Депрессионная воронка

Понятие о депрессионной воронке и радиусе влияния

⇐ ПредыдущаяСтр 8 из 12

При откачке воды из скважин вследствие трения воды о частицы грунта происходит воронкообразное понижение уровня воды.

Образуется депрессионная воронка, в плане имеющая форму, близкую к кругу. В вертикальном разрезе воронка ограничивается депрессионными кривыми, крутизна которых увеличивается по мере приближения к оси скважины. Образование депрессионной воронки вызывает отклонение токов вод от естественного направления и изменение поверхности грунтового потока.

Радиус депрессионной воронки называетсярадиусом влияния (R). Размер депресионной воронки, а значит и радиуса влияния, зависит от водопроницаемости пород. Так гравий и другие водопроницаемые породы характеризуются широкими воронками с большим радиусов влияния, а для суглинков характерны наоборот узкие воронки с маленьким радиусом.

Также на величину и форму воронки оказывают влияние условия питания водоносного горизонта, его связь со смежными горизонтами и поверхностными водоемами и т.д.

В практических расчетах для определения радиуса влияния или радиуса депрессии обычно используют приближенные формулы, иногда дающие только порядок его велечины.

Формула Кусакина (для безнапорного пласта при установившейся фильтрации) имеет вид

R = 2S√(H•Кф),

где S — понижение уровня воды при откачке по центру воронки, м

H — мощность пласта, м

Кф — коэффициент фильтрации, м/сутки.

Формула Зихардта для напорных пластов

R = 10S√(Кф),

где S — понижение уровня воды при откачке по центру воронки, м

Кф — коэффициент фильтрации, м/сутки.

18. Скважина водозаборная — разведочно-эксплуатационная скважина предназначенная для добычи воды из водоносного горизонта, глубина скважины зависит от глубины залегания водоносных горизонтов, в которых и находится артезианская вода. Чем глубже артезианская скважина, тем больше содержание солей в воде, то есть выше её минерализация (см. гидрогеологию) . Водозаборная скважина является подземным источником хозяйственно-питьевого водоснабжения на водозаборных сооружениях (более известны как водозаборный узел сокр. ВЗУ).

19. Поглотительные (поглощающие, фильтрующие) колодцы сооружаются на осушаемой территории тогда, когда нет возможности вывести влагу в место понижения. Диаметр такого колодца, как правило, составляет полтора метра, глубина — не менее двух метров. Колодец засыпается гравием, щебнем, котельным шлаком, битым кирпичом или другим материалом, сверху застилается геотекстилем и укрывается грунтом. Наружные стены и основание колодца защищаются той же обсыпкой. Вода проникает в поглощающий колодец, фильтруется в нем и уходит в нижележащие слои почвы.

Поглотительные колодцы успешно используются на участках с небольшим объемом сточных вод (не более 1 кубометра в сутки) и преобладанием песчаного и супесчаного грунта.

20.В зависимости от времени производства строительных работ водопонижение делится на предварительное и параллельное.
Предварительное водопонижение выполняется до начала строительных работ, параллельное — одновременно со строительством. Это деление, естественно, условное. Предварительное водопонижение в толще водоносных грунтов, вскрываемых котлованом или траншеей, следует применять лишь в тех случаях, когда в этих грунтах содержатся водоносные горизонты большей мощности. В этом случае целью предварительного осушения является снижение уровня подземных вод на величину, обеспечивающую безопасные условия строительства и гарантирующую невозможность прорыва и оплывания откосов.
Предварительное снижение напоров напорных водоносных горизонтов, залегающих ниже защищаемой выработки и непосредственно не принимающих участие в ее обводнении, необходимо либо при наличии гидравлической связи их с залегающими выше дренируемыми горизонтами, либо при реальной опасности прорыва высоконапорных подземных вод в дно выработки. В этом случае целью предварительного водопонижения является обеспечение устойчивости дна выработки.
Предварительное и параллельное водопонижение осуществляется с помощью различного рода водопонизительных устройств – вертикальных и горизонтальных.
Для защиты открытых выработок (котлованов, траншей и т.п.) используют как вертикальные, так и горизонтальные устройства — водопонизительных скважины, иглофильтровые установки, горизонтальные дренажные скважины.
Для защиты подземных выработок (например, при строительстве линий метро, туннелей, шахт) используются в основном вертикальные дренажные устройства – водопонизительные, поглощающие, разгрузочные скважины, забивные и сквозные фильтры, дренажные колодцы и иглофильтровые установки.
В зависимости от природных условий строительной площадки (геологического строения и гидрогеологических условий), сложности сооружения, метода возведения, могут применяться три способа водопонижения – поверхностный, подземный и комбинированный. При поверхностном способе водопонизительные устройства закладываются с поверхности земли, при подземном способе – из подземных выработок, а при комбинированном – с поверхности земли и из подземных выработок.
Поверхностный способ водопонижения осуществляется с помощью водопонизительных скважин. Эти скважины целесообразны в условиях безнапорного водоносного горизонта мощностью не менее 10-5 м и при коэффициенте фильтрации не ниже 1-3 м/сутки. В напорных водоносных горизонтах коэффициент может быть меньше, но не ниже 0,5 м/сутки.
Этот способ позволяет понижать уровни подземных вод на большие глубины в довольно сложной обстановке. Преимущество такой системы – мобильность. Недостаток – постоянное использование электроэнергии для питания насосного оборудования, необходимость отвода выкачанной воды.

Кроме водопонизительных скважин к средствам глубокого дренажа следует отнести и эжекторные иглофильтровые установки. Глубина возможного снижения уровня подземных вод эжекторными установками достигает 20 м.
Размеры эжекторных колонн и расстояние между игофильтрами, количество их в установке и тип насосного агрегата выбираются в зависимости от гидрогеологических параметров осушаемого массива и условий производства строительных работ. Однако, практика показывает, что оптимальный режим работы иглофильтровых установок наблюдается в песчаных грунтах с коэффициентом фильтрации не менее 1 и не более 30 м/сутки. Фильтры должны быть заглублены не менее чем на 0,6 м ниже минимального динамического уровня по контуру котлована или не менее 1,25 м при расположении их с одной стороны защищаемой выработки.
При несоблюдении этих условий возможно попадание воздуха в фильтровое звено и нарушение нормальной работы установки.

Основными требованиями работы водопонизительных устройств является:
1. Водопонизительные устройства должны обеспечивать требуемое понижение уровня подземных вод во всех точках дренируемого контура, для чего необходим учет геолого0гидрогеологических условий участка.
2. Сроки сооружения водопонизительных устройств должны быть строго увязаны с графиком строительства.
3. Проектируемая суммарная производительность водопонизительных устройств должна превышать водопритоки в период формирования депресии и соответствовать установившемуся притоку подземных вод после снижения уровня на требуемую величину.
4. Расстояние между защищаемым контуром и водопонизительными устройствами должно быть минимальным, но достаточным для предотвращения фильтрационных деформаций грунтов и оплывания откосов котлованов и траншей.

Схемы расположения горизонтальных и вертикальных дренажных устройств, принятые в практике строительного водопонижения, могут быть объединены в следующие группы: произвольное, линейное, контурное, площадное.
Произвольное расположение дренажных устройств применяется при неравномерных фильтрационных свойствах водоносного горизонта. В этом случае необходимо тщательно увязывать размещение средств водопонижения с гидрогеологическими и инженерно-геологическими условиями участка.
Линейные схемы дренажных устройств используются при защите от обводнения вытянутых в плане выемок, например траншей, тоннелей. Схема линейного водопонижения представлена ниже.

ДЕПРЕССИОННАЯ ВОРОНКА

Смотреть что такое «ДЕПРЕССИОННАЯ ВОРОНКА» в других словарях:

  • депрессионная воронка — Пьезометрическая поверхность напорных вод или свободная поверхность безнапорных вод, приобретающие форму воронки в месте откачки воды (скважины, шахты, колодца) … Словарь по географии

  • депрессионная воронка — 2.8 депрессионная воронка: Часть водоносного горизонта с пониженным пластовым давлением, формирующимся в результате разработки залежей углеводородов. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Депрессионная воронка пластового давления — ► depressure vortex Зона пониженного давления, образующаяся в пласте вокруг работающей скважины и имеющая форму воронки. При массовой разработке пласта, наряду с мелкими депрессионными воронками около каждой скважины образуется огромная общая… … Нефтегазовая микроэнциклопедия

  • ДЕПРЕССИОННАЯ ВОРОНКА ПЛАСТОВОГО ДАВЛЕНИЯ — зона пониженного давления, образующаяся в пласте вокруг работающей скважины и имеющая форму воронки … Словарь по гидрогеологии и инженерной геологии

  • Депрессионная поверхность — подземных вод, депрессионная воронка подземных вод (a. surface of depression; н. Depressionsspiegel; ф. surface de saturation, surface libre de la nappe d eau infiltree; и. superficie de depresion, cono de depresion) свободная поверхность … Геологическая энциклопедия

  • депресійна воронка підземних вод — депрессионная поверхность подземных вод surface of undeground waters of depression *Depressionsspiegel des unterirdischen Wassers – вільна поверхня безнапірних або п’єзометричних поверхонь напірних підземних вод, понижена в місці їх виходу на… … Гірничий енциклопедичний словник

  • депресійна лійка — депрессионная воронка depression cone, cone of influence *Depressionstrichter, Absenkungstrichter – фiгура у виглядi лійки (воронки), яка утворюється при уявному обертаннi п’єзометричної лiнiї навколо осi свердловини i характеризує розподiл тиску … Гірничий енциклопедичний словник

  • СТО Газпром 18-2005: Гидрогеоэкологический контроль на специализированных полигонах размещения жидких отходов производства в газовой отрасли — Терминология СТО Газпром 18 2005: Гидрогеоэкологический контроль на специализированных полигонах размещения жидких отходов производства в газовой отрасли: 2.8 депрессионная воронка: Часть водоносного горизонта с пониженным пластовым давлением,… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Эмпирические формулы и таблицы для определения радиуса депрессии

  • Анализ эмпирической формулы Уолтера (без учета налогообложения)

    Для иллюстрации того, что дивидендная политика зависит только от прибыльности имеющихся у компании инвестиционных возможностей, рассмотрим формулу Уолтера. Это одна из первых дивидендных моделей, на которой базируются некоторые более поздние модели. Формула Уолтера имеет вид : где Р -…
    (Современные корпоративные финансы и инвестиции)

  • (Современные корпоративные финансы и инвестиции)
  • Для иллюстрации того, что дивидендная политика зависит только от прибыльности имеющихся у компании инвестиционных возможностей, рассмотрим формулу Уолтера. Это одна из первых дивидендных моделей, па которой базируются некоторые более поздние модели. Формула Уолтера имеет вид (1,19,29, 121]: где Р…
    (Современные корпоративные финансы)
  • (Современные корпоративные финансы)
  • Метод таблиц

    Метод таблиц представляет собой более простой вариант метода FMEA, так как базируется на двух характеристиках — вероятности отказа и последствиях отказов. Простота метода явилась причиной его доступности для многих предпринимателей, не являющихся специалистами в области рискологии (науке о риске). Рассмотрим…
    (Управление качеством)

  • Эмпирические подходы к оценке платежеспособности

    Платежеспособность предприятия — важнейший показатель, характеризующий финансовое положение предприятия. Показатели платежеспособности характеризуют степень защищенности интересов кредиторов и инвесторов, имеющих долгосрочные вложения в предприятие. Иначе эти показатели называются показателями структуры…
    (Теория и практика финансового оздоровления предприятия)

  • Приложения к Главе 1. Основные социально-экономические показатели Республики Казахстан в _ 2000-2016 гг. (сводная таблица)

    2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 Социально- демографиче ские показатели Численность населения на начало периода (года) тыс. человек 4901,6 4865,( 4851, 4866,1 4951; 5074,^ 5219,: 53%,‘ 55712 5982,’ 6203,1 6440, 6673, 6909,8 7160,1 7417,’ 7670,( в процентах…
    (Энергетическая интеграция как фактор обеспечения энергетической безопасности республики Казахстан)

  • Корпоративный рост как стратегический приоритет:финансовые измерения и эмпирические особенности российского бизнеса

    Проблемы экономического роста являются областью повышенного научного интереса со второй половины XX века. Это обусловлено желанием экономистов и политиков выявить детерминанты, позволяющие преодолеть т.н. «убывающую доходность» Означает меньший прирост результата с каждой дополнительной единицей капитала,авансированного…
    (Стратегические финансы)

  • Таблица 1. Позиции ученых на классификацию затрат на инновационную деятелыюсть

    Признаки Вид затрат на инновационную деятельность В зависимости от субъекта деятельности Внутренние Внешние По видам инновационной деятельности [Анисимов Ю.П., Солнцева Е.В. Инновационный менеджмент:…
    (Учетно-аналитическое и контрольное обеспечение управления инновационным развитием экономического субъекта)

Лекция 19

Поиски, разведка и оценка запасов подземных вод.

19.1. Задача и постановка поисково-разведочных работ

Подземные воды как источник водоснабжения обладают рядом преимуществ перед поверхностными. Они характеризуются более высоким качеством, лучше защищены от загрязнения, их ресурсы не испытывают сезонных и многолетних колебаний. В связи с этим, оценивая условия формирования и возможности использования подземных вод, выделяют месторождения подземных вод. Это пространственно оконтуренные в пределах водонапорной системы скопления воды определенного состава, в количестве достаточном для их экономически целесообразного извлечения и использования в народном хозяйстве.

Запасы подземных вод, как и запасы твердых полезных ископаемых, в зависимости от степени изученности подразделяются на три категории: А, В и С. К категории А относятся детально разведанные и апробированные запасы, к категории В – менее разведанные и к категории С – запасы, установленные по общим геологическим и гидрогеологическим данным.

В настоящее время большинство исследователей подразделяют запасы подземных вод на естественные и эксплуатационные.

Естественные запасы подземных вод – это объем гравитационной воды, который содержится в водоносных пластах в естественных условиях (в статическом состоянии или в движении). Естественные запасы слагаются из статических, упругих и динамических запасов, т.е.:

Qест = Qст + Qупр + Qдин.

Статические и упругие запасы (по Ф.М. Бочеверу) характеризуют объем гравитационной воды в порах и трещинах водоносных пород в м3.

Упругие запасы – это количество воды, которое может быть извлечено из напорного водоносного пласта без осушения за счет упругих свойств воды и горных пород при понижении уровня.

Под динамическими запасами (или естественными ресурсами) понимают расход подземных вод в м3/сутки, протекающих через водоносный пласт. Динамические запасы в процессе круговорота воды на Земле постоянно возобновляются. В разрезе они соответствуют подземному стоку, который отражает ежегодное питание подземных вод. Роль динамических запасов при решении вопросов водоснабжения значительна.

Динамические запасы могут быть определены по известной формуле Дарси:

Qдин = Кф∙hср∙В∙J,

где КФ – коэффициент фильтрации, м/сутки;

hср, В, J – соответственно средняя мощность, ширина и уклон потока подземных вод.

Для вычисления динамических запасов используют также формулу, содержащую модуль подземного стока:

Qдин = γ∙Fn,

где γ – модуль подземного стока, л/с;

Fn – площадь области питания подземных вод, км2.

Под эксплуатационными запасами следует понимать количество подземных вод, которое может быть получено в единицу времени из водоносного горизонта рациональными в технико-экономическом отношении водозаборами без прогрессирующего снижения дебита и динамических уровней и ухудшения качества воды в течение всего расчетного срока водопотребления.

В районах действующих водозаборов уровень подземных вод снижается, образуются депрессионные воронки. В гидрогеологических условиях это может вызвать привлечение в эксплуатируемый водоносный горизонт дополнительных источников питания. В этом случае эксплуатационные запасы по своей величине могут превосходить естественные запасы за счет дополнительных или привлекаемых запасов подземных вод.

В формировании эксплуатационных запасов существенную роль могут играть и искусственные запасы. Они создаются путем инфильтрации воды с поверхности земли при устройстве искусственных сооружений (инфильтрационные бассейны, поглощающие скважины и т.п.).

В целом условия формирования эксплуатационных запасов подземных вод в районах водозаборов выражают следующим балансовым уравнением:

Qэкс = Qдин + Qст /T + Qупр /T + Qдоп + Qиск,

где Qдин, Qст и Qупр – соответственно динамические, статические и упругие запасы подземных вод,

Qдоп – дополнительные или привлекаемые запасы в процессе эксплуатации,

Qиск – искусственные запасы,

Т – расчетный срок водопотребления.

Поиски и разведка месторождений пресных, термальных, минеральных подземных вод являются одной из основных практических задач.

Под поисками и разведкой понимается комплекс работ, направленный на выявление месторождений подземных вод, определения их эксплуатационных запасов и получения данных, необходимых для проектирования и строительства водозаборных сооружений. Поиски и разведка проводятся в определенной последовательности для постепенного наращивания знаний о месторождении.

В настоящее время выделяются поиски, предварительная разведка, детальная разведка и эксплуатационная разведка.

На стадии поисков основная задача – выделение водоносных горизонтов и участков, перспективных для разведки, и прогнозная оценка извлекаемых запасов в пределах выделенных участков.

Предварительная разведка – изучение основных особенностей геолого-гидродинамических условий месторождения, оценка основных источников формирования запасов подземных вод, предварительное определение извлекаемых запасов.

В результате проведения комплекса буровых работ, опытно-фильтрационных, геофизических и др. видов работ должны быть получены данные, позволяющие:

1. Охарактеризовать и предварительно количественно оценить источники формирования запасов подземных вод;

2. Определить расчетные параметры водоносных горизонтов, качество;

3. Предварительно оценить гидрогеологические и технико-экономические условия эксплуатации водоносных горизонтов;

4. Разработать принципиальную схему водозабора.

Детальная разведка производится на месторождении с положительными результатами предварительной разведки. Цель детальной разведки – обоснование проекта строительства и эксплуатации водозаборного сооружения с доведением изученности месторождения до степени, позволяющей провести оценку извлекаемых запасов применительно к выбранной схеме водозаборного сооружения. Запасы утверждаются в ТКЗ или ГКЗ.

Эксплуатационная разведка проводится в процессе строительства и эксплуатации водозабора с целью выяснения соответствия режима эксплуатации прогнозным расчетам, переоценки запасов по данным эксплуатации.

19.2. Основные вопросы методики оценки эксплуатационных запасовподземных вод

Водозабором называют сооружение, с помощью которого производится забор подземных вод для водоснабжения. Исходя из глубины залегания пласта, его мощности, выбирают буровые скважины или шахтные колодцы.

Водозаборы, состоящие из колодца, называют одиночными, а из нескольких – групповыми.

Водозаборные сооружения, вскрывающие водоносный горизонт на полную его мощность, являются совершенными, на не полную – несовершенными.


Водозабор из скважины осуществляется при откачке. Откачка воды из скважины обычно производится с помощью погружных насосов (рис. 22), а также эрлифтов (рис. 23).

Если уровень подземных вод в скважине достигает 7 м, насосы устанавливают на устье скважины, а при глубине залегания уровня воды более 7 м используют глубинные насосы. Вид насоса выбирают в зависимости от проектного дебита скважины, глубины залегания динамического уровня воды, диаметра скважины (эксплуатационной), чистоты воды, длительности откачки, наличия электроэнергии и других факторов. При залегании динамического уровня до 7 м используют центробежные насосы типа «С», «К» и «ЭСН». Их производительность составляет от 1 до 400 м3/ч. При откачках более глубоко залегающих водоносных горизонтов применяются эрлифты и центробежные погружные насосы ЭЦВ. Их производительность составляет от 5 до 300 м3/ч при высоте напора от 20 до 300 м (применимы для скважин диаметром от 114 до 407 мм).

Для прокачек скважины чаще всего используется эрлифт, сжатый воздух для которого вырабатывают компрессоры КС, ДК и др. Производительность эрлифтов – от 50 до 150 м3/ч, высота напора до 100 м, они используются в скважинах различных диаметров при незначительной глубине. Различают эрлифты с центральным и параллельным расположением труб (рис. 23). При высоте подъема воды от динамического уровня до 20 м глубина погружения сместится в воду, и должна быть в 2-2.5 раза больше высоты подъема; при высоте подъема воды более 20 м – в 1.5-1.7 раза больше. Водоприемная часть скважины закрепляется фильтром различных типов и конструкций. Фильтры устанавливаются в рыхлых и неустойчивых породах. Тип конструкции фильтра, размеры его проходных отверстий принимаются в зависимости от крупности частиц водоносной породы.

В зависимости от мощности и характера водоносной толщи фильтром перекрывают водоносный пласт полностью или частично. Размер фильтра определяется конечным диаметром скважины. Конструктивно он представляет трубу, на поверхности которой делаются отверстия круглого или прямоугольного сечения (рис. 24). Размер круглых отверстий от 1 до 2 см при расстоянии между ними 1-4 см. Прямоугольные отверстия выполняются размером 0.8-1.5 см по ширине и 2.2-4 см по длине. Количество отверстий на 1 м трубы составляет 500-800 шт. в зависимости от ее диаметра. Площадь отверстий на фильтре допускается до 20-22 % (скважность фильтра). Доводить скважность на фильтре свыше 25 % на дырчатом и 30-40 % на щелевидном не рекомендуется во избежание ослабления его прочности. Для того чтобы в скважину не попадал шлак, дырчатую трубу покрывают фильтровой сеткой, которая накладывается не прямо на трубу, а на проволоку диаметром 1-2 мм. Проволока припаивается к трубе по длине, образуя проволочный каркас. Размер сетки подбирается с таким расчетом, чтобы через нее просеивался грунт водоносного горизонта в сухом состоянии до 40% по объему. При таком выносе породы водоносного горизонта вокруг фильтра образуется хорошо фильтрующийся грунт, который не будет создавать больших сопротивлений при движении воды к скважине. В ряде случаев каркасная труба обсыпается гравием.

Понятие о депрессионной воронке и радиусе влияния.

При откачке воды из скважины вследствие трения воды о частицы происходит воронкообразное понижение уровня. Образуется депрессионная воронка, имеющая в плане форму, близкую к кругу. В вертикальном разрезе воронка ограничивается депрессионными кривыми, крутизна которых возрастает по мере приближения к оси скважины (рис. 25).

Установление границ депрессионной воронки имеет большое практическое значение при оценке фильтрационных свойств пород, выделении зон санитарной охраны.

Радиус депрессионной воронки называют радиусом влияния (R). В практических расчетах для определения радиуса влияния используют приближенные формулы. Наиболее достоверно радиус влияния определяется в процессе опытных откачек воды.

Приведенный радиус влияния (Rпр) вычисляют по формуле:

,

где t – время работы водозабора,

α – коэффициент пьезопроводности в напорных или уровнепроводности в безнапорных водоносных пластах, м²/сут.;

(α – коэффициент пьезопроводности – Кф/nакт (ßв + ßn), где n – активная пористость, ßв и ßn – упругие свойства воды и пород);

αу – коэффициент уровнепроводности – αу = Кф ∙ hср/µ, отношение водопроводимости безнапорного пласта к гравитационной водоотдаче пород).

19.3. Приток воды к водозаборным скважинам

Движение воды к скважинам в период откачки происходит в форме радиального потока. Объем воды, добываемой из скважины в единицу времени, называется дебитом (производительностью), выражается в л/сек или м³/час, м³/сутки.

Расчетный дебит скважины определяется по формулам в зависимости от типа водоносного пласта (напорный или безнапорный), условий совершенства скважины (совершенные или несовершенные) и взаимодействия скважин.

Контрольные вопросы:

1. В чем преимущество источников подземного водоснабжения перед поверхностными?

2. Почему нужно соблюдать стадийность в исследовании подземных источников водоснабжения?

3. В чем принципиальная разница между откачкой и прокачкой воды из скважины?

Перепады давления в пласте при добыче нефти и газа. комплексные показатели фильтрационной характеристики пластов

Как уже указывалось, при разработке залежи в продуктивном пласте образуются воронки депрессии давления — общая по залежи в целом и локальные в районе каждой добывающей и нагнетательной скважины.

Перепад давления, соответствующий локальной воронке, применительно к добывающей скважине называют депрессией на забое скважины DРскв.д, применительно к нагнетательной скважине — репрессией на забое скважины DРскв.д. В качестве обобщающего термина (для добывающих и нагнетательных скважин) наиболее часто применяют термин перепад давления в скважине.

В добывающей скважине забойное давление DРзаб.д меньше текущего пластового давления DРпл.тек величину депрессии, в нагнетательной скважине DРзаб.н больше DРпл.тек на величину репрессии. Соответственно перепады давления в добывающей и нагнетательной скважинах определяются выражениями

При установившейся фильтрации жидкости депрессия на забое добывающей скважины и репрессия на забое нагнетательной скважины находятся в прямой связи соответственно с дебитом по жидкости qж и приемистостью W:

Здесь К’ и К»—коэффициент продуктивности и коэффициент приемистости скважины, выражаемые соответственно в (т/сут)/0,1 MПа и в (м3/сут)/0,1 МПа и характеризующие изменение дебита и приемистости скважины на единицу изменения перепада давления в скважине. Коэффициенты К’ и К.» для одной и той же скважины обычно имеют разные значения. Поэтому для скважины, сначала дававшей нефть, а затем переведенной под нагнетание воды с целью совершенствования системы воздействия, эти коэффициенты должны определяться самостоятельно при добыче нефти и при закачке рабочего агента.

Дебит скважины по жидкости qж и приемистость скважины W при установившейся фильтрации жидкости определяют по уравнениям:

где kпр — проницаемость пласта; h — толщина пласта; DРскв.д(н) =Рпл-Рзаб в добывающей (нагнетательной) скважине; Rк — радиус условного контура питания скважины: rпр — приведенный радиус скважины; и m,— соответственно вязкость нефти и воды.

Радиус условного контура питания скважины Rкпринимают равным половине расстояния между скважинами.

Приведенный радиус скважины rпр — радиус условной совершенной скважины, принимаемой в качестве эквивалента реальной скважины, несовершенной по качеству и степени вскрытия пласта, но имеющей те же дебит и депрессию.

Соответственно : коэффициенты продуктивности и приемистости представляют собой комплексные характеристики соответственно добывных возможностей и приемистости скважины.

На практике коэффициент продуктивности (приемистости) определяют путем исследования скважины методом установившихся отборов. Метод основан на измерении дебита и забойного давления при нескольких стабилизировавшихся режимах работы скважины. Полученные результаты выражают в виде зависимости между дебитом и депрессией на забое скважины (индикаторной диаграммы) (рис. 86). При фильтрации жидкости индикаторные линии обычно прямолинейны по всей длине или на начальном участке.

Рис. 86. Индикаторные диаграммы добывающих (а) и нагнетательных (б) скважин:

q„ — дебит скважин по нефти; W — приемистость скважин; Др — депрессия (репрессия) на забое скважины

По добывающим скважинам при больших значениях дебита они могут быть изогнутыми в результате нарушения линейного закона фильтрации вблизи скважины, уменьшения проницаемости в связи со смыканием трещин при значительном снижении забойного давления. По нагнетательным скважинам основной причиной искривления индикаторных линий является раскрытие микротрещин в пласте по мере увеличения забойного давления.

Уравнение прямолинейной индикаторной линии добывающей нефтяной скважины имеет вид

При прямолинейном характере индикаторной кривой коэффициент K'(K») остается постоянным в интервале исследованных режимов и численно равен тангенсу угла между кривой и осью перепада давления.

На искривленном участке индикаторной кривой коэффициент продуктивности (приемистости) изменчив и для каждой точки кривой определяется как отношение дебита (приемистости) к соответствующему перепаду давления. Значение коэффициента продуктивности (приемистости) используют для прогноза дебитов (приемистости) скважины при перепадах давления, допустимых в рассматриваемых геологических и технических условиях.

В промыслово-геологической практике часто пользуются удельным коэффициентом продуктивности (приемистости) Куд, характеризующим значение коэффициента продуктивности (приемистости) К’ ( К») на 1 м работающей толщины пласта h:

Этот показатель используют при обосновании кондиционных значений параметров продуктивных пластов, при сравнении фильтрационной характеристики пластов разной толщины и в других случаях.

Дебит газа qг в скважине при установившейся фильтрации прямо пропорционален разности квадратов значений давления P2пл — P2заб

где kпр — коэффициент проницаемости; h — эффективная толщина; Тст = 273 К; Тст — (273 — tпл); Pат = 105 Па; m -вязкость пластового газа; Z — коэффициент сверхсжимаемости газа; Rк – условный радиус контура питания; rпр – приведенный радиус скважины.

В отличие от уравнения притока нефти к скважине в уравнении притока газа дробь в его правой части не является коэффициентом продуктивности, так как в связи с нелинейностью фильтрации газа дебит его пропорционален не депрессии, а некоторой нелинейной функции давления. Этот коэффициент пропорциональности может быть определен с помощью индикаторной линии, построенной в координатах qг и (P2пл.тек – Р2заб)/ qг (рис. 87). Уравнение индикаторной линии имеет вид

где А и В— коэффициенты фильтрационного сопротивления, зависящие от параметров пласта в призабойной зоне (А) и от конструкции скважины (В).

Коэффициент А численно равен значению (P2пл.тек – Р2заб)/ qг в точке пересечения индикаторной линии с осью ординат. Дробь в правой части уравнения соответствует 1/А, т.е.

По данным исследования скважин (по методу установившихся отборов) оценивается основная фильтрационная характеристика пласта — коэффициент проницаемости, а также комплексные характеристики пластов, учитывающих одновременно два-три основных свойства продуктивных пластов, оказывающих влияние на разработку залежей.

Ниже приводятся наиболее широко применяемые комплексные характеристики продуктивных пластов.

Приток жидкости к скважине, воронка депрессии

При отборе жидкости (газа) из скважины в пласте двигаются (фильтруются) пластовые флюиды. Движение флюидов в пласте проходит по радиальным направлениям. Если жидкость движется к центру скважины (отбирается из потока), то это — сток — добывающая, эксплуатационная скважина. Если жидкость движется в обратном направлении (добавляется к потоку), это — источник — нагнетательная скважина.

По мере приближения к скважине при условии постоянной величины отбора продукции из скважины, постоянной толщины и однородной проницаемости, скорости фильтрации (движения) флюидов возрастает, достигая максимума у стенки скважины.

Как правило скважины не бывают гидродинамически совершёнными. Так, в некоторых скважинах вскрывают только часть толщины пласта, и если пласт не крепят обсадной колонной, то такие скважины являются несовершёнными по степени вскрытия.

В большинстве скважин пласт вскрывают на всю его толщину, но сообщение скважины с пластом осуществляется через ограниченное число отверстий в обсадной колонне. Такие скважины несовершенны по характеру вскрытия. Чаще всего в производственной практике скважины по степени и характеру вскрытия одновременно.

Очевидно, что любое несовершенство скважин приводит к возникновению дополнительных фильтрационных сопротивлений в призабойной зоне пласта вследствие отклонения течения жидкостей (газа) от плоскорадиального потока и разного возрастания скорости их течения у перфорационных отверстий.

Отношение дебита Q несовершенной скважины к дебиту Q совершенной скважиной называют коэффициентом совершенства ф:

Коэффициент ф характеризует состояние ПЗП при соответствующей технике и технологии вскрытия пласта бурением (первичное и перфорацией (вторичное)).

Вокруг каждой работающей скважины в процессе бурения, эксплуатации образуется воронка:

депрессии — в добывающей, эксплуатационной;

репрессии — в нагнетательной.

Депрессионная воронка — это поверхность, образованная логарифмической кривой распределения давления вокруг оси скважины.

В пределах воронки депрессии градиенты давления, а значит и расходы энергии на единицу длины пути резко возрастают по мере приближения к скважине. Значительная доля перепада давления в пласте расходуется в непосредственной близости от скважины. По мере удаления от скважины кривые градиентов давления значительно выравниваются, что указывает на резкое уменьшение скорости фильтрации с удалением от скважины.

Взаимодействие водопонижающих скважин

Рассмотрим случай, когда группа взаимодействующих скважин находится в условиях неограниченного пласта, т. е. постоянство напора сохраняется за пределами зоны влияния взаимодействующих скважин.

Для осушения месторождений скважины располагают на таком расстоянии, чтобы они влияли друг на друга.

Рассмотрим взаимодействие двух скважин, расположенных на расстоянии 2а (рис. 1). Если скважины расположены на расстоянии, меньшем радиуса влияния, при откачке воды из скв. 1 и понижении в ней уровня на S1 в скв. 2 произойдет снижение уровня на величину t2, а при понижении уровня воды в скв. 2 на S2 в скв. 1, уровень воды снизится на t1.

Рис. 1. Схема взаимодействия двух скважин

При одновременной откачке воды из обеих скважин депрессионные воронки наложатся одна на другую, уровень воды между скважинами снизится еще больше и депрессионная кривая займет положение, указанное на рис. 1 штрихпунктиром. Чем ближе расположены скважины, тем большее понижение будет достигнуто. При этом дебит каждой скважины Q’ будет меньше дебита одиночной скважины Q.

Из приведенных данных следует, что при расположении скважин на расстоянии 2а>2R взаимодействия не будет и уровень воды посередине между скважинами не снизится. Если скважины расположены на расстоянии, равном половине радиуса влияния (2а = 0,5R), то снижение дебита при взаимодействии будет сравнительно невелико (до 10%), поэтому при бурении группы скважин, предназначенных для водоснабжения, для уменьшения длины трубопровода целесообразно располагать скважины на расстоянии, равном половине радиуса влияния.

При осушении, когда основное значение имеет положение депрессионной кривой между скважинами, их располагают значительно ближе, чем при водоснабжении (2а<0,1R), стремясь максимально снизить уровень подземных вод на участке осушения.

В условиях взаимодействия скважин, расположенных в один длинный ряд, дебит каждой совершенной скважины Q’ можно определить по формулам Романова:

при дренаже напорных вод

при дренаже безнапорного потока

где, а — половина расстояния между скважинами в ряду, м.

При заложении группы водопонижающих скважин в напорном водоносном горизонте по кругу (рис. 2, по углам правильного многоугольника) или по незначительно вытянутому контуру различной формы (при отношении длины к ширине менее 2,5) используют формулы Щелкачева для расчета дебита каждой из артезианских скважин

и дебита каждого из грунтовых колодцев в тех же условиях

где R0 — радиус влияния, отсчитываемый от центра установки до границы области питания, м; n — число скважин; r0 — радиус круга или приведенный радиус круга, к которому приравнен реальный контур группы скважин, м.

Рис. 2. Схема расположения скважин 1–3 по окружности при круговом контуре питания

Рис. 3. Схема расположения группы взаимодействующих скважин

Величину приведенного радиуса при расположении скважин по периметру не очень сильно вытянутого контура площадью F можно вычислить по формуле

Радиус влияния установки R0 равен сумме приведенного радиуса и радиуса влияния скважин R. Величину R лучше брать по данным эксплуатации действующих установок; если их нет, то можно вычислить по формуле

Чем больше заложено скважин на участке осушения, тем сильнее снизится уровень воды в произвольно взятой точке, А (рис. 3), причем общее снижение уровня в точке, А приближенно будет равно сумме снижений уровня, вызванных действием каждой скважины.

При заложении группы водопонижающих скважин в напорном водоносном горизонте понижение в любой точке, А осушенного участка вычисляют по формуле

где Q’ — дебит каждой скважины; r1 r2, …, rn — расстояния от точки, А до скв. 1, 2, …, n.

В центре установки сниженный напор приближенно равен

При размещении водопонижающих скважин в безнапорных водах величину сниженного уровня грунтовых вод в точке, А в пределах зоны влияния можно рассчитать по формуле

В центре установки высоту сниженного уровня приближенно можно определить по уравнению

Дебит каждой скважины показывает, какое количество воды притекает к скважинам со всех сторон. При расчете производительности водопонижающей установки надо подобрать такое число скважин и такую длину фильтров, чтобы скважины могли принять дебит, поступающий к групповой установке, т. е. чтобы водопропускная способность скважин была не меньше вычисленного дебита.

Водопропускная (водозахватная) способность скважины f определяется с учетом допустимой критической скорости vкр фильтрационного потока у скважины по формуле

где F — площадь фильтрующих стенок скважины.

По формуле Абрамова водопропускная способность скважины равна

а удельная водопропускная способность (на 1 м фильтрующей части скважины):

где rс — наружный радиус фильтра или фильтрующей обсыпки (если она есть); l — длина фильтрующей части скважины или рабочей части фильтра.

Более надежно водопропускная способность скважины устанавливается продолжительной откачкой.

Приток воды к котлованам

Понятие о депрессионной воронке и радиусе влияния

При откачке воды из скважин вследствие трения воды о частицы грунта происходит воронкообразное понижение уровня воды.

Образуется депрессионная воронка, в плане имеющая форму, близкую к кругу. В вертикальном разрезе воронка ограничивается депрессионными кривыми, крутизна которых увеличивается по мере приближения к оси скважины. Образование депрессионной воронки вызывает отклонение токов вод от естественного направления и изменение поверхности грунтового потока.

Радиус депрессионной воронки называется радиусом влияния (R). Размер депресионной воронки, а значит и радиуса влияния, зависит от водопроницаемости пород. Так гравий и другие водопроницаемые породы характеризуются широкими воронками с большим радиусов влияния, а для суглинков характерны наоборот узкие воронки с маленьким радиусом.

Также на величину и форму воронки оказывают влияние условия питания водоносного горизонта, его связь со смежными горизонтами и поверхностными водоемами и т.д.

В практических расчетах для определения радиуса влияния или радиуса депрессии обычно используют приближенные формулы, иногда дающие только порядок его велечины.

Формула Кусакина (для безнапорного пласта при установившейся фильтрации) имеет вид

R = 2S√(H•Кф),

где S — понижение уровня воды при откачке по центру воронки, м

H — мощность пласта, м

Кф — коэффициент фильтрации, м/сутки.

Формула Зихардта для напорных пластов

R = 10S√(Кф),

где S — понижение уровня воды при откачке по центру воронки, м

Кф — коэффициент фильтрации, м/сутки.

Ориентировочные значения радиуса влияния могут быть определены таблице.

Значения радиуса влияния на каждые 10 м понижения воды

Породы Радиус влияния R, м
Мелкозернистые пески 50-100
Среднезернистые пески 100 — 200
Крупнозернистые пески 200 -400
Гравий, галечник и пр. 400 -600 и более

Приток воды к строительным котлованам

При расчете притока воды следует учитывать, что строительные котлованы имеют различные конфигурации и размеры, могут быть совершенными и несовершенными( вскрывающие водоносный пласт не на полную мощность), вскрывать напорные и безнапорные воды.

По внешнему виду все строительные котлованы условно можно поделить на «траншеи» и «колодцы» по отношению длины котлована к его ширине (больше 10 в первом случае и меньше 10 во втором).

Приток безнапорных вод к совершенному котловану типа «траншеи», расположенному нормально(перпендикулярно) к водному потоку может быть определен по формуле для определения расхода плоского потока подземных вод.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *