авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 7 |

«'е Н И Н Г Р А Д С К И Й О Р Д Е Н А Л Е Н И Н А ГО С У Д А РСТВ ЕН Н Ы Й У Н И В Е РС И Т Е Т им ени А. А. Ж Д А Н О В А А. А НСБЕРГ, В. П. Б О Р О В И ...»

-- [ Страница 2 ] --

ОО ОО ОО Vm, м /сут ки ОО ОО ОО ь ОО О ООО о :0 О '. ООО ООО ООО Оо ег^ ООО у ООО ООО iV ' У ООО гоо ООО / ООО / ю '1 0 У W0 / V / и го яо W ^0 Рис. 13. Схема устройства фильтров Рис. 14. График зависимости [а — ды рчатого, б — щелистого, в — входной скорости фильтрации^ сетчатого). • (Уф) от коэф ф ициента ф ильтра­ 1 — вырез для спускового ключа;

2 — муфта;

ции {К).

3 — сальниковая набивка;

4 — надфильтровая i — П Зихардту;

О 2 — по Абрамову, часть трубы;

5 — фильтровая сетка;

6 ~ про­ волока;

7.—рабочая часть фильтра;

8 — круг­ лые отверстия;

9 — щели;

10 — нижняя часть трубы;

— деревянная пробка.

Дюпюи и Тимом. Однако по современным : представде! ниям формулы, предложенные ими, выведенные^ С учетом идеальных условий, применимы в ограниченном числе случаев лишь в условиях установившегося движения воды. Коли­ чество факторов, которые необходимо учитывать при расчете по данным откачки, очень велико. К ним относятся характер ре­ жима фильтрации, наличие или отсутствие напора в водоносном горизонте, однородность пласта, характер вскрытия водоносного.

-7 ' 1 горизонта (совершенная или несовершенная вы работка), бли­ зость или отдаленность опытного участка от поверхностного водое­ ма, число выработок, участвующих в проведении опыта (одиноч­ ные или кустовые откачки)* соотношение мощности водоносного горизонта и глубины его вскрытия (при несовершенных вы ра­ ботках), длина рабочей части фильтра, продолжительность от­ качки и т. д. Следует учесть такж е, что по вопросу о роли от­ дельных факторов среди исследователей большей частью нет единого мнения, поскольку фильтрация жидкости через пори­ стую среду в природных условиях, принадлежит к числу слож ­ ных явлений. В результате в настоящее время известно большое количество различных формул, предложенных разными автора­ ми. К аж дая из этих формул имеет свою, нередко довольно узкую область применения. м^ Ниже рассматриваю тся отдельные фор'мулы, иллюстрирую­ щие методику расчета коэффициента фильтрации для некоторых, основных случаев движения воды к выработкам: в условиях устетоУйв1пегося р е ж и Ш Г ^ р и ^ к а ч к безнапорного" и напор- ного водоносных горизонтов, из совершенных и несовершенных скважин (или колодцев), при одиночной или кустовой откачках.

Такж е даетСя представление о методике обработки данных от­ качки при неустановившемся движении воды, для безнапорного^ и напорного водоносных горизоптов.

Р асч ет р езул ь татов откачки при устан ов и в ш ем ся д в и ж е­ нии в оды. Н е к о т о р ы е р а с ч е т н ы е у р а в н е н и я п р и о т к а ч ­ к е и з б е з н а п о р н о го в о д о н о с н о г о го р и з о н т а. Соверш енны е г р у н т о в ы е к о л о д е ц и л и с к в а ж и н а. При откачке из таких выработок (рис.,15), согласно линейному закону фильтрации Дарси, количество воды, п о сту п Ш Щ й ^’в ''них, выражается где К — коэффициент фильтрации;

F — площадь поперечного сечения фильтрующего слоя, равная развернутой поверхности цилиндра с высотой у и длиной окружности 2ях;

/ — напорный градиент, который для кривой депрессии, созданной откачкой, может быть выражен как ^ • Таким образом, Q = K 2 T.x y ^. (27) После разделения переменных и интегрирования в пределах для у от h ло Н и для х от г до R из уравнения (27) получим следующую формулу:

(28) In — где Я — мощность водоносного пласта, равная высоте столба воды в скважине от водоупора до статического уровня;

h — вы­ сота столба воды в скважине, начиная от водоупора до динами­ ческого уровня;

R —^радиус влияния при откачке из одиночной скважины (приближенно находится по табл. 12 в зависимости от литологического состава пород, слагающих водоносный гори­ зонт);

г —-радиус скважины.

После ряда преобразований: перехода от натурального лога­ рифма к десятичному, введения числового значения величины я, введения понижения уровня воды во время откачки 5 = Я —h, уравнение (28), выраженное для К (коэффициент фильтрации),, дримет вид (29) = o,7 33Q a:

(2 Я — s ) s Формула (29), уравнение Дюпюи, выведена применительно к идеальным условиям: движение воды считается.установившим­ ся, выработка — совершенной, водоносный пласт — однородным,.воронка депрессии — симметричной и т.. д. Поскольку в действи­ тельности все эти условия обычно не выдерживаются, формула Дюпюи дает не совсем верные результаты, особенно при откачке из одиночной скважины, так как приходится оперировать с ве­ личиной радиуса влияния {R), нахождение которой является весьма приближенным.

Более точные результаты можно получить при опробовании безнапорного горизонта методом кустовых откачек. В этом, слу­ чае, когда в наблюдательных скважинах регистрируется пони :жение уровня, используется уравнение Дюпюи в его общем виде: ^ Xn lg -^n- (30) iC= 0,733 Q y l- x 3'^ где JC„ и Xn-x — расстояние наблю дательных скважин до центра откачки;

Уп и у „_1 — высота столба воды в наблю дательных скваж инах в момент откачки, считая от подошвы пласта.

Однако и это уравнение Дюпюи справедливо лишь для уста­ новившегося движения воды (при длительной откачке), в одно­ родном пласте, при вскрытии его совершенной скважиной.

V Несовершенные грунтовые колодец или скважина. При откачке из таких выработок влияцие понижения уровня \ сказывается на к.акой-то части от всей мощности водоносного « пласта Яо (рис. 16), завися­ * (/ щей от глубины вскрытия п л а­ 1.

ста F, от соотношения этой глубины и общей мощности пласта Я, от особенностей фильтра и размера его рабо­ чей части и т. д. Д л я характе­ Рис. 16. Н есоверш енный грунтовый колодец.

ристики зоны влияния несовер­ шенной скважины Паркером и Замарйным было введено понятие активной зоны Яо, под кото­ рой они понимали часть водоносного горизонта, захваченную от ' качкой. Оба автора предложили свои методь! для нахож де­ ния мощности активной зоны, которая учитывалась в уравнени­ ях для расчета коэффициента фильтрации. Однако сейчас их ме­ тоды почти не находят применения.

Большинство расчетных формул, которыми в настоящее вре­ мя пользуются для обработки откачки из несовершенных грун­ товых выработок, выведено с учетом длины фильтра. Различаю т незатопленный и затопленный фильтры. Принимаются такж е во внимание соотношения мощности водоносного горизонта и глубины его вскрытия, глубины вскрытия и длины рабочей ч а ­ сти фильтра и т. д.

Д л я случая незатопленного фильтра при длине его Z 0,3 Я для одиночной скважины (рис. 17) можно применять формулу Бабуш кина, по которой 0.733 Q К - I 1+ S R 0,6 6 / lg г lg г где I — длина работающей (затопленной части ф ильтра);

Я — мощность водоносного горизонта;

остальные параметры, необ­ ходимые для расчета, показаны на рис. 17.

4 Зак. 658 При кустовой откачке из безнапорного водоносного горизон­ та, когда центральная скваж ина является несовершенной и имеет незатопленный фильтр (рис. 18), при наличии двух н а­ блюдательных скважин расчет коэффициента фильтрации произ-, водится по формуле Добровольского 0,366 Q ( lg A :a - lg ji :i ) (2 W i-S i-S 2 -0 (S i-S 2 )’ где Я 1 — столб воды в центральной скважине до откачки;

/ — столб воды в центральной скважине во время откачки;

«1 и «2 — понижения уровней в наблюдательных скважинах;

Xi и Х2 — расстояния от наблюдательных скважин до центральной.

R и, 1 ?

Рис. 17. Схема 0ткар!ки из несо­ Рис. 18. Схема кустовой откачки из безнапорного горизонта с незатоплен­ верш енной грунтовой скваж ины с ным фильтром в центральной сква­ незатопленным фильтром.

жине.

Д ля расчета результатов кустовой откачки при условии, что.

центральная скважина имеет затопленный фильтр (рис. 19), можно использовать- уравнение Скабаллановича 0,366 Q (lg X 2 — lgJiri) (33) («1 — S2) ( 2s — S i — S2 + /) где I — длина фильтра в центральной скважине;

остальные пара­ метры, необходимые для расчета, показаны на рис. 19.

Н екот оры е расчет ны е уравнения при от качке и з н а п о р н о г о в о д о н о с н о го го р и з о н т а. Соверш енны е арт е­ з и а н с к и е с к в а ж и н ы. В случае расположения таких скважин д а ­ леко от поверхностных водоемов и при условии, что депрессион­ ная воронка является симметричной, коэффициент фильтрации определяется по формуле Дюпюи (для одиночной скважины) 0,3 6 6 Q lg - R (34) к=- ~мГ где Q — дебит;

s — понижение уровня;

г — радиус фильтра;

R — радиус питания, определяемый по аналогии с кустовыми от­ качками, произведенными в тех ж е гидрогеологических усло­ виях;

М — мощность напорного водоносного горизонта.

U.

Рис. 19. Схема откачки из грунтовой Рис. 20. Схема кустовой от скважйны с затопленным фильтром. качки из совершенной сква­ жины, вскрывшей напорные воды.

1—0 —наблюдательные скважины;

ц — центральная.

Если производится кустовая откачка с двумя наблю датель­ ными скважинами (рис. 20) и куст расположен вдалеке от по­ верхностного водоема, для расчета коэффициента фильтраций можно пользоваться формулой Дюпюи 0,366 -У... | о - ^ Q (35) S2)M’ где Q — дебит скважины;

М — мощность напорного водоносного пласта;

si и Sg — понижения уровней в первой и второй наблю­ дательных скважинах;

Д] и лгг — расстояния от первой и второй Г наблюдательных скважин до центральной.

I Несовершенные артезианские скважины. При откачке из оди­ ночной скважины и при условии, что фильтр находится в средней части водоносного слоя либо примыкает к верхнему или -ниж­ нему водоупору, а / 0,3 М (рис. 21, а ), можно использовать уравнение Гиринского.

al 0-366 Q К - Is ^ г'.

где сс — коэффициент, равный, по Гиринскому, 1,4— 1,6;

Q — ус тановивщийся расход в м^1сутки;

остальные обозначения ясны из рис. 2 1, 0.

Д ля расчета результатов кустовой откачки при наличии одной наблюдательной скважины (рис. 2 \,б ) и условии, что / 0, 3 М и JC i 0,3 УИ, а фильтр наблюдательной скважины примыкает к водоупору, можно применять другое уравнение Гиринского:

= (37) где arsh — обратный гиперболический синус, величина его на­ ходится из специальных таблиц (прилож ение 1);

остальные обозначения ясны из рис. 21,6^. Гиринский реком ендует брать •* 1^ 2 ]//Sn,ax S„iax = (0,3 — 0,5) /.

Рис. 21. Схема откачки из несоверш енных артезианских скваж ин, вскры вш их напорные воды, а — из одиночной скважины;

^ — из куста скважин.

Д л я расчета результатов кустовой откачки при наличии двух наблюдательных скважин, в зависимости от условий (со­ отношения длины рабочей части фильтра и мощности пласта, расположения фильтра и пр.), используются различные ф ор­ мулы.

При / 0,3 Ж (рис. 22, а) применяется уравнение Насберга o,WQ arsh 4 -------arsh-^--- Xi К - I (Si — S2) arsh — - a r s h - J + 2, 3 ^ 1 g ^ ^ (38) -Af, где, arsh находится no таблице (приложение 1);

остальные обозначения показаны на рис. 22, а.

Если мощность пласта М во много раз больщ е длины фильтра I, а расстояние от верха фильтра до кровли пласта € ^ ~ 0,3 —0,4 Ж (рис. 22. (5') и середины фильтров центральной и наблю дательных скважин расположены на одной горизонтали, для расчета используется уравнение Бабуш кина и Гиринского ''arshin:-----a r s h i^ ').

2xi arsh 2x (39) К - /(Si-Sa) При условии, что фильтры наблю дательных скваж ин при­ мыкают к верхнем у водоупору и с + / 0, 5 / И, л:^ г ? 0, 5 ( с + / ) ф ис. 22, в), можно использовать другое уравне­ ние Бабуш кина:

I 0,16 Q 4 С -J- I u^ К - arsh — — arsh ------ arsh. (40) /(Si —.S arsh 'i) -^ Параметры, необходимые для расчета, показаны на рис. 22, а, б, в.

Рис. 22. Схема кустовой откачки из несоверш енных сквмжин, вскры вш их напорный горизонт, при наличии двух наблюдательных скважин.

а— б — м ощ н ость п л ас та М зн а ч и т е л ь н о п р ев о сх о д и т р аб о ч у ю ч а с т ь ф и л ь т р а ;

в — ф и л ь тр ы н а б л ю д а т е л ь н 1 ск в а ж и н п р и м ы к а ю т к в ер х н ем у в о д о у п о р у.

.!х Скважины, заложенные в русле реки. Это особый случай определения коэффициента фильтрации при откачке из скваж и­ ны, пройденной в русле реки (рис. 23), под слоем воды в ней (подрусловая откачка). Прп большой мощности водонос- ' Уровень ВодыS Sodoe^S^ ного пласта, длине фильтра - — пч----- не более 1/3 мощности пла­ ста коэффициент ф ильтра­ ции находится по формуле Бабушкина 0. -66Q, 0,6С/ (41) Is Обозначения видны на рис. 23.

Применение формулы Рис. 23. Схема откачки из подрусло­ (41) предполагает соблюде­ вой скважины.

ние следующих условий:

1) во избежание влияния реки на дебит скважины верхний конец фильтра должен быть удален от дна реки на О ----- Ц -, 2.3 g - f где с — расстояние верхнего конца фильтра от дна реки;

2) во. избежание развития значительных градиентов вблизи верхнего конца фильтра необходимо, чтобы Smax Vs с, где Smax— максимальное понижение уровня воды в скважине;

3) глубина вскрытия долж на быть меньше половины мощ ности пласта Л Расчет данных откачки при неустановившемся движении БОД. Некоторые расчетные уравнения при откачке из Ы безнапорного водоносного горизонта. Совершенные и н е ­ соверш енные выработ ки. В условиях нез^становившегося дви­ жения воды при откачке из водоносного пласта со свободным зеркалом откачка обязательно сопровождается осушением водо­ носного горизонта. Известно, что, чем больше водопооводимость пласта, равная произведению коэффициента фильтрации пород на мощность пласта, тем быстрее распространяется влияние от­ качки (т. е. тем быстрее пласт осуш ается). Наоборот, чем мень­ ше водоотдача породы, тем пласт осушается медленнее. Способ­ ность пласта передавать изменение уровня подземных вод со свободной поверхностью вы раж ается коэффициентом уровнепро водности. Величина его определяется по формуле = (42) где йу — коэффициент уровнепроводности в м^сутки;

/С — коэф­ фициент фильтрации в ml суши.;

. Лер ^ средняя, мощность водо­ носного пласта в м;

[д — водоотдача породы.

, Коэффициент уровнепроводности входит во все расчетные уравнения неустановившегося движения подземных, вод со сво­ бодным зеркалом (Биндеман, 1963). Д л я его определения и н а­ хождения других параметров, необходимых для расчета коэффи­ циента фильтрации, в процессе откачки строится полулогариф­ мический график зависимости величины понижения от времени (рис. 2 4,6 ). Этот график вы раж ается прямой линией, уравнение которой имеет вид 't 5 ( 2 Я —"s) = ^ - f c lg ^, (43) где S — величина понижения в м ;

/ / — мощность водоносного горизонта в м;

t — время в м ин\ А — отрезок, отсекаемый на оси ординат;

с — угловой коэффициент.

Величина углового коэффициента определяется по формуле 18 ^2- I g ^ i • Обозначения, входящ ие в ф ормулу, показаны на рис. 24, б.

Коэффициент фильтрации рассчитывается по формуле. (45) Коэффициент уровнепроводности находится по формуле lg Uy = 2 lg г — 0,35 + (46) где г — или радиус скважины (если определение производится по центральной скваж ине), или расстояние от центральной сква­ жины до наблюдательной (если определение производится по наблю дательной) ;

остальные обозначения те же, что в формуле (43).

Рис. 24. П олулогарифмические графики зависимости пониж е­ ния (s) от времени {t).

б— безнапорного ’горизонта.

аз а —из напорного горизонта;

Формула (45) справедлива при обработке результатов опыт­ ных работ как из совершенных, так и из несовершенных вы рабо­ ток. Ф ормула (46) может быть использована только для совер­ шенных скважин. Д л я несовершенных она принимает следую­ щий вид:

(47) lg a y = 2 1 g r — 0,3 5 -|- 0,4 3 4 0 ' где g — величина гидростатического сопротивления за счет несо­ вершенства скважин;

остальные обозначения те же, что и в фор­ м улах (44), (46).

Некоторые расчетные уравнения при откачке из.

напорного водоносного горизонта. Совершенные и несовер­ шенные выработки. В условиях неустановившегося движения при откачке из напорных вод осушения пласта не происходит.

Однако из-за понижения давления в пласте, вызванного откач­ кой, наблю дается упругое расширение пород и воды, под влия­ нием которого вода как бы выдавливается из пласта в сква­ жину. Возникает своеобразный «упругий» режим подземных вод (Щ елкачев, 1948). Упругие свойства воды й горных пород, опре­ деляю щ ие неустановившееся движение подземных вод в напор­ ных условиях, учитываются коэффициентом ^пьезопроводности, т. е. коэффициентом скорости распространения давления:

где а — коэффициент пьезопроводности в м^1сутки-, К — коэффи­ циент фильтрации в м1сутки;

р'— пористость пласта (для трещ и­ новатых пород — отношение объема трещин к объему породы);

Рс — коэффициент объемной упругости горных пород, слагаю ­ щих водоносный пласт в —;

Рь — коэффициент объемной упру гости воды в Л.— Коэффициент пьезопроводности входит во все. расчетные уравнения неустановившегося движения подземных вод, обла­ дающих напором. Д ля его определения и получения других па­ раметров, необходимых для расчета коэффициента фильтрации, строится график зависимости величины понижения от времени (рис. 24, а). Этот график вы раж ается прямой линией, уравнение которой имеет вид s = Л-fclg^, (49) где S — понижение в м\ t — время в мин-, А — отрезок, отсе­ каемый на оси ординат;

с — згловой коэффициент. Он равен:

. ‘' = i i | 5 | 7 r ' т Обозначения, входящ ие в формулу, показаны на рис. 24, а.

Коэффициент фильтрации рассчитывается по формуле где /и — мощность водоносного горизонта.

Коэффициент пьезопроводности находится:

при совершенном вскрытии водоносного горизонта по ф ор­ муле lg a =.2 1 g r - 0,3 5 - f 4, (52) при несовершенном вскрытии водотосного горизонта по ф ор­ муле ' ^ l g a = 2 1 g r — 0,35 — — 0,434С. (53) Обозначения те же, что и в формулах (44), (46).

Как указывает Н. Н. Биндеман (1963), определение парамет­ ров для расчетов данных откачки при неустановившемся движ е­ нии воды следует проводить такж е по результатам наблюдений за восстановлением уровня, так как оно нередко дает более к а ­ чественные результаты, чем откачка. Расчет результатов анало­ гичен изложенным в'кше, только вместо понижений берутся по­ вышения уровней, отсчитываемые от уровней, замеренных перёд остановкой откачки. З а величину дебита принима}ется дебит, с которым скважина работала перед остановкой. I По данным Н. Н. Биндемана, метод расчета результатов от­ качки при неустановивш емся движении воды может быть ис пользован при условии, что Опытная кустовая откачка. Д ля ее проведения закладывается группа скважин, из которых одна, центральная, используется, для извлечения воды, в остальных ведется наблюдение за изме­ нением уровня во время откачки. Наблюдательные скважины устанавливаю тся по лучам, расположение которых выбирается с учетом геологического строения и гидрогеологических условий, исследуемого участка. Перед началом опыта должны быть со­ ставлены геологические разрезы скважин и собраны сведения о конструкции их, а такж е о длине, диаметре и глубине установ­ ки фильтров.

Д ля проведения откачки необходимы следующие приборы и, приспо обления: различные уровнемеры и самописцы, баки, определенной емкости или водосливы и насосы. В качестве уров немерол используются: стандартная рулетка со стальной лентой, и хлопушкой, гидрогеологическая рулетка Остроумова, рулетка Симонова, электроуровнемер Остроумова, самописец Остро­ умова.

Гидрогеологическая рулетка Остроумова (рис. 25) состоит из рамы (13), соединенной с рукояткой (12). В раме укреплен барабан ( / / ), вращение которого производится с помощью руч­ ки (10). Внутри барабана намотан канатик (14) с бирками (5).

Р ам а кончается кронштейном' (5) с роликом (4) и метровой ру­ леткой (2). Канатик, пропущенный через ролик (4), прикреплен;

к карабинчику (7), к которому пристегнута хлопушка (8).

Д л я приведения рулетки в рабочее состояние необходимо* ослабить тормоз (/) и раскрутить ручку б а р а б а н а — канатик с хлопушкой опустится в скважину. При соприкосновении хло­ пушки с поверхностью воды будет слышен характерный з в у к хлопка, после чего тормозом прекращ ается подача канатика.

Отсчет целого количества метров ведется по биркам, десятых и соты х— по метровой рулетке при помощи указателя отсчетов (5), укрепленного на лапках (9). Если ноль рулетки Остроумова^ не совпадает с основанием хлопушки, необходимо ввести поправ­ ку на расстояние от нижней плоскости хлопушки до нулевой:

бирки. Д ля большей точности замер повторяют дважды. С этой целью хлопушку слегка поднимают над водой в скважине, затем вновь опускают до получения хлопка и еще раз берут отсчет.

Рулетка Симонова (рис. 26) состоит из вилки (5) с рукоят­ кой (S) и двумя роликами (3), между которыми пропускается трос. В вилке укреплен барабан (7) с намотанным на нем тро­ сом (2). Трос снабжен бирками, находящимися на метровом (4) и полуметровом расстоянии друг от друга. На вилке имеется:

ш кала на 10 см дл я измерения расстояния меньше 0,5 м. На кон­ це троса находится карабин (5), к которому прикрепляется хло 5Т пуш ка или свисток. внешней стороне барабана у рукоятки помещается тормозная пластинка (/ ).

При использовании рулетки Симонова вилку кладут на край обсадной трубы скважины и, регулируя тормозной пластинкой скорость вращ ения б ар а­ бана, опускают хлопушку или свисток в скважину.

Звук хлопка или свистка свидетельствует о том, что достигнута поверх­ ность воды. Глубина до воды складывается из количества метров, у к а ­ занных на бирке, ближ ай­ шей к краю обсадной тру­ бы, и количества санти­ метров меж ду этим кра­ ем и биркой. Если ноль рулетки Симонова не сов­ падает с основанием хло­ пушки, необходимо вве ;

ти поправку на расстоя­ ние от нулевой бирки до аижней плоскости хло­ пушки.

Электроуровнемер при­ меняется для измерения /ровня воды в централь- Рис. 27. Э лектроуровнем ер конструкции Б. П. О строум ова.

той скважине (рис. 27).

Эн состоит из корпуса с прикрепленной к нему метровой рейкой (S) со шкалой {11). Голов­ ка рейки во время работы закреплена на обсадной трубе сква­ жины, а ушко рейки клеммой прикрепляется к корпусу прибора.

В корпусе прибора находится барабан (5), на который намотан изолированный провод (5), с бирками (7). Н а 'к о н ц е провода, который опускают в скважину, имеется наконечник ( /) с элек-, гродом {2). В корпус прибора вмонтированы батарейка {4) и гальванометр (5).

Д л я измерения уровня при помощи ручки разматывается провод и наконечник с электродом опускается в скважину, в з а ­ зор между обсадной трубой (10) и насосной трубой (9). В момент :оприкосновения наконечника с водою цепь прибора замкнется, я стрелка гальванометра отклонится. Снятый в это время отсчет покажет глубину уровня воды в скважине. При этом целые мет­ ры отсчитываются по бирке, а сантиметры — по ш кале против середины бирки (7) при условии, что нуль шкалы, расположен у корпуса прибора, а нулевая бирка (12) закреплена на проводе зыше электрода на расстоянии, равном длине шкалы.

59^ Самописец конструкции Остроумова (лимниграф) изображ ен на рис. 28. Ходовая часть прибора смонтирована в цилиндриче­ ской коробке с закрываю щ ейся дверцей. Она состоит из полого по­ плавка {12), который опускается в скважину до уровня воды в ней, противовеса {11), уравновещиваю щего поплавок и передвигающегося по оси скважины при помощи двух пальцев с роликами, канатика {W), намотанного на лебедку \1) и со­ единяющего противовес с поплав­ ком. Канатик от поплавка через н а­ правляющий ролик {9} идет на больщой щкив (4), соединенный с масштабным, шкивом (5). П ослед­ ний тросиком {6) связан с кареткой (8). Каретка с пером (5) переме­ щается по направляющей стойке (7), Движение поплавка вверх или вниз при изменении уровня воды в скважине передается большому шкиву;

вместе с ним вращ ается масштабный шкив. Он заставляет передвигаться каретку с пером. Б а ­ рабан (2) имеет часовой механизм, при заводе которого он вращается вокруг собственной оси. Перо при этом пишет на миллиметровке, оде­ той на барабан, кривую линию, от­ вечающую с десятикратным умень­ шением колебаниям уровня воды g скважине. ' Д ля измерения извлекаемой е Рис. 28. Лимниграф конст­ процессе откачки воды служ ат или рукции Б. П. О строумова.

баки определенной емкости, или различные водосливы. Простейший водослив представляет собой металлический четырехуголь­ ный ящик, разделенный стенкой на отсеки. В стенке имеет­ ся треугольный (или квадратный) вырез, через который проис­ ходит перелив воды. Расход воды, проходящей через водослив, зависит от толщины слоя воды над ребром водослива. Обычнс водосливы предварительно тарируются, и строятся кривые зави­ симости расхода воды (Q) от напора воды перед стенкой водо­ слива (Я ). С этих кривых или из специальных таблиц и сни­ маются данные о расходе.

Откачка воды из скважин производится насосами различных систем. В условиях практики студентов ЛГУ для кустовых отка­ чек применяется центробежный насос. Устройство его видно на рис. 29, а принцип подключения к скважине показан на рис. 30.

О ткачка производится из куста несовершенных скважин, вскры­ вающих напорный водоносный горизонт.

П о д г о т о в к а к у с т о в о й о т к а ч к и. 1. Произвести ниве­ лировку всех скважин куста с целью приведения их к одной пло­ скости сравнения, результаты занести в ж урнал (приложение 7).

При нивелировке получить отметки устий скважин и поверх­ ности земли рядом с ними. Данные свести в ж урнал (табл. 13).

Одновременно измерить высоту патрубков скважин над по­ верхностью земли.

Таблица Ж урн ал привязки ск в аж и н опы тного к у ста Относи­ Положение тельное Высота Глубина статиче­ превыше- осадных Глубина № статиче­ ского уров­ Расстояние Диаметр кие устья труб над ского уров­ ня в услов-: скважин ме^кду скважины скважины скважин поверхно- ня от устья ных отмет­ скважинами до дна над услов- стыо земли скважин ках ным нулем 2. Проверить состояние забоя во всех скважинах опытного куста. С этой целью опустить наконечник гидрогеологической рулетки до забоя. При уменьшении глубины скважины (вслед­ ствие заплы вания) ее необходимо прочистить желонкой, эрлиф ­ том или путем промывки чистой водой через шланг, опущенный до забоя скважины. Глубину скважин записать в ж урнал (табл. 13).

3. Определить, используя рулетку со стальной лентой и хло­ пушкой, положение статического уровня воды во всех скваж и­ нах, устанавливая рулетку для измерения в строго определенных точках, выбранных на краю обсадной трубы. Если скважина самоизливает, необходимо навернуть на обсадную трубу спе­ циальный дополнительный патрубок и, дождавш ись установле­ ния уровня воды в нем, замерить уровень.

4. Промерить расстояние от центральной скважины до оси каж дой из наблюдательных, составить план их расположения в масш табе 1 : 100. Все данные записать в ж урнал наблюдения (см. табл. 13).

5. Центральную скважину оборудовать электроуровнемером.

Наконечник его в перерывах между замерами не извлекать, а лишь слегка поднимать для размы кания цепи. Одну из наблю ­ дательных скважин с диаметром труб не менее 75 мм оборудо­ вать лимниграфом Остроумова. Установить его следует точно по центру обсадной трубы скважины и закрепить специальными винтами. При подготовке лимниграфа к работе необходимо снять барабан с часовым механизмом й наложить на него мил Рис. 29. Схема устройства центробеж ного насоса.

1 — крышка насоса с входным патрубком;

2 — корпус насоса;

3 — рабочее колесо;

'4 — сальник;

5 — вал насоса;

6 — муфта сцепления;

7 — станина насоса.

// // ^/ // /- '// / / / //// Л ////^ '////.

/i/.. у / / / м' Рис. 30;

Схема установки для опытной откачки.

1 — наконечник с электродом;

2 — рейка уровнемера;

3 —^электроуровнемер;

4 — водо­ мерный бачок;

5 — вентиль;

6 — сливная труба;

, 7 — центробежный насос;

S — электро­ мотор;

9 — всасываю1ц;

ш-^труба;

.1 (? — приемный клапан.

лиметровку, опустить в скважину поплавок и противовес, разм о­ тав при этом необходимую длину канатика с лебедки, поставить на прежнее место барабан с заведенным часовым механизмом, заполнить перо самописца специальными чернилами и путем поворачивания большого шкива подвести перо к ленте (при вра­ щении шкива канатик, соединяющий поплавок и противовес, не­ много приподнять рукой). Записать в ж урнал (табл. 14) глубину Таблица Ж ур н ал опы тной к устовой откачки М естополож ение скваж ины, основные парам етры водоносного горизон та Тип и производительность насоса.........................................................

Способ изм ерения расхода................................................................................

Емкость сосуда................................................................................................................ л.

Наличие механических взвесей при о т к а ч к е.......................................................

Дата Время П олож ение уровней в скваж инах и время Р ас­ наблю ­ П риме­ начала ход, дения, чание AjceK и конца центр ч.и м и н откачки статического уровня в скважине и время, когда перо самописца соприкоснется с лентой барабана. Глубина статического уровня в скважине определяется без извлечения поплавка. Д л я этого используется стальная рулетка с контрольной линейкой. Послед­ няя перед опусканием в скважину покрывается мелом. Глубина погружения линейки в воду определяется по границе смоченной части.

6. Смонтировать установку для откачки так, как это показано' на рис. 30. Установить насос около устья центральной скважины.

От распределительного щита к электромотору подвести питаю­ щий четырехжильный кабель. Электромотор подключить к клем­ мам рубильника, соблюдая правила по технике безопасности (см. приложение 11). О бязательно заземлить корпус электромо­ тора. Собрать всасывающий трубопровод, состоящий из прием­ ного клапана {10), трубы с коленом и флянцем (9). Подсоеди­ нить всасывающую трубу к насосу. Навернуть сливную трубу (5), снабженную вентилем, (5);

последний служит для регули­ ровки расхода насоса.

Д л я приведения насоса в действие его необходимо залить, во­ дой. Наполнение производят через заливочное отверстие, пробку из которого предварительно отворачиваю т гаечным ключом.

Если при заполнении насоса водой уровень упадет, следует из­ влечь приемный клапан насоса, проверить его и устранить, де­ фект. ', i' г.

После установки насосного агрегата можно приступать к проведению опытной откачки, осуществляя ее при заданном постоянном понижении (s = const).

П о р я д о к р а б о т ы. 1. Включить насос и, регулируя про гизводительностъ его при помощи вентиля, добиться заданного понижения уровня воды в центральной скважине. При испыта­ нии водоносного горизонта, приуроченного к мелкозернистым породам, опыт рекомендуется начинать с минимального пониже яия. Необходимо, чтобы при постоянной производительности на­ соса в процессе откачки произошла стабилизация динамического уровня в центральной и наблюдательных скважинах.

2. С момента пуска насоса в центральной и наблюдательных скважинах производить наблюдение за положением динамиче­ ского уровня через 5, 10 и 20 мин (в практике гидрогеологиче­ ских исследований нередко интервал составляет 30— 60 м ин).

Уровень измерять при помощи рулетки со стальной лентой и хло­ пушкой, электроуровнемером, или лимниграфом. Данные зам ера заносить в ж урнал (табл. 14).

3. Определить количество откачиваемой из центральной сква­ жины воды, используя для этой цели бак известной емкости или водослив. При употреблении бака наполнение его произвести '2—3 раза, взяв для расчета величины расхода среднее из полу­ ченных значений.

4. Откачку при первом понижении продолжать до стабилиза­ ции динамического уровня. Уровень считается установившимся, когда разница в его зам ерах в течение 1 ч не будет превышать 1—2 см. В производственной практике установившийся уровень выдерживается не менее 8 ч.

5. После стабилизации первого понижения регулировочным вентилем увеличить производительность насоса и перейти на следующее, второе, а затем и третье понижение. Время перехода на новые понижения записывать в ж урнале откачки.

6. В процессе откачки вести наблюдения за откачивающим агрегатом: повышением температуры подшипников, за работой насоса и электромотора. Значительное изменение производи­ тельности насоса указы вает на его неисправность (износ сальни­ к а ). При обнаружении неисправностей следует выключить элек­ тромотор, соблюдая правила техники безопасности (см. прило­ жение И ). В ж урнале откачки обязательно зафиксировать такие вынужденные остановки насоса. Во время остановок необходимо наблю дать за восстановлением динамического уровня в сква­ жине.

7. После окончания третьего, максимального, понижения сразу ж е после остановки насоса произвести наблюдение за вос­ становлением уровня в центральной скважине через интервалы в 1, 2, 3, 5, 10, 20 и 30 мин и в наблюдательных (исключая две специально выбранные) — через 10, 20 и 30 мин до полного вос­ становления уровня.

€ 8. в двух специально выбранных скваж инах провести цикл наблюдений по особой программе с целью получения данных для расчета коэффициента фильтрации при неустановившемся режиме движения воды. Скважины выбрать наиболее удаленные от центральной, расположенные на разных лучах. Зам еры уров­ ня производить в первые 15 м и н после остановки откачки к а ж ­ дую минуту, затем в течение 1 ч через каж ды е 5 м и н, а дальше интервалы наблюдений увеличить в зависимости от скорости восстановления уровня и продол­ ж ать замеры до полной стабилиза­ ции уровня.

9. В процессе откачки непосред­ ственно из струи воды, извлекаемой насосом на поверхность, отобрать пробы воды для химического анали­ за. Д л я этой цели используются чи­ стые, ополоснутые исследуемой во­ дой бутылки. Наполнять их следует не доверху, оставляя воздушное про­ странство в 10— 15 см^. Закупорива;

^ ются они корковыми или резиновы­ ми пробками, нередко — резиновыми сосками. ', Рис. 31. Граф ик зависимости При необходимости отобрать про­ дебита от понижения.

бу из скважин, уровень воды в кото­ Q — дебит в л!сек;

s — понижение рых залегает на некоторой глубине, порного ъ горизонта;

б"откачке из на­ уровня М] а — при — из грунтово­ используются пробоотборники р а з­ го горизонта;

в и гопыты.

— неправильно проведенные личных систем. Простейшие из них рассмотрены в разделе III, гл. 1, § 5.

Обработка результатов опыта. 1. Рассчитать коэффициент фильтрации в условиях установившегося движения воды по данным только одной центральной скважины (уравне^ ние (36)), по данным центральной и одной наблюдательной скважины (уравнение (37)), по данным произвольно выбранных наблюдательных скважин первого луча, расположенного парал­ лельно потоку (уравнение (3 8 )), по данным двух, произвольно выбранных наблюдательных скважин второго луча, располож ен­ ного перпендикулярно потоку (уравнение (40)).

2. Рассчитать удельный дебит центральной скважины по формуле (54) где q — удельный дебит в л!сек;

Q — дебит скважины в л/сек;

S — понижение в центральной скважине в м.

3. Составить;

а) график зависимости дебита от понижения (рис. 31), б) график зависимости расхода воды в центральной скважине и понижения уровня в центральной и наблюдательных 5 Зак. Рис. 32. Граф ик зависимости расхода и понижения от в р е­ мени.

Кривые изменения понижения в скважинах: I — центральной;

2 — первой;

3 — второй;

4 — третьей наблюдательных;

о — кривая изменения дебита (Q i— при первом, Qi - при втором, Qj — при третьем понижениях).

//'// / /?

^////// Рис. 33. Гидрогеологический р азр ез чер ез депрессионную воронку.

1—3 - наблюдательные скважины;

ч - Центральная;

/? — радиус влияния откачки.

скваж инах от времени (рис. 32), в) график восстановления уров­ ня в центральной и наблюдательных скважинах, г) гидрогеоло­ гический разрез через депрессионную воронку по двум лучам с показом конструкции скважин и графическим определением радиуса влияния (рис. 33), д) технический рисунок насосной установки, е) план опытного участка с показом развитой при третьем понижении депрессионной воронки (рис. 34), ж) схемы, лимниграфа и электроуровнемера.

4. Рассчитать коэффи­ циент фильтрации в усло­ виях неустановившегося движения воды, исполь­ зовав для этой цели д ан ­ ные восстановления уров­ ня в центральной сква­ жине и в двух специаль­ но выбранных наблю да­ тельных. Построить гра­ фики зависимости восста­ новления уровня (вместо понижения s) от времени (см. рис. 24, а) и, сняв с них необходимые пара­ метры, вычислить коэф­ фициент фильтрации по Рис. 34. План депрессионной воронки;

формуле (51).

5. В кратком отчете 1 — центральная;

о -2 гидроизогипсы.

— наблюдательные скважины;

/ описать целевое назначе­ ние кустовой откачки, устройство куста и использованное гид­ рогеологическое оборудование, методику проведенных работ, основные полученные результаты.

П р обн ы е откачки и з оди н оч н ы х ск в аж и н. Являются кратко­ временными и проводятся при одном или двух понижениях..

Д аю т ориентировочные результаты. Основываясь на них, проек­ тируются более детальные работы и, в частности, опытные кусто­ вые откачки. При проведении пробных откачек используются на­ сосы различных конструкций, в зависимости от диаметра сква­ жины и положения динамического -уровня в ней, содержания в воде механических взвесей, и т. д.

_ В водоносных горизонтах, сложенных рыхлыми породами, скважины оборудуются фильтрами. Конструкция и тип фильтра (см. рис. 13) подбираются в зависимости от механического со­ става пород, слагаю щих водоносный горизонт. Перед проведе­ нием опыта скважины подвергаются прокачке с помощью ж елон­ ки, сваба или эрлифта.

О т к а ч к а ш т а н г о в ы м н а с о с о м. Пробная откачка из оди­ ночной скважины производится однодействующим штанговым насосом (рис. 35) с приводом от качалки НК-1 (рис. 36). Насос 5* в. собранном виде на водоподъемных тру­ бах опускается в скважину. Трубы вместе с навернутым оголовком крепятся центри­ рующим хомутом качалки (9). Штанги, соединяющиеся нижним концом с порш­ нем насоса, зажимаю тся в патроне балан­ сира (7). К ачалка приводится в действие от двигателя внутреннего сгорания Л- (мощностью в Q л. с.), число оборотов двигателя 2200 об1мин. Производитель­ ность штангового насоса определяется при помощи мерного бака известной ем­ кости.

Положение статического и динамиче­ ского уровней воды в скважине изме­ ряется электроуровнемером (устройство его см. выше). При проведении откачки штанговым насосом некоторую слож ­ ность представляет нахождение динами­ ческого уровня, так как последний испы­ тывает заметные колебания, связанные с неравномерной работой насоса. Поэтому, используя электроуровнемер, измеряют величину колебания уровня, и наблюде-, ния в процессе откачки осуществляют либо по максимальному, либо по мини­ мальному положению его. Затем, при расчете коэффициента фильтрации, вво­ дят соответствующую поправку на сред­ нее значение уровня. Пробную откачку выполняют при двух понижениях уровня.

Порядок работы. 1. Включить насос, и при заданной его производитель­ ности добиться стабилизации динамиче­ ского уровня и расхода воды. Уровень считается постоянным, если при макси­ мальном и соответственно при минималь­ ном его положении колебания не ’превы­ шают 1—2 см в I ч.

2. При стабилизировавшемся уровне определить количество извлекаемой в единицу времени воды, используя для этой цели бак известной емкости.

Рис. 35. О днодейст­ 3. Провести опыт при следующем, вующ ий штанговый максимальном, понижении уровня, уста­ насос.

новив его путем увеличения хода поршня 1 — поршень с резиновыми насосного агрегата.

манжетами и верхним кла­ паном;

2 — цилиндр;

3 — 4. После окончания откачки наблю. нижний клапан.

дать за восстановлением уровня воды в скважине, отмечая его через 1, 2, 3, 5, 10 мин, а затем — через 30 м и н — 1 ч. Данные всех наблюдений записывать в ж урнал по форме (табл. 15).

Рис. 36. Схема насосной качалки НК-1.

1 — двигатель;

2 — рукоятка;

3 — редуктор;

4 — кривошипно-шатунный ме­ ханизм;

о — балансир;

6 — стойки;

7 — патрон балансира;

8 — рама;

9 — хо­ мут.

Обработка результатов опыта. 1. Рассчитать коэффициент фильтрации по формуле, выбранной в соответствии с условиями опыта. При вскрытии несовершенной скважиной н а­ порного горизонта и в случае, когда фильтр примыкает к верхне­ му водоупору, а длина его рабочей части меньше 0,3 м, исполь­ зуется формула Гиринского (36).

Таблица Ж ур н ал пробной откачки и з одиночной скваж ины М естополож ение скваж ины..........................................................................................

Основные параметры водоносного горизонта.......................................

Г лубина скваж ины, диаметр, высота п а т р у б к а..................... м Тип фильтра, его полож ение..................................................................................

Тип насоса, производительность.............................................................................

Тип двигателя к насосу..............................................................................................

С пособ измерения расхода..............................................................

С пособ изм ерения уровня..........................................................................................

Дата и Глубина Глубина Восстанов­ Время Время время' Емкость Расход статиче­ динамиче­ ление уров­ наблюде­ заполнения ;

начала и б ак а,' воды, ского ского ня после ния, бака, конца л, л \сек уровня, уровня, откачки, ч и м ая м ж сек откачки м 2. Рассчитать удельный дебит скважины по формуле (54).

3.' Составить: а) график изменения уровня и расхода воды за время откачки для каждой ступени понижения, б) график зависимости дебита от понижения, в) разрез и конструкцию скважины с показом развития депрессионной воронки, г) схема­ тические рисунки штангового насоса и качалки, д) графики восстановления уровня после откачки.

4. Составить краткий отчет, описав в нем условия откачки, использованное оборудование, полученные результаты.

О т к а ч к а и з о д и н о ч н о й п о д р у с л о в о й с к в а ж и н ы. О су­ ществляется в тех случаях, когда имеется необходимость оценить ‘ ильтрационные свойства пород, залегаю щ их под руслом реки ф или ниже какого-либо другого поверхностного водоема (напри­ мер, на участке строительства плотины, дамбы и т. д.).

В условиях учебной гидрогеологической практики ЛГУ от­ качка из подрусловой скважины производится эрлифтом. С к ва­ ж ина пробурена в озере на глубину 7,5 м ниже дна озера (рис. 37). Она оборудована сетчатым фильтром (9) длиной 3.и (рабочая часть). Д ля откачки воды используется эрлифтная ус­ тановка. Подача воздуха производится от компрессора типа 0 -I6 -A. В качестве водоподъемных применяются обсадные тру €ы (7) диаметром 75 мм, воздух поступает по трубе (5) диамет,ром 12,5 мм. Водоподъемные трубы погружаются на глубину «коло 7 м ниже устья скважин. После их опускания на заданную глубину колонна подвешивается на хомутах, и в нее погружаю т­ ся воздухопроводящие трубы, на нижнем конце которых имеется форсунка (8) — перфорированный отрезок трубы. На верхний конец воздухоподводящих труб надевается резиновый шланг для подачи воздуха от компрессора к эрлифту. Компрессор устанав­ ливается на берегу озера, устройство его видно из приведенной схемы {рис. 38). Все узлы компрессора смонтированы на реси­ вере, снабженном колесами, упором и поручнем для передви­ жения.

В качестве измерительного прибора для определения дина­ мического уровня при откачке эрлифтом используется маномет­ рическая установка, схема которой изображ ена на рис. 37. Она состоит из манометра (4), пьезометрической трубки (2), оканчивающейся воз дущньш колпаком (/ ).

К трубке подключен ручной насос (5) для вытеснения воды из воздушного колпа­ ка в момент замера уровня воды в скважине. При опре­ делении глубины динамиче­ ского уровня пьезометриче -^ Рис. 37. О ткачка из подрусловой сква- Рнс. 38. Схема устройства ком жины с помощью эрлифта. прессора.

1 — воздушный колпак;

2 — пьезометрическая I — ресивер;

2 — водомаслоотделитель;

трубка;

3 — насос для поддержания нужного 3 — регулятор давления;

i — воздушный давления в манометрической установке;

4— фильтр;

5 —нагнетательная трубка;

6 — ms нометр;

5 — воздухоподводящая труба от предохранительный клапан, компрессора;

6 — сальник;

7 — водопроводные трубы;

S — форсунка;

9 — фильтр скважины.

скую трубку опускают в скважину и снимают показания с м а­ нометра. Положение динамического уровня вычисляется по фор­ муле h=H -p, где ll — глубина динамического' уровня от устья скважины з м;

Н — глубина загрузки конца пьезометрической трубки от устья скважины;

р — давление по манометру в м вод. ст.

, П о р я д о к р а б о т ы. 1. Перед началом откачки измерить с помощью электроуровнемера статический уровень в скважине.

2. Включить в действие эрлифт, и по показаниям манометра провести наблюдения за повышением давления-'в ресивере. Мед­ ленно увеличивать давление воздушной линии эрлифтной уста­ новки, удаляя избыточный воздух специальным вентилем.

3. После проверки исправности действия эрлифта регулиро­ вочным вентилем на компрессоре установить нужный расход воздуха, обеспечивающий заданное положение динамического уровня воды в скважине.

4. Наблюдения за динамическим уровнем проводить при по­ мощи манометрической установки с интервалами в 20 мин. Уро­ вень считается постоянным, ес­ ли разница в соседних зам е­ рах, взятых через 20 мин, не превышает 1 см.

5. При стабилизации дина­ мического уровня замерить объем извлекаемой воды б а­ ком известной емкости и пе­ рейти к опыту при новом по­ нижении уровня. Все данные сводить в ж урнал, (см. при­ ложение 8).

Обработка результа­ т о в о п ы т а. 1. Расчет коэф ­ фициента фильтрации произ­ вести по формуле (41).

2. Построение графиков и составление отчета выполнить,, как при откачке штанговым Рис. 39. Схема устройства ручного насоса. насосом. Д ать схему эрлифт­ 1 — всасывающий трубопровод;

2 — рукоятка ной установки.

насоса;

5 — напорные клапаны;

— напорный Пробная откачка из шурфа.

трубопровод;

5 — поршень насоса;

6 — всасы­ вающие клапаны;

7 — металлическое кольцо.

Д л я проведения откачки ис пользуется шурф круглого сечения, стенки которого закреплены металлическим кольцом. Ф ильтрация воды в шурфе происходит через дно, имеющее плоскую поверхность. Д л я извлечения воды применяется ручной насос, схема ^ которого изображ ена на рис..39. Насос устанавливается над шурфом на специальной подставке. Забор воды из шурфа производится с помощью вса­ сывающего трубопровода.

П о р я д о к р а б о т ы. ' 1. Перед началом откачки измерить с помощью рейки с делениями положение статического уровня воды в шурфе от определенной неподвижной точки кольца.

2. Ручным насосом создать необходимое понижение (по­ рядка 0,7— 1,2 м ), которое в дальнейшем поддерживать до пол­ ной стабилизации расхода при постоянном уровне воды в шурфе.

3. Зам ерить расход воды при помощи бака известной емко­ сти, и после получения не менее шести одинаковых замеров рас­ хода с интервалом в 15 мин откачку прекратить и произвести на­ блюдение за восстановлением уровня воды в шурфе. Данные з а ­ нести в ж урнал наблюдений (см. табл. 15).

Обработка результатов опыта. 1. Рассчитать коэффициент фильтрации по формуле К-- 4 sr ’ г д е. — коэффициент фильтрации в м!сутки;

s — понижение уровня воды в шурфе в м;

г — радиус шурфа в м;

Q — устано­ вившийся расход в м^!сутки.

2. Составить: 1) график изменения количества откачиваемой воды от времени, 2) разрез шурфа с показом депрессионной во­ ронки, 3) схему устройства ручного насоса.

3. Составить краткий отчет, в котором изложить условия про­ ведения опыта и полученные результаты.

§ 2. О П Р Е Д Е Л Е Н И Е Д Е Й С Т В И Т Е Л Ь Н О Й С Р Е Д Н Е Й СКО(»ОСТИ Д В И Ж Е Н И Я П О Д ЗЕ М Н Ы Х ВОД Особенности метода. Действительная скорость движения воды связана со скоростью фильтрации уравнением где V — скорость фильтрации;

р — величина общей пористости в долях единицы. Определение действительной скорости необхо­ димо в том случае, когда имеется опасность разрушения пород, в основаниях проектируемых гидротехнических сооружений в ре­ зультате возникновения суффозии. Нахождение величины и про •изводится полевыми методами в естественной обстановке нена­ рушенного потока подземных вод или ж е в условиях искусствен­ ного увеличения градиентов и скоростей движения воды при от­ качке.

Д л я проведения опыта по определению действительной ско­ рости нужно знать направление грунтового потока. Это даст возможность правильно, с учетом движения воды выбрать н а­ блюдательные пункты и место запуска индикаторов, при помощи которых находится скорость движения воды.


При выполнении исследований в обстановке ненарушенного потока заклады ваю т­ ся специальные скважины, причем расстояние между ними при­ нимается в зависимости от водопроницаемости пород, в соответ­ ствии с данными Н. Н. Биндемана (табл. 16).' При проведении опыта в искусственных условиях во время откачки раствор индикатора запускается в ближайшую к цент­ ральной наблюдательную скважину. Индикатор вводится при 73 Таблица Р асстояния м е ж д у скваж инам и при оп р ед ел ен и и дей стви тел ьн ой скорости Расстояние между Расстояние между загрузочной и П ороды наблюдательными наблюдательными пунктами, м вы работками, м П ески, гравий, г а л е ч н и к и................. 1— 1, 3 -.М елкозернистые пески, супеси, суг­ линки, л ё с с........................................... 0,75— 1, 0,7 6 -1, установившемся режиме движения воды, лучше всего при вто­ ром или третьем понижении уровня. В качестве индикаторов применяются растворы различных красителей или электролитов.

Длительность проведения опыта по определению действи­ тельной скорости воды различна в зависимости от условий опы­ та. При исследованиях в продессе откачки создается депрессион­ ная воронка, во много раз увеличиваюш;

ая уклон зеркала воды по сравнению с естественным уклоном. Б лагодаря этому ско­ рость движения воды возрастает, и индикатор появляется в цент­ ральной скважине через несколько часов, а иногда даж е через несколько минут. В естественном потоке вероятный-момент при­ хода краски можно рассчитать, зная, что скорость движения воды при обычных уклонах (0,001—0,007) составляет в крупно­ зернистых песках и галечниках 1,5—3,0 м!с у т к и, в мелкозер­ нистых ^песках и супесях—-0,5— 1,0 м!с у т к и, в суглинках и лес сах — 0',1^—0,3 M j c y T K U. Приведенные цифры показывают, что длительность опыта в естественных условиях может достигать нескольких суток.

По данным запуска красителей или электролита могут быть рассчитаны действительная скорость движения воды, коэффи­ циент скорости и величина активной пористости.

Д л я расчета действительной скорости требуется знать время, прошедшее от момента запуска красителя или электролита в за ­ грузочную скважину до появления его в наблюдательной сква­ жине (причем учитывается максимальное содержание индика­ тора в последней), и расстояние между выработками. Скорость -определяется по формуле й = -Г, (55) где и —^действительная скорость (средняя) движения воды в г\ — расстояние между опытными выработками в м;

M jc y T K u ;

i — время прохождения индикатора между этими выработками в сутках.

Коэффициент скорости (/Со) может быть рассчитан (если опыт по запуску индикатора проведен в условиях откачки) по приближенной формуле ''И (56) -In Го) где /Со — коэффициент скорости в mJсутки;

vi — расстояние м еж ­ ду центральной и наблюдательной скважинами;

Го — радиус центральной скважины;

As — разность уровней воды в наблю ­ дательной и центральной скважинах;

t — время, в течение кото­ рого индикатор проходит между скважинами, в сутках.

Вычислив коэффициент скорости и зная напорный градиент As (/), который определяется как в любой точке ф ильтра­ ционного потока можно найти действительную скорость дви­ ж ения воды, равную произведению величины напорного гр а­ диента на коэффициент скорости.

Активная пористость (п), по данным Н. Н. Веригина (1962), рассчитывается (при установившемся режиме фильтрации в ус­ ловиях длительной откачки) по формуле «= (57) где Г[ — расстояние между центральной и наблюдательной сква­ жинами;

t — время прохождения индикатора между этими сква­ жинами;

т —-мощность пласта;

Го — радиус центральной сква­ жины;

q — расход воды, поступающей в скважину и вытекающей из нее.

О п р ед ел ен и е дей ств и тел ь н ой ск ор ости м ет о д о м за п у с к а к р аси ­ тел я. Краситель должен хорошо растворяться, двигаться с той же скоростью, что и вода, не разлагаться, не вступать во взаимо­ действие с веществами, находящимися в воде, легко обнаруж и­ ваться и быть безвредныл!. Используют эозин, красное конго, метиленовую синь и др. Наиболее часто употребляют флуорес цеин, являющийся весьма стойким красителем,,отличающийся большой инертностью, тогда как другие красители намного опережают поток воды и дают искажение скорости до 30%.

Примерные количества флуоресцеина, нео'бходимые для опыта, приведены в табл. 17.

Таблица К оличество краски для п р ов еден и я опы та по за п у с к у красителя Сухая н авеска на каж ды е 10 м длины пути в породах, г К раска трещ и нова­ закар сто ван ­ глинисты х песчаных тых ных 2— Ф луоресцеин.... 5 -2 0 2 -1 0 2 -2 Флуоресцеин трудно растворим в воде, поэтому его раство­ ряют в любой щелочи (NaQH, КОН или NH4 OH), а затем уже вливаю т в воду. Раствор флуоресцеина в отра­ женном свете имеет характерный зеленый цвет.

Д л я определения концентрации красителя в воде при осуществлении опыта употребляется флуороскоп. Это — прибор, состоящий из набора стеклянных пробирок длиной 20—50 см, в ниж­ ний конец которых вставлены пробки с зачернен­ ной поверхностью. Задняя стенка штатива, где помещены пробирки, выкрашена в белый цвет, перегородки между ними такж е белого цвета.

Нечетные пробирки флуороскопа заняты стан­ дартными растворами краски определенной кон­ центрации, например 1/10, 1/50, 1/500 и т. д.

Четные предназначаются для проб исследуемой воды. Сравнивая окраску отобранной на ана-лиз воды с окраской эталонов, определяют концен­ трацию индикатора в наблюдательном пункте.

П о р я д о к р а б о т ы. 1. Приготовить флуо­ роскоп с разной концентрацией флуоресцеина в пробирках способом, изложенным выше. В одну из пробирок поместить пробу воды из централь­ ной скважины.

2. Опустить в скважину, выбранную для опы­ та, расположенную поблизости от центральной (после установившегося режима откачки), при­ бор для запуска красителя. Прибор (рис. 40) устроен таким образом, что дает возможность выпустить индикатор на заданной, глубине — в средней части фильтра, которым оборудована Рис. 40. П рибор скважина. Д о cnj^cKa прибора в скважину сле­ для запуска к р а­ ски и раствора дует произвести контрольный замер уровня воды соли.

в ней. Необходимо, чтобы уровень, нарушенный J — тросик для опусканием прибора, полностью восстановился.

подъема стакана;

'2 — тросик для 3. При помощи тросика (2) приподнять ме­ спуска прибора;

3— металлический ста­ таллический стакан (5) и таким образом запу­ кан;

4 — груз с уплотняющим ре­ стить краситель в скважину. Время запуска от­ зиновым кольцом.

метить в журнале. Наблюдение за появлением красителя в центральной скважине (при иссле­ дованиях в' процессе откачки) совместить со всем комплексом наблюдений, производимых при откачке. Пробы воды отбирать через каж ды е 20 мин, а с момента, когда краситель дойдет до центральной скважины, интервал уменьшить до 10 мин. Наличие красителя определяется визуально по цвету откачиваемой воды.

При его появлении эту воду через указанные промежутки вре­ мени наливать в пробирки и сравнивать с цветом воды в пробир­ ках флуороскопа, помещая их в большой компаратор и просмат­ ривая сбоку или сверху.

4. Все наблюдения с точным указанием цвета воды и вре­ мени ее появления заносить в лсурнал (табл. 18). Н арастание окраски воды в центральной скважине проследить до 4—6-кратно­ го увеличения интенсивности тона, после чего опыт прекратить, Т а б л и ц а Ж урнал опы та по о п р ед ел ен и ю д ей ст в и т ел ь н о й ск ор ости д в и ж ен и я воды при откачке № опытных с к в а ж и н..................................................................................

...................г\л Способ запуска индикатора, его концентрация Состояние скваж ины до проведения опыта.......................................

Концентрация индикатора в наблю­ дательной скважине Дата начала Время Напорный Примеча­ электролит и окончания наблюдений, градиент ние ч й мин.

опыта краситель химическое электрометри­ определе­ ческое ние определение 5. При определении действительной скорости движения воды в условиях потока, не нарушенного откачкой, в вы работ­ ках, залож енных специально для этой цели, порядок работы аналогичен описанно'му. Однако из-за малых скоро'стей движ е­ ния воды наблюдения, следует производить гораздо реже. В н а­ чале опыта про'бы отбирать через 4—5 ч, в конце (за 7— 10 ч до его завершения) — через 30 и 15 мин.

О б р а б о т к а р е з у л ь т а т о в о п ы т а. 1. Рассчитать д е й ­ ствительную скорость движения воды (при заданном напорном градиенте в процессе откачки или в естественных условиях не­ нарушенного грунтового потока) по формуле (55) и коэффи­ циент скорости по формуле (56).

2. В кратком отчете описать цель и задачи опыта, использо­ ванное оборудование, методику работ и результаты опыта.

3. Построить график зависимости интенсивности окраски воды от времени.

О п р ед ел ен и е дей ств и тел ь н ой ск ор ости м ет о д о м за п у с к а эл е к ­ трол и та. В качестве индикатора употребляется концентрирован­ ный раствор какой-либо соли. На[иболее часто используют хло­ ристый натрий, хлористый калий или хлористый аммоний.

Примерная дозировка их при запуске показана в табл. 19.

Введение больших количеств концентрированного раствора соли наруш ает естественные условия движения подземных вод, что является недостатком метода и- приводит иногда к невер­ ным результатам.

Таблица Д ози р ов к а индикатора при о п р ед ел ен и и дей стви тел ьн ой скорости с пом ощ ью за п у с к а электроли та Расстояние меж ду Индикатор Вес, кг опытными вы р а­ ботками, м Хлористый н а т р и й............................................... 1 0 -1 5 2— к а л и й............................................... 5 -1 0 3 - „ ’ а м м о н и й.................................. 3 -5 2 - Наблюдение за количеством хлора, по которому судят о ско­ рости движения воды, производится химическим или электро­ метрическим.способом. В первом случае хлор определяется 2'.

Z iA in VZ гоо 150 / \ 10.0 \ О11215;


’0.Ч 53 L 7г1Z 1 \1 гг4, L 13/У I ' К/У Г2/У Время наВпшдений Рис. 41. П рибор для определения Рис. 42. Граф ик изменения, со дер ж а­ электропроводности воды. ния хлора при определении дейст Бительной средней скорости дви ж е­ 1 — разрыватель;

2 — миллиамперметр;

3 — батарея питания;

4 — электроды. ния подземных вод.

аргентометрическим методом с применением хромата калия в качестве индикатора (см. раздел П, гл. 2, § 2), во втором — увеличение количества хлора устанавливаю т с помощью при­ бора, изображенного на рис. 41. Появление хлор-иона увеличи­ вает электропроводность воды. При опускании в нее прибора электрическая цепь замкнется, и миллиамперметр покажет наличие тО'Ка. М аксимальные показания амперметра отвечают самому высокому содержанию электролита в воде и свидетель­ ствуют о заверщеиии опыта.

П о р я д о к р а б о т ы. 1. Приготовить насыщенный раствор поваренной соли. Поместить его или в специальный прибор, аналогичный таковому при проведении исследований с красите­ лем (см. рис. 40), или в марлевый мещочек. Кроме того, для введения раствора соли в скважину можно использовать сифон (резиновый ш ланг). При таком способе удобнее слёдить з а уровнем воды в скважине и регулировать подачу раствора.

2. Определить в центральной скважине количество хлора в.

воде химическим или электрометрическим методом, 3. Запустить электролит в выбранную скважину, проделав;

это так же, как указано в пункте 2 при описании опыта с краси­ телем. 'Если используется марлевый мешочек, ему необходимо' придать в скважине вертикальное движение вверх—вниз с тем, чтобы создать на всем интервале фильтра насыш,енный солью раствор. Время запуска соли отметить в ж урнале (табл. 18).

4. Наблюдения за появлением соли в центральной скважине производить или с интервалами в 20— -10 мин, если опыт осуще­ ствляется й процессе откачки, или с ш первалам я, приведенны­ ми в пункте 5 (см. предыдущий опыт), если изучается естествен­ ный поток, не нарушенный откачкой.

5. Опыт продолжать до тех пор, пока количество хлора иона, постепенно нарастающее, достигнет максимума, а затем станет снижаться (рис. 42). Хлор для контроля определять и химическим и электрометрическим методами.

6. О бработку данных производить так же, как и в предыду- щем опыте. Дополнительно построить график зависимости электропроводности воды от времени и составить схему прибо- ра для измерения электропроводности воды.

§ 3. М ЕТО Д О ПЫ ТН Ы Х Н АГНЕТАН ИЙ Особенности метода. Опытные нагнетания воды производятся с целью характеристики степени трещиноватости и водопрони­ цаемости скальных и по'лускальных пород. Д ля проведения опытов заклады ваю тся скважины диаметром не менее 76 мм (ч ащ е— 127 мм). При проходке их стремятся сохранить есте-.

ственную структуру пород. Часть ствола скважины ниже интер-^ валов опробования цементируется;

породы, расположенные выше, перекрываются обсадными трубами. В интервале опробования ствол может оставаться свободным, если стенки устойчивы;

в противном случае устанавливаю т перфорированную трубу.

Опытные нагнетания производятся в водоносные и неводо­ носные породы. Этим методом иссл-едуются пласты различной мощности и при разном гидравлическом режиме. Д л я получе- ния наиболее достоверных результатов опыты по нагнетанию, осуществляются с контролем в специально заложенной скважи-.

не. В ней при нагнетании в неводоносные породы регистрирует-, ся момент появления воды, а в водоносных пластах определяет-, ся величина напора.

Н агнетание воды в скважину выполняется методами сум-* марного и участкового опробования. Нагнетание может произ­ водиться по способу «восходящих интервалов» с последующей цементацией нижних, опробованных, или по «нисходящим интервалам», т. е. сверху вниз одновременно с проходкой скважины. Изоляция оп­ робованных участков при нагнета­ нии производится с помощью тампо­ нов. В современной практике наи­ более широко применяются тампо­ ны с резиновыми кольцами. Один из таких тампонов (УТД-1) изобра­ жен на рис. 43.* Поскольку в пределах учебного полигона отсутствуют скальные тре­ щиноватые породы, нагнетание осуществляется в скважину, стенки которой обсажены трубой диамет­ ром 108 мм, имеющей в нижней части несколько отверстий, имити­ рующих трещины скальных пород.

Таким образом, опыт носит услов-, ный характер.

Поступление воды в скважину при нагнетании должно быть равно Рис. 44. Схема порш невого насоса двой­ ного действия.

1 — коробка клапанная;

2 — крышка цилиндра;

3 — корпус насоса;

4 — колпак воздушный на­ гнетательный;

5 — пробка воздушного колпака;

6 ~ патрубок нагнетательный;

7 — клапаны на­ гнетательные;

8 — поршень;

9 — сальники;

10 — Рис. 43. Тампон с резино­ шток поршня;

— шатун;

— клапаны всасы­ вым кольцом. вающие;

13 — патрубок всасывающий.

1 — иижнее упорное кольцо;

2 'сальник;

3 — вертлюг;

4 — мано­ метр;

5 — патрубок для нагнета­ * При изоляции опробуемого интервала ния в о д ы ;

^ — внешняя колонна сверху и снизу применяются двойные там ­ труб;

7 — внутренняя колонна труб;

.8 — верхнее упорное кольцо;

9 — поны, В полускальных и глинистых поро­ резиновые кольца;

10 — нижняя дах, в скваж инах с неровными стенками муфта;

11 — натяжной винт.

используются гидравлические тампоны.

мерным и непрерывным. Этого можно достигнуть, применяя спаренные градуированные баки, заполняемые водой до нача­ л а опыта. П одается вода с помощью насосов различной про­ изводительности от 2 до 10 л!сек. При нагнетании с небольшими Рис. 45. В одосчетчик с вертикальной кры льчаткой.

I — фильтр;

2 — регулировочный кран;

3 - корпус;

i! - головка;

5 — крышка;

6 — счетный механизм;

7 — сальник;

8 — передаточный механизм;

9 — крыльчатка с соплами;

10 — трубка;

11 — ось крыльчатки;

12 — крыль­ чатка;

13 — основной шип.

расходами можно использо­ Qt вать поршневой насос двойно­ го действия с приводом от электромотора. Схема дейст^ ВИЯ такого насоса изображена на рис. 44. Расход воды мо­ ж ет быть определен по извест­ ной емкости бака или ж е с помощью водосчетчика с вер­ тикальной крыльчаткой (рис.

45).

В процессе нагнетания для контроля за правильностью проведения опыта строится Рис. 46. Г раф ик зависимости при ­ гра1фик зависимости приведен­ веденного расхода от давления.

ного расхода от давления. Под Q l — приведенный расход воды в л1лшн на 1 пог. м опробуемого интервала;

р — приведенным расходом (Qt) давление в am.

понимается расход воды на I пог. м опробуемого интерва­ ла. Такой график изображен на рис. 46. При ламинарном дви­ жении зависимость имеет прямолинейный характер (а ), причем прям ая выходит из начала координат. Турбулентный режим движения характеризуется выпуклой кривой б. Кривые типа в II г свидетельствуют о том, что опыт проведен неправильно.

. 6 Зак. 658 Расчетные уравнения по результатам нагнетания. При нагне­ тании о трещиноватости и водопроницаемости пород можно судить по удельному водопоглощению, т. е. отношению расхода:

нагнетаемой воды к _мощности опробуемого слоя при напоре, равном единице. Величина удельного водопоглощения при.

ламинарном движении определяется формулой. ( где ^ — удельное поглощение в л!м и щ Q — расход нагнетае­ мой воды в л!м и н \ /ц — длина опробуемого интервала в м;

.

Но — превышение напора при нагнетании над статическим уровнем воды в скваж ине в м.

При турбулентном реж име движения удельное водопогло щепие находится по формуле где gt — удельное водопоглощ ение в л/м и н ;

остальные обо­ значения те ж е, что в формуле (58).

Коэффициент фильтрации пород по данным нагнетания определяется довольно приближенно, так к а к ’в процессе нагне­ тания может произойти кольматация пор и трещин породы, а под действием значительных напоров может возникнуть тур­ булентный режим движения воды на участке опробуемого интервала. Кроме тото, схема движения воды в трещиноватых породах может сильно отличаться от теоретической схемы. Все это приводит к искажению истинной картины водопроницаемо­ сти пород и к занижению величины коэффициента фильтрации..

Тем ве менее ориентировочно при ламинарном движении водьь его можно найти по формуле / = 0,525 ( 'О где К — коэффициент фильтрации в м /сут ка;

q — удельное:

поглощ ение в AjMuu\ г о — радиус скважины в м.

В случае турбулентного режима (что устанавливается по графику зависимости приведенного расхода от давления) коэф ­ фициент фильтрации рассчитывается по формуле /С, = 0,229 ( где K t — коэффициент фильтрации. в MjcymKU;

Гд — радиус скважины в м\ I — мощность активной зоны в м, которая в случае располож ения опробуемого интервала в средней части:

водоносного пласта определяется как ^= -/о + 1,5//о, а для верхней или нижней части пласта — как / = 4 0,9 где /о — длина опробуемого интервала, превышение напора, над статическим уровнем воды в скважине.

« Н. Н. Веригин (1962) рекомендует при нагнетании в водонос­ ные породы использовать расчетные формулы, выведенные для откачек, с заменой понижения (s) на повышение напора при нагнетании, взятое с обратным знаком (—s). Веригин приводит расчетные формулы для определения коэффициента фильтрации (К) и трещиноватости (п) для условий с постоянным расходом или с постоянным давлением на забое. При расчете учитывается совершенство или несовершенство скважин, используемых для нагнетания. В пластах мощностью до 5—7 м рекомендуется производить нагнетание в совершенные скважины. При мощно­ сти пласта более 7 м целесообразнее осуществлять опыт при частичном вскрытии пласта (несовершенные скваж ины ).

Нагнетание в скважину. П о д г о т о в к а о п ы т а. 1. Смо'Нти ровать установку для нагнетания по схеме, изображенной на рис. 47. С этой целью произвести монтаж водоподводящей системы. Подключить к насосу (5) всасывающий рукав (5) для подачи воды на нагнетание из ш урфа (8). Вода не должна содержать механических примесей во избежание кольм атаж а стенок скважины. К напорному рукаву насоса (4) присоединить дюймовую водопроводную трубу (/0) и протянуть ее почти до самой скважины на расстояние 2—3 м от устья. К этой линии подключить сбросной вентиль (5) для сброса излишков воды из напорной системы. З а вентилем, в 1— 1,5 м от него, устано­ вить крыльчатый водомер ( / / ), предварительно проверив чистоту предохранительной сетки в нем. Водомер необходимо поставить горизонтально и таким образом, чтобы стрелка, имеющаяся на его корпусе, совпала с направлением движения воды по напорному трубопроводу. З а водомером установить манометр (12), а затем трубопровод с перекрывающим венти­ лем (13) протянуть к оголовку тампона (15).

2. Перед установкой тампона в скважину очистить ее от ш лама с помощью желонки или промывки чистой водой через шланг. Затем измерить рулеткой положение статического уров­ ня воды в скважине и опустить в нее тампон.

3. Проверить герметичность тампона путем кратковремен­ ного нагнетания воды в скважину. Д л я этого привести в дей­ ствие насос (5) при открытом вентиле (5) на напорном трубо­ проводе, После того как из вентиля появится вода, закрыть его и заполнить скважину водой, нагнетая ее до тех пор, пока она не покажется из отверстия трехходового крана. Затем вновь открыть сбросной вентиль и, регулируя его, установить по манометру (14) давление около 2— 3 ат. Такое давление выдер­ живать в течение 15—30 мин, все время измеряя водомерной линейкой или электроуровиемером положение уровня воды в кольцевом пространстве м еж ду стенкой скважины и внешней колонной труб тампона. Если при испытании уровень будет постоянным, можно считать установку подготовленной к прове­ дению опыта.

6* Опытное нагнетание производится при трех ступенях д авле­ ния в 5, 10 и 15 м вод. ст., что в показаниях манометра выразится в 0,5;

1 и 1,5 ат. Заданное давление устанавливается и поддер­ живается в течение всего опыта с помощью сбросного венти­ л я (5). Д обиваясь нужного давления, необходимо учитывать, что в процессе нагнетания возникает добавочное давление, р ав­ ное высоте столба воды от статического уровня в скважине до манометра, установленного на оголовке тампона. Это давление затем учитывается при расчетах.

Р и с. 47. О бщ ий вид 'установки при производстве опытных нагнетаний.

1 — водоотводящий лоток;

Z — сбросная труба;

3 — вентиль сбросной;

4 — напорный рукав насоса;

5 — насос;

6 — электродвигатель;

7 — насосный агре­ гат и водопроводная линия, подающая к скважине воду;

S — приямок для во­ ды;

9 — рукав насоса всасывающий;

10 — патрубок распределительного ус­ тройства, подводящий воду;

11 — водомер;

12 — манометр;

13 — перекры­ вающий вентиль;

14 — манометр, показывающий давление в опробуемом интервале скважины;

15 — головка тампона;

16 - тренога;

17 — блок;

18 — канат;

19^— лебедка копровая;

20 — трубы и штанги колонн тампона.

П о р я д о к р а б о т ы. 1. Начинать нагнетание с минималь­ ного давления. Подачу воды в скважину продолжать до стаби­ лизации расхода, который следует измерять при помощи водо­ мера ( / / ) через каж ды е 10 мин. Периодически проверять гер­ метичность тампона (см. проверку герметичности в начале р а ­ бот) и измерять давление манометрами 12 и 14. В ж урнал зано­ сятся показания манометра 14. Постоянным считать расход, не меняющийся в течение \ ч.

2. Перейти на следующую, вторую, а затем и третью ступе­ ни давления, осуществляя переход при помощи сбросного вен­ тиля, который необходимо для этой цели медленно прикрывать, пока не будет достигнуто нужное новое давление. Установив его, повторить опыт в соответствии с изложенным в пункте 1.

3. Получив данные по величине приведенного расхода при всех трех ступенях давления, построить график зависимости этих величин (см. рис. 46) для контроля правильности опыта по нагнетанию. Если линия, отраж аю щ ая зависимость приве­ денного расхода от давления, окажется кривой, обращенной выпуклостью к оси абсцисс, это свидетельствует о неправильно­ сти опыта. Тогда его нужно повторить на последней, максималь­ ной, ступени давления (в некоторых случаях — на второй и пер­ вой ступенях), дО'биваясь верных результатов.

Т а б л и ц а Ж ур н ал опы тного нагнетания в ск в а ж и н у М естополож ение скваж ины, кр аткая характеристика пород.....

Глубина и диам етр скваж ины.............................................................................м Тип т а м п о н а...............................................................................................................

Тип н а с о с а....................................................................................................................

Источник нагнетания в о д ы.......................................................................

Т е м п е р а т у р а............................................................................................................°С П олож ение уровня воды в скваж ине........................................................... м П ревы ш ение манометра над статическим у р о в н е м.................................м Величина расхода, AjMUH Время взятия Величина давле­ П римечание ния на манометре зам ера приведен­ общ его ного 4. После окончания опытного нагнетания снять с оголовка тампона манометр с краном, и с помощью электроуровнемера через 5— 10—20 и далее через каж дые 30 мин провести наблю­ дения за восстановлением уровня воды в скважине.

5. При необходимости изучать водопоглощение и коэффи­ циент фильтрации пород по разрезу скважины в других интер­ валах переставить тампон на н овы й. интервал и произвести его опробование в соответствии с пунктами 1, 2, 3, 4. В случае, если такого изучения не требуется, всю установку демонтиро­ вать, тампон извлечь на поверхность.

6. Все наблюдения в процессе опытного нагнетания сводить в журнал (табл. 20). Замерить температуру воды в начале и конце опыта.

О б р а б о т к а р е з у л ь т а т о в о п ы т а. 1. Рассчитать по формулам (58) или (59) величину удельного поглощения, по формулам (60) или (61) — коэффициент фильтрации.

2. Составить: 1).график зависимости приведенного расхода от давления (пример на рис. 46), 2) хронологический график приведенного расхода на трех ступенях давления, 3) схему опытной установки для нагнетания, 4) схему конструкции там ­ пона, 5) схемы конструкций насоса, водомера.

3. Составить краткий отчет, в котором описать. оборудова­ ние опытного узла, порядок работы и полученные результаты.

§ 4. М ЕТО Д О П Ы ТН Ы Х Н АЛИВОВ В С КВ А Ж И Н Ы Особенности метода и расчет результатов. Опытные наливы в скважины производятся с целью определения водопроницае­ мости пород как в зоне аэрации, так и в зоне насыщения в пре­ делах водоносного горизонта. Д л я проведения опыта исподь зуются специально пробуренные, оборудованные фильтрами скважины. При наливе уровень воды в них находится ниже устья скважины, вследствие чего давление на устье равняется атмосферному (в отличие от опытных нагнетаний). Созданньш в скважине динамический уровень путем непрерывной подачи воды поддерживается постоянным. Н алив продолжается до стабилизации расхода при заданном динамическом уровне.

При определении водопроницаемости пород зоны насыщения налив воды в скважину, как и при откачках, осуществляется в напорные или в безнапорные водоносные горизонты, в совер­ шенные или несовершенные выработки, в одиночные скважины или с использованием наблюдательных. Мощность опробуемого пласта может иметь малые размеры или быть практически не­ ограниченной, если исследуемая часть пласта невелика, по срав­ нению с общей мощностью всего водоносного горизонта.

Н алив воды в водоносные породы можно легко заменить откачкой. Установлено, что для зоны насыщения налив целе­ сообразно применять лишь при низкой проницаемости пород, при расходовании малых количеств воды. При наливе воды в скважину, вскрывшую водоносный, горизонт, образуется обрат­ ная депрессионная воронка — воронка растекания (рис. 48).

Радиус ее зависит от водопроницаемости пород, длительности налива и условий проведения опыта.

Расчетные уравнения для обработки результатов налива в скважины в зоне насыщения различны для напорного и без­ напорного горизонтов, совершенных и несовершенных вы рабо­ ток, а такж е зависят от ряда других параметров (наличия или отсутствия наблюдательных скважин, соотношения динамиче­ ского уровня и положения зеркала воды и т. д.). Ниж е приве­ дены некоторые уравнения, которые наиболее часто используют­ ся Б практике гидрогеологических работ.

при опробовании напорного водоносного горизонта, вскры­ того совершенной одиночной скважиной, н при условии, что динамический уровень незначительно превышает пьезометриче­ скую поверхность пласта, коэффициент фильтрации вычисляется по формуле Дюпюи 0,3 6 6 Q lg -:^ Го (62) К-- yWso где Q — установившийся рас­ ход воды, поглощаемой сква­ жиной в период налива;

R — радиус воронки растекания;

o — превышение уровня воды S в скважине над естественным пьезометрическим уровнем;

М — мощность пласта;

Го— р а ­ диус опытной скважины.

При наливе в совершенную скважину, вскрывающую без­ напорный водоносный гори­ зонт (см. рис. 48), и при усло­ вии, что движение воды яв ляется ламинарным, т. е. под­ чиняется закону Д арси, коэф ­ фициент фильтрации может быть найден по формуле.

0,733 Q lg А (63) К - Рис. 48. У становка О строум ова для опытного налива в скваж ину где R — радиус воронки рас­ Б зоне насы щ ения.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 7 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.