Способ определения фильтрационных характеристик пород

 

Использование: для оценки фильтрационной устойчивости при суффозии рыхлых образований в трещиноватых и закарстованных породах. Сущность изобретения: изолируют опытный интервал скважины. На всей боковой поверхности этого интервала размещают эластичный фильтрующий экран. Нагнетают в опытный интервал при заданном напоре флюид. Измеряют установившийся расход поглощаемого породой флюида. После этого в нагнетаемый флюид добавляют дисперсный материал и продолжают нагнетание. По окончании нагнетания фильтрующий экран извлекают из скважины. Измеряют площадь фигур с интенсивным скоплением дисперсного материала, осевшего на экран. По ней оценивают площадь сечения каналов фильтрации. 2 ил.

Изобретение относится к области инженерно-геологических изысканий и может быть использовано для оценки фильтрационной устойчивости при суффозии рыхлых образований в трещиноватых и закарстованных породах.

Известен способ определения фильтрационных характеристик пород, заключающийся в том, что в исследуемом массиве бурят скважину, изолируют в ней с помощью тампона опытный интервал, нагнетают в него при заданном напоре воду (или какой-либо другой флюид), измеряют установившийся расход воды, поглощаемой скважиной, и по полученным данным рассчитывают удельное водопоглощение (по которому можно рассчитать также коэффициент фильтрации).

Недостатком известного способа является то, что он обеспечивает возможность получения только вышеуказанных характеристик.

Для получения других характеристик, в частности такой, как действительная скорость фильтрации, приходится проводить дополнительные опыты по исследованию стенок скважины, например, путем фотографирования, что является трудоемким, дорогостоящим процессом.

Цель изобретения - расширение объема информации, получаемой при опытных нагнетаниях воды в скважину.

Указанная цель достигается тем, что в способе определения фильтрационных характеристик пород, включающем бурение скважины, изолирование опытного интервала скважины, нагнетание в него флюида при заданном напоре и измерение установившегося расхода поглощаемого породой флюида, согласно изобретению, перед нагнетанием флюида на всей боковой поверхности исследуемого интервала скважины размещают эластичный фильтрующий экран, а после замера установившегося расхода в нагнетаемый флюид добавляют дисперсный материал и продолжают нагнетание, по окончании которого фильтрующий экран извлекают из скважины, измеряют площадь фигур с интенсивным скоплением дисперсного материала осевшего на экран, и по ней оценивают площадь сечения каналов фильтрации.

На фиг. 1 схематично изображено устройство, реализующее предлагаемый способ; на фиг. 2 - развертка цилиндрического эластичного фильтрующего экрана после проведения опыта.

На фиг. 1 и 2 даны следующие обозначения: 1 - тампон, 2 - колонна труб, 3 - колонна труб для замера уровня воды в опытном интервале, длиной l и радиусом R, 4 - эластичный фильтрующий экран, 5 - проволочный хомут, 6 - переходник, 7 - дно, 8 - одна из фигур с интенсивным скоплением дисперсного материала, 9 - фильтрующие каналы.

Способ осуществляется следующим образом.

После бурения скважины в ней намечают интервал длиной l, для опробывания его опытным нагнетанием воды или какого-либо другого флюида. В выбранный открытый интервал устанавливается хорошо фильтрующий эластичный экран 4, площадью, равной площади боковой поверхности опытного интервала, например экран цилиндрической формы, изготовленный из марлевой ткани. Экран монтируют в нижней части тампона 1 до его спуска в скважину. Для этого, на колонне труб 2, на которой смонтирован тампон, ниже него, устанавливают переходник 6, к которому с помощью хомута 5 прикрепляют цилиндрический эластичный экран, заглушенный снизу нефильтрующим дном 7. Дно прикрепляют к экрану также с помощью хомута 5. После этого начинают оборудовать скважину под опыт. В скважину на колонну труб 2 опускают тампон с эластичным экраном 4. тампон устанавливают таким образом, чтобы при его разжатии изолировать от остального ствола скважины опытный интервал. При этом эластичный экран, имея вышеописанную площадь, прикроет всю боковую поверхность интервала скважины, куда будет нагнетаться вода. Кроме этого, через колонну труб 2 опускают в опытный интервал другую колонну труб 3, служащую для замера уровня воды (если он есть в скважине) в нем до опыта - статического уровня воды, во время опыта - необходимого избыточного уровня.

Затем в опытный интервал скважины через колонну труб 2 начинают подавать воду, например, насосом (на фиг. не показан) в таком количестве, чтобы создать и поддерживать в нем ступенями заданный избыточный напор Н. Через установленные промежутки времени (5-10 мин) производят наблюдения за расходом воды, инфильтруемой в скальную породу, до его стабилизации.

При этом, под действием потока воды и избыточного давления эластичный экран прижимается к стенкам скважины, а вода свободно будет инфильтровывать в породу. После получения установившегося расхода Q на последней ступени, не останавливая процесс нагнетания по известной методике, в заборную емкость с водой (на фиг. 1 не показан), из которой насос качает воду в скважину, постепенно засыпают зернистый материал, который не может вывести из строя насосное оборудование, например сухой просеянный торф или древесные опилки. Материал подбирают такой крупности, чтобы его частицы не могли, в основном, пройти сквозь фильтрующий материал. Количество материала подбирается опытным путем и будет составлять несколько килограммов, порядка 2-3 кг. Во время закачки воды с частичками торфа или опилками, как и ранее при нагнетании чистой воды, эластичный фильтрующий экран будет прижат к стенкам скважины, а вода будет фильтроваться через экран только в местах расположения фильтрующих каналов 9, в соответствии с их сечениями.

В связи с этим, на экране по сечениям фильтрующих каналов будет задерживаться и накапливаться основная масса торфяных частиц. В результате процесса накапливания частиц по сосредоточенным путям фильтрации, на внутренней цилиндрической поверхности экрана получится "рисунок" фильтрующих каналов боковой поверхности скважины в опытном интервале. После закачки в интервал воды с дисперсным материалом опыт заканчивают, и производят подъем всего оборудования из скважины, включая и эластичный экран.

Далее на дневной поверхности эластичный экран разделяют по образующей и получают его развертку (см. фиг. 2). На развертке экрана по интенсивности скопления материала выделяют фигуры 8, характеризующиеся большим количеством материала, т. е. каналы фильтрации. Можно замерить их площадь, например, наложив и вырезав бумагу. Далее, зная боковую поверхность интервала скважины или экрана, равную l ˙2π R, и плотность бумаги, применяемой для получения площадей контуров фильтрующих каналов, можно получить площадь фигур 8.

Таким образом, в результате проведения опыта получаем следующие данные: Н - заданный избыточный напор, Q - установившийся расход и S - площадь сечений фильтрующих каналов.

По измеренным данным рассчитывается величина действительной скорости фильтрации по формуле V = Q/S. Сравнивая величины действительных скоростей на каждой ступени, оценивается критическая скорость размыва заполнителей трещин - путей фильтрации.

Таким образом, преимуществом предложенного способа, по сравнению с прототипом, является то, что он позволяет получить дополнительную характеристику, а именно действительную скорость фильтрации, которая является важной для прогнозирования фильтрационной устойчивости при суффозии рыхлых образований в трещиноватых и закарстованных породах. При этом не требуется сложной аппаратуры, что в целом способствует снижению стоимости изыскательских работ. (56) Руководство по определению водопроницаемости скальных пород методом опытных нагнетаний воды в скважины. П-656-75, Гидропроект, М. : Энергия, 1978, с. 28-35.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЛЬТРАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОРОД, включающий бурение скважины, изолирование опытного интервала скважины, нагнетание в него флюида при заданном напоре и измерение установившегося расхода поглощаемого породой флюида, отличающийся тем, что, с целью расширения объема получаемой информации, перед нагнетанием флюида на всей боковой поверхности исследуемого интервала скважины размещают эластичный фильтрующий экран, а после замера установившегося расхода в нагнетаемый флюид добавляют дисперсный материал и продолжают нагнетание, по окончании которого фильтрующий экран извлекают из скважины, измеряют площадь фигур с интенсивным скоплением дисперсного материала, осевшего на экран, и по ней оценивают площадь сечения каналов фильтрации.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2