Удельный дебит скважины формула: Как определить дебит скважины по формуле Дюпюи?

Удельный дебит скважины

Удельный дебит является основным параметром, отражающим всю сумму факторов, от которых зависит водообильность скважины. Он определяется не только ее водообеспеченностью, но и проницаемостью пород и мощностью вскрытого водоносного горизонта. Кроме того, он зависит от конструкции приемной части самой скважины.

Опыт показывает, что водопроницаемость пород и, следовательно, удельные дебиты скважин значительно изменяются даже на небольших расстояниях. Иногда удельный дебит одной скважины составляет 20 м³/ч, а удельный дебит скважины, пройденной на тот же водоносный горизонт на небольшом расстоянии от первой, не превышает 1—2 м³/ч, хотя по глубине и конструкции эти скважины отличаются незначительно.

Очень важно при проектировании разведочно-эксплуатационных скважин определить слой, в котором водоносные породы наиболее проницаемы; этот слой должен быть полностью захвачен приемной частью скважины. При получении воды из аллювиальных песков нужно учитывать, что по мере приближения к подошве аллювиальной толщи крупность песков и их проницаемость обычно увеличиваются. Очень часто наиболее интенсивная открытая трещиноватость водоносных известняков, образующих артезианские водоносные горизонты, приурочена к самым верхним слоям толщи; если же эти слои будут перекрыты глухой колонной обсадных труб, то скважина практически может оказаться безводной.

Трещиноватые породы могут залегать иначе. Например, как указывает В. М. Гаврилко (1951), породы мергельно-меловой толщи верхнего мела в одном из районов Днепровско-Донецкой мульды образуют по вертикали три зоны, отличающиеся фильтрационными свойствами:

• 1) слабопроницаемую зону заиливания мощностью 5—10 м, находящуюся на контакте с покрывающими породами;
• 2) зону мощностью 20—30 м, породы которой имеют максимальную трещиноватость и большую проницаемость;
• 3) зону плотных мергелей, практически водоупорных, залегающих на 30—40 м ниже кровли мергельно-меловой толщи.

При таком характере фильтрационных свойств толщи приходится проектировать приемные части разведочно-эксплуатационных скважин в интервале залегания пород второй зоны, при этом удельные дебиты скважин достигают 40 м³/сутки. Те скважины, в которых водоносные породы второй зоны закрыты, оказываются практически безводными.

Изменчива проницаемость трещиноватых кристаллических и закарстованных пород. Как будет освещено далее, наиболее проницаемые зоны приурочены здесь к контактам различных пород, или к полосам тектонических разрывов, или связаны с развитием древней и современной гидрографической сети и т. д.

Из сказанного видно, что положение приемной части скважины оказывает большое влияние на ее удельный дебит. Скважина может вскрыть водообильный водоносный горизонт, но вследствие того, что не учтены состав, строение и характер водопроницаемости пород, она может дать мало воды.

Во время откачки уровень воды в стволе скважины устанавливается ниже уровня воды в застольной части водоносного горизонта, вследствие чего понижается удельный дебит скважины. Это обусловлено искривлением линий токов (в несовершенных скважинах, а для безнапорных вод и в совершенных скважинах), а также сопротивлением фильтра.

Влияние первого фактора иллюстрируется следующей схемой. Если из точки А пересечения поверхности грунтовых вод со стенкой скважины провести линию равного напора, то она будет иметь вид кривой с выпуклостью во внешнюю сторону (рис. 3). У подошвы водоносного горизонта (точка В) эта кривая будет иметь вертикальное направление. На участке, заключенном между этой кривой и стенками приемной части скважины, а также и в стволе самой скважины уровень воды должен находиться ниже уровня воды в точке А, иначе вода не будет двигаться в скважине. Таким образом, здесь резко падает уровень воды.

Основываясь на данных экспериментальных исследований, С. К. Абрамов предложил следующую эмпирическую формулу для определения скачка уровня воды у ствола скважины при ее откачке

где ?h — скачок уровня в м;

Q — дебит скважины в м³/сутки;

S — понижение уровня воды в скважине в м;

k — коэффициент фильтрации водоносных пород в м/сутки;

F — рабочая площадь фильтра в м², равная ?dl (здесь d — диаметр фильтра, l — его длина).

Коэффициент ? для совершенных скважин С. К. Абрамов рекомендует ориентировочно принимать:

• для сетчатых и гравийных фильтров — 0,15 — 0,25 (в среднем 0,20)
• для дырчатых, щелистых и проволочных фильтров — 0,06—0,08 (в среднем 0,07)

Для несовершенных скважин указанные значения коэффициента ? увеличиваются в 1,2—1,5 раза; поправки увеличиваются с уменьшением отношения величины погружения фильтра к мощности водоносного горизонта.

Уравнение (III.9) показывает, что чем больше дебит скважины и понижение уровня воды в ней и меньше проницаемость водоносных пород, а также чем меньше диаметр и длина приемной части скважины, тем больше скачок уровня воды. Это следует учитывать при определении предполагаемого удельного дебита проектируемой разведочно-эксплуатационной скважины.

При малом диаметре скважины и небольшой длине ее приемной части в зоне водоносного горизонта, непосредственно прилегающей к скважине, значительно увеличивается скорость фильтрации, что вызывает дополнительные потери напора. Эти потери еще больше возрастают, если скорость движения воды превышает критическую скорость перехода ламинарного движения в турбулентное.

И. Ф. Володько (1953) на основании проведенных им исследований дает предельные значения эксплуатационных дебитов скважин, при которых ламинарное движение не переходит в турбулентное при подходе воды к приемной части скважины. Из рис. 4 видно, что в маломощных водоносных горизонтах, приуроченных к мелкозернистым и среднезернистым пескам, даже в скважинах с небольшими расчетными дебитами не следует устанавливать фильтры с диаметром менее 100 мм. Для обеспечения большей водообильности диаметры приемных частей разведочно-эксплуатационных скважин должны быть не менее 150—200 мм.

Р. Смит (1963) для определения влияния, диаметра скважины на ее удельный дебит q предложил эмпирическую формулу

где Q — общий дебит скважины; с — коэффициент, зависящий от диаметра и конструкции приемной части скважины.

Так, сравнивая две скважины, пробуренные в штате Огайо (около г. Кантона), глубиной 32 м каждая, он получил коэффициент с для одной скважины равным 6,1, а другой 0,03. Первая скважина имела диаметр фильтра 330 мм, вторая же 660 мм (включая гравийную обсыпку).

Другие элементы конструкции приемной части скважины (скважность перфорированного каркаса, тип фильтра и т. п.) также отражаются на ее дебите, так как создают дополнительные сопротивления движению воды. Поэтому при проектировании разведочно-эксплуатационной скважины нужно выбирать такую конструкцию приемной части, которая для данных водоносных пород обеспечит минимальные входные сопротивления движению воды.

Из приведенных ранее уравнений Дюпюи (III.1) и (III.2) удельный дебит водозаборной скважины q равен:

• для совершенных скважин, питающихся грунтовыми (ненапорными) водами

• для совершенных скважин, питающихся артезианскими (ненапорными) водами

По уравнениям (III.11) и (III.12) удельные дебиты скважин, питающихся грунтовыми водами, уменьшаются при увеличении понижения уровня воды в них, а удельные дебиты артезианских скважин остаются постоянными независимо от понижения уровня воды (рис. 5 и 6). Однако опыт показывает, что удельные дебиты артезианских скважин при значительном увеличении общего дебита становятся меньше вследствие возрастания сопротивлений движению воды, проходящей через фильтр и породы, окружающие приствольную часть скважины.

При проектировании одиночной разведочно-эксплуатационной скважины обычно трудно определить ее предполагаемый удельный дебит. Чаще всего для этого используется опыт бурения, опробования и эксплуатации существующих водозаборных скважин, находящихся в этом районе и питающихся тем же водоносным горизонтом. Однако окончательно удельный дебит разведочно-эксплуатационной скважины устанавливается уже после ее бурения во время пробной или опытной откачки. Не всегда прогноз удельного дебита скважины в дальнейшем подтверждается, поэтому в проекте эту величину не следует завышать. При прогнозировании удельного дебита проектируемой скважины необходимо учитывать особенности местных гидрогеологических условий и намечаемую конструкцию ее.

Проектирование разведочно-эксплуатационных скважин для водоснабжения.

Белицкий А.С., Дубровский В.В., Издательство «Недра», 1968

Расчет дебита скважины. НПО КВО

Важнейшим фактором в бурении скважины считается скорость подачи воды или соотношение объема жидкости и времени, за которое этот объем набрался. Выходит, что дебит скважины – это ее функционирование, измеряющееся в кубических метрах, деленных на час, минуту или сутки. Чтобы правильно подобрать насос для пробуренной скважины, необходимо предварительно произвести расчет дебита скважины.

Существует ряд факторов, определяющие скорость заполнения:

• объем аквифера;
• скорость его уменьшения;
• глубина, на которой расположена грунтовая вода;
• изменения воды, связанные с сезоном.

Определение дебита скважины

К каждой скважине необходимо подбирать насос определенной мощности, чтобы соответствовать ее производительности. Перед тем, как приступить к бурению, необходимо рассчитать, какой объем понадобится для полноценного водоснабжения. После следует произвести сравнение итоговых данных с данными гидрогеологической службы, которая предварительно выясняет объем пласта и уровень его глубины. Замер дебита скважины производится со статическим и динамическим показателем уровня воды. Скважина с низким дебитом – это та, чья производительность ниже 20 м3/24 ч.

Фактор низкого дебита скважины:

• естественные геологические и гидрофакторы аквифера;
• изменение грунтовых водах;
• засор скважинной системы фильтрации;
• потеря герметичности или засор труб, совершающих подачу воды на поверхность;
• выход из строя насоса.

Измерение дебита скважины должно совершаться, когда определяется глубина аквифера, составляется схема конструкции скважины и выбор насоса. После завершение процесса бурения, производятся опробования, результаты которого заносятся в паспорт. Если на начальной стадии эксплуатации был получен неудовлетворительный результат, то это значит, что определение глубины и выбор оборудования производились ошибочно.

Как избежать маленький дебит скважины?

• увеличить глубину скважины для проникновения в следующий аквифер;
• увеличить контроль дебита скважины, используя несколько методов откачки;
• применить химико-механическое воздействие на аквифер;
• перенести скважину на более выгодное место.

Формула Дюпюи дебит скважины

При отсутствии знаний о расчете дебита скважины, можно обратиться к профессионалам. Но, также можно сделать самостоятельные расчеты, позволяющие определить статический и динамический уровень.

• Статический уровень (Нст) – расстояние от почвенного покрова до фреатической зоны.
• Динамический уровень (Нд) – определяется при откачивании жидкости насосным оборудованием и замера водного уровня, которая генерируется естественным путем.

Расчета дебита по формуле основан на точном математическом уравнении:

D=H х V/(Нд – Нст), метр:

• D – дебит;
• V – продуктивность насосного оборудования;
• H – давление столба жидкости;
• Нд, Нст – динамический и статический уровень.

Как рассчитать дебит скважины?

• глубина водозаборного сооружения – 45м;
• продуктивность насосного оборудования (V) – 3м3/час;
• статический уровень (Нст) – 25м;
• динамический уровень (Нд ) – 44м;
• давление столба жидкости(Н) 45–25 =20м.

Использовав данные в формуле, можно получить расчетный дебит — 3,157 м3/ч.

Чтобы проверить, необходимо произвести тестовую откачку насосного оборудования увеличенной мощности, которая усовершенствует показания динамического уровня.
Следующий расчет необходимо произвести по формуле Дюпюи. Когда два значения дебита будут вычислены, станет очевидным средний размер расчетной величины, который дает четкое понятие того, как растет продуктивности при увеличении динамического уровня на метр. Для этого используется формула:

D уд = D2 – D1/Н2 – Н1, где:

• D уд — удельный дебит;
• D1, Н1 — данные опыта №1;
• D2, Н2 — данные опыта №2.

8.3: Скорость потока — рабочая сила LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Расход — это измерение объема жидкости (т. е. воды), который проходит через заданную площадь поперечного сечения (т. е. через трубу) в единицу времени. В водном хозяйстве скорость потока выражается в нескольких различных единицах. Наиболее распространенные из них показаны ниже.

• Скорость потока
  • cfs = кубический фут/сек
  • галлона в минуту =

  галлонов в минуту

  • MGD = миллион галлонов/день

Рисунок \(\PageIndex{1}\)

В зависимости от приложения скорость потока выражается в этих или потенциально других единицах измерения. Например, скорость потока из скважины или бустерного насоса обычно выражается в галлонах в минуту, тогда как годовая добыча может выражаться в акрофутах в год (AFY). Однако при решении задачи на скорость потока общепринятой единицей выражения является cfs. Причина этого частично связана с измерением единицы площади сооружения, через которое проходит вода (т. е. трубы, водопропускной трубы, акведука и т. д.). Площади этих сооружений обычно выражаются в квадратных футах (фут 9). 0038 2 ). Кроме того, скорость (расстояние во времени), с которой течет вода, обычно выражается в футах в секунду. Формула расхода и то, как выражаются единицы измерения, показаны в примере ниже.

• Расход = Площадь x Скорость
• Расход (Q) = площадь (A) x скорость (V)
• Q = А х В
• Q (куб. фут/сек) = площадь (фут ² ) x скорость (фут/сек)

Понимание расходов и скоростей потока может помочь при проектировании размеров труб для колодцев, насосных станций и очистных сооружений. Понимая, что скорости обычно находятся в диапазоне от 2 до 7 футов в секунду, а скорость потока известна, можно рассчитать диаметр трубы. Например, если бурится новая скважина и данные испытаний насоса определяют, что скважина может давать определенный расход, скажем, 1500 галлонов в минуту, и вы не хотите, чтобы скорость превышала 6,5 футов в секунду, требуемый диаметр трубы может быть определяется (см. ниже).

Пример

Q = A x V или для этого примера A = Q/V, поскольку известны расход (Q = 1500 галлонов в минуту) и скорость (V = 6,5 футов в секунду).

Первый шаг — убедиться, что «известные» значения указаны в правильных единицах.

Скорость, указанная для 6,5 кадров в секунду, указана в правильных единицах. Однако скорость потока, указанная в галлонах в минуту, должна быть преобразована в кубические футы в секунду.

• 1500 галлонов в минуту ÷ 448,8 = 3,34 фута в секунду

Теперь, когда оба значения указаны в правильных единицах измерения, разделите их, чтобы получить неизвестное значение, в данном случае площадь (A).

• 3,34 фута в секунду/6,5 фута в секунду = 0,51 фута ²

Зная, что Площадь равна 0,51 фута ² и что формула для площади равна 0,785 x D ² , можно рассчитать диаметр трубы.

• 0,51 фута ² = 0,785 x D ²
• D ² = 0,51 фута/20,785
• D ² = 0,66 фута ²

Для того, чтобы найти значение диаметра (D), необходимо извлечь квадратный корень из D ² .

• D ² = 0,66 фута ²
• D = 0,81 фута

Поскольку диаметр труб обычно выражается в дюймах, умножьте ответ на 12.

• 0,81 фута x 12 дюймов = 9,7 или 10 дюймов

Решите следующие проблемы.

1. Какова скорость потока в MGD трубы диаметром 24 дюйма со скоростью 3 фута в секунду?

2. Какова скорость через коробчатую водопропускную трубу шириной 3 фута и глубиной 2 фута, если дневной сток составляет 27 AF?

3. Какова площадь трубы, которая течет 1,5 MGD и имеет скорость 5 футов в секунду?

4. Каков диаметр трубы, по которой течет 2500 галлонов в минуту со скоростью примерно 7 футов в секунду?

5. Акведук длиной 15 миль течет 30 000 AFY со средней скоростью 0,45 кадра в секунду. Если расстояние по вершине 13 футов, а глубина 8 футов, каково расстояние по дну?

8.3: Flow Rate распространяется по незадекларированной лицензии, автором, ремиксом и/или куратором является LibreTexts.

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или Страница

   Программа OER или Publisher

   Колледж Каньонов — Программа нулевой стоимости учебников

2. Теги

   На этой странице нет тегов.

Закон Дарси

Закон Дарси

Уберите идеи и понимания

• Определения насыщенной/ненасыщенной зоны, подземных вод.
• Подземные воды текут с возвышенностей к понижениям, а точнее с возвышенностей.
  потенциальная энергия (=гидравлический напор) в низкую потенциальную энергию.
• Гидравлический напор измеряется путем определения вертикального положения
  уровня грунтовых вод в колодце относительно эталонной поверхности.
• Закон Дарси гласит, что скорость разряда q пропорциональна градиенту
  гидравлического напора и гидравлической проводимости (q = Q/A = -K*dh/dl).
• Определения водоносных горизонтов, водоупоров и водоупоров, а также определение гидравлической проводимости.
  относится к геологии.

Введение

• подземные воды вода в зоне насыщения (рис.)
• подпитка — вода, поступающая в зону насыщения
• 30% пресной воды на Земле находится под поверхностью
• во многих частях мира подземные воды являются единственным источником пресной воды
• в США около 10% осадков в конечном итоге становятся грунтовыми водами. Этот
  количество равно годовому потреблению воды в США, около 3 дюймов в год
• время пребывания = резервуар / поток = ~ 1000 м / 3 дюйма / год = 10 000 лет! Этот
  это очень грубая оценка.
• вода может оставаться в резервуаре подземных вод от нескольких дней до тысяч
  лет. Мы обсудим методы трассировки, которые можно использовать для получения
  время пребывания позже в классе
• управление водосборными бассейнами требует понимания грунтовых вод
  поток
• многие экологические проблемы связаны с грунтовыми водами

Концептуальная модель течения подземных вод

течение воды через пористую среду (рис.
6.1)

вода течет извилистыми путями

геометрия каналов очень сложная

поток трений совершенно бессмысленен!

концептуальная модель потока через пористую среду — поток через пучок
очень маленьких (капиллярных) трубок разного диаметра (рис.
6.2)

поток (Q) через горизонтальную трубу можно описать как: Q = -p*D ⁴ /(128*m)*dp/dx
(закон Пуазейля)

=> важен размер капиллярных трубок!

Закон Дарси

• что движет потоком подземных вод?
• вода течет с большой высоты на низкую и под высоким давлением
  к низкому давлению, градиенты потенциальной энергии управляют потоком подземных вод
• потоки грунтовых вод от высокого к низкому напору
• как вы измеряете напор или потенциал? => пробурить наблюдательную скважину,
  высота уровня воды в колодце является мерой потенциальной
  энергия на открытие скважины
• в 1856 году французский инженер-гидротехник Генри Дарси опубликовал уравнение
  для течения через пористую среду, которая сегодня носит его имя (рис.
  6.3)
• Q = KA (h ₁ -h ₂ )/л или q = Q/A = -K dh/dl, h: гидравлический
  головка , ч = п/рг + г
• мысленный эксперимент: распределение гидравлического напора в
  озеро
• q = Q/A представляет собой удельный расход [л/т] , dh/dl представляет собой гидравлический расход
  градиент
• K — гидравлическая проводимость [л/т]
• закон очень похож на закон Ома для электрических цепей I =
  1/R * U (ток = напряжение, деленное на сопротивление)
• первоначальный эксперимент Дарси дал эти данные (рис.
  6.4)
• аналогия между законом Дарси и законом Пуазеля
  предполагает, что K = (const*d ² )*rg/m
• первый член (const*d ² ) равен k,
  внутренняя проницаемость [L ² ], обобщила свойства
  пористой среды, а rg/m
  описывать
  жидкость
• гидравлические проводимости и проницаемости различаются на много порядков
  (Рис. 6.5)

Пример: расчет типичного гидравлического градиента 1/100 в
солеобразование с гидравлической проводимостью 10 ^-10 м с ^-1
будет производить удельный расход 10 ^-12 м с-1 или менее
1 мм за 30 лет!

• T = Kb [L ² T ^-1 ] называется коэффициентом пропускания
  водоносного горизонта, этот термин часто является более полезным параметром для оценки
  дебит водоносного горизонта
• конкретный разряд имеет размерность скорости, но это не скорость
  при котором вода течет в пористой среде, вода должна сжиматься
  сквозь поры
• помеченные участки, которые усредняются вместе, будут двигаться через
  пористая среда со скоростью, превышающей удельный разряд
• пористость — это доля пористого материала, которая представляет собой пустое пространство.
  ф
  «=»
  V _{пустота} /V _всего
• тогда средняя скорость воды в порах равна: v = q/f (рис.)
  (эксперимент)
• Закон Дарси оказался недействительным для высоких значений числа Рейнольдса.
  и при очень малых значениях гидравлического градиента в некоторых очень низкопроницаемых
  материалов, таких как глины.
• пример:
• K= 10 ^-5 м/с, ч ₂ -ч ₁
  = 100 м, L = 10 км, A = 1 м ² > Q = 3,15 м ³ /год; К
  значение выше типично для водоносного горизонта песчаника
• фактическая скорость потока v может быть рассчитана с помощью
  следующую формулу: v=Q/(A*f)=q/f,
  ф
  – пористость, q – удельный расход
• если пористость n составляет 30 %, скорость потока в
  пример выше: 10,5 м/год

Вода в природных образованиях

• водоносный горизонт — насыщенная геологическая формация, содержащая и
  пропускает «значительные» количества воды в нормальных полевых условиях
  (=> гравий, песок, вулканические и магматические породы, известняк) (Рис.
  6.6)
• водоупор — это формация, которая может содержать воду, но не
  передавать значительные количества (глины и сланцы)
• водоупор представляет собой пласт с относительно низкой проницаемостью
• заключенный и безнапорные ( грунтовые воды ) водоносные горизонты
• безнапорный водоносный горизонт имеет грунтовые воды (водоносный горизонт)
• закрытый водоносный горизонт не имеет грунтовых вод. Если пробурить скважину, вода
  поднимется (в колодце) выше кровли водоносного горизонта
• Подземные воды – это грунтовые воды, расположенные на поверхности плохо проницаемой
  слой с безнапорным водоносным горизонтом под ним
• высота, на которую поднимается вода в колодце, определяет пьезометрический показатель
  или потенциометрический поверхностный
• геология водоносных горизонтов (показать примеры)
• рыхлые отложения: рыхлые зернистые отложения, частицы не сцементированы
  вместе (например: Лонг-Айленд)
• консолидированные отложения, наиболее важные: песчаник, пористость варьируется в зависимости от
  по степени уплотнения (например, Zion, Bryce и Grand Canyon National
  парки)
• известняк: состоит в основном из карбоната кальция, растворяется в богатой CO2 воде
  известняк, например: известняковые пещеры, карст (например, водоносный горизонт Флориды)
• вулканическая порода
• базальтовая лава, разломы (например: Гавайи, Палисады)
• кристаллические породы: магматические и метаморфические породы, напр.