Тема 11

Фільтрація в зоні впливу одиночних

вертикальних водозаборів (свердловин)

Частина 1

В даній темі викладений матеріал про влив на процеси фільтрації вертикальних водозаборів (свердловин). Розглянуті типи вертикальних водозаборів та особливості формування гідродинамічної обстановки під їх впливом. Розглянутий підхід до вирішення задач геофільтрації в умовах стаціонарної(усталеної) фільтрації відносно різноманітних потоків підземних вод.

Запитання, що розглядаються в даній темі:

1.Що називається вертикальним водозабором?

Вертикальними водозаборами називаються штучні споруди, що призначені для збору води. Вони мають розміри в плані в багато разів менші розмірів водоносних пластів в плані та їх потужності. До вертикальних водозаборів відносяться трубчасті бурові колодязі чи свердловини, шахтні колодязі, шурфи, а також котловани.

2.Як розділяються вертикальні водозабори?

Вертикальні водозабори поділяються на два типи: досконалі та недосконалі. Розрізняють два види недосконалості вертикальних водозаборів:

- за характером розкриття водоносного горизонту;

- за ступенем розкриття водоносного горизонту.

3.Що таке недосконалість за характером розкриття?

Недосконалість за характером розкриття водоносного горизонту визначається особливостями водоприймальної частини водозаборів – наявністю фільтрів, зміною водопроникності породи в зоні водоприймальної частини, порушенням тут лінійного закону фільтрації. По суті всі існуючі типи вертикальних водозаборів недосконалі у цьому відношенні.

4.Які вертикальні водозабори є досконалими за ступенем розкриття?

Досконалими за ступенем розкриття називають такі вертикальні водозабори, стінки яких перетинають депресійну поверхню безнапірного водоносного горизонту, що утворилась під дією водозабору, та розкривають водотривке ложе. В напірних пластах досконалий водозабір повинен розкривати всю їх потужність. Досконалий водозабір приймає воду лише через стінки.

5.Які вертикальні водозабори є недосконалими за ступенем розкриття?

Недосконалими за ступенем розкриття водоносного горизонту називаються такі вертикальні водозабори, що не задовольняють хоча б одній з наведених вище умов.

6.Що таке дебіт свердловини?

Дебіт чи витрата свердловини – це та кількість води, яку можна добути із свердловини за певний період часу шляхом відкачування.

7.Що таке статичний та динамічний рівень води у свердловині?

Статичним називається рівень (гідродинамічний напір, що встановився в свердловині після відкриття свердловиною водоносного горизонту. Динамічним називається рівень, що утворився внаслідок відбору води із свердловини шляхом відкачування і відраховується від статичного рівня.

8.Що таке радіус впливу свердловини?

Це зона знижених напорів, що виникає навколо свердловини внаслідок відбору з неї води (відкачування).

9. Що таке депресійна та п’єзометрична воронки?

В безнапірних пластах зона знижених напорів називається депресійною воронкою, а в напірних – п’єзометричною воронкою. Слід відмітити, що п’єзометрична воронка є уявною, на відміну від депресійної воронки.

10.Як визначається витрата одиночної свердловини, що діє в ізольованому напірному пласті в умовах усталеної фільтрації?

В ізольованому напірному пласті потік поблизу одиночної свердловини носить плоско-радіальний характер. Вперше такий потік розглянутий французьким гідравліком Ж.Дюпюї. В такому потоці лінії току являють собою радіуси, а лінії рівних напорів будуть проходити по концентричним колам з центром на осі свердловини. В цьому випадку ширина потоку з радіусом складе , а градієнт напору має той же знак, що і витрата при відкачуванні, відповідно: . Звідки .

11.Як виконується розв’язок рівняння для витрати радіального потоку?

Інтегрування цього рівняння в межах від граничного перерізу , де та поточним перерізом радіусу з напором дає вираз:

. Тут радіус свердловини.

12.Як виконується перехід від напорів до розрахунку зниження напору в ізольованому пласті при усталеній фільтрації під дією одиночної досконалої свердловини?

Оскільки зниження в точках з напором (напір в деякій точці) та (напір в свердловині) можна записати у вигляді: та , вираз для напорів модна записати у такому вигляді:

, а враховуючи, що зниження на межі зони впливу = свердловини дорівнює 0, вираз можна записати у такому вигляді:

.

Останній вираз відомий в ДПВ, як формула Дюпюї для ізольованого пласта при усталеному режимі фільтрації. Враховуючи правила переході подібні рівняння можна отримати для основних розрахункових типів потоків.

13.Який вигляд має рівняння фільтрації для однорідного безнапірного потоку?

З врахуванням правила переходу та при умові, що та можна записати:

. Це рівняння відповідає формулі Дюпюі для умов безнапірного потоку.

14.Який вигляд має рівняння для горизонтального однорідно - шаруватого потоку?

Додаткові запитання до теми:

1.Як