流量测井技术在水文地质勘探中的应用

-流量测井技术在水文地质勘探中的应用
流量测井是以分析井内流体在不同深度上流量的变化为基础,从而了解井内流体流动状态的一种测井方法,是目前确定含水层位置、厚度、层数及分层流量和渗透性能的最有效方法。

摘要:本文简介井中纵向水流的基本规律和藏量测井曲线及其重要性质;举倒
说明该测井方法在水文地质勘察中的应用情况;并探讨其在水文地质工程勘察中的应用前景。

关键词:流量测井井中纵向水流含水层静止水位混合动水位
1、序言
流量测井作为矿井水文地质勘探的新技术在我国八十年代初开始使用。

它以
混合流理论为基础,动用流量测井仪,在钻孔抽(注)水条件下,通过测量钻孔不同截面上的水流流速及流量分析计算含水层的位置、厚度、渗透系数、导水系数等水文地质参数;确定在天然状态各含水层通过钻孔的相互补给关系及补给量大小和抽(注)水状态下各含水层的水动力学状态;天然状态下各含水层静止水位和抽(注)水状态下的动水位。

对于一个揭露多个含水层的钻孔,利用流量测井技术只要进行一次抽水试验可以求取各含水层水文地质参数,因此大大缩短了勘探周期,也响应地减少了勘探费用。

与传统的分层抽水方法相比,它一次测量钻孔全深,不仅节省大量人力、物力,而且还可得到许多分层抽水无法得到的含水层之间的水动力
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学特征。

凡有纵向水流存在的钻孔,都可以应用该方法查明水文地质有关问题。

该技术已在煤田地质、水电水利工程等领域得到了广泛的应用。

2、井中纵向水流的基本规律
实际上.在抽水、注水中,以及各含水层静止水位不同时,钻孔中普遍存在纵向水流。

其流量在不同深度的变化,与所揭露的含水层和隔水层的层位、层数、厚度以及各含水层和隔水层的流量、水力状态(涌水或吸水)、渗透性能及其均匀性有关。

井中纵向水流的基本规律可从以下两个方面来说。

2.1 纵向水流通过井中一横截面
在井中任一深度上取一垂直于井轴的横截面a,通过此截面a 的纵向水流有以下几种情况。

2.1.1 截面a以下有多少个含水层
(1)若截面a以下所有含水层(1~n 层)均呈涌水状态时,则这些含水层涌出的水都将通过截面a向上流。

相当于对截面a以下各含水层进行混合抽水。

(2)若截面a以下所有含水层(1~n层)均呈吸水状态时,则这些含水层的吸水量都将通过截面a向下流。

相当于对截面a以下的各含水层进行混合注水。

(3)若截面a以下的含水层,其中一部分呈涌水状态,而另一部分则呈吸水状态。

这一类可有以下三种情况:
第一种情况是涌水量总和大于吸水量总和。

此时,有与两者差
额相当的水量通过截面a向上流,相当于对截面a以下各含水层、段进行混合抽水,而混合动水位尚未降低到所有含水层的静止水位以下时的情形。

第二种情况是涌水量总和小于吸水量总和。

此时,有与两者差额相当的水量通过截面a向下流,相当于对截面a以下各含水层、段进行混合注水,而混合动水位尚未抬高到所有含水层的静止水位以上时的情形。

第三种情况是吸水量总和等于涌水量总和。

亦即井中混合水位等于截面a以下各层含水层的混合静止水位时,则没有纵向水流通过截面a。

2.1.2 截面a以下只有一个含水层
(1)该含水层ī的涌水量或吸水量通过截面a向上流或向下时.相当于对该层进行单层抽水或注水。

(2)当该含水层的静止水位等于井中混合水位时,该层既不吸水也不漏水。

就是说,没有纵向水流通过截面a。

2.1.3 截面a以下没有含水层
此时没有纵向水流通过截面a。

2.2 纵向水流通过井中两横截面间
在井中不同深度垂直于井轴取截面a和截面b,此两截面间含水层和隔水层的纵向水流流量有如下规律
(1)通过横截面a和b的纵向水流流量之差,必等于两截面问所有含水层流量的代数和(设其问涌水量为正,吸水量为负)。

(2)如截面间只有一个含水层i,则通过截面a和b的纵向水流流量之差,等于含水层i的流量。

即
Qa-Qb=Qi
如水流方向是从b到a(设b在下,a在上),则Qi为正值时,i 为涌水层;反之,Qi为负值时,i为吸水层。

(3)如两截面在同一含水层中,通过此两截面的纵向水流流量之差,等于此截面问那部分含水层的流量。

(4)如两截面在同一隔水层中,通过此两截面的纵向水流流量之差等于零。

3 、Q=∫(h)曲线及其基本性质
以钻孔的深度为纵坐标(设向下为正),与以通过钻孔不同深度横截面的纵向水流流量Q为横坐标所构成的曲线为流量测井曲线Q=f(h)。

该曲线除有上述基本规律的结论外,尚有如下重要性质
3.1 曲线斜率与含水层水动力状态关系
Q=∫(h)曲线上每一点的切线斜率,与其所对应的含水层的水动力状态之间,具有如下关系;
(1)斜率为负值的线段所对应的岩层为涌水层;
(2)斜率为正值的线段所对应的岩层为吸水层;
(3)斜率为零的线段所对应的岩层为隔水层;
(4)斜率小于零与斜率大于零线段之间必连结斜率为零的线段亦即涌水层与吸水层之间,必介以隔水层。

3.2 曲线拐点坐标与含水层厚度和流量关系
斜率m≠0的线段上下两端点c及b的纵坐标等于该含水层的顶、底板;该两点纵坐标之差等于该含水层的厚度;横坐标之差等于该含水层的流量。

即
hc-hb=M
Qc-Qb=Q
3.3 曲线斜率与含水层渗透性能关系
Q=∫(h)曲线上每一点的切线的斜率与其所对应的含水层的渗透性能存在如下关系:
(1)在同一含水层中,曲线上每一点的切线斜率的绝对值|m|与其所对应的该深度的含水层的渗透系数K成正比。

即
|m|= C·K
式中C为比例常数。

(2)井中纵向流速不很大时.同一含水层中,K为常数时,亦即m 为常数。

即在均质含水层中Q=∫(h)曲线为一斜率不等于零的直线。

(3)当K为一连续变数时,即在渗透系数逐渐变化的含水层中, Q=∫(h)曲线为一斜率连续变化的曲线。

(4)当K为非连续变数时.即在具有层状结构的非均质含水层中Q=∫(h)曲线为一折线。

3.4 曲线形态与井中水动力状态的关系
Q=∫(h)曲线的形态随井的水动力状态的不同而异,类型甚多。

4、应用实例
以内蒙古农乃庙煤田鲁新煤矿水文补勘8-9号孔为例。

该孔流
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