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

Методика и основные результаты разведочных работ
 






Техническая литература



Станок для бурения БУР-50:
Бурение скважин
  Методика и основные результаты разведочных работ

Учитывая степень гидрогеологической изученности района и накопленный опыт эксплуатации подземных вод, дальнейшие исследования на Среднеклязьминском , месторождении проводились на стадии детальной разведки. Выбранные для проведения дальнейших разведочных работ участки в долинах рек Клязьмы и Киржача (правый приток) характеризуются относительно слабонарушенньш режимом подземных вод клязьминско-ассель- ского и касимовского водоносных горизонтов.

Разведочные гидрогеологические работы были направлены на исследование многопластовой системы с целью определения источников формирования эксплуатационных запасов подземных вод, условий взаимосвязи продуктивных и питающих водоносных горизонтов через слабопроницаемые пласты, а также изменчивости фильтрационных свойств продуктивных горизонтов и разделяющих их слабопроницаемых пластов по площади. Кроме того, необходимо было оценить гидрогеологические параметры всех слоев исследуемой многопластовой системы, естественные ресурсы подземных вод, качество воды и другие вопросы, которые возникают при разведке месторождений в артезианских басссейнах платформенного типа, находящихся в сложных гидрогеологических условиях.

Гидрогеологические работы на месторождении выполнялись в два этапа. Первоначально (в 1977—1979 гг.). были проведены площадные гидрогеологические исследования. Они включили в себя решение следующих задач:
1. Картирование условий залегания и распространения водоносных горизонтов и слабопроницаемых разделяющих слоев, неоднородности их фильтрационных свойств, соотношения уро- венных поверхностей водоносных горизонтов по площади района путем проведения площадных геофизических исследований методами ВЭЗ, ВЭЗ-ВП, сейсморазведки, бурения и опробования гидрогеологических скважин и создания стационарной сети наблюдательных ярусных узлов из двух — четырех скважин, оборудованных раздельно на касимовский, кляаьминско-ассель- ский и мезо-кайнозойский водоносные горизонты.
2. Оценка естественных ресурсов подземных вод гидрометрическими работами в бассейне среднего течения р. Клязьмы.
3. Анализ опыта эксплуатации подземных вод групповыми водозаборами, изучение условий формирования депрессионных воронок по площади и во времени по данным многолетних наблюдений за водоотбором и изменением уровенного режима подземных вод по площади района.
4. Изучение условий питания, разгрузки подземных вод и взаимосвязи водоносных горизонтов между собой, с грунтовыми и поверхностными водами путем проведения специального комплекса площадных гидрогеотермических, радиоизотопных и водно-гелиевых методов исследований.
5. Изучение физико-механических свойств глинистых пород юрского и щелковского возраста и их изменения при эксплуатационной нагрузке лабораторными методами.
6. Изучение условий и источников формирования эксплуатационных запасов подземных вод, определение фильтрационных и емкостных параметров водоносных горизонтов и разделяющих пластов многослойных водоносных систем путем проведения комплекса опытно-фильтрационных работ на специальных опытных кустах, размещенных на «ключевых» участках с характерными гидрогеологическими особенностями (долины рек второго и других порядков, водоразделы при наличии разделяющего пласта слабопроницаемых пород и в районах литологических «окон» и т. д.).

В результате проведения площадных гидрогеологических исследований были выбраны для постановки разведочных работ, кроме ранее разведанного участка Покров, перспективные участки Барсково и Костерево, которые в целом составляют Сред- яеклязьминское месторождение подземных вод.
Размещение по площади буровых и опытных скважин производилось по трем широтным и, четырем меридиональным профилям, основные из которых расположены вдоль рек Клязьмы и Киржача. При этом плотность размещения сети скважин соответствовала картам масштаба 1:100 000. Скважины на меридиональных профилях располагались таким образом, чтобы были опробованы все характерные геоморфологические элементы (пойма, надпойменные террасы, склоны долины, водоразделы).

На втором этапе (1979—1981 гг.) на участках Барсково и Костерево были выполнены детальные гидрогеологические работы применительно к обоснованию выбранных схем проектируемых линейных водозаборов вдоль рек Клязьмы и Киржач.
_ Детальные исследования включали в себя традиционный комплекс буровых, опытно-фильтрационных, геофизических и других видов работ. Кроме того, в этот период был сооружен и оборудован специальный опытно-методический полигон «Петушки» с целью более детального изучения условий и источников формирования эксплуатационных запасов подземных вод в долине р. Клязьмы, определения фильтрационных и емкостных параметров водоносных горизонтов и слабопроницаемых глинистых пластов, выяснения характера и фильтрационных потоков в многопластовой водоносной системе в процессе интенсивной эксплуатации.

На опытном полигоне «Петушки» выполнен большой комплекс опытно-фильтрационных и специальных работ (рис. 53). Опытные кустовые откачки проведены в различных режимах (раздельно из каждого водоносного горизонта и одновременно из обоих горизонтов) с наблюдениями за изменением уровней и пластовых- давлений во всех вскрытых водоносных горизонтах и разделяющих их глинистых слоях. Для повышения качества и информативности работ замеры уровней подземных вод и дебитов скважин осуществлялись с помощью . автоматизированной системы КПВ-4 конструкции ВСЕГИНГЕО. Применение этой системы дало возможность вести непрерывный и оперативный контроль за динамикой изменения уровней воды. Наблюдения за изменением давления в слабопроницаемых глинистых пластах проводились измерителями пластового давления (ИПД) конструкции ВСЕГИНГЕО, установленными непосредственно в разделяющих глинистых толщах (рис. 54). Кроме того, процессы перетекания подземных вод через слабопроницаемые глинистые слои фиксировались детальными электроразведочными работами (по изменению электрического поля), и водно-гелиевыми опробованиями подземных вод (по изменению содержания в воде гелия).

Выполненный комплекс площадных и специальных опытных исследований на характерных участках позволил обосновать геофильтрационную модель рассматриваемого района в масштабе 1 : 100 000, которая была уточнена впоследствии при решении серии обратных задач на АВМ и ЭЦВМ ЕС-1022.
Рассмотрим несколько подробнее методику и результаты основных и специальных видов площадных работ.
откачке из клязьминско-ассельског
Рис. 54. Хронологические графики снижения уровней при одновременной откачке из клязьминско-ассельского и касимовского водоносных горизонтов в юрских глинах (а), в щелковских глинах (б) и в меловом водоносном горизонте (в).
пунктиром показана осредняющая линия

Гидрологические работы выполнялись с целью региональной оценки естественных ресурсов подземных вод. С этой целью были проведены исследования в долине р. Клязьмы. В 1977 г. была проведена меженная гидрометрическая съемка в бассейне. На 31-м створе реки и ее притоках было проведено 118 единовременных замеров расхода воды. При анализе материалов были использованы данные гидрометрических работ Государственного гидрологического института (1968—1972 гг.), когда было измерено 162 расхода воды на 70 створах в пределах изучаемой территории. Данные гидрометрических съемок были приведены к среднегодовым расходам подземного, стока 50 и 95 %-ной обеспеченности. В соответствии с данными гидрометрических работ естественные ресурсы подземных вод района при площади водосбора 10 000 км2, отнесенные ко всей многопластовой водоносной системе, составили: при 50 %-ной обеспеченности стока—1,1 млн. м3/сут, при 95 %-ной обеспеченности — 0,75 млн. м3/сут.

На участках были проведены площадные геофизические исследования с целью изучения-фильтрационных свойств продуктивных водоносных горизонтов и верхнеюрской слабопроницаемой глинистой толщи, литологическое расчленение мезо- кайнозойской песчано-глинистой толщи, морфологии кровли каменноугольн-ых отложений и уровня грунтовых вод, а также детальное изучение трещиноватости и закарстованности карбонатных пород на участках опытных гидрогеологических кустов. В соответствии с целевым назначением исследований был использова-н следующий комплекс геофизических методов: ВЭЗ, ВЭЗ-ВП, электропрофилирование и сейсморазведка методом преломленных волн [21]. На первом этапе работы были выполнены параметрические измерения ВЭЗ и сейсморазведкой у буровых скважин, а также отработаны два рекогносцировочных профиля меридионального и широтного направлений, характеризующиеся наибольшей изменчивостью гидрогеологических условий. На втором этапе были, выполнены площадные работы по сети меридиональных и широтных профйлей с шагом зондирований 4—6 км. Литологическое расчленение разреза производилось по данным ВЭЗ (определение глубин залегания отдельных геоэлектрических границ), а также методом гамма-каротажа с регистрацией кривой естественной радиоактивности. Выделение водообильных зон, определение их мощности и оценка минерализации пластовой воды проводились методом электролитического каротажа. Расходометрия использовалась для изучения зон активного водообмена и характера послойного изменения дебитов в пределах этих зон. Оценка каверзности пород по стволу скважин производилась с записью кавернограмм по всему стволу скважины.

Материалы геофизических исследований с учетом результатов других видов работ использованы, при построении геолого- гидрогеологических разрезов, гидрогеологических карт и в конечном счете обосновании геофильтрационной схемы месторождения. В целом они позволили существенно увеличить «плотность информации» по площади месторождения за счет сгущения сети точек опробования.
На месторождении был выполнен большой объем буровых и опытно-фильтрационных работ. По целевому назначению все пробуренные скважины подразделяются на наблюдательные, разведочные и опытные. Разведочные скважины расположены как по площади района, так и в створах применительно к выбранным схемам будущих водозаборов. Опытные скважины были пройдены для проведения кустовых откачек в специально обо;, рудованных кустах. Наблюдательные скважины имели различное назначение: двух-четырехярусные узлы режимной сети по площади района (на водоносные горизонты и разделяющие слои); скважины на опытных кустах на продуктивный и смежные водоносные горизонты; скважины для наблюдения за уровнями в слабопроницаемых пластах с помощью измерителей пластового давления (ИПД).

Сеть скважин для наблюдений за режимом подземных вод расположена относительно равномерно по площади района с учетом ранее существовавших наблюдательных скважин и расположения действующих групповых водозаборов подземных вод. Режимная сеть оборудовалась, как правило, на три водоносных горизонта: касимовский, клязьминско-ассельский и мезо- кайнозойский. Во всех наблюдательных скважинах выполнен комплекс опытно-фильтрационных работ и проведены каротажные геофизические исследования. При бурении некоторых скважин были отобраны монолиты глинистых пород для изучения свойств разделяющих слоев лабораторными методами. Одиночные разведочные скважины на касимовский и клязьминско-ассельский водоносные горизонты задавались таким образом, чтобы охарактеризовать эти горизонты на площадях, где отсутствовали данные опробования. Ряд параметрических скважин был пройден для уточнения данных площадных геофизических работ. Опытные кусты скважин на участках детального изучения создавались с целью определения фильтрационных и емкостных свойств продуктивных водоносных горизонтов, условий их взаимосвязи, оценки параметров перетекания через слабопроницаемые глинистые пласты. Опытные кусты были пройдены в долинах рек Клязьмы, Пекши и Киржач, на водоразделах и на площади размыва верхнеюрских глин. В каждом опытном кусте одна наиболее глубокая скважина должна быть пройдена с отбором керна. Как правило, опытные кусты однолучевые, с тремя наблюдательными скважинами. Данные бурения и опробования скважин, в первую очередь кустовые откачки, являлись опорными для построения серии гидрогеологических разрезов и карт параметров водоносных горизонтов и разделяющих их слабопроницаемых пластов.

Выполненный на месторождении комплекс работ на участках детальной разведки позволил получить достоверные данные для обоснования запасов промышленных категорий А и В.
Режим подземных вод изучался в процессе разведки по специальной сети ярусных узлов наблюдательных скважин, были использованы также данные по режиму подземных вод на территории всего района. Это позволило воспользоваться циклом режимных наблюдений общей продолжительностью до 24 лет. По полученным данным были изучены соотношение уровней подземных вод всех выделенных водоносных горизонтов по площади района, развитие и распространение депрессионных воронок в процессе эксплуатации групповыми водозаборами и их изменения во времени. Кроме того, проводились наблюдения за уровнями поверхностных вод, что позволило изучить связь поверхностных и подземных вод и количественно оценить параметры это'й взаимосвязи. Данные многолетних наблюдений за режимом подземных вод в пределах действующих водозаборов позволили установить, что увеличение понижения уровня во времени связано только с ростом водоотбора. Поскольку на графиках S/Q = f(t) не отмечается тенденция к закономерному возрастанию величины S?Q во времени, был сделан вывод, что водоотбор полностью компенсируется источниками восполнения запасов (естественными ресурсами и поверхностными водами) и при стабилизации водоотбора режим подземных вод приобретает установившийся характер.
Гидрогеотермические исследования проводились с целью выявления положительных и отрицательных температурных аномалий для сравнительной качественной оценки условий питания подземных вод по площади месторождения и приближенной оценки скорости фильтрации через юрские и щелковские глинистые отложения. Исследования проводились в скважинах, пробуренных для наблюдений за режимом подземных вод. Они заключались в измерении температуры полупроводниковыми терморезисторами. Измерения проводились с шагом 3—5 м в интервале залегания глин 5—15 м в пределах водоносных горизонтов. Результаты гидрогеотермических исследований подтвердили наличие вертикальной нисходящей фильтрации через юрские глины на большей части площади месторождения и ее различную интенсивность в долинах рек и на водоразделах, а также в зависимости от глубины залегания и строения перекрывающей толщи. Выполненные расчеты скоростей и коэффициентов фильтрации показали, что в долинах р. Клязьмы и ее притоков эти параметры значительно вь^ше (на один-два порядка), чем на водоразделах.

Перед водно-гелиевыми и радиоизотопными исследованиями ставилась задача изучения условий питания подземных вод клязьминско-ассельского и касимовского горизонтов, в том числе'—взаимосвязи между клязьминско-ассельским и выше- и нижерасположенными водоносными горизонтами. Водно-гелиевые исследования заключались в отборе проб воды главным образом из эксплуатационных, а также из наблюдательных скважин и в определении содержания гелия прибором ИНГЕМ-1. При этом определялась только относительная концентрация гелия в подземных водах, т. е. отклонение концентрации гелия в анализируемой воде от его концентрации в воде, равновесной с атмосферным воздухом по газосодержанию. Содержание гелия определялось в основном в подземных водах клязьминско-ассельскогб и касимовского горизонтов; кроме того, в небольшом объеме было проведено опробование лодольско-мячковского, четвертичного и мелового водоносных горизонтов.

В разрезе каменноугольных отложений наблюдается закономерное увеличение содержания гелия с глубиной. Так, в южной части месторождения содержание гелия в подземных водах клязьминско-ассельского горизонта не превышает 10-Ю-5 мл/л, в водах касимовского горизонта составляет .30—40- 10~5мл/л, а в водах подольско-мячковского горизонта превышает 100-10-5 мл/л.
Анализируя изменение содержания гелия в клязьминско- ассельском горизонте можно сделать вывод, что минимальные значения гелия (менее 10• 10_5'мл/л) наблюдаются в северо-западной, западной и южной частях рассматриваемой территории. Низкое содержание гелия в северо-восточной части связано с достаточно благоприятными условиями перетока из вышележащих горизонтов, что объясняется наличием песчаных линз юрских глин. В западной части понижение содержания объясняется влиянием интенсивной эксплуатации подземных вод. Резкое повышение содержания гелия отмечается в междуречье рек Липны и Вольги, что связано, очевидно, с подтоком глубинных род по тектоническим нарушениям.

"На графике (см. рис. 51) четко прослеживается закономерность изменения содержания гелия в водах клязьминско-ассельского и касимовского водоносных горизонтов при их погружении с юга на север.
Радиоуглеродные исследования заключались в определении содержания в подземных водах радиоуглерода С14. Повышенное содержание радиоуглерода при прочих равных условиях может свидетельствовать об улучшении условий питания подземных вод поверхностными и атмосферными водами.
В целом результаты определения в подземных водах радио- . углерода полностью корреспондируют с данными водно-гелиевых исследований и свидетельствуют об интенсификации процессов перетекания вод из вышележащих водоносных горизонтов при эксплуатации водозаборов.