Водонапорные системы инфильтрационного типа

Водонапорные системы инфильтрационного типа — системы, где напор создается за счет инфильтрации (всачивания) атмосферных поверхностных и грунтовых вод в коллекторы и образуемой этими водами гидростатической нагрузки. Системы такого типа характерны для верхних напорных горизонтов до глубины 2 км (рисунок ниже).

Строение водонапорной системы (артезианского бассейна) инфильтрационного типа

1 — внешняя зона питания; 2 — зона создания напора; 3 — зона стока; 4 — зона разгрузки

Эти системы называют также гидростатическими открытыми системами, поскольку пластовые давления вод в них соответствуют гидростати­ческим и определяются по формуле

P=ρHg,

где Н — пьезометрический напор; g — ускорение свободного па­дения, м/с²; ρ — плотность жидкости, кг/м³.

В инфильтрационных водонапорных системах (ИВНС) напор со­здается за счет инфильтрации атмосферных и поверхностных вод в коллекторы и образуемой этими водами гидростатической на­грузки. В соответствии с этим ИВНС называют гидростатическими водонапорными системами.

Геостатическое давление — давление, оказываемое массой выше­лежащей толщи горных пород:

Р_г = ρ_пgh,

где ρ_п — плотность породы, кг/м³; h — глубина, м, на которой оце­нивается давление, g — ускорение свободного падения, м/с² .

Градиент геостатического давления принимается равным средней плотности пород 2,3 г/см³. Это означает, что на 1 м толщины пород прирост давления составляет 0,023 МПа. Геостатическое давление передается породами, а внутри породы — зернами (скелетом) горных пород. Ему противодействует пластовое давление жидкости, насы­щающей породу. Эти давления уравновешивают друг друга, и система находится в состоянии равновесия.

Геодинамическое (геотектоническое) давление — давление, образу­ющееся в пластах в результате непрерывно-прерывистых тектониче­ских процессов. Тектонические движения приводят к возникно­вению высоких пластовых давлений, нарушая равновесное состояние существующих давлений, перемещая, погружая или воздымая пластовые системы, в результате чего образуются напряженные участки и в целом новые гидродинамические условия.

Горное давление представляет собой сумму геостатического и геодинамического давлений.

Пластовое давление — внутреннее давление в пустотном про­странстве осадочных пород-коллекторов, которое проявляется при вскрытии пластов, насыщенных нефтью, газом или водой. Оно бы­вает начальным — на момент вскрытия и текущим — при отборе флюидов). Пластовое давление определяют по формуле

Р_пл = ρgh,

где ρ — плотность флюида, г/см³; h — пьезометрическая высота, g — ускорение свободного падения, м/с².

Аномально высокое пластовое давление — такое давление, которое создает столб глинистого раствора плотностью 1,3 г/см³ (градиент АВПД равен 0,013 МПа/м). Верхний предел АВПД достигает сред­него геостатического давления, т.е. давления, создаваемого массой пород плотностью 2,3 г/см³, а нижний предел АВПД на 30% больше условного гидростатического давления и на 20—25% больше нор­мального гидростатического давления. Отношение P_aАВПД к Р_Н нор­мальному гидростатическому, вычисленному для этой же глубины, называются коэффициентом аномальности:

K_a = P_a / Р_Н

где Р_а и Р_н — соответственно аномальное и нормальное гидростати­ческое давление, МПа.

Гидрогеологические условия играют важную роль в проявлении аномального пластового давления. Гравитационное уплотнение как основной фактор возникновения и сохранения сверхвысокого (ано­мального) давления проявляется в областях интенсивного современного и древнего осадконакопления с преобладанием глинистых образований. Приуроченность сверхвысокого давления к зонам по­вышенной глинистости разреза свидетельствует о его элизионно-литостатическом генезисе.

Нормальное гидростатическое давление — такое пластовое давление, которое уравновешивается давлением, создаваемым столбом минера­лизованной воды плотностью 105—1250 кг/м³, высотой от устья до вскрываемого пласта. Это давление не равно истинному гидроста­тическому давлению, определяемому положением статического уровня в скважине, поскольку оно не учитывает влияние возможного пьезометрического напора, уровня грунтовых вод и минерализации.

Условное гидростатическое давление — понятие, применяюемое для исключения влияния перечисленных факторов и представля­ющее собой такое давление, которое создается столбом пресной воды плотностью 1000 кг/м³ высотой от устья до кровли пласта.

ВНС являются открытыми системами, так как сообщаются с земной поверхностью в области питания, в зонах создания напора и в зоне разгрузки. Поэтому они располагаются свободно в поле сил земной тяжести. Для этих систем характерны зоны инфильграционного питания:

• внешние, которые находятся вне пределов бассейна пластовых вод — в соседних бассейнах трещиноватых вод или в горносклад­чатых областях, и в этом случае зона питания не совпадает с зоной создания напора, для ИВНС, расположенных в предгорных или межгорных впадинах, главную роль играют внешние горные об­ласти питания;
• внутренние, характерные для ИВНС платформенного типа, не связанных с горно-складчатыми сооружениями. Внутренней
  областью питания является часть самого бассейна пластовых вод, где происходит инфильтрация в водоносные комплексы через гидравлические окна.

Движение жидкости в ИВНС осуществляется в соответствии с вектором гравитационных сил и определяется убывающими значе­ниями вертикальной составляющей напора, наименьшими в области разгрузки. Основной формой энергии является энергия жидкости в поле сил тяжести, геометрическая составляющая является опреде­ляющей.

В ИВНС количество жидкости, поступающее в систему, равно количеству жидкости, удаляющейся из системы в единицу времени.