Результаты моделирования процесса поглощения скважиной водоносного пласта потока воды Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© В.В. Сснкус, Б.М. Стсфанюк, В.К. Буторин, 2007

УДК 622.22

В.В. Сенкус, Б.М. Стефанюк, В.К. Буторин

РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПОГЛОЩЕНИЯ СКВАЖИНОЙ ВОДОНОСНОГО ПЛАСТА ПОТОКА ВОДЫ

В качестве исходных данных принимаются: мощность водоносного горизонта Но, изменяющегося в диапазоне от 0,6 до 6,0 м; коэффициенты фильтрации грунтов к в диапазоне от 0,2 • 10-6 м/с до 6000 • 10-6 м/с; радиус влияния (дальнодействия) скважины Яскв в диапазоне от 100 м до 3000 м; радиус скважины Гов = 0,1 м.

Разность напора в скважине и пласте Б0 определяется по формуле [1]

Е>

С _ ^скв

0 _ 3000 4к ■

Полный напор в скважине определяется из выражения [1]

Ьскв _ С0 + Н0.

Дебит поглощения воды скважиной определяется по формуле [1]

1Л _ и"2

О _ 1,36к >скв 10 _

1д

я,

= 1,36 к

= 1,36 к

(( + Н0 )(( - Н0)

1д

я,

1д

я,,

Расчет проводится для Н0 Н 0,6, 1,

2, 3, 4, 5, 6^, влияние скважины ЯСКв, м Н100, 150, 200, 300, 450, 600, 800, 1000, 1500, 2000, 3000 К

Таблица 1

Изменяемые величины

№ Коэффициент фильтрации к • 106, м/с Радиус влияния скважины Искв, м Напор воды в пласте во, м Грунты

1 0,2 100 74,3 Песок пылеватый

2 0,6 150 65

3 2,0 200 47 Песок мелкозернистый

4 5,8 300 41,5

5 23,0 450 31,2 Песок среднезернистый

6 58,0 600 26,2 Песок крупнозернистый

7 120 800 24,0 Г равий

8 225 1000 22,2 Галечник

9 580 1500 20,1

10 1700 2000 16,0 Крупный галечник

11 6000 3000 12,9

Таблица 2

Результаты моделирования при мощности пласта Н0 = 0,6 м

№ Коэффициент фильтрации к • 106, м/с Радиус влияния скважины ^СКВ, м Напор воды в пласте во, м Полный напор скважины Искв, м Поглатитель-ная способность скважины Q, м3/с Поглатитель-ная способность скважины Q, м3/ч

1. 0,2 100 74,3 74,9 0,509 • 10-3 1,82

2. 0,6 150 65 65,6 1,11 • 10-3 3,91

3. 2,0 200 47 47,6 1,87 • 10-3 6,73

4. 5,8 300 41,5 42,1 4,02 • 10-3 14,5

5. 23 450 31,2 31,8 8,66 • 10-3 31,2

6. 58 600 26,2 26,8 15,0 • 10-3 53,9

7. 120 800 24,0 24,6 25,29 • 10-3 91,0

8. 225 1000 22,2 22,6 39,74 • 10-3 143,0

9. 580 1500 20,1 20,7 80,86 • 10-3 291,1

10. 1700 2000 16,0 16,7 147,9 • 10-3 532,5

11. 6000 3000 12,9 13,5 331 • 10-3 1192

Таблица 3

Результаты моделирования при мощности пласта Н0 = 1 м.

№ Коэффициент фильтрации к • 106, м/с Радиус влияния скважины Нскву м Напор воды в пласте во, м Полный напор скважины Ьскв, м Поглатитель-ная способность скважины Q, м3/с Поглатитель-ная способность скважины Q, м3/ч

1 0,2 100 74,3 75,3 0,507 • 10-3 1,83

2 0,6 150 65 66 1,12 • 10-3 4,03

3 2,0 200 47 49 1,90 • 10-3 6,83

4 5,8 300 41,5 42,5 4,10 • 10-3 14,7

5 23 450 31,2 32,2 8,87 • 10-3 31,9

6 58 600 26,2 27,2 15,4 • 10-3 55,5

7 120 800 24,0 25,0 26,09 • 10-3 93,9

8 225 1000 22,2 23,2 41,10 • 10-3 148,0

9 580 1500 20,1 21,1 83,90 • 10-3 302,1

10 1700 2000 16,0 17,0 154,8 • 10-3 557,3

11 6000 3000 12,9 13,9 350 • 10-3 1260

Таблица 4

Результаты моделирования при мощности пласта Н0 = 2 м

№ Коэффициент фильтрации к • 106, м/с Радиус влияния скважины №скв, м Напор воды в пласте во, м Полный напор скважины Искв, м Поглатитель-ная способность скважины Q, м3/с Поглатитель-ная способность скважины Q, м3/ч

1 0,2 100 74,3 76,3 0,527 • 10-3 1,9

2 0,6 150 65 67 1,15 • 10-3 4,15

3 2,0 200 47 49 1,98 • 10-3 7,11

4 5,8 300 41,5 43,5 4,25 • 10-3 15,3

5 23 450 31,2 33,2 9,40 • 10-3 33,9

6 58 600 26,2 28,2 16,5 • 10-3 59,5

7 120 800 24,0 26,2 28,1 • 10-3 101,2

8 225 1000 22,2 24,2 44,5 • 10-3 160,2

9 580 1500 20,1 22,1 91,5 • 10-3 329,4

10 1700 2000 16,0 18,0 172 • 10-3 619

11 6000 3000 12,9 14,9 397 • 10-3 1430

Таблица 5

Результаты моделирования при мощности пласта Н о = 3 м

№ Коэффици- Радиус Напор Полный Поглатитель- Поглатитель-

ент фильт- влияния воды в напор ная способ- ная способ-

рации скважины пласте скважи- ность скважи- ность сква-

к • 106, м/с ^скв, м во, м ны Ъскв, м ны Q, м3/с жины Q, м3/ч

1 0,2 100 74,3 77,3 0,54 • 10-3 1,95

2 0,6 150 65 68 1,19 • 10-3 4,27

3 2,0 200 47 50 2,05 • 10-3 7,74

4 5,8 300 41,5 44,5 4,47 • 10-3 16,1

5 23 450 31,2 34,2 9,94 • 10-3 35,8

6 58 600 26,2 29,3 17,6 • 10-3 63,4

7 120 800 24,0 27,0 30,1 • 10-3 108,4

8 225 1000 22,2 25,2 47,9 • 10-3 172,4

9 580 1500 20,1 23,1 99,1 • 10-3 357

10 1700 2000 16,0 19,0 192,4 • 10-3 693

11 6000 3000 12,9 15,9 444,4 • 10-3 1600

Таблица 6

Результаты моделирования при мощности пласта Н0 = 4 м

№ Коэффициент фильтрации к • 106, м/с Радиус влияния скважины RСКВ, м Напор воды в пласте во, м Полный напор скважины Искв, м Поглатитель-ная способность скважины Q, м3/с Поглатитель-ная способность скважины Q, м3/ч

1 0,2 100 74,3 78,3 0,56 • 10-3 1,99

2 0,6 150 65 69 1,22 • 10-3 4,39

3 2,0 200 47 51 2,13 • 10-3 7,67

4 5,8 300 41,5 45,5 4,57 • 10-3 16,4

5 23 450 31,2 35,2 10,4 • 10-3 37,7

6 58 600 26,2 30,2 18,7 • 10-3 67,3

7 120 800 24,0 28,0 32,1 • 10-3 115,6

8 225 1000 22,2 26,2 51,3 • 10-3 184,6

9 580 1500 20,1 24,1 107 • 10-3 384

10 1700 2000 16,0 20,0 206 • 10-3 743

11 6000 3000 12,9 16,9 491 • 10-3 1769

Таблица 7

Результаты моделирования при мощности пласта Н0 = 5 м

№ Коэффициент фильтрации к • 106, м/с Радиус влияния скважины RСКВ, м Напор воды в пласте во, м Полный напор скважины Ьскв, м Поглатитель-ная способность скважины Q, м3/с Поглатитель-ная способность скважины Q, м3/ч

1 0,2 100 74,3 79,3 0,57 • 10-3 2,04

2 0,6 150 65 70 1,25 • 10-3 4,51

3 2,0 200 47 52 2,21 • 10-3 7,95

4 5,8 300 41,5 46,5 4,85 • 10-3 17,5

5 23 450 31,2 36,2 11,0 • 10-3 39,6

6 58 600 26,2 31,2 19,8 • 10-3 71,3

7 120 800 24,0 29,0 34,1 • 10-3 122,8

8 225 1000 22,2 27,2 54,7 • 10-3 197

9 580 1500 20,1 25,1 114 • 10-3 411

10 1700 2000 16,0 21,0 227 • 10-3 819

11 6000 3000 12,9 17,9 538 • 10-3 1938

Таблица 8

Результаты моделирования при мощности пласта И о = 6 м

№ Коэффици- Радиус Напор Полный Поглатитель- Поглатитель-

ент фильт- влияния воды в напор ная способ- ная способ-

рации скважины пласте скважи- ность скважи- ность скважи-

к • 106, м/с Rскв, м во, м ны Ьскв, м ны Q, м3/с ны Q, м3/ч

1 0,2 100 74,3 80,3 0,58 • 10-3 2,09

2 0,6 150 65 71 1,29 • 10-3 4,63

3 2,0 200 47 53 2,29 • 10-3 8,23

4 5,8 300 41,5 47,5 5,04 • 10-3 18,1

5 23 450 31,2 37,2 11,5 • 10-3 41,6

6 58 600 26,2 32,2 20,9 • 10-3 75,3

7 120 800 24,0 30,0 36,1 • 10-3 130,1

8 225 1000 22,2 28,2 58,1 • 10-3 209,1

9 580 1500 20,1 26,1 121,9 • 10-3 439

10 1700 2000 16,0 22,0 240 • 10-3 867

11 6000 3000 12,9 18,9 585 • 10-3 2108

Результаты расчета величин разности давления Б0, м. вод. ст. для различных грунтов водоносного горизонта приводятся в табл. 1; а зависимость Б0 = / (Иске) приведена на рисунке.

В табл. 2-8 приведены расчетные данные дебита поглощения скважины Q при различных диаметрах скважины Иске и коэффициенте фильтрации грунтов.

Расчеты проведены для скважины, когда ее влияние на 3600. При ограничении угла влияние скважины следует уменьшить пропорционально углу сектора а

Q (а) = —Q.

огЛ ’ 360

При односторонней работе скважины а = 180°:

180

Q = — Q = 0,5 Q .

огр 360

Анализ результатов показывает, что водоносные горизонты с коэффициентом фильтрации к меньше 2 • 10-6 м/с

практически могут принять без нарушения структуры малое количество воды не более 8 м3/час, а водоносные пласты (горизонты) с крупным галечником, которые являются источниками рек, речушек, ручьев и родников в состоянии принять весь шахтный приток.

Выводы

1. Для закачки шахтного притока в водоносные горизонты следует использовать пласты с крупнозернистым песком, гравием, галечником и крупным галечником3 которые могут принять от 50 м /час до 2000 м3/час воды в зависимости от мощности.

2. При односторонней работе скважины ее дебит уменьшается вдвое.

3. При нагнетании воды под давлением, отвечающему дебиту структура водоносного горизонта не нарушается, а ее работа не ограничивается во времени.

------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Штеренлихт, Д.В. Гидравлика. Книга 2 [Текст] / Штеренлихт, Д.В. - М.: Энерго-атомиздат, 1991. - 367 с. ЕЫЭ

— Коротко об авторах--------------------------------------------------------

Сенкус В.В., Стефанюк Б.М., Буторин В.К.- Новокузнецкий филиал-институт Кемеровского государственного университета, г. Новокузнецк.

Статьи авторов Сенкуса В.В., Стефанюка Б.М., Буторина В.К. представлены Новокузнецким филиалом - институтом ГОУВПО «Кемеровский государственный университет.

Рецензенты: Мельник В.В., доктор технических наук, профессор,

Атрушкевич В.А., доктор технических наук, профессор,

Московский государственный горный университет.