Закон Дарси. Закон Дарси (Анри Дарси, 1856) закон фильтрации жидкостей и газов в пористой среде. Исторически закон был получен А. Дарси экспериментально1, но может быть получен с помощью осреднения уравнений Навье Стокса,
 Скачать 1.55 Mb.
|
|
Динамика фильтрационного течения определяется трением флюида о скелет. Sуд=  1/м2Удельная поверхность нефтесодержащих пород. Sуд=7*105  Величина k-проницаемость (Д) Проницаемость – параметр породы, характеризующий ее способность пропускать к забою скважины флюид. Абсолютная проницаемость – свойство породы не зависит от свойств фильтрующегося флюида и перепада давления, если нет взаимодействия флюида с породой. Фазовая проницаемость – проницаемость для данного флюида при наличии в порах многофазных систем. Значение ее зависит не только от физических свойств пород, но также от степени насыщенности порового пространства флюидом и их физических свойств. Относительная проницаемость – отношение фазовой к абсолютной. К = 1Д=10-12 м2  формула для реальных сред. Формула удельной поверхности.  Проницаемость крупнозернистого песчаника 1…10-1 Д Плотные песчаники 10-2…10-3 Д Вопрос 9 Параметры трещиноватой среды.  ; трещиноватость Аналогом пористой среды для трещиноватой среды яв-ся трещиноватость. Густота трещин : I – длина трещин S – площадь Вопрос 10   - коэффициент = 1,2,3 для одномерного, плоского и пространственного случаев. - раскрытость трещинШирина трещин зависит от : Увеличения объема зерен с падение давления Увеличения сжимающих усилий на скелет пласта  раскрытость трещин для деформируемой среды. – раскрытость при давлении P0 - сжимаемость трещин.  – сжимаемость материалов блока.Вопрос 11 Теория фильтрации. Теория фильтрации - раздел гидродинамики, посвященный исследованию движения жидкостей через пористые среды, то есть тела, пронизанные системой сообщающихся между собой пустот (пор). Скорость фильтрации определяется гидравлическим уклоном и физическими свойствами фильтрующейся жидкости и грунта. Физические свойства жидкости определяются ее вязкостью и удельным весом. Фильтрационные же свойства грунта зависят от размеров и формы отдельных составляющих его частиц и характеризуются пористостью и просветом грунта При исследовании фильтрационных течений удобно отвлечься от размеров пор и их формы, допустив, что флюид движется сплошной средой, заполняя весь объем пористой среды, включая пространство, занятой скелетом породы.      Вопрос 12 Закон Дарси. Закон Дарси— закон фильтрации жидкостей и газов в пористой среде. Получен экспериментально. Выражает зависимость скорости фильтрации флюида от градиента напора:    – пьезометрическая высота - удельный весC – коэффициент фильтрации, м/с Границы применимости закона Дарси: Закон справедлив при следующих условиях : Пористая среда мелкозерниста и поровые каналы достаточно узки Скорость фильтрации и градиент давления малы Изменение скорости фильтрации и градиента давления малы. Закон Дарси нарушается: При повышении скорости движения жидкости из-за увеличения потерь давления на эффекты связанные с инерционными силами – верхняя граница. Дарси может нарушаться и при малых скоростях фильтрации в процессе начала движения жидкости из-за появления неньютоновских реологических свойств жидкости – нижняя граница.  Вопрос 14 Коэффициент фильтрации – характеризует среду и жидкость одновременно. Зависит от размера частиц их формы и степени шероховатости, пористости среды и вязкости жидкости, в гидротехнических расчетах при наличии различных жидкостей.   –коэффициент динамической вязкости.k – коэффициент проницаемости 1Д=1,02*10-12 м2   Проницаемость песчаных коллекторов 100-1000мД Имеется множество попыток теоретически установить зависимость проницаемости от этих характеристик исходя из закона Пуазеля для ламинарного движения в трубах, исходя из Стогса для обтекания частиц при той или иной модели пористой среды. Поскольку реальные породы не укладываются в рамки геометрических моделей, то теоретические расчеты проницаемости ненадежны, поэтому обычно проницаемость определяют опытным путем. Вопрос 15 Границы применимости закона Дарси: Закон справедлив при следующих условиях : Пористая среда мелкозерниста и поровые каналы достаточно узки Скорость фильтрации и градиент давления малы Изменение скорости фильтрации и градиента давления малы. Закон Дарси нарушается: При повышении скорости движения жидкости из-за увеличения потерь давления на эффекты связанные с инерционными силами – верхняя граница. Дарси может нарушаться и при малых скоростях фильтрации в процессе начала движения жидкости из-за появления неньютоновских реологических свойств жидкости – нижняя граница.  Вопрос 16 и 17 Верхняя граница- ее критерием служит сопоставление числа Re с его критическим значением.  А – зависит от вида фильтрации. Закон Павловского  ;  ; ReкрП=7,5…9Ф.Щелкачева  ; Reкр=1…1,2Ф.Милионщикова  ; Reкр=0,022…0,29Число Рейнольдса - это безразмерная характеристика потока жидкости, определенная отношением следующих величин: Число Рейнольдса определяется следующим соотношением:  где ρ — плотность среды, кг/м3; v — характерная скорость, м/с; L — характерный размер, м; η — динамическая вязкость среды, Н·с/м2; ν — кинематическая вязкость среды, м2/с(  ) ;Q — объёмная скорость потока; A — площадь сечения трубы.  Вопрос 18 Нижняя граница закона Дарси – при очень малых скоростях с ростом градиента давления увеличение с ростом фильтрации происходит более быстро, это объясняется тем, что становится существенным силовое взаимодействие между твердым скелетом и жидкостью за счет образования аномальных неньютоновских систем: устойчивые колойдные растворы в виде студнеобразных пленок, перекрывающих поры и разрывающихся при градиенте  , называемым начальным, и зависящим от доли глинистого материла и величины остаточной водонасыщенности. ,   ;  дномерный поток, в котором параметры яв-ся функцией только одной пространственной координатой, направленной по линии тока. К таким потока относятся: Прямолинейно параллельный Плоскорадиальный Радиально сферический Вопрос 2 Прямолинейно параллельный – траектории всех частиц жидкости – параллельные прямые, а скорости фильтрации во всех точках любого поперечного (перпендикулярного к линиям тока) сечения потока равны между собой, поверхности равных потенциалов в эквипотенциальных поверхности равных скоростей (изотахи) являются плоскими поверхностями перпендикулярно к траектории Пласт имеет непроницаемый гранитный контур, непроницаемую кровлю и непроницаемую подошву При движении тем больше , чем меньше расстояние между скважинами. В лабораторных условиях при течении через цилиндрический керн Вопрос 2 Плоскорадиальный –траектории всех частиц жидкости прямолинейные горизонтальные прямые, радиально сходящиеся к центру скважины. От скорости фильтрации во всех точках любого поперечного (перпендикулярного к линиям тока) сечения потока параллельны и равны между собой. Изотахи и эквипотенциальные поверхности перпендикулярны траекториям и образуют цилиндрические поверхности с осью, совпадающей с осью скважины. Схемы линии тока в любой горной плоскости потока будут идентичны и для характеристики потока достаточно рассмотреть движение жидкости в одной горной плоскости. 1 Горный пласт постоянной толщины и неограниченной протяженности. подошва и кровля пласта непроницаемы . Пласт вскрыт единственной гидродинамически совершенной скважиной. Плоскорадиальным потоком будет занята вся зона от стенки скважины до контура питания. 2 гидродинамически несовершенная скважина. Вблизи скважины линии тока искривляются, и поток можно считать плоскорадиальным только при некотором удалении от скважины. 3 круговая батарея эксплуатационных скважин – поток плоскорадиален на некотором удалении, т.к. жидкость движется как бы к укрупненной скважине радиуса равного радиусу окрестности батареи. Вопрос 26 Радиально сферический –траектории всех частиц жидкости – прямолинейные горизонтальные прямые радиально сходящиеся к центру полусферического забоя. Изотахи и эквипотенциальные поверхности перпендикулярны траекториям и образуют сферические поверхности. Скорость фильтрации в любой точке потока является функцией только расстояния этой точки от центра забоя. Следовательно этот вид фильтрационного потока также является одномерным. Такой поток может реализовываться тогда ,когда скважина вскрывает только плоскую горизонтальную непроницаемую кровлю пласта. Приближение тем лучше, чем глубина вскрытия меньше глубины пласта.      Министерство образования и науки Республики Казахстан Западно-Казахстанский аграрно-технический университе имени Жангир хана Кафедра: «Разработки и эксплуатации нефтегазовых месторождений РЕФЕРАт по дисциплине «Подземная гидромеханика на тему «Границы применимости закона Дарси. Нелинейные законы фильтрации» Содержание Введение 1. Верхняя граница применимости закона Дарси 2. Отклонения от закона Дарси при малых скоростях фильтрации Список литературы Введение Проверке и исследованию пределов применимости закона Дарси посвящено значительное число работ отечественных и зарубежных специалистов. В процессе этих исследований показано, что можно выделить верхнюю и нижнюю границы применимости закона Дарси и соответствующие им две основные группы причин. 1) Верхняя граница определяется группой причин, связанных с проявлением инерционных сил при достаточно высоких скоростях фильтрации. 2) Нижняя граница определяется проявлением неньютоновских реологических свойств жидкости, ее взаимодействием с твердым скелетом пористой среды при достаточно малых скоростях фильтрации. Рассмотрим каждый из этих предельных случаев, которые приводят к нелинейным законам фильтрации. 1. Верхняя граница применимости закона Дарси Наиболее полно изучены отклонения от закона Дарси, вызванные проявлением инерционных сил при увеличении скорости фильтрации. Верхнюю границу применимости закона Дарси связывают обычно с некоторым критическим (предельным) значением числа Рейнольдса1 где d- некоторый характерный линейный размер пористой среды; v-кинематический коэффициент вязкости флюида Многочисленные экспериментальные исследования и, в частности, опыты Дж. Фэнчера, Дж. Льюиса и К. Бернса, Линдквиста, Г. Ф. Требина, Н.М. Жаворонкова, М.Э. Аэрова и других были направлены на построение универсальной зависимости (по аналогии с трубной гидравликой) коэффициента гидравлического сопротивления l от числа Рейнольдса. Однако вследствие различной структуры и состава пористых сред получить такую универсальную зависимость не удается. При обработке результатов экспериментов значительное внимание обращалось на такой выбор характерного размера поровой структуры, чтобы отклонения от закона Дарси возникали при одинаковых значениях числа Рейнольдса, и закон фильтрации в нелинейной области допускал универсальное представление. Первая количественная оценка верхней границы применимости закона Дарси была дана более 60 лет назад Н. Н. Павловским, который, опираясь на результаты Ч. Слихтера, полученные для модели идеального грунта, и полагая характерный размер d равным эффективному диаметру dэф вывел следующую формулу для числа Рейнольдс (1.11) Использовав эту формулу и данные экспериментов, Н.Н. Павловский установил, что критическое значение числа Рейнольдса находится в пределах Достаточно узкий диапазон изменения значений Reкр объясняется тем, что в опытах использовались не слишком разнообразные образцы пористых сред. Для удобства обработки результатов многочисленных экспериментов различных авторов В. Н. Щелкачев предложил использовать безразмерный параметр, названный им параметром Дарси и определяемый равенством (1.12) Отсюда видно, что параметр Дарси представляет собой отношение силы вязкого трения к силе давления. Сравнивая равенство (1.12) и закон Дарси (1.7) (для случая горизонтального пласта, когда р* = р), можно утверждать, что если справедлив закон Дарси, то (1.13) Таким образом, равенство (1.13) должно выполняться при Введение параметра упрощает исследование границы применимости линейного закона фильтрации. Действительно, если на оси абсцисс откладывать а по оси ординат то поскольку при графиком зависимости от будет прямая линия, совпадающая с осью абсцисс до тех пор, пока . Как только на этом графике линия начнет отделяться от оси абсцисс, сразу же обнаружится нарушение закона Дарси (это соответствует значениям ). Значение при котором станет заметно отклонение упомянутой линии от оси абсцисс, и будет критическим значением. Для иллюстрации сказанного на рис. 1.5 на логарифмической сетке приведены зависимости от , представляющие результат обработки опытов по формулам В. Н. Щелкачева (табл. 1.1). Данные на этом графике соответствуют области нелинейной фильтрации для различных образцов пористых сред. Основываясь на этих соображениях, В. Н. Щелкачев провел критический анализ и сравнение формул, полученных разными исследователями, для определения в подземной гидромеханике и оценки возможных критических значений числа Рейнольдса соответствующих верхней границе применимости закона Дарси. Результаты такого сопоставления приведены в табл. 1.1. В первых двух строках таблицы даны соответственно формулы для и коэффициента гидравлического сопротивления l, полученные разными авторами. В четвертой и пятой строках приведены соответственно критические значения полученные самими авторами, и их уточненные значения. Наличие третьей строки табл. 1.1, в которой дано произведение объясняется следующим. В области линейного закона фильтрации справедливо равенство (1.13). Поэтому если произведение зависит только от параметра (см. графы 5-8 табл. 1.1), то оно имеет постоянное значение (не зависящее от свойств пористой среды) в случае, если И только в этом случае можно получить «универсальный» прямолинейный график в координатах соответствующий фильтрации различных флюидов через различные по свойствам пористые среды. Результаты обработки опытов подтверждают этот вывод. На основе анализа данных, приведенных в табл. 1.1, можно сделать следующие выводы. 1. Несмотря на отмеченные недостатки результатов Н. Н. Павловского, есть основания для их сопоставления с соответствующими результатами трубной гидравлики. Важно подчеркнуть, что критические значения числа Рейнольдса, подсчитанные по формуле (1.11), намного меньше тех, которые в трубной гидравлике соответствуют переходу ламинарного течения в турбулентное. Это служит одним из доводов в пользу того, что причины нарушения закона Дарси при высоких скоростях фильтрации (увеличение влияния сил инерции по мере увеличения ) не следует связывать с турбулизацией течения. Отсутствие турбулентности при нарушении закона Дарси было доказано также прямыми опытами, изложенными Г. Шнебели. Формулы Фэнчера, Льюиса и Бернса получены формальным введением в выражение для числа Рейнольдса эффективного диаметра в качестве характерного размера пористой среды, они не сопоставимы с результатами трубной гидравлики, дают слишком узкий диапазон изменения значений (см. графу 4 табл. 1.1), мало обоснованы. 2. Во все другие формулы табл. 1.1 (графы 5-9) в качестве характерного размера входят величины, пропорциональные (где k-коэффициент проницаемости породы), методы определения которых хорошо известны. Формулы этой группы не имеют принципиальных преимуществ и одинаково удобны для практического использования. Для этих формул характерно то, что все они приводят к очень широким диапазонам изменения для различных пористых сред. И это представляется вполне естественным ввиду разнообразия свойств испытанных пористых сред. Кроме того, это свидетельствует о том, что ни в одну из предложенных формул для определения не входит полный набор параметров, позволяющий характеризовать сложную структуру пористых сред, использования для этой цели коэффициентов пористости проницаемости явно недостаточно. Вместе с тем, широкий диапазон изменения значений можно разбить на сравнительно узкие интервалы, соответствующие различным группам образцов пористых сред. Это облегчает указание возможной верхней границы справедливости закона Дарси при движении флюида в какой-либо пористой среде. Результаты такого разбиения для формулы В. Н. Щелкачева (см. табл. 1.1, первая строка, пятая графа) приведены в табл. 1.2. Итак, при значениях числа Рейнольдса линейный закон Дарси перестает быть справедливым. Первое обобщение закона Дарси на случай больших основанное на опытных данных, было выполнено Дюпюи, который сформулировал двучленный закон. Таблица 1.2 Интервалы критических значений для образцов пористых сред № п/п Образец пористой среды Диапазон критических значений 1. Однородная дробь 13-14 2. Однородный крупнозернистый песок 3-10 3. Неоднородный мелкозернистый песок с преобладанием фракций диаметром менее 0,1 мм 0,34-0,24 4. Сцементированный песчаник 0,05-104 фильтрации, носящий имя австрийского исследователя Ф. Форхгеймера, независимо установившего его несколько позднее. В принятых сейчас обозначениях это соотношение можно представить (для простейшего случая прямолинейно-параллельного течения без учета силы тяжести) в следующем виде: (1.14) где b - дополнительная константа пористой среды, определяемая экспериментально. Первое слагаемое в правой части (1.14) учитывает потери давления вследствие вязкости жидкости, второе - инерционную составляющую сопротивления движению жидкости, связанную с криволинейностью и извилистостью поровых каналов. Из (1.14) следует, что при малых скоростях фильтрации квадратом скорости w2 можно пренебречь, и градиент давления будет зависеть только от первого слагаемого, т.е. движение будет безынерционным, соответствующим закону Дарси. При больших скоростях фильтрации силы инерции становятся существенными и будут сопоставимы или даже преобладать над силами вязкости. Хорошая согласованность соотношения (1.14) с данными промысловых и экспериментальных наблюдений была установлена в много численных работах советских и зарубежных исследователей. Это свидетельствует о том, что данное соотношение представляет нечто большее, чем простую эмпирическую формулу, поскольку оно хорошо выполняется даже для весьма больших значений скорости фильтрации. Физический смысл этого заключается в том, что при больших скоростях быстропеременное движение в порах вследствие «извилистости» поровых каналов сопряжено с появлением значительных инерционных составляющих гидравлического сопротивления. С увеличением числа Рейнольдса квадратичный член в выражении (1.14) оказывается преобладающим, силы вязкости пренебрежимо малы по сравнению с силамиинерции, и (1.14) сводится тогда к квадратичному закону фильтрации, предложенному А. А. раснопольским. Он справедлив в средах, состоящих из частиц достаточно крупных размеров. 2. Отклонения от закона Дарси при малых скоростях фильтрации В опытах, проведенных в конце прошлого века с тонкозернистыми грунтами при малых скоростях, было обнаружено увеличение скорости фильтрации с ростом градиента давления более быстрое, что это дает линейный закон Дарси. Однако объяснение этого факта не приводилось. Начиная с 50-х годов XX в. появилось большое число теоретических и экспериментальных работ, подтвердивших нарушения закона Дарси в области малых скоростей. Это явление заметнее всего при движении воды в глинах, но наблюдается также и при фильтрации в песках и песчаниках не только воды, но и нефтей. При этом во всех экспериментах обнаруживалась существенная нелинейность закона фильтрации при малых скоростях. Объяснение этого явления заключается в том, что при малых скоростях фильтрации становится существенным силовое взаимодействие между твердым скелетом породы и фильтрующимся флюидом, которое может дать преобладающий вклад в фильтрационное сопротивление. При весьма малых скоростях потока сила всякого трения кренобразного мало, тогда как сила межфазового взаимодействия остается при этом конечной величиной, поскольку она не зависит от скорости и определяется только свойствами контактирующих фаз. В результате такого взаимодействия нефть, содержащая поверхностно-активные компоненты, в присутствии пористого тела с развитой поверхностью образует устойчивые коллоидные растворы (студнеобразные пленки), частично пли полностью перекрывающие поры. Чтобы началось движение, нужно разрушить эту структуру, приложив некоторый перепад давления. В случае фильтрации воды в глинизированных породах аналогичные соображения относятся к образованию коллоидных глинистых растворим, при этом структурообразующий компонент-глинистые частицы можно заимствовать из самого материала твердого скелета. Приведенные факты показывают, что многие жидкости (нефть, пластовая вода). не проявляющие аномальных свойств вне контакта с пористой средой, при малых скоростях фильтрации могут образовывать неньютоновские системы, взаимодействуя с пористой породой. Наличие начального градиента давления g, при достижении которого начинается фильтрации, было обнаружено и при движении флюидов в газовода насыщенных пористых средах. При этом было установлена, в изменяется широких пределах и в большинстве случаев тем выше, чем больше глинистого материала содержится в пористой среде и чем выше остаточная вода насыщенность газо-водяной смеси. Наряду с этим неньютоновские свойства пластовых нефтей с повышенном содержанием высокомолекулярных компонентов (смол, асфальтенов и.т.) могут проявляется в широком диапазоне изменения скоростей Список литератур Подземная гидравлика. К.С. Басниев, А.М. Власов, В.М. Максимов «Недра» Москва 1993 г Подземная гидромеханика. К.С. Басниев, Н.М. Дмитриев, Г.Д. Розенберг Москва 2005 г. 6. Основной закон фильтрации (закон Дарси). Способы определения скорости движения подземных вод? Основной закон фильтрации (закон Дарси). В XIX веке французский ученый Дарси опытным путем установил зависимость скорости фильтрационного потока от гидравлического градиента; с тех пор этот закон носит имя Закон Дарси:  где k (или kф) – коэффициент фильтрации (показатель, который характеризует водопроницаемость породы и зависит от ее пористости).  где vо– истинная скорость потока. Выражение Дарси отвечает медленному и спокойному струйчатому движению воды в грунте – ламинарное движение. Когда частицы жидкости при движении отрываются от ее основной массы и начинают двигаться по разным траекториям, сталкиваясь между собой, такое движение называется турбулентное или вихревое. Переход из ламинарного движения в турбулентное зависит от скорости частиц жидкости. В порах нескальных грунтов вода движется по ламинарному типу, в трещинах скальных пород движение воды может происходить как в ламинарном, так и в турбулентном режиме. В формуле v= k . j при j = 1; v = k, то есть водопроницаемость грунта равна скорости потока в данном грунте при градиенте j = 1, что соответствует уклону пьезометрической поверхности α=45о. Итак, как уже сказано выше, закон Дарси отвечает ламинарному движению потока. Он применим для глинистых, песчаных и мелкообломочных грунтов. В крупнообломочных грунтах (галечниках), а также в трещинах и карстовых полостях в горных породах, при высоких значениях гидравлического градиента, а, следовательно, и скорости фильтрации, наблюдается турбулентное движение потока. Способы определения скорости движения подземных вод. Скорость движения подземных вод можно определить несколькими способами. Один из них основан на введении в воду поваренной соли. На некотором расстоянии от опытной скважины (шурфа или колодца) проходят наблюдательную скважину, которую закладывают ниже по направлению движения подземных вод. Перед началом опыта определяют содержание хлора в опытной и наблюдательной выработках. Затем в опытную выработку вводят раствор поваренной соли, в котором концентрация ионов хлора в 2000 раз выше, чем в подземных водах. Естественно, время ввода соли (t1) необходимо отметить. Через каждые 10 мин из наблюдательной скважины отбирают пробы воды и при помощи азотнокислого серебра определяют содержание хлора. Данные анализов наносят на график и находят время прохождения пика (t2). Этот способ очень удобен, но применение его невозможно при естественном содержании хлора в воде свыше 500-600 мг/л и при резких неровностях водоупорного слоя. В первом случае анализами трудно определить изменения содержания хлора, во втором - более тяжелый, чем вода, раствор поваренной соли может задержаться в понижениях водоупора. Можно также применять органические красители, присутствие которых в воде обнаруживается при ничтожно малых концентрациях (до 10-6 %). Для этого применяют флуоресцеин, имеющий при слабых концентрациях зеленовато-желтый цвет, метиленовый синий краситель и др. Для определения содержания красителя в воде используют флюороскоп - набор стеклянных трубок с разной концентрацией красителя. (С) Сравнивая цвет воды в отобранных пробах с цветом трубок-эталонов, легко и быстро можно определить содержание красителя в пробе воды. Затем строят график изменения во времени содержания красителя в воде и аналогично вышеописанному способу определяют скорость движения подземных вод. Скорость движения подземных вод можно определять и электролитическим способом. Для этого в опытную скважину вводят электролит (обычно хлористый аммоний) и следят за изменением электропроводимости между опытной и наблюдательной скважинами. Для этой цели используют миллиамперметр, по данным которого строят график изменения силы тока во времени. Новейшие достижения физики и химии позволяют использовать «меченые атомы» - изотопные индикаторы. Высокая чувствительность и простота радиоактивных измерений позволяют фиксировать минимальное количество изотопов в подземных водах. 7. Как можно определить направление движения подземных вод, коэффициент фильтрации расчетным путем, лабораторным и полевым методами? Подземные воды находятся в постоянном движении. Направление движения подземных вод легко устанавливается при наличии карт гидроизогипс (либо гидроизопьез) по изучаемым водоносным горизонтам. По таким картам направление движения подземных вод определяется линиями токов, проведенным перпендикулярно, к линиям равного напора гидроизогипсам или гидроизопьезам по уклону потока. По отсутствии карт, отражающих положение свободной или пьезометрической поверхности подземных вод, для определения направления их движения необходимо иметь не менее трех выработок, чтобы установить отметки уровня подземных вод. Выработки желательно располагать по углам равностороннего треугольника с длиной стороны от 50 до 200 метров (чем меньше уклон потока, тем больше расстояние между скважинами). По известным или установленным отметкам уровня подземных вод путем интерполяции составляется план изолинии свободной или изотермической поверхности определяется направление движения потока по линиям токов. Для получения надежных данных о направлениях движения потоков подземных вод следует использовать материалы режимных наблюдений (карты изолиний на различные периоды времени). Определение направления движения по картам гидроизогипс следует считать основным методом при отсутствии карт достоверных данных об отметках уровней в отдельных точках направление давления подземных вод можно устанавливать с помощью геофизических (фотографирование в скважинах конусов распространения красителя от точечного источника, метод заряженного тела, замеры интенсивности конвективного переноса тепла в разных направления от датчика, круговые измерения естественного потенциала и др.), радиоиндикаторных и других методов. Геофизические методы определения направления движения подземных вод. Наиболее перспективными являются односкважинные методы, в том числе метод фотографирования конусов выноса от точечного источника красителя, при котором периодически фотографируются распространяющиеся от специальной капсулы конуса красителя на фоне стрелки магнитного указателя. Всего за один спуск можно наполнить до 60 снимков, направление движения подземных вод определяется по направлению конуса заноса красителя для получения надежных результатов достаточно 4-6снимков.Точность определении направления подземного потока может быть оценена величиной относительной погрешности от 3 до 20, в значительной мере погрешность зависит от скорости движения подземных вод. Метод может использоваться при скоростях фильтрации не ниже 0,5 м/сут. По времени существования конуса можно ориентировочно определить и скорость фильтрации. Этот метод значительно менее апробирован, по сравнению с радиоиндикаторным, но он несколько проще в пополнении и не требует согласования с органами санэпидемнадзора. Односкважинные методы осуществления направления движения подземных вод не рекомендуется использовать в породах с редкой и неравномерной трещиноватостью. Как следует из основного закона движения подземных вод, коэффициент фильтрации – это скорость фильтрации при напорном градиенте I=1. Коэффициент фильтрации грунтов в основном определяется геометрией пор, т.е. их размерами и формой. На значение коэффициента фильтрации влияют также свойства фильтрующейся воды (вязкость, плотность), минеральный состав грунтов, степень засоленности и др. Для получения значения коэффициенты фильтрации применяют расчетные, лабораторные и полевые методы. Расчетным путем коэффициент фильтрации определяют преимущественно для песков и гравелистых пород. Расчетные методы являются приближенными и рекомендуются лишь на первоначальных стадиях исследования. Для расчетов используют одну из многочисленных эмпирических формул, связывающих коэффициент фильтрации грунтов с его гранулометрическим составом, пористостью, степенью однородности и т.д. Лабораторные методы основаны на изучении скорости движения воды через образец грунта при различных градиентах напора. Все приборы для лабораторного определения коэффициента фильтрации могут быть подразделены на два типа: с постоянным напором и с переменным. Простота и дешевизна лабораторных методов позволяет широко их использовать для массовых определений коэффициента фильтрации. Полевые методы позволяют определить коэффициент фильтрации в условиях естественного залегания пород и циркуляции подземных вод, что обеспечивает наиболее достоверные результаты. Вместе с тем полевые методы более трудоемкие и дорогие в сравнении с лабораторными. Коэффициент фильтрации водоносных пород определяют с помощью откачек воды из скважины, а в случае неводоносных грунтов – методом налива воды в шурфы и нагнетанием воды в скважины.
|
