1 ИНТЕПРЕТАЦИЯ ОТКАЧЕК В ПОЛУЗАКРЫТЫХ В ПЛАНЕ ПЛАСТАХ Фисун Н.В. [email protected] Российский государственный геологоразведочный университет им. С. Орджоникидзе Москва Россия Откачки являются важным и, порой единственным методом полевых исследований области фильтрации в зоне влияния проектируемых и действующих водозаборов подземных вод. Именно исследований, поскольку каждый объект является уникальным в силу многообразия и сложности строения геологического поля. Откачки как вид опытнофильтрационных работ (ОФР) и как основа подсчета запасов подземных вод позволяют решать инверсные и граничные задачи для нарушенного водозабором потока и обосновать расчетную схему фильтрации. Теория и практические рекомендации по проведению и интерпретации ОФР достаточно разработаны для простых гидрогеологических условий в неограниченных в плане пластах [1 - 3], которые в соответствии с «Классификацией запасов и прогнозных ресурсов питьевых, технических и минеральных подземных вод, 2007» могут быть отнесены к первой и второй группам сложности. При рассмотрении полуограниченных полузакрытых пластов третьей и четвертой групп сложности гидрогеологических условий опыт проведения и интерпретации откачек ограничен. В статье рассмотрена методика интерпретации откачек в полузакрытых пластах при подсчете запасов подземных вод в безнапорных пластах, разработанная автором по результатам исследований на одном из месторождений в Восточной Сибири. Действующий одиночный водозабор, выводящий радоновые воды для бальнеотерапевтических целей из безнапорного горизонта, расположен в приконтактовой зоне осадочных трещиноватых пород с интрузией. Контакт тектонический, и анализом карты гидроизогипс предположительно гидрогеологическая роль его оценена как закрытая граница (рис. 1). Работа водозабора проектировалась в прерывистом режиме с ежесуточным водоотбором Q=const в течение 16 часов с последующей остановкой на 8 часов. Участок разведки отнесен к четвертой, самой высокой, группе сложности гидрогеологических условий. Согласно действующей классификации, подсчет запасов для этой группы сложности выполняется гидравлическим методом, в связи с чем выполнена непрерывная откачка с дебитом Q=const в течение гидрологического года. При этом требованиями предусматривалась также определение фильтрационных и емкостных параметров пласта и исследование работы водозабора в прерывистом режиме. В итоге в ходе разведки на различных ее стадиях выполнены следующие виды ОФР: − опытно-эксплуатационная откачка в режиме Q=const в течение 408 суток; − опытная откачка в режиме Q=const в течение трех суток с последующим прослеживанием восстановления уровня; − опытная откачка в прерывистом режиме: t=16 часов Q=const; t=8 часов Q=0. 2 Рис. 1. Карта гидроизогипс 1 – зона открытой трещиноватости гранитоидов кембрий-ордовикского возраста; 2 – зона развития грунтово-трещинового водоносного горизонта; 3 – разведочные скважины, вверху – номер, справа – абсолютная отметка УГВ, м; 4 – водозаборная скважина, вверху – номер, справа, абсолютная отметка, м; 5 – тектонический контакт; 6 – границы зоны дробления; 7 – гидроизогипсы водоносного горизонта В ходе опытно-эксплуатационной откачки с целью подсчета запасов получены графики наблюдений по водозаборной и наблюдательным скважинам, расположенным как в сторону границы на расстоянии 46 м от нее (скважина 12а), так и в сторону неограниченного пласта (скважина 12б) (рис. 2). а) б) Рис.2. Графики прослеживания уровня в водозаборной 12 (а) и наблюдательных 12а, 12б (б) скважинах во время опытно-эксплуатационной откачки 3 Анализ графиков подтвердил влияние закрытой границы, которое проявилось резким снижением уровня в первые сутки откачки и его сработкой на протяжении первых месяцев наблюдений. В последующем в периоды снеготаяния, летних и осенних осадков снижение компенсировалось инфильтрационным питанием. Тенденция сработки продолжилась и в последующий зимний период, когда инфильтрация отсутствовала. Сработка уровня происходила с темпом 16,8 см/сут. В результате за годичный период откачки понижение уровня в водозаборной скважине составило более чем 10 м при допустимом 18 м. В наблюдательной скважине 12а вблизи закрытой границы понижение уровня в зимний период наблюдалось с более высоким темпом по сравнению со скважиной 12б, удаленной на 75 м в сторону неограниченного пласта (рис. 3). К концу откачки на 408 сутки откачки приток в депрессионную воронку со стороны неограниченного пласта снизил темп сработки уровня и влияние закрытой границы, однако стабилизации уровня к этому времени так и не произошло, что свидетельствует в продолжающемся ее влиянии. 62 60 Н дин, м 58 56 54 52 50 -60 -40 -20 t=0 сут t=258 сут 0 20 40 60 t=48 сут t=408 сут 80 R, м Рис. 3. Гидродинамические профили по линии скважин 12а – 12 – 12б в разные периоды опытноэксплуатационной откачки Временное прослеживание опытно-эксплуатационной откачки в зимний период с вероятностью 99% описывалось экспоненциальной зависимостью S(lnt) и свидетельствовало о формировании нестационарного режима фильтрации у закрытой границы. При этом спустя 5 суток наблюдался перегиб кривой S(lnt) и уменьшение темпов сработки уровня по наблюдательной 12а, что можно интерпретировать как приток из неограниченной области пласта. Выделить представительный линейный участок квазистационарного режима на графике и рассчитать параметры пласта в этом случае не удалось. При первоначальном подсчете запасов сезонная стабилизация уровня была неверно интерпретирована как стационарный режим, а достигнутое понижение принято в качестве расчетного при работе водозабора на конец прогнозного 25-летннго срока эксплуатации водозабора. Оценить особенности работы водозабора в прерывистом режиме также не удалось. 4 7,0 y = 0,5266e0,5151x R² = 0,9921 6,0 5,0 S, м 4,0 3,0 y = 0,138e1,4182x R² = 0,9891 2,0 1,0 0,0 -1 0 тренд 1 1 тренд 2 2 3 4 5 6 lnt (t в сутках) Рис. 4. Графики временного прослеживания опытно-эксплуатационной откачки в первые 48 суток Для исследования процесса формирования динамики потока вблизи закрытой границы, уточнения ее роли в условиях реального прерывистого режима работы водозабора и определения параметров пласта на этапе переоценки запасов выполнена кратковременная откачка с наблюдением по скважине, удаленной на расстояние r=5 м от водозабора и на расстоянии 75 м от предполагаемой границы. Ход динамического уровня приведен на рис. 5. 80,0 79,9 Нд, м 79,8 79,7 79,6 79,5 79,4 79,3 79,2 0 1 режим Q=const 2 3 прерывистый водоотбор 4 5 6 t, сут Рис. 5. Ход динамического уровня в наблюдательной скважине при опытной откачке при постоянном и прерывистом водоотборе Анализ графика на рис. 5 свидетельствует о высоких темпах сработки уровня на стадиях возмущения независимо от ее продолжительности, медленном восстановлении уровня (более 44 часов), превышающем время отключения скважины в прерывистом режиме (8 часов), и как следствие – отражение наследства откачки на коротких стадиях Q=0 прерывистого режима с общей тенденцией роста понижения. График временного прослеживания по наблюдательной скважине при откачке в режиме Q=const (рис. 6) подтверждает экспоненциальную зависимость S(lnt) и свидетельствует о влиянии закрытой границы уже спустя 0,028 суток. 5 0,9 0,8 0,7 y = 0,4278e0,3911x R² = 0,9787 0,6 S, м 0,5 0,4 y = 0,0157x + 0,141 R² = 0,8218 0,3 y = 0,3481x + 0,44 R² = 0,9953 0,2 0,1 0 -9 -8 вся -7 -6 -5 -4 t >0,75сут t < 0,028сут -3 -2 -1 0 1 2 lnt (t в сут) 3 Рис. 6. Временное прослеживание опытной откачки в режиме Q=const Квазистационарный режим фильтрации в наблюдаемый период влияния закрытой границы может быть выделен только при t>0,75 сут и характеризуется с вероятностью 99,5 % прямой с угловым коэффициентом C=0,3481 и свободным членом А=0,44, что позволяет рассчитать параметры пласта. Параметры рассчитаны с использованием формул квазистационарного режима фильтрации для скважины, функционирующей у закрытой границы. 𝑄 𝑆 = 2𝜋𝑘𝑚 𝑙𝑛 2,25𝑎𝑡 2𝑟𝑑 𝑄 𝐴 , 𝑘𝑚 = 2𝜋𝐶 , 𝑙𝑛𝑎 = ln(2𝑑𝑟) − 0,81 + 𝐶 , где r – расстояние от водозаборной скважины до наблюдательной скважины, d - расстояние до закрытой границы. Коэффициент водопроводимости составил km=91,5 м2/сут, коэффициент уровнепроводности а=1260 м2/сут, водоотдача 0,07. 1. 2. 3. 4. Выводы: Наличие закрытой границы является основанием для отнесения месторождения (участка месторождений) подземных вод к четвертой группе сложности гидрогеологических условий. В полуограниченной области фильтрации c границей второго рода Q=0 работа водозабора происходит в сложном нестационарном режиме, обусловленном влиянием переменных во времени природных и технических факторов: инфильтрационного питания, латерального притока, прерывистого режима водоотбора - учесть которые в гидродинамической модели пласта практически невозможно. Основным методом подсчета запаса является гидравлический, заключающийся в опытной эксплуатации водозабора в условиях, максимально приближенных к реальному режиму эксплуатации водозабора. Опытно-эксплуатационные откачки для обеспечения инженерного запаса прогноза достаточно выполнять в режиме эксплуатации и только в тот период, когда действие благоприятных сезонных факторов формирования ресурсов проявляется в наименьшей степени. 6 5. Срок подсчета запасов не должен превышать 5 лет, а их переоценка должна быть обоснована представительным опытом эксплуатационной разведки. Литература 1. Боревский Б. В., Самсонов Б. Г., Язвин Л. С. Методика определения параметров водоносных горизонтов по данным откачек. - Изд. 2-е. - М.: Недра, 1979. 328 с. 2. Веригин Н.Н. Методы определения фильтрационных свойств горных пород. - М.: Госстройиздат, 1962. 180 с. 3. Мироненко В.А., Шестаков В. М. Теория и методы интерпретации опытнофильтрационных работ. - М.: Недра, 1978. 328 с.
