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

Проектирование работ в стадию детальной разведки и оценка запасов
 






Техническая литература



Станок для бурения БУР-50:
Бурение скважин
  Проектирование работ в стадию детальной разведки и оценка запасов

По результатам работ, выполненных в предыдущую стадию, были подсчитаны (гидродинамическим методом) эксплуатационные запасы подземных вод Сергинского месторождения в количестве 80 тыс. м3/сут и затем утверждены в ГКЗ СССР в основном по перспективной категории Сь Эти запасы полностью не удовлетворяют заявленную потребность в воде. Перед детальной разведкой, таким образом, были поставлены задачи, во- первых, перевести разведанные запасы в промышленные категории А + В и затем выявить возможность прироста запасов до 139 тыс. м3/сут, что соответствует заявленной потребности в воде. Сложность решения указанных гидрогеологических задач на Сергинском месторождении состоит в следующем. Как отмечалось ранее, основными источниками восполнения эксплуатационных .запасов в требуемом количестве являются поверхностные воды р. Серги, имеющей меженный сток года 95 %-ной обеспеченности менее 1 м3/с. Осушение 'грунтовых вод аллювиальных отложений происходит в засушливый период (З мес в году) с последующим восполнением в многоводный сезон (9 мес в году) из-за сравнительно невысоких водопрово- дящих свойств песчано-галечниковых отложений в вертикальном направлении оставался недостаточно обоснованным данными предварительной разведки. В связи 'С этим было принято решенйе обосновать проектирование работ в стадию детальной разведки, а также выполнить подсчет эксплуатационных запасов подземных вод с помощью метода математического моделирования на аналоговой машине.

Перед разведочным моделированием гидрогеологических условий месторождения, которое было выполнено в институте ВСЕГИНГЕО, на данном этапе исследований были поставлены следующие конкретные задачи:
а) уточнить фильтрационные параметры песчано-галечниковых отложений и водовмещающих известняков в области влияния проектируемого водозабора и в пределах их естественных границ распространения и выявить при этом фильтрационную неоднородность водоносных горизонтов по площади и в вертикальном разрезе;
б) определить степень гидравлической связи поверхностных вод реки с водоносным горизонтом карбонатных пород на площади разведочного участка;
в) установить емкостную характеристику аллювиальных отложений и оценить возможность регулирования стока р. Серги для обеспечения проектируемой производительности водозабора, превышающей меженный сток реки в 1,5 раза;
г) разработать методику проведения опытно-кустовых откачек и выбрать для этой цели места заложения опытных кустов, их количество, схему размещения наблюдательной сети скважин в плане и их положение в разрезе; обосновать продолжительность кустовых откачек и- их производительность;
д) разработать рекомендации по уточнению конструкции и схемы размещения водозаборных скважин на разведочном участке. Для месторождения были разработаны две системы электрических моделей, на которых производилось решение вначале обратных стационарных и нестационарных задач с использованием имеющейся гидрогеологической информации. По площади месторождения была составлена расчетная схема, отражающая основные элементы природных условий объекта.
Для составления модели Сергинского месторождения была использована следующая гидрогеологическая информация в обобщенном виде: гидрогеологическая карта, отражающая условия распространения водоносных горизонтов, карты водопроводимости водоносного горизонта карбонатных пород, карты изомощностей аллювиальных песчано-галечниковых отложений, карты коэффициентов вертикально и горизонтально направленной фильтрации и коэффициентов водоотдачи аллювиальных отложений.

В качестве моделирующего устройства использовалась сеточная вычислительная машина УСМ-1. Модель, на которой решалась обратная стационарная задача, была составлена из элементов сопротивлений (і?і?-сетка), воспроизводящих водопроводимости известняков и аллювиальных отложений долины р. Серги. Оба эти слоя соединялись между собой сопротивлениями Rz, моделирующими гидравлическую взаимосвязь водоносных горизонтов. Границами водовмещающих известняков в плане являлись р. Демид на западе и линия их контакта с непроницаемыми сланцевыми породами на востоке. Северная и южная границы проходили по контурам разведанного участка вдоль р. Серги. На этих границах задавались условия постоянства расхода потока грунтовых вод аллювиальных отложений и трещинно-карстовых вод известняков в естественных условиях, вычисленные гидродинамическим расчетом. На реках Демид и Серга задавались условия неизменности уровня подземных вод, связанных с речными водами.

На указанной модели воспроизводился естественный установившийся 'средний многолетний режим подземных вод при условии равномерно распределенной по площади величины фильтрационного питания. В данной расчетной схеме осуществлялся подбор на модели таких значений коэффициентов водопроводимости известняков и аллювиальных отложений, при которых воспроизводилась бы карта гидроизогипс, составленная на основе натурных исследований.

Для решения обратной нестационарной задачи по воспроизведению опытных откачек, выполненных на стадии предварительной разведки из двух одиночных скважин, и кустовых откачек по пяти разведочным профилям была составлена модель из .RC-элементов, моделирующих, как и в первом случае, двухслойную среду. При реализации на модели процесса проведения опытных кустовых откачек уточнялись главным образом емкостные характеристики водоносных пород.

На этом этапе моделировались также процессы проведения кустовых откачек большой производительности и предварительно опробовались схема и режим работы проектируемого водозабора по принятой схеме.

Моделирование на данном этапе подтвердило принципиальную возможность создания на месторождении водозабора с требуемой производительностью. Было также установлено, что для получения более достоверных параметров двух водоносных горизонтов (водопроводимости и емкости), более достоверной оценки степени фильтрационной неоднородности, а также взаимосвязи поверхностных и подземных вод целесообразно на стадии детальной разведки выполнить на трех-четырех участках месторождения опытные кустовые откачки с общей производительностью примерно 250—300 л/с каждая. Длительность этих откачек определялась из условия формирования стационарных депрессионных воронок к концу опытных работ. По предварительным расчетам на модели продолжительность кустовой откачки оценивалась продолжительностью в 25—30 сут. Вся площадь месторождения исходя из изменения мощности аллювиальных отложений разбивалась на три подучастка: северный, где мощность песчано-галечниковых отложений достигает 50 м, центральный — до 25 м и южный —на котором мощность аллювиальных отложений изменяется от 10 до 15 м. На каждом из этих участков было решено выполнить опытные кустовые откачки на стадии детальной разведки. Проведение именно таких откачек определялось необходимостью исследовать процесс взаимосвязи поверхностных вод р. Серги с грунтовыми водами и затем связь с трещинно-карстовыми водами подстилающего водоносного горизонта. Такие откачки позволяют более полно и надежно исследовать параметры двух водоносных горизонтов, учитывая их весьма широкий диапазон изменений как в плане, так и в вертикальном направлении, что было установлено предварительным моделированием. Важным элементом этих откачек являлось наложение депрессионных воронок друг на друга в плане с охватом всей площади месторождения.

Наблюдательная сеть для этих откачек состояла из скважин, расположенных по продольному профилю реки и поперечным профилям на опытных кустах. Скважины были оборудованы в виде спаренных пьезометров раздельно на грунтовые и трещинно-карстовые воды известняков. Именно такая схема (рис.63) и была реализована на стадии выполнения детальной разведки.

Результаты проведенных. Кустовых откачек в дальнейшем воспроизводились на двухрлойных моделях УСМ-1. Методика их воспроизведения заключалась в следующем. Вначале на RR-сетках воспроизводился установившийся режим фильтрации сформировавшихся на опытных участках депрессионных воронок. При этом исходные фильтрационные параметры для расчета этой модели были приняты по результатам моделирования естественного процесса фильтрации подземных вод на месторождении исходя из результатов предварительной разведки. При моделировании установившихся депрессионных воронок все фильтрационные параметры (коэффициент фильтрации аллювиальных отложений в плане, значение коэффициента фильтрации аллювиальных отложений по вертикали и коэффициент фильтрации водоносных известняков) подвергались окончательной корректировке.
В дальнейшем на /?С-сеточной модели воспроизводился неустановившийся процесс формирования воронок депрессии на геолого-гидрогеологический разрез долины р. Серги Рис. 63. Схематический геолого-гидрогеологический разрез долины р. Серги.
1—делювиальные отложения суглинистого состава; 2 — песчано-глинистые аллювиальные отложения с гравием; 3 —девонские известняки рифогенные; 4 — уровень аллюви- _ альных подземных вод; 5 — уровень подземных вод в известняках; 6 — скважина

каждом опытном участке с целью подбора емкостных характеристик аллювиальных рыхлых образований (р-гравитационное) и известняков (ц* — коэффициент упругой емкости).

Критерием правильности полученных решений на модели служило совпадение темпов и абсолютных значений понижений уровня подземных вод в аллювиальном и известняковом горизонтах по всём наблюдательным и центральным скважинам опытных кустов.

На основе результатов моделирования процессов, протекающих при опытных кустовых откачках, была создана в окончательном виде расчетная схема Сергинского месторождения подземных вод и. соответствующая ей электрическая модель, включающая внешние природные границы водоносных горизонтов (литологические границы и речные системы), параметры проницаемости и емкости водосодержащих пород. Принципиальная структура сеточной модели Сергинского месторождения показана в виде разреза на рис. 64.

Второй этап разведочного моделирования заключался в прогнозном решении задач собственно по оценке возможных эксплуатационных запасов Сергинского месторождения и разработке наиболее рациональной схемы размещения будущего водозаборного сооружения, С этой целью на сеточной і?С-модели были выполнены следующие варианты решений задач.

2. Расчет производительности водозаборного сооружения с максимально возможным его дебитом в пределах участка детальной разведки. В этом случае исследовался процесс режима работы водозабора при периодическом поглощении Графики изменения уровня воды в р. Серге Рис. 65.. Графики изменения уровня воды в р. Серге и в эксплуатационных скважинах проектируемого водозабора

Таким образом, применение метода математического моделирования, в частности с использованием аналоговой сеточной вычислительной машины УСМ-1, по результатам предварительной разведки позволило существенно уточнить методику и объем гидрогеологических работ на стадии детальной разведки месторождения.

Результаты исследований на модели были положены в основу методики детальной разведки Сергинского месторождения. По существу, в натурных условиях были выполнены все виды гидрогеологических работ, как было установлено в процессе моделирования. Результаты детальной разведки послужили основой для окончательной оценки эксплуатационных запасов подземных вод, которая была выполнена также методом моделирования.

В эту стадию была принята следующая программа моделирования:
а) решение методических задач для отработки способов моделирования фильтрационного потока в сложных геолого-структурных, гидрогеологических и гидрологических условиях Сергинского месторождения;

б) уточнение гидрогеологических параметров водоносных пород для более обоснованной схемы электрической модели на участке будущего водозабора; с этой целью решались обратные задачи по воспроизведению режима трех кустовых откачек, выполненных в стадию детальной разведки;

в) прогнозная оценка эксплуатационных запасов Сергии- ского месторождения с учетом конкретной схемы расположения скважин на водозаборном сооружении первой и второй очереди.

Оценка эксплуатационных запасов подземных вод на модели осуществлялась в следующих вариантах:
а) расчет производительности водозаборного сооружения, равный заявленной потребности первой очереди. Для решения этой задачи подбор дебитов и схемы расположения эксплуатационных скважин проводился с учетом фактически пробуренных на водозаборном участке имеющихся разведочных выработок;
б) расчет производительности водозаборного сооружения с максимально возможным гарантированным дебитом скважин (по той же схеме их расположения);
в) расчет производительности водозабора с учетом заявленного водопотребления второй очереди водоснабжения объекта.
В перечисленных задачах моделировался процесс периодического осушения поверхностного стока реки в меженный период при расходах, соответствующих 95 %-ной обеспеченности стока, а также частичное осушение водоносных горизонтов с последующим возобновлением сработанных запасов в паводковый период.
В меженный период (период частичной сработки естественных запасов) эксплуатационные запасы на водозаборном участке будут формироваться за счет следующих источников: естественных запасов грунтовых вод аллювиальных отложений, естественных запасов трещинно-карстовых вод известняков, за счет инфильтрации поверхностных вод.
В паводковое время, когда величина питания из р. Серги будет значительно превышать суммарный дебит водозабора, эксплуатационные запасы будут формироваться преимущественно за счет привлекаемых и естественных ресурсов.
На основании проведенных работ в стадию детальной разведки и исследований с помощью математического моделиров-а- ния на ЭВМ была доказана возможность отбора подземных вод на Сергинском месторождении в количестве 128,6 тыс. м3/сут. Эти запасы были отнесены к сумме категорий А и В. Таким образом, пб результатам комплексных исследований была доказана возможность строительства и эксплуатации на месторождении водозаборного сооружения с заданной производительностью 1500 л/с, что полностью отвечает заявленной потребности в воде; изучена структура эксплуатационных запасов подземных вод и оценены различные источники их формирования.