ЭКОЛОГО-ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ

"ЭКОМОНИТОРИНГ"

СРЕДНЕУРАЛЬСКАЯ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ЭКСПЕДИЦИЯ

620014 г.Екатеринбург ул.Вайнера, 55 (Уралнедра), каб. 513

тел. 257-20-06, 219-39-08 факс 257-20-06

Главная страница

Наши заказчики

Вопрос / Ответ

Справочник

Полезные ссылки

Начало

Глава 7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЕБИТА ОДИНОЧНОЙ СКВАЖИНЫ И РАДИУСА ВЛИЯНИЯ. ОПРОБОВАНИЕ СКВАЖИН ОТКАЧКАМИ. ВЫБОР ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО НАСОСА

§ 29. Определение дебита одиночной скважины по данным опытных откачек

Данные опытных откачек из одиночных скважин позволяют установить следующие зависимости: Q = f (S), q = f (S), где Q - дебит скважины, л/с; S - понижение уровня воды при откачке, м; q - удельный дебит (л/с)/м.

Удельный дебит скважины - это отношение дебита скважины (в л/с) к понижению уровня воды в скважине (в м).

Использовав уравнение и построив соответствующие кривые дебита, можно по данным опытной откачки из скважины определить ее дебит при максимально допустимом понижении уровня по формулам Дюпюи, Тима, Келлера, Смрекера и Альтовского (табл. 25).

Таблица 25

Формулы для расчета дебита одиночной скважины по данным опытных откачек

Автор

Формула

Возможные пределы

экстраполяции

условия применения

написание

Дюпюи

Для напорных вод, откачка с одним понижением

Q =	S	Q1
	S1

S =	Q	S1
	Q1

<1,5 × S_max

Тим

Для безнапорных вод, откачка с одним понижением

Q =	Q1	(2H - S)S
		(2H - S1)S1

S =	H - √H^2 -	Q	S1(2H-S1)
		Q1

<1,5 × S_max

Келлер

Для напорных и безнапорных вод, откачка с двумя понижениями

Q =	√a^2 - 4bS - a
	2b

где

a = S₀ - bQ₁

b = (S₀′′ - S₀′)/(Q₂ - Q₁)

S = aQ + bQ²

S₀′ = S₁/Q₁

S₀′′ = S₂/Q₂

<1,75÷2 × S_max

Смрекер

Для напорных вод, откачка с двумя понижениями

Q = n

^m√S

где

m = (lg S₂ - lg S₁)/(lg Q₂ - lg Q₁)

S = (Q/n)^m

lg n = lg Q₁ - lg (S₁/m)

<1,75÷2,25 × S_max

Альтовский

Для напорных вод, откачка с двумя понижениями

Q = a + blg S

где

lg S = (Q - a)/b

b = (Q₂ - Q₁)/(lg S₂ - lg S₁)

a = Q₁ - blg S₁

<2÷3 × S_max

Примечание. В формулах приняты следующие обозначения: Q - проектируемый дебит, в л/с; S - проектируемое положение, м;

Q₁ и Q₂ - дебиты, достигнутые в процессе откачки при понижении, л/с; S_max - максимальное понижение, достигнутое при откачке, м;

H - мощность водоносного слоя, м; S₀′ и S₀′′- удельные понижения, достигнутые при откачке, м.

Если откачка из скважины осуществлена только с одним понижением, то при напорных водах для расчета пользуются формулой Дюпюи, для безнапорных вод - формулой Тима.

Если откачка произведена только с двумя понижениями и для нее устанавливается кривая линейная зависимость Q = f (S) то расчеты надо вести для безнапорных вод по формуле Тима, для напорных вод - по формулам Келлера, Смрекера и Альтовского и принимать наименьшую из полученных величин дебита и наибольшую для понижения.

При откачках с тремя понижениями и более для выбора расчетной формулы строят прямые и преобразованные графики зависимости Q = f (S).

Преобразования заключаются в том, что криволинейную функцию представляют в виде прямолинейной. Это позволяет судить о том, какой формуле отвечают данные, полученные опытной откачкой.

Если в результате графика Q = f (S) установлена сложная криволинейная зависимость для выбора расчетной формулы, то данные опытной откачки необходимо свести в дополнительную таблицу (табл. 26).

Таблица 26

Данные опытной откачки

Понижение	S	Q	S0 = S/Q	lg S	lg Q
Первое	S1	Q1	S0′	lg S1	lg Q1
Второе	S2	Q2	S0′′	lg S2	lg Q2
Третье	S3	Q3	S0′′′	lg S3	lg Q3

Если S₀ = f (Q) прямая, т.е. дебит изменяется в зависимости от понижения по закону параболы, то расчет производится по формуле Келлера.

Если lg Q = f (lg S) прямая, т.е. дебит возрастает по степенной зависимости, а удельный дебит уменьшается по кривой, то расчет производится по формуле Смрекера.

Если Q = f (lg S) прямая, т.е. зависимость та же, что и в предыдущем случае, то расчет производится по формуле Альтовского.

Пример. Откачка из одиночной скважины, вскрывшей напорный горизонт, произведена при трех понижениях.

Определить дебит скважины при понижении уровня на 22,0 м.

Для выбора расчетной формулы составляем табл. 27.

Таблица 27

Понижение	S, м	Q, л/с	S/Q = S0	lg S	lg Q
Первое	8,3	1,6	5,18	0,92	0,204
Второе	12,7	2,2	5,78	1,104	0,343
Третье	18,0	2,7	6,69	1,256	0,432

Находим параметры (по любым понижениям):

b = Q₂ - Q₁/lg S₂ - lg S₁ = 2,2 - 1,6/1,104 - 0,92 = 3,26;

a = Q₁ - blg S₁ = 1,6 - (3,26·× 0,92) = -1,4;

Q_расч. = -1,4·+ (3,26·× lg 22,0) = -1,4 + 4,4 = 3 л/с.

Приближенный дебит скважины в зависимости от ее диаметра и пород водоносного горизонта можно определить по диаграмме И.Ф. Володько (рис. 8).

Рис. 8. Диаграмма зависимости дебита Q от диаметра d скважин, вскрывших напорный водоносный горизонт мощностью 1 м:

1 - гравелистые пески; 2 - крупнозернистые пески; 3 - среднезернистые пески; 4 - мелкозернистые пески

В практических расчетах для определения дебита скважин используют значения удельного дебита, который характеризует фильтрационные свойства водоносного горизонта (табл. 28).

Таблица 28

Ориентировочные значения удельных дебитов [18]

Горные породы	Коэффициент фильтрации, м/сутки	Удельный дебит, л/с
Скальные, сильнотрещиноватые; гравийно-галечниковые отложения	60-70	≥5-10
Скальные, трещиноватые; мел, гравийно-галечниковые отложения с примесью мелких частиц, разнозернистые гравелистые пески	20-60	1-10
Слаботрещиноватые (песчаники, доломиты, мергели, сланцы); разнозернистые пески	5-20	0,1-1
Мелкозернистые пески	≤5	0,01-0,5

§ 30. Определение радиуса влияния одиночной скважины

Радиус влияния скважины - это расстояние от скважины, из которой проводится откачка, до границ ее влияния. Зона влияния скважины определяется гидродинамическим полем данной скважины.

Влияние любой откачки через определенный промежуток времени распространяется до границ водоносного горизонта (уреза, водоема, соседних водонепроницаемых пород и т.д.). В практике при расположении скважины на значительном расстоянии от границ водоносного горизонта их влияние не учитывают.

Расстояние, за пределами которого влияние откачки практически отсутствует, принимается за радиус влияния откачки. Для хорошо изученных районов величину радиуса влияния рекомендуется определять опытным путем. Для мало изученных районов величину радиуса влияния ориентировочно можно рассчитывать по формулам или принимать по таблице их вероятных значений.

Зависимость величины радиуса влияния от удельного дебита скважин [2].

Радиус влияния R, м	500-300	300-100	100-50	50-25	25-10	10
Удельный дебит, м^3/ч	7,2	7,2-3,6	3,6-1,8	1,8-1,2	1,2-0,7	0,7

Величина радиуса депрессии R при опытной откачке из одиночной скважины в безнапорных условиях с понижением уровня на несколько метров может колебаться примерно в следующих размерах (в метрах):

пески: мелкозернистые	25-200
среднезернистые	100-500
крупнозернистые	400-1000

Вероятные значения радиуса депрессии для рыхлых пород при откачках из вертикальных выработок продолжительностью в несколько суток, по Д.И. Щеголеву, приведены в табл. 29.

Таблица 29

Вероятные значения радиуса депрессии (по Д.И. Щеголеву)

Порода	Размеры преобладающих частиц, мм	R, м
Песок:
тонкозернистый	0,05-0,1	25-50
мелкозернистый	0,1-0,25	50-100
среднезернистый	0,25-0,5	100-200
крупнозернистый	0,5-1,0	300-400
грубозернистый	1,0-2,0	400-500
Гравий:
мелкий	2,0-3,0	500-600
средний	3,0-5,0	600-1500
крупный	5,0-10,0	1500-3000

По С.А. Колю, при откачках из скважин радиус влияния зависит от удельной депрессии и, следовательно, от удельного дебита и имеет следующие значения:

Удельный дебит, (л/с)/м	2,0	2,0-1,9	1,0-0,5
Радиус, м	>300-500	100-300	50-100
Удельный дебит, (л/с)/м	0,5-0,33	0,33-0,2	0,2
Радиус, м	25-50	10-25	<10

Формулы для определения радиуса влияния для безнапорных вод:

- Шульце R = 60√(6HkT/μ);

- Вебера R = 74√(6HkT/μ);

- Кусакина R = 47√(6HkT/μ),

где R - радиус влияния, м; H - мощность безнапорного водоносного горизонта, м; k - коэффициент фильтрации, м/сутки; T - время от начала откачки до момента получения стационарной воронки депрессии, ч; μ - водоотдача в долях единицы ( по лабораторным определениям 0,2).

Примерное значение радиуса влияния в скальных и мелкозернистых водоносных породах, по М.Е. Альтовскому, приведено в табл. 30.

Таблица 30

Примерное значение радиуса влияния ( по М.Е. Альтовскому)

Водоносные породы	Коэффициент фильтрации, м	Характер водоносного горизонта	Расстояние от наблюдательных скважин до центральной, м			Примерный радиус влияния, м
			1	2	3
Скальные, сильнотрещиноватые	≥60-70	Напорный Грунтовый	15-20	30-40	60-80	≥500
Скальные, трещиноватые	60-20	Напорный	6-8	10-15	20-30	150-200
		Грунтовый	5-7	8-12	15-20
Гравийно-галечниковые, чистые, без примеси мелких частиц, однородные крупнозернистые и среднезернистые пески	≥60-70	Напорный	8-10	15-20	30-40	200-300
		Грунтовый	4-6	10-15	20-15
Гравийно-галечниковые со значительной примесью мелких частиц	60-20	Напорный	5-7	8-12	15-20	100-200
		Грунтовый	3-5	6-8	10-15
Неоднородные разнозернистые и мелкозернистые пески	20-5	Напорный	3-5	6-8	10-15	80-150
		Грунтовый	2-3	4-6	8-12

В практике проектирования разведочно-добывающих скважин для нахождения ориентировочного радиуса влияния в рыхлых грунтах с коэффициентом водоотдачи порядка 0,3 используют следующие эмпирические формулы:

- для безнапорных вод при значениях понижений не выше 40-50 м - формулу Кусакина R = 2S√km;

- для напорных вод - формулу Зихарда R = 10S√k.

Коэффициент фильтрации можно определить по формуле k = 130q/m.

Пример. Удельный дебит скважины q = 0,1 (л/с)/м, средняя мощность водоносного горизонта 20 м, понижение уровня воды в скважине 20 м, k = (130·× 0,1)/20 = 0,65 м/с.

Тогда R = 10 × 20√0,65 = 160 м.

По предложению В.Н. Щелкачева, для практических расчетов понижений уровня на длительный период эксплуатации водозабора в условиях пласта "неограниченных размеров" величину радиуса питания скважины R можно заменить величиной приведенного радиуса влияния R по формуле: R = 1,5√at, где t - время от начала работы водозаборной скважины; a - коэффициент пьезопроводности при использовании артезианских вод и коэффициент уровнепроводности при использовании грунтовых вод [3].

§ 31. Опробование скважин откачками

Опробование скважины состоит из прокачки, пробной и опытной откачек. Когда одновременно вскрываются несколько изолированных водоносных горизонтов и необходимо оценить производительность скважины и качество воды каждого горизонта в отдельности, производят зональные откачки.

Прокачки скважин нужны для очистки ствола скважины от шлама и глинистого раствора. В процессе прокачки замеряют расходы и уровни воды и количество выносимого песка. Прокачку осуществляют в течение нескольких часов желонкой, эрлифтом или насосами.

Пробную откачку производят в условиях слабой гидрогеологической изученности участка строительства скважин, чтобы определить качество воды, ориентировочный дебит и соответствующее ему понижение уровня воды. Эта откачка осуществляется в течение одной - трех смен с одним максимально возможным понижением уровня. При достаточно хорошей гидрогеологической изученности вместо пробных откачек скважину опробуют опытной откачкой.

Опытная откачка - один из основных видов работ, по результатам которых оценивают возможности отбора из скважин необходимого количества воды и ее качество.

По результатам опытных откачек определяют:

1) производительность скважины или группы скважин и зависимость дебита от динамического уровня воды;

2) устойчивость дебита, или понижения уровня во времени, или зависимость их изменения от времени и режима эксплуатации;

3) исходные данные для определения коэффициента фильтрации, радиуса влияния и коэффициента пьезопроводности;

4) качество воды;

5) связь водоносного горизонта, намечаемого к эксплуатации, с поверхностными водами или другими смежными горизонтами;

6) влияние водоотбора из скважины на другие близко расположенные водозаборные сооружения и возможную степень взаимодействия между скважинами.

Опытная откачка должна производиться не менее чем при двух понижениях с дебитом, составляющим при большом понижении 75% проектной. При этом продолжительность откачки не менее 1-5 суток на каждое понижение.

При проведении откачки должны быть достигнуты стабильные дебиты при устойчивых величинах понижений.

Пробные и опытные откачки должны быть непрерывными. Дебит скважин и динамический уровень можно считать установившимися, если в течение последних 24 ч откачки не происходит систематического снижения уровня и изменения дебита.

В процессе откачки одновременно измеряется дебит и динамический уровень в скважине через каждые 1-3 ч, исходя из условия не менее 15-20 замеров на каждое понижение.

Если откачка производится в течение 1-2 месяцев, число замеров сокращается до 2-3 суток.

Откачиваемую из скважины воду следует отводить по временному водоотводу, так как она не должна попадать обратно.

§ 32. Выбор эксплуатационного насоса

В настоящее время для отбора воды из скважины выпускают различные насосы. Наибольшее распространение получили глубинные артезианские насосы с погружными электродвигателями ЭЦНВ (табл. 31), применяют также глубинные насосы с электродвигателем на поверхности земли АТН, погружные насосы типа ЭПН (табл. 32), АПВ, АПВМ, ПМНЛ и АПТ.

Таблица 31

Основные технические данные погружных насосов

Показатели	ЭЦНВ-6- 7,2-75	ЭЦНВ-6- 7,2-120	ЭЦНВ-6- 10-140	ЭЦНВ-6- 10-185	ЭЦНВ-10- 120-60	ЭЦНВ-12- 255-30	ЭЦНВ-14- 200-300	ЭЦНВ-16- 360-180
Подача, м^3/ч	7,2	7,2	10	10	127	255	200	360
Высота напора, м	80	127	140	185	60	30	304	170
Число ступеней	10	16	16	21	3	1	6	3
Диаметр наружного агрегата, мм	142	142	142	142	234	278	327	358
Диаметр внутреннего напорного трубопровода, мм	50	50	50	50	121	154	194	219
Длина агрегата, мм	1440	1700	2100	2500	1370	2086	2493	2370
Масса агрегата, кг	77	92,8	116	134	324	286,6	1780	1697
Электродвигатель	МАПЗ-13	ПЭДВ-4,5- 14	ПЭДВ-7- 140	ПЭДВ-8- 140	ПЭДВ-8- 140	ПЭДВ-32- 230	ПЭДВ-250- 320	ПЭДВ-250- 320
Мощность, кВт	2,5	4,5	8	8	32	32	250	250

Таблица 32

Техническая характеристика насосов ЭПН

Показатели	ЭПН-6-16-50	ЭПН-6-16-75	ЭПН-6-16-110	ЭПН-6-10-80	ЭПН-6-10-110
Подача, м^3/ч	16	16	16	10	10
Высота напора, м	50	75	110	80	110
Частота вращения, об/мин	2880	2880	2880	2880	2880
Электродвигатель	АПД-136/2
Мощность, кВт	4,0	5,5	8,0	4,0	5,5
Ток номинальный, А	10	15,5	20	10	15,5
Напряжение сети, В	380	380	380	380	380
Диаметр скважины, мм	154	154	154	154	154
Масса электронасоса, кг	80	110	145	90	105
Наружный максимальный диаметр насоса, мм	142	142	142	142	142
Длина электронасоса, мм	1400	1650	1860	1500	1640

При пробных откачках в разведочно-добывающих скважинах часто используют устаревшие штанговые насосы и воздушные подъемники (эрлифты).

Электрические погружные центробежные насосы ЭЦНВ предназначены для откачки неагрессивной воды с температурой до 25°С и содержанием механических примесей до 0,01%, их подача достигает 360 м³/ч с высотой напора 300 м.

Шифр этих насосов следует читать следующим образом: например, ЭЦНВ-6-7,2-75: Э - электрический, Ц - центробежный, Н - насос, В - водоподъемный, 6 - диаметр скважины в мм, уменьшенный в 25 раз, 7,2 - подача в м³/ч, 75 - высота напора в м.

Штанговые поршневые насосы в сельскохозяйственном производстве еще эксплуатируются с приводами водоподъемных лебедок ВЛ3М полностью модернизированной установки Бурвод-III-А. В связи с небольшими подачей (≤12 м³/ч) и высотой напора (20-30 м), а также быстрым износом манжет поршня приходится отказываться от их широкого применения. Для проектируемых скважин с небольшой подачей эти насосы используют в случае необходимости пробной откачки.

Воздушные водоподъемники (эрлифты) дают возможность получать из скважин большие количества воды и поднимают ее на высоту 60-80 м (табл. 33).

Таблица 33

Техническая характеристика эрлифта

Подача, м^3/ч	Наибольшая высота подъема, м	Мощность двигателя, кВт	Минимальный эксплуатационный диаметр скважины, мм
5-10	40-60	7-10	75
15-23	40-60	12-22	100
23-35	50-70	22-40	125
35-55	50-70	44-55	150
65-80	60-80	44-70	200
100-150	60-80	70-90	250
150-200	60-80	110-120	300-350

Эрлифты имеют следующие достоинства: не имеют рабочих частей в скважине, надежны в работе, могут быть применены для откачек воды с большим содержанием песка или шлама, высокую производительность при малых диаметрах скважин.

Недостаток эрлифтов - низкий коэффициент полезного действия и необходимость в создании высокого столба воды в скважине.

Продолжение

uralgidrogeo@narod.ru