Способ гидродинамических исследований скважин по площади

 

ОП ИКАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик р>956775 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено10.10.80 (21) 2992136/22-03 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 070982. Бюллетень Nо33

Дата опубликования описания 07 ° 09.82

Р1)М Кл з

Е 21 В 47/10

Государственный комитет

СССР оо делам изобретений и открытий (53) УДК551.49 (088. 8) (72) Автор изобретения

И.Г.Сковородников

" ::l. Й"! "ХКй

Свердловский ордена Трудового Красного Знаь рнн, )О1. 1 горный институт им. В.В.Вахрушева (71) Заявитель (54) СПОСОБ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

СКВАЖИН ПО ПЛОЩАДИ

Изобретение относится к гидрогеологическим исследованиям в буровых скважинах.

В последнее время разработан ряд способов гидродинамических исследований с привлечением расходометрического каротажа как испытательных, так и наблюдательных скважин.

При расходометрии испытательных скважин производят измерения расхода потока жидкости по стволу испытательной скважины в функции ее глубины, а затем тем или иным способом вычисляют гидродинамические параметры водоносных горизонтов (1) .

Полученные значения распространяют на все пространство, окружающее испытательную скважину, поэтому достоверность результатов исследований является невысокой.

При расходометрии реагирующих скважин откачку (или долив) производят в одной (испытательной) скважине а измерение расхода — в другой (реагирующей) скважине с целью установления гидродинамической связи водоносных горизонтов в обеих скважинах и вычисления их гидродинамических параметров (2J .

Этому способу присущ тот же недостаток — низкая достоверность получаемых реэультатов.

5 Известен также так называемый способ гидропрослушивания. Способ имеет целью установление факта наличия или отсутствия гидравлической связи между водоносными горизонтами, вскрытыми различными буровыми скважинами.

Согласно этому способу иэ одной скважины, называемой возмущающей или испытательной, производят откачку до установления квазистационарного режима а в другой скважине называемой реагирующей или наблюдательной, выполняют наблюдения с расходомером, измеряющим осевой поток жидкости.

По изменению перетоков по стволу реагирующей скважины в результате откачки судят о наличии гидравлической связи между водоносными горизонтами в обеих скважинах, а по измерениям расхода вычисляют гидродинамические параметры пластов (3) .

Недостатки данного способа связаны с тем, что откачка вызывает в водоносном пласте поток радиального направления по отношению к осям испытательной и наблюдательной скважин., Осевая же составляющая потока в наб95б775 людательной скважине возможна лишь благодаря понижению ее динамического уровня по сравнению со статическим, Поскольку в наблюдательной скважине, находящейся на краю депрессионной воронки, понижение уровня, гораздо меньше, чем в испытательной, то.и осевые потоки в ней, измеряемые расходомером, невелики.

B результате измерения недостаточно точны и достоверны. о

По той же причине этот способ не может решить вопрос.о наличии гидрав-лической связи между испытательной и наблюдательной скважинами, если последняя вскрывает только один во- доносный горизонт. В этом случае .осевая составляющая потока в наблюдательной скважине оказывается равной нулю как при отсутствии гидравлической связи между горизонтами, так и при наличии ее. Следовательно, здесь способ гидропрослушивания оказывается недостаточно информативным.

Цель изобретения — повышение ин25 формативности и точности исследова-. ний.

Поставленная цель достигается за счет того, что в потоке жидкости в реагирующей скважине измеряют радиальную составляющую потока и при ее изменении судят о наличии гидравлической связи между водоносными горизонтами.

Измерение радиальной составляющей 35 потока вместо осевой .не представляет . технических трудностей. Оно может быть осуществлено с помощью известных геофизических способов, таких, например, как способ заряженного тела, 40 способ индикаторов или с помощью специальных устройств.

Преимущества данного способа следующие! измерение. радиальной составляющей позволяет не только одно- 45 значно определить наличие или отсутствие гидравлической связи между горизонтами в испытательной и реагирующей скважинах, но и дает возможность рассчитать некоторые гидродинамические параметры, например коэффициенты проницаемости и фильтрации, которые связаны со скоростью потока зависимостью, следующей из известного уравнения Дюпюи для устанавливающегося режима возбуждения.

На чертеже изображены испытательная и реагирующая скважины, пересекающие единый водоносный горизонт, и размещение оборудования в процессе реализации предложенного способа ° с измерением радиальной составляющей потока расходомером-дебитомером, а также обозначены некоторые параметры, необходимые для дальнейших вычис.", лений.

Водоносный пласт 1 пересечен двумя скважинами 2 и 3 ° Скважина 2 выполняет роль испытательной, в ней размещено насосное оборудование (эрлифт) 4 для выполнения откачки.

Скважина 3 — наблюдательная, по ее стволу перемещается скважинный снаряд расходомера-дебитора 5, измери,тельный блок 6 которого установлен около устья на поверхности и соединен со скважинным снарядом кабелем 7.

На чертеже обозначены:

h — мощность водоносного горизонта, м;

r - -расстояние между испытательной и наблюдательной скважинами, м, г .-радиусиспытательнойскважины,м, R — радиус влияния испытательной скважины (радиус депрессионной ,воронки), м

Р— давление в водоносном горизонте у контура питания, Па

Р„ — давление в водоносном горизонте после откачки испытательной скважины, Па, понижение уровня жидкости в испытательной скважине в результате откачки, м

Ял — понижение уровня в наблюда.тельной скважине в результате откачки из испытательной скважины, м;

Vg — радиальная составляющая действительной скорости движения подземных вод.

Описываемый способ реализуется в следующей последовательности.

Определяют коэффициент пористости

m исследуемого водоносного горизонта 1 по известным геофизическим способам или на основании лабораторных исследований керна.

Измеряют в реагирующей скважине

3 радиальную составляющую потока против водоносного пласта (пластов)

Vp, существующую в них в естественном режиме, до начала возбуждения испытательной скважине 2.

Производят возбуждение испытательной скважины с помощью эрлифта 4 или другим способом до установления квазистационарного режима возбуждения, о наступлении которого судят по стабилизации динамического уровня как в испытательной, так и в реагирующей скважинах (в первой íà S ниже статического уровня,ьэ второй — S)

Производят измерение положения динамического уровня в испытательной скважине, т.е. определяют перепад давлений, вызывающий возбуждение водоносного горизонта!

ДР = Р— Рр (1) где P — давление у контура водоносности, соответствующее статическому уровню в испь!тательной скважине до начала возбуждения, 956775

Р - давление, установившееся в этой скважине в результате откачки и соответствующее динамическому уровню в ней, так что 6Р = S . — понижение уровня в испытательной сква- 5 .жине.

Ч V m (2) 20 где в — пористость пород.

К=К,—., ф 40

СР (3) где (((— вязкость жидкости; ее удельный вес, на основании закона Дарси и уравнения дюпюи для установившегося ре- 45 жима возбуждения.

Как известно из закона Дарси и формулы Дюпви, выводится следующая связь между скоростью фильтрации подземных вод в реагирующей скважине и уровнем возбуждения наблюдательной скважины

К

55

1,Т2 10

2 см

17410-з 1,5— с сут

При температуре 20 С (p = 1 сП) такой коэффициент фильтрации соответствует проницаемости 1,79 Д.

Производительность предложенного способа не уступает производительнос65 ти известного способа, а достоверИзмеряют радиальную составляющую скорости потока в реагирующей скважине 3 с помощью расходомера-дебитора

5, оснащенного крыльчаткой анемометрического типа, или по методу заряда, индикаторов или любым другим известным способом. Радиальная составляющая скорости потока, найденная этими способами, характеризует "действительную" скорость потока 7,связанную со скоростью фильтрации V соотношением

Устанавливают наличие гидравлической связи между горизонтами в испытательной и реагирующей скважине, если в последней отмечено изменение радиальной составляющей скорости потока против исследуемого пласта в результате возбуждения испытательной скважины Vg ф Vg или устанавливают факт отсутствия гидравлической связи водоносных горизонтов, если радиальная составляющая скорости потока не изменилась Vg = Ч,.

В случае наличия гидравлической связи вычисляют коэффициент фильтрации (К ) или коэффициент проницаемостй:

Р Ра 1 4

Р и r .о

Радиус влияния испытательной скважины R определяется по результатам дополнительных гидрогеологических .или геофизических наблюдений и в дальнейшем распространяется на всю площадь исследуемого водоносного горизонта.

Таким образом из формулы (4) с учетом соотношений (1, 2 и 3) легко рассчитать К или. К, поскольку все остальные параметры определяются в процессе наблюдений: а Rg

V- r° - j -«„—

Ф Рк- О р

V .m r — — Б)

R с

V((m p.r. gg — или К 2,3 (6) о

Пример. Рассмотрим результаты применения описываемого способа в гидрогеологических скважинах на одном из каменноугольных месторождений °

Как испытательная, так и наблюдательная скважины вскрывают по одному водоносному горизонту, представленному среднезернистыми полимиктовыми песчинками. Иощность горизонта в первой скважине 22,4 м, во второй — 22,7 м. Коэффициент пористости по данным лабораторных исследований керна m = 14Ъ. Диаметр обеих скважин

110 мм, расстояние между ними 60 м.

До начала возбуждения в наблюдательной (реагирующей) скважине не зарегистрировано движения жидкости в радиальном направлении (Vg = 0 ), Затем в испытательной скважине производят откачку в течение 12 ч, при которой уровень воды в ней понижается на 17,2 м, т.е. понижение давления составляет 1,72 кг/см . В наб2 людательной скважине в это время ,создают линзу засоленных вод посред— ством растворения поваренной соли, в эту линзу устанавливают электрический заряд и по прослеживанию изолиний потенциала на поверхности вычисляют скорость движения подземных вод по пласту:

V = 0,4 м/сут = 4,54 10 см/с.

Таким образом по появлению движения потока в реагирующей скважине совершенно однозначно решается вопрос о наличии гидравлической связи между обеими скважинами. Радиус влияния испытательной скважины принят равным Г = 300 м = 3 i10«см.

По этим данным на основании формулы (5) рассчитан коэффициент фильтрации:

4,54.10 —. 0,14 60 10 см (— B((-л см 2 30000 см

4 1(«м С, =23

956775

Формула изобретения

Составитель M.Tóïûñåâ

Техред Т.Фанта Еорректор Н KQPo b

Редактор N.,Цылын

Заказ 6549/16 Тираж &23 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 ность и информативность результатов исследований гораздо выше, Применение способа при кустовых откачках позволяет определить.значения коэффициентов фильтрации по нескольким лучам и тем самым выявить преобладающие направления движения подземных вод, что является весьма важным вопросом в области как гидрогеологических, так и инженерно-геологических исследований.

Способ гидродинамических исследо ваний скважин по площади, заключаю.щийся в проведении отбора пластовой жидкости из испытательной скважины до установления кваэистационарного режима, измерении потока жидкости в реагирующей скважине, определении. наличия гидравлической связи между водоНосными горизонтами и вычислении их гидродинамических параметров о т— л и ч а ю шийся тем, что, с це- лью повышения информативности и точ5 ности исследований, в потоке жидкос ти в реагирующей скважине измеряют радиальную составляющую потока и при .ее изменении судят о наличии гидравлической связи между водоносными горизонтами.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9397637, кл. Е 21 В 47/10, 1973.

2, Авторское свидетельство СССР

9533898, кл. G 01 Ч 9/00, 1975.

3, Гершанович И.M. Разведка месторождений подземных вод в трещиноватых йородах геофизическими методами. М., "Недра", 1975, с. 97 105.