Краткий справочник по проектированию и бурению скважин на воду

Скачать 2.34 Mb.

Название	Краткий справочник по проектированию и бурению скважин на воду
страница	4/14
Тип	Справочник

rykovodstvo.ru > Руководство эксплуатация > Справочник

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 14

§ 17. Некоторые сведения по гидрогеологии

Гидрогеология изучает происхождение, состав, движение и распределение подземных вод в горных породах и взаимоотношение пород с этими водами, а также условия использования подземных вод, влияние их на возникновение природных процессов, а также на условия строительства и эксплуатации искусственных сооружений.
Горные породы по своему происхождению не являются абсолютно монолитными, они имеют поры, трещины самых различных форм и размеров, а также пустоты.
Пористость, трещиноватость и тектоническая нарушенность пород с учетом их литологических особенностей и динамики подземных вод определяют гидрогеологические свойства.
Трещинные воды - это подземные воды, залегающие в трещиноватых магматических, метаморфических и осадочных породах.
В горных породах различают (по происхождению) трещины трех видов: а) тектонические, образовавшиеся при формировании геологических структур; б) выветривания, возникающие при выветривании и размывании горных пород; в) литологические, связанные с формированием пород.
Водообильность трещиноватых горных пород в значительной степени зависит от типа развитых в них трещин и характера взаимосвязи последних между собой.
В зависимости от вида и размера пор, трещин и пустот в горных породах различают:
а) некапиллярную пористость (скважность, обусловленную крупными порами >1 мм, ноздреватостью, кавернозностью, крупной трещиноватостью и закарстованностью);
б) капиллярную пористость, когда в горных породах встречаются поры размером менее 1 мм, а трещины шириной менее 0,25 мм.
Водовмещающие породы представляют собой пористые среды. Основные свойства пористой среды, определяющие условия движения в ней воды, - пористость и проницаемость.
Пористость - это общий объем всех пустот в горной породе (табл. 13). Величина пористости горных пород характеризуется коэффициентом пористости n, который определяется отношением объема пор к объему всей породы в сухом состоянии и выражается в долях единицы или в процентах:

100% (где

- объем пор;

- объем породы).

Таблица 13
Пористость некоторых пород

#G0Порода	Пористость, %
	минимальная	максимальная
Граниты и гнейсы	0,02	0,6
Каррарский мрамор	0,20	0,40
Глинистые сланцы	0,50	7,50
Кремнистые сланцы	0,85	0,90
Известняки	0,50	13,50
Доломиты	1,50	22,00
Туф известковый	20,2	32,2
Песчаники	3,50	28,5
Пески	35,0	42,0
Глины	25,0	55,0
Лёсс	40,0	55,0

Пористость

водовмещающей горной породы - это часть ее объема, заполненная водой и выраженная как отношение объема пустот к общему объему породы.
Характеристикой емкостных свойств водовмещающей среды является не полная пористость, а коэффициент гравитационной водоотдачи породы

, т.е. количество воды, которое может высвободиться из элементарного объема пласта при его осушении.
Под коэффициентом водоотдачи принято понимать разность между общей пористостью и максимальной молекулярной влагоемкостью с учетом объемных масс скелета и воды

где

- соответственно объемная масса скелета и воды.
Обычно принимают величину водоотдачи равной активной пористости

.
Активная пористость - это совокупность пор и других пустот, по которым подземная вода может свободно передвигаться в горных породах, не испытывая заметного притяжения и трения со стороны стенок, так как эти стенки покрыты гигроскопической и пленочной водой. Активная пористость - это также объем пор, взаимосоединенных друг с другом.
При напорной фильтрации осушения породы не происходит и емкостные свойства водоносного горизонта определяются упругостью водовмещающих пород и заключенной в ней воды [4].
По аналогии со свободной водоотдачей при осушении пород для характеристики емкостных свойств напорного пласта Ф.М. Бочевер предложил понятие упругой водоотдачи

, характеризующей количество воды, которое может быть получено с единицы площади напорного пласта при понижении пьезометрического напора на 1 м.
Упругие свойства водоносного горизонта характеризуются, по предложению В.Н. Щелкачева, коэффициентом упругоемкости

.
Коэффициент водоотдачи будет выражен

где

- объемная масса пресной воды, приближенно равна единице;

- мощность водоносного горизонта в м.
Тогда формула коэффициента водоотдачи (табл. 14) примет вид

Таблица 14
Средние значения коэффициента водоотдачи

#G0Порода	Коэффициент водоотдачи, доли единицы
Тонкозернистый песок и супесь	0,1-0,15
Песок:
мелкозернистый	0,15-0,2
среднезернистый	0,2-0,25
крупнозернистый и гравелистый	0,25-0,35
Известняки трещиноватые	0,008-0,1

Проницаемость - это свойство пористого материала пропускать через себя воду под действием приложенного градиента давления [4].
Согласно определению Р. Коллинза, проницаемость есть проводимость по отношению к воде.
К водопроницаемым породам относятся крупнозернистые пески, гравий, галечник, щебень, валуны, трещиноватые скальные породы, т.е. породы, в которых имеется достаточное количество крупных пустот для проникновения и движения воды.
Водоносным горизонтом называют пласт водопроницаемой породы, наполненный (насыщенный) водой и способный отдавать ее.
Водоносные горизонты всегда залегают на водоупорных или весьма слабопроницаемых для воды горных породах.
Водоупорными горными породами являются плотные тяжелые глины, плотные суглинки, а также различные изверженные и метаморфические породы, если они не трещиноваты.
Подошвой водоносного горизонта называют горные породы, подстилающие водоносный горизонт.
Движение подземных вод в водоносном горизонте, или так называемая фильтрация, происходит по порам и мелким трещинам горных пород. Отдельные струи движутся равномерно, без разрыва сплошного потока, с небольшими скоростями, параллельно одна другой. Такое движение подземной воды преобладает в природных условиях и называется ламинарным.
Закон ламинарного движения формулируется следующим образом: расход воды, фильтрующейся через определенную площадь (поперечное сечение) горной породы, прямо пропорционален этой площади, напору и обратно пропорционален длине пути фильтрации на данном участке потока. Он зависит от некоторой постоянной величины - коэффициента фильтрации, свойственного данной породе.
Коэффициент фильтрации представляет собой расход воды через единицу площади поперечного сечения пласта при напорном градиенте, равном единице, и численно равен скорости фильтрации при единичном градиенте. Коэффициент фильтрации измеряется в м/сут.
Поскольку при решении задач водоснабжения, как правило, рассматривается плановая фильтрация, обычно коэффициент фильтрации заменяется коэффициентом водопроводимости [14]

(

- коэффициент фильтрации). Коэффициент водопроводимости представляет собой расход воды через единицу ширины подземного потока мощностью

при единичном напорном градиенте и измеряется в м

/сут.
Помимо коэффициентов фильтрации (водопроводимости) и водоотдачи в гидрогеологических расчетах широко используется комплексный параметр

, в общем случае характеризующий скорость развития депрессии:
в безнапорном потоке - коэффициент уровнепроводимости

;
в напорном потоке - коэффициент пьезопроводности (в м

/сут)

.
На практике в качестве основных гидрогеологических параметров определяют коэффициент фильтрации (водопроводимости) и пьезопроводности (уровнепроводимости).
Расход подземных вод находят по следующей формуле:

, где

- расход воды, м

/сут;

- площадь поперечного сечения потока (водоносного пласта);

- напорный градиент или падение напора на единицу пути фильтрации, рассчитываемый по выражению

(

- пьезометрические напоры в двух сечениях потока;

- расстояние между этими сечениями, м).
Средние значения коэффициента фильтрации, по Н.А. Плотникову, приведены в табл. 15.

Таблица 15
Значения коэффициента фильтрации

#G0Характеристика пород	Коэффициент фильтрации
	м/сут	см/с
Очень хорошо проницаемые галечники с крупным песком, сильно закарстованные известняками и сильно трещиноватые породы	100-1000 и более	1,16-1,12
Хорошо проницаемые галечники и гравий, частично с мелким песком, крупный песок, чистый среднезернистый песок, закарстованные, трещиноватые и другие породы	100-10	0,12-0,01
Проницаемые галечники и гравий, засоренные мелким песком и частично глиной, среднезернистые пески и мелкозернистые, слабо закарстованные малотрещиноватые и другие породы	10-1	0,12-0,0012
Слабопроницаемые, тонкозернистые пески, супеси, слаботрещиноватые породы	1-0,1	1,2·10-1,2·10
Весьма слабопроницаемые суглинки	0,1-0,001	1,2·10-1,2·10
Почти непроницаемые глины, плотные мергели и другие массивные породы с ничтожной водопроницаемостью	0,001	1,2·10

Коэффициент фильтрации на практике ориентировочно возможно определять по следующей формуле:

где 130 - переходный коэффициент;

- удельный дебит скважины;

- мощность водоносного горизонта, м.
Коэффициент фильтрации в полевых условиях находят при помощи откачек, а в лаборатории - по результатам анализа гранулометрического состава водоносной породы.
Отклонения от закона ламинарного движения происходят при скорости движения подземной воды свыше 1000 м/сут, что наблюдается только в карстовых районах и породах, имеющих большие трещины. Движение подземной воды переходит в вихреобразное, или турбулентное, при котором струи воды уже не движутся параллельно. В этом случае расход воды выражается уравнением

.
Таким образом, при вихреобразном движении воды скорость ее пропорциональна уклону не в первой степени, а в степени 1/2.

§ 18. Оценка эксплуатационных запасов подземных вод

Подземная вода, пригодная для водоснабжения объектов, является полезным ископаемым.
Общность понятия "запас" для твердых полезных ископаемых и воды заключается в следующем: объем (масса) гравитационной воды, как и масса твердого полезного ископаемого, выражает ее запасы; объем водоносного пласта аналогичен объему породы, содержащей руду; коэффициент водоотдачи - содержанию руды в породе; состав подземных вод - составу руды.
Запасы и ресурсы подземных вод можно подразделить по их генезису на следующие виды: 1) естественные; 2) искусственные; 3) привлекаемые.
Естественные запасы - масса гравитационной воды в пласте в естественных условиях, выраженная в объеме. Естественные ресурсы водоносного горизонта - это его питание в естественных условиях, нашедшее свое выражение в расходе потока подземных вод.
Искусственные запасы подземных вод - это их объем в пласте, образовавшийся в результате орошения, подпора водохранилищами, искусственного заводнения пласта.
Привлекаемые ресурсы - усиление питания подземных вод, вызванное образованием депрессионных воронок при эксплуатации водозаборов.
Эксплуатационные запасы подземных вод - количество подземных вод, которое может быть получено рациональными в технико-экономическом отношении водозаборными сооружениями при заданном режиме эксплуатации и при качестве воды, удовлетворяющем требованиям в течение всего расчетного срока водопотребления.
Количество воды в эксплуатационном запасе выражается расходом воды.
Эксплуатационные запасы (ресурсы) по возможному сроку их использования могут быть приняты равными сроку амортизации водозабора, т.е. 25-30 лет, а при оценке прогнозных ресурсов в региональном плане - около 50-100 лет.
Государственной комиссией по запасам полезных ископаемых (ГКЗ) разработана классификация эксплуатационных запасов подземных вод. По этой классификации эксплуатационные запасы подземных вод подразделяются на четыре категории: A, B, C

и C

.
Запасы относят к той или иной категории в зависимости от степени разведанности подземных вод, изученности их качества и условий эксплуатации. Утверждение запасов категорий А и В дает право на составление проектов водоснабжения и выделение капитальных вложений на строительство новых, а также реконструкцию действующих водозаборов.
Запасы по категориям А и В требуют проведения детальной разведки, запасы по категориям С

обосновываются данными предварительной разведки и поисковых работ. При подсчете эксплуатационных запасов по категории С

используют обзорные (мелкомасштабные) карты, руководствуются общими соображениями о балансе подземных вод в том или ином районе и учитывают в качестве аналогов данные по более разведанным площадям.
Гидрогеологические исследования, проводящиеся для выявления и оценки эксплуатационных запасов подземных вод, делятся на следующие стадии: поисковые работы, предварительная разведка и детальная разведка.
Эксплуатационные запасы подземных вод оцениваются гидродинамическими, гидравлическими и балансовыми методами.
Гидродинамический метод заключается в расчетах по соответствующим формулам, выведенным из основных уравнений математической физики и теоретической гидродинамики.
Гидравлические методы расчета эксплуатационных запасов подземных вод, широко используя эмпирические приемы, основываются непосредственно на данных опыта. Гораздо надежнее, как это и делается на практике, определять зависимость понижения от дебита откачкой из скважины. Но гидравлическими методами нельзя установить обеспеченность восполнения эксплуатационных запасов подземных вод, так как экстраполяционные формулы не включают величину, характеризующую баланс потока. Гидравлическим методом можно оценить эксплуатационные запасы, применяя их лишь совместно с гидродинамическими или балансовыми методами.
Балансовые методы расчета запасов подземных вод основаны на том, что объем воды, извлеченной водозабором за тот или иной срок его эксплуатации, равен сумме объемов воды, полученной за счет: а) отбора воды из естественных запасов; б) частичного перехвата водозабором расхода естественного потока; в) увеличения питания водоносного горизонта, вызванного эксплуатацией.
При оценке эксплуатационных запасов подземных вод на отдельных участках балансовые методы играют подчиненную роль, поскольку определить, какая часть естественных запасов и расхода естественного потока будет использована водозабором, по балансовым уравнениям невозможно. Вместе с тем балансовый метод позволяет дать характеристику восполнения запасов за счет естественных ресурсов водоносного горизонта, что особенно важно при оценке эксплуатационных запасов водоносных горизонтов, имеющих небольшую область питания.

§ 19. Классификация подземных вод

По Г.Н. Каменскому, в формировании пресных подземных вод основная роль принадлежит инфильтрации атмосферных вод. В зависимости от различных геолого-литологических и физико-географических условий, в которых происходит инфильтрация, могут формироваться подземные воды следующих основных типов.
I. Грунтовые воды выщелачивания в условиях достаточно влажного климата.
II. Грунтовые воды в засушливых районах при интенсивном испарении.
III. Артезианские воды:
1) с благоприятными условиями питания и стока; 2) с крайне замедленным стоком или бессточные.
По условиям залегания и характеру водовмещающих пород подземные воды подразделяются на следующие группы:
а) поровые - в рыхлых отложениях; б) пластовые - в пластах горных пород; в) трещинные - в горных породах, пронизанных трещинами; г) трещинно-жильные - в зонах тектонических нарушений; д) трещинно-карстовые - в трещинах и карстовых полостях закарстованных пород.
По гидрогеологическим показателям подземные воды делятся на напорные (уровень устанавливается выше глубины вскрытия) и безнапорные.
По температуре подземные воды подразделяются на семь видов (табл. 16).

Таблица 16
Классификация подземных вод по температуре (по О.А. Аленину)

#G0Вид воды	Температура воды, °С
Исключительно холодные	<0
Весьма холодные	0-4
Холодные	4-20
Теплые	20-37
Горячие	37-42
Весьма горячие	42-100
Исключительно горячие	>100

По степени минерализации подземные воды разделяются по суммарному содержанию присутствующих в воде веществ, характеризуемому сухим остатком в граммах на 1 л воды (табл. 17).

Таблица 17
Степень минерализации подземных вод (по В.А. Приклонскому)

#G0Вид вод	Содержание сухого остатка, г/л	Содержание ионов, мг на 100 г	Плотность, г/см	Преобладающий тип воды
Пресные	<1	До 3	1-1,0005	Гидрокарбонатно- кальциевый
Слабоминерализованные (слабосолоноватые)	1-3	3-9	1,0005-1,0015	Сульфатный, реже хлоридный
Среднеминерализованные (солоноватые и сильносолоноватые)	3-10	9-30	1,0015-1,0050	Сульфатный и хлоридный
Минерализованные (соленые)	10-50	30-150	1,0055-1,0283	То же
Рассолы	>50	>150	>1,0283	Хлоридно-натриевый

По активной реакции pH подземные воды делят на:

#G0сильнокислые	3,5
кислые	3,5-5,5
слабокислые	5,5-6,8
нейтральные	6,8-7,2
слабощелочные	7,2-8,5
щелочные	>8,5

Общая схема классификации подземных вод приведена на рис. 3 [2].

Рис. 3. Общая схема классификации подземных вод

Каждая из приведенных классификаций подземных вод в той или иной степени используется при проектировании разведочно-добывающей скважины, так как она конкретно указывает проектировщику, на какую глубину, какой конструкции необходимо запроектировать скважину и какие насосы предусмотреть (напорные или безнапорные) в зависимости от характера вод.
В зависимости от величины сухого остатка (солесодержания), жесткости, количества железа и фтора проектировщик прежде всего предусматривает в проекте состав и вид очистки подземной воды для доведения ее до питьевого качества.

§ 20. Связь подземных и поверхностных вод

Подземные воды тесно связаны с атмосферой и поверхностными водными источниками, а потому являются одним из важных элементов в общем водном балансе отдельных районов, областей и всей страны в целом.
Сток подземных вод в реки составляет значительную долю от общего годового стока рек ( например для рек европейской части СССР 20-25%). В первый период эксплуатации водозабор обеспечивается в основном естественными - статическими, упругими и динамическими - запасами данного пласта. Затем под влиянием откачки из водозабора привлекаются дополнительные воды из атмосферы и соседних водоносных горизонтов. Начиная с момента, когда влияние откачки распространяется до поверхностных источников, они начинают играть основную роль, и это обстоятельство необходимо учитывать при гидрологических расчетах и проектах источников водоснабжения из поверхностных водоемов.
В ряде случаев при проектировании водозаборов подземных вод можно предусматривать искусственное пополнение эксплуатационных запасов подземных вод на водозаборах. Для этого устраивают системы открытых бассейнов, каналов или скважин и шахтных колодцев, в которые подается вода из поверхностных источников (рек, водохранилищ, озер) и из которых она поступает (инфильтрационная) в водоносный пласт.
При инфильтрации "сырая" вода освобождается от твердых взвешенных частиц и бактериальных загрязнений, т.е. улучшается ее качество [22].

</1></0>

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 14

	Краткий справочник по проектированию и бурению скважин на воду С 374,2 Критическое давление воды, мпа 22,1 Критическая плотность воды, кг/м3 0,324 Относительная диэлектрическая постоянная при...		Краткий справочник по проектированию и бурению скважин на воду С 374,2 Критическое давление воды, мпа 22,1 Критическая плотность воды, кг/м3 0,324 Относительная диэлектрическая постоянная при...
	На выполнение работ по бурению, ликвидации Перечень артезианских скважин наименование работ и сроки их выполнения указаны в Приложении №1 «Производственная программа работ...		Дёшин Р. Г. Д11 Краткий справочник фармакологических препаратов,... Справочник предназначен врачам и тренерам спортивных команд, спортсменам различных видов спорта
	Справочник работ и профессий рабочих. Выпуск Разделы: "Бурение скважин" Единый тарифно-квалификационный справочник работ и профессий рабочих. Выпуск Разделы: "Бурение скважин", "Добыча нефти и газа" (утв...		Справочник по проектированию электрическихсетей Справочник предназначен для инженеров, занятых проектированием и эксплуатацией энергетических систем и электрических сетей, а также...
	Справочник по проектированию электрическихсетей Справочник предназначен для инженеров, занятых проектированием и эксплуатацией энергетических систем и электрических сетей, а также...		На выполнение работ по бурению скважин содержание раздел 1 основные условия Статья 5 – возможность уступки прав по договору и заключение договоров субподряда
	Краткий справочник по фондам Отраслевые научно-исследовательские, проектно-конструкторские, технологические учреждения		Ведомственные строительные нормы всн 165-85 "Устройство свайных фундаментов... Нормы устанавливают требования к специфическим видам работ по устройству буровых свай: бурению скважин и уширений в грунтах или погружению...
	Согласовано Положение разработано с целью обеспечения промышленной безопасности производства работ в условиях высокой концентрации опасных производственных...		Согласовано Положение разработано с целью обеспечения промышленной безопасности производства работ в условиях высокой концентрации опасных производственных...
	1 день Организация бивака. Туристские навыки и быт Запрещается набирать воду в роднике: котлами, грязной посудой и др., а также мыть на роднике посуду; воду для мытья посуды можно...		Положение Положение разработано с целью обеспечения промышленной безопасности производства работ в условиях высокой концентрации опасных производственных...
	«Контроль скважины. Управление скважиной при газонефтеводопроявлениях» Категория слушателей: специалисты предприятий нефтегазодобывающего комплекса, осуществляющие непосредственное руководство и выполнение...		Справочник «Услуги» 58 2 Справочник «огв» 59 2 Справочник «Жизненные ситуации» Типовая информационная система поддержки деятельности многофункциональных центров

Краткий справочник по проектированию и бурению скважин на воду

Похожие: