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).