Способ определения гидравлических характеристик прискважинной зоны Советский патент 1986 года по МПК E21B49/00 

Изобретение относитсяк гидрогеологии и может быть использовано при исследовании буровых скважин на водозаборах, мелиоративных, строительных и горно-добывающих объектах для определения величины нотерь напора в зоне нарушения линейного режима сЬильтраиии, радиуса этой зоны, гидравлического скачка на внутренней стенке скважины и расчета ряда производных от них гидравлических показателей прискважинной зоны: гидравлического сопротивления, коэффициента проницаемости, коэффициента расхода и др.

Целью изобретения является повышение достоверности определения за счет исключения сооруулен я пьезометрических скважин и измерений уровней в них .

На фиг.1 показана схема распределения гидравлических потерь напора в скважине и прискважинпой области пласта; на фиг.2 - графики распределения расходов и давлений по глубине .скважины с выделенными квазилинейными участками i, II.и 111; на фиг.3 - график изменения динамического уровня в скважине в процессе откачки и после ее; на фиг.4 - номограмма палетки для определения безразмерных коэффициегтов относительны гидравлических сопротивлений участков .квадратичного режима фильтрации; на фиг.5 - то же, линейного режима фильтрации; на фиг.6 - схема совмещения квазилинейных участков фактической расходограммы с теоретическими кривыми палетки.

В соответствии- со схематизацией распределения потерь напора в скважине и в заскважинной области, показанной на фиг.1, приток в зоне R - г , является линейным, а в зоне г,, - Гд - нелинейным (квадрати ным). В области фильтрации имеет место профильная деформация линий тока, затухающая по мере удаления от скважины. Гидравлические сопротивления в соответству-ющих зонах априори неизвестны и выражаются в общем виде. Общее уравнение баланса потерь напора следующее:

(1)

S + S,u + S

где Sr - потеря напора в зоне линейной фильтрации;

S , - потеря напора в зоне скинэффекта (область нелинейной фильтрации); Sr., - потеря напора на трение

внутри скважины.

Теоретической основой данного технического решения являются решения о водопритоках, сочетающие гидромеханические, гидравлические и гидродинами еские аспекты их формирования по глубине скважины. На основе применения уравнения Мещерского для движения переменной массы поток по скважине связывается с переменными

боковыми силами уравнением Бернулли. Нормирование боковых сил по величине скоростного напора потока по скважине при сохранении общего баланса сил в системе скважина - пласт дает

возможность их оценить для заскеажинной области. А на основе известных гидродинамических уравнений депрессий для фильтрующегося потока дается распределение этих сил для зон различного режима и определяется граница между этими зонами.

Реализация способа заключается в следующем.

В , подготовленной для

проведения п-адродинамических исследований, проводят комплекс измерений, который разделяется на три последовательных этапа.

На первом этапе при t : t, где

tp - момент пуска скважины, измеряют значение установившегося уровня воды в скважине в значениях приведенного к поверхности земли напо.ра.

На втором этапе при t t измеряют изменение уровня воды в скважине S(t) во времени с момента пуска скважины (функция понижения и распределение расхода жидкости-по ее глубине. Строят расходограмму q(Z) (см.

фиг.2), на которой выявляют интервалы расположения проницаемых пластов, соответствующие интервалам приращения расхода по глубине скважины, причем измерение распределения расходов по глубине скважины приурачивают к концу откачки. Производят кусочнолинейную аппроксимацию расходограммы и уточняют границы квазилинейных участков распределения расходов по глубине скважины.

После этого измеряют давление

P(Z) в скважине на глубинах, соответствующих границам квазилинейных -участков расходограммы, причем измерения давлений производят на конечной стадии откачки из скважины непосредственно перед ее остановкой, когда динамика уровня близка к стабилизации за время измерения давлений (см. фиг.2). Откачку жидкости прекращают.

На третьем этапе при t t , где tp - момент прекращения откачки жидкости из скважины, изготавливают две палетки из полупрозрачного материала с номограммами для определения безразмерных коэффициентов относительных гидравлических сопротивлений участков квадратичного (фиг.4) и линейного режимов фильтрации (фиг.5) в пределах изотропного пласта: одну палетку с теоретическими рассчитанными кривыми по уравнению (2) и вторую - по уравнению (З/:

JL §h(2(.i.

q

Q,, sh4

q -Q ; -%-tp(4..c,.z) (3)

Перестраивают полученную расходограмму в рабочую расходограмму и далее в безразмерную расходограмму в безразмерньпс координатах q и Z и в том же масштабе, что и теоретические кривые палеток. Затем последовательно накладывают каждую из палеток на. безразмерную расходограмму. Перемещают каждую палетку таким образом, чтобы координатные оси номограмм палетки были параллельны координатным осям безразмерной расходограммы. Такое перемещение осуществляют до тех пор, пока одна из кривых (ее участок Номограммы не совпадает с одним из квазилинейных участков безразмерной расходограммы. Таким образом определяются коэффициенты ( и Р участков фактической расходограммы. Аналогично поступают для всех квазилинейных участков расходограммы.

Схема совмещения фактической расходограммы с теоретическими кривыми палетки показана на фиг.6. Средне--, взвешенное для скважины значение безразмерных коэффициентов i к Ф , учитывающее кусочное совмещение фактических и теоретических участков расходограмм, определяется по формуле (4)

(4)

. ,i-,0i

. 1 1

Значение потерь напора внутри скважины Sf определяется по формуле

Si, 4- ()-(-2)-. 5) Значение потерь напоров в зоне нелинейной (квадраптаной) фильтрации определяется по формуле

(6)

r.

Для определения радиуса зоны нярушения линейного режима необходимо предварительно определить гидропроводность КМ. Для этого строят зависимость S f(lgt), выявляют.на ней 5 представительный прямолинейный участок и определяют его угловой коэффициент

S . - S.i

TIoTT)

Значение гидропроводности вычисляют по известной формуле

- Ол1§3 0„ ai/U).

(7)

rai

S,

После этого значение радиуса зоны нарушения линейного режима фильтрации определяется по формуле

- + 1

(8)

- Q- + ).

СУ.

Для определения значения гидравлического скачка на стенке скважины необходимо предварительно опреде лить значение коэффициента пьезопро- водности. Для этого определяют значение понижения S/t-l путем экстраполяции представительного прямолинейного участка зависимости S f(lgt) до пересечения с осью Lgt 0. Значение коэффициента пьеаопроводности вычисляют по формуле

KM(,)

Iga

+ 2Lgr . 0,183Q(l +|4-)

(9)

- 0,35. $t2 После этого значение п-щрявличесскачка определяется по форму S-Sfr аТ/. аТ .- 1р -/1я -1 . Г- а, (10) - (10) В формулах (2) приняты сле дующие.обозначения: i 1,2,3п - кусочные квази линейные участки расходограммы; . Гс,;, - радиус зоны скин-эффекта,м; iS - гидравлический скачок, м; q - расход, измеренный на глуби не Z, отсчитываемой от кровли водо-, косного горизонта, м /с; , - дебит скважины при откачке, м /с; q - безразмерный расход, q q/QcK; м - мощность водоносного горизонта, м; Р,,Ру - давление на глубине забоя скважины Z ., и под насосом на глубине ZN соответственно. Па; У - удельный вес жидкости, Н/м Q;, га; - дебит и мощность квазиоднор ного слоя, соответствующего квазилинейному участку расходограммы, м/с, м м; r- - радиус скважины, м; а - пьезопроводность водоносного горизонта: t - время, отсчитываемое от момента пуска скважины, с; Т - продолжительность откачки, с; S - понижение уровня, измерен ное в скважине в процессе откачки; с, - коэффициент, определяемый из уравнения 1 arctR (лГф с,). соответствующего граничным условиям qV,.., О qV,, Z - безразмерная глубина., Z Формула изобретен и Способ определения гидравлическ характеристик прискйажинной зоны жлючаюи1ий откачку )Ридкости из скважины с постоянным дебитом и измерение уровня жидкости в скважине,о т личающийся тем, что, с целью повьпиения достоверности определения за счет исключения сооружения пьезометрических скважин и измерений уровней в Hrtx, после стабилизации динамического уровня в скважине производят измерения распределения расхода жидкости по глубине, выявляют границы интервалов разреза с притоками различной интенсивности и измеряют давление в скважине на глубинах, соответствующих этим интервалам, а гидравлические характеристики прискважинной зоны определяют по формулам S .i,. 1- ir Ssk S-Sb , 2.25аТ 2,25аТ AS S-2-2 Mgf- Vlg i.-. тг- -г .1: А;П1; . .ZlmiO; где ,2,...n - кусочные квазилинейные участки расходограммы, соответствующие интервалам разреза с однородным притоком; Sgi - потеря йапора в зоне скинэффекта, м; t 1 - радиус зоны скин-эффекта,м; uS - гидравлический скачок, м; т; - мощность единичного квазиоднородного участка притока, м: М - суммарная рабочая мощность водоносного горизонта, м; Q; - дебит единичного квазиоднородаого участка притока, м /с; QfL - дебит скважины при откачке, м /с; S - понижение уровня, измеренное в скважине при откачке, м; Т - продолжительность откачки, с; т fy - радиус скважины, м; КМ - гидропроводность водоносного горизонта, а - пьезопроводность водоносго горизонта;

- потеря напора на трение

внутри скважины, определяемая по формуле

- .IJr (rr,)-(Z;-7:,) тп.

S,

1Г

m

у - удельный вес жидкости, Н/м ; Р, PU- давление на глубине подошвы 1-го квазиоднородного участка притока Z; и под насосом на глубину Z соответственяо. Па;

у, Ф - теоретические безразмерные коэффициенты относительных гидравлических сопротивлений участков квадратичного (зона скин-эффекта и линейного режимов фильтрации в пределах изотропного пласта, определяемые путем сравнения безразмерной рабочей

8

расходограммы с теоретическими кривыми палеток, построенными по уравнениям

« Z) q -- ;

tg(.ГфT c,z);

q - безразмерный расход, q

q/Qo.;

q - расход, измеренный на глубине Z , отсчитываемый от кровли водоносного горизонта, м/с;

Z. - безразмерная глубина, Z Z/M;

с, - коэффициент, определяемый из уравнения

с, |фГarctg (,).

Изобретение относится к гидрогеологии при исследовании буровых скважин (БС) на воду и позволяет исключить сооружение пьезометрических скважин и измерения уровней в них, что повьппает достоверность определения гидравлических характеристик. Из опытной БС с постоянным дебитом отг качивают жидкость. В процессе откачки измеряют динамический уровень жидкости в БС. Перед прекращением откачки при стабилизации уровня жидкости измеряют распределение расхода жидкости по глубине и строят расходограмму (РГ). Разделяют ее на квазилинейные участки, соответствующие интервалам разрезов с притоками различной интенсивности, и уточняют границы интервалов. После этого измеряют давления в БС на глубинах, соответствующих этим интервалам. Строят рабочую РГ, исключая из исходной РГ интервалы с постоянным расходом. Затем изготавливают две палетки из полупрозрачного материала с .с & семейством теоретических кривых (ТК), (Л получаемых аналитически на основе применения уравнения Мещерского к движущемуся по БС потоку с присоединением массы. Палетки и РГ перемещают относительно друг друга до- совмещения ТК палетки с выделенными квазилинейными участками РГ и определяют значения соответствующих безразмерных коэффициентов относительных гидравлических сопротивлений. После этого по формулам определяют гидравлические характеристики прискважинной зоны. 6 ил.

физ.д C.I 0.2 O.J ал 0.5 O.6 0.7 0.8 0.9 7

0.1

(

. /7ff3i/t/u/ (eff(ju i/4ac/nf(Cf f/i

o3ut{u/ при co Meuffffffa J yvoc/nffer tV « /

, f fffffUlfiff fyf(f

I/ coffMeuffffuu yvoc/rr/fa/ 2

t/aeaff ffe t7a/ro ffeMtM pac)ro oe/ oMtJn