Геологические разрезы по воде

Как проводится геологический разрез скважины?

Гидрогеологические скважины от других разновидностей отличаются неоднородным минеральным составом включенных в нее горных пород.

Геология скважин такого типа отличается наличием структурных и текстурных нарушений, которые оказывает существенное влияние на бурение гидрогеологических скважин.

Бурение геологоразведочной скважины

При проведении таких работ очень важно учитывать такие параметры, как глубина и разрез, в противном случае можно ошибочно определить отсутствие зависимости от нюансов бурения с характерными свойствами горных пород.

Геологоразведочная скважина создается для того, чтобы отобрать все образцы пород, и путем изысканий провести методы их оценки.

1 Как и зачем производится геологический разрез скважины?

Процесс бурения гидрогеологических скважин начинается с того, что перед его началом тщательно изучается весь доступный геологический материал.

Разрез и глубина напрямую зависят от направленности изысканий. Глубина, разрез и общие показатели геологии скважин производятся с учетом на данные, которые были получены в процессе изысканий и изучения пород.

Инженерно геологическая скважина создается еще и для того, чтобы буровые установки смогли вскрыть представленные породы, а затем с помощью изысканий можно было определить, какие методы бурения стоит задействовать.

Разрез, который проводят специальные буровые установки, и глубина геологических изысканий помогают определиться, с упором на какие особенности будет создаваться гидрогеологическая скважина.

В первую очередь необходимо провести ряд изысканий, касающихся изучения всего геологического материала, после чего уже можно приступить к полноценной разработке такого объекта, как гидрогеологическая скважина.

Разрез и глубина производятся с ориентировкой на типы литологии, из которой слагаются породы. Гидрогеологические скважины помогают произвести разделение пород методом отбора на классы.

Разрез производится с целью исследования особенностей материала керна. Глубина устанавливается в индивидуальном порядке и зависит от того, какие буровые установки применяются.

Бурение гидрогеологической наблюдательной скважины

Инженерно геологическая скважина позволяет производить анализ путем применения современных геофизических методов. Применяются не только буровые установки, но и ряд других способов.

То есть, изначально буровые установки осуществляют разрез, а затем гидрогеологические скважины изучаются при помощи ультразвукового метода.

Инженерно геологические скважины, подвергнутые такому анализу, дают информацию о таких параметрах как пористость породы, глубина, на которой она залегает и уровень ее насыщенности газами.

Разрез и глубина говорят о том, как буровые установки впоследствии могут проводить действия по закреплению скважины и разобщению пластов.

Геологический разрез, при создании которого, применяются буровые установки, производится на основе анализа тех данных, которые были добыты в процессе комплексных наблюдений.

Разрез и глубина скважины, которая бурится для добычи полезных ископаемых, нефти или воды могут значительно отличаться друг от друга.

В некоторых случаях буровые установки будут сталкиваться с твердыми видами пород, и интервалы их разрушения будут достаточно короткими. Во втором случае установка для бурения столкнется с внушительными мощностями осадочных пород.

Перед тем, как будет выбрана глубина скважины и установка для бурения, необходимо зону бурения подвергнуть тампонированию, что обеспечит более легкое прохождение породы.

1.1 Методы исследования гидрогеологической скважины

Бурение гидрогеологической скважины

Для того чтобы получить максимальное количество информации о геологическом разрезе, применяются методы с помощью которых замеряется глубина скважины, а также методы изучения параметров пород. Глубина и другие параметры скважин изучаются при помощи:

• Магнитных методов;
• Радиоактивных методов;
• Электрических методов;
• Механических методов.

Геологоразведочная скважина подвергается изучению для того, чтобы обладать детальной информацией о физических свойствах горных пород, глубина залегания которых может быть разной.

В большинстве случаев геологоразведочная скважина изучается с помощью отбора и последующего анализа керна. В отдельно взятых случаях инженерно геологическая скважина создается таким образом, что отбор керна осуществляется с некоторыми трудностями.

Это происходит из-за того, что на стенках скважин образуется корка из бурового раствора для фильтрации. Инженерно геологическая скважина имеет определенные параметры коллекторов. Они измеряются в коэффициентном отношении. Это может быть такой параметр, как:

• Пористость;
• Глинистость;
• Водонасыщенность;
• Проницаемость.

Применение таких методов исследования опирается на дифференциацию горных пород и ископаемых по характеристикам их гамма-активности.

Бурение инженерно-геологической скважины

2 Какие существуют способы бурения геологического разреза скважины?

Выбор способа бурения напрямую зависит от особенностей технологии проходки, оборудования и применяемых инструментов. Скважины поисково-картировочного типа бурят в начале стадии съемочных работ для того, чтобы уточнить геолого-гидрогеологическое строение представленной территории.

Это делается для нахождения наиболее перспективных участков для проведения дальнейших исследований. Такая скважина обладает диаметром, равным 70-150 мм.

Для разделения между собой водоносных горизонтов производится дальнейшая посадка обсадных колонн. При бурении разведочных скважин производится полный или частичный отбор керна.

Ввиду того, что водоносный горизонт обследуется очень детально, такая скважина имеет достаточно большой диаметр. В этом случае осуществляется принудительная изоляция при помощи обсадных труб, которые для получения дополнительной прочности подвергаются цементированию.

Скважины наблюдательного типа создаются с целью измерения сезонных колебаний грунтовых подземных вод, а также для проведения различных видов фильтрационных работ и откачки.

Здесь применяется одна обсадная колонна, снабжена фильтром. Такие скважины во внутреннем диаметре достигают диаметра в 75-110 мм.

Скважины эксплуатационного типа характеризуются тем, что в них размещается насос, который обладает заранее заданным уровнем производительности.

Проходка такой скважины выполняется при помощи сплошного забоя, диаметр которого составляет 300-400 мм. Бурение с применением обратной промывки задействуется в том случае, если проходка скважины имеет большой диаметр – 150-1500 мм, и глубину в 200-300 мм в мягких и рыхлых слоях почвы.

Бурение инженерно-строительной скважины

Бурение производится таким образом, что параллельно с ним производится беспрерывный отсос промывочной жидкости из полости бурильных труб при помощи эрлифта.

Кроме того, с этой целью может применяться центробежный или водоструйный насос. При этом жидкость для промывки, по бурильным трубам вместе с кусками породы из забоя, попадает через вертлюг-сальник в специальный отстойник.

Для того чтобы в скважине не происходило обвала стенок, в ней постоянно поддерживается избыточный уровень давления, равный 0,03 МПа.

С этой целью внутри скважины уровень промывочной жидкости на 3 метра превышает среднестатистический показатель. Вертлюг-сальник оборудован проходным отверстием в шпинделе.

Его диаметр равен диаметру бурильных труб. Применяемая ведущая бурильная труба для ротора сделана из стандартной бурильной трубы, оборудованной дополнительно приваренными уголками и швеллерами.

Трубы бурильного типа изготавливают из обсадных труб, которые снабжены фланцами или резьбой. Благодаря такой конструкции достигается высокая эффективность процесса бурения, пропадает глинизация внутренних стенок, а гравийные обсыпки в прифильтровой зоне практически не возникают.

Бурение с использованием гидротранспорта керна благоприятствует тому, что скорость проходки увеличивается в несколько раз. Этот способ применяется при проходке поисковых, разведывательных и наблюдательных скважин, глубина которых может составлять 200-300 мм с размером диаметра в 150-200 мм.

Здесь промывочная жидкость проникает через вертлюг-сальник, а затем через кольцевой зазор, который находится между внутренней и наружной стороной бурильных труб.

Геологоразведочные работы в процессе

В обратную сторону жидкость подается с разбавленной в ней породой вверх по центральному каналу бурильной трубы. Второй путь подачи представлен в виде плавного отвода проведенного от вертлюга к шламово-керноприемному устройству.

Представленный способ обеспечивает высокое качество проведенных геологических проб, которые касаются керна и шлама. При реализации представленного способа применяется специальное оборудование и инструменты. Это:

• Высокостойкие буровые колонки;
• Призабойный кернолом;
• Двойная бурильная труба;
• Тройной вертлюг-сальник;
• Установка для приемки и складирования кернового материала.

Кроме того, используется специальный промывочный насос, обладающий повышенной мощностью.

Это связанно с тем, что от уровня его производительности и давления напрямую зависит диаметр скважины и ее глубина. Бурение, при котором применяются кольцевые пневмоударники применяется в том грунте, который промерз и пронизан треснутыми породами вперемешку с галечными отложениями.

При этом производится поступление сжатого воздуха от компрессора к пневмоударнику, а далее к кольцевому зазору двойной бурильной колонны.

Отработанный шлам также отводится с помощью пневмоударника вверх по центральному каналу бурильных труб. Бурение, осуществляющиеся с поддувкой воздухом и газожидкостными смесями проводится при разработке скважин в безводных зонах, где залегают многолетние породы.

Данный способ не очень эффективен при проведении проходки тех пластов, которые часто переслаиваются, и водонасыщенность песком которых превышает показатель в более чем 5 метров.

Наглядные инженерно-геологические изыскания

Глубина бурения таких скважин колеблется в пределах 400 метров. В таких случаях актуально применение дополнительного оборудования. Это:

• Компрессорная установка обычного типа ДК-9;
• Герметизатор для устья скважины;
• Холодильный узел для бурения в условиях мерзлоты;
• Вентилятор для отсоса пыли.

Кроме того, используется модуль передвижного типа, который обеспечивает бурение с применением газожидкостных смесей. Представленный модуль монтируется на раме двухосного прицепа. Он дополнен:

• Компрессорной станцией ПП-1,5М1;
• Дозировочным насосом НБ1-25/16;
• Смесителем;
• Емкостью для приготовления ПАВ;
• Обвязкой с КИП;
• Циклонным пеногасителем.

Таким образом, формируется закрытая рабочая схема: жидкость попадает в дозировочный насос, и в пенообразном состоянии нагнетается в устье скважины.

Оттуда – в герметизатор и в емкость. Бурение ударно-канатного типа обеспечивает наиболее эффективное и качественное вскрытие всех водоносных пластов, находящихся в скважине.

Такой способ удобен при разработке скважин в валунно-галечных отложениях. На скорость проведения работ напрямую влияет наличие таких агрегатов, как УГБ-ЗУК, УГБ-4УК и БУУ-2.
к меню ↑

Источник

Общие сведения о гидрогеологических картах и разрезах

По гидродинамическому признаку подземные воды зоны насыщения подразделяются на безнапорные (грунтовые) и напорные (артезианские).

Безнапорные (грунтовые) воды (воды со свободной поверхностью) – подземные воды первого от поверхности постоянно существующего водоносного горизонта, залегающего на первом выдержанном водоупорном пласте.

Грунтовые воды — воды, не насыщающие полностью весь водопроницаемый пласт, их поверхность является свободной; давление на поверхности воды равно атмосферному давлению. Установившийся уровень грунтовых вод обычно фиксируется на том же уровне, где он был встречен при бурении скважины. Глубина до грунтовых вод по разрезу определяется разностью отметок поверхности земли и установившегося уровня воды, мощность потока — разностью отметок уровня грунтовых вод и водоупорной подошвы водоносного пласта. Грунтовые воды в зоне полного насыщения передвигаются при наличии разности гидравлических напоров (уровней) от мест с более высоким к местам с более низким напором (уровнем). Разность напоров h = Н₁ — Н₂ в сечениях I-I и II-II обуславливает движение воды в направлении сечения II-II (рис. 7).

Грунтовый водоносный горизонт

Рис. 7

1 — водопроницаемые породы;

2 — первый от поверхности выдержанный водоупорный слой;

3 — уровень грунтовых вод;

J — уклон (гидравлический градиент) грунтового потока между сечениями I-I и II-II J = ∆h /∆l;

h_в — глубина вскрытия подземных вод;

Н — мощность грунтового потока.

Форма поверхности грунтовых вод зависит от водопроницаемости пород, условий питания водоносного горизонта, конфигурации берегов рек, к которым стекаются грунтовые воды, понижения водоупора, мощности водоносного пласта и т.д.

О форме поверхности грунтовых вод можно судить по карте гидроизогипс.

Гидроизогипсами называют линии, соединяющие точки с одинаковой абсолютной отметкой высоты поверхности грунтовых вод, или — это линии — горизонтали зеркала грунтовых вод.

Схему, на которой показаны гидроизогипсы, выработки, колодцы, источники, иногда элементы рельефа, называют картой гидроизогипс. Она является основной площадной характеристикой грунтового потока. Такая карта позволяет определить направление грунтового потока, наклон водного зеркала и глубину его на разных участках, область питания и разгрузки горизонта, взаимоотношения с поверхностными водными объектами, которые могут разгружать грунтовый горизонт, подпитывать его или и разгружать, и подпитывать.

Для строительных целей карты гидроизогипс необходимы при решении задач, связанных с проектированием водозаборов подземных вод, борьбой с подтоплением территории и др.

Для построения карты гидроизогипс пользуются данными замеров глубин залегания уровней грунтовых вод в скважинах, шурфах, колодцах, горных выработках, отметками источников, сведениями водомерных постов на поверхностных водоемах.

Так как уровень грунтовых вод постоянно изменяется под влиянием различных природных и искусственных факторов, все данные, используемые при построении карт гидроизогипс, должны быть взяты на одну дату, т. е. получены по одновременным замерам всех точек наблюдения, поэтому карты гидроизогипс всегда датируются.

Карты гидроизогипс составляют в масштабах от 1:10000 до 1:200000 в зависимости от характера и стадии гидрогеологических исследований. Сечение гидроизогипс выбирают в зависимости от принятого масштаба карты, густоты пунктов наблюдений за уровнем грунтовых вод, уклона их поверхности. Обычно берут сечения 0,5, 1, 2, 5 и более метров.

Кроме карт гидроизогипс для целей проектирования и строительства могут составляться карты глубин залегания поверхности грунтовых вод, или карты гидроизобат. Гидроизобатами называют линии, соединяющие точки с одинаковыми глубинами залегания грунтовых вод. Карты гидроизобат строят методом интерполяции глубин залегания уровня грунтовых вод.

Чаще всего для решения различных практических задач, карты гидроизогипс и гидроизобат составляют на одной и той же топографической основе.

Анализ карт гидроизогипс позволяют составить краткую гидрогеохимическую характеристику участка. По карте гидроизогипс можно определить:

— направление движения грунтовых вод на заданном участке;

— глубину залегания грунтовых вод в любой точке или на любом участке;

— уклон грунтового потока;

— характер взаимосвязи грунтовых вод с поверхностными водами;

— условия питания и разгрузки подземных вод.

Направление движения грунтовых вод определяется по нормалям к 2-м смежным гидроизогипсам. Движение воды направлено от более высоких отметок уровня к более низким отметкам.

Глубину залегания грунтовых вод в любом заданном пункте определяют по разности отметок между горизонталями рельефа и гидроизогипсы.

Уклон потока подземных вод (J) определяется для любого заданного участка карты делением сечения карты гидроизогипс на кратчайшие расстояния между двумя гидроизогипсами, взятые в масштабе карты:

,

где Н₁ и Н₂ — отметки уровня грунтовых вод в двух точках;

L — расстояние между этими точками в масштабе карты. Для определения уклона грунтового потока выбирается участок с наиболее равномерным и прямолинейным распределением гидроизогипс.

Связь грунтовых вод с поверхностными водами определяется по характеру сопряжения гидроизогипс с водоемами:

— если грунтовый поток направлен к реке, то он дренируется рекой,

— если поток грунтовых вод направлен от реки — река дренируется грунтовыми водами.

По соотношению и характеру изменения гидроизогипс могут быть выделены водоразделы подземных вод, участки их питания и разгрузки.

Участки замкнутых гидроизогипс с высокими отметками указывают на положение водоразделов грунтовых вод, где условия питания наиболее благоприятны.

Зоны с нулевой глубиной до воды указывают на участки выхода подземных вод на поверхность земли.

Артезианские (напорные) воды– это подземные воды, залегающие в водоносных пластах (горизонтах) между водоупорными слоями, находящиеся в первично сжатом состоянии, и имеющие напор (рис. 8). Они заполняют водоносный пласт на всю его мощность. При вскрытии таких водоносных пластов буровыми скважинами уровень воды в них поднимается выше кровли водоносного пласта. Этот уровень называется напорным или пьезометрическим. Иногда уровень воды в скважинах, вскрывших водоносный пласт, поднимается выше поверхности земли, и вода из них изливается на поверхность.

Пьезометрическая поверхность не является реальной поверхностью воды, пьезометрический уровень устанавливается только в скважинах, вскрывших артезианский водоносный пласт. На тех участках, где отсутствуют скважины, пьезометрический уровень можно установить по картам гидроизопьез.

Схема напорного водоносного горизонта

3 — горизонт межпластовых напорных вод;

4 — пьезометрический уровень напорных вод;

m — мощность напорного горизонта;

h_н — глубина вскрытия напорного водоносного горизонта;

Н — величина напора.

Гидроизопьезами (пьезоизогипсами) называют линии, соединяющие точки с одинаковыми абсолютными отметками пьезометрического уровня. Совокупность таких линий образует карту гидроизопьез. Изопьезы являются линиями напоров, а линии, проведенные перпендикулярно к ним, показывают направление движение потока и называются линиями токов. Избыточный напор ∆Н_изб (избыточное пластовое давление) — это высота столба воды над кровлей пласта, характеризующая дополнительный (по отношению к атмосферным условиям) напор, под которым находятся подземные воды в данном водоносном горизонте. Определяется он как разность отметок кровли водоносного пласта и пьезометрической поверхности.

Для построения карт гидроизопьез необходимо располагать данными о глубине залегания пьезометрического уровня в скважинах, колодцах и других горных выработках, необходимо иметь абсолютные отметки их устьев. Кроме водопунктов, расположенных в зоне напора артезианских вод, необходимо использовать отметки источников, урезов рек, расположенных в областях питания и разгрузки артезианских вод и имеющих гидравлическую связь с подземными водами. Для каждого водопункта, вычисляются абсолютные отметки пьезометрического уровня, и методом интерполяции строят карты гидроизопьез.

Карты гидроизопьез строят в масштабах от 1:25000 до 1:200000 в зависимости от характера и стадии гидрогеологических исследований. Сечение гидроизопьез выбирают в зависимости от принятого масштаба карты, густоты пунктов наблюдений за уровнем подземных вод, уклона их поверхности. Обычно берут сечения 0,5, 1, 2, 5 м и более. Карты гидроизопьез могут совмещаться с картами изолиний кровли и подошвы водоносного пласта.

При построении карт гидроизопьез необходимо учитывать некоторые особенности, связанные с условиями залегания артезианских вод.

— Водоносные горизонты артезианских вод изолированы сверху от влияния метеорологических факторов толщей водоупорных пород, поэтому пьезометрические уровни не испытывают заметных колебаний во времени. Следовательно, при построении карт гидроизопьез можно использовать разновременные замеры уровней воды по водопунктам.

— Артезианские воды не имеют обычно прямой гидравлической связи с водами поверхностных водотоков и водоемов, поэтому возможно интерполировать между собой точки, расположенные на разных склонах речных долин и оврагов.

Карта гидроизопьез отражает форму пьезометрической поверхности артезианских вод, поэтому по такой карте можно определить важные гидрогеологические показатели водоносного пласта и охарактеризовать основные особенности его строения.

Форма пьезометрической поверхности во многом определяется водопроницаемостью пород и мощностью водоносного пласта.

Теоретически в однородных по водопроницаемости пластах постоянной мощности пьезометрическая поверхность должна иметь вид плоскости (в сечении — прямая линия), а гидроизопьезы — вид прямых, расположенных друг от друга на одинаковом расстоянии. В действительности, вследствие фильтрации воды через кровлю и подошву пласта и проявления упругих сил в воде и в водоносной породе, пьезометрическая поверхность имеет изогнутый вид. По сгущению и разряжению гидроизопьез судят об изменении мощности водоносного горизонта или водопроницаемости пород. Если водопроницаемость пород увеличивается вниз по потоку, пьезометрическая поверхность выравнивается — гидроизопьезы разряжаются. При уменьшении водопроницаемости пьезометрическая поверхность становится круче, а гидроизопьезы сгущаются. Если мощность водоносного пласта увеличивается по потоку, пьезометрическая кривая выполаживается, а при уменьшении мощности она становится круче.

По карте гидроизопьез можно судить о связи напорных вод с поверхностными водоемами и водотоками. Если русло реки врезано в водоносный горизонт — напорные воды стекают в реку. Гидроизопьезы вблизи реки изменяют свою форму, «упираясь» в реку, в пьезометрической поверхности образуется понижение — депрессия. При затрудненной гидравлической связи напорного водоносного пласта пьезометрическая поверхность вблизи реки имеет слабо изогнутый вид. Отметки гидроизопьез значительно выше отметок уровня воды в реке и пересекают ее.

По карте гидроизопьез можно также решить и другие вопросы:

1) определить направление движения подземных вод на заданном участке, вычислить уклон пьезометрической поверхности;

2) выяснить глубину до воды или отметку уровня воды в любой заданной точке; определить для любой точки высоту напора воды над кровлей водоносного пласта;

3) выделить участки, где отметки пьезометрического уровня превышают отметки поверхности земли и возможен самоизлив;

4) определить области питания, напора и разгрузки горизонта напорных вод.

Гидрогеологические разрезы— форма графической обработки и обобщения информации, разрезы характеризуют гидрогеологические условия территории в вертикальной плоскости.

Гидрогеологические разрезы характеризуют условия залегания и приуроченность подземных вод к различным горным породам, их связь с поверхностными водами, положение уровня подземных вод.

Для построения разреза необходимы:

— геологический и геоморфологический профили по выбранному направлению;

— геолого-литологические колонки скважин, шурфов и других выработок, находящихся на линии разреза или вблизи него;

— результаты наблюдений за уровнем подземных вод в скважинах, колодцах и других выработках, результаты наблюдений на гидрометрических постах;

— специализированные исследования в скважинах и т. п.

Источник