Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Разработка полевых методов изучения водно-физических свойств пород зоны аэрации

ВАК РФ 04.00.07, Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации по теме "Разработка полевых методов изучения водно-физических свойств пород зоны аэрации"

МИНСТРОЙ РОССИИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ И НАУЧНО- ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ р ЙН&П-гОЯ ПО ИНЖЕНЕРНЫМ ИЗЫСКАНИЯМ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

РАЗРАБОТКА ПОЛЕВЫХ МЕТОДОВ ИЗУЧЕНИЯ ВОДНО-ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОРОД ЗОНЫ АЭРАЦИИ .

04.00.07 - Инженерная теология, мерзлотоведение, грунтоведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

(ПНИИИС)

-9 О КТ * •••

На правах рукописи

УДК 624.131.1.

Грыжов Владимир Константинович

Москва - 1995 г.

ioTii выпал,:eira в иисппуте пгдрогеолопиг it инженерной loroif ГИДРОИНГЕО имени О.К.Л;,::ге Пр(ъ;:.г^;,~гг.ешгого дииепня ** Уэбокгидрогесо.опи ".

Маучиыи руководитель : до'гтор reav.4!.>-:.iri.i..-pa.\oir •

-ГМ!\ liny!' ку.\;:';;чш F. . ! ! .

Официальные cuncutinu: доктор техиччисикх пту»:.

¡..К; Vrcop Д-гс*КЦ<.р B.C.

;:.|цпндат г- ^-voi w-Miiuvpu-

.\.,.4i:ci;H4 Ü: V1;;

Педущая органамучл : Г'.1 Xrpo;nru;-:;:.i(1;; .

Защита состоится " CKtCf<£ л 19 £ .

_часов ш заседании специа.миярошнпого ccivi.»

33.11.01 о Лроюводстпишом и нау,шо-исс.\сд-1|-''тс-л''.-1 институте по шпкепер::т: j строитльстле

-ШИИС) Минстроя PCD 150 адресу :105053, ¡Vkcia .ркнои проезд , Д.18, ПНИ И WC.

С диссертацией моигно озтко:.:'.п'с.г:1 в игн жс-п •.ашческои иютгеке ПНШ'ТИС.

Автореферат разослан " SJUiT*z

¡993 г.

Ученый секретарь снега лизированиого сопла

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ у

А*туаллвосп> тмс-.При проведении гирогеолошческих и инженер но- геологических работ для целей мелиоративного, ирригационного, яромшцлсмдого и гражданского строительства одной из важнейших задач является изучение всщно-физическнх свойств 1 пород зоны аэрации в условиях естественного залегания. Глубина таких исследований не превышает 20-30 метров. При этом проводится наблюдения за влажностью, температурой, засоленностью, водопроницаемостью в другими водно - физическими свойствами пород зоны аэрации.

При этом основными для определения водопроницаемости и пористости пород являются прямые методы исследований, в частности, наливы и нагнетания в скважины и наливы в шурфы. Многолетняя практика их применения показа.«, что на ряду с определенными достоинствами, эти методы обладают существен-£оши недостатками, основными из которых являются значительные затраты труда и средств на предварительную подготовку скважин или шурфов к проведению опыта, малая производительность и низкая техническая оснащенность этих методов.В связи с этим, такие наблюдения при массовом изучентш водно-физических свойств пород на больших площадях или осложненных рельефом участках отраничены в применении и обычно проводятся на опорных наблюдательных точках с последующей интерполяцией данных по площади работ. Кроме того, эта методы дают общую (осредненную) информацию о водопроницаемости и пористости изучаемого объекта, тогда как правило, исследуемый разрез является многослойным и анизотропным.

В сеязи с этим, актуальным в настоящее bper.íh является вопрос повышения информативности, оперативности и качества по-ледых наблюдений на одной физической точке с уелыо получения достоверной информации о водопроницаемости, пористости и засоленности пород зокы аэрац.ик с минимальными затратами труда и средств.

Целью диссертационной работы является усовершенствование и разработка методов и технических средств для по-интервального определения водопроницаемости, пористости и засоленности пород зоны аэрации при проведении массовых гидрогеологических и инженерно-геологических исследований.

Для достижения этой цели требовалось решение следующих

задач:

• разработать технологию проведения я способы количественной интерпретации палевых данных опытно-фильтрационных работ способом электро-фильтрометрического каротажа;

• разработать и изготовить технические средства для реализации способа элипро-фильтрометрического каротажа и определение сале содержания пород в зоне аэрации;

• провести лабораторные и модельные испытания методов и технических средств для оценки их работоспособности и точности опре деления изучаемых параметров;

• грсгусти полевые опытно-фильтрационные работы разработан-:ш!м методом на конкретных участях н оценить достоверность полз'-юнных данных путем сопоставления их с результатами, полученными традиционными полевыми методаN01 и з лаборатории;

4 соста пить методические рекомендации по применению разработанных методов и технических средств.

Нау.хла новизна работы заключается в следующем:

• пополнены теоретические и экеперимеггальные исследовапил п э определению 'фронта (радиуса) зоны проникновения воды з грунт по данным электрометрии при проведении опытных нагнетаний;

предложен и опробован экспресс-способ по- ш ггер ва.1,1 • ■ : о го определения .коэффициента Фильтрации Кф и открытой пористости по -род зоны аэрации;

• разработан комплекс технических федств для проведения опытно-фильтрационные работ способом эле1лро-ф11АЬтрометр!пес-кого каротажа:

" экспериментально исследовано влияние конструкпшннл

особенностей первичных датчиков солемера на точность измерения электропроводности воды и разработан двухполюсный датчик для измерения электропроводности водных растворов.

Основные защищаемые положения:

® методика определения фронта (радиуса) зоны проникновения воды в грунт по данным электрометрии при проведении полевых опытно-фильтрационных работ;

° способ проведения электро-фильтрометрического каротажа и методика по-интервального определения коэффициента фильтрации

Кф и открытой пористости По пород зоны аэрации; ° комплекс технических средств для проведения электро-фильтро-

метрического каротажа; ® конструкция двухполюсного датчика для определения электропроводности пород и природных вод. Практическая ценность:

Разработанный способ и технические средства для его реализации позволяют существенно сократить затраты труда, Бремени и средств при проведении о пьггно - ф 11л ьт р а п и о н и г.; работ в гоне аэрации.

Конструкцию датчика для определения электропроводности водных растворов позволяет с высокой достоверностью оценить со-лесодермгание пород II природных вод в полевых условиях.

Применение разработанных методических рекомендаций п:»г-алит повыагть информативность, оперативность и качество наблюдении на одной физической точке.

Описанные в диссертации разработки внедрены на ряде объеков Пркташкектской гидрогеологической экспедиции ПО " У з 6 ек гидр огеол о пи " при проведении комплексной гидрогеологической и инженерно-геологической съемки масштаба 1 ¡50000 и

использованы при площадных н по-интервальных расчетах Кф и £1

Фактический материал:

Диссертация выполнена в лаборатории новой техники института ГИДРОИНГЕО и опытно-методической партии ПО "Узбекгидрогеалогня" на основании материалов полученных автором в процессе научно-исследовательаик работ за период с 1982 по 1992 гг.. -За этот период автором были проведены экспериментальные и палевые экспр есс- на блюд ет ш способом электрофильтре? •• метрического каротажа на участках Хонданлыкской и Кок-Аральской инженерно-теологических партий и полигоне СКБ "Тидрогеотехника", Наблюдения проводились с различными модификациями фильтро-электрометртескнх зондов и наземного оборудования в скваяшнах пробуренных шнековым способом и при помощи грунтоносов ГОУ-1, ГОУ-2, ГОУ-3. Данные материалы содержатся в научно-иссдедовательскик н производственных отчетах ПО "Узбекгвдрогеслсгия".

Апробация работы. Основные положения работы доклздьпг-.-ъгсъ на научно-технической конкуренции ученых-геологов "Абдуллтеаские чтения" {город Ташкент, 1987 год), ярмарке иаучио-тгхя!!еск»гх идей по геологоразведочному производству (город Т-ичкент, 1989 год), ярмарке научно-техюр:еской продукции по гидр ■:■;•; олоши и инженерной геологии (город Москва 1989 год). 51" ме диссертации имеете; 6 публикация, одно авторское СБЧД'Гтальгггг. на изобретение и поло-яаггелъяое решение на изобретен?!-:;. -Уонл для проведения способ--' ЭСШ\ :>к шокировался на ВДНХ ССС ' в 1989-1990 гг. (серебряная медаль).

ОЗтк-п и структура рпьоты. Материал изложен во ведении , шести главах я закдхочеют таким образом ,что структура работа отрамгзет основные этапы «процдгкные автором в пронесс * исследований .Общий объем /М стр;<и;:».н машинописи .вш«- :; рисунков , <¥ таблиц, и список л;сгер^турсг из 6/ наименован«;'.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава диссертации носит обзорный характер. 6 ней приводится анализ сущестующнх способов и технических -средств для изучения водопроницаемости и пористости пород зоны аэрации и засоленности пород в палевых условиях. Здесь, в первой части главы, рассматриваются полевые методы проведения опытно-фильтрационных работ. Основное внимание уделяется прямым методам исследования , основанным на расходометрии при проведении наливов и нагнетании воды в скважины и шурфы, как наиболее часто используемым в практике производственных работ. Из них широкое применение получил метод наливов в цгурфы, предложенный Н.С.Нестеровым. Шурфы располагаются кустами для того, чтобы охват!ггь несколько интервалов исследования. Продолжительность наливов на одном интервале наблюдений, в зависимости от времени стабилизации расхода воды может составлять от 4 до 12 бригадо-смен.

Анализ метода нагнетания (наливов) в скважины показал, что в основном для их реализации используются несовершенные скважины, оборудованные в пределах зоны аэрации. Н.Н.Верипш предложил оборудовать короткие несовершенные скважины и проводить нагнетание воды так, чтобы высоте столба воды (напор) в 10-12 раз превышал радиус зоны проникновения воды в пород)'. Такая схема проведения опыта позволяет пренебречь при определении параметров среды силами тяжести и капиллярным давлением и получать расчетные зависимости дал случаев нагнетения с постоянным напором, с постоянным расходом и для случая свободного падения уровня воды в скважине после мгновенного налива.

Существуют также методы, предусматривающие свободный налив воды в несовершенные скважины через боковые стенки (B.lVLHacóepr), дао (Н.Н.Верипш), стенки и дно скважин (И.Е.Жернов), причем обработка данных наблюдений ведется с учетом нисходящей фильтрации и бокового растекания. При реализации этих методов имеют место технологические сложности.

связанные с предварительной подготовкой скважин к проведению опыта, а именно, изоляция интервалов наблюдений путем тампонирования или обсадка стенок скважины. Это обстоятельство сильно влияет на производительность проведения полевых работ.

За последние 20-30 лег появилось множество разработок, направленных на повышение точности и производительности опытно-фильтрационных работ за счет усовершенствования технических средств для их реализации и при&\ечения дополнительных данных. Среда! них можно отметить способ предложенный В.П. Дубинчук основанный на применений нагнетании через фильтр при пенетра-ции скр>а:«1!н и определешш влажности в точках, расположенных ниже фильтра , способ использующий для качественной оценшг водопроницаемости пород данные электрокаротажаСЯ-А.Гетлен и др .), способ определешш коэффициента фильтрации грунтов по данным статического зовдирования(Б.И. Кулачташ ), способ определения пронициаемости грунтов с помощью пресснометр!гческого фильтра цдоиетра { Т.А. Лукманов).

Во второй части главы рассматриваются способы и устройства для определения солесодержания пород и природных вод по данным измерен;:?! электропросодности водных растворов.

Разработке таких способов и устройств для га реализации посвящены исследования Н.И.Воробьева, С.В.Уснкова, Н.К.Лук. янчиковз, В .А. Селиванова. Д.Ф.Хамразвз, Ф.Ф.Мурач, А.С.Свэтличного. В.А.Матвеева. А.М.Светлицкого, Л.Д.Утиг-ко^ "! многих других.

Современная элнктроизмергггель?шг техника позволяет вы-полнеть измерения электропроводности просто и с высокой степенью точности. Однако, этот способ определения солесодержашгс: пород и природных вод до сих пор не нашел широкого применении серш'гно выпускаешь приборы, реализующие данный способ, пра ктически отсутствуют.

Одной из причин, ограничивающих ггриг,«пение этого метода, является то. что на точность измерения электропроводности

кромесоставаи концентрации солеи .пород и природных вод оказывают влишше факторы, связанные с конструктивными особенностями первичных преобразователей.

Во второй главе приводятся теоретические основы методики определения фронта (радиуса) проникновения воды в грунт во время наливов по данным электрометрии, в основе которой лежнт существенное отличие удельной электрической проводимости (сопротивления ) для предельно насыщенных водой прород. от значения этого параметра для сухих или слабо-увлажненных пород. Для получения количественной связи между значением радиуса зоны проникновения воды в грунт и удельным кажущимся электрическим сопротивлением среды была решена прямая задача электроразведки. Условия этой задачи отличаются от классической тем, что в ней расстояние между питающими электродами А и В остаются неизменными (АВ^опвО, а значения глубины залегания контакта двух сред (в нашем случае радиуса зоны проникновения ) и значения электричеслшх параметров двуслойной среды изменяются. Для решения этой задачи была составлена программа и все расчеты выполнялись на ЭВМ. В результате чего были составлены номограммы и построены палетки (рис. 1) ,с использованием которых можно на практике определит» радиус зоны проникновения воды ь грунт по данным электрометрии при проведении опытно-фильтрационных работ. На рис. 1 приняты следующие обозначения:

- значение кажущегося удельного электрического сопротивления ненасыщенных еодой пород. Определяется до нагнетения воды в интервал исследования;

- промежуточное значение каикущегося удельного элестри-ческого сопротивления. Определяется в начальный момент нагнетания воды ( через 10-2(1 м1шут после начала неагнетаний);

- значение- кажущегося удельного электрического сопротивления насыщенных водой пород, Определяется в тот момент, когда значения? на кривой (0 перестает меняться по мере нагнетания воды в шггерг-ал исследования, т.е.

• ' .'j i

лс,,.; : прислал.. с;.лгс,:цл л<ил..л i;;...

лгр-. •" '-Ч-Т ль pa слр &л«ггр;гч'гс;лло по-

:л.-..гл лдг;;'.:л пралл;лс> через 3'J-12U

!■'<' '."•-г;:-. л:л;л> ьо:Лг). у лрллкл

rj * , т.-.. ::ps.r::>: :.• клс. 1 цл;глрл~л

л-.лил-л; p; грел с э„.ек.грл-лелллл; паромегрг-мп .:

г.- • :т, •■•.. . ;редл1 .п л- ^¡уД ,J-;_ /у,

V " ,

;: .. г с :.га:г,г ; олра-л¿ï-.'dH'.-iKV-" '"

; "с?'".лл:: г.т.'с-чекзв: — - пс о:и &6:пл'с с ;л Г:

-, " . -«.:;.ччгшк; . Радиус ?оиы Гронь:;-

v • Р.. ллллсляctc:i ¡к.1'¡•сюг.^.Л::: 7

, • ~ -j . . .

•■ т-.л. г.--.-'.;-.' гр-.'.-'л'.ма: ст^^лк- 'î-:.;-!... • : р-л-р.лмил глхперлл'ляаллл::::-. и мелл-лъ^г.л " : стгьялось ралелле слелук,п:ич ладгч:

•.•.•.'.•iiepsîMïinctAbiioc- г.сдт:и:-рл:денче и уточнение л?<

'¡ЛсСЛЛ ВсЛКМеШЮИ ЗАВИСИМОСТИ МсЛГД}' : :•■. ЛЛ-ДЛ.. :

:».>л. : проникновения воды б грунт и данными электро л л-:реьгн;:.

Для решения этой задачи была использована схема проке-ackîî-j опыта в специально оборудованном ящике с труп том. поло шлющая проводить одновременно прямую регистрации фронта (радиуса) проникновения воды в грунт и косвенную - ио дан; л.лдлромегрил с использованием палеток и номограмм. Обобщенный анализ результатов экспериментальных модельных наблюдении прямым и косвенным методами в сопоставлении с данными лабораторных исследовании rpyirra позволяет сделать s-.ывод о принципиальной возможности применения данных спектрометрии для определения радиуса зоны проникновения воды в породу (средняя ошибка определения значении г? по данным электрометрии составляет 5.5 %), а следовательно, использовать полученные значения при расчетах коэффициента фильтрации Кф н открытой пористости пород зоны аэрации (расхождение знамени

К'Г' и с \a:kp.->v. fi:-;,".] данными не пре.» ■ ¡юг Ко.

4 10-О

COOTEeTCTP.Ç'-'' }.

® нес.» едсвп! :•:■:• уровня влияния естеспли'гон влажности пород ? ; результаты гîjtс :..• . опытно-<{>1и1.тр5П"-.-:г'ых рг.бст способом электро -ф.чльтрг -^трического кгротлигл .

Для с:;.; н'-'и -п "того слияния были гс --"деш-г экстрн гекгп•• -¡ше л;к"-у/<т■■-■ лс-ледовагаот на сбрг,пород с раз-лг-но'; первсн-'глк-гл \г.:кностью (We).

Было VI тктл.'л "тс значение Wt- сказпт-/ -.г сучул-стпеннс-е на результаты чг-»; электрических, так и р?сходометричесшix наблюдении, гг,;-д-дьи;п тем самым величину ошибки (до 3lK!-400%) s результатах определения водопроницаемости и поркст«-. пород. С другой стороны, также было вячглено, что если перш чяльно r-Mci m:ti» исследуемый грунт пресной водой, а затем нсгюлк■■: r.r^Tîi нагнетении соленую воду i3-10 г/л), то мые .тншые наиболее близки к реальным (лабораторным).

Этот прием впоследствии был учтен при разработке технологии проведения палевых наблюдений) способом а\ектро-Фильтро метрического каротагка:

* исследование влияния конструкцш! первичного преобразователе и технологии измерения электропроводности воды на точность определения общего солесодержання пород и природных вод.

Как известно, определяемая коштгграция солей в воде пропорциональна элестросопротивлегапо R, которое определяется по формуле:

где - удельное электрическое сопротивление раствора. Зависит от состава и концентрации солен:

- расстояние меагду электродами;

- площадь поперечного сечения проводника:

- величина электролитической постоянной, которая зависит от конструкции первичного преобразователя.

При низких концентрациях солен величина у3 большая, ( Су поэтому не оказывает решающего воздействия на измерение К. При высоких концентрациях солей величий: р малая и параметр Ср приобретает решающее значение.

Эксперимент проводился с датчик«,ми различной конструкции, где использовались двух- и четырехполюсные электрические схемы с внутренним и внешним расположением электродов, изготовленных из различных материалов (углерод, серебро, свинец сталь). Измерения проводились кап н? переменном, ты; и на постоянном .токе с учетом влияния температуры водных растворов на их электропроводность.

В результате анализа полученных данных была выбрана кострукция двухполюсного и'-образного датчика с внутренним расположением стальных электродов, работающего на постоянном токе. Для учета влияния температуры водного раствора на показания датчика в один из электродов вмонтирован терморезистор. Не устройство этого датчика получено положительное решение и пат«

на изобретение (заявка №4904265/03 /007405 от 22.01.91 г.).

Четвертая глава посвящена описанию разработанных тех нических средств Для проведения способа электро-фильтромегрн-ческого каротажа и устройства для определения электропроводное! водных растворов.

Комплекс технических средств для реализацш! способа алектро-фнльтрометрического каротажа включает г. себя (£ис. 2) выпускаемые промышленностью приборы и оборудование и специально разработанные технические средства. Последним в главе уделяется основное внимание. К ним относятся фильтро-электро-метрическии зонд и.устройства для регистрации расхода н поддержания постоянного напора воды во время опытных нагнетан

Фнльтро-элеетромегричесгаш зонд, изготовленный из диэлектрика, состоит из фильтрационной камеры и двух шггервало-

-т- = Ск

J

/4

6

. 8

У

9

-О-и

1Ь

I,-

4

3

о

ГЫ

у'ЬГ

V

- - \ Ч Ч , N Ч

о

У

2

1 - корпус

2 - Ш1тервалоизолнрукшше

пакеры

3 - фильтрационная камера

4 - электроды

5 - мерная емкость

6 - устройство для поддер-

жания постоянного напор воды

7 - насос

6 - монометр 9 - элетропзмернтельный прибор

Рис.2

изолирующих ш;.чро:., «к кшсрых гькреплекл; ь.\ лггроды. Внутр зонд ¡шеег кашли для исд«чн ьодь; в фильтраи! :<л; ::ук> камеру, воздуха в па керн и д\" прокладки электрического кабеля. Как показали испытали;:, коксоукцик ^овда noiT.av.n-; л?де;кно изолировать интервал иссле.-с.--.г.*ля и проводи;ь набл- д.ошя при дав л-лпш с иакерах до ГЬ.

При проведении лллтшлл. нагнета ши; бхллл -.•пробованы два способа измерение ргхдода ьодь;. Первый слс ,5 заключаете в измерении объема л специальной мерно:-, - лхсгн и может быть использован при рас:;ода:: более-10 литров в ч;.с. Для обеспечения приемлемей точности при изм.ренин ,-\.-.лм\; расходов тюды предлагается использовать специально разработанный расхс дсл'.с-р, который работ?ет по принципу порциального дозатора .И нервом, и во втором случае для поддержания постоянного напора коды в интервале наблюдений использовалось устройство для поддержания постоянного уровня воды в рабочей емкости.

Для измерения зле>гтропроводности водных расгворог. с целью определения об шел о солесоде-ржания пород зоны аэрации I природных вод разработано устройство первичного преобразовате ля , работающего на постоянном токе . Этот датчик может быть использован и для измерения уровня воды г. скважине.

Все предлагаемые технические средства Пронин лаборато; ные испытания иопробацню в палеЕых условиях.

В пятой главе приводится описание технологии проведен нолевых работ разработанным методом и методика обработки и интерпретации полученных при этом данных.

Для реализация способа электро-фильтрометрнческого ка ротажа бурится скважина без применения бурового раствора, в частности при помощи грунтоноса или шнековым способом. На заданную глубину, фиксируемую при помощи меток на электропроводящем кабеле опускается зонд (Рис. 2). При помощи на о раздуваются пакеры и изолируют интервал исследования, а гаки;

контролируй си пр.: • .. íT'i в ,г:.<могг 3-vr- í. л/ л к.-:;: и • . тг-:\-.-.; ; : : мер/ie.c - ->:.мн л a . •■ "'дельнее ~ :: : г :• Ферму..

сг-.пкам c.: . "Í,K: !"c-:n:>.hj Í;> г г./- .ъи ¡:ы с г.; .¡.гг. :

. : г '

. прои-'

' • ■ "лен ¡i'.-:; . - ■

'„■ v_\s-.-■л- у \

рлвгсти И per<V • I; ал.

: ":зпрг»::i:t- яг- r.-¡ -'•п:ггел: лего пркьс у г - г.. лип '-.v_; г; • со; 'у¡jjecr-<: ■ : -!■;::.:: ладой

1 . i-' •. ■ ■.->,-;'- •' '-i ем:;;;,"; -ч. чере;. i -

чую емлетг-. yMv-т. :;гг/г> :--o:u-:¡ ¡"одс.сгтся вод? г:

;игтц)Пй.л иссдбдогп;."; i. .• ч-с.од ecvu. гролгруется на поверхности одни)г спс-; о'-•.■>■„ г писанных t. чегг.ертс й главе. В процесс с проведения нггнегзн.гй гсды с нигерггном 5-'Ь минут определит;ср значения^ внштшгашп :м споссм.м и строится кривая (t). Опыт следует продолжать до тел гг-с. пока значение не перестанет меняться so пргмекм.

Полученные данные можно использовать, как предварительные.

Затем , на этом интервале проводится повторный цикл uno-людений, с применением для нагнетании соленой воды. Данные полученные по второму циклу используются для окончательного расчета коэффициент фильтрации и открытой пористости пород.

После чего, поднимая екважшшый зонд каждый раз на один, определенный детальностью исследования интервал, и проводя полный комплекс замеров, доходяг до верхней части скважины. Обработку следует начинать с определения стабилизированного расхода воды <](t)f переводя его значение е. м/сут. Затем

, "дг (0 с. помо!ль>о 1Р

п.; г-к,а и

ivy определяется д..y-; :

•.:.-ît/.a;nai слределг.ётся радиус

ьсгл-гдокашш го п?вегтъ>м фор.чудам. К г-угг;?; ;••!!•> '..сз^лъзог-пть формулу H.bi.bejjnniY , швед«, л .,'!гу.\п-;я годи посгояккым : в ;:.%:5сер;лс'с

•<• :;г7";г г з.-зрашпг:

_ Ce)

о . -Г. /г ,. о / . / ' .

rx J. {.t> и/ 1

v

1

\) • ['. ■• с:оД ЕОДЫ В И;перППЛ;- V.r.C.^V.y •:■:, ".'.■"■ ,>' - к;; пор (высота сталб;0 «>у: <y диша фильтра (м):

- радиус сквйлашь: (м): <7* - радиус проникновения (насыщения) «оды f м):

Открытая пористость оценивается, как отношение сб-ье:-« воды, занимающего поры к объему всей водонзсыщешган передл»:

Q

ft = -

V's.H.

Объем воды определяется, как- расход воды с начала про-г.ушшя опыта до момента опредедення открытой пористосги.

Объем водонасыщенной породы вьншеляется по формуле:

Уз.н. = -7Г- 7Г- z1-

где:

^.^"."Z.-2, - объем шара с радиусом £ (м^: yj-. g-2. £ - объем цилиндра с радиусом Z к высотой & (м5: 77' занятый скважиной {м).

В шестой главе приведены результаты полевых работ проведенных при помощи разработанного способа электро-фильтрометрического каротажа и технических средств для его реализации на трех участках: '

1. Участок "Полигон СКВ **Гидрогеотехника". Расположен в Янгикмьском районе Ташкентской области. Разрез зоны аэрации представлен суглинистыми отложениями различной плотности.

Основная задача, решаемая на этом участке заключалась в выборе оптимальной схемы проведения наблюдений и полевое испытание разработанных технических средств. При этом опробовались две схемы проведения опытных нагнетаний воды в скважины:

- безпакерная схема , по которой определялись общий расход воды по всему стволу скважины и радиус зоны проникновения воды по-интервально (Скв. 2, 4, 5);

- схема с интервалоизолирующими пакерамн. При этом расход и радиус зоны проникновения воды определялись для каждого интервала исследовании (Скв. 1 и 3).

Наблюдения проводились в 5 скзажинах , пробуренных при помощи грунтоноса ГОУ-3 с отбором проб грунта (скважины 1,2 и 5) для лабораторных определении коэффициэнта фильтрации ( Кф ), пористости (Ц ) и естественной влажности ( \Уе) пород зоны аэрации . Ранее на этом участке были проведены опытные наливы в шурфы и скважины по традиционно принятой методике. Е!се имеющиеся и полученные данные сведены в таблицу результатов и сопоставительный анализ проводился в основном для выбора тон тин ннон схемы проведения опытных нагнетаний способом злекгро-фильтрометрического каротажа.

В результате выполненных работ выбрана схема, использующая зонд с интервалоизолирующими пакерамн, как наиболее информативная и намечены некоторые технические доработки э конструкции зонда и наземного оборудования.

II. Участок "Хандайлык". Расположен в Бостанлыкском районе Ташкентской области.

Разрез представлен суглинистыми отложениями четвертичного возраста. Здесь решалась производственная задача по определению проницаемости и пористости пород зоны аэрации при проведении комплексной гидрогеологической и инженерно-геологической съемки масштаба 1 ¿0000.

Было исследовано 12 скважин глубиной до 9 метров с интервалом наблюдения 03-1 метр. Наблюдения проводились по полной схеме, т.е. с предварительным насыщением интервала исследования пресной водой и использованием в дальнейшем для нагнетаний соленой воды.

В процессе проходки скважик отбирались образцы пород для

лабораторных исследований с целью определения Кф, П и При сопоставлешш результатов наблюдений татке использовались данные налиБов в шурфы по методу Нестерова .проводимых ране* на том участке на некоторых шггервалах глубин . В таблице № 1 приведены обобщенные данные по трем скважинам . где собрана наиболее полная информация по всем интервалам наблюдений . Анализ этих данных позволил рекомендовать способ электро-фильтрометрического каротажа к широкому внедрению в практику опытно-фильтрационных работ.

111. Участок' "Кок-Арал " расположен в юго-восточной частя ашкентской области.

Работы проводилась в соответствии с геологическим заданием на проведение комплексной падрогеологическои и инженерно-геологической съемки масштаба 1130(100. Разрез зоны аэрации представлен четвертичными глинистыми и суглинистыми отложения?-«.' (О;: I! р з) различной плотности. Наблюдения проводили:;., по трем профилям, которые (фактически охватывает весь участок работ. Вссго было проведено 150 опытов в

Таблица № 1

> Коеф «Гклэтргции («Дут) К<Р пористость

4 ш яссмло— («О По лзвзхпс Э,Ф,К По . давши валя 2» Я шурфа По Л1Ё0р1 ТОНКИ лзкшдо отдание ПО-(ЯСЮСТ то ЭФК ссмст ши- НОСЯй .По " ЭШК По лабораторным .вашим ЛШОЛО-пм

2.0 0.034 0.053 0.061 30.0 18.2 491 47.6 лесювад-гак

3.0 0.19 0.14 19.0 21.6 40.6 СуТАИПНЯ

5.0 0.0144 0.018 25.6 19.75 4535 43.0 тажхугмш

1.0 0.042 28.0 17.2 45.2

2.0 0.0443 0.053 0.061 33.9 183 52 2 46.7 .кссотц.

5.0 0.24 014 25.0 21.6 46.6 еуг-мшям

4.0 0.019 0.013 22.0 19.5 41.5 43.0 т^дшн

5.0 0.13 0.09? 33.4 19.75 43.15 472 сутмаасп

6.0 0.0194 22 А 21.9 443 43.5

2.0 0.055 0.095 оде? 23.5 18.9 42.4 45.5 лесгсп-л.1:.

1 3.0 0.03+ 0 095 25.6 18.66 44.46 сугггага

4,!> 02 0.147 0.016 27.7 19.6 473 463 ттл.суг.мзз

37 скг,а:;;.ш;дх. Сопоставление результатов обработки данных способа ;;ле;аро-||1илт)тромегр1этес!>-ого каротажа с данным;; лабораторных анализов пород и опытных наливов в шурфы пс> методу Нестерова показало, что значения коэффициента фильтрации, полученные по способу элетпро-фильтрометрического каротажа в одних случаях наиболее близки гаи совпадакпг со значениями Кф, полученными по данным наливов в шурфы, в друг;::: - со значениями Кф. полученными в лаборатории. Это объясняется тем, что в пределах одного участка и одной лигалошческой разности сггложе-

шш проницаемость пород может меняться в довольно широких пределах. Это подтверждается и данными лабораторных исследований

Что касается пористости пород зоны аэрации, то здесь наблюдается неплохая корреляция меягду лабораторными данными и данными по способу электро-фнльтромегрического каротажа (расхождение составляет 5-7

1\роме того, практический шперес представляют результаты предварительной обработки данных элеткроизмерений (Рис. 3. ), по которым можно качественно оценить изменения водопроницаемости пород зоны аэрации по глубине.

0.0 0.1 0.15 0.2 0.25 0 3 ,----------.-1-£

10 |

!

I

2.0 !

Ч

|

4.0 1

7.0 !

о.о 0.1 0.2 0.3 0.4

\ "" У

»<

/

^ У

/

!.{) ! I /

'■»•О | » - график <г)

. - график Кф(г)

Рис. 3

С целью повышения информативности исследовании на одной наблюдательной точке, совместно с проведением способа электро-фильтрометрического каротажа предлагается проводить определения общего солесодержания пород по-интервально. Для чего, на участке Кок-Аральского массива при бурении скважин под нагнетания (возле шурфов 13 и 32) были отобраны образцы почв, из которых затем готовились водные растворы и по известной методике проведены определения общего солесодержания с помощью разработанного датчика. Полученные данные сопоставлены с лабораторными данными анализов водной вытяжки. Расхождения между ними составляют 7-12 %. Следует отметить, что такие определения можно проводтгть непосредственно в поле, т. к. для подготовки одного раствора для измерении, как показали испытания, достаточно 0,4-0,5 литров дистиллированной воды.

3 Л К Л Ю Ч Е Н И Е

Результаты выполненных научных и опытно-экспериментальных исс\едозаш1ч и разработок сводятся к следующему:

1. Выполнены обзор и анализ современного состояния методов и технических средств для полевого определения водопроницаемости и пористости пород зоны аэрации, критически оценены возможности, степень применимости, эффеетигаость ¡; технический уровень камгдого метода.

Проведен анализ влияния конструктивных особенностей первичных преобразователей солемера на точность и диапазон опреде\яемой концентрации солей.

2. Разработан новый электро-фильтрометрический способ определения водопроницаемости и аткоитп пористости пород зоны

обоснована связь между данными электрометрии и величиной зоны проникновения воды. На этой основе составлены номограммы для количественного определения радиуса зоны проникновения воды в грунт по данным электрометрии скважин. .

3. Выполнены экспериментальные исследования на образцах пород по выявлению и учету влияния первоначальной влажности пород на результаты способа электро-фильтрометрнческого каротажа.

4. В области усовершенствования технических средств предназначенных для реализации разработанного способа изготовлены сква-жинный зонд и наземное оборудование, прошедшие лабораторное и полевое испытание.

Разработан первичный преобразователь для определения солесодержания пород и природных вод в полевых условиях.

5. Предложена и экспериментально опробована методика количественной интерпретации материале.0, электро-фильтромет-рнческого каротажа.

6. Проведены полеЕые, экспериментальные и производственные экспресс-наблюдения на трех участках Ташкентской области б 54 скважинах глубиной до 9 метров способам электро-фильтро-метрического каротажа с интервалом наблюдения 0.5-1 мегр. Полученные результаты характеризуют изменение водно-физических свойств пород зоны аэрации с глубиной.

7. Оценена достоверность полученных результатов способа электро-фильтрометрнческого каротажа путем сопоставлена их с лабораторными данными и данными наливов в шурфы по методу Нестерова. Р а схождения менаду ними, в основном, не превышаю; 20 %.

8. Разработаны методические рекомендации по проведению опытно-фильтрациоштых экспресс-наблюдений способом алеитро-фильтрометрического каротажа.

9. Технико-экономическая эффективность предложенного способа обусловлена:

• возможностью ш>-интервального определения водопроницае-. мости и сокрытой пористости пород зоны аэрцри то одной скважине; ^ ••■•■-'.V"

•^ высокой производнтальносгьго проводимых наблюдении . (средняя продолжительность опыта на одном интервале наблюдении составляет 50-60 минут)г ^

• экономней затрагт труда, времени н материальных средств при изолировании интервала исследовании.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Электрофильтрометрический каротаж. Научно-техническая конференция ученых-геологов " Абдуллаевааде чтения".Ташкент, 1987 г. с. 94-96 .Соавторы Д.Ф.Хамраев, Р.Р.Исмаилов.

2. Результаты усовершенствования обработки и интерпретации материалов электрозондировання на ЭВМ с применением принципа, синтезирования информации.

Современные кгтоды изучения и обработки информации в гидрогеолоппг и инженерной теологии .Тр. ТашПИ, Ташкент, 1984 г. с. 19-22. .

3. Зонд для проведения электро-филътрометрического каротажа. Тезисы к докладу проведения Ярмарки научно-технических идей геологоразведочного производства .НП иУЦ ОМЭ САИГИМСа ГКГУ "Узбекгеологпя ".Ташкент ,1989 г.,с.9.

4. Устройство для определения уровня,'температуры и элетпропро-подностп . Пол о;к! ггельное решение на изобретение .Заявка

№ 4904265/03 (007405) с приоритетом от 22.01.91 т.

5.Определение фильтрационных свойств пород зоны аэрации способом эле!прсф11Аьтрометр!1ческого каротажа. Совреметдае технические средства, в гидрогеологии и шькенерноп геологии .Тр. ГИДРОИНГЕО. САИГИМС, Тэшке=гг .1990 г. с. 44-51. Огчгоэ Г.К.Глс,зов.

: \

6. А.С.1627685 (СССР). Устройство дляспределения уровня жидкости. А.Ф.Назаров, Д.Х.Расулов, В.К.Грыжов, Заявка № 4688851 Приоритет изобретения 27 марта 1989 г.

7. Зонд для проведения злсктро-ф.^лтролгстретеасого каротажа ФЭЗ-1. Тезисы к докладу, проведения Ярмарки научно-технической продукции по гидрогеологии и инженерной геологии

Мингео.СССР. ВИЭМС, ВСЕГИНГЕО, Москва. 1989, г.

8. Методические рекомендация по проведению опытно-фильтрационных раб опт способом влектро- фильтр омеггр ического

* £ ГЧ*-*ЛЛ «АГ И г-р

каротажа. Мингео ззоекщдрогеололш , хашкенг,

1989 г. Соавтор Хамвдов Г. с. 14.

9. Результаты работ по усовершенствованию способа ЭФК и определение водопрони^аемоста и открытой пористости пород

зоны аэрации на участках Кок-Аральского массива. Тр. ГИДРОИНГЕО, САИГИМС, Ташкент, 1991 Т..С.7.

\

I

х ]