­ приятны для обработки данных откачек и расчета параметров.

Однако в практике проведения изысканий нередко с самого на­ чала откачек опытные закономерности (исключая возмущающие и ближайшие наблюдательные скважины) уже отражают в себе влия­ ние границ, либо начальные участки временных закономерностей оказываются мало представительными.

Таким образом, возникает задача обработки опытной информа­ ции для определения эмпирического закона изменения уровня или расчетных параметров по зависимостям, учитывающим влияние раз­ личных либо непроницаемых и слабо проницаемых границ, либо гра­ ниц постоянного напора, а также локализированных очагов раз­ грузки, ограниченной по величине. В последнем случае условия на границе могут в процессе опытов изменяться (граница Н — const постепенно переходит в границу Q = const). Характер действующих при откачках границ определяется реальной гидрогеологической и геологической обстановкой (очаги разгрузки подземных вод, выкли­ нивание водоносных пластов, резкие литологические контакты, нали­ чие экранирующих или проводящих разрывных нарушений и пр.).

Обработку опытных данных в условиях влияния границ наиболее целесообразно выполнять на основе уравнения Тейса — Джейкоба, преобразованного для соответствующих условий, там где это уравне­ ние неприменимо по возможности использовать аналогичные графо­ аналитические методы, основанные исключительно на анализе опыт­ ных закономерностей изменения уровня.

Из всего многообразия природной обстановки могут быть выде­ лены следующие наиболее характерные случаи * :

* Участки, ограниченные реками, водохранилищами, каналами и пр. (границы постоянного напора) рассматриваются отдельно в главе 9.

1. Участки, ограниченные непроницаемыми границами:

1)одна или две взаимно пересекающиеся границы (полуограничен­ ный или углообразный пласт);

2)полосообразный пласт;

3)замкнутый пласт.

2.Участки с границами неоднородности:

1)прямолинейная граница раздела;

2)круговая граница раздела.

3.Участки вблизи локализованных очагов разгрузки подземных

вод.

4.Участки в пластах со сложной конфигурацией разнородных границ.

1 . У Ч А С Т К И , О Г Р А Н И Ч Е Н Н Ы Е Н Е П Р О Н И Ц А Е М Ы М И Г Р А Н И Ц А М И

Одна или д в е взаимопересекающиеся границы

Данная группа условий включает в себя полуограниченные пла­ сты, пласты-кв адранты, а также пласты с границами более сложной конфигурации, когда в процессе опыта существенное влияние оказы­ вают лишь одна или две ближайшие границы. Контактирующие породы практически непроницаемы. Влияние границ в расчетах, основанных на принципе суперпозиции, обычно учитывается введе­ нием соответствующего количества отраженных скважин одинаковой интенсивности [45, 165]. Методика расчета параметров в таких усло­ виях подробно изложена в работе [106].

Временные графики в полулогарифмическом масштабе в усло­ виях, когда действующие границы могут быть заменены конечным числом отражений, представляют собой прямые с угловыми коэффи­ циентами большими по сравнению с условиями неограниченного пласта.

Характер и степень аномальности определяются конфигурацией границ или формой пласта, т. е. количеством отражений скважин, которыми заменяется влияние границ.

Общее правило для определения числа отражений в зависимости от величины угла действующего сектора пласта выражается следу­ ющей формулой [165]:

Выражение для понижения уровня в углообразном пласте имеет вид [106]:

и пласта-квадранта являются частным случаем выражения (8.2). Структура формулы (8.2) свидетельствует о линейной зависимости

между понижением и логарифмом времени.

Угловые коэффициенты временных графиков определяются выра­ жением:

Отсюда соотношение угловых коэффициентов временных графиков в условиях ограниченного и неограниченного пласта кратно общему

Соответствующее занижение водопроводимости будет допущено при расчете параметров в условиях влияния границ по формулам для безграничного пласта.

Если известны положение и характер границ исследуемого участка, параметры могут быть рассчитаны по следующим зависи­ мостям [106]:

Принципы определения местоположения отраженных скважин иллюстрируются рис. 57, а, заимствованном из работы [165]. В об­ щем случае отражение производится по окружности до совмещения последнего отражения с реальной скважиной. Поэтому приведенные правила справедливы для углов кратных 360°. В противном случае надо принимать величину угла округленно (кратной 360°). Для упро­ щения процесса нахождения отражений можно производить последо­ вательное зеркальное отражение по окружности всего угла до послед­ него совмещения отраженных и реальных границ (рис. 57, б).

Рассчитанные по приведенным зависимостям параметры будут настолько соответствовать действительным параметрам пласта, на­ сколько реальная конфигурация границ соответствует принятой расчетной схеме.

Если по какой-либо из наблюдательных скважин получен началь­ ный участок графика, свободный от влияния границ, то по соотноше­ нию угловых коэффициентов начального и конечного участков можно также судить насколько принятая схема близка к природной обста­ новке.

В общем случае при использовании приведенных формул может •быть получено более точное значение водопроводимости и менее точное пьезопроводности.

Примером расчета параметров с использованием опытной законо­ мерности, отражающей влияние одной непроницаемой границы, может служить обработка данных по опытному кусту 35 на Мийкайнарском участке (см. главу 6).

Характерной особенностью временных графиков в условиях влия­ ния непроницаемых границ является то, что они не диагностируются по форме, т. е. по одному виду графиков не всегда можно установить, отражают ли они влияние границы. Как показано в главе 4, крите­ рием этого могут служить графики кт = / (г).

Обработка опытных данных способом площадного и комбиниро­ ванного прослеживания в условиях влияния границ нецелесообразна, так как при вычислении приведенного расстояния будут возникать дополнительные погрешности, связанные с неточностью определения расстояния до отображенных скважин.

Полосообразный пласт

Условия работы скважины в полосообразном пласте отличаются от предыдущих условий тем, что здесь наблюдается нелинейная зави­ симость понижения от времени. Поэтому изложенные ранее способы временного, площадного и комбинированного прослеживания, осно­ ванные на полулогарифмической анаморфозе кривой снижения уровня, в полосообразном пласте не применимы.

В общем виде в полосообразном и замкнутом пластах зависимость

понижения в одной точке, что по существу лишает этот способ всех преимуществ графоаналитических методов расчета.

Величина коэффициента водопроводимости может быть определена по полулогарифмическим графикам временного прослеживания сни­ жения уровня по ближним к опытной наблюдательным скважинам по самому начальному периоду откачки, когда влиянием границ полосообразного пласта еще можно пренебречь.

Напротив, точность определения пьезопроводности по ближним скважинам весьма мала из-за деформации потока в окрестности скважины. Кроме того, в трещиноватых породах, которыми очень часто сложены полосообразные пласты, по ближайшим к опытной наблюдательным скважинам точность определения уровнепроводности вообще неудовлетворительна.

В целом точность расчета коэффициента водопроводимости по сравнению с пьезопроводностью по временным графикам обычно выше (особенно в трещиноватых породах). Это связано с тем, что первый определяется по темпу изменения уровня и не зависит от абсолютной величины понижения.

Преимущество использования для определения коэффициента пьезопроводности графиков S = f ( ] / i ) заключается в том, что в ус­ ловиях влияния границ полосообразного пласта коэффициент пьезо­ проводности может быть также определен по темпу изменения уровня из выражения:

Опытно-эксплуатационной откачкой из скважины 60 опробовался безнапорный водоносный горизонт, сложенный трещиноватыми и закарстованными известняками турнейского возраста. Они залегают практически вертикально в виде полосы широтного простирания шириной на участке опробования 300—350 м. Контактирующие по­ роды представлены весьма слабо трещиноватыми осадками ордовика и визейского яруса нижнего карбона. Схема опытного куста 60 и ха­

В координатах S — lg t графики снижения уровня представляют собой плавные кривые параболической формы всюду выпуклые вниз. Это свидетельствует о нелинейной зависимости понижения от логарифма времени. В координатах S — ]/7 графики становятся прямолинейными. Критерием наступления квазистационарного ре­ жима является параллельность графиков по различным наблюдатель­ ным скважинам. Поэтому для применения данного метода необхо­ димо иметь несколько наблюдательных скважин, поскольку прямо­ линейность отдельно взятого графика может быть видимой.

В данном случае графики параллельны, что свидетельствует о на­ ступлении квазистационарного режима. Значение коэффициента

Р и с . 58. Схема опробования пласта-полосы и графики временного про­ слеживания понижения для куста 60 (Северный Казахстан, 1964 г . ) .

Полученное довольно высокое значение водоотдачи связано с тем, что в данном случае понижения уровня не выходили за пределы зоны сезонных колебаний [115]. В этой зоне карстующиеся породы харак­ теризуются обычно повышенной водоотдачей.

Кроме того, следует иметь в виду, что обычно определение уровне­ проводности производится по абсолютной величине понижения, что приводит в трещинно-карстовых породах к более или менее его суще- •ственному завышению, а следовательно, к занижению водоотдачи (см. главу 6).

Замкнутый пласт

В замкнутых пластах с круговой или близкой к круговой грани­ цей зависимость понижения уровня от времени является линейной я определяется выражением [29]:

На основе уравнения (8.19) наиболее удобно, как и в волосообраз­ ном пласте, определять коэффициенты пьезопроводности (уровне­ проводности) или водоотдачи, так как они также могут быть опреде­ лены не по абсолютной величине, а по темпу изменения уровня.

С момента времени, определяемого критерием (8.20), устанавли­ вается линейная зависимость скорости понижения уровня от времени.

Оценим примерную продолжительность этого периода. Если при­

для определения параметров с учетом влияния границ можно практи­ чески использовать лишь данные эксплуатации водозаборов.

В небольших замкнутых тектонических зонах этот период может •быть значительно меньше.

По угловому коэффициенту С графика S — t может быть легко определена водоотдача пород:

Коэффициент С определяется по графику S — t:

Точность определения водоотдачи из выражения (8.25) или (8.27) достаточно высока, так как определяется темпом изменения уровня и площадью водоносного горизонта.

Определение коэффициента водопроводимости из выражения (8.22) производить нецелесообразно, так как в исходную зависимость