Способ определения коэффициента фильтрации горных пород Кр,разделяющих два водоносных горизонта Советский патент 1983 года по МПК G01N15/08 

Изобретение относится к контроль но-измерительной техникегеологораз ведочных работ на подземные воды, нефть и гаэ и может применяться при определении искусственного и естест венного заводнения нефтяных и rasof вых залеж |, гидротехни 1еском строительстве, строительном водопонижений и осушении горных выработок. Известен способ лабораторного опрегделения коэффициента фильтраций слабопройицаемых пород,основаниый наотборе образцов из интересующего слоя с последующим определением расхода жиддаости через образец при заданном перепаде давления в лабораторных условиях jQ . Недостаток способа заключается S том, что не обоснована представительность оценки параглетра для распространения ее на весь пласт ввик/ случайности выбора точки отбора образца и, во-вторых, не учитывается структура пласта (наличие 3 нем трещиноватостн песчаных лин J-: т,дь) . Наиболее близким по технической сушкости к предлагаемому, является способ определения коэффициента фильтрации Кр горных пород, раздел вш,нх два водоносных горизонта, за- , ключающнйся в проведении откачки из скважины, расположенной в одном горизонте и наблюдении за уровнемподземных вод в другом горизонте 2 Способ-прототип включает следую щие технологические операции: npOB дение откачки из центральной сква жйны, наблюдения за уровнем подзем ных вод 3 набльэдательной скважине, расчет логарифма, а затем и самого .значенй.я .параметра перетекания, а Wo нему определения проницаемости разделшощего слоя, Из результатов опыта непосредственно определяется только логарифм показателя.перетекания,что приводит к ,что ошибка измерения, достигающая, как правило,- нескольких десятков процентов, вызывает погрешность определения коэффициента проницаемости до одного-двух порядков. Технология реализации способаПЕЮтотипа заключается в следукадем. В нижнем водоносном горизонте бурят несколько скважин (не мен-ае трех} из одной из них провокят откачку. Уровни в наблюдательн скважинах должны располагаться в соответствии с уравнением. „ o. дебит скважины; понижение уровня от статист кого; kim - водопроводимость пласта; г - расстояние от возбуждающей скважины;ч Ikm.niip. ч VTp параметр перетекания, . мощность слабопроница мого слоя-; Кр -: коэффициент фильтрации ела-, бопроницаемого слоя. В координатах график уравнения должен иметь вид прямой, в соответствии с этим фактические измерения понижения уровня -в наблюдательных скважинах наносят на диаграм- му S-tgr, по которым находят значение igR при . Из равенства R .1,128 находят значение В, а также из выражения для параметра перетекания - Кр , ошибки в вычислении конечной величины по способу -прототипу .значительно превышают ошибку измерения igR ввиду необходимости последующего потенцирования измеренной величины. Естественная неоднородность массива приводит к тому, что экспериментальные точки не ложатвся на прямую, в результате чего аппроксимация их прямой линией также связана с возникновением ошибок, значзиие которых возрастает после потенцирования. Таким образом, определение К р по способу-прототипу приводит к ошибкам, измеряемым несколькими порядками искомой величины. Цель изобретения - повышение точ- ности определения коэффициента фильтрации массива горной породы, разделяющего два водоносных горизонта. Поставленная цель достигается согласно способу определения коэффициента фильтрации. Кр горных пород, разделяющих два водоносных горизонта, заключающему в проведении отН качки.из скважины, расположенной в одном горизонте, и наблюдении за уровнем.подземных вод.в другом .горизонте, отбирают керн из разделяющего, слоя, и определяк т начальный градиент фильтрации о и коэффициент фильтрации К по керну из разделяю-i щего слоя в лабораторных условиях, после чего по данным откачки определяют начальный градиент фильтрацииь св натуральных условиях, а искомый коэффициент Кр определяют из соотношения ч .If К - .. Начальный градиент фильтрации определяется известной фор1лулоЯ . (1) где А - постоянная Гамакера, учитывающая энергию связи жидкости и скелета породы; а межмолекулярное расстояние в жидкости;

R - приведенный радиус пор водосодержащей породы. Средний, радиус пор водосодержа- , щей породы можно выразить формулой

1 9тК Ч ---- . (2)

где К - коэффициент фильтрации; п; - пористость; JU - коэффициент динамической

вязкости. Комбинируя между собой (1), и (2),

, , 4И.Д-П . :

Sju.fl-a (3)

Правая часть выражения (3) пред ставлена параметрами, неизменными для данной жидкости и данной породы, следовательно, для данной жидкости и данной породы произведение коэффициента фильтрации на значение на,чального градиента есть-величина постоянная

3oli СConst

4

Одной из технологических операций для реализации предлагаемого способа определения проницаемости слоя, разделяющего два пластоколлектора, является эксперименташьное определение коэффициента, фильтрации образца и начального градиента фильтрации. Вследствие того, что эт-и параметЕЫ теоретически обратно пропорциональны между собой, а коэффициент пропорциональности определяется материалом образца и химическим составом фильтрующей воды, но не геометрией порового пространства, изменение внутренней структуры породы при неизменном минералогическом составе,т.е. изменение коэффициента фильтрации, приводит к пропорционсшьному изменению нача льного градиента фильтрации. Вещественный состав образца порЪды, испытываемого в лаборато-. рии, идентичен минералогическому составу массива, что позволяет, используя для эксперимента пластовую воду, определить коэффициент пропорциональности. Он равен произведению коэффициента фильтрации.обг разца на начальный градиент фильтрации. Вследствие изложенного коэффициент пропорциональности между этими параметрами для.образца такой же как и для массива породы. Посколку структура порового пространства та массиве отличается от таковой в образце, проницаемость массива породы и образца различна, различны и величины начального градиента фильтрации. Во сколько раз отличается начальный градиент В массиве породы от этой величины для образца, во столько отличаются и значения коэффициентов фильтрации. Поэтому, разгделив коэффициент пропорциональности, определенный экспериментально на образце, на начальный градиент, измеренный при проведении полевого эксперимента на массиве поро,цы,получаем коэффициент фильтрации массива.

Повышение точности расчета обусловлено тем, что сопряженная пропор0 цией с искомой величина начального градиента измеряется непосредственно и ошибка в ее измерении равна ошибке в определении коэффициента фильтрации.

5 На чертеже показана схема реали- . зацйи способа.

Бурят, как минимy lJ,двe cквaжины, одна из которых вскрывает основной водоносный 1 горизонт, а другая -

0 питающий 2. При проходке более глубокой скважины из нееотбирают керн,, характеризующий разделяющий слой 3 .

Проведена откачка из отложений делювиально-пролювиального комплек5 са четвертичных отложений, содержащего две пачки водоносных пород, нижняя из которых представлена крупнозернистыми песками с вкраплениями и линзами галечника, а верхняя - средне- и мелкозернистыми песками.

Пачки разделены между собой прослоем суглинка, мощностью 5 м. Коэффициент фильтрации суглинка, определенный в лаборатории составил 3-Ю м/сут, начальный градиент 5 фильтрации 7,3.

Центральная скважина, оборудованая на нижний горизонт, работала с постоянным дебитом 1700 в течение 6 сут. водопроводимость горизонта 320 MVcyT, коэффициент пьезопроводности 810 м /сут. В наблюдательной скважине, оборудо.ванной на верхний горизонт, статический уровень установился на той же отметке, что и в центральной, расстояние между скважинами 30 м, начало реакции отмечено через 12ч после начала откачк1.

Если скважины расположены на расстоянии г друга, то пойижение в нижнем пласте,в ,по которой располагается наблюдательная скважина, определяют по формуле Тейса

, Q 2Л5-а1р

;мгт -7т-. (5)

где S - понижение от статического

уровня на расстоянии от скважины; к-в - водопроводимость ншкне. го пласта; Q - дебит сквадины; .а - коэффициент пьезопровод ности в нижнем пласте; tp- время от начала откачки до момента начала реакци э наблюдательной скважине, С момента начала откачки постоян но контролируют положение уровня в наблюдательной скважинед Момент,ког да в ней начинается снижение уровня характеризует начало перетекания HS верхнего пласта в нижний. Начальный градиент фильтрации вычисляют поформуле He4WH-S) где Hg альтитуда статического уро ня в верхним горизонте; то же в нижнем горизонте; понижение уровня в нижйем горизонте на время tp на расстоянии г от возбуждающей слсважины; мощность разделяющего слоя В соотБетствии с формулами (4) и (5) получаем (7) Зо -0,4б 9 2.М Поскольку по лабораторным данным произведение начеьпьного градиента на коэффициент фильтрации составля - - -э С-Г,в3-iV -I.B НОистинный коэффициент фильтрации разделяющей толщи равен о 35 МО -г 6,)T.. (9) Таким образом, истинный коэффициент фильтрации разделяющий толщи на порядок выше определенного лабораторным путем. Преимущества предлагаемого изобретения перед известными способами заключается в повышении достоверности данных о проницаемости разделяющего слоя, что повышает точность оценки запасов подземных вод, прогноза строительного водопонижения и позволяет сократить затраты на работы, связанные с определением коэффициента фильтрации малопроницаемых пород, объем которых пег известным методам оказывается очень велик, т-ак как искомое значение обосновыва- ется статистически.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ ГОРНЫХ ПОРОД Кр, РАЗДЕЛЯЮЩИХ ДВА ВОДОНОСЕВЫХ ГОРИЗОНТА, заключающийся в проведении откачки из скважиныг расположенной в одном горизонте, и иаблюде ник за подземных вод в дру гом горизонте, о т л и чают и йс я xeWf что, с целью повьлх.ения точности опред&пеиия коэффициента фильтрации, отбирают керн из разделяющего аггоя и определяют начальный градиент фильтрации Зо коэффиикент фильтрация К по керку из разделяющего слоя в лабораторных условиях, после чего по данным откачки определяют начальный градиент фильтрации Зо в натурных условиях, а искомый коэффициент Кр определяют из соотношения ШтШШ