بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
بررسي و محاسبة پارامترهاي هيدروليکي سفره هاي شکافدار
(مطالعه موردي دشت خور و بيابانک اصفهان )
چکيده
بسياري از سفره هاي آبدار طبيعي داراي درزه و شکافهايي هستند که به کارگيري روشهاي مرسوم خطي مثل تايس براي آزمايش پمپاژ در آنها منجر به ايجاد اختلاف زيادي بين مقادير واقعي و نتايج تحليلي مي شود. از طرفي به دليل اينکه بسياري مخازن استحصال آب شيرين و همچنين مخازن نفتي و ديگر مخازن ژئوترمال مورد بهره برداري انسان ، در سفره هاي درزه و شکاف واقع شده اند، نياز است تا اين سفره ها شناسايي و تحليل شوند. از همين روست که بسترهاي درزه و شکافدار در سالهاي اخير موضوع تحقيقات بسيارجدي بوده اند.
در اين مقاله داده هاي پمپاژ دو چاه که در يک سفره ناهمگن لايه اي واقع شده اند، با فرض جريان شبه ماندگار و با استفاده از روش وارن و روت تحليل شده است . سفرة آبدار شامل دو لاية مختلف مي باشد و از آنجا که اختلاف زيادي بين نفوذپذيري اين دو لايه وجود دارد، اين سيستم به عنوان سيستم تخلخل دوگانه شکافدار فرض شده است . دو لايه شامل يکي لاية ماسه اي که ضخامت آن نسبتا کم است و به عنوان شکاف يا لايه اي که نفوذپذيري بالا دارد، در نظر گرفته مي شود و ديگري لايه سنگ نمک که داراي ضخامت زياد ، نفوذ پذيري کم و ضريب ذخيرة بالا است . در اينجا لايه سنگ نمک به عنوان بلوکهاي تخلخل دوگانه فرض مي شود. با اين فرض ضرايب هيدروديناميک لايه آبدار محاسبه و ارائه شده اند.
کليدواژه ها: آزمايش پمپاژ، سفرة درزه و شکافدار، تخلخل دوگانه ، مدل وارن و روت
١- مقدمه
براي تحليل آزمايشات پمپاژ، با توجه به پيچيدگيها و تشابه رفتار برخي لايه هاي آبدار لازم است که مهارتها و مطالعات زمين شناسي و مهندسي زيادي داشته باشيم [١]. مطالعه جريان سيال در تودة سنگي شکافدار جايي که جريان درون شکاف از طريق ذخيره بلوک ها افزايش مي يابد، با مفهوم " تخلخل دوگانه "١ که توسط بارنبلات [٢] ارائه شد، مطابقت دارد. فرض مي شود که جريان آب از طريق شکاف و نه از طريق توده سنگي صورت مي گيرد. اين فرض ما را به يک يافته مهم رهنمون مي سازد که دبي عبوري از شکاف با توان سوم ارتفاع دهانة شکاف متناسب است [٣].
براي ١ل مسائل آزمايش پمپاژ، از اين نشر که .ه نوع جرياني از بلوک به سمت شکاف فرض شود، دو رو کلي ارائه شده است . يک رو فرض مي نمايد که جريان تحت شرايط شبه ماندگار ايجاد مي شود[٤] و رو ديگر فرض مي نمايد که جريان تحت شرايط گنرا را مي دهد[٥] و[٦]. جالب است که بدانيم ، داده هايي از آزمايش پمپاژ موجود است که با هر دو رو مطابقت دارند[٧].
ماند[٧] مفهوم پوسته شکست ١ را بيان نمود. پوسته شکست ، يک پوسته نازک از ماده اي با نفوذپنيري کم است که روي لايه سنگي رسوبگناري شده است و از تبادل آزاد سيال بين بلوکها و شکافها جلوگيري مي نمايد.
آنچه در اين مقاله بدان پرداخته شده است ، استفاده از مدلهاي تخلخل دوگانه در سفره هاي آبداري است که از لايه هايي با تراوايي بسيار متفاوت تشکيل شده اند. در وابي بر اسار تشابه هندسي و هيدروديناميک اين دو نوع سفره آبدار، مفهوم تخلخل دوگانه که بيشتر در زمينه مهندسي نفت کاربرد دارد، در سفره هاي آبدار لايه اي که مبتلا به آبهاي زيرزميني است ، شبيه سازي شده است .
٢- مواد و روش ها
- هندسه درزه و شکاف
مفهوم تخلخل دوگانه براي اولين بار توسط بارانبلات به منشور کمک به تعيين مقادير جريان در صخره هاي شکست دار پيشنهاد گرديده است . مطابق اين مفهوم ، فرض مي شود که يک توده صخره شکافدار شامل دو محيط پيوسته متقابل و درهم مي باشد. يکي بلوکهاي پيوسته به عنوان تخلخل اصلي با نفوذپنيري کم و ديگري شکافها به عنوان تخلخل دوم با نفوذپنيري بالا، که در شکل (١) نيز نشان داده شده است .
- معادلات حاکم بر جريان به سمت چاه در سيستم تخلخل دوگانه
فرض مي شود معادله ديفرانسيل ١اکم بر شبکه شکاف همان معادله آشنا و معروف انتشار آب زيرزميني به همراه ترم .شمه براي در نشر گرفتن وجود آب در تودة سنگي مي باشد[٨]:
به طور مشابه براي توده سني ها نيز خواهيم داشت :
'
h : هد هيدروليکي در شکاف (m)،Ss : تريب ذخيره ويعه سيستم شکاف ( ١ -m) ،K : هدايت هيدروليکي سيستم شکاف (١-ms) ،h' : هد هيدروليکي در بلوک(m)،Ss' : تريب ذخيره ويعه سيستم بلوک ( ١ -m) ،K' : هدايت هيدروليکي سيستم بلوک (١-ms) ،qa : ترم .شمه و .اه ( s)
وارن و روت فرض نمودند که سمت .ص معادله ک٢م برابر صفر است [٤]. معناي فيزيکي اين فرتيه اين است که در وابي ته ييرات گراديان هيدروليکي يا ديورژانا جريان در بلوک، بابل .شم پوشي است . آنها همچنين فرض نمودند که شار جريان از بلوک به سمت شکاف در يک ١جم دلخواه ، تنها به خاطر اختلاف بين ميانگين هد هيدروليکي شکافها و بلوکها مي باشد بنابراين :
در اين معادله aپارامتري است ، مربوگ به ژئومتري توده سنگي شکافدار با ديمانسيون عکا مسا١ت [٨].
به علت کم بودن هدايت هيدروليکي توده سنگها، فرض مي گردد که سيال تنها از طريق شکافها وارد بدنه .اه مي شود[٤].
وارن و روت معادلات ک١م و ک٢م را به صورت بي بعد زير نوشتند:
w و l مشخت ة يک سفرة درزه و شکافدار هستند. براي ١ل معادلات کهم و کوم از طرفين آنها لاپلار مي گيريم . با ساده سازي و معکورگيري ازتبديل لاپلار، معادله افت بي بعد در سيستم شکافها براي .اه پمپاژ اصلي (١ = rD)، به صورت زير در خواهد آمد:
که در آن Ei به صورت زير تعريض مي شود:
hD ، افت بي بعد، tD ، زمان بي بعد، rD : فاصله بي بعد، hi : هد هيدروليکي اوليه در مخزن (m)،rw : شعاع دهانة .اه (m) با ١ل معادله کوم، براي مقادير مختلض w و l ، منحني هاي نمونه فراواني را براي افت بي بعد در مقابل زمان بي بعد، بدست خواهيم آورد که هر منحني توصيفي از يک نوع ر منحت ر به فردر سفرة آبدار شکافدار مي باشد. در شکل ک٢م .ند نمونه از جواب هاي معادلة کوم رسم شده است .
- روش محاسبة پارامترها
با انطباب منحنيهاي نمونه ، ما به دنبال تعيين و تقريب دو پارامتر بي بعد w و l هستيم ، زيرا اين پارامترها بر خت وصيات بسمتهاي مختلض منحنيهاي نمونه تاآير مي گنارند. با تعيين اين مقادير، ما بادر خواهيم بود، .هار پارامتر منحت ر به فرد لاية آبدار را تخمين بزنيم . جهت انجام اين کار مرا١ل زير را به ترتيب انجام مي دهيم .
۱- ابتدا داده هاي افت در .اه پمپاژ(h-hi ) در مقابل زمان (t) را روي يک منحني لگاريتمي رسم مي نماييم .
۲- پارامترهاي w و lرا تخمين مي زنيم . در اين مر١له ما به دنبال يک w و l هستيم که منحني نمونة آنها بهترين انطباب را با نمودار افت در .اه پمپاژ داشته باشد. براي اين کار مي بايست نمودار افت را روي منحنيهاي نمونه آنقدر جابجا کنيم تا به بهترين انطباب ممکن دست پيدا کنيم کشکل ۳م.
۳- در صورتيکه با فرض اين مدل به نتيجه اي مطلوب دست پيدا کنيم ، مي ي تي وان بي ا در نشي ر گي رفتن يي ک نقطي ة انطبي اب ، و داشي تن مقادير t,h(-hi ),tD و hD، .هار پارامتر هيدروليکي سفرة آبدار شکافدار( S'S,SS , 'K, K ) را بدست آورد.
٣- جمع بندي و نتيجه گيري
با توجه به الگوريتم ارائه شده در اين مقاله ، داده هاي دو .ي اه پمپي اژ در منطقي ه خور و بيابانک اصفهان مورد تحليل و ارزيابي برار گرفي ت . تي خامت متوسي ط لاية آبدار در محل ۱۰ متر و سطج ايستايي آب بسيار بالا و به طور متوسي ط در عمق شت ت سانتي متري وابي شده است ، بنابراين تبخيي ر از آب زيرزميني ي نيي ز زياد است . پروفيل خاک و شکل نمودارهاي افت - زمان در محل .اهها ني شان دهنده تخلخل دوگانه مي باشد. دو لاية خاک با تي خامتهاي مختلي ض بي ر روي يکديگر برار گرفتي ه اني د، يکي ي لايي ة سي نگهاي نمکي ي از جي نا ماسي ه سي ني ژوراسيک و آهک مارني و آهک روديست دار که نفوذپنيري اندکي دارند و لاية ديگر از جنا ماسه بادي است که تخامت آن .ندان زيي اد نيي ست ولي ي
بدليل نفوذپنيري زياد آن ، سهم بزرگي را در آبدهي .اهها دارد[٩] شکل ف) انطبار نمودار افت با منحني نمونه
.
با توجه به توصيفات بالا در سيستم تخلخل دوگانه ، سنگهاي نمکي بي ه عني وان بلوک و لاية ماسه بادي به عنوان شکاف در نشر گرفته مي شود.
