Способ определения водопроводимости пласта и скважин

 

Изобретение относится к гидрогеологическим и инженерно-геологическим изысканиям и к гидротехническому строительству. Цель - повышение точности определения. В герметизированной на устье скважине изменяют уровень воды путем его отдавливания сжатым воздухом. Изменение уровня воды в скважине регистрируют в процессе его отдавливания при поддержании постоянного давления. Коэффициент водопроводимости пласта и скважин определяют по математической ф-ле с учетом величин изменения уровня воды в начальный момент времени и в момент стабилизации уровня воды в скважине. Способ позволяет повысить точность определения параметров на 10-60% за счет замены метода расчета параметров с помощью эталонных кривых аналитическими зависимостями. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1613595 А1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

6СЕСОЮ"

Я1Л1 1 .

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4433833/23-03 (22) 3 1..05.88 (46) 15.12,90. Бюл. М 46

{71) Всесоюзный научно-исследовательский институт водоснабжения, канализации, гидротехнических сооружений и инженерной гидрогеологии "Водгео" (72) А.Ж.Муфтахов, В.Т.Гребенников и

1.Д.Курманенко (53) 622.241(088.8) (56) Рекомендации по определению фильтрационных параметров горных пород и

Грунтов методом экспресс-налива в несовершенные скважины. М,: ВНИИ ВОДГЕО, 1979, с, 7-9, Изобретение относится к гидрогеологическим и инженерно-геологическим изысканиям и гидротехническому строительству, в частности к способам определения фильтрационных параметров пласта и скважин.

Цель изобретения — повышение точности определения водопроводимости пласта и скважин.

На чертеже показана схема реализации предлагаемого способа.

Схема содержит скважину 1, датчик 2 уровня воды, оголовок 3, герметизирующий устье скважины с контрольным манометром

4 для измерения давления и редуктором 5 для поддержания постоянного давления сжатого воздуха в скважине, источник 6 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВОДОПРОВОДИМОСТИ ПЛАСТА И СКВАЖИН (57) Изобретение относится к гидрогеологическим и инженерно-геологическим изысканиям и к гидротехническому строительству.

Цель изобретения — повышение точности определения. В герметизированной на устье скажине изменяют уровень воды путем его отдавливания сжатым воздухом. Изменение уровня воды в скважине регистрируют в процессе его отдавливания при поддержании постоянного давления. Коэффициент водопроводимости пласта и скважин определяют по математической ф-ле с учетом величин изменения уровня воды в начальный момент времени и в момент стабилизации уровня воды в скважине. Способ позволяет повысить точность определения параметров на 10-60ь за счет замены метода расчета параметре-.; с помощью эталонных кривых аналитическими зависимостями, 1 ил. сжатого воздуха, первоначальный (статический) уровень 7 воды и положение уровня 8 после его изменения.

Способ осуществляют следующим образом.

В подготовленную для исследований скважину 1 опускают датчик 2 уровня воды и устанавливают оголовок 3 с контрольным манометром 4 и редуктором 5. Затем с помошью оголовка 3 герметизируют устье скважины 1, подключают к источнику 6 сжатого воздуха и ведут наблюдения при помощи датчика 2 уровня воды за изменением уровня от первоначального 7 до положения

8. Зная величину и время от начала изменения уровня определяют водопроводимость

1613595

Н c(t) =hc(t) — —;

Ри, pg

10 (4) S (r,0) = 5(слЯ) =О:

aSr c S S.

30 — О;

40 (3) — О, пласта и скважин. Предварительно редуктор тарируется на определенное давление.

После проведения исследований вначале отключают источник 6 сжатого воздуха, затем проводят разгерметизацию скважины, снимают оголовок 3 и вынимают иэ скважины 1 датчик 2 уровня воды.

Теоретическое обоснование способа сводится к следующему.

Рассмотрим в общем случае несовершенную скважину с радиусом гф фильтра и радиусом го водоподьемных труб (в чатсном случае гф - го). Начальный напор подземных вод равен Не (считаем, что он отсчитывается от подошвы водоносного горизонта). Закрываем герметически устье скважины и в стволе создаем избыточное давление воздуха

Р)2, которое в последующем в процессе всего опробования пласта поддерживают постоянным. В результате этого уровень воды в стволе скважины со временем опускается, а в водоносном пласте напор начинает возрастать. При этом в стволе скважины напор со временем уменьшается по зависимости

h,(t) =Н,(с)+ ", (1)

pg где Hc(t) — переменный во времени столб жидкости в стволе скважины, отсчитываемый от подошвы водоносного горизонта.

Движение жидкости в пласте описывается уравнением а ал 1 ah —.— (— )=-— г дг дг а дг (2) Т а= —, / г(г где h — напор подземных вод; а — коэффициент пьеэопроводности (для напорного пласта) или уровнепроводности (для пласта со свободной поверхностью);

Т - К m — водопроводимость пласта;

К вЂ” коэффициент фильтрации, m — мощность пласта; ,ие — коэффициент упругой (для напорного пласта) или гравитационной (для беэнапорного) емкости пласта;

p — плотность воды;

g — ускорение силы тяжести.

Уравнение (2) необходимо решить при следующих краевых условиях:

h (r . 0 ) = h (. с ) = Не . где (— дополнительное сопротивление на несовершенство скважины.

Условия (3) необходимо дополнить следующим выражением, выражающим баланс

5 воды; кг() — =2лТ гф яьн Bh r, бс г

Рц

H c(0) =H co =H c

PQ

Для облегчения решения задачи введем понижение:

S(r,t) =H c — h(r,t);

20 р„

S,(,) =Н.-,(,) = Н,(с)- — Ð

Тогда уравнение (2) и условия (Э) и (4) принимают вид:

25 — (гу) = — @, dS с «2Тгь д5 r,с

Sc (О) = Sc.0 = " . (6)

В соответствии с методом интегральных соотношений дальность зоны возмущения пласта находится по формуле

l(t) = гф + 12at, Окончательное выражение для понижения уровня воды в стволе получено в виде

50 .E <> -22 =ехрЯ х с.о Зв4 х ц2С+ 2 1гг (1 + ФЬ))- 2> (ф+ m

25 +e E>(ф) — e Ei(2+In(1+ 12t))))) где

1613595

E((z) — интегральная показательная функция, Сопоставление приближенного решения (7) с точным показало, что погрешность его даже при значениях,их > 0,1 не превы- 5 шает 5-7 и уменьшается с уменьшением/(*, что дает основание использовать (7) для практических инженерных расчетов, В случае совершенной скважины ((=

= 0 ) формула (7) упрощается до вида

} - El ()11 (1+Л2 т1 } )

) — E1) In (1+Й2 (rl )) 15

Анализ показал также, что вместо несовершенной скважины можно рассматривать совершенную с приведенным радиусом 20

rI)p = r0 exp (— Ц и при расчетах использовать формулу (8).

Тогда формулу (8) можно переписать в виде

) r I) t i а

$ ДС Т гор

Загс 1

- К, (1п (1 + Л гт ) ) }

Таким образом. способ основан на том, что отжатие уровня воды в герметизированной на устье скважине производят при постоянном давлении, при этом регистрируется изменение уровня воды, сведения о котором являются основой для определения фильтрационных параметров пласта и скважин.

Пример . Исследуют скважину 1967 г„ конструкция следующая. На обсадной колонне труб диаметром 127 мм в интервале глубин

45,1 — 48,2 м от поверхности земли установлен сетчатый фильтр, каптирующий вскрытые мелко- и среднеэернисть1, обводненные пески напорного водоносного горизонта. Статический уровень воды в скважине находится на глубине 34,5 м.

Работы проводили в талой последовательности.

Вначале в скважину на глубину 41 м был

45 опущен датчик ДУП, соединенный кабелем с электрическим самописцем. Затем установлен на устье скважины оголовок с контрольным манометром и редуктором, при этом последний предварительно был отрегулирован на давление 0,05 МПа (около

5 м вод. ст.). После этого произведена герметизация устья скважины с помощью оголовка, осуществлено подключение к источнику сжатого воздуха — рессиверу автомобиля ЗИЛ-157КЕ включен электрический самописец, на диаграммной ленте которого произведена запись изменения уровня. При достижении стабилизации урОвня воды в скважине был отключен источник сжатого воздуха выключен электриЕ((!п (1 + Й2т ) )—

l).

hh (t) = Н, — H, (t);

hh(0) =0, тогда

Затем по соотношению — =exp((— (Е,(le (1 +1112r) )—

S,(t) Т г1

Зс.о 3а г() — Ei (le (1 + 1Л2т)) })), (8) (9)

Формула (9) является расчетной для определения водопроводимости пласта.

Упростим левую часть (9), обозначив через hh(t) величину снижения уровня воды в стволе скважины к моменту времени, т.е.

=1 — — pg. (10)

S< t hh(t> .о Ри

Определение фильтрационных параметров осуществляют следующим образом.

Ilo измеренным в процессе опыта значениям hh стро).тся график функцииЛh (t) от времени. Задаваясь различными двумя моментами времени ti и t2 соответственно в начальный момент и в момент стабилизации уровня, такими, чтобы t2/ti = )(,составляло примерно от 2 до 5, находится величина подбором определяется соответствующее значение ti . Нахождение по формуле (12) можно осуществлять также графическим путем. Для этого по формуле (12) строится график зависимости А от т и по известному

А, оп ределяемому соотношением (11), опре- . деляют соответствующее ц

По получен ному значению тi рассчитывают проводимость пласта з, i, 1)1 h) LI }IÐ «T

Е1(In (I+1()2 sl )- Е1) in(1+V12 rl ))j

Зная т), можно найти также приведенный коэффициент уровнепроводимости пласта а = а ехр (2 (), 1613595

Формула изобретения

Способ определения водопроводимости пласта и скважин, включающий изменение уровня воды в герметиэированной на

5 устье скважине путем его отдавливания сжатым воздухом и регистрацию изменения уровня воды в начальный момент времени и в момент стабилизации уровня воды в скважине, с учетом которого определяют коэф10 фициент водопроводимости пласта и скважин, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения, изменение уровня воды в скважине регистрируют в процессе его отдавливания при

15 поддержании постоянного давления, а коэффициент К„ водопроводимости пласта и скважин определяют по формуле

Из уравнения

3 3 ° fiick(1-ам.я) и

20 з î M5 lt л йо, >,., 25

4 {El t In (1+4 2 ) ) - Et I In (1+ 2 ) ) }

Величина коэффициента водопроводимости, определенная предлагаемым способом, равна 9,5 м /сут, в то время как по 30 г данным кустовой откачки, проведенной здесь ранее, с использованием в качестве центральной скважины 1967 r., эта величина составляет 9,75 м /сут, а по воспроизведеннымм данным для прототипа — 3,05 м /сут. 35 г

Предлагаемый способ позволяет повысить точность определения параметров на

10-60 за счет наиболее точного соответствия условий проведения исследований с условиями решения математической задачи, 40 описывающей данный процесс, а также замены метода расчета параметров с помощью эталонных кривых аналитическими зависимостями. ческий самописец, разгерметизирована скважина, снят с устья скважины оголовок и вынут иэ скважины датчик уровня воды. С диаграммной ленты сняты два значения величины изменения уровня воды во времени, Таким образом, получены следующие исходные данные: Р - 0,5 кгс/см; гог, 0,065 м: с) - 4 с; hh = =1 м: цг = 8 с;Л h = 1,5 м; t2/с) -2, Давление отжатия уровня воды Ри, выраженное в столбе воды, равно Ри =pghu, отсюда hu - Ри /pg - 5 м. Тогда

In (1 — hh (t t) pg/Р ): In (1 — hh (тг) рц/Р ) =

= In (1 — 1/5 ): In (1 — 1,5/5 ) = 0,643. находим подбором, что г = 1 . По формуле (13) вычисляем где ro — радиус скважины водоподъемных труб в интервале изменения уровня воды; — коэффициент, определяемый из уравнения

Blh(s+ na7ц п l ь(вts+ se, м)

Л)1 (О) и Л hh ) — соответственно изменение уровня воды в скважине в начальный момент времени т и в момент t2 стабилизации уровня;

Pu — поддерживаемое постоянное давление сжатого воздуха;

p — плотность воды;

q — ускорение силы тяжести;

Е) (х) — интегральная показательная функция.

Состввитель Г.Маслова

Редактор М.Петрова Техред М.Моргентал Корректор Э.Лончвкова

Звквэ 3872 Тираж 487, Подписное

ВНИИПИ Госудврстеенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская нвб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гвгвринв, 101