В. А. Мироненко динамика ползших поп московский

Если считать, что определяющим фактором теплопереноса является конвекция (что обычно справедливо при скоростях фильтрации 0,1 м/сут и более), а кондуктивным оттоком тепла вверх и вниз от водоносного пласта можно пренебречь (схема одномерного теплопе­реноса, применимая для достаточно мощных — 10 м и более — пластов), то справедливо следующее соотношение, аналогичное фор­муле (6.1):
V — Пй v' = 7S- v'
^v с. (6.58)
или, приближенно, для характерного значения С_п/С_в 0,7,
v«0,7v', (6.58а)
где v' — скорость перемещения пика температурной волны вдоль пласта, определяемая по времени сдвига пиков сезонных колебаний температуры воды в бассейне и в скважине.
Например, при характерных для средней полосы амплитудах сезонных колебаний температуры воды в бассейнах 15°С таким пу­тем удается оценивать осредненные скорости фильтрации на приле­гающих к водоему участках шириной до 200 м. Преимуществом та кого способа определения скорости фильтраций является также его практическая независимость от степени кольматации дна водоема и (в отличие от резистивиметрии) от состояния фильтров скважины. Объясняется это тем, что сравнительно большие скорости диффузи­онного (кондуктивного) теплопереноса быстро выравнивают темпе­ратуры воды по обе стороны кольматирующей пленки или фильтра.

5. 
   Определение миграционных параметров лабораторными методами
   

Теперь настало время поговорить о путях определе­ния исходных данных, используемых при прогнозе мас­сопереноса, среди которых важнейшую роль играют миг­рационные параметры — активная пористость (трещи­новатость), коэффициенты молекулярной диффузии и механической дисперсии, параметры сорбции и других массообменных процессов (см. раздел 6.1.3). В основе этих определений лежит запуск индикаторов или, в част­ности, трассеров — нейтральной примеси, позволяющей следить за движением меченых частиц жидкости. В каче­стве индикаторов чаще всего используют слабоконцент­рированные растворы солей, содержащие инертные не-
сорбируемые ионы. Наиболее распространена индикация хлор-ионом. При индикации минерализованных вод с вы­соким содержанием хлоридов используются ионы брома, нитрит- и нитрат-ионы и др. Благодаря легкости обнару­жения в малых концентрациях очень эффективно приме­нение радиоактивных индикаторов, однако с ними неред­ко связаны различные организационные сложности. На­конец, может применяться и тепловой индикатор - горя­чая или холодная вода, — если опытная система считается достаточно теплоизолированной и, к тому же, не вносит серьезных искажений естественная (тепловая) конвекция (см. раздел 6.1.2).
Запуски трассеров с целью определения миграцион­ных параметров могут проводиться как в лабораторных, так и в полевых условиях. В частности, для пористых пород, а также для пористых блоков пород с двойной емкостью с успехом могут использоваться лабораторные испытания, проводимые по возможности на образцах не­нарушенного сложения (для пород со сцеплением) или, по крайней мере, на образцах, пористость которых отве­чает природным условиям (для раздельнозернистых по­род). При этом методика испытаний заметно различа­ется для относительно хорошо- и слабопроницаемых грунтов: в первом случае режим опыта предполагает за­метное или определяющее проявление конвекции, во вто­ром же определяющими являются диффузионные про­цессы. Ориентировочная граница между этими типами грунтов отвечает проницаемости в 0,01-0,1 м/сут.

1. 
   Опыты с относительно хорошо проницаемыми грунтами
   

Эксперименты с раздельнозернистыми грунтами про­водятся в фильтрационных колонках (рис. 6.16), длина которых выбирается с таким расчетом, чтобы характерное число Пекле (формула (6.31)) превышало 50-100. Тогда справедливо фундаментальное решение в форме (6.27) — для непрерывного запуска или в виде (6.33) — для пакет­ного. До подачи индикатора в колонке устанавливается постоянная скорость фильтрации v. В процессе опыта на выходе из колонки отбира­
ют пробы раствора, по кото- г—гттттгч
рым строят выходную Кри- вую с (t).

поп 1
московский 2
ДИНАМИКА ПОДЗЕМНЫХ 4
вод 4
О, = о_с-G„ =(Д„ — Д₀)(1 -n)-z=y,-z, 43
_/=^^а«.._с._й, ш 83
шшшш 145
^(4^)⁺f,(^r'5)^+£=°- 176
¹±шл ' 279
ДШш§ 443

фильтрации до тех пор, пока
не будет получено асимпто- Рис. 6.16.Фильтрационная ко-
тическое значение расчет- ^лонка ^^ля проведения индика- “ ^F торных опытов с песчаными
ной активной пористости. грунтами:
Для обработки ОПЫТа ПО 1 - регулирующие краны; 2 - резисти- решению (6.27) опытная ⁶иметры,; 3 - образец; 4 - ввод чистой
кривая представляется В гра- “ “^икаторного раствора
фическом виде в координатах | VT+ f (рис. 6.17). Величи­ны ь(?) определяют по таблицам функции ег/с исходя из известных значений относительной концентрации на вы­ходе с (t). Так как
с.ГГ L-v t/n
(6.59)
(L — длина колонны), график должен быть прямолиней­ным, и тогда точке пересечения графика с осью времени
t_n отвечает равенство

(6.60)

Рис. 6.17. Выходная кривая миграционного опыта (а) и ее представ­ление в «спрямляющих» координатах (б)
По углу наклона графика определяют коэффициент гидродисперсии D. Прямолинейность опытного графика в выбранных координатах является сама по себе важней­шим диагностическим признаком, позволяющим оценить надежность выбранной расчетной схемы.
При пакетном запуске активная пористость определя­ется по времени прихода пика индикаторной волны i_max: согласно (6.33)
^П~ L (6.61)
Величину D нетрудно подобрать из решения (6.33). Не будем, однако, забывать, что для однородных песча­ных пород определение коэффициента продольной дис­персии Добычно лишено практического смысла (см. раз­дел 6.3).
После опытов с инертными индикаторами (например, ион хлора) проводится серия аналогичных экспериментов с конкретными сорбируемыми компонентами. Определя­емое при этом значение эффективной пористости п_э по­зволяет найти — согласно формуле (6.11) — коэффици­ент распределения К_г. Здесь, однако, существенным ос­ложняющим моментом может оказаться проявление ки­нетики сорбции (см. раздел 6.1.3), требующее интерпре­тации опыта по специальной схеме [21]. Важнейшим ди­агностическим признаком, выявляющим значение кине­тики сорбции, является выполаживание выходной кри­вой, в результате чего она оказывается непараллельной кривой несорбируемого индикатора (рис. 6.18).

Рис. 6.18. Характерные вы­ходные кривые для индика­тора:
1 - несорбируемого ( ион хлора); 2 - условного сорбируемого, при рав­новесной сорбции; 3 - сорбируемого ( полиакриламид ), при проявлении кинетики сорбции

2. 
   Опыты с относительно слабопроницаемыми грунтами
   

Эксперименты с существенно глинистыми грунтами проводятся в фильтрационных установках на образцах небольшой длины — порядка нескольких сантиметров. Специфика экспериментов, поми­мо их большой продолжительности, обусловлена повышенной чувст­вительностью экспериментальной схемы к колебаниям граничных условий. Так, отбор проб раствора может заметно влиять на массо- перенос в образце, так как время накопления фильтрата в объеме пробы может быть соизмеримым с общей продолжительностью экс­перимента. В этих условиях предпочтение должно отдаваться опыт­ным схемам, позволяющим оценивать концентрацию непосредст­венно в выходной камере прибора. Кроме того, поддержание у входа в образец постоянной концентрации c_Q отнюдь не является свиде­тельством выполнения на входном сечении условия первого рода с(О, t) = с , принимаемого в выводе фундаментального решения (6.26). На самом деле, вследствие влияния диффузии и механической диспер­сии, здесь обеспечивается болеё сложное граничное условие III рода:

|ч*о.
vc.
о ’
(6.62)