Презентация "МЕТОДЫ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ" – проект, доклад

МЕТОДЫ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

ЛЕКЦИИ Ковяткина Л.А. 2015

Климентов П.П., Кононов В.М. Методика гидрогеологических исследований. - М.: Высш. шк.,1989. Шварцев С.Л. Общая гидрогеология. М.: Недра, 2014. Альтовский М.Е. Методические указания по составлению гидрогеологических карт масштабов 1:1000000 - 1:500000 и 1:200000 - 1:100000. - М.: Госгеолтехиздат, 1960. Башкатов Д.Н., Тесля А.Г. Гидрогеологические наблюдения при бурении и опробовании скважин на воду. - М.: Недра, 1970. Боревский Б.В., Самсонов Б.Г., Язвин Л.С. Методика определения параметров водоносных горизонтов по данным откачек. - М.:Нед-ра,1979. Справочное руководство гидрогеолога. Т.1 и 2. - М.: Недра, 1978. Методические указания по гидрогеологической съемке на закрытых территориях в масштабах 1:500000, 1:200000 и 1:50000. М.: Недра, 1968. -176 с.

ЛИТЕРАТУРА

Цель ГГИ- получение комплексной информации для обоснования прогнозов и решения различных хозяйственных задач. ЗАДАЧИ: поиски и разведка подземных вод для организации питьевого водоснабжения; - поиски, разведка, оценка запасов минеральных, промышленных и теплоэнергетических подземных вод; - проведение исследований с целью орошения и осушения земельных массивов; - изучение гидрогеологических условий месторождений твердых полезных ископаемых с целью прогноза водопритоков в горные выработки и разработки рациональных методов эксплуатации месторождений;

Цели и задачи ГГИ

- изучение гидрогеологических условий месторождений нефти, газа для выработки методов рациональной их эксплуатации, в т.ч. для обоснования систем ППД и подземной утилизации промысловых стоков; - изучение гидрогеологических условий участков подземного выщелачивания месторождений полезных ископаемых; - гидрогеохимические методы поисков месторождений полезных ископаемых, в т.ч. нефти и газа; - обоснование мероприятий по искусственному восполнению запасов подземных вод; - обоснование строительства подземных сооружений, в т.ч.искусственных нефте- и газохранилищ; - обоснование прогнозов режима подземных вод под влиянием естественных и искусственных факторов и др.

ЗАДАЧИ

Задачи ГГИ

Сбор, обобщение и анализ материалов предыдущих исследований Рекогносцировочные ГГИ Гидрогеологическая съемка и картирование Буровые и горные работы Полевые опытно-фильтрационные исследования (ОФР- ОТКАЧКИ, НАГНЕТАНИЯ, НАЛИВЫ) Моделирование фильтрации подземных вод Лабораторные исследования Режимные наблюдения и прогнозы Палеогидрогеологические исследования

Основные виды ГГИ

Геофизические: Наземные (площадные) Геофизические исследования скважин (ГИС); Балансово-гидрометрические; Гидрологические; Гидрогеохимические, в.т.ч. изотопные; Геоботанические; Геоморфологические; Аэронаблюдения и съемки, дешифрирование; Ландшафтные исследования

Дополнительные методы исследований

Полноты исследований Последовательных приближений Равномерности изучения Наименьших трудовых и материальных затрат, затрат времени Рационального и комплексного использования природных ресурсов

Общие принципы проведения ГГИ

Заключается в необходимости изучения не только ГГУ в отдельных точках и на отдельных участках, но и всей изучаемой площади (месторождения ПВ) Для МПВ необходимо изучение: областей фильтрации (питания, разгрузки, транзита) выявление естественных или искусственных границ пласта, границы должны изучаться как в плане, так и в разрезе. Этот принцип включает и попутное изучение других полезных ископаемых, залегающих совместно с подземными водами, а также встречающихся слабоминерализованных, минеральных и других типов вод. Однако не надо понимать, что принцип полноты исследований требует исчерпывающего изучения месторождения. Степень изучения отдельных участков будет разная: на одних участках более детальная, на других – менее детальная. Такая полнота исследований позволяет в случае увеличения добычи подземных вод (расширения водозабора) не производить всей разведки сначала, а воспользоваться имеющимися данными с небольшими дополнительными исследованиями с целью детального изучения всего месторождения.

Принцип полноты исследований

Заключается в постепенном наращивании знаний о месторождении или участке. Изучение осуществляется поэтапно (последовательно) от общего к частному. Последовательное изучение проявляется в стадийности гидрогеологических исследований. Выделяются следующие стадии изучения месторождений подземных вод: - гидрогеологическая съемка и региональная оценка прогнозных ресурсов; - поисково-оценочные работы; - предварительная разведка; - детальная разведка; - эксплуатационная разведка. Стадийность в каждом конкретном случае обосновывается в зависимости от сложности гидрогеологических условий, значимости объекта и других факторов.

Принцип последовательного изучения

Принцип равномерности изучения с учетом гидрогеологической неоднородности объекта и стадии работ предполагает более или менее равномерное освещение изучаемого месторождения (участка)для получения правильного представления о его особенностях. Участки со сложными гидрогеологическими условиями должны изучаться полнее, с проведением бóльшего объема работ. В простых условиях , например, разведочные выработки могут разрежаться, кустовые откачки не проводятся и т.д. Инструкциями ГКЗ все типы месторождений подземных вод подразделяются по степени сложности гидрогеологических условий на три группы: с простыми, сложными и очень сложными гидрогеологическими условиями. Ко всем группам установлены требования к их изучению и обоснованию категорий разведанных запасов.

Принцип равномерности изучения

Этот принцип включает попутное изучение других полезных ископаемых, залегающих совместно с подземными водами, а также разных типов подземных вод –пресных, слабоминерализованных, минеральных, термальных промышленных.

Принцип рационального и комплексного использования природных ресурсов

Буровые работы

Выбор способа бурения

Выбор способа бурения скважины зависит от многих факторов:

2 основных способа : ударное вращательное

Недостатком ударного бурения является, низкая скорость бурения, небольшая глубина проходки, большой расход обсадных труб, уменьшение удельной водоотдачи горных пород призабойной части скважины вследствие уплотнения.

Вращательное бурение по характеристике заглубления подразделяется на бурение сплошным и кольцевыми забоем. Бурение кольцевым забоем носит название колонкового. Вращательное бурение сплошным забоем называется роторным. Этот способшироко используется для бурения скважин на воду. По методу поступления промывочного раствора, направлению циркуляции ее в пространстве скважины при бурении, а также по направлению выноса из скважины материала грунтов роторное бурение делится на два вида: роторное с прямой и обратной промывкой

Вращательное бурение

При роторном бурении с прямым водотоком промывочный раствор из емкости (отстойника) подается насосом по штангам и бурильным трубам на забой скважины, откуда она вместе с частицами разбуренной породы по пространству между стенками скважины и боковой поверхностью бурильных труб поднимается на устье скважины и затем по лотку вновь поступает в отстойник. Разбор штанг при вращательном бурении с прямой подачей водного раствора представлен на рисунке. В качестве раствора для промывки при данном виде бурения используют глинистые растворы или растворы клеящих веществ различного удельного веса (в зависимости от удельного веса разбуриваемых пород), благодаря чему не требуется крепление стенок скважины в пределах значительных (до сотни метров) интервалов. Это является большим преимуществом роторного бурения с прямой промывкой в отличие от ударно-канатного. Однако вследствие глинизации водоносных пород, как правило, снижается производительность скважины. При бурении с обратной промывкой промывочный раствор из отстойника сам движется в буровую скважину – в пространство между ее стенками и боковой поверхностью бурильной колонны труб – и движется к забою скважины. С забоя промывочная жидкость вместе с частицами разбуренной породы через отверстия в долоте с помощью насоса, установленного на поверхности земли у скважины, или с помощью эрлифта засасывается в бурильную колонну труб и по шлангам сбрасывается в отстойник. При бурении с «обраткой» используют чистую воду, для промывки ствола скважины. Бурение этим способом можно вести в пределах больших интервалов без обсадки, как и при роторном способе с прямой промывкой. Стенки скважин при этом удерживаются от обрушения постоянным избыточным давлением столба воды в скважине, равным не менее 0,3 атм над естественным статическим уровнем воды в скважине. Бурение с обратной промывкой имеет ряд преимуществ по сравнению как с ударным способом бурения, так и роторным с прямой промывкой: большая скорость бурения, малый расход обсадных труб, возможность проходки скважин больших диаметров с обсыпкой фильтров песчано-гравийным материалом слоями большей толщины, чем в скважинах ударно-канатного бурения, исключение глинизации водоносных пород (сравнивая с вращательным способом и прямой подачей воды). Роторное бурение наиболее эффективно применяется на территориях с хорошо изученным геолого-гидрогеологическим строением и для организации буровых скважин на напорные водоносные горизонты. http://formatvody.ru/zapasyi-podzemnyih-vod/

Роторное бурение

К вращательному способу с прямым поступлением раствора относится иреактивно-турбинный, при котором долото приводится в движение помывочной жидкостью. При этом способе к бурильной колоне присоединяют два спаренных турбобура. Возникающий при вращении турбобуров реактивный момент не гасится в неподвижно закрепленном роторе, как это имеет место в обычных турбобурах, а совершает полезную работу – вращает всю систему спаренных турбобуров. Этим обеспечивается равномерное разрушение пород по всему пространству забоя скважины.

Реактивно – турбинный способ бурения

Шнековое бурение

Преимуществами такого способа являются скорость бурения, при бурении по несвязным грунтам можно делать длинные буровые рейсы. Основным недостатком является закупорка порового пространства водоносного горизонта и как следствие уменьшение дебитов скважины. Для бурения скважин ударно – канатным способом применяются станки УКС-22М, УКС-30 (), а при роторном способе – станки УРБ-2А2, УРБ-5 российского производства.

Условия применения

Опытно-фильтрационные работы (ОФР)

ОФР

Откачки

Кустовые откачки rn =r1*αn-1

Графики зависимости динамического уровня и дебита во времени

График временного прослеживания уровня (S-lg t)

Уравнение Тейса

Время наступления квазистационарного режима фильтрации

С= 0,183Q|/km

Преобразование ур-я Тейса в координатах: S-lgt -временное, S-lgr- площадное, S-lg t/r2- комбинированное прослеживание уровня

Временное прослеживание

Площадное прослеживание

Комбинированное прослеживание

Наливы и нагнетания

Наливы в шурфы K=Q / F

Основано на реакции опробуемых объектов на кратковременное возмущение. Используют для предварительной оценки фильтрационных параметров и расчленения разреза по проницаемости в процессе бурения (опережающее опробование) и после окончания бурения: экспресс-откачки и наливы, расходометрия, темометрия и др)

Экспресс-методы

Опережающее опробование

РАСХОДОМЕТРИЯ

Расходометрию применяют в незаглинизированных породах. По расходограмме (график изменения расхода) определяют границы проницаемых пластов по точкам перелома. Расход воды определяют по разности расходов в кровле и подошве: Qi= Qiкр – Qi под По графикам определяют характер неоднородности пластов, водопроницаемость и напоры определяют на основе гидродинамических расчетов с учетом пьезометрического уровня и суммарной водопроводимости опробумых пород

Определение направления и скорости движения ПВ

Изоляция водоносных горизонтов

Цели: качественное г-г опробование и эксплуатация водоносных горизонтов, исключение перетоков между пластами, перекрытие поглощающих горизонтов, предотвращение загрязнения, обеспечение устойчивости стенок скважин

В зависимости от способов бурения и назначения скважин изоляция осуществляется: Перекрытием обсадными трубами с задавливанием в глинистые слои; Затрубной цементацией обсадных колонн; Установкой цементных мостов, тампонов, сальников; Применением пакеров, пластоиспытателей; Специальными методами опробования водоносных горизонтов (раздельное опробование,опережающее опробование и др.)

Способы изоляции

Затрубная цементация обсадной колонны Перекрытие обсадными трубами

2-- затрубная цементация

2

5- подмашмачная цементация

5

10- манжетная цементация

Технические приемы цементации

С помощью заливочных трубок

1— ствол скважины; 2 — обсадная колонна, 3 — заливочные трубки; 4 — манометр, 5 — крышка

Схема цементирования; а — закачка цементного раствора, б — продавли-вание цементного раствора, в — посадка пробки на стоп – кольцо, г- продавливание цементного раствора в затрубное пространство. После того как дойдет до кольца «стоп», давление на манометре резко повышается, что служит окончанием цементации. В качестве продавочной жидкости обычно используют глинистый раствор. Перед цементированием для улучшения сцепления цемента со стенками скважины ее промываю раствором плотностью не более 1,1 г/см3 или водой. После окончания цементирования колонну оставляют в покое на 24 часа, после чего испытывают на герметичность

Режим и баланс подземных вод

Изучение режима и баланса подземных вод

Под режимом ПВ понимают изменения в пространстве и во времени ресурсов, состава и их свойств Наблюдения ведутся за основными элементами режима: уровнями, дебитами, температурой, химическим и газовым, микробиологическим составом вод

Виды режима

Цель изучения режима –установление закономерностей, их связи с факторами формирования ПВ для обоснования г-г прогнозов Задачи: 1)Выявление условий формирования ПВ (питания, разгрузки, элементов водного баланса) 2)Выявление закономерностей изменения во времени естественного питания; 3) Установление закономерностей формирования водного, теплового и солевого баланса ПВ для прогноза режима ПВ; 4)изучение региональных особенностей режима ПВ для прогноза нарушенного режима на локальных участках; 5)оценка фильтрационных свойств и граничных условий водоносных горизонтов

Цели и задачи изучения режима и баланса

Режим ПВ тесно связан с их балансом Под балансом ПВ понимают соотношение между приходом (поступлением) и расходованием ПВ на той или иной территории (в бассейне) за определенный период (мм, м3/км2) Естественные факторы формирования режима и баланса: Атмосферные осадки, испарение, конденсация, транспирация, подземный и поверхностный сток. Искуственные (техногенные) факторы: Орошение, потери из каналов и систем водоснабжения, подпор (повышение уровня ПВ при создании водохранилищ), дренаж

Баланс ПВ

Взаимосвязь режима и баланса ПВ

Водный баланс предопределяет направленность и характер режима ПВ, а анализ режима ПВ позволяет определить некоторые трудно определяемые величины (элементы) баланса такие как: инфильтрация, испарение, подземный сток

Расчет инфильтрационного питания

Имея рез-ты наблюдений за уровнями по 3-м скважинам можно вычислить величину инфильтрации

Прогноз естественного режима необходим при планировании строительства, водоснабжения, в с/х производстве Прогнозы нарушенного и смешанного режимов выполняют при: 1)Разведке МПВ; 2) разведке и разработке м-ий твердых полезных ископаемых; 3) при обосновании мелиоративных работ (осушении, орошении); 4)при изысканиях под различные виды строительства и эксплуатации инженерных сооружений

Прогнозы режима

Изучение режима ПВ осуществляется на стационарных постах по сети наблюдательных пунктов( скважин, источников, колодцев, шурфов) При изучении нарушенного режима в сеть включают другие горные выработки (дренажи, галереи, эксплуатационные скважины)

Методы изучения режима ПВ

Требования к конструкции наблюдательных скважин: Исключение загрязнения с поверхности Изоляция водоносного горизонта в разрезе Возможность отбора проб воды Возможность замеров уровня и температуры

Конструкция скважин

Стационарные наблюдения в РФ ведутся в рамках государственного мониторинга состояния недр (ГМСН) На территории РФ существует Государственная опорная (федеральная) наблюдательная сеть, состоящая из 100 режимных станций и 25 тыс. наблюдательных пунктов (скважин, колодцев, источников) Кроме федеральной сети мониторинга создана территориальная и локальная наблюдательные сети, число пунктов наблюдений скважины могут консервироваться, ликвидироваться, закладываются новые скважины для расширения сети

Стационарные наблюдения

Наблюдательная сеть Тюменской области (2005)

Скважины размещают в виде створов, ориентированных от водоразделов к долинам рек на разных геоморфологических элементах Поперечники (створы) состоят из 3-5 скважин –на водоразделе, на склонах террас, на террасах и у дрены При наличии взаимосвязи с напорным горизонтом створ дополняют 2-3 скважинами на водоразделе и в долине реки

Принципы размещения наблюдательной сети