Лабораторна робота 3

Визначення коефіцієнта фільтрації гірських порід в трубці СПЕЦГЕо.

Мета роботи:

студенти повинні оволодіти наступними вміннями:

- визначати коефіцієнт фільтрації лабораторними методами;

- навчитися розраховувати коефіцієнт фільтрації для різних температур;

- виявляти залежність коефіцієнта фільтрації від температури

Завдання на підготовку до лабораторної роботи

Коефіцієнт фільтрації є показником водопроникності гірської породи, тобто показником спроможності породи пропускати через себе воду.

Швидкість фільтрації за формулою Дарсі визначають так:

(4.1)

де: - коефіцієнт фільтрації; - гідравлічний градіент.

Отже, коефіцієнт фільтрації - це швидкість фільтрації за умови, що гідравлічний градієнт дорівнює одиниці.

Коефіцієнт фільтрації виражається в метрах за добу, в метрах за рік і т.д.

Коефіцієнт фільтрації може бути визначений лабораторними і польовими методами, а також розрахований за емпіричними формулами.

Суть визначення коефіцієнта фільтрації в лабораторних і польових умовах слідуюча:

Витрата фільтрації визначається за формулою:

(4.2)

де: площа поперечного перетину приладу, за допомогою якого визначають коефіцієнт фільтрації;

v - швидкість фильтрації;

I - гідравлічний градіент

З формули (4.2) коефіцієнт фільтрації дорівнює:

(4.3)

Тобто, коефіцієнт фільтрації є швидкість фільтрації води в грунтах при гідравлічному градієнті I, рівному одиниці, і має розмірність см/с і м /добу (1 см/с = 1,2 · 10^-3 м / добу).

Трубка СПЕЦГЕо, сконструйована Є.В.Симоновим, призначена для лабораторного визначення коефіцієнта фільтрації піщаних і глинистих гірських порід.

Рис. 4.1 - Трубка СПЕЦГЕо

Трубка СПЕЦГЕо являє собою порожнистий циліндр із ріжучими краями - 4, що наповняюється породою - 6.

На нижній кінець циліндра надіваєтся сітчасте дно - 5, на верхній кінець укладається латунна сітка - 2 і надіваєтся кришка - 3 з гумовими прокладками, яки утримують мірну скляну судину - 1 для виміру фільтруючої кількості води і підтримки постійного напору при фільтрації.

Тому при визначенні трубкою СПЕЦГЕо гідравлічний градієнт приймають одиницю, тоді:

= (4.4)

Необхідне устаткування:

1. Трубка СПЕЦГЕо.

2. Судина з водою.

3. Водяний термометр.

4. Секундомір.

Порядок виконання роботи

1. Циліндр наповнюють породою, злегка його утрамбовують постукуванням. Трубку СПЕЦГео ставлять у судину з водою, щоб порода увібрала воду. Це можна визначити по кольору породи, що змінився, у верхньому торці трубки. Після цього воду із судини зливають. На породу поміщають латунну сітку і надівають кришку.

2. Заповнюють скляну мірну судину водою, перед цим вимірявши її температуру. Затискають отвір судини великим пальцем і, швидко запрокинувши його, вставляють у кришку фільтраційної трубки так, щоб його шийка стикалася з латунною сіткою.

У такому виді мірний циліндр автоматично підтримує над породою постійний рівень води 1 - 2 мм. Як тільки рівень, внаслідок просочування води через гірську породу, знижується, в мірний циліндр потрапляє бульбашка повітря і витискує звідти відповідну кількість води. Цим досягається сталість напірного градієнту.

Якщо в мірний циліндр потрапляють значна кількість бульбашок повітря, то це свідчить про те, що шийка циліндра не торкається латунної сітки і занадто високо знаходиться від поверхні породи.

У цьому випадку необхідно опустити циліндр глибше і домогтися, щоб у мірний циліндр рівномірно піднімалися дрібні бульбашки повітря.

Оскільки прошарок води над породою дуже малий, гідравлічний градіент приймається рівним одиниці.

3. На шкалі визначають рівень у мірному циліндрі , включають секундомір і через визначений час рівний ( 40 60 с) помічають другий рівень у мірному циліндрі, що дає можливість визначити витрату води

, (4.5)

що профільтрувалась за час .

4. Для одержання середнього коефіцієнта фільтрації повторюють виміри витрати води при різних положеннях рівня води в мірному циліндрі за час із (8-10 значень).

Отримані дані вимірів і обчислень заносять у таблицю 4.1.

Таблиця 4.1 - Визначення коефіцієнта фільтрації трубкою СПЕЦГЕо.

№

, с

см3

см3

- см3

см3/с

см2

см3/с

5. Середнє значення виразити в м/добу.

Порядок обробки результатів експериментів та здійснення висновків

Коефіцієнт фільтрації для конкретної породи залежить від в’язкості води, яка визначаеться температурою і солоністю.

Для прісних підземних вод вплив в’язкості на коефіцієнт фільтрації враховується введенням температурної поправки :

= 0,7 + 0,03 (4.5 )

де: -температура води, ⁰С.

Температурна поправка розрахована для коефіцієнта фільтрації при температурі 10 градусів.

Отже,

(4.6)

де: - коефіцієнт розрахований для температури дослідження;

- для температури 10⁰С;

- температурна поправка, розрахована при t_ек.

1. Для порівняння коефіцієнтів фільтрації різних гірських порід, їх прийнято призводити до температури 20⁰, 10⁰, і 0⁰С.

Значення К₀, К₁₀, К₂₀ визначають за формулою (4.6).

2. По коефіцієнтам фільтрації, які отримали, будують графік залежності для температур: 0⁰,10⁰, 20⁰ и t⁰_ек.

Контроліруючі питання

1. Що таке коефіцієнт фільтрації і що він характеризує?

2. Яка особливість трубки СПЕЦГЕо?

3. Від яких параметрів залежить коефіцієнт фільтрації?

4. Що таке температурна поправка і як вона визначається?

5. Як визначити коефіцієнт фільтрації при будь-якій температурі, якщо він відомий для температури експерименту?

Порядок оформлення роботи та представлення до захисту

Робота оформляється на стандартних аркушах паперу в рукописному або друкованому варіанті з зазначенням:

- найменування лабораторної роботи,

- схеми лабораторної установки,

- таблиці результатів експериментів,

- аналізу результатів експериментів та необхідні розрахунки,

- графік залежності коефіцієнта фільтрації від температури,

- висновки по підсумках роботи.

Робота представляється до захисту на наступне заняття після її виконання. Студент повинен відповісти на контролюючі питання. Робота оцінюється максимально в 5 балів.