Способ определения гидрогеологических параметров водоносного горизонта Советский патент 1992 года по МПК E21B47/10 

Недостатками способа являются: малая информативность, связанная с невозможностью определения коэффициента пьезо- проводности (к), характеризующего скорость развития депрессии в водоносном горизонте, и коэффициента упругой водоотдачи («); низкая точность определения коэффициента водопроводности km, обусловленная отсутствием фактических данных о коэффициенте пьезопроводности /с при расчете параметра km. Параметр к в указанном способе определяется методом экспертных оценок и может существенно отличаться от фактического.

Цель изобретения - повышение точности определения гидрогеологических параметров, что позволит более обоснованно решать задачи гидротехнического строительства, расчета фильтрации и баланса подземных вод, оценки и их запасов.

Поставленная цель достигается тем, что определение гидрогеологических параметров водоносного горизонта включает в себя многократное импульсное возбуждение колебаний воды в системе скважина-водоносный горизонт и измерение параметров этого колебательного процесса. При этом путем однократного импульного воздействия в скважине-источнике и регистрации возникшего колебательного процесса измеряют период Т затухающих колебаний и определяют собственную частоту колебаний системы скважина-водоносный горизонт

. Затем возбуждают колебания воды с частотой, равной собственной частоте колебаний системы скважина-водоносный горизонт, измеряют параметры установившихся резонансных колебаний в возмущающей и реагирующей скважинах, и по запаздыванию максимумов этих колебаний t3 определяют коэффициент пьезопроводности к по формуле

ft -

А

8тз

где R - расстояние между скважинами;

t3 время запаздывания максимумов колебаний воды в наблюдательной скважине относительно возмущающей скважины, определяют величину коэффициента водо- проводимости из формулы

km (2 я/Т)2(го2/8/3)1п (1,25Р2Т/16ях

ХГо2 13),

где Т - период затухающих колебаний воды в скважинах;

г0 - радиус скважины;

/ - In (AO/AI) - логарифмический декремент затухания колебаний воды с амплитудами АО и AI;

t - время от начала затухания колебаний.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с известным показывает, что заявляемый способ отличается от известного

следующими признаками:

возбуждением системы скважина-водоносный горизонт импульсами давления с частотой повторения, равной собственной частоте колебаний системы, до установления в системе гармонических колебаний с постоянной амплитудой;

измерением параметров этих установившихся колебаний в возмущающей и реагирующей скважинах;

определением коэффициента пьезопроводности к по времени запаздывания з максимумов этих колебаний в одной скважине по отношению к другой;

определением коэффициента водопроводимости km по параметрам затухающих колебаний с использованием найденного значения параметра к.

Таким образом, сущность способа заключается в резонансном возбуждении системы скважина-водоносный горизонт с частотой, равной ее собственной частоте колебаний, измерении параметров установившихся вынужденных колебаний в возму- щающей и реагирующей скважинах,

определении времени запаздывания ts (начала реагирования) одной скважины относи- тельно другой по сдвигу максимумов колебаний в этих скважинах и расчете коэффициента пьезопроводности к по формуле

R2

/С

8t3

где R - расстояние между скважи5

0

5

нами. Коэффициент водопроводимости оп ределяется по параметрам затухающих колебаний с использованием найденного значения коэффициента пьезопроводности к , Коэффициент упругой водоотдачи определяется как отношение найденных параметров р М.

Соотношение для определения коэффициента пьезопроводности к можно получить из следующих соображений. Импульсное изменение давления P(t) в скважине в соответствии с формулой

(fK

QW--(2,

где k - проницаемость; {4 - вязкость жидкости; h - мощность пласта;

г- расстояние,

r0 радиус скважины, создает импульсное изменение расхода q(t) и определяет режим неустановившейся фильтрации жидкости в пласте. Метод усреднения правой части дифференциального уравнения дает наиболее точные решения среди приближенных методов, применяемых в теории неустановившейся фильтрации, поскольку предполагает зависимость расхода q как от временной t, так и пространственной переменной R. q(R,t) a (t) + +b (t) R2.

Этим методом в условиях первой фазы упругого режима, когда воронка изменения давления не достигла внешних границ пласта, для радиуса воронки получено выражение

R2(t) 8/ct.

Таким образом, для определения коэффициента пьезопроводности лгсогласно предлагаемому способу при известном расстоянии R между возмущающей и наблюдательной скважинами необходимо определить, запаздывание t3 максимумов установившихся резонансных колебаний уровня воды в этих скважинах. Тогда /с определяется по формуле

лг R2/8t3.

На чертеже изображены схема расположения скважин (а): 1 - возбуждающая и 2 - реагирующая; установившиеся резонансные колебания (б) уровня воды в возмущающей (кривая 1) и реагирующей (кривая 2) скважинах; затухающие колебания уровня воды в реагирующей скважине после прекращения воздействий (Ь)

Способ осуществляется следующим образом.

Пример Пусть имеется напорный водоносный горизонт, представленный высокопроводимыми трещиноватыми известняками, залегающий в интервале глубин 60 - 120 м и вскрытый скважинами 1 и 2 (фиг. 1 а), расположенными на расстоянии 45 м одна от другой. Скважины имеют одноколонную конструкцию диаметром 108 мм. Величина гидростатического напора 53 м. В скважине 1 производят разовое импульсное гидродинамическое воздействие, например с помощью вибратора (или электрического разряда, или путем задавливания сжатого воздуха в герметизированную скважину и резкого выпуска и др.) и регистрируют возникшие затухающие колебания уровня воды в возмущающей и реагирующей скважинах, Регистрацию колебаний уровня воды в скважинах осуществляют при помощи серийной аппаратуры, включающей в себя тензометрические системы измерения давления на базе датчиков ПДП-1000 с усилителем-преобразователем типа Топаз-3, запись сигналов осуществляется на осциллографе

Н-117.

По зарегистрированным колебаниям в возмущающей и реагирующей скважинах определяют период собственных затухающих колебаний системы скважина - водоносный горизонт Т 16 с. Производят многократные циклические воздействия импульсами гидродинамического давления в- скважине 1 с частотой f 1/16 Гц (f 1/Т), По мере осуществления воздействий происходит возрастание амплитуды колебаний в скважинах. Через 120 с амплитуда колебаний стабилизируется и устанавливается режим резонансных гармонических колебаний. После этого измеряют время запаздывания t3 максимумов резонансных колебаний в реагирующей скважине по отношению к возбуждающей (т,з 2 с), определяемое временем запаздывания прихода волны в скважину 2 по отношению к скважине 1.

По известной зависимости времени прихода возмущения давления в скважину от расстояния между скавжинами, полученной с использованием метода усреднения

правой части и дифференциального уравнения, определяют коэффициент пьезопроR2

водности , где R - расстояние между 8 т,з

скважинами (R 45 м), т.з - время запазды- вания (ts 2с), коэффициент к 1,1 107 м /сут. Прекращают импульсные воздействия и регистрируют параметры затухающих колебаний уровня в скважинах, период Т (Т 16 с) и текущее значения амплитуды AI. Коэффициент водопроводимости определяют по формуле

km (2 я/Т)(г02/8)1п (1,25R2T/16 ЛХ

хг02 ta),

где Т - период затухающих колебаний воды в скважинах (Т 16с);

г0 - радиус скважины (го 0,054 м);

/3-логарифмический декремент затухания колебаний воды с амплитудами АО и AI

tQ - I-/A /АД П ПОС

|ln(Ao/Ai) 0,);

R - расстояние между скважинами (R « 45 м)tj- время запаздывания колебаний (та

2С) 2

кт 2215м2/сут.

На основании полученных значений К и km рассчитывают коэффициент упругой ЙО

доотдачи и (м 0,0002).

К

Таким образом, в ходе работ одновременно определяют коэффициент пье- зопроводности к, коэффициент водопрово- димости km и коэффициент упругой водоотдачи 4 . Описанный пример реализации способа апробирован на полигоне скважин с указанными гидрогеологическими условиями , Полученные результаты хорошо со ласуются с усредненными гидрогеологическими параметрами пород данного полигона определенными методами кустовых откачек( 107м2/сут), кт 2400м2/сут). Формула изобретения Способ определения гидрогеологических параметров водоносного горизонта, включающий многократное импульсное возбуждение колебаний воды в возмущающей скважине в системе скважина - водоносный горизонт и измерение в наблюдательной скважине параметров колебательного процесса воды, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения гидрогеологических параметров, определяют собственную частоту колебаний системы скважина-водоносный горизонт, воздуждают колебания воды с частотой, равной собственной частоте колебания системы скважина-водоносный горизонт, измеряют параметры установившихся резонансных колебаний в возмущающей и наблюдательной скважинах, измеряют время запаздывания максимумов указанных

колебаний в наблюдательной скважине относительно возмущающей скважины, определяют коэффициент пьезопроводности из выражения

/с R2/8t3,

где R - расстояние между возмущающей и наблюдательной скважинами, м;

тз - время запаздывания максимумов колебаний воды в наблюдательной скважине относительно возмущающей скважины,

мин,

определяют величину коэффициента водо- проводности Km из формулы

Km (2 л:/Т)2(го2/8 /3) In (1,25Р2Я/16Я X хг02 гз),

где Т - период затухающих колебаний воды в скважинах, мин;

го - радиус скважины, м;

1 ft j In (Ao/Ai) - логарифмический декремент затухания колебаний воды с амплитудами АО и AI ;

t - врем от начала затухания колебаний, мин.

А,

еч

4 I

°)

t,c