Способ определения водопроводимости пласта и скважин Советский патент 1990 года по МПК E21B47/10 

Изобретение относится к гидрогеологическим и инженерно-геологическим изысканиям и гидротехническому строительству, в частности к способам определения фильтрационных параметров пласта и скважин.

Цель изобретения - повышение точности определения водопроводимости пласта и скважин.

На чертеже показана схема реализации предлагаемого способа.

Схема содержит скважину 1, датчик 2 уровня воды, оголовок 3, герметизирующий устье скважины с контрольным манометром 4 для измерения давления и редуктором 5 для поддержания постоянного давления сжатого воздуха в скважине, источник 6

сжатого воздуха, первоначальный (статический) уровень 7 воды и положение уровня 8 после его изменения.

Способ осуществляют следующим образом.

В подготовленную для исследований скважину 1 опускают датчик 2 уровня воды и устанавливают оголовок 3 с контрольным манометром 4 и редуктором 5. Затем с по- мош.ью оголовка 3 герметизируют устье скважины 1, подключают к источнику 6 сжатого воздуха и ведут наблюдения при помощи датчика 2 уровня воды за изменением уровня от первоначального 7 до положения 8. Зная величину и время от начала изменения уровня определяют водопроводимость

ON

00 СЛ О

СЛ

пласта и скважин. Предварительно редуктор тарируется на определенное давление. После проведения исследований вначале отключают источник 6 сжатого воздуха, затем проводят разгерметизацию скважины, снимают оголовок 3 и вынимают из скважины 1 датчик 2 уровня воды.

Теоретическое обоснование способа сводится к следующему.

Рассмотрим в общем случае несовершенную скважину с радиусом гф фильтра и радиусом Го водоподъемных труб (в чатсном случае Гф Го). Начальный напор подземных вод равен Не (считаем, что он отсчитывается от подошвы водоносного горизонта). Закрываем герметически устье скважины и в стволе создаем избыточное давление воздуха РП, которое в последующем в процессе всего опробования пласта поддерживают постоянным. В результате этого уровень воды в стволе скважины со временем опускается, а в водоносном пласте напор начинает возрастать. При этом в стволе скважины напор со временем уменьшается по зависимости

hc(t) Hc(t)+, (1)

где Hc(t) - переменный во времени столб жидкости в стволе скважины, отсчитывае- мый от подошвы водоносного горизонта.

Движение жидкости в пдасте описывается уравнением

где I - дополнительное сопротивление не несовершенство скважины.

Условия (3) необходимо дополнить следующим выражением, выражающим баланс воды:

; 2ятгф - 1

dt

10

Pu.

Hc(t) hc(t)

(4)

PU

Hc(0) Hc..

r

Для облегчения решения задачи введем понижение:

S ( г . t ) Н с - h ( г . t ) ;

20Р

Sc(t) He-hc(t) Hc-Hc(t)-.

(51

Тогда уравнение (2) и условия (3) и (4) принимают вид:

1 Э / dS ч 1 Э5. V Эг ; а Л

S(r,0) S(co.t)0;

jjO,t) 3((0 Q. ,

Изобретение относится к гидрогеологическим и инженерно-геологическим изысканиям и к гидротехническому строительству. Цель - повышение точности определения. В герметизированной на устье скважине изменяют уровень воды путем его отдавливания сжатым воздухом. Изменение уровня воды в скважине регистрируют в процессе его отдавливания при поддержании постоянного давления. Коэффициент водопроводимости пласта и скважин определяют по математической ф-ле с учетом величин изменения уровня воды в начальный момент времени и в момент стабилизации уровня воды в скважине. Способ позволяет повысить точность определения параметров на 10-60% за счет замены метода расчета параметров с помощью эталонных кривых аналитическими зависимостями. 1 ил.

1 ah

1 Э dh. 1 dn 7 aF () a -dr

h - напор подземных вод;

а - коэффициент пьезопроводности (для напорного пласта) или уровнепроводности (для пласта со свободной поверхностью);

Т К m - водопроводимость пласта;

К - коэффициент фильтрации;

m - мощность пласта;

/i - коэффициент упругой (для напорного пласта) или гравитационной (для безнапорного) емкости пласта; р- плотность воды;

g - ускорение силы тяжести,

Уравнение (2) необходимо решить при

следующих краевых условиях:

h(r.O) h(,t) He;

(3)

jhln Ь(гф.т)-Ьс(т)д А-г ф,

(2)

35

dSc (t) 2ТГф а S (гфд). natrtlЭг

40

-: (6)

Sc (0) Sc.o - .

В соответствии с методом интегральных соотношений дальность зоны возмущения пласта находится по формуле

l(t) Гф Vl2at .

Окойчательное выражение для понижения уровня воды в стволе получено в виде

%ffl expa-lf K

Ьс.оЗага,..

х|ЕС2| + 21п(1 -t-Vl2F)-Ei(2|)+ (Л.

(§) + ln(1- -Vi2F)lll, где

T 4

EI (z) - интегральная показательная функция.

Сопоставление приближенного решения (7) с точным показало, что погрешность его даже при значениях // 0.1 не превы- шает 5-7% и уменьшается с уменьшением/г что дает основание использовать (7) для практических инженерных расчетов.

В случае совершенной скважины ( 0 ) формула (7) упрощается до вида

(1+VT2F)(1

(8)

Анализ показал также, что вместо несовершенной скважины можно рассматривать .шенную с приведенным радиусом Гпр - го ехр (-) и при расчетах использовать формулу (8).

Тогда формулу (8) можно переписать в виде

) (1 )|.

(9)

Формула (9) является расчетной для определения водопроводимости пласта.

Упростим левую часть (9), обозначив через Ah{t) величину снижения уровня воды в стволе скважины к моменту времени, т.е.

Ah (t) Не - Не (t); Ah (0) О,

тогда

- 1 - (t)

PU

Vg- (10)

Определение фильтрационных параметров осуществляют следующим образом.

По измеренным в процессе опыта значениям Ah стро1 .тся график функцииА11 ( t) от времени. Задаваясь различными двумя мо- ментами времени ti и t2 соответственно в начальный момент и в момент стабилизации уровня, такими, чтобы t2/ti Я составляло примерно от 2 до 5, находится величина

л - n 1-pgAh(ti)/Pu1 inl-/ogAh(Ati)/pu Затем по соотношению

(11)

А . 6| ( In ( 1 iD Jj-Jj IJnJMWT2Tr) ЁГЛпО+ТтШГг - El (In ( 1-t-v lIT)

(12)

5 ,

Ю

15

0 подбором определяется соответствующее значение г- . Нахождение по формуле (12) можно осуществлять также графическим путем. Для этого по формуле (12) строится график зависимости А от г и по известному А, определяемому соотношением (11), опре- деляют соответствующее ri

По получен ному значению ri рассчитывают проводимость пласта

т Зг8г|1п И-Я1 AbQiXPu) ,,j,

ч (l+YT2Tr) l-Eilin(1+vTTiT))|

Зная Г , можно найти также приведенный к оэффициент уровнепроводимости пласта а а ехр(2 ) .

ti

30

35

0

5

0

5

Таким образом, способ основан на том, что отжатие уровня воды в герметизированной на устье скважине производят при постоянном давлении, при этом регистрируется изменение уровня воды, сведения о котором являются основой для определения фильтрационных параметров пласта и скважин.

Пример. Исследуют скважину 1967 г., конструкция следующая. На обсадной колонне труб диаметром 127 мм в интервале глубин 45.1 - 48,2 м от поверхности земли установлен сетчатый фильтр, каптирующий вскрытые мелко- и среднезернисты.:- обводненные пески напорного водоносного горизонта. Статический уровень воды в скважине находится на глубине 34.5 м.

Работы проводили в такой последовательности.

Вначале в скважину на глубину 41 м был опущен датчик ДУП. соединенный кабелем с электрическим самописцем. Затем установлен на устье скважины оголовок с контрольным манометром и редуктором, при этом последний предварительно был отрегулирован на давление 0.05 МПа (около 5 м вод. ст.). После этого произведена герметизация устья скважины с помощью оголовка, осуществлено подключение к источнику сжатого воздуха - рессиверу автомобиля ЗИЛ-157КЕ включен электрический самописец, на диаграммной ленте которого произведена запись изменения уровня. При достижении стабилизации уровня воды в скважине был отключен источник сжатого воздуха выключен электрический самописец, разгерметизирована скважина, снят с устья скважины оголовок и вынут из скважины датчик уровня воды. С диаграммной ленты сняты два значения величины изменения уровня воды во времени. Таким образом, получены следующие исходные данные: Ри 0,5 кгс/см ; Го 0,065 м; Т1 4 с; Ah 1 м; ts 8 с;Л h 1,5 м; t2/ti 2.

Давление отжатия уровня воды Ри, выраженное в столбе воды, равно Ри /3ghu , отсюда hu - Ри / рд 5 м. Тогда

In 11-Ah (х1)/эд/Ри : In 1-ДЬ (г2)/од/Ри In 1-1/5 : In 1-1,5/5 0,643.

Из уравнения

о.мзЕ,1п(

E,цnM- V :ГFГУ -Elf M ffПГll

.м-нТНГ) b/ti «rriEi(in( -ta/n И ))

находим подбором, что п 1 . По формуле (13) вычисляем

к .3-0.065 -МЫ/В)-66400„ g 5 „ Vcyr.

4|Eain(,Iln(1-t-VlT))|

Величина коэффициента водопроводимости, определенная предлагаемым способом, равна 9,5 , в то время как по данным кустовой откачки, проведенной здесь ранее, с использованием в качестве центральной скважины 1967 г., эта величина составляет 9,75 , а по воспроизведенным данным для прототипа - 3,05 м /сут.

Предлагаемый способ позволяет повысить точность определения параметров на 10-60% за счет наиболее точного соответствия условий проведения исследований с условиями решения математической задачи, описывающей данный процесс, а также замены метода расчета параметров с помощью эталонных кривых аналитическими зависимостями.

0

5

Формула изобретения Способ определения водопроводимо- сти пласта и скважин, включающий изменение уровня воды в герметизированной на устье скважине путем его отдавливания сжатым воздухом и регистрацию изменения уровня воды в начальный момент времени и в момент стабилизации уровня воды в скважине, с учетом которого определяют коэффициент водопроводимости плacta и скважин, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения, изменение уровня воды в скважине регистрируют в процессе его отдавливания при поддержании постоянного давления, а коэффициент Km водопроводимости пласта и скважин определяют по формуле

IU--3ri-t,lntl-y-л,) i/EiIln(H-VT2lT)J (1- -утатГ))Т

где Го - радиус скважины водоподъемных труб в интервале изменения уровня воды: 25Г1- коэффициент, определяемый из

уравнения

30

,п(,.рд1

Е|11п(1- -УТггГ)( Е| In (l-t-v lZ -e/ti -Т( f )-Ei( In ( 1 - Vl3t2/H - Ti J

Ah (ti) И Ah(ti) - соответственно изменение уровня воды в скважине в начальный момент времени ti и в момент t2 стабилизации уровня;

PU - поддерживаемое постоянное давление сжатого воздуха;

р - плотность воды; q - ускорение силы тяжести;

Е|(х)-интегральная показательная функция.