地?zé)峋樗囼?yàn)中井損的確定

王立東,趙季初,于溪,李鑫宇,張平平

(山東省魯北地質(zhì)工程勘察院，山東 德州 253072)

?

地?zé)峋樗囼?yàn)中井損的確定

王立東,趙季初,于溪,李鑫宇,張平平

(山東省魯北地質(zhì)工程勘察院，山東 德州 253072)

地下水資源評價(jià)通常是對地?zé)岙惓^(qū)域地?zé)崴砷_采量進(jìn)行估算，比較成熟的方法相對較少，多數(shù)是依照抽水試驗(yàn)資料，進(jìn)而確定含水層水文地質(zhì)參數(shù)，如滲透系數(shù)、導(dǎo)水系數(shù)、貯水系數(shù)、給水度等，水文地質(zhì)參數(shù)確定的是否合理，直接影響到最終成果的可信度，進(jìn)而關(guān)系到水資源論證評價(jià)的科學(xué)性。參數(shù)計(jì)算中為使計(jì)算結(jié)果更貼近實(shí)際，井損是一個(gè)不容忽視的問題，該文采用2種計(jì)算方法，結(jié)合多個(gè)工程實(shí)例抽水試驗(yàn)進(jìn)行分析驗(yàn)算，選取相對準(zhǔn)確的計(jì)算方法。

水文地質(zhì)；井損；抽水試驗(yàn)

0 引言

井損是指在進(jìn)行管井抽水時(shí)，由于地下水自含水層的水平運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為濾水管的垂直運(yùn)動(dòng)以及井壁與濾水管的阻力所造成的井管內(nèi)外的水位差。它是在抽水過程中必然發(fā)生的，且隨出水量或降深的增加而增大，是客觀存在的[1]。

地下水資源評價(jià)工作通常是對地?zé)岙惓^(qū)域地?zé)崴砷_采量進(jìn)行估算，以滿足制定有關(guān)地下水開發(fā)利用規(guī)劃的需要。業(yè)內(nèi)現(xiàn)在普遍認(rèn)為深層承壓含水層組地下水尤其是埋藏1000m以下的深層地?zé)崴砷_采量的計(jì)算，比較成熟的方法相對較少，多數(shù)是依照抽水試驗(yàn)資料，進(jìn)而確定含水層水文地質(zhì)參數(shù)，如滲透系數(shù)(k)、導(dǎo)水系數(shù)(T)、貯水系數(shù)(μ)、給水度(μ)等[2]，水文地質(zhì)參數(shù)確定的是否合理，直接影響到最終成果的可信度，進(jìn)而關(guān)系到水資源論證評價(jià)的科學(xué)性[3]。該次重點(diǎn)研究區(qū)位于山東德州、河北霸州、故城等地，均處于華北平原地?zé)崽?，多年來，區(qū)內(nèi)已開發(fā)近百眼地?zé)峋?，形成了一定的開采規(guī)模。但是，在開發(fā)利用中，特別是抽水試驗(yàn)中參數(shù)的取得往往依照業(yè)主方自行動(dòng)態(tài)監(jiān)測或人工觀測，沒有忽略掉井損的存在，沒有真實(shí)地反映區(qū)域的地?zé)崴畡?dòng)態(tài)特征，不能夠準(zhǔn)確的求取地?zé)崴牡刭|(zhì)參數(shù)。

該次結(jié)合幾個(gè)地區(qū)的多眼地?zé)峋?，重新進(jìn)行抽水試驗(yàn)觀測，利用實(shí)際取得的結(jié)果，采用不同方法進(jìn)行抽水試驗(yàn)井損確定，已期能夠更精確地反映抽水情況，為后續(xù)計(jì)算提供準(zhǔn)確依據(jù)。

1 井損的確定方式

確定井損及其參數(shù)，一種方法是根據(jù)常規(guī)的單孔穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)3次降深，繪制S/Q-Q關(guān)聯(lián)曲線的方法，近似的求出井損值，但這種連線的方式是不合理的，只有在每次抽水試驗(yàn)的背景水位變化不大時(shí)才能近似精確的求出井損值，由此確定的井損值也是不甚準(zhǔn)確的。另外一種方法是利用帶觀測孔的抽水孔進(jìn)行3個(gè)以上降深的穩(wěn)定流試驗(yàn)；根據(jù)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合求取井損值。但該方法要求至少帶有1個(gè)觀測孔，一般要求有2個(gè)觀測孔才能保證數(shù)據(jù)的精確性，由于實(shí)際抽水試驗(yàn)工程中要滿足2個(gè)以上觀測孔的數(shù)量要求、不僅不現(xiàn)實(shí)，而其還存在許多投資和觀測等多方面的困難，無形中增加了項(xiàng)目的開支。第三種方法是根據(jù)單孔抽水試驗(yàn)的水位降S與其流量Q的多次曲線方程確定的經(jīng)驗(yàn)公式法，即根據(jù)S=Sw+CQn=A+BQ2+CQ3進(jìn)行多元方程計(jì)算[4]。由于井損求取相對較繁瑣，因此，實(shí)踐中都很少使用。

這也導(dǎo)致了實(shí)際工作中基本不考慮井損，直接應(yīng)用Dupuit公式。但井損卻確實(shí)存在，為保證計(jì)算的準(zhǔn)確性不得不考慮。根據(jù)單孔3個(gè)降深抽水試驗(yàn)利用方法一和方法三進(jìn)行井損的計(jì)算，為驗(yàn)算數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確程度，對方法一和方法三的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比驗(yàn)證。

2 井損的計(jì)算

2.1 地?zé)峋樗囼?yàn)數(shù)據(jù)的收集

為保證計(jì)算數(shù)據(jù)的代表性，該次選取霸州、故城、德州3地的地?zé)峋樗囼?yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合計(jì)算。地?zé)峋碧竭^程中采用單孔穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)求解水文地質(zhì)參數(shù)[5]，各地?zé)峋樗闆r見表1。

表1 收集相關(guān)地?zé)峋樗囼?yàn)資料統(tǒng)計(jì)

2.2 S/Q-Q關(guān)聯(lián)曲線計(jì)算

目前行業(yè)研究認(rèn)為在井損明顯發(fā)生時(shí)，承壓水Q=f(S)關(guān)系曲線變?yōu)閽佄锞€，根據(jù)公式S=BQ+CQn，進(jìn)行等價(jià)變換后有：

(1)

現(xiàn)行規(guī)范中規(guī)定單孔穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)要求有3次降深。這樣以S/Q為縱坐標(biāo)，Q為橫坐標(biāo)就可以得到3個(gè)點(diǎn)，并在S/Q—Q圖上表示出來；然后用曲線擬合的方法可以將這3個(gè)點(diǎn)連成曲線[6]。根據(jù)表1中各井抽水資料，進(jìn)行S/Q—Q曲線圖的制作，如圖1所示。

圖1 各井井損計(jì)算圖

從圖1可以看出，以霸熱8井為例，量得縱截距B=0.2284，對應(yīng)于Q=1，縱坐標(biāo)S/Q=0.2300，因此有C=0.2300-0.2284=0.0016。其S/Q—Q近似為一條直線，n=1.9948≈2。各井綜合計(jì)算成果見表2。

表2 各井理論降深計(jì)算成果

2.3 多元經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算

根據(jù)公式S=AQ+BQ2+CQ3，兩邊同時(shí)除以Q進(jìn)行等價(jià)變換后有：

S0=A+BQ+CQ2

(2)

式中：S0=S/Q，A，B，C分別是未知參數(shù)，Q為涌水量。將表1中各井降深數(shù)據(jù)帶入式2，求取各井的井損值，見表3。

3 工程實(shí)際中井損的檢驗(yàn)

由于僅霸熱10井完井時(shí)建設(shè)方在管外設(shè)計(jì)了測壓管進(jìn)行地層水位觀測，故再進(jìn)行抽水試驗(yàn)時(shí)，根據(jù)測得的井內(nèi)降深和外部測壓管測得的真實(shí)地層水位降深可以計(jì)算出井損值。通過收集相關(guān)資料，對霸熱10井的計(jì)算井損和測量值進(jìn)行對比見表4。

通過對比發(fā)現(xiàn)，方法三計(jì)算出的井損值與實(shí)測值較接近，偏差小，說明計(jì)算值可信度較高。

4 結(jié)論

通過對成果分析，可以看到井損在抽水試驗(yàn)降深中占有一定的比例，甚至可達(dá)到30%～60%，這也證實(shí)了井損在抽水試驗(yàn)井中確實(shí)存在。通過分析對比，該井損變化規(guī)律隨降深、流量的增大，井損值也同樣增大。因此，在工程實(shí)踐中，抽水試驗(yàn)后進(jìn)行參數(shù)計(jì)算時(shí)應(yīng)該考慮井損的存在，直接根據(jù)實(shí)測降深用Dupuit公式計(jì)算的水文地質(zhì)參數(shù)是不正確的[7]，同時(shí)通過2種方法的分析對比計(jì)算，現(xiàn)行經(jīng)濟(jì)合理的計(jì)算方法應(yīng)采用多元經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，結(jié)果相對準(zhǔn)確，能夠更加真實(shí)地反映水文地質(zhì)參數(shù)情況。

表3 各井理論降深計(jì)算成果

表4 霸熱10井計(jì)算井損與實(shí)測井損對比

延伸考慮，一般普遍認(rèn)為在成井過程中，濾水管半徑r的大小對抽水井的降深影響不大，這主要是指B值，但對C值是有相當(dāng)影響的。因?yàn)樗诰畠?nèi)的流速同井管截面積大小有關(guān)，而截面積又和井半徑的平方成正比，所以濾水管半徑對井損有較大的影響。通過確定某一地區(qū)的井損經(jīng)驗(yàn)百分比后，結(jié)合區(qū)域已有的地層滲透率等相關(guān)參數(shù)，反算出合理的濾水管直徑，使實(shí)測水位降深與理論降深無限接近，將井損降到最小，使得抽水試驗(yàn)更加真實(shí)。

[1] 高海東.井損對水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算的影響[J].中國煤炭地質(zhì)，2010,(3)：24-27.

[2] 蔣輝.基于AquiferTest的抽水試驗(yàn)參數(shù)計(jì)算方法分析[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2011,(2)：35-38.

[3] 聶慶林，高廣東，軒華山，等.抽水試驗(yàn)確定承壓含水層參數(shù)方法探討[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2009,(4)：37-40.

[4] 肖有才，靳向紅，楊蘭和.井損的消除方法及其在抽水試驗(yàn)中的作用[J].工程勘察，2009,(11)：44-47.

[5] 中國地質(zhì)調(diào)查局.水文地質(zhì)手冊(第二版)[M].北京：地質(zhì)出版社，2012.

[6] 鄂春勇，潘樹仁，潘邦君.基于圖解技法的井損參數(shù)求解[J].江蘇煤炭，2003,(1)：8-9.

[7] 劉忠賢，秦毅，趙爾慧，等.利用單井抽水試驗(yàn)確定含水層系數(shù)[J].地下水，1995,(2)：57-59.

[8] 趙琳琳，肖長來，陳昌亮，等.基于抽水試驗(yàn)的多種方法確定水文地質(zhì)參數(shù)[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2015,(2)：306-309.

[9] 趙季初.魯北地區(qū)熱儲(chǔ)彈性釋水系數(shù)計(jì)算方法探討[J].山東國土資源，2006,22(3)：49-51.

[10] 朱宏軍，黃選明，胡莉莉，等.煤礦水溫地質(zhì)勘探中穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)確定水文地質(zhì)參數(shù)探討[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2014,(3)：24-29.

[11] 黃建明，潘建旭，薛培.煤田水文勘查抽水資料處理時(shí)降低井損影響的解決方法探討[J].中國西部科技，2010,(18)：7-8.

Determination of Well Loss in Pumping Test of Geothermal Well

WANG Lidong, ZHAO Jichu, YU Xi, LI Xinyu, ZHANG Pingping

(Lubei Geo-engineering Exploration Institute, Shandong Dezhou 253072, China)

The evaluation of groundwater resources is usually to estimate water exploitation quantity in geothermal anomaly areas. Mature method is relatively small. Major method is todetermine the hydrogeological parameters of aquifer in accordance with the pumping test data, such as permeability, transmissivity, storage coefficient and degree of water supply. Determination of hydrogeological parameters is reasonable or not will directly affect the final results of the credibility, and in relation to scientific evaluation of water resources demonstration. In calculating the parameters, in order to make the calculation results more close to reality, well losscan not be ignored. In this paper, 2 kinds of calculation methods have been calculated. Combining with pumping test analysis and calculation, a relatively accurate calculation method should be choosed.

Hydrogeology; well loss; pumping test

2016-03-21；

2016-04-11；編輯：陶衛(wèi)衛(wèi)

王立東(1984—)，男，吉林梨樹人，工程師，主要從事深部資源勘探及地?zé)豳Y源的勘查開發(fā)工作；E-mail:swdwld@126.com

P641.2

B

王立東,趙季初,于溪,等.地?zé)峋樗囼?yàn)中井損的確定[J].山東國土資源，2016,32(10)：65-68.WANG Lidong, ZHAO Jichu, YU Xi, etc. Determination of Well Loss in Pumping Test of Geothermal Well[J].Shandong Land and Resources, 2016,32(10)：65-68.