Способ определения гидрогеологических параметров водоносного горизонта

)5 Е 21 В 47/10)109 ЗОБРЕЛЬСТВУ И Т ПИСА СВИД СКО изменению динамичеделяют коэффициен ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(71) Всесоюзный научно-исследовательский и проекно-конструкторский институт по взрывным методам геофизической развед(72) М.С.Беленький, Э.М,Вольницкая и В,П.Поилепский(56) Авторское свидетельство СССР М 1399457, кл. Е 21 В 47/00, 1986,Авторское свидетельство СССР . )ч. 1339243, кл. Е 21 В 47/10, 1986.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВОДОНОСНОГО ГОРИЗОНТА(57) Использование: в гидрогеологии для расчетов фильтрации и баланса подземных вод, оценки их запасов, при обосновании Изобретение относится к гидрогеологии и может быть использовано для расчетов фильтрации и баланса подземных вод, оценки их запасов, при обосновании гидротехнического строительства,, Известен способ определения коэффициента пьезопроводности, включающий создание упругой волны в пласте путем изменения режима работы (дебита) возмущающей скважины и прослеживание изменения состояния пластового флюида в возмущающей и реагирующей скважинах. .После изменения режима работы скважины в ней измеряют динамический уровень до момента начала реагирования тз - изменения уровня в реагирующей скважине, ипо гидротехнического строительства. Сущность изобретения: в системе скважина - водоносный горизонт путем многократных импульсных воздействий возбуждают колебательный процесс, При этом возбуждение системы производят с частотой, равной ее собственной частоте колебаний, измеряют параметры установившихся резонансных колебаний уровня воды в возмущающей и наблюдательной скважинах и по запаздыванию максимумов этих колебаний тз опреде- . ляют коэффициент пьезопроводности к г)о2 формуле к =, где В - расстояние между8 тзскважинами, а коэффициент водопроводимости Кв 1 определяют по параметрам затухающих колебаний после прекращения воздействий с использованием найденного значения коэффициента пьезопроводности, 1 этому параметру и еского уровня олпр т пьезопроводности к .Наиболее близким к предлагаемому па технической сущности и достигаемому результату является способ определения гидрогеологических параметров водоносного горизонта, включающий возбуждение свободных колебаний воды в системе скважи-. на-водоносный горизонт путем нагнетания в герметизированную скважину сжатого воздуха с последующим резким выпуском его, измерение параметров колебательного пропесса и определение параметров водоносного горизонта по известным формулам. Способ не требует проведения откачек.Недостатками способа являются: малая информативность, связанная с невозможностью определения коэффициента пьезопроводности (к), . характеризующего скорость развития депрессии в водоносном 5 горизонте, и коэффициента упругой водоотдачи с ); низкая точность определения коэффициента водопроводности М, обусловленная отсутствием фактических данных о коэффициенте пьезопроводности к при расчете параметра Ка, 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 в = - в . Затем возбуждают колебания во2 лТды 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 тз определяют коэффициент пьезопроводности к по формулегк=где й - расстояние между скважинами;1 з - время запаздывания максимумов ц колебаний воды в наблюдательной скважине относительно возмущающей скважины, определяют величину коэффициента водо- проводимости из формулыМ (2 Л/Т) (Го /8 фП (1,25 В Т/16 РВхго тз),ггде Т - период затухающих колебаний водыв скважинах;го - радиус скважины; Р = -и (Ао/А) - логарифмический де 11кремент затухания колебаний воды с амплитудами Ао и А;т - время от начала затухания колебаний,Сопоставительный анализ заявляемогорешения с известным показывает, что заявляемый способ отличается от известногоследующими признаками:возбуждением системы скважина-водоносный горизонт импульсами давления с частотой повторения, равной собственнойчастоте колебаний системы, до установления в системе гармонических колебаний спостоянной амплитудой;измерением параметров этих установившихся колебаний в возмущающей и реагирующей скважинах;определением коэффициента пьеэопроводности К по времени запаздывания тзмаксимумов этих колебаний в одной скважине по отношению к другой;определением коэффициента водопроводимости Ке по параметрам затухающихколебаний с использованием найденногозначения параметра к,Таким образом, сущность способа заключается в резонансном возбуждении системы скважина-водоносный горизонт счастотой, равной ее собственной частотеколебаний, измерении параметров установившихся вынужденных колебаний в возмущающей и реагирующей скважинах,определении времени запаздывания 1 з (начала реагирования) одной скважины относительно другой по сдвигу максимумовколебаний в этих скважинах и расчете коэффициента пьезопроводности к по формулегк = - , где Я - расстояние между скважи 8 тзнами, Коэффициент водопроводимости оп-ределяется по параметрам затухающихколебаний с использованием найденногозначения коэффициента пьезопроводностик . Коэффициент упругой водоотдачи определяется как отношение найденных параметров,и =кСоотношение для определения коэффициента пьезопроводности к можно получить из следующих соображений,Импульсное изменение давления Р(с) в скважине в соответствии с формулойц (т) -- (2 - ")г-го .2 жВ аРЮдГгде М - проницаемость;р - вязкость жидкости;й - мощность пласта;20 25 35 40 а), расположенными на расстоянии 45 м од на от другой. Скважины имеют одноколонную конструкцию диаметром 108 мм. Величина гидростатического напора 53 м. В скважине 1 производят разовое импульсное 50 никшие затухающие колебания уровня воды 55 г - расстояние; го - радиус скважины,создает импульсное изменение расхода ц(т) 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 о как от временной т, так и пространственной переменной В: о(ВЛ) = а (1) + +Ь(т) Вг,Этим методом в условиях первой фазы упругого режима, когда воронка изменения давления не достигла внешних границ пласта, для радиуса воронки получено выражение,В(т) =8 к. Таким образом, для определения коэффициента пьезопроводности ксогласно предлагаемому способу при известном расстоянии В между возмущающей и наблюдательной скважинами необходимо определить, запаздывание 1 з максимумов установившихся резонансных колебаний уровня воды в этих скважинах, Тогда к определяется по формулек= В /8 тз,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. П р и м е р, Пусть имеется напорный водоносный горизонт, представленный высокопроводимыми трещиноватыми известняками, залегающий в интервале глубин 60 - 120 м и вскрытый скважинами 1 и 2 (фиг. 1 гидродинамическое воздействие, например с помощью вибратора (или электрического разряда, или путем задавливания сжатого воздуха в герметизированную скважину и резкого выпуска и др.) и регистрируют возв возмущающей и реагирующей скважинах, Регистрацию колебаний уровня воды в скважинах осуществляют при помо.ци серийной аппаратуры, включающей в себя тензомет 51015 рические системы измерения давления набазе датчиков ПДПс усилителем-преобразователем типа "Топаз", запись сигналов осуществляется на осциллографеН.По зарегистрированным колебаниям ввозмущающей и реагирующей скважинахопределяют период собственных затухающих колебаний системы скважина - водоносный горизонт Т = 16 с. Производятмногократные циклические воздействия импульсами гидродинамического давления вскважине 1 с частотой 1 = 1/16 Гц (т = 1/Т),По медузе осуществления воздействий происходит возрастание амплитуды колебаний вскважинах, Через 120 с амплитуда колебаний стабилизируется и устанавливаетсярежим резонансных гармонических колебаний, После этого измеряют время запаздывания 1 з максимумов резонансныхколебаний в реагирующей скважине по отношению к возбуждающей (тз = 2 с), определяемое временем запаздывания приходаволны в скважину 2 по отношению к скважине 1.По известной зависимости времениприхода возмущения давления в скважинуот расстояния между скавжинами, полученной. с использованием метода усредненияправой части и дифференциальногоуравнения, определяют коэффициент пьезопрогводности к= - , где В - расстояние между8 тзскважинами (В = 45 м), тз - время запаздывания (тз = 2 с), коэффициент к= 1,1 10м /сут, Прекращают импульсные воздействия и регистрируют параметры Затухающихколебаний уровня в скважинах, периоДТ (Т = 16 с) и текущее значения амплитудыАь Коэффициент водопроводимости опре"деляют по формулеМ =(2 л/Т) (го /86)1 п (1,25 ВгТ/16 лхгхго тз),где Т- период затухающих колебаний водыв скважинах (Т = 16 с);го - радиус скважины (го = 0,054 м);,6- логарифмический декремент затухания колебаний воды с амплитудами Ао и А 1ф = - Ь(Ао/А) = 0,026 с );1В - расстояние между скважинамй (Й45 м),1- время запаздывания колебаний(тз"=2 с).Ьп = 2215 м /сут.На основании полученных значений Ки1 гп рассчитывают коэффициент упругой во.доотдачи р = (и+ = 0,0002).е Ьпк.Данко аз 2373 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 Таким образом, в .ходе работ одновременно определяют коэффициент пьеэопроводности к, коэффициент водопроводимости Ьп и коэффициент упругой водоотдачи,и, Описанный пример реализации3(Фспособа апробирован на полигоне скважин с указанными гидрогеологическими условиями, Полученные результаты хорошо согласуются с усредненными гидрогеологическими параметрами пород данного полигона определенными методами кустовых откачек(к=1 10 м /сут), Мгп =2400 м /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, о т л и ч а ю щ и й с я 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 установившихсярезонансных колебаний в возмущающей инаблюдательной скважинах, измеряют время запаздывания максимумов укаэанных5 колебаний в наблюдательной скважинеотносительно возмущающей скважины, определяют коэффициент пьезопроводностииз выраженияк= В/8 тз,10 где Й - расстояние между возмущающей инаблюдательной скважинами, м;тз - время запаздывания максимумовколебаний воды в наблюдательной скважине относительно возмущающей скважины,15 мин,определяют величину коэффициента водопроводности Кп из формулыКв = (2 л/Т) (го /8 ф) Ь (1,25 В ж/16 Л ХхгОтз),20 где Т - период затухающих колебаний водыв скважинах, мин;го - радиус скважины, м;Р = -и (Ао/А 1) - логарифмический де 1125 кремент затухания колебаний воды с амплитудами Ао и А 1;1 - время от начала затухания колебаний, мин.