Способ определения давления подземных вод Советский патент 1991 года по МПК E21B47/12 E21B47/06 

fe

Изобретение относится к геофизическим исследованиям и предназначено для геогидродинамических систем при контроле режимов подземных вод в инфильтраци- онных скважинах. Цель - повышение точности измерения за счет уменьшения гидростатической составляющей измеряемой величины. Способ определения давле

о.

00

ho о

ния подземных вод осуществляют тем, что вскрывают водоносный горизонт буровой скважиной 1, оборудованной колонной труб 2 с фильтром 3, над которым устанавливают датчик 4 давления, выше которого устанавливают водонепроницаемое перекрытие 5, проводят гидрогеологическое исследование и определяют при этом минимальный и максимальный пьезометрический уровни подземных вод над фильтром 3 скважины 1. Датчик 4 давления и водонепроницаемое

Изобретение относится к геофизическим исследованиям и может быть использовано в геогидродинамических системах для контроля за режимом подземных вод в инфильтрационных скважинах.

Цель изобретения -- повышение точности измерения за счет уменьшения гидростатической составляющей измеряемой величины.

На чертеже изображена схема реализации способа определения подземных вод.

На чертеже обозначены буровая скважина 1, оборудованная колонной труб 2 с фильтром 3, над которым измеряют давление установленным датчиком 4 давления, выше которого устанавливают водонепроницаемое перекрытие 5. Проводят гидрогеологическое исследование и определяют при этом минимальный и максимальный пьезометрические уровни подземных вод над фильтром 3 скважины 1. Датчик 4 давления и водонепроницаемое перекрытие 5 устанавливают ниже минимального пьезометрического уровня подземных вод, причем давление подземных вод определяют с учетом минимального и максимального пьезометрического уровня подземных вод.

Способ реализуют следующим образом.

Скважину 1 бурят до заданной отметки и оборудуют колонной труб 2 с фильтром 3, устанавливаемым на забое скважины 1. Вы- ые фильтра 3 затрубное пространство скважины 1 тампонируют слабопроницаемым материалом, после чего производят выдержку скважины, необходимую для восстановления уровня подземных вод. По результатам предварительных гидрогеологических исследований определяют минимальный hmin и максимальный hmax уровни подземных вод.

Предел измерения Р шкалы датчика 4 давления, т.е. давления подземных вод, выперекрытие 5 устанавливают ниже минимального пьезометрического уровня подземных вод, определение давления подземных вод ведут с учетом минимального и максимального пьезометрического уровня подземных вод, а предел измерения датчика 4 давления выбирают равным разности между максимальным и минимальным пьезометрическими уровнями подземных вод. 1 ил.

раженное в единицах высоты водяного столба, выбирают из условия

Р (hmax - hmln)/3 9,

где р- плотность воды;

g - ускорение силы тяжести.

С целью повышения точности измерений и возможности использования высокочувствительного датчика давления, датчик 4 устанавливают выше фильтра 3 на отметке

-7 - I,P

2Л- hmax- - ,

где 2д - высота установки датчика давления от верхней отметки фильтра скважины.

Выше датчика 4 давления в колонне труб создают водонепроницаемое перекрытие 5 на отметке, учитывая соотношения

2д Znep hmin,

где Znep - превышение водонепроницаемого перекрытия над фильтром скважины.

Таким образом, давление подземных вод, выраженное в единицах высоты водяного столба над верхней отметкой фильтра 3, определяют из выражения

Н 2д +

P-Q

где Н -давление подземных вод, выражен- нее в единицах высоты водяного столба;

Р - гидростатическое давление, измеренное датчиком давления.

Пример. Как известно, погрешность измерения уровня подземных вод, обуслов- ленная инерционностью открытой пьезометрической скважины, оценивают по формуле

AHc-- -v КЈ

где Л Нс - ошибка измерения напора подземных вод, обусловленная инерционностью скважины;

ftt - площадь свободного поперечного сечения скважины;

V- скорость изменения давления (напора) подземных вод;

К -- коэффициент фильтрации породы:

Е- длина фильтра.

При м , V м/сут. К

10

п

м/сут и f 1 м, ошибка измерения напора подземных вод, обусловленная инерционностью скважины, составляет

кг2 10

10

,-2

1

м.

что существенно больше допустимой метро- логической погрешности измерения уровня воды в скважине.

Действительная инерционность измерительной системы еще больше, поскольку водообмен между породой и скважиной осу- ществляется через фильтр, расположенный в нижней части скважины. Поэтому при изменении уровня в движение приводится практически вся масса воды в скважине, а этот процесс обладает собственной систе- мы, но не находит своего отражения в известных расчетных зависимостях.

В рассматриваемом примере датчиком давления является сама скважина (оборудованная колонной труб с фильтром, располо- женным в заданном интервале глубин), большая инерционность которой обусловлена значительным удельным водообменом между внутренним объемом скважины и горной породой, равным 10 л на 1 м измене- ния напора подземных вод. Установка датчика гидростатического давления или плавающего пьезографа в скважину, оборудованную открытой колонной труб, не изменяет ее чувствительности и инерционности. Если в колонне труб выше датчика давления, но ниже уровня воды создать водонепроницаемое перекрытие, то чувствительность системы скважина-датчик давления определяется чувствительностью только датчика давления.

Примем, что чувствительным элементом датчика давления является сильфон с эффектной площадью Рэфф. 4,0 см , ход

15

-j Q

g 20 25зо 3540

которого под действием перепада давления 0.1 кг/см составляет 0,3 мм.

Тогда изменение напора подземных вод на 1 м вод. ст. вызывает изменение обьема сильфона (а стало Быть объема воды в скважине под водонепроницаемым перекрытием) примерно на 0,12 мл. т.е. почти на 5 порядков меньше, чем в открытой сквяжи- не.

Устройство позволяет измерить гидро статическое давление от 0 до 100 кПа и при этом его чувствительность состарляет 3-4 см вод.ст. на 1 Гц, а точность измерений не уступает точности показаний уровнамероо других известных конструкций.

Использование в качестве чувствительного элемента менее жесткого сильфона позволяет повысить чувствительность устройства, а следовательно и точность измерения давления подземных вод.

Таким образом, данное техническое решение позволяет существенно снизить инерционность измерительной системы,использовать высокочувствительные датчики -давления и тем самым повысить точность измерений.

Формула- изобретения Способ определения давления подземных аод, содержащий вскрытие водоносного горизонта буровой скважиной, оборудованной колонной труб с фильтром, над которым измеряют давление установленным датчиком давления, выше которого устанавливают водонепроницаемое перекрытие и проводят гидрогеологические исследования, отличающийся тем. что, с целью повышения точности измерения за счет уменьшения гидростатической составляющей измеряемой величины, определяют минимальный и максимальный пьезометрические уровни подземных вод над фильтром скважины, датчик давления и водонепроницаемое перекрытие устанавливают ниже минимального пьезометрического уровня подземных вод, причем давление подземных вод определяют с учетом минимального и максимального пьезометрических уровней подземных вод.