Приток к несовершенным скважинам

Гидродинамическое несовершенство скважины проявляется в том, что в призабойной зоне пласта с конечной мощностью отсутствует радиальность потока по причине, обусловленной конструкцией забоя или фильтра.

Различают два вида несовершенства скважин - несовершенство по степени вскрытия и несовершенство по характеру вскрытия.

Несовершенная скважина по степени вскрытия - это скважина с открытым забоем, вскрывшая пласт не на всю мощность, а частично (рис.3.9,а).

Скважина, хотя и доведённая до подошвы пласта, но сообщающаяся с пластом только через отверстия в колонне труб, в цементном кольце или в специальном фильтре, называется несовершенной по характеру вскрытия пласта (рис. 3.9,b).

На практике чаще всего встречаются скважины несовершенные как по степени, так и по характеру вскрытия пласта.

Дебит G несовершенной скважины чаще всего меньше дебита Gс совершенной, действующей в тех же условиях, что и данная несовершенная скважина.

Классификация подземных вод

В земной коре находится большое количество воды — физически и химически связанной, свободной гравитационной, капиллярной, в виде водяного пара и льда. Подземными водами как объектом гидрологии будем называть лишь те содержащиеся в земной коре воды, которые находятся в активном взаимодействии с атмосферой и поверхностными водами (океанами и морями, реками, озерами и болотами) и участвуют в круговороте воды на земном шаре. Подземные воды в таком понимании представлены в основном свободной (гравитационной) и капиллярной водой, а также перемещающимся в порах грунта водяным паром.

Экзогенные подземные воды попадают в горные породы либо при процессах просачивания (инфильтрации) поверхностных вод и конденсации водяного пара, либо в результате седиментации (осадко- накопления). Эти воды часто называют соответственно инфильтра- ционными, конденсационными и седиментационными.

Инфильтрационные подземные воды проникают в горные породы путем просачивания атмосферных, речных, морских и озерных вод. Основную роль при этом играет проникновение в грунт через поры и трещины практически пресной атмосферной воды. Конденсационные подземные воды образуются при конденсации в порах грунта водяного пара, перемещающегося в грунте под влиянием разности давления. Считают, что вклад этого вида питания подземных вод невелик, однако в некоторых физико-географических условиях, например пустынях, может иметь существенное значение. Седиментационные подземные воды образуются из вод того водного объекта, где происходил процесс седиментации, т. е. отложения наносов. Воды такого типа распространены в осадочных породах и в ложах океанов и морей, где образуют так называемые «иловые растворы».

Эндогенные подземные воды образуются в горных породах в результате дегидратации минералов (такие воды называют дегидратационными или «возрожденными») или поступают из магматических очагов, в частности в районах современного вулканизма (их называют «ювенильными» водами).

Инфильтрационные, конденсационные, седиментационные, де- гидратационные и «ювенильные» воды при своем перемещении в горных породах смешиваются, образуя смешанные по происхождению подземные воды.

Подземные воды (главным образом — инфильтрационные) являются важным компонентом материкового звена круговорота воды на земном шаре и играют заметную роль в балансе и режиме природных вод и растворенных в них веществ.

По характеру залегания.

Верхнюю часть земной коры в отношении распределения в ней подземных вод принято делить на две зоны: зону аэрации и зону насыщения.

1. В зоне аэрации образуется верховодка. Это почвенная влага. Мощность этой зоны составляет 2-3 м в таежной зоне, 50 см под саваннами, 20-30 см в степной зоне. В зоне аэрации не все поры заняты водой, часть пор заполнены воздухом.

2. В зоне насыщения все поры и пустоты заполнены водой; здесь формируются несколько горизонтов подземных вод:

■ Грунтовые воды. Это первый от поверхности водоносный горизонт, залегающий на водонепроницаемых горных породах. Грунтовые воды распространены преимущественно в рыхлых четвертичных отложениях. Они в значительной степени загрязнены.

■ Межпластовые воды. Они встречаются в более глубоких пластах Земли и залегают между двумя водоупорными слоями в водопроницаемой толще. Эти воды не соприкасаются с зоной аэрации. Количество горизонтов межпластовых вод и глубина их залегания определяется геологическим строением конкретных территорий. Грунтовые и межпластовые воды являются ненапорными.

■ Артезианские воды. Они приурочены к геологическим отрицательным структурам (синеклизам), заполненными осадочными горными породами при соответствующем напластовании водопроницаемых и водоупорных слоев, а также к сложной системе тектонических трещин и сбросов. Артезианские воды являются напорными и самыми чистыми. Наиболее известными артезианскими бассейнами являются Московский, Днепровско-Донецкий, Сурско-Хоперский и Прикаспийский и др

Подземные воды находятся в верхней толще земной коры, включая кору выветривания и почвенный слой. Эту толщу в гидрогеологии называют горными породами, в гидрологии — почвогрунтами. Режим подземных вод во многом определяется физическими и водными свойствами вмещающих их грунтов. К числу основных физических свойств фунта относятся его плотность, гранулометрический состав и пористость. Плотность грунта — это отношение массы однородного грунта к его объему. Многие рыхлые грунты представляют собой смесь частиц различной крупности. Процентное содержание (по массе) в рыхлых грунтах групп частиц (фракций) различного диаметра называют гранулометрическим, или механическим, составом грунта. Для характеристики гранулометрического состава грунта используют понятие «средний диаметр частиц грунта Д._р». Практически все грунты (как рыхлые, так и скальные) обладают скважностью (пустатностью), под которой понимают наличие в грунтах пустот независимо от их размеров, формы и происхождения. Скважность, обусловленная порами, т. е. промежутками (обычно <0,1 мм) между отдельными частицами, называется пористостью. Скважность, обусловленная трещинами в грунте, называется трещиноватостью. Скважность, обусловленную наличием в грунте крупных (> 1 мм) пустот (каверн), называют кавернозностью.

Грунты (породы, в гидрогеологии — иногда среды), где преобладает один из трех названных выше видов скважности, называют соответственно пористыми, трещинными (трещиноватыми) и кавер- новыми (В. А. Всеволожский, 1991). К пористым грунтам относятся многие осадочные породы (пески, илы, глины, лессы, суглинки), торф, обломочные породы; к трещинным — многие метаморфические и магматические горные породы; к каверновым — известняки, гипсы и другие породы, подвергаемые выщелачиванию легко растворимых соединений, например в районах проявления карста. Пористость — одна из важнейших характеристик грунта, определяющих его способность пропускать воду. Водопроницаемость, Растворимость, Влагоемкость. Водоотдача.

Водные с-ва: 1. Водопроницаемые – известняки, пески 2. Водонепроницаемые – магматические породы 3. Растворимые – гипсы и соли.

В зависимости от физического состояния, подвижности и характера связи с грунтом выделяют несколько видов воды в грунтах: химически и физически связанная, капиллярная, свободная (гравитационная), вода в твердом и парообразном состоянии.

Химически связанная вода входит в состав некоторых минералов, например гипса CaSO₄ • 2Н₂O, мирабилита Na₂SO₄ • 10Н₂O, медного купороса CuS0₄ - 5Н₂O. Вода из таких минералов может быть удалена в большинстве случаев лишь при нагревании до 300—400 °С.

Физически связанная вода удерживается на поверхности минералов и частиц грунта молекулярными силами и может быть удалена из грунта только при температуре не менее 90—120 °С. Этот вид воды подразделяют на прочносвязанную (гигроскопическую) и рыхлосвязанную (пленочную).

Гигроскопическая вода образуется вследствие адсорбции частицами грунта молекул воды. На поверхности частиц гигроскопическая вода удерживается молекулярными и электрическими силами. Пленочная вода образует пленку поверх гигроскопической воды, когда влажность грунта становится выше его максимальной гигроскопичности. Эта вода может передвигаться от одной частицы грунта к другой: от мест, где толщина пленки больше, к местам, где ее толщина меньше.

Физически связанная вода (за исключением некоторого количества пленочной воды), как и химически связанная, в круговороте воды в природе практически участия не принимает, и поэтому в состав подземных вод, которые изучает гидрология, не включается.

Капиллярная вода образуется в порах грунта после насыщения их пленочной водой, заполняет поры и тонкие трещины и перемещается в них под действием капиллярных сил. Капиллярная вода через поверхность почвы или листья растений испаряется, поэтому она участвует в круговороте воды в природе и ее следует включать в состав подземных вод, изучаемых гидрологией.

Свободная, или гравитационная, вода — наиболее подвижный и важный компонент подземных вод. Эта вода в жидком виде находится в порах и трещинах грунта и перемещается под влиянием силы тяжести и градиентов гидростатического давления. Объем свободной (гравитационной) воды в насыщенном водой грунте зависит от его скважности, гранулометрического состава, количества и размера пор.

Вода в твердом состоянии (лед) находится в грунте в виде кристаллов, прослоек и линз льда. В районах сезонного промерзания грунта эта вода периодически участвует в круговороте воды.

Вода в парообразном состоянии (водяной пар) заполняет вместе с воздухом не занятые водой пустоты в грунтах. Водяной пар в фунтах обладает большой подвижностью и перемещается от мест с большей к местам с меньшей упругостью (меньшим давлением). Парообразная вода в грунтах активно участвует в круговороте воды в природе.

По температуре (в °С) подземные воды разделяются (по А.М.Овчинникову) на:

1. весьма холодные - ниже -4° (области многолетней мерзлоты)

2. холодные - -4; +20 (неглубокие воды средних широт)

3. теплые - +20;+37

4. горячие - +37; +42

5. очень горячие - +42;+100

6. исключительно горячие (термы) - выше 100°

(на глубине 3-4 км)

Температура зависит от геологического строения и истории геологического развития структур, физико-географических условий и режима питания. Питьевая вода является наиболее вкусной и освежающей при температуре +7°, +11°. Для лечебных целей (принятия ванн) наиболее ценная вода с температурой +35°, +37°. Температуру измеряют родниковым термометром с ценой деления 0,2°С.

По минерализации.

Минерализация - это сумма всех найденных при химическом анализе воды минеральных веществ. О величине минерализации судят по сухому остатку, полученному при выпаривании определенного объема воды и высушивании остатка при температуре 110°С. Выражается сухой остаток в мг/л (мг/кг) или г/л (г/кг). По величине сухого остатка выделяют 6 групп (поП.П.Климентьеву):

1. сверхпресные до 0,2 г/л

2. пресные 0,2 - 1 г/л

3. слабосолоноватые 1 - 3 г/л

4. сильносолоноватые 3-10 г/л

5. соленые 10 - 35 г/л

6. рассолы более 35 г/л

Общая минерализация подземных вод изменяется в широких пределах; от нескольких десятков мг/л до 600 г/л и выше.

По химическому составу

Первую классификацию дал В.И.Вернадский. По В.И.Вернадскому подземные воды разделяют на: кислородные, сероводородные, азотные, углекислые, хлоридно-натриевые, хлоридно-кальциевые, радоновые. В настоящее время разработано много схем применительно к разным районам. Остановимся на классификации О.А.Алекина, которая сочетает принцип деления по преобладающему аниону или катиону. За oснову взято шесть главных ионов. Выделены 3 класса по преобладающему аниону: гидрокарбонатные (НСО3 +СО3), сульфатные (S04), хлоридные (С1). В каждом из классов по 3 группы по преобладающему катиону: кальциевые (Са), магниевые (Mg), натриево-калиевые(Nа+К).