Водоносных горизонтов

Оценка эксплуатационных запасов глубоких подземных вод пластовых водонапорных систем в большинстве случаев произво­дится путем гидродинамических расчетов, или так называемым гидродинамическим методом. Этот метод заключается в опреде­лении дебитов и динамических уровней подземных вод в течение расчетного срока эксплуатации водозаборов. Для промышленных подземных вод, добыча которых обеспечивает работу производ­ственных предприятий и выпуск определенного объема продукции, оценка эксплуатационных запасов обычно сводится к определению дебита водозабора при заданном допустимом понижении динами­ческого уровня от поверхности земли или к расчетам понижения уровней в период эксплуатации при заданном дебите водозабора. Для оценки эксплуатационных запасов этим методом необходимо достаточно точно знать параметры, характеризующие подземные промышленные воды и вмещающие их породы.

К числу основных расчетных гидрогеологических параметров относятся: 1) мощность водоносных пород; 2) фильтрационные свойства пород (коэффициент фильтрации, проницаемость, водо-проводимость); 3) пьезопроводность (уровнепроводность) пород; 4) упругие свойства водоносных горизонтов, сжимаемость вод и твород; 5) температура подземных вод; 6) минерализация, плот­ность и вязкость подземных вод. Ниже приводятся основные введения об этих параметрах.

Проницаемость характеризует способность породы про­пускать сквозь себя жидкость или газ под действием давления. Впервые этот параметр был предложен Дарси в 1856 г.; в совре­менном виде закон Дарси выражается следующим образом:

где Q — расход жидкости; F — площадь сечения потока; k_n — коэф­фициент проницаемости; ц, — вязкость жидкости; dP/dx — градиент давления.

Проницаемость характеризует только свойства пористой среды и не зависит от свойств фильтрующихся жидкостей; измерение ее производится обычно в лабораторных условиях на фильтрационных приборах. Для определения проницаемости образцов пород ис-пользуют воду, керосин или газ. Нередко величины проницаемости одних и тех же образцов пород, полученные разными методами, существенно отличаются, причем газовая проницаемость оказы­вается, как правило выше жидкостной. Это явление связано с фак­торами, обусловленными сложным физико-химическим взаимо­действием фильтрующихся жидкостей со скелетами горных пород, причем далеко не всегда можно однозначно выявить факторы та­кого взаимодействия и удовлетворительно их объяснить, и тем более дать количественную оценку их воздействия на точность лабораторных экспериментов. В связи с этим предпочтение обычно отдается значениям проницаемости пород, определяемым по резуль­татам опытных гидрогеологических исследований, хотя лаборатор­ные определения этого параметра широко используются для харак­теристики разреза водоносных пород, определения мест притока во­ды в скважины и т. д.

Коэффициент фильтрации k в отличие от коэффи­циента проницаемости характеризует свойства водопроводящих пород в зависимости от свойств фильтрующихся жидкостей. Он имеет размерность скорости и численно выражает расход потока пластовой жидкости через единицу площади его живого сечения при уклоне пьезометрической поверхности, равном единице. Связь коэффициентов фильтрации и проницаемости выражается соотно­шением

где k — коэффициент фильтрации; у — плотность воды.

Существует много методов определения k по действующему диаметру и пористости пород, однако ни один из них не обеспечи­вает достаточной точности оценки этого параметра. Поэтому ос­новными наиболее достоверными являются методы определения коэффициента фильтрации по данным опытных откачек из скважин.

Коэффициент- пьезопроводности а характеризует скорость перераспределения давления в пласте по площади под влиянием первоначального его изменения. Этот параметр являет­ся комплексным показателем, зависящим от фильтрационных и упругих свойств водоносных горизонтов. Он определяется по фор­муле

где |3* — коэффициент упругоемкости. Пьезопроводность наиболее точно определяется по данным откачек из скважин.

Коэффициент упругоемкости |3* физически показы­вает, какое количество жидкости может высвободиться из единицы объема пласта при снижении в нем давления на 0,1 МПа. Упруго-емкость зависит, таким образом, от пористости породы, сжимае­мости породы и жидкости:

или

где n— пористость породы; |3_П — сжимаемость водонасыщенной породы; Р_ж — сжимаемость пластовой жидкости; |3_С — сжимае­мость скелета породы.

Рис. 7. График зависимости

сжимаемости пород Р_п от пористости n. По Р. Холлу: