Бурение скважин | Технология | Цены | Фото и видео | Техническая литература
    
   

Оценка эксплуатационных запасов методом математического моделирования
 






Техническая литература



Станок для бурения БУР-50:
Бурение скважин
  Оценка эксплуатационных запасов методом математического моделирования

Общие замечания и этапы исследований. Выше отмечалось, что не всегда удается произвести оценку эксплуатационных запасов подземных вод аналитическими расчетами, особенно если это необходимо выполнить для месторождений, имеющих сложные гидрогеологические условия. В связи с этим в практике оценка эксплуатационных запасов для таких месторождений выполняется методом математического моделирования на аналоговых (АВМ) и цифровых машинах (ЭВМ).

В общем комплексе гидрогеологических исследований методы математического моделирования имеют очень большое значение. Л. Лукнер и В. М. Шестаков [18] в этом отношении справедливо отмечают, что физико-математическое моделирование на современных машинах следует рассматривать «.. .как один из важнейших научных методов познания...» сложных гидрогеологических процессов.

Теоретические основы и методы математического моделирования для прогнозной оценки гидрегеологических процессов, в том числе и для прогнозной оценки ресурсов подземных вод, рассматриваются в курсе «Динамика подземных вод». Учитывая это обстоятельство, целесообразно в данном разделе рассмотреть особенности применения методов математического моделирования для оценки разведанных запасов. Методы математического моделирования для решения гидрогеологических задач могут быть выполнены: а) на аналоговых машинах, основанных на электрогидродинамической аналогии; модель в этом случае может быть создана из сплошных сред или дискретных токопроводящих элементов; б) на электронно- цифровых машинах с помощью численного моделирования с использованием, в том числе, гибридных систем (типа Сатурн-2), представляющих "собой автоматизированные сеточные модели, управляемые с помощью ЭЦВМ.

Преимущество аналогового моделирования гидрогеологических процессов, как справедливо отмечается в публикациях, состоит в том, что в процессе исследований осуществляется непосредственный контакт дополнителя с машиной на любом этапе моделирования. Наряду с этим необходимо учесть, что моделирование на ABM-—весьма трудоемкий процесс. Численное моделирование гидрогеологических задач на АЦВМ, по сравнению с АВМ, имеет существенное преимущество, и прежде всего, в том, что весь процесс моделирования, полностью автоматизирован— позволяет оперативно решать различные варианты задач, а также нестационарные задачи ео сложными граничными условиями, автоматизировать выдачу результатов решения задач, строить различные графики и др.

В настоящее время внедрение численного моделирования сдерживается отсутствием необходимых комплексных универсальных программ. В будущем применение ЭЦВМ в практике разведочной гидрогеологии, как Наиболее прогрессивного направления может получить широкое применение. В настоящее время в практике разведочной гидрогеологии метод математического моделирования применяется в двух основных направлениях: а) с целью обоснования рациональных способов разведки месторождений так называемое поисково- разведочное моделирование; б) с целью оценки эксплуатационных запасов подземных вод.

Первое направление' исследований проводится обычно при изучении месторождений подземных вод, имеющих очень сложные гидрогеологические условия. Поисково-разведочное моделирование по своему содержанию можно рассматривать как наиболее эффективный способ проектирования большого комплекса гидрогеологических работпо разведке объекта; оно позволяет обосновать по площади месторождения наиболее рациональное размещение объемов буровых и опытно-фильтрационных работ, основные методические положения в их проведении, а также предварительно оценить прогнозные запасы подземных вод.'Поисково-разведочное моделирование применяется на практике как по площади конкретных месторождений подземных' вод, так и в региональном плане^ по площади, например, артезианского бассейна. Наиболее существенным является исследование на модели, позволяющее уточнить граничные условия фильтрационного потока в плане и разрезе, гидрогеологические параметры продуктивного пласта, а затем оценить эксплуата- > ционные запасы подземных вод.

Исследования гидрогеологических процессов методом математического моделирования проводятся в несколько этапов. Первый этап предусматривает целенаправленное обобщение и анализ всей имеющейся по району месторождения подземных вод исходной геологической, гидрологической и гидрогеологической информации с целью составления ряда специализированных карт, отражающих общие условия и особенности формирования подземных вод. Перечень и содержание обобщающих гидрогеологических материалов приводится ниже.

Второй этап — наиболее важный, предусматривает составление расчетной схемы месторождения путем преобразования природных гидрогеологических условий объекта. При этом учитываются следующие принципы схематизации природных условий: принцип упрощения структуры фильтрационного потока путем сведения реальной пространственной фильтрации к более простой плановой или линейной; принцип осреднения значений гидрогеологических параметров продуктивного горизонта и учет закономерностей их изменения по площади; принцип упрощения строения водоносных толщ месторождения по вертикали — сведение многослойной структуры по гидрогеологическим признакам в одно- или двухслойную систему; принцип схематизации граничных условий в плане — замена криволинейных функций ступенчатыми графиками и др. Третий этап — построение на базе обобщенных гидрогеологических материалов и расчетной схемы эквивалентной электрической модели на АВМ. Четвертый этап — предварительные исследования непосредственно на модели путем решения так называемых обратных задач с целью уточнения гидрогеологических параметров пласта, а также граничных условий изучаемого объекта.

Пятый этап — решение прямых задач — исследования на модели вариантных задач с целью прогнозной оценки эксплуатационных запасов подземных вод на разведочном участке или бассейне в целом с последующей их категоризацией.

Перечень и содержание гидрогеологических материалов, необходимых для моделирования. Метод математического моделирования для решения задач разведочной гидрогеологии предъявляет соответствующие требования к содержанию и необходимому объему гидрогеологической информации, которая, как правило, подготавливается в систематизированном и обобщенном виде. С другой стороны, этот метод своими требованиями оказывает свое влияние на содержание полевых и камеральных гидрогеологических работ. Основные требования к исходной гидрогеологической информации по существу определяются методикой и технологией моделирования на АВМ и ЭЦВМ. Главные задачи сбора, обобщения, систематизации и анализа исходной гидрогеологической информации состоят в том, чтобы четко охарактеризовать для объекта условия формирования подземных вод, начальные и граничные условия фильтрационного потока в плане и разрезе, фильтрационные свойства водовмещающих и разделяющих пород, формирование режима подземных и поверхностных вод, обосновать составление расчетной схемы, а также построение математической модели.

Составление карты изученности и фактического материала объекта исследований путем систематизации геологической, гидрологической и гидрогеологической исходной информации. На карте изученности должны найти отражение основные факторы,, определяющие условия формирования подземных вод: геолого- структурные элементы (в том числе тектонические нарушения);

гидрологическая сеть района месторождения (реки, озера, водохранилища, ирригационные и транспортные каналы); гидрогеологические факторы, отражающие условия залегания и распространения подземных вод: буровые скважины, шахтные колодцы, родники, действующие водозаборные сооружения и осушительные устройства, горные выработки и т. д.

Специализированные гидрогеологические карты включают: а) карты гидроизогипс или гидроизопьез, отражающие структуру фильтрационного потока; б) карты гидрогеологических параметров водовмещающих пород (карты микрорайонирования по значениям проводимости пласта, пьезопроводности или емкостных свойств водовмещающих пород); в) карты, отражающие условия питания и естественной разгрузки подземных вод (с выделением участков инфильтрационного питания за счет атмосферных осадков, участков с различными условиями связи подземных и поверхностных вод, выхода родников и др.); г) карты глубин залегания подземных вод, а также гидрогеохимические карты, отражающие условия формирования химического состава подземных вод; д) карты, отражающие расчетную схему объекта исследований.

Все перечисленные, а также дополнительные карты, необходимость составления которых может возникнуть в связи с особенностями того или иного типа месторождения подземных вод, рекомендуется составлять в одном масштабе. Выбор масштаба во многом зависит от площади изучаемого объекта и степени его сложности. Поэтому масштабы карт могут изменяться от 1 : 10 ООО до 1 : 100 ООО. Для моделирования большое значение имеет также систематизация исходной гидрологической и гидрогеологической информации в форме различных обобщающих графиков и сводных таблиц. В этом отношении наиболее существенными являются графики, характеризующие режим (уровня, химического состава, температуры) подземных вод в естественных и нарушенных условиях, а также графики дебитов скважин. Известно в этом отношении, что режим уровня достаточно четко характеризует условия питания и стока подземных вод, взаимосвязь между водоносными горизонтами, а также между подземными и поверхностными водами. Большое значение также имеют данные о структуре водного баланса района месторождения.

Как следует, из краткого перечня необходимой информации в обобщенном виде, ее подготовка для целей математического моделирования требует проведения специальной камеральной обработки материалов. Камеральная обработка имеющихся материалов в рамках требований исследований на математической модели по существу своего содержания является составной частью общей схемы подготовительного этапа моделирования. Методика систематизации и обобщения гидрогеологической информации применительно к требованиям моделирования изложена в работах [6, 8, 17, 24, 26].