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

В условиях замкнутых структур с пресными подземными водами водоотбор редко обеспечивается лишь за счет осушения пород. Обычно часть его формируется за счет привлекаемых запасов (сокра­ щение разгрузки и пр.). Если величина привлекаемых запасов не изменяется во времени, то для расчета понижения уровня справедливо уравнение [29]:

Обработку данных опытно-эксплуатационной откачки в условиях практически замкнутого пласта рассмотрим на примере Щучинского участка в Северном Казахстане.

В пределах участка подземные воды приурочены к весьма нерав­ номерно трещиноватым сильно метаморфизованным породам архея, представленным слюдисто-кварцевыми сланцами, кварцитами, амфи­ болитами, гранитогнейсами. В морфологическом отношении участок приурочен к блюдцеобразному понижению рельефа, выполненному четвертичными глинами и суглинками мощностью до 40—50 м. Пита­ ние подземных вод осуществляется за счет инфильтрации атмосфер­ ных осадков в пределах приподнятых элементов рельефа, окружа­ ющих понижение, где трещиноватые породы выходят на поверхность под маломощным чехлом дресвяно-щебнистых отложений. Основная разгрузка осуществляется в пределах понижения восходящей филь­ трацией через глинистые отложения и фиксируется на поверхности мочажинами и солончаками.

Дебиты скважин колеблются в весьма значительных пределах. На общем фоне весьма слабо трещиноватых пород с дебитами скважин от десятых долей до 1—2 л/сек, встречаются единичные зоны повы­ шенной трещиноватости, где дебиты скважин достигают 5—20 л/сек, а дебит скважины 48 в начале групповой опытно-эксплуатационной откачки достигал 80—90 л/сек.

В то же время имеется ряд совершенно безводных скважин, тяго­ теющих в основном к периферии участка. Некоторые из этих скважин вскрывают разломы барьерного типа. Один из таких выявленных разломов ограничивает участок с юго-востока.

Гидрогеологическая схема и разрез Щучинского участка предста­ влены на рис. 59. Несмотря на большое количество скважин, прой­ денных на участке, не удавалось установить его гидродинамическую схему и эффективные параметры водоносного комплекса.

Участок был опробован двумя длительными опытно-эксплуатацион­ ными откачками. Первая откачка была проведена из скважин 40,

44 и 34 с суммарным расходом около 15 л/сек и проходила при ста­ бильном режиме фильтрации.

Затем была проведена длительная семимесячная групповая от­ качка из скважин 48, 52, 108 и 109. В начале откачки расход дости­ гал 115 л/сек. Первые три месяца расход систематически снижался,

Р и с . 59. Схема опробования и разрез в районе опытного куста (групповая от­ качка) 48, 52, 108, 109 (по данным В . Г. Склярова, 1968 г., Северный Казахстан) .

1 — песок; 2 — суглинок; з — щебнисто-глинистые отложения коры выветривания; 4 — глина; 5 — сланцы слюдисто-кварцевые; 6 — кварциты; 7 — амфиболиты; 8 — стратигра­ фические границы; 9 — тектонические нарушения; 10 — уровень подземных вод; 11— без­ водные скважины; 12 — возмущающие скважины

а затем стабилизировался на уровне 87—90 л/сек. Одним из основных назначений откачки являлось определение закона изменения уровня

В первоначальный период этой откачки в течение 25—30 суток влияние границ было несущественно, поскольку графики — — lg t

в этот период имеют прямолинейную форму. Величина km, рассчитан­ ная по этим графикам, составила около 250 м2 /сутки. Близкое значе­ ние получено также по графику S — lg г на конец откачки. Полу­ ченные значения упругой водоотдачи и коэффициента водопроводи­

Заметим, что в замкнутых круговых пластах определение основ­ ных гидрогеологических параметров может быть заменено расчетом показателя С *, зависящего от водоотдачи и площади пласта и харак­ теризующего скорость понижения уровня в единицу времени при единичном водоотборе. В приведенном примере

По существу полученный параметр С* позволяет выполнять необ­ ходимые прогнозные расчеты в замкнутых пластах.

2. У Ч А С Т К И С Г Р А Н И Ц А М И Ф И Л Ь Т Р А Ц И Н Н О Й НЕОДНОРОДНОСТИ

При обработке данных опытных откачек зональная фильтрацион­ ная неоднородность может быть учтена лишь в простейших случаях (прямолинейная или круговая граница раздела). При более сложной неоднородности обычно определяют обобщенные параметры, ком­ плексно характеризующие закономерность изменения уровня. При сложной хаотической неоднородности могут быть определены эффек­ тивные параметры, характеризующие усредненные фильтрационные свойства пласта в опробованной области.

Прямолинейная граница раздела

Графоаналитический метод определения параметров в обеих зонах неоднородности предложен Л . В . Боревским и Л . С. Язвиным в ра­ боте [17]. Предложенный метод, основанный на принципе зеркаль­ ного отображения источников (стоков) с новой интенсивностью, позволяет по данным откачки из скважины, расположенной в более проницаемой зоне, определить параметры не только этой, но и кон­ тактирующей с ней слабопроницаемой зоны.

Расчет параметров основан на решении В . А. Максимова для работы скважины в неоднородном пласте с одной прямолинейной границей раздела [75], которое в условиях квазистационарного режима приводится к следующему виду [17]:

р— то же, до ее зеркального отображения относи­ тельно границы раздела;

°"і ~~ функция, зависящая от соотношения водопроводимостей и пьезопроводностей и времени откачки; при равенстве коэффициентов пьезо­ проводности обеих зон она равна нулю; выра­ жение для этой функции приведено в указанной работе В . А. Максимова.

Функция огх переменна во времени, однако ее величина стабили-

зируется при ^ t ^ Ю - 4 - В практических расчетах последним сла­ гаемым в квадратных скобках выражения (8.30) можно пренебречь ввиду его относительной малости по сравнению с другими членами, что в дальнейшем дает некоторое завышение при расчете коэффи­

Согласно приведенным формулам временные графики в координа­ тах S — lg t должны иметь прямолинейную форму. В зависимости от продолжительности откачки и расстояния от опытной скважины до наблюдательной и границы раздела на этих графиках могут выде ляться один или два участка.

При этом возможны следующие случаи:

1) г п р ^ 3, на графике выделяются два участка: первый, соответ­ ствующий пласту с параметрами первой зоны; второй — средним

соответствующий средним параметрам пласта.

По наблюдательным скважинам, расположенным в первой зоне, по временным графикам можно определить водопроводимость обеих зон и пьезопроводность первой зоны. В первом случае это может быть выполнено по одной наблюдательной скважине, во втором по двум.

угловой коэффициент второго участка графика С и рассчитывается

(кт)ср по формуле

Коэффициент пьезопроводности второй зоны рекомендуется при­ нимать пропорционально соотношению водопроводимостей двух зон.

При наличии границы раздела в напорно-безнапорных условиях коэффициент пьезопроводности безнапорной зоны должен опреде­ ляться по данным откачек непосредственно в этой зоне.

В рыхлых отложениях он может быть рассчитан по известным зна­ чениям водопроводимости и водоотдачи.

Предложенный метод целесообразно применять при соотношении водопроводимостей двух зон порядка 10—15 или меньше, при боль­ ших соотношениях проницаемость второй зоны может существенно проявляться лишь при значительных временах опытов. В этих слу­ чаях за практикуемое время опытов (не более 2—3 месяцев) граница неоднородности работает как непроницаемая, что надо учитывать при определении параметров.

Круговая граница раздела

Данная схема обычно имеет место в трещиноватых и закарстованных пластах, когда опытный участок или участок водозабора располо­ жены в зоне повышенной водопроводимости, окруженной породами с более низкой проницаемостью. Часто центральная зона имеет замк­ нутую форму близкую к круговой.

В процессе непродолжительных откачек влияние более удаленных участков водоносного горизонта не проявляется и определяются пара­ метры центральной зоны. Однако их использование в прогнозных расчетах при игнорировании уменьшения водопроводимости в пери­ ферийной части воронки депрессии может привести к существенным ошибкам, в частности к завышению эксплуатационных запасов под­ земных вод [14, 52].

Определение параметров периферийной области депрессии может

зоны могут быть определены графоаналитическим способом по времен­ ным графикам, по данным длительных опытно-эксплуатационных отка­ чек или эксплуатации водозаборов.

Если водозаборная или опытная скважина расположена в центре зоны радиуса гх с коэффициентом водопроводимости (km) х и пьезопро­ водности at, а весь остальной пласт имеет коэффициент водопроводи­ мости (km)2 и пьезопроводности а2, то понижение уровня по истече­ нии некоторого времени во внутренней области может быть рассчитано по формуле Г. Б . Пыхачева [99]:

где г0 — радиус скважины;

В2 = 1,5]/а2 £ — приведенный радиус внешней зоны. Возможность применения формулы (8.38) в рассматриваемых

условиях показана В . Н. Щелкачевым [144].

Критерий возможности ее использования для скважин, располо­ женных во внутренней зоне пласта, определяется из условия:

(8.39)

0,4а 2

Таким образом, при расчете по формуле (8.38) пренебрегают емкостными свойствами внутренней зоны. Структура этой формулы свидетельствует о том, что она может быть приведена к виду прямой

скважинами; і|з — коэффициент, зависящий от смещений опытной и наблюдательной скважины относительно центра зоны. Практически

менным кустовым откачкам во внутренней зоне, когда влияние внешней границы несущественно.

При известном ах величина а2 может приниматься также пропор­ ционально соотношению коэффициентов водопроводимости двух зон.

Критерий для определения времени, когда влияние откачки дости­

этом предполагается, что весь расход, отбираемый в процессе откачки,

уклон площадного графика практически не зависит от величины дополнительного питания и определяется суммарным расходом при откачке.

При этом следует иметь в виду, что разброс точек на площадном графике может существенно возрастать из-за того, что в строгой

жиной, а приведенное, так как выражение (8.46) не учитывает фик­ тивную замену дополнительного питания некоторой нагнетательной системой. Разброс точек тем больше, чем сложнее расположение очагов разгрузки.

Следовательно, водопроводимость может быть определена непо­ средственно по суммарному расходу. Коэффициенты пьезопровод­ ности определить невозможно, так как в выражении (8.56) не из­ вестны величины R * и <2д0п-