Нестационарный режим опытно-эксплуатационной откачки (ОЭО)

Р.С. Шенгелов

Комбинированный метод, гидравлический с элементами гидродинамического подхода.

Если "питающие" гидрогеодинамические границы в области месторождения обладают большим сопротивлением (далеко расположены или слишком несовершенны), то ОЭО придется завершить при нестационарном режиме.

Удельная срезка при нестационарном режиме ОЭО постепенно возрастает. Понятно, что при длительной эксплуатации срезка вырастет еще больше - мы вынуждены считать, что нестационар будет сохраняться на весь период эксплуатации, так как опытным путем не подтверждается возможность стабилизации. Поэтому расчеты водозабора нужно выполнять для некоторого неизвестного прогнозного значения удельной срезки :

 

Как определить  (- прогнозная срезка; - опытная срезка; - приращение срезки за время ).

Для определения нужно два условия:

За время ОЭО должен установиться некоторый УСТОЙЧИВЫЙ, ЗАКОНОМЕРНЫЙ темп снижения уровня во времени.

Предполагается, что этот ТЕМП СОХРАНИТСЯ на весь оставшийся период эксплуатации . 

А как ФАКТИЧЕСКИ может повести себя уровень при эксплуатации?

а) может в действительности сохранять сложившийся темп;

б) может постепенно замедляться и даже стабилизироваться за счет проявления удаленных питающих границ;

в) может возрастать за счет проявления далеких слабопроницаемых границ или балансовой ограниченности питающих границ. Это крайне неприятный случай !

 Как технически выполняется прогноз? Стараются найти такую координату времени, чтобы график  имел линейный характер. Например, в однородных пластах существует линейная зависимость  (рис. 1). Такая же картина наблюдается и в хаотически-неоднородных пластах - установившийся темп снижения отвечает некоторой "обобщенной" проводимости в области депрессии.

Рис. 1.

 Можно, например, доказать, что линейный характер снижения уровня в логарифмическом масштабе времени существует и в случае непроницаемой границы на расстоянии  от эксплуатационной скважины ("полуограниченный" пласт).

Использование приема зеркальных отражений должно быть известно студентам из курса "Гидрогеодинамика". В данной ситуации применяется зеркальное отражение скважины с тем же (по величине и знаку) дебитом относительно непроницаемого граничного контура, что обеспечивает сохранение на нем условия нулевого трансграничного расхода  (нулевой градиент напора по нормали к границе в силу симметрии реальной и отраженной депрессионных воронок). Понижение в реальной скважине рассчитывается по принципу сложений решений:

 

т.е. сохраняется линейная зависимость понижения от логарифма времени, но угловой коэффициент прямой в 2 раза больше (рис. 2).

Рис. 2.

Понятно, что в этом случае длительность ОЭО должна быть значительно больше, чем t0, чтобы достаточно хорошо проявился возросший темп снижения, отвечающий влиянию границы.

Другой пример: полосообразный пласт с непроницаемыми границами в плане - например, полоса аллювия в речной долине, вложенная в относительно слабопроницаемые коренные отложения. Аналитическое описание для такой схемы (при "среднем" положении водозабора в полосе (рис.3):

,

что отвечает линейной зависимости вида

(студентам полезно самостоятельно выписать выражения для свободного члена и углового коэффициента в этой зависимости).

Рис. 3

 Еще пример: замкнутый пласт с непрoницаемой границей ( условно "пласт- круг"). Аналитическое описание:

 

Линейная зависимость фиксируется в координате "чистого" времени (рис. 4):

.

Рис.4

 Главный вывод из приведенных примеров: для успешной экстраполяции графика изменения удельной срезки во времени необходимо достаточно хорошо изучить гидрогеологические условия месторождения, чтобы ясно понимать, какие границы будут определять генеральный темп снижения.

Таким образом, рассмотрев возможности применения гидравлического метода (как в стационарной, так и в нестационарной постановке ОЭО) мы пришли к тому, с чего начинали - хотели закрыть глаза на сложные условия и изучить их "обобщенно", с помощью интегральной количественной характеристики ; однако, получается, что все равно нужно очень серьезно заниматься изучением (количественным!) неоднородности строения пласта, границ с их параметрами и всех других элементов фильтрационной схемы, так как нужно ОТВЕТСТВЕННО идти на экстраполяцию: либо по дебитам (кривые ), либо по времени (графики ).

В заключение - еще одна модификация гидравлического метода: МЕТОД ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОЙ АНАЛОГИИ (подобия).

Смысл его - в переносе фактически наблюдаемых количественных характеристик на водозаборе-аналоге на изучаемый (перспективный) участок. Такой прием полезен для предварительной оценки эксплуатационных возможностей участка на ранних стадиях работ или для "не ответственных" объектов.

Основная проблема, которой следует уделить должное внимание - доказательство аналогии (общие гидрогеологические условия, распределение и величины параметров, тип граничных условий и т.д.). Далее используется принцип пропорциональности.

1. Если, например, на аналоге работает ряд скважин длиной  с суммарным дебитом , то на перспективном участке можно получить (при проектируемой длине ряда ):

,

где - линейный модуль эксплуатационных запасов, т.е. удельный (с единицы длины ряда) расход водоотбора.

2. Если использовать какую-то характерную площадь  (напр., площадь воронки, площадь локальной гидрогеологической структуры и т.п.):

,

где  - площадной модуль эксплуатационных запасов.

В качестве аналога может быть использовано и ранее детально разведанное, но не освоенное месторождение. Если аналогия неполная, то можно ввести корректирующие коэффициенты - например, корректура по различиям в проводимости:

.