通用非稳定井流试验数据分析的原理与方法

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1、水利学报2003年11月SHUILIXUEBAO第11期文章编号：0559-9350(2003)11-0124-05通用非稳定井流试验数据分析的原理与方法１２２郭建青，李彦，马健(1.长安大学水资源与环境工程系，陕西西安710054；2.中国科学院新疆生态与地理研究所，新疆乌鲁木齐830011)摘要：针对目前在分析非稳定井流试验数据以确定机井井损参数与含水层水文地质参数的方法，仅能在泰斯假设条件下应用的问题，文中对三次定流量非稳定流抽水试验过程中的降深表达式进行均值处理，构成一个三元非线性方程组，利用迭代法

2、求解该方程组，能够计算出机井的井损系数C与非线性指数n。在计算出井损参数后，可以将机井中降深的线性项与非线性项进行分离，线性降深部分可以用于计算含水层的其它水文地质参数。与现有的方法相比较，文中的方法不要求井函数的具体形式为已知，在非线性指数n不论是否已知的情况下均可以应用，当n为已知时，能够使抽水次数减少一次，在稳定流的情况下也可以应用，在参数的计算过程中不需要进行图解计算。关键词：非稳定井流试验；井函数；数据分析；井损参数中图分类号：P641.73文献标识码：An机井的性能参数-井损系数C和井损CQ项中

3、的非线性指数n是衡量新井成井质量，确定抽水机具型号和机井在使用过一段时间后，对机井使用状况进行评价的重要依据。目前，确定这两个参数的非稳定井流［1-4］试验方法主要有多次阶梯流量法和多次间歇流量法两种。相应分析这两种非稳定井流试验数据的方法均是建立在泰斯公式的简化形式—雅可比直线公式的基础上的。也就是说，欲利用这两种非稳定井流试验方法确定这两个参数值时，既要求试验含水层与抽水试验过程满足泰斯假设与简化条件，即要求含水层均质、各向同性与等厚，且无越流补给，也要求抽水试验的持续时间达到可以使泰斯公式能够简化为雅

4、可比直线公式。显然，这样的假设条件与要求限制了非稳定井流试验的应用范围。在文献［5］中，J.Bear给出了一个分析非稳定井流试验数据，确定井损参数C与指数n的通用性公式，但是并没有介绍在某种特定水文地质条件下的具体应用方法与步骤。在文中，作者将以该通用公式为基础，提出适用范围更广的分析三次定流量非稳定井流试验数据，确定井损参数与其它水文地质参数的原理与方法。1三次定流量非稳定井流试验与井中水位降深的表示所谓三次定流量非稳定井流试验是指在试验过程中，分别以三种不同的流量进行三次独立的定流量抽水试验，即每次抽水

5、之前井水位要求恢复到初始位置。每次抽水过程中可以不要求水位达到稳定。试验过程中的抽水流量与井中水位降深随时间的变化如图1所示。因此，三次定流量井流试验可以看作为三次独立的定流量抽水试验。为了使文中提出的试验数据分析方法能够得到正确的应用，有必要对井流试验提出以下两点要求：在每次定流量抽水之前，要求试验含水层中的水头恢复到初始状态；在试验过程中，每次抽水开始之后，以相同的时间间隔观测井中水位降深。收稿日期：2002-05-12基金项目：中国科学院阜康荒漠生态系统观测研究试验站开放基金项目(200003)作者简

6、介：郭建青(1958-)，男，陕西宜君人，副教授，硕士，主要研究方向为环境水力学与地下水动力学。124水利学报2003年11月SHUILIXUEBAO第11期［5］3次抽水过程中，试验井中的水位降深可以分别表示为Q1n(1)s=B(t)+CQ114πTQ1n(2)s=B(t)+CQ224πT图1井流试验抽水流量与井水位Q1n(3)降深随时间变化示意s=B(t)+CQ334πT式中：sj为第j(j=1,2,3)次抽水过程中，井中的水位降深；Qj为第j次抽水过程中的抽水流量；T为含水层的导水系数；C为井损系数；

7、n为非线性指数；B(t)为非稳定流井函数。可以看出，在以上的推导过程中对非稳定流井函数B(t)的具体形式没有要求。例如，在含水层为第一类越流补给系统的情况下，其表达式为∞21rwB(t)=exp−x−dx(4)∫x2u4Bx2rwu=(5)4at式中：B为含水层的越流补给因子；a为含水层的水力传导系数；r为水井的有效半径；t为抽水持续时w间。在泰斯假设条件下，非稳定流井函数为∞1B(t)=∫exp(−x)dx(6)xu式中符号意义同前。井函数也可以取其它形式，具体形式根据试验含水层的水文地质

8、条件与试验井的具体状况而定。2试验数据分析的原理与方法2.1井损参数的确定2.1.1指数n的确定由于在3次抽水过程中，水位降深观测时间间隔相同，所以，可以分别对式(1)～式(3)进行均值处理：NNN11Q11n∑s1.i=∑B(ti)+∑CQ1(7)Ni=1Ni=14πTNi=1125水利学报2003年11月SHUILIXUEBAO第11期NNN11Q21n∑s2.i=∑B(ti)+∑CQ2(8)Ni=1Ni=1