СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВОДОПОГЛОЩЕНИЯ СКАЛЬНЫХ ПОРОД Российский патент 1994 года по МПК E21B47/10 

Изобретение относится к гидрогеологическим исследованиям и может быть использовано при инженерных изысканиях преимущественно в районах распространения трещиноватых скальных пород.

Известен способ определения водопоглощения скальных пород, включающий установку тампона в скважине, нагнетание воды при постоянном напоре в интеpвал скважины, изолированный тампоном, измерение установившегося расхода закачиваемой воды и определение по полученным результатам значения удельного водопоглощения.

Недостатком известного способа является то, что под действием избыточного напора инфильтрация воды из открытого интервала скважины происходит не только в горизонтальном направлении, но и выше и ниже этого интервала, т. е. установившийся расход равен сумме расходов: горизонтального и расходов вверх и вниз. В связи с этим известный способ дает завышенные результаты удельного водопоглощения скальных пород и искажает общую фильтрационную картину массива района гидротехнического строительства.

Цель изобретения - повышение достоверности получаемых результатов.

Цель достигается тем, что способе определения водопоглощения скальных пород, включающем установку тампона в скважине, нагнетание воды при постоянном напоре в интервал скважины, изолированный тампоном, измерение установившегося расхода закачиваемой воды и определение по полученным результатам значения удельного водопоглощения, после измерения установившегося расхода закачиваемой воды изменяют длины изолированного интервала, перемещая тампон вдоль ствола скважины, производят повторное нагнетание воды при этом же постоянном напоре и измерение установившегося расхода закачиваемой воды в этот интервал, а удельное водопоглощение определяют из соотношения
q= , где q - удельное водопоглощение скальных пород;
l₁ - длина изолированного интервала при первоначальном положении тампона, м;
l₂ - длина изолированного интервала после перемещения тампона, м;
Q₁ - установившийся расход закачиваемой воды в интервал l₁, л/мин;
Q₂ - установившийся расход закачиваемой воды в интервал l₂, л/мин;
Н - напор, при котором осуществляют нагнетание воды, м.

На фиг. 1 представлена модель проведения первоначального нагнетания в заданный интервал скважины; на фиг. 2 - модель проведения дополнительного нагнетания в измененный интервал скважины.

Способ осуществляют следующим образом.

В скважину 1 на колонне труб 2 опускают тампон 3 с таким расчетом, чтобы при его разжатии изолировать от остального ствола скважины 1 опробуемый интервал длиною l₁. Через трубы 2 опускают в опробуемый интервал другую колонну труб 4, служащую для замера уровня воды в нем до опыта - статического уровня воды в скважине, во время опыта - необходимого избыточного уровня.

В опробуемый интервал скважины 1 длиной l₁ через колонну труб 2 начинают подавать воду, например, насосом (не показан) в таком количестве, чтобы создать и поддерживать в нем избыточный напор Н. Через установленные промежутки времени (5-10 мин) производят наблюдения за расходом воды, инфильтруемой в скальную породу, до его стабилизации.

После получения установившегося расхода Q₁ для интервала скважины снимают действующий напор Н, прекращая подачу воды в скважину, освобождают тампон 3, перемещают его вдоль скважины вниз или вверх на некоторую длину, и вновь разжимают тампон 3. Далее проводят дополнительное нагнетание воды при том же избыточном напоре Н, с той только разницей, что дополнительно опробуемый интервал скважины больше или меньше первоначального.

Необходимым обстоятельством применения предлагаемого способа является требование, чтобы при дополнительном опробовании нового интервала не изменились какие-либо другие, кроме его длины, геолого-технического условия проведения первоначального опыта.

Следовательно, вполне очевидно, что при соблюдении вышеуказанного требования, в принципе, не важно, будет ли уменьшен или увеличен интервал дополнительного опробования, так как нет причин, которые могли бы исказить показатель удельного водопоглощения опробываемых однородных пород, кроме указанного выше недостатка известного способа.

Что касается величины изменения длины испытуемого интервала, то для каждого геологического разреза на площадке изысканий, она выбирается исходя из полученных результатов первоначального нагнетания в интервале l₁, с таким расчетом, чтобы полученный расход Q₂ при дополнительном нагнетании обязательно отличался от расхода Q₁. Так, например, при больших расходах Q₁ целесообразно интервал уменьшить, так как это требует меньшего запаса закачиваемой воды, и достаточно будет производительности примененного насоса для поддержания требуемого избыточного напора Н.

С практической точки зрения, если это позволяют все необходимые условия проведения опытного нагнетания в интервал скважины, целесообразно использовать в качестве величины изменения длины интервала опробывания стандартный шаг, например, 1 м.

Таким образом, в результате проведения дополнительного нагнетания получаем второе значение установившегося расхода Q₂. При этом замеренные расходы в первом и втором случаях складываются из расхода воды в горизонтальном направлении вдоль испытуемого интервала (Q_1гориз, Q_2гориз), расхода воды, проникающей вниз от горизонтального участка (Q_1вниз, Q_2вниз), и расход воды, проникающей вверх от горизонтального участка (Q_1вверх, Q_2вверх).

Определяя разность значений замеренных расходов для случая l₁> l₂ Q₁ - Q₂ = Q_1гориз + Q_1вниз + Q_1вверх - Q_2гориз - Q_2вниз - Q_2вверх, взаимно исключаются расходы воды, связанные с проникновением их вверх и вниз от участка на интервале (l₁ - l₂), так как условия проведения опытов одинаковые и Q_1вниз = Q2_вниз, Q_1вверх = Q_2вверх.

Это соответствует проведению опытного нагнетания с установленным напором Н в открытый интервал скважины длиной (l₁ - l₂), не имеющей поглощения воды ниже и выше этого интервала.

Таким образом, при обработке полученных данных длину испытуемого интервала скважины принимают равной разности длин испытанных интервалов, а величину расхода поглощенной в этот интервал воды - разности замеренных расходов воды при двух нагнетаниях.

Удельное водопоглощение определяют по формуле q= .

Для случая l₁ - l₂ = 1 м, удельное водопоглощение q= . После проведения нагнетаний в интервалы l₁ и l₂ и определения удельного водопоглощения, с целью проверки достоверности полученного результата, проводят дополнительное нагнетание в интервал l₃ (на фиг. не показан), уменьшенный или увеличенный по сравнению с l₁ на тот же шаг, что и предыдущий интервал l₂. При этом l₃ > l₁, если l₂ < l₁, и l₃ < l₁, если l₂ > l₁.

После обработки полученных результатов получают второй показатель удельного водопоглощения, который, если соблюдены условия однородности породы, должен быть близок к первому показателю.

Следовательно, при описанным способом проведения гидравлического опробывания можно отказаться от стандартной длины первоначального интервала и при его выборе руководствоваться только мощностью однородных пород в геологическом разрезе, также наличием запаса технической воды и возможностью оборудования, обеспечивающего необходимый избыточный напор.

Примером, иллюстрирующим влияние поглощения воды в скальные породы, расположенные выше и ниже испытуемого интервала скважины, на результаты опыта, могут служить опытные нагнетания, проводимые по предложенному способу в скважине N 529 на участке правобережного примыкания каменно-набросной части плотины Богучанской ГЭС в породы Верхоленской свиты, представленной алевролитами и арголлитами.

Результаты нагнетаний в интервалы разной длины представлены в таблице.

Использование предлагаемого способа позволит путем исключения из общего установившегося расхода расходов воды, инфильтруемых выше и ниже опробываемого интервала, повысить достоверность определения водопоглощения скальных пород, особенно неводоносных, где поглощение воды выше и ниже исследуемого интервала могут быть существенными. Это позволяет экономичнее строить противофильтрационные завесы на гидроузлах.

Кроме того, предложенный способ двухшаговым приемом позволяет производить опробывание на нестандартной величине интервала опробывания, а также позволяет осуществлять контроль за достоверностью полученных результатов. (56) П-656-75. Руководство по определению водопроницаемости скальных пород методом опытных испытаний в скважине. М. : Энергия, 1978, с. 28-34.

Использование: при гидрогеологических исследованиях в скважинах. Сущность изобретения: изолируют тампоном интервал скважины длиной l₁. Нагнетают в этот интервал при заданном напоре H воду. Измеряют установившийся расход воды Q₁. Измеряют длину изолированного интервала до величины l₂. Повторно нагнетают в него воду при том же напоре H и измеряют установившийся расход Q₂. Удельное водопоглощение определяют по формуле . 2 ил.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВОДОПОГЛОЩЕНИЯ СКАЛЬНЫХ ПОРОД, включающий установку тампона в скважине, нагнетание воды при постоянном напоре в интервал скважины, изолированной тампоном, измерение установившегося расхода закачиваемой воды и определение по полученным результатам значения удельного водопоглощения, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности получаемых результатов, после измерения установившегося расхода закачиваемой воды изменяют длину изолированного интервала, перемещая тампон вдоль ствола скважины, производят повторное нагнетание воды при том же постоянном напоре и измерение установившегося расхода закачиваемой воды в этот интервал, а удельное водопоглощение q определяют из отношения
q=
где l₁ - длина изолированного интервала при первоначальном положении тампона, м;
l₂ - то же после перемещения тампона, м;
Q₁ - установившийся расход закачиваемой воды в интервал l₁, л/мин.

Q₂ - то же, в интервал l₂, л/мин. ,
H - напор, при котором осуществляют нагнетание воды, м.