Эксплуатация скважин
Контрольная
работа
По
геологии
Задача
1
Грунтовые
воды заключены в песках, слагающих междуречный массив. Пески имеют К=8 м/сут и
подстилаются горизонтально залегающими глинами, отметка кровли которых Z1=65
м; Z2=58
м. Отметка уреза левой реки Н1=80 м, правой Н2=110 м. Ширина
междуречья L= 8000 м. Инфильтрационное
питание W=0.
Требуется:
1) построить расчетную схему и проверить степень гидродинамического
несовершенства левой реки, определив ΔLн; 2)определить расход q;
3) определить положение кривой уровня, вычислив мощность потока hx
на расстоянии х=2000 м от уреза левой реки; 4) исследовать изменение мощности и
величины расхода потока в междуречном массиве при различных схемах
неоднородности, в которых коэффициент фильтрации меняется: а)по закону прямой
линии от К1=1м/сут, на урезе левой реки до К2=8 м/сут на
урезе правой реки; б) резко по направлению движения и имеет на участке длинной l1=2000м
от уреза левой реки К1=1 м/сут, на остальной части междуречья К2=8
м/сут; в) пласт имеет двухслойное строение (нижний слой К1=0.5
м/сут, m=5м, верхний К2=8м/сут)
Решение
1)
Водоупор
принимается горизонтально залегающим на отметке
Zср
=
При
этом: h1=H1-Zср=80-61.5=18.5
м
h2=H2-
Zср=110-61.5=48.5
м
hср=
Согласно
п 2.3 табл. 3.2 ΔLн≈h
так как пласт однородный ΔLн=33.5м
L*0.05=8000*0.05=400
м,отсюда критерий ΔLн<0.05L
выполняется, значит врез реки в пласт считается совершенным.
2)
Определим расход потока по формуле:
q=K*= - 1.005 м2/сут
3)
Определим мощность потока h3
на расстоянии х=2000м от левой реки по формуле:
h3=
4)
Выполним исследования изменения мощности и величины расхода потока в
междуречном массиве при различных схемах неоднородности:
а)
для линейного закона: К1=1м/сут; К2=8м/сут. Согласно
п.6.3 табл 3.2
Условия
критерия выполняются, выполним расчет значения Кх
Кх=К1-
Средний
коэффициент фильтрации на участке l1-x:
Kср1-х=
Соответственно
для всего потока:
Кср1-2==3.37
м/сут
Расход
потока определим по формуле:
q=K*=
3.37*2/сут
так
как q1-2=q1-x
то
hx=
Сравним
полученные данные со схемой однородного пласта:
Расход
потока сократился почти в 2.5 раза. Мощность потока в сечении hх
возросла от 29.06 м до 36.24 м, что свидетельствует об увеличении градиента
потока вследствие уменьшения здесь коэффициента фильтрации от 8м/сут до 1
м/сут.
б)
Вторая схема отвечает критериям кусочно-однородного строения. Средний
коэффициент фильтрации находим по формуле:
Кср1-2==
Расход
потока q=K* м2/сут
Формулу
для определения hx
находим по методу фрагментов из равенства q1-x=q1-2
hx=
Полученные
характеристики свидетельствуют, что в схеме кусочно однородного строения
наличие вблизи уреза левой реки относительно слабопроницаемого слоя пород с К=1
м/сут., почти в 3 раза уменьшает расход потока, а на границе раздела слоев
происходит резкое преломление кривой уровня. Об этом свидетельствуют слабое
уменьшение мощности пласта на участке длинной 6000 м от правой реки до сечения
Х(от 48.5 до 42.5 м) и значительное на участке длинной 2000 м от сечения Х до
левой реки (от 42.5 до 18.5м)
в)
В третьем случае пласт имеет двухслойное строение
Определим
расход потока по формуле:
q=*+m*k2*=+ 5*8*=0.2
м2 /сутки.
По
характеру строения фильтрационной среды, соотношение коэффициентов фильтрации =16
отвечает критерию условно однородного пласта (табл 3.2 п.6.2)
Задача
2
Грунтовые
воды заключены в песках, слагающих междуречный массив. Пески имеют К=8 м/сут и
подстилаются горизонтально залегающими глинами, отметка кровли которых Z1=65
м; Z2=58
м.Отметка уреза левой реки Н1=80 м, правой Н2=110
м.Ширина междуречья L= 8000
м.Инфильтрационное питание W=210-4
м/сут
Определить:
а)мощность потока hx
в сечении на расстоянии х=2000м при W=210-4
м/сут б) определить расход потока q1
в сечении х=0, q2
при
х= L и расход потока на расстоянии х;
в) найти положение водораздела а; г) определить при какой отметке уровня воды
на урезе левой реки (х=0) начнется фильтрация через междуречье в правую реку.
Решение
1. Мощность
потока hx
найдем по формуле:
hx=
= =33,83 м
2.
Расход потока q1
в сечении х=0 найдем по формуле:
q=K*=8* м2/сут
Расход
потока в сечении х вычислим по формуле:
qx=q1+W*x=-1.805+2*10-4*2000=-1.405
м2/сут
Расход
потока в конечном (х=L)сечении
по формуле:
q2=
K*-0.205 м2/сут
Знак
<<->> показывает что все расходы потока направлены в сторону
противоположную оси Х, т.е. идет фильтрация из правой реки в левую.
Найдем
расстояние до водораздела а по формуле:
а=
Так
как а>L, то водораздела на
междуречье не существует.
4.
Чтобы началась фильтрация воды через междуречье из левой реки в правую, расход q1≥0.
Из этого условия найдем значение:
h1= =
5.
Выявим влияние вертикального водообмена на динамику потока: В данном случае
мощность увеличилась (29.06 – 33,83м). Следовательно, наличие инфильтрации приводит
к возрастанию мощности потока, также приводит к увеличению расхода потока по
направлению движения от 0.205 до 1.805 м2/сут на 1 м ширины потока и
на 80% превышает расход потока при отсутствии питания (вместо 1.005 составляет
1.805 м2/сут).Однако интенсивность питания невелика и водораздела в
пределах исследуемого междуречья нет.
Задача
3
Грунтовые
воды заключены в песках, слагающих междуречный массив. Пески имеют К=8 м/сут и
подстилаются горизонтально залегающими глинами, отметка кровли которых Z1=65
м; Z2=58
м.Отметка уреза левой реки Н1=80 м, правой Н2=110
м.Ширина междуречья L= 8000
м.Инфильтрационное питание W=0.
Исследовать
развитие подпора уровня грунтовых вод и оценить величину фильтрационных потерь
при сооружении на правой реке водохранилища протяженностью В=8000м с мгновенным
подъемом уровня Δh0=10 м
а)
на расстоянии х=1000 м от уреза проектируемого водохранилища располагается
поселок. Глубина до уровня грунтовых вод здесь составляет h0=5 м,
глубина заложения фундаментов зданий hос=1.5 м. Среднемноголетний
расход реки составляет 5 м3/с. Необходимо оценить возможность
подтопления зданий поселка и определить потери воды из водохранилища. Для этого
рассчитать величины подпора Δhх,t
при х=1000 м и фильтрационного расхода Δq0,t
и
qоб,t
на 250,1000,400 сутки, вычислить суммарные фильтрационные потери из
водохранилища в течении первых 400 суток подпора, рассчитать стационарный
подпор, построить графики изменения Δhх,t
и qоб,t
от времени, выявить закономерности в развитии подпора и установить стадии
формирования подпора.
Решение:
1.
Определим при Δh0=10 м значения мощности водоносного горизонта
на урезе реки у2,средней мощности при подпоре hср
по формуле:
hср
==
Величина
уровнепроводности по формуле:
а
=2/сут
Период
стабилизации подпора:
tc== 8719.3 сут
Период
развития подпора в условиях неограниченного пласта:
tk=
2.Для
первого расчетного периода времени t1=250
сут, учитывая, что t1<tk,
используем схему полуограниченного пласта.
Для
времени t2=1000
сут, учитывая, что t2<tk
так
же применяем расчетную схему полуограниченного пласта.
Для
t3=400
сут, учитывая, что t3<tk,
используем схему полуограниченного пласта.
3.
Рассчитаем изменение уровня воды в сечении х=1000 м.
Для
t1=250
сут по формуле: λ===0.523
по
приложению 1:erfc(λ)=0.28
Δh(1000;250)=Δh0*[
erfc(λ)]=10*0.28=2.8
м
Для
t2=1000
сут по формуле:
λ==0.261
по
приложению 1:erfc(λ)=0.53
Δh(x;t)=
10*0.53=5.3 м
Для
t3=400
сут по формуле: λ===0.41
по
приложению 1: erfc(λ)=0.37
Δh(1000;400)=Δh0*[
erfc(λ)]=10*0.37=3.7
м
Таким
образом глубина до уровня ГВ под поселком уменьшится до 5-3.7=1.3м,но останется
больше нормы осушения.
4.
Рассчитаем единичный фильтрационный расход в сечении х=0 на 1 м длинны
водохранилища для t1=250сут.Используядля
этого формулу:
Δq(0;250)===1.08 м2/сут
Для
t2=1000
сут по формуле:
Δq(0;1000)=
=0.54м2/сут
Для
t3=400
сут
Δq(0;400)== =0.85 м2/сут
5.
Фильтрационные потери на 1 м ширины потока в течение первых 400 сут подпора
рассчитываем для схемы полуограниченного пласта по формуле:
V=* =
* =
683.6м3
Общие
потери по всей длине водохранилища:
Vобщ=V*B=
683.6*8000=5.47*106 м3
Среднесуточные
потери составляют:
5.47*106:400=13672
м3/сут или 0.158 м3/с что составляет чуть более 2%
расхода реки.
6.
общий фильтрационный расход на урезе водохранилища на 1 п.м. его длины
определяем по формуле:
qоб,t=Δq0t±qe
Естественный
расход до подпора qe=-1.005м2/сут
qоб,250=1.08-1.005=0.075
м2/сут
qоб,1000=0.54-1.005=-0.465
м2/сут
qоб,400=0.85-1.005=-0.155
м2/сут
Знак
минус показывает, что расход направлен от водохранилища (против положительного
направления оси Х)
7.
Устанавливаем стадии формирования подпора и их продолжительность. Первая стадия
характеризуется повышением грунтовых вод за счет фильтрации воды из
водохранилища qt
и естественного притока грунтовых вод со стороны водораздела qe.
Продолжительность этой стадии определяется приравниванием фильтрационного расхода
из водохранилища естественному расходу потока до подпора:
=-1.005,
откуда t=289 сут.
Во
вторую стадию формирование подпора грунтовых вод происходит за счет притока со
стороны водораздела. Время завершения этой стадии соответствует наступлению
стационарной фильтрации в междуречном массиве и определяется:
tc== 17439 сут
Задача
4
Скважина
эксплуатируется с расходом Q0=1500
м3/сут, располагается в нижней части конуса выноса.В зоне
расположения скважины существовали родники на площади F=15
км2, суммарный дебит которых составлял Qрод=70
л/с. Мощность водоносного горизонта hст=30
м, коэффициент фильтрации песков К=8м/сут, водоотдача µ=0.03. Радиус фильтра
скважины r0=0.1
м. Определить, через какое время наступит стационарный режим фильтрации в
скважине, величину понижения уровня в скважине и величину ущерба родниковому
стоку в конце первого года работы водозабора.
Решение:
Выходы
родников являются ГУ III рода. При снижении уровня в пласте за
счет водоотбора из скважины произойдет сокращение родниковой разгрузки. При
этом, если Qрод>
Q0,
то в пласте наступит стационарный режим фильтрации за счет частичной инверсии
родниковой разгрузки. В нашем случае Qрод=
86.4*70=6048 м3/сут, т.е больше водоотбора Q0
Интенсивность
родниковой разгрузки определим по формуле:
Wр=10-4
Радиус
контура питания определим по формуле:
Rк=
Время
наступления стационарного режима определяется по формуле:
tс=
а= м2/сут, тогда
tс= сут
т.е
к концу расчетного периода в 730 сут стационарная фильтрация наступает и расход
скважины полностью формируется за счет ущерба родниковому стоку, который равен
1500 м3/сут.
Понижение
уровня определяется по формуле:
S’== м
Полученная
величина понижения S’0.25hст
поэтому используем формулу:
(2hст-S)S=
(2*30
–S)S= отсюда
S=11.4м
Так
как условие Sдоп=0.5hст
выполняется, то скважина будет эксплуатироваться нормально в течении всего
расчетного периода.