Изучение гидродинамических параметров при эксплуатации месторождений пресных подземных вод

В процессе ведения мониторинговых исследований пресных подземных вод на эксплуатируемых месторождениях выполняются следующие основные виды работ: гидродинамические исследования с целью контроля изменений фильтрационных характеристик отложений; наблюдения за территорией нефтяного месторождения, как техногенного объекта - потенциального источника загрязнения пресных подземных вод; наблюдения за эксплуатируемым водоносным горизонтом; наблюдения за техническим состоянием водозаборных скважин.

Гидродинамические исследования в рамках мониторинговых программ сводятся к выполнению повторяющихся откачек и прослеживанию кривой восстановления уровня в скважине. По динамике указанной кривой во времени судят об изменениях фильтрационных характеристик водоносных отложений. Такие утверждения строятся на качественном уровне.

Ряд исследователей утверждают, что изменения проницаемости флюидовмещающих пород происходит из-за скачкообразной перестройки структуры их порового пространства [1- 3].

Водопроводимость водоносного горизонта рассматривается как важный параметр геофильтрации и выявление закономерностей возможного изменения водопроводимости во времени в поле переменных напряжений является важной задачей гидрогеологии [1]. Регистрацию изменения водопроводимости во времени в случае быстропротекающих геодинамиче-ских процессов предлагается проводить методами, отличающимися от традиционных повышенной оперативностью и высокой чувствительностью.

По мнению автора наиболее значимым параметром геофильтрации, содержащим в себе информацию об изменении напряженного состояния горных пород является гидравлические потери (название условное). Указанный параметр - комплексный и включает в себя гидравлические сопротивления возникающие: при фильтрации флюида в порах водовмещающих пород, вблизи водоприемной части скважины; при фильтрации флюида через фильтр скважины. Возникновение локальных фильтрационных потоков, обусловленных формированием скачка давления флюида в системе «водоносный пласт - скважина» при воздействии различных нагрузок, обязано гидравлическим сопротивлениям (пласта, призабойной зоны, фильтра). Скачкообразная перестройка структуры порового пространства горных пород при изменении напряженного состояния, прежде всего, влияет на гидравлические сопротивления в пласте, а изменение последних вызывает скачок давления флюида в скважине [4].

Таким образом, в изучении гидродинамических параметров можно выделить два направления: 1) исследование режима подземных вод, изменения уровня (так называемого тренда уровня); и 2) определение изменений геофильтрационных параметров методами, базирующими на кратковременном возбуждении водоносного горизонта и регистрации изменения уровня воды в скважине.

Рассмотрим второе направление. На территории Западной Сибири для водоснабжения городов и поселков используются групповые водозаборы, проработавшие уже достаточно продолжительное время. В связи с этим почти на каждом групповом водозаборе в процессе эксплуатации формируется парк не работающих скважин, составляющий 10-30% от объема всех скважин. Это создает определенные трудности в слежение за динамикой параметров фильтрационного процесса по площади месторождения.

Наиболее надежным путем получения необходимых гидродинамических данных является комплекси-рование методов исследований [5]. В комплекс гидрогеологических исследований входят методы, позволяющие оценивать гидродинамические параметры и качество скважин в зависимости от технического состояния исследуемого объекта: скважина не работает, не эксплуатируется (не оборудована насосной установкой); скважина работает, эксплуатируется (оборудована насосной установкой). Если скважина работает (эксплуатируется), то применяются такие виды исследований: регистрация уровня воды и дебита на каждом режиме работы (обычно 3-4) с отбором проб воды на изучение содержания механических примесей (на рабочем режиме и на максимальном), с прослеживанием восстановления уровня воды в скважине (или понижения уровня воды в работающей скважине) [4]. Если скважина не работает (в ней нет насосного оборудования), то для ее исследования применяется метод, который содержит следующие виды работ: погружение под уровень воды в скважине цилиндрического тела фиксированного объема, регистрацию изменения уровня воды в ней, а также измерение глубины забоя.

В результате применения перечисленных гидрогеологических исследований получают следующие гидродинамические параметры: коэффициент водо-проводимости, гидравлические потери напора на фильтре скважины и динамические уровни в зависимости от производительности последней, содержание твердых механических примесей в фильтрующей воде для работающих скважин; качественные характеристики фильтра и глубину забоя для неработающих скважин. Результаты исследований анализируются и увязываются с данными о качестве фильтра. Сопоставление результатов, полученных в разные сроки, дает возможность установить тенденцию развития неустойчивых процессов в призабойной зоне и определить оптимальный режим эксплуатации системы в целом.

Таким образом, использование вышеозначенных исследований на эксплуатируемых месторождениях пресных подземных вод позволяют оценить пригодность эксплуатационных скважин к дальнейшей их работе и степень надежности состояния природнотехногенной системы «водоносный пласт - скважина», а также произвести оперативно и экономично детализацию при изучении фильтрационных свойств водовмещающих пород в плане и разрезе.