Принципы схематизации и ее основные критерии

Схематизация — сложный творческий процесс, требующий не только понимания физических основ изучаемых процессов, но и зна­ния геолого-генетических основ формирования пространственной из­менчивости свойств горных пород, умения вести геолого-структурный, литолого-фациальный и гидродинамический анализы.

Схематизация проводится в три этапа. Первый выполняется по результатам гидродинамического районирования и состоит в обо­сновании ГДС и выборе метода гидродинамических расчетов. Второй этап включает упрощение природных условий и составление исход­ной расчетной фильтрационной схемы (модели). Схематизированная область представляется в виде специальных карт и (или) разрезов, на которых условными знаками показаны схематизированные основ­ные элементы исследуембго объекта: а) размеры исследуемой области и конфигурация ее границ; б) строение пласта и значение расчетных параметров; в) типы граничных условий и принятые законы их изме­нения в плане и разрезе; г) факторы прогноза, т. е. те факторы, ко­торые обусловливают возникновение нестационарного процесса (ре­жим работы водозаборных скважин, каналов и т. п.). Специальным знаком отмечается степень изученности всех элементов схемы. Оцени­вается погрешность принятых упрощений. Третий этап — это вы­числительная схематизация, в процессе которой принятые гидрогео­логические элементы фильтрационной схемы упрощаются и перестраи­ваются в той форме, которая отвечает принятому методу расчета. При использовании аналитических методов третий этап совмещается со вторым, и упрощение условий ведется так, чтобы в результате полу­чить типовую расчетную схему, имеющую математическое решение в виде уравнения. При использовании моделирования третий этап оказывается весьма содержательным, и по его результатам фильтра­ционная схема превращается в вычислительную модельную. Геофильтрационная схематизация проводится в такой последова­тельности: вначале оцениваются размеры среды взаимодействия и ре­жим фильтрации, потом мерность и структура потока, затем устанав­ливаются тип водообмена, схема строения пласта и действующие граничные условия.

Определение эффективных размеров сферы взаимодействия. Об­ласть, в пределах которой предполагается вести математический ана­лиз движения подземных вод, является сложной сферой воздействия естественных границ и инженерных сооружений на поток как неко­торый объем гидролитосферного пространства. Для проведения расчетов необходимо знать эффективные размеры сферы воздействия. Под эффективными размерамиR_э будем понимать ту часть потока подземных вод, в пределах которой сказы­вается влияние основных границ или других факторов, формирующих исследуемый процесс фильтрации.

Схема оценки эффективных размеров сферы влияния скважины

где а-ограниченная расчетная схема пласта; б-неограниченная расчетная схема пласта; в-полуограниченная расчетная схема пласта.

В качестве критериев оценки принимают некоторые заданные значения расстояний, расходов потока и времени длительности процесса. Например, сопоставляя числовые значения R_э с расстояниями L_к до внешних границ потока, принимают пласт неограниченным, а боковые гра­ницы — удаленными в бесконечность, если для всех границ выпол­няется условие: R_э<L_k

Пласт считают полуограниченным, если для од­ной границы, или ограниченным, если для двух и бо­лее границ, выполняется условие: R_э ⩾ L_k

При плоско-вертикальной фильтрации в разрезе рассматривается влияние на поток водоупорных ложа и кровли водоносного горизонта. При притоке воды к скважинам принимают в качестве кри­терия мощность пласта т. Если выполняются условия: С ⩽ 0,3т и С₁  ⩽ 0,3т       

Где С и С₁ — соответственно расстояния от верхней и нижней гра­ниц фильтра до водоупора), то пласт принимают ограниченным по мощности, а фильтр считают расположенным вблизи водоупорных границ, которые оказывают влияние на приток воды к скважине с фильтром длиной /. Если не выполняется одно из ус­ловий  для С или для С_1г то пласт считают полуограниченным по мощности, а фильтр — находящимся вблизи нижнего или верхнего водоупора соответственно. Если оказывается, что С ⩾ 0,3т и С₁  ⩾ 0,3т ; то пласт по мощности принимают неограниченным.

Схемы потоков по расположению в пласте фильтров несовершенной скважины

где, а— ограниченного; б — полуограниченного; в — неограниченного.