Способ определения гидрогеологических параметров водоносного горизонта

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 В 47/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР I r 09$

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

«4 фь

Ql

О 4 (21) 4797042/03 (22) 28.02,90 (46) 07.07.92. Бюл. М 25 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проекно-конструкторский институт по взрывным методам геофизической разведки (72) М.С.Беленький, Э.M.Âîëüíèöêàÿ и

В.П.Прилепский (53) 550.84(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1399457, кл. Е 21 В 47/00, 1986.

Авторское свидетельство СССР . N 1339243, кл. Е 21 В 47/10, 1986. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВОДОНОСНОГО ГОРИЗОНТА (57) Использование: в гидрогеологии для расчетов фильтрации и баланса подземных вод, оценки их запасов, при обосновании

Изобретение относится к гидрогеологии и может быть использовано для расчетов фильтрации и баланса подземных вод, оценки их запасов, при обосновании гидротехнического строительства, . Известен способ определения коэффициента пьезопроводности, включающий создание упругой волны в пласте путем изменения режима работы (дебита) возмущающей скважины и прослеживание изменения состояния пластового флюида в возмущающей и реагирующей скважинах. .После изменения режима работы скважины в ней измеряют динамический уровень до

-момента начала реагирования тз — изменения уровня в реагирующей скважине, и по, Я „„1745917 А1 гидротехнического строительства. Сущность изобретения: в системе скважина— водоносный горизонт путем многократных импульсных воздействий возбуждают колебательный процесс, При этом возбуждение системы производят с частотой, равной ее собственной частоте колебаний, измеряют параметры установившихся резонансных колебаний уровня воды в возмущающей и наблюдательной скважинах и по запаздыванию максимумов этих колебаний тз определяют коэффициент;ьезопроводности к по

R формуле к =, где R — расстояние между

8 тз скважинами, а коэффициент водопроводимости Kml определяют по параметрам затухающих колебаний после прекращения воздействий с использованием найденного значения коэффициента пьезопроводности, 1 ил. этому параметру и изменению динамического уровня олпределяют коэффициент пьезопроводности к .

Наиболее близким к предлагаемому па технической сущности и достигаемому результату является способ определения гидрогеологических параметров водоносного горизонта, включающий возбуждение свободных колебаний воды в системе скважи-. на-водоносный горизонт путем нагнетания в герметизированную скважину сжатого воздуха с последуюи им резким выпуском его, измерение параметров колебательного проиесса и определение параметров водоносного горизонта по известным формулам.

Способ не требует проведения откачек.

1745917

Недостатками способа являются: малая информативность, связанная с невозможностью определения коэффициента пьезопроводности (к), . характеризующего скорость развития депрессии в водоносном 5 горизонте, и коэффициента упругой водоотдачи (p ); низкая точность определения коэффициента водопроводности km, обусловленная отсутствием фактических данных о коэффициенте пьезопроводности к при расчете параметра km, Параметр к в указанном способе определяется методом экспертных оценок и может существенно отличаться от фактического, Цель изобретения — повышение точности определения гидрогеологических параметров, что позволит более обоснованно решать задачи гидротехнического строительства, расчета фильтрации и баланса подземных вод, оценки и их запасов.

Поставленная цель достигается тем, что определение гидрогеологических параметров водоносного горизонта включает в себя многократное импульсное возбуждение колебаний воды в системе скважина-водоносный горизонт и измерение параметров этого колебательного процесса. При этом путем однократного импульного воздействия в скважине-источнике и регистрации

- возникшего колебательного процесса измеряют период Т затухающих колебаний и определяют собственную частоту колебаний системы скважина-водоносный горизонт в = — †. Затем возбуждают колебания во- 35

2л

Т ды с частотой, равной собственной частоте колебаний системы скважина-водоносный горизонт, измеряют параметры установившихся резонансных колебаний в возмущающей и реагирующей скважинах, и по запаздыванию максимумов этих колебаний тз определяют коэффициент пьезопроводности к по формуле г

К= где R — расстояние между скважинами;

ta — время запаздывания максимумов rp колебаний воды в наблюдательной скважине относительно возмущающей скважины, определяют величину коэффициента водопроводимости из формулы km (2 K/T) (rp /8 Pln (1,25R Т/16 лх хго тз), г где Т вЂ” период затухающих колебаний воды в скважинах; го — радиус скважины;

P = — In (А<>/А ) — логарифмический де1

t кремент затухания колебаний воды с амплитудами Ао и А, t — время OT начала затухания колебаний, Сопоставительный анализ заявляемого решения с известным показывает, что заявляемый способ отличается от известного следующими признаками: возбуждением системы скважина-водоHocHblA горизонт импульсами давления с частотой повторения, равной собственной частоте колебаний системы, до установления в системе гармонических колебаний с постоянной амплитудой; измерением параметров этих установившихся колебаний в возмущающей и реагирующей скважинах; определением коэффициента пьеэопроводности К по времени запаздывания з максимумов этих колебаний в одной скважине по отношению к другой; определением коэффициента водопроводимости km по параметрам затухающих колебаний с использованием найденного значения параметра к, Таким образом, сущность способа заключается в резонансном возбуждении системы скважина-водоносный горизонт с частотой, равной ее собственной частоте колебаний, измерении параметров установившихся вынужденных колебаний в возмущающей и реагирующей скважинах, определении времени запаздывания 1з (начала реагирования) одной скважины относительно другой по сдвигу максимумов колебаний в этих скважинах и расчете коэффициента пьезопроводности к по формуле г к = —, где R — расстояние между скважи8 тз нами. Коэффициент водопроводимости оп- ределяется по параметрам затухающих колебаний с использованием найденного значения коэффициента пьезопроводности к . Коэффициент упругой водоотдачи определяется как отношение найденных параметров,и* = "

К

Соотношение для определения коэффициента пьезопроводности к можно получить из следующих соображений.

Импульсное изменение давления P(t) в скважине в соответствии с формулой

q (t) - — — (2 )г-го .

2mkh д РЮ ,и дг где k — проницаемость;

/ — вязкость жидкости;

h — мощность пласта;

1745917

25

40 а), расположенными на расстоянии 45 м од- 45 на от другой. Скважины имеют одноколонную конструкцию диаметром 108 мм.

Величина гидростатического напора 53 м. В скважине 1 производят разовое импульсное

50 никшие затухающие колебания уровня воды 55

r — расстояние;

rp — радиус скважины, создает импульсное изменение расхода q(t) и определяет режим неустановившейся фильтрации жидкости в. пласте, Метод усреднения правой части дифференциального уравнения дает наиболее точные решения среди приближенных методов, применяемых в теории неустановившейся фильтрации, поскольку предполагает зависимость расхода q как от временной t, так и пространственной переменной R: ц(йд) = à (t) +

+b(t) R, Этим методом в условиях первой фазы упругого режима, когда воронка изменения давления не достигла внешних границ пласта, для радиуса воронки получено выражение, R (t) =8

Таким образом, для определения коэффициента пьезопроводности ксогласно предлагаемому способу при известном расстоянии R между возмущающей и наблюдательной скважинами необходимо onределить, запаздывание tz максимумов установившихся резонансных колебаний уровня воды в этих скважинах. Тогда копределяется по формуле к= R /8tý.

На чертеже изображены схема расположения скважин (а): 1 — возбуждающая и 2— реагирующая; установившиеся резонансные колебания (б) уровня воды в возмущающей (кривая 1) и реагирующей (кривая 2) скважинах; затухающие колебания уровня воды в реагирующей скважине после прекращения воздействий (b), ..Способ осуществляется следующим образом.

Пример, Пусть имеется напорный водоносный горизонт, представленный высокопроводимыми трещиноватыми известняками, залегающий в интервале глубин 60—

120 м и вскрытый скважинами 1 и 2 (фиг. 1 гидродинамическое воздействие, например с помощью вибратора (или электрического разряда, или путем задавливания сжатого воздуха в герметизированную скважину и резкого выпуска и др.) и регистрируют возв возмущающей и реагирующей скважинах, Регистрацию колебаний уровня воды в скважинах осуществляют при помо ци серийной аппаратуры, включающей в себя тенэомет5

15 рические системы измерения давления на базе датчиков ПДП-1000 с усилителем-преобразователем тира "Топаз-3", запись сигналов осуществляется на осциллографе

Н-117.

По зарегистрированным колебаниям s возмущающей и реагирующей скважинах определяют период собственных затухающих колебаний системы скважина — водоносный горизонт Т = 1-6 с. Производят многократные циклические воздействия импульсами гидродинамического давления в скважине 1 с частотой f = 1/16 Гц (f = 1/Т), По мере осуществления воздействий происходит возрастание амплитуды колебаний в скважинах. Через 120 с амплитуда колебаний стабилизируется и устанавливается режим резонансных гармонических колебаний, После этого измеряют время запаздывания ta максимумов резонансных колебаний в реагирующей скважине по отношению к возбуждающей (тз = 2 с), определяемое временем запаздывания прихода волны в скважину 2 по отношению к скважине 1.

По известной зависимости времени прихода возмущения давления в скважину от расстояния между скавжинами, полученной. с использованием метода усреднения . правой части и дифференциальногоуравнения, определяют коэффициент пьезопрог водности к= —, где R — расстояние между

8тз скважинами (R = 45 м), тз — время запаздывания (тз = 2с), коэффициент к= 1,1 10 м /сут. Прекращают импульсные воздействия и регистрируют параметры Затухающих колебаний уровня в скважинах, периоД

Т (Т = 16 с) и текущее значения амплитуды

Аь Коэффициент водопроводимости определяют по формуле

km =(2 x/T) (ro /86)Ь (1,25R T/16 õ г

xro тз), где Т- период затухающих колебаний воды в скважинах (Т = 16 с);

ro — радиус скважины (го = 0,054 м); . P- логарифмический декремент затухания колебаний воды с амплитудами Ао и А> (P = — !п(Ао/Ai) = 0,026 с );

R — расстояние между скважинамй (Й

45 м) .

t>- время запаздывания колебаний(з"

=2c).

km = 2215 м /сут.

На основании полученных значений k и

km рассчитывают коэффициент упругой водоотдачи p = (и+ = 0,0002). е km к

1745917

М, ил.hd се

A)

I ll, И

Составитель В,Прилепский

Техред М, Моргентал. Корректор Т.Палий

Редактор В.Данко

Заказ 2373 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

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

Таким образом, в .ходе работ одновременно определяют коэффициент пьеэопроводности к, коэффициент водопроводимости km и коэффициент упругой водоотдачи,и, Описанный пример реализации

3(С способа апробирован на полигоне скважин с указанными гидрогеологическими условиями, Полученные результаты хорошо согласуются с усредненными гидрогеологическими параметрами пород данного полигона определенными методами кустовых откачек(к=1 10 м /сут), km =2400м /сут), Формула изобретения

Способ определения гидрогеологических параметров водоносного горизонта, включающий многократное импульсное возбуждение колебаний воды в возмущающей скважине в системе скважина— водоносный горизонт и измерение в наблюдательной скважине параметров колебательного процесса воды, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения гидрогеологических параметров, определяют собственную частоту колебаний системы скважина-водоносный горизонт, воздуждают колебания воды с частотой, равной собственной частоте колебания системы скважина-водоносный горизонт, измеряют параметры установившихся резонансных колебаний в возмущающей и наблюдательной скважинах, измеряют время запаздывания максимумов укаэанных

5 колебаний в наблюдательной скважине относительно возмущающей скважины, определяют коэффициент пьезопроводности из выражения к= R2/8tç, 10 где R — расстояние между возмущающей и наблюдательной скважинами, м; тз — время запаздывания максимумов колебаний воды в наблюдательной скважине относительно возмущающей скважины, 15 мин, определяют величину коэффициента водопроводности К из формулы — (2 д/Т)г(го /8P ) In (1,25R2 д/16 л Х хго Q)

20 где Т вЂ” период затухающих колебаний воды в скважинах, мин; го — радиус скважины, м;

P = — In (Ао/Ai) — логарифмический де1

25 кремент затухания колебаний воды с амплитудами Ар и А1;

t — время от начала затухания колебаний, мин.