Балансовый метод оценки ЭЗ (стр. 1 из 2)

Р.С. Штенгелов

Принципиальный смысл и формальный механизм его применения - раздельная оценка всех потенциальных составляющих баланса водоотбора: в первую очередь, естественных запасов и естественных ресурсов, а при наличии общих гидрогеологических предпосылок - и привлекаемых ресурсов. Они оцениваются в целом для месторождения (или другой расчетной площади), без определения той водозаборной системы, с помощью которой они могут быть извлечены. Таким образом, по сути это - "потенциальные" ЭЗ; система их отбора должна рассчитываться особо, какими-либо другими способами, которые мы рассмотрим позже.

Возникает вопрос - а для чего же нужен такой "неполноценный" метод ?

- Во-первых, он вполне успешно может быть применен для региональных оценок ЭЗ,

- Во-вторых, он очень продуктивен на ранних стадиях работ на месторождениях (поиски и оценка) для предварительной общей оценки потенциальных эксплуатационных возможностей, т.к. позволяет сравнить их с заявленной потребностью и решить, не нужно ли искать дополнительные площади.

- Наконец, следует добавить, что во всех случаях балансовый контроль, балансовое "сопровождение" любых гидрогеологических расчетов при оценке ЭЗ чрезвычайно полезны и даже необходимы во избежание формальных ошибок и грубых промахов.

Оценка естественных запасов

Вспомним, что это объем воды, содержащейся в эксплуатируемом пласте в некоторой расчетной области (площадью

).

Рассмотрим в общем случае межпластовый водоносный горизонт, обладающий избыточным напором над кровлей

(рис. 1).

Рис. 1. К оценке емкостных и упругих естественных запасов

Очевидно, что полное количество УПРУГИХ запасов можно получить при полной сработке избыточного напора до кровли пласта по всей расчетной площади:

При дальнейшем полном осушении пласта можно дополнительно получить ЕМКОСТНЫЕ запасы в количестве:

Следовательно, в целом полные естественные запасы составляют:

Если пласт ненапорный, то упругого слагаемого в этой формуле нет, только емкостная (гравитационная) составляющая

Это - потенциальные естественные запасы водоносного горизонта; реально же при водоотборе будет использована только некоторая их часть

, так как:

- понижение уровня всегда ограничивается тем или иным допустимым значением, т.е. вместо

надо использовать ;

- сама форма воронки имеет вид отнюдь не чемодана, поэтому среднее понижение по всей области депрессии заметно меньше, чем

.

На практике для балансовых оценок применяют коэффициент использования (извлечения):

, при этом обычно считают ≈ 0.3 ÷ 0.5.

Более точно: принять какое-то среднее понижение уровня в пределах воронки; тогда

где - радиус воронки. Приближенно можно доказать, что при понижении в скважине и ее радиусе среднее понижение на площади депрессионной воронки составляет:

Поскольку обычно

×10^2-3 м, ×10^(-1) м, то ≈ 3 - 4, откуда

.

Таким образом, при сосредоточенном водоотборе реальная величина коэффициента использования естественных запасов составляет от 0.1 - 0.15 (для напорных условий, где

) до 0.05 - 0.1 (для грунтовых горизонтов, ).

Как добиться увеличения

? Максимально возможным рассредоточением водозабора по площади.

Итак, для балансовой оценки потенциальных естественных запасов месторождения нужно:

- оценить характер водоотдачи в пределах ожидаемой величины понижений, исходя из условий залегания водоносного горизонта и возможной глубины депрессионной воронки;

- задаться значениями

Из этих величин параметром является водоотдача; оценивается обычно трудно и ненадежно:

- лабораторные методы: точечные определения, невысокая достоверность экстраполяции и интерполяции на больших площадях месторождений;

- откачки (кустовые!): определяется уровне(пьезо)проводность; обычно получаются заниженные величины емкостных оценок, так как из-за "разнокалиберности" порово-трещинного пространства реальная величина водоотдачи проявляется значительно дольше обычной длительности опытных опробований;

- режимные наблюдения: в принципе лучше, так как наблюдаются и обрабатываются длительные периоды относительно медленного природного нестационарного режима.

Напомнить: в курсе "Гидрогеодинамика" рассматривались вопросы оценки гидрогеодинамических параметров (включая водоотдачу) по данным опытно-фильтрационных (режимных) наблюдений с использованием классической методики Г.Н.Каменского - решение конечно-разностного уравнения фильтрации.

Рис. 2. К обоснованию методики оценки водоотдачи по данным режимных наблюдений на створе скважин в линейном потоке

ПЕРИОД для расчета - "независимый спад", т.е. пoлное отсутствие питания (истощение горизонта)

СТВОР из 3-х скважин по линии тока (при квазилинейной структуре потока - рис. 2.2) или "конверт" из 5-и скважин, если поток существенно плановый

Баланс расчетного блока 2

Приток :

- расход из блока 1 (

)

- уменьшение количества воды в блоке на величину

за время ( в связи со спадом уровня от до )

Отток : - расход в блок 3 (

)

Балансовое уравнение блока 2

Отсюда :

Как определить

? Используется закон Дарси для линейного потока шириной по фронту 1 м:

Наверняка возник вопрос: на какой момент времени брать

- ведь они меняются за период ? Скорее всего, средние значения за расчетный период - например, напор для блока 2: .

Очевидные недостатки этого метода, заметно осложняющие его практическое применение:

- Водоотдача вычисляется из невязки расходов, а она, как правило, невелика, поэтому результат очень чувствителен к погрешностям задания значений

, которые, увы, обычно велики. За счет этого могут получаться даже абсурдные результаты - отрицательные или огромные значения .

- Вообще, этот метод применим, как правило, лишь в случае безнапорных потоков (гравитационная, т.е. большая, величина водоотдачи); в случае упругого режима (напорные потоки) очень мала

.

- Наконец, необходима уверенность в отсутствии питания - иначе балансовое уравнение неверно.

Чтобы уверенно выделить периоды именно "независимого спада", проводят специальный анализ режимных наблюдений (рис. 2.3), основанный на использовании уравнения Майе-Буссинеска для периода спада уровня: