Особенности движения минерализованных вод и рассолов

Фильтрующиеся жидкости в фильтрационном потоке неодно­родны по составу и свойствам — пресные, минерализованные воды и рассолы. Из закона Дарси следует, что скорость фильтрации про­порциональна вязкости, а вязкость зависит от минерализации вод. Неоднородность свойств жидкости (плотность и вязкость) необхо­димо учитывать при определении не только скорости фильтрации, но и напора и напорного градиента. Измеряя статические установив­шиеся уровни подземных вод в скважинах, по их изменению можно судить о движении при условии, что воды имеют одинаковую плот­ность.

Чтобы исключить влияние неоднородностей жидкости, опре­деляют приведенное давление и приведенный напор (рисунок ниже) одним из известных способов.

Схема расчета приведенного давления

1. Минеральные воды и рассолы пересчитываются на пресные воды и приводятся к общей плоскости сравнения (по И.Я. Ерми­лову):

P_пр = (h + z)ρ,

где P_пр — приведенное давление; h — статический уровень в сква­жине; z — высота забоя над выбранной плоскостью сравнения; ρ — плотность воды. Эта формула справедлива, если воды незначительно различаются по плотности и минерализации.

2. Минерализованные воды и рассолы пересчитываются на воды условной плотности в зависимости от положения забоя скважины по отношению к плоскости сравнения. Приведенное давление выражается как функция глубины (по формуле А.И. Силина-Бекчурина):

где ρ₁ — плотность воды в скважине; ρ₂, ρ₀ — плотности воды на выбранных плоскостях сравнения; интеграл от ρ_zdz — статическое давление столба а жидкости между плоскостями а и i, Н_пр — приведенный напор; z — расстояние по вертикали до плоскости сравнения.

Трудность связана с выбором плоскости сравнения, которая для каждого водонапорного горизонта либо выбирается на гипсометри­ческой отметке наиболее глубоко залегающего опробованного водо­носного объекта, либо принимается глубина с максимальной плотностью воды в изучаемом пласте.

3. Формула И.К. Зерчанинова для расчета приведенного дав­ления имеет вид

где P'_пр — разница приведенных давлений в сравниваемых скважинах; h₁, и ρ₁, h₂ и ρ₂ — статические уровни и плотности вод соответственно в первой и второй скважинах; z' — разница глубин вскрытия пласта в двух скважинах.

4. Определение приведенных давлений осложняется тем, что плотность воды уменьшается с ростом температуры и для учета влияния температуры в пластовых условиях применяется формула М.В. Мирошникова для расчета приведенных давлений:

ρ_t = ρ_t0 + A(t₀-t) / 1000

где ρ_t — плотность воды при температуре t; ρ_t0 — плотность воды при температуре t₀; А — температурный коэффициент плотности воды при 20 °С.

Если известно приведенное давление, легко пересчитать приве­денный напор по формуле

Н_пр = 10P_пр / γ

где γ — удельный вес воды; 10 — пересчетный коэффициент.

Приведенный напор равен высоте столба пресных вод в метрах, давление которого равно приведенному давлению. По результатам расчетов приведенного давления и напора строят карты изобар или гидроизопьез (рисунок ниже).

Карта гидроизопьез Каганского и Мубарекского районов по горизонту XII (по В.А. Кудрякову)

По картам гидроизопьез устанавливают направление движения потоков. Перпендикуляр, проведенный от максимальной гидроизопьезы в сторону наименьшей, показывает направление движения потока. Кроме того, направление движения можно определить при наличии нескольких скважин методом красителей или трассеров. Для этого в центральную нагнетательную скважину вводят сильный органический краситель (метиленовый голубой, флюоресцин и др.), а затем регистрируют их появление в одной из наблюдательных скважин, что и укажет на направление движения.