Особенности движения рассолов.

В пределах одного и того же водоносного комплекса минерализация, соответственно, плотность и вязкость могут существенно меняться как в вертикальном направлении, так и по простиранию пласта. При этом скорость движения потока может быть выражена из

[pic] (1)

Анализируя записанную формулу устанавливаем, что при неизменном градиенте напора скорость фильтрации может быть различной в результате изменения плотности и вязкости. При увеличении минерализации рост вязкости происходит быстрее, чем плотности. Как указывает А. И. Силин-Бекчурин, в интервале температур 5-20°С скорость фильтрации пресных вод в 1,5-2 раза выше, чем рассолов. С увеличением температуры эти различия нивелируются.

Неоднородность плотности вод необходимо учитывать при определении напора или давления. Для пресных вод, обладающих плотностью равной I, гидродинамическую картину можно оценивать, ограничиваясь лишь данными статистических уровней в скважинах. Однако, для минерализованных вод, отличающихся к тому же различной плотностью в разных точках пласта по результатам замеров статических уровней установить гидравлический уклон, построить карты гидроизопьез невозможно, т.к. величины уровней зависят от плотностей.

В этом случае выбирается плоскость сравнения и аналогично определению приведенного напора рис.2 расчет приведенного давления можно вести по формуле: [pic]

[pic]рис.1

Вместе с тем в практике исследований известны примеры, фиксирующие отклонения от закона Дэрси. Нарушение прямой пропорциональности между скоростью фильтрации и напорным градиентом отмечено прежде всего при больших скоростях движения подземных вод (верхний предел применимости).

Верхний предел применимости Дарси. Этот предел применимости линейного закона фильтрации связан с так называемой критической скоростью фильтрации, при достижении которой не соблюдается прямой пропорциональности между скоростью фильтрации и напорным градиентом. Количественный признак определения верхнего предела применимости линейного закона фильтрации был предложен Н.Н.Павловским (1922г.), а затем ВЛ1.Щелкэчевым.

По В.Н.Щелкачеву, критическое число Рейнольдса RLкр , устанавливающее границу между ламинарным и турбулентным движениями подземных вод, определяется по формуле:
[pic] (2) а отвечающая этому числу критическая скорость фильтрации соответственно из выражения:

[pic]

[pic] (3)
В формулах (2), (3): n- пористость; ? -кинематический коэффициент вязкости, где ?- динамический коэффициент вязкости ,?-плотность воды, г/см3); [pic]-коэффициент проницаемости горных пород.

Рассчитанные по формуле (2) критические значения числа Рейнольдса оказались в пределах 4-12. Такой большой диапазон изменения критического значения числа Рейнольдса объясняется тем, что отклонение от линейного закона фильтрации происходит постепенно и в разных условиях неодинаково в зависимости от структуры порового пространства и от свойств фильтрующейся жидкости.

Отклонения от линейного закона Фильтрации объясняются тем, что с увеличением скорости движения воды в пористой среде возрастает роль сил инерции. При движении воды по поровым каналам с большой скоростью величины и направления скоростей жидких частиц значительно изменяются вследствие извилистости каналов и непостоянства их поперечных размеров. Большое изменение скоростей фильтрации обусловлено существованием значительных сил инерции, что приводит к нарушению закона Дзрси.

Нарушение линейного закона фильтрации может происходить, например, при интенсивных откачках подземных вод» На большей площади депрессионной воронки, созданной откачками, вследствие малых уклонов должен сохраняться ламинарный режим .движения: в зоне же, которая непосредственно примыкает к водозаборному сооружению, могут иметь место отклонения от ламинарного движения, обусловленные резким возрастанием скоростей в суженной прифильтровой части депрессионной воронки.

В условиях наличия отклонений от линейного закона фильтрации
(переходный режим) наиболее достоверной формой основного закона является двучленная зависимость вида:

Y=aV+bV2, где a и b- некоторые постоянные, зависящие от свойств пористой среды и фильтрующейся жидкости и определяемые экспериментально.

При малых значениях скорости фильтрации величиной bV2 можно пренебречь, тогда формула представит собой запись закона А.Дарси: У = aV , в которой а=Y/V . При значительных скоростях Фильтрации, наоборот, величина члена bV2 становится намного больше первого члена формулы aV , без учета которого Формула принимает вид

У= bV2- откуда получается следующее выражение для скорости фильтрации V :

[pic] (4)
Kk- коэффициент фильтрации по Краснопольскому.

Зависимость типа (4) была в свое время предложена
А.А.Краснопольским (1912 г.) для турбулентного режима движения жидкости и характеризует ток называемый нелинейный закон фильтрации.

Нижний предел применимости закона Дэрси

Нарушение линейного закона фильтрации наблюдается и в области очень малых значений скоростей и градиентов. Однако точного значения нижнего предела применимости закона Дэрси не имеется. Исследованиями американского гидрогеолога О.Мейнцера установлена применимость закона Дэрси в зернистых породах при значениях напорного градиента 0,00003 -0,00004 и высказано предположение о справедливости линейного закона фильтрации при еще более малых значениях напорного градиента. Экспериментальные исследования
В.Н.Щелкачева и И.Е.Фоменко доказывают, что фильтрация пресных и соленых вод происходит без нарушения закона Дэрси в песчаных коллекторах с проницаемостью до 5 мД и выше при очень малых значениях градиента (n*10-
4) и скорости фильтрации (n*10-3 см/год.)

Значительный интерес представляют также исследования фильтрации подземных вод через глинистые породы.

Фильтрация воды в глинистых породах. В дисперсных глинистых породах, обладающих крайне малым размером пор, связанная вода практически полностью перекрывает сечение норовых канальцев. Для возникновения фильтрации в таких породах необходимо создать градиент капора, превышающий некоторый начальной напорный градиент. Существование этого начального напорного градиента вызвано наличием связанной воды, которая отличается по своим физическим свойствам от обычной вязкой жидкости и, являясь вязко- пластичной жидкостью, обладает определенной сдвиговой прочностью. При возникновении напорного градиента, превышающего начальный градиент, определяемый сдвиговой прочностью, в глинистых породах происходит фильтрация, подчиняющаяся линейному закону Дэрси, который записывается в следующем виде :
V=K(Y-Yпр)=K(Y-4Yo/3 ) (5)
[pic]рис.2