ГИДРО­ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НА ОРОШАЕМЫХ ТЕРРИТОРИЯХ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СОЛЕПЕРЕНОСА ПРИ ПРОМЫВКАХ

Определение параметров солепереноса является сложной зада­чей, решение которой требует внимательного обоснования методики интерпретации опыта, позволяющей не только удобно обработать опытные данные, но и провести обстоятельную диагностику пра­вильности исходной теоретической модели процесса.

Поскольку сейчас нет сколько-нибудь ясных доказательств при­менимости той или иной теоретической модели, то целесообразно проводить расчеты с использованием различных моделей и затем выбирать из них наиболее целесообразную, исходя из соображе­ний достоверности и удобства расчетов.

Способы определения параметров солепереноса на основе мо­дели макродисперсии подробно разобраны, например, в работах [10, 19], так что нет нужды на них подробно останавливаться.

Рассмотрим способы обработки опытных данных при промывке, основываясь на модели блоковой емкости, описываемой системой уравнений (5.6) и (5.13).

Использование для этой цели аналитических решений покажем для упрощенного варианта такой модели при % = 0, когда эта мо­дель солепереноса характеризуется тремя параметрами (коэффи-

Рис. 62. Расчетные графики для обработки опытных данных солепереноса. По А. А. Рошалю.

А — преобразованный график, построенный по уравнению (5.15); 6 — номограмма для опре­деления параметров солепереноса. Кружками показаны расчетные точки

Циент солеобмена а, эффективная пористость блоков п = пэ и время запаздывания to), которые должны быть определены по данным специальных опытных исследований. С этой целью прово­дятся опытные промывки полей или монолитов пород зоны аэра­ции. В процессе таких промывок периодически проводится отбор проб поровых растворов с помощью специальных керамических тензиометров или отбираются пробы пород на водные вытяжки. Поскольку в принятой блоковой модели относительный объем крупных каналов считается относительно малым, то фиксируемые такими пробами значения могут отождествляться с концентрацией солей в блоках с*.

Для обработки опытных данных удобно использовать фунда­ментальное решение (5.15), полученное для начальной концентра­ции в каналах и блоках, равной с0, и концентрации промывной воды, равной с0, при расчетном времени tp = t~t0. Способы обра­ботки опытных данных на основе этого решения приведены в ра­боте [9]. В частности, А. А. Рошаль предложил удобный способ линейной аппроксимации, основанный на том, что при сравнительно больших значениях переменной т практически во всем диапазоне реальных значений концентрации поровых растворов опытные гра-

Фики представляют собой прямые в координатах —1----------------- и lgt

Т

(рис. 62, а). Это справедливо при Г(< 1 и т>1 или при т)>1 и Т<Г).

При этом тангенс угла наклона т этой прямой, а также вели­чина отрезка lgx°, отсекаемого на оси IgT, являются функциями безразмерной переменной rj. Для обработки экспериментальных

Данных по этому способу строится график зависимости от

*р

Lg tp, который должен образовывать прямую линию. Тангенс угла на­клона этой прямой (тс) и величина отрезка Ig^, отсекаемого

Ею на оси Ig^p, зависят не только от безразмерной переменной т) (т. е. от параметра а), но и от комплексного параметра а/г\. Для разделения влияния параметров рассчитывается величина є — — \gttic — lg t° которая уже однозначно зависит от т]. Эта зави­симость представлена графиком на рис. 66, б. Найдя по этому графику величину 1], определим коэффициент массообмена и эф­фективную пористость

V т.

А= — ц, У] = а—(5.32)

Для обработки опытных данных эффективно также использова­ние решений, записанных в интегральных изображениях. В частно­сти, при постоянном начальном засолении с0— const исходным яв­ляется уравнение (5.20), которое в случае промывки пресной водой

(с0 = 0) представляется в виде

—<5ЭЗ>

Где I — высота монолита; Ср— интегральное изображение концент­рации раствора в фильтрате (на выходе из монолита).

При такой обработке опытных данных прежде всего рассчиты­ваются величины Ср при различных значениях p~l/tp по прави­лам численных расчетов интегральных изображений, причем зна­чения tp задаются в пределах fP<0,45fmax (/max — максимальное время опыта).

Для обработки опытных данных представим выражение (5.20а) в виде

Из которого следует линейная зависимость величины а/р от а = а —xn~j. Определив а из (5.33) при различных значениях р

И задаваясь значением %/г, следует далее построить график зави­симости а/р от а, на котором опытные точки должны ложиться на прямую линию, отсекающую на оси а/р величину /г/у, а на оси а величину а/у.

Для выравнивания распределения солей в пределах монолита целесообразно, по-видимому, исключать начальный период прома­чивания, составляющий время tn, ориентировочно оцениваемое ве­личиной /н = 0,5/г//у. При этом начальная концентрация солей со

Должна уменьшаться по сравнению с исходной на величину Ас0 = = WH/nVB, где WB — количество солей, вышедших из монолита за время tn (определяется по выходной кривой); Ун — объем моно­лита.

Приведем в качестве примера данные по опытной промывке монолита макропористых суглинков ненарушенной структуры, по­дробно описанных в работе [40]. Схема этого монолита и данные по изменению концентрации фильтрующего раствора при скорости фильтрации v = 0,3 м/сут приведены на рис. 63. Как видно, дан­ные проб из тензиометров в каждом сечении дают довольно силь­ное различие, что подтверждает высказанное выше положение о неопределенности таких данных. Поэтому для расчетов пара­метров используем здесь только выходную кривую. Обработка вы­ходной кривой в интегральных изображениях при значении п — = 0,35, соответствующем активной пористости, и х = 0,01 дает а = 0,4 сут-1. Однако рассчитанная при таких параметрах выход - нию /* = 0,1 м.

Информативность опытного изучения солепереноса в моноли­тах значительно повышается при наличии информации о измене­нии концентрации солей по вы­соте монолита. Если для этого используются внутренние датчики (типа тензиометров), то счи­тается, что они позволяют получить данные по солям в блоках. Однако эти данные в действительности соответствуют некоторому среднему значению концентрации в породе и отнесение их к кон­центрации раствора в блоке является несколько произвольным. Кроме того, как было показано выше, концентрация раствора может быть довольно неравномерной по сечению монолита, так что представительность проб, отбираемых из тензиометров, вызы­вает сомнение. Поэтому Представляет интерес такая постановка опытов по рассолению монолитов, при которой фиксировалось распределение по длине монолита концентрации солей в прони­цаемых каналах породы. Для получения такой информации можно воспользоваться конструкцией колонны с секционной зарядкой мо­нолитами (рис. 64). В такой колонне каждая секция монолита опи­рается на диафрагму, через которую фильтрующийся поток прохо­дит транзитом. Из диафрагмы могут быть отобраны пробы рас­твора, причем для возможности дифференциации проб по площади сечения монолита диафрагма разделяется перегородками на не­сколько частей.

Заметим, что существующие способы обработки требуют еще доскональной проверки и дальнейшего развития главным образом на основе анализа возможно большего экспериментального мате­риала, полученного в натурных условиях и на крупных монолитах ненарушенного строения. Специального обоснования в таких опы­тах заслуживает выбор размеров монолита, которые должны обес­печивать его представительность с учетом гетерогенности строе­ния породы. В частности, при наблюдаемом характерном масштабе неоднородности 0,1—0,3 м следует задавать диаметр образца не менее 0,5 м. Особого внимания в этих опытах требует стабильность задаваемых гидродинамических условий (постоянство скорости фильтрации). Целесообразно, по-видимому, проводить ряд экспе­риментальных исследований при меняющихся масштабах опыта: на небольших образцах (порядка нескольких сантиметров) — для изу­чения физико-химических процессов в пределах порового простран­ства, на монолитах диаметром 0,5—1 м — для изучения солепере­носа, в натурных условиях — для изучения всего комплекса фак­торов.