Производительность скважин

Как правило, дебиты скважин почти во всех метаморфических и глубинных изверженных породах невелики. Средняя производительность групп Скважин в различных районах чаще всего составляет 10—25 галл/мин. Медианные дебиты значительно меньше. Породы, выветрелые на большую глубину, при наличии интенсивного местного питания подземных вод характеризуются средними дебитами до 50 галл/мин. Производительность скважин в определенном районе изменяется в широких пределах, но общая тенденция такова, что у большинства скважин малые дебиты и лишь у немногих из них высокие. По этой причине гистограммы дебитов характеризуются резкими уступами (рис. 7.3). От 2 до 10% скважин обычно имеют дебиты более 50 галл/мин. В некоторых районах почти 50% скважин оказываются непродуктивными, однако чаще всего 5—20%.

Таблица 7.2 Средние дебиты скважин в различных породах (в галл/мин)

а Формация Уиссахикон (слюдяные сланцы, филлиты и кварцитальбитовая разновидность).

б Формация Уиссахикон.

в С примесью диорита.

г Медианный дебит 91 скважины — лишь 8 галл/мин.

Различие дебитов скважин скорее отражает степень выветривания или трещиноватости пород, чем особенности их минералогического состава или структуры. Майер и Петерсон приводят пример, когда три скважины, пробуренные вдоль сброса в одном из районов Швеции, имели производительность от 15 000 до 25 000 л/час, а средний дебит скважин, пройденных в тех же породах, составлял всего 3000 л/час. Данные для разных районов (табл. 7.2) показывают, что большое различие величин средних дебитов скважин вряд ли может быть связано только с различиями в типах пород. По-видимому, наименьшие дебиты характерны для скважин в филлитах и других мягких рассланцованных метаморфических породах, в которых тектонические, трещины и трещины отдельности с глубиной быстро смыкаются. Наибольшие дебиты дают скважины в карбонатных породах, трещины которых расширяются благодаря действию циркулирующей воды, растворяющей кальцит и доломит.

Рис. 1.6. Гистограммы дебитов скважин, пробуренных в районах распространения метаморфических и глубинных изверженных пород, а — скважины северной части района Рустенберга, ЮАР, пробуренные главным образом в выветреных гранитах, включающих 16% диабазовых даек; из 264 описанных скважин 50% оказались безводными ; б — скважины, пробуренные в районе Питерсбурга, ЮАР,в разнообразных породах, представленных кристаллическими сланцами, гнейсами, мраморами и дайками пород основного состава; из 269 описанных скважин безводными оказались 25%; е — скважины на севере центральной части штата Виргиния, пробуренные главным образом в гнейсах и сланцах; из 303 описанных скважин 3% дали дебит, превышающий 90 000 галл/сутки и 6% —менее 1000 галл/сутки; г — скважины на западных склонах Сьерра-Невады, штат Калифорния, пробуренные главным образом в гранодиоритах; из 239 описанных скважин 8% имели дебит более 90 000 галл/сутки, 16% — 1000 галл/сутки и менее 8% оказались безводными.

Даже если различия самих пород не всегда оказывают значительное влияние на производительность тех или иных обводненных зон, большая роль в этом отношении принадлежит тектоническому развитию и последующему выветриванию отдельных блоков метаморфических и изверженных пород. Так, в одном районе средний дебит скважин, пробуренных в мусковитовых сланцах, может быть в два раза больше, чем в скважинах, пройденных в амфиболовых сланцах, хотя в другом районе возможна обратная картина. Более того, одна и та же порода может обладать разной водообильно-стью в смежных районах, например когда по соседству располагаются горизонтально перемещенный покров, разбитый трещинами, и автохтонная порода того же состава.

При прочих равных условиях большие дебиты будут получены из пород влажных областей, чем засушливых. Это обстоятельство связано, по-видимому, с тем, что глубина до воды во влажных районах обычно меньше и вода в этих условиях насыщает более проницаемые породы вблизи поверхности. В свою очередь ускоренная циркуляция воды вызывает увеличение проницаемости пород вследствие повышения скоростей выветривания поверхностной зоны и растворения минералов по трещинам.

Рис. 7.4. Кумулятивные кривые распределения повторяемости дебитов скважин, пробуренных в различных условиях рельефа района Стейтсвилла, штат Северная Каролина.

В качестве примера кружком на кривой для склонов отмечен дебит 51% скважин, равный или более 20 галл/мин.

Было установлено, что в некоторых районах важным показателем производительности скважин является рельеф (рис. 7.4). Скважины, заложенные на равнинных плато и в долинах, обычно более производительны, чем скважины на склонах долин и на вершинах крутых холмов. Слабая обводненность более крутых склонов может быть объяснена тем, что там более водопроницаемые выветрелые породы были в значительной степени удалены эрозией. Уровни воды здесь также глубже, поскольку подземные воды дренируются очагами разгрузки в прилегающей низменности. Имеются некоторые указания на то, что наиболее значительные дебиты характерны для скважин, пробуренных в широких оврагах или вблизи них. Объясняется это тем, что овраги часто развиваются по зонам сбросов, характеризующихся повышенной водопроницаемостью.

Несмотря на существование указанных довольно четких зависимостей, на оценку производительности скважин влияют способы их опробования и тип конструкции. Это обстоятельство особенно важно учитывать при сопоставлении данных по районам, где преобладают неглубокие скважины для бытового водоснабжения, имеющие дебит в несколько галлонов в минуту, с данными по районам, в которых скважины пробурены на гораздо большую глубину для получения максимального количества воды для коммунального и промышленного водоснабжения. Таким образом, если не принимать в расчет глубину, диаметр скважины и другие особенности ее конструкции, то средние значения дебитов скважин могут оказаться слишком низкими. Кроме того, опытные откачки обычно очень кратковременны, поэтому получаемые значения дебитов значительно завышаются по сравнению с действительными их величинами.