Стационарный режим опытно-эксплуатационной откачки (ОЭО) (стр. 1 из 2)
Р.С. Шенгелов
Пока будем говорить об одной разведочно-эксплуатационной скважине. По данным стабилизировавшейся опытно-эксплуатационной откачки имеем уже неизменную удельную срезку:
Казалось бы, теперь можно дать прогноз понижения в водозаборе при заявленном дебите:
Однако, для этого нужно быть уверенным, что величина
не зависит от дебита, т.е. сохранит свое значение при 
, который чаще всего больше опытного (хотя и необязательно). В каких условиях этого можно ожидать ?- если от дебита (т.е. и от понижения) не зависят параметры водоносной системы и характер действия граничных условий. Например, стационар в Звенигороде:
Видно, что при "устойчивых"
величина 
не должна меняться при любых дебитах. Но ведь при увеличении дебита воронка углубляется и расширяется - следовательно, в нее попадут новые элементы опробуемой водоносной системы, которые окажут свое влияние на характер связи понижения и дебита (например, зоны с существенно отличными параметрами проводимости или перетекания).Поэтому ОЭО проводится в несколько "ступеней", т.е. при нескольких значениях дебита; затем строится ИНДИКАТОРНАЯ КРИВАЯ или "КРИВАЯ ДЕБИТА" - график в координатах
.Если удельная срезка
действительно = 
, то связь 
и 
линейная, график является ПРЯМОЙ линией (рис. 1).  |
| Рис. 1 |
Сколько нужно "ступеней" для подтверждения линейности связи
? Строго говоря, достаточно двух, т.к. формально существует точка = 0 при = 0. На практике предпочитают провести все же три ступени.Однако, в реальных условиях связь
часто НЕЛИНЕЙНА, причем обычно возрастает с ростом (кривая имеет выпуклость вверх). Генетические причины нелинейности кривой дебита разнообразны.БЕЗНАПОРНЫЕ ПОТОКИ : проводимость зависит от мощности (глубины) потока
. Поэтому, чем больше дебит опробования, тем больше понижение - тем меньше 
и, следовательно, тем меньше проводимость 
. Для таких условий возможно аналитическое описание формы кривой дебита. Общий вид связи и для стационарных радиальных потоков: 
,где
- радиальная координата точки наблюдения, 
- "радиус питания" (при 
).Соответственно понижение в работающей скважине
.Аналитический вид выражения для
зависит от конкретной расчетной схемы - например, при работе скважины на расстоянии 
от уреза несовершенной реки (с параметром сопротивления ложа 
) 
.Для условий безнапорного потока следует принимать
(рис.2), откуда 
.Так как
то 
Отсюда: Q =
Sс - 
Sс2 = 
Sс - 
Sс2. Это уравнение параболы в координатах (рис. 3).  | |
| Рис. 1. | Рис. 2. |
Для использования такой кривой в целях прогноза (определение ожидаемого
при расчетном эксплуатационном дебите ) нужно ее экстраполировать, следовательно, нужно определить ее КОЭФФИЦИЕНТЫ. Это можно сделать путем обычного регрессионного анализа, но для этого нужно бы иметь побольше экспериментальных точек - малореально, так как дорого и хлопотно.Можно применить линейную анаморфозу в виде
.Что такое
? Это удельный дебит 
(величина, обратная удельной срезке).Итак, если причиной нелинейности кривой дебита является именно зависимость проводимости от понижения в безнапорных потоках, то в координатах
должен получаться линейный график (рис.4). Это важнейший диагностический признак!Сколько нужно ступеней дебита, чтобы подтвердить линейность этого графика? Три, так как есть неизвестный свободный член.
Проведя минимум три ступени откачки с разными дебитами, получаем возможность определить прямо с графика коэффициенты прямой
и . После этого для прогноза понижения при заявленном дебите решаем квадратное уравнение: 
относительно
и сравниваем его с допустимым.  |
| Рис. 4 |
Другая распространенная причина нелинейности индикаторного графика - возникновение явлений ТУРБУЛЕНТНОСТИ в прискважинной зоне; при этом возникают дополнительные потери напора, величина которых зависит от дебита.
Пример, показывающий высокую действительную скорость при входе подземных вод в ствол скважины - учебная откачка на Звенигородском полигоне:
- Дебит Q = 40 л/с ≈ 3500 куб.м/сут
- Радиус фильтрового интервала rф = 0.15 м
- Длина рабочей части фильтра lф ≈ 15 м
- Площадь боковой поверхности рабочей части Fф = 2p rфlф ≈ 14 кв.м
- Скорость фильтрации на боковой поверхности vф = Q / Fф = 3500 / 14 ≈ 250 м/сут
- Действительная скорость на боковой поверхности (при активной трещиноватости порядка nакт ≈ 3-5%):
uф = vф/nакт ≈ 5000-8300 м/сут ≈ 6-10 см/сек !
Это огромная скорость для подземных вод. Прямым следствием является постоянно наблюдаемый при учебных откачках вынос тонкой карбонатной взвеси в откачиваемой воде; расчетный радиус центральной скважины уже сейчас превышает фактический радиус бурения. На другом учебном кусте несколько лет назад вышла из строя центральная скважина в связи с осадкой технической обсадной колонны; расчетный радиус этой скважины по последним оценкам составлял около 5 м (!), что свидетельствует о значительном суффозионном выносе и, возможно, расширении трещин и карстовых каверн в прискважинной зоне.
Возможность подобного рода негативных последствий при чрезмерно высоких скоростях входа воды в ствол скважин служит основанием для ограничения допустимой нагрузки на одну скважину, которая специально обосновывается с учетом строения водовмещающих отложений.