Способ определения гидравлических характеристик прискважинной зоны

 

Изобретение относится к гидрогеологии при исследовании буровых скважин (БС) на воду и позволяет исключить сооружение пьезометрических скважин и измерения уровней в них, что повьппает достоверность определения гидравлических характеристик. Из опытной БС с постоянным дебитом отг качивают жидкость. В процессе откачки измеряют динамический уровень жидкости в БС. Перед прекращением откачки при стабилизации уровня жидкости измеряют распределение расхода жидкости по глубине и строят расходограмму (РГ). Разделяют ее на квазилинейные участки, соответствующие интервалам разрезов с притоками различной интенсивности, и уточняют границы интервалов. После этого измеряют давления в БС на глубинах, соответствующих этим интервалам. Строят рабочую РГ, исключая из исходной РГ интервалы с постоянным расходом. Затем изготавливают две палетки из полупрозрачного материала с .с & семейством теоретических кривых (ТК), (Л получаемых аналитически на основе применения уравнения Мещерского к движущемуся по БС потоку с присоединением массы. Палетки и РГ перемещают относительно друг друга досовмещения ТК палетки с выделенными квазилинейными участками РГ и определяют значения соответствующих безразмерных коэффициентов относительных гидравлических сопротивлений. После этого по формулам определяют гидравлические характеристики прискважинной зоны. 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (!1) А1

Cs)) 4 Е 21 В 49/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР (21) 3864716/22-03 (22) 06.03.85 (46) 15.10.86. Бюл. Ф 38 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт гидрогеологии и инженерной геологии (72) И.М.Гершанович (53) 551.49 (088 .8) (56) Мироненко В.А., Шестаков В.М.

Теория и методы интерпретации опытно-фильтрационных работ. М.: Недра, 1978, с. 326.

Грикевич Э.А. Определение зоны нарушения линейного закона фильтрации по данным откачек в напорных условиях — Изд-во АН Латв. ССР, Рига, 1966, М 6. с; 47-57. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНКЧ ГИДРАВЛИЧЕСКНХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРИСКВАЖИННОЙ ЗОНЫ (57) Из< бретение относится к гидрогеологии при исследовании буровых скважин (БС) на воду и позволяет исключить сооружение пьезометрических скважин и измерения уровней в них, что повышает достоверность определения гидравлических характеристик. Иэ опытной БС с постоянным дебитом от-. качивают жидкость. В процессе откачки измеряют динамический уровень жидкости в БС. Перед прекращением откачки при стабилизации уровня жидкости измеряют распределение расхода жидкости по глубине и строят расходограмму (РГ). Разделяют ее на квазилинейные участки, соответствующие интервалам разрезов с притоками различной интенсивности, и уточняют границы интервалов. После этого измеряют давления в БС на глубинах, соответствующих этим интервалам.

Строят рабочую РГ, исключая из исходной РГ интервалы с постоянным расходом. Затем изготавливают две палетки из полупрозрачного материала с семейством теоретических кривых (ТК), получаемых аналитически на основе применения уравнения Мещерского к движущемуся по БС потоку с присоединением массы. Палетки и РГ перемещают относительно друг друга до. совмещения ТК палетки с выделенными квазилинейными участками РГ и определяют значения соответствующих безразмерных коэффициентов относительных гидравлических сопротивлений.

После этого по формулам определяют гидравлические характеристики прискважинной зоны. 6 ил.

l26383l

Изобретение относHTc ÿ K гидрогеологии и может быть использовано при исследовании буровых cK aæèí на водозаборах, мелиоративных, строительных и горно-добывающих объектах для on- 5 ределения величины потерь напора в зоне нарушения линейного режима

Фильтрации, радиуса этой эоны, гидравлического скачка на внутренней стенке скважины и расчета ряда производных от них гидравлических показателей прискважинной зоны: гидравли— ческого сопротивления, коэффициента проницаемости, коэффициента расхода и др.

Целью изобретения является повышение достоверности определения за счет исключения соор ipíèÿ пьезомеT рических скважин и измерений уровней в них.

На фиг.1 показана схема распределения гидравлических потерь напора в скважине и прискважинпой облас— ти пласта; на фиг.2 — графики рас— пределения расходов и давлений по глубине скважины с выделенными квазилинейными участками i, ll.и ill; на фиг.3 — график изменения динамического уровня в скважине в процессе откачки и после ее; на фиг,4 — номограмма палетки для определения безразмерных коэффицие; ТоВ относительных гидравлических сопротивлений участков квадратичного режима фильтрации; на фиг.5 — то же, линейного режима 35 фильтрации; на фиг.б — схема совмещения квазилипейных участков фактической расходограммы с теоретическими кривыми цалетки.

В соответствии со схематизацией распределения потерь напора в скважине и в заскважинной области, показанной на фиг.l, приток в зоне

К вЂ” г является линейным, а в so- 45

Sk не г — r — нелинейным (квадратичо ным) . В области фильтрации имеет место профильная деформация линий тока, затухающая по мере удаления от скважины. Гидравлические сопротивле- 50 ния в соответствующих зонах априори неизвестны и выражаются в общем виде. Общее уравнение баланса потерь напора следующее:

S Sf„+ Б + Sf где S — потеря напора в зоне линейf ной фильтрации;

S — потеря напора в зоне скинsk эффекта (область нелинейной фильтрации);

S — потеря напора на трение

f внутри скважины.

Теоретической основой данного технического решения являются решения о водопритоках„ сочетающие гидромеханические, гидравлические и гидродинамические аспекты их формирования по глубине скважины. На основе применения уравнения Мещерского для движения переменной массы поток по скважине связывается с переменными боковыми силами уравнением Бернулли.

Нормирование боковых сил по величине скоростного напора потока по скважине при сохранении общего баланса сил в системе скважина — пласт дает возможность их оценить для заскважинной области. А на основе известных гидродинамических уравнении депрессий для фильтрующегося потока дается распределение этих сил для зон различного режима и определяется граница между этими зонами.

Реализация способа заключается в следующем.

В скважине, подготовленной для проведения гидродинамических исследований, проводят комплекс измерений, который разделяется на три последовательных этапа.

На первом этапе при t c t„, где момент пуска скважины, измеряют значение установившегося уровня воды в скважине в значениях приведенного к поверхности земли напора.

На втором этапе при г ) г.„ измеряют изменение уровня воды в скважине

S(t) во времени с момента пуска скважины (функция понижения) и распределение расхода жидкости no ee глубине. Строят расходограмму q(Z) (см. фиг.2), на которой выявляют интервалы расположения проницаемых пластов, соответствующие интервалам приращения расхода по глубине скважины, причем измерение распределения расходов по глубине скважины приурачивают к концу откачки. Производят кусочнолинейную аппроксимацию расходограммы и уточняют границы квазилинейных участков распределения расходов по глубине скважины.

После этого измеряют давление

F(Z) в скважине на глубинах, соответствующих границам квазилинейных участков расходограммы, причем изме1263831

20 с! =-- - = — --- tp(19 с, ° Е ) (3) 25 в ci Ф иск

Перестраивают полученную расходограмму в рабочую расходограмму и далее в безразмерную расходограмму в

% безразмерных координатах а и Z u в том же масштабе, что и теоретические кривые палеток. Затем последовательно накладывают каждую из палеток на безразмерную расходограмму. Перемещают каждую палетку таким образом, 35 чтобы координатные оси номограмм палетки были параллельны координатным осям безразмерной расходограммы. Такое перемещение осуществляют до тех пор, пока одна из кривых (ее участок) 40 номограммы не совпадает с одним из квазилинейных участков безразмерной расходограммы. Таким образом определяются коэффициенты Ч" и

% участков фактической расходо- 4S граммы. Аналогично поступают для всех квазилинейных участков расходограммы.

Схема совмещения фактической рас- 50 ходограммы с теоретическими кривыми палетки показана на фиг.б. Средне;.. взвешенное для скважины значение без% % размерных коэффициентов и Ч учитывающее кусочное совмещение фак- 55 тических и теоретических участков расходограмм, определяется по формуле (41 рения давлений производят на конечной стадии откачки из скважины непосредственно перед ее остановкой, когда динамика уровня близка к стабилизации за время измерения давлений (см. фиг.2). Откачку жидкости прекращают.

На третьем этапе при t > t, где о — момент прекращения откачки жидкости из скважины, изготавливают две 1О палетки из полупрозрачного материала с номограммами для определения безразмерных коэффициентов относительных гидравлических сопротивлений участков квадратичного (фиг.4 ) и линейного режимов фильтрации (фиг.5) в пределах изотропного пласта: одну палетку с теоретическими рассчитанными кривыми по уравнению (2) и вторую — по уравнению (3):

Г " «

a sh (-14 т Z )

Ч

k (2) иск и

Ч .lв. 1 =1 г (4) =1

Z,;m,ß;, m;Q;

i =1

Значение потерь напора внутри скважины S определяется по формуле

1г

S = — — (Р— Р) — (Z — Z ) (5) !.

6.

Значение потерь напоров в зоне

r — r нелинейной (квадратичной ) о фильтрации определяется по формуле

Значение гидропроводности вычисляют по известной формуле

0,183 Оск Lg t< /tz)

8г

После этого значение радиуса зоны нарушения линейного режима фильтрации определяется по формуле

2 и КИ S <

r=r,(— — — +1) о Q (8) Для определения значения гидравлического скачка на стенке скважины необходимо предварительно определить значение коэффициента пьезопроводности. Для этого определяют значение понижения $/<=! путем экстраполяции представительного прямолинейного участка зависимости S = f(Lgt) до пересечения с осью Lpt = О. Значение коэффициента пьезопроводностн вычисляют по формуле

К!"!(Б/ = -S fã.) (ga — -- — — = —-- + 2lgr

sk

0,183,„(1+ ) (9) 0,35.

S — ".- fr (6) у»

1 +- — —.— ф+

Для определения радиуса зоны на-рушения линейного режима необходимо предварительно определить гидропроводность М. Для этого строят зависи— мость S = f(1gt), выявляют на ней представительный прямолинейный участок и определяют его угловой коэффициент г

Тр(с,7t,) ) 26 )ЯЗ ) После этого значение гидрявличес— кого скачка определяется по формуле

2 25 aT 2 25 aT

r г

S Б с ьБ=Б — — —-уо

)+-— («

1 = 1,2,3,..., n — кусочные кназилинейные участки расходограммы;

r — радиус зоны скин-эффекта,м; йБ — гидравлический "скачок, м;

15 расход, измеренный на глубине Z, отсчитываемой от кровли водо-,, 3 Р носного горизонта, м /с; — дебит скважины при откачке, sr. м /с;

Ф « безразмерный расход, - )йск

M — мощность водоносного горизонта, м, Р, Р— давление на глубине забоя скважины Z 3 и под насосом на луби

Z соответственно, Па;

1 удельный вес жидкости, H/è

lII; — дебит и мощность кнаэиоднородного слоя, соответствующего княэилинейному участку расходограммы, м/c1 и м) r- — радиус скважины, м; а — пьезопроводность водоносного горизонта: время, отсчитываемое от момента пуска скнажины, с;

Т вЂ” продолжительность откач35 ки, с;

Б — понижение уровня, измерен- 40 ное в скважине н процессе откачки; с, — коэффициент, определяемый из уравнения с, Ф arctic (.) У", с,), 1)) соответствующего граничным условиям

q / к. — 0 q / к — 1 °

Ф «

Z — безразмерная глубина, 2 = Z/i:. формула и з о б р е т е и и

Способ определения гидравлических характеристик прискважинной зоны

В формулах (2) — (101 приняты следующие обозначения: f0 чключяюший откачку жидкости из скважины с постоянным дебитом и измерение уровня жидкости н скнажине, п т л и ч я ю шийся тем, что, с целью поньпнення достоверности определения за счет исключения сооружения пьезометрических скнажин и измерений уровней в нйх, после стабилизации динамического уровня н скважине производят измерения распределения расхода жидкости по глубине, выявляют границы интервалов разреза с притоками различной интенсивности и измеряют давление н скважине на глубинах, соответствующих этим инхарактеопредетерналам, а гидравлические ристики прискнажинной зоны ляют по формулам

S- Sg, S

5<

)+

Ф ,2 Щ S I, qk О о + )Р, С ск

S-Бг, 2 25аТ

4S=S — ----- 1 - ----/lp

)+--- о (Рк и — гР1.) п

Р ,С в, 1 = 1

2 ?5aT

1 - cg

11 — т

I =-1 и

2 ::m,Q;

;=1 где 1=),2,...n — кусочные кваэилинейные участки рясходограммы, соответствующие интервалам разрезя с однородным притоком;

Б ), — потеря йапора в зоне скинэффекта, м;

z „ — радиус зоны скин-эффекта,м;

hS — гидравлический 1скачок", м;

m — мощность единичного квазиоднородного участка притока, м:

И вЂ” суммарная рабочая мощность водоносного горизонта, м; дебит единичного квазиоднородвого.участка притока, м /c з

Я ), — дебит скважины при откач.ке, м /с;

Б — понижение уровня, измеренное в скважине при откачке, м;

Т вЂ” продолжительность откачки, с, г „ — радиус скважины, м;

КЙ вЂ” гидропронодность водоносного горизонта, м /с;

2 а — пьеэопронодность водоносго горизонта;

1263831

S« потеря напора на трение внутри скважины, определяемая по формуле и ,Š— — (Г; — Г ) — (Z, — 2 )1

Ю " 9,!

1cI !

m„

Ч, удельный вес жидкости, Н/M 1

P — давление на глубине подошвы 10

i Ý Ч

z-го квазиоднородного участка притока Z и поднасосом на глубину 2„ соответ1 ственно, Па; „ Ф, — теоретические безразмерные коэффициенты относительных гидравлических сопротивлений участков квадратичного (зона скин-эффекта и линейного режимов фильтрации в пределах иэотропного.пласта, определяемые путем сравнения безразмерной рабочей расходограммы с теоретическими кривыми палеток, построенными по уравнениям аЬ(Чт Z )

Ч

shay с Г Ф о =---,— сд(.(Ф, с,2 ), т

Ф вЂ” безразмерный расход, = ц/q,„; о — расход, измеренный на глубине Z, отсчитываемый от кровли водо1 носного горизонта, м /с;

Ф Ф

Z . .— безразмерная глубина, 2

2/М; с < — коэффициент, определяемый из уравнения с, =,)Ф» arctp,g9 с,) l26333I

1263831 ру+

OZ ПЗ Па uS Пб О ПВ аа

09

0.7

0.б

03

0.1

1263831 омоа папам снсм л ооогромМы о

7 5ugus при соонеимении уиогтна н 1

Яие б

Составитель M . Òóïûñåâ

Техред А.Кравчук Корректор В.Синицкая

Редактор М.Бандура

Заказ 5535/32 Тираж 548 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4

Awquw и с -, меи(гмии уело сл миM 3

ЛоЫцир при содмещении /

yvacm cr 4 4 /

hiVuycnt при сонмищ емии уюсп на и g