通過流量分布曲線對井下流速儀數(shù)據(jù)進(jìn)行分析.docx

1、通過流量分布曲線對井下流速儀數(shù)據(jù)進(jìn)行分析摘要由流速儀測得的流速圖而建立的流量分布曲線，可用于尋找井下含水層或分離含木層含水或不含水地域.以及確定各種深度之間流進(jìn)井中的木量.在佛羅里達(dá)州東北曹的自逃井流速儀測量展現(xiàn)了流量分布曲線的適用性在井的無欒管部分，由深井流速儀記錄的流速既反映了不同深度井輕橫配面的變化，也反映了在這些深度上流過該井約不同水流量均運動.在井中無管藝分一注深度合理準(zhǔn)確的流量測量可通過建立流置分布曲線來確定.這些面線是利用客最大流速，點建立起來若.假定這些最大流速點處于井的最小直徑處.在佛羅里達(dá)州東北部的建股常附在中新世到近代的粘土、泥灰?guī)r和白云石中，從50。600英尺佛羅里達(dá)含

2、水層的頂萄，在佛羅里達(dá)含水層的這些井是從6501400英尺深的完全升二洞茬Jacksonville地區(qū)附近四個井中進(jìn)行了流速儀瀏量.由流速圖建立的流量分布曲線指出了出現(xiàn)在含水層的三個分離含水區(qū)域.笫一個含水區(qū)域位亍圾面下大約,60。800英尺：笫二個含水區(qū)域位于地面下大約900-1200英尺.笫三個含水區(qū)域位亍地面大約1280英尺以下.這些含水區(qū)域是由相對不滲透的不會水區(qū)分隔開蝕.由流量分布曲線繪制的柱狀圖展示了笫一含水區(qū)域出水*在10%35%之間，笫二含水區(qū)域多于50%.笫三含水區(qū)域大約為2。的水而井僅穿過第三含水區(qū)域5070英尺.當(dāng)無表面流速時,也成遮代測量建立的流量分布曲線表明：在2號和

3、4號井，當(dāng)井不向地面排水時,內(nèi)部滲漏每分鐘小于70加倉,當(dāng)井向地面排水時,這些含水域之何一般不會日現(xiàn)滲漏.前言深井流速儀用于測量井中不同深度變的流速.特別適用于佛羅里達(dá)州及其它井下禾同深度有著變化產(chǎn)水量的厚石灰?guī)r含水層地區(qū)，或者井里有著多于一個含水層的地區(qū).然而，井身穿過的某個含水層或多個分離含水層的位置、厚度及產(chǎn)水量是不能單獨用流速儀數(shù)據(jù)來確定的.為了解釋流速儀數(shù)據(jù).必須知道井中不同深度的流量.為了從流速儀數(shù)據(jù)確定井中各深度的流量，就必須知道井在各深度的直徑.通常用測井計程儀來測定井在各深度上的直徑.然而，有時可能無法得到測井計程儀.這里闡述的估算流速儀測最的方法,可用於確定并所穿過的不滲透

4、區(qū)域的相關(guān)流量.這方法是由流速儀橫向測量所得的流速圖繪制流量分布曲線.這些曲線合適的分析解釋得依靠有關(guān)特定地區(qū)地理茂地下水條件的知識程度，聯(lián)同著判斷力及使用設(shè)備的經(jīng)驗.流速儀測量安排在Jacksonville附近的幾個井內(nèi)用以確定佛羅里達(dá)州東北部自流含水層含水的特性.由于沒有測井計程儀，可由流速儀數(shù)據(jù)建立流量分布曲線來解釋流速儀數(shù)據(jù).HI、取I、茫錚錚稿澹蛙停取I、取L、精澹澹朧狀斡美似曲線來解釋佛羅里:d東北部井下流速儀數(shù)據(jù).這個分析流速儀數(shù)據(jù)的方法現(xiàn)已不用，由于缺少測井計程儀，很多有用的流速儀數(shù)據(jù)尚未得到適當(dāng)解釋或不能解釋.此文描述如何繪制流量分布曲線及如何用這些曲線來分析解釋Jackso

5、nville地區(qū)井下流速仲數(shù)據(jù)。流速測At如果已知井下不同深度水流情沈、那么一套管電屋軟戒層012軟地層最小直徑.等於鉆頭直徑軟地層個含水層或井貫穿的多個分離含水層的含水區(qū)域的位置、厚度及水量就可確定.在井內(nèi)任何深度，水的流率可用公式q=av來計算.在這里q是井中某一深度水的流率值，a是井的橫斷面積,v是水通過該深度井孔時的平均流速.圖1井上流速儀的安放.安裝在鋁管上的流速儀準(zhǔn)備放進(jìn)佛羅里達(dá)東北部的自流井內(nèi).使用深井流速儀前確定任一深度流過井的水流平均速度.此流速儀有一個旋槳型轉(zhuǎn)子，垂直安裝在園柱型黃銅殼體內(nèi).這個裝置又安置在一個中空的，長4英尺、直徑為3英寸的鋁管內(nèi)，鋁管兩端開口，可讓水流過

6、（圖1）.將這個帶有雙芯電纜的裝置放入井中需測定其水速的深度。流過流速儀的水使旋槳旋轉(zhuǎn).旋槳每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)或給定的幾轉(zhuǎn)，電路導(dǎo)通并計量。水速通常是以流速儀每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)來記錄的。在流速儀轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換成流速前，流速儀要進(jìn)行率定.當(dāng)井管直徑為單一尺寸時，通過井管部分的平均水速幾乎是恒定的,然而，對于井的無管部分.在其各深度上記錄的速度是不同的，這表明或者是井下橫截面面積有變化，或者是流過井不同深度的水量有變化。因此在無管部分各深度的流率不能通過流速儀數(shù)據(jù)來精確確定，除非已知這些深度的井徑。弁下流速儀數(shù)據(jù)不總是準(zhǔn)確顯示井下的水.流速度.在距離井壁不同距離之處.流速儀會得出稍微不同的讀數(shù)，并且通常非常小的速度不能

7、準(zhǔn)確記錄.流量分布曲線在一定水文條件下，井中無管部分水流速度的合理準(zhǔn)確估算可通過流量分布曲線來確定.圖2展示了由流速曲線建立的流量分布由線.如圖所示的水文狀態(tài).從井的開孔底部到井管底流進(jìn)井的水量是逐漸增加的，當(dāng)井排之時，流進(jìn)井的所有水通過井身向上流動.圖2佛羅里達(dá)東北部一典型自流井的示意圖及速度曲線建立的流量分布曲線圖2的流量分布曲線是通過連接流速曲線上最大速度點A,B,C和D而建立的.如圖所示，直徑最小處速度最大。直徑最小處通常是抗蝕的石灰?guī)r和白云石地層.由于井的最小直徑大約是鉆井鉆頭的直徑.所以這些區(qū)域的直徑等于或大于鉆頭直徑。在這些硬區(qū)域,用鉆頭直徑算出的流量將等于或小于實際流量.因此在

8、繪制流量分布曲線時，這些假定有同樣直徑的區(qū)域被作為基本要素.因為進(jìn)入圖2所示的井的水量從開孔底到管底是逐漸增加的.流速儀測得的兩個高流速之間的低速讀數(shù)不能用作軟石灰?guī)r地層大井徑的流速值.許多井并不符合圖2所示井的水文條件.例如許多并，進(jìn)入井身的水量不是從開孔底到管底逐浙增加的，從高壓區(qū)域到低壓區(qū)域通過井身的水量會有流失.如果低壓區(qū)域在高壓區(qū)域之下，則不導(dǎo)致向下流動的水流.當(dāng)井不向地面排水時，流速儀測量將顯示內(nèi)部水流的循環(huán)，如仔細(xì)使用流速儀，能測得井下不同深度垂直方向的流速，流量分布曲線可由這些數(shù)據(jù)合理地建立起來，從而用于估計許多有內(nèi)部無規(guī)則水流特點的并在無管段的流量流量分布曲線的準(zhǔn)確性主要依靠

9、井體中最小直徑（最大速度）點的數(shù)量及分布.用于繪制分布曲線的最小直徑的點越多，則曲線越精確.堅硬的石灰?guī)r和白云石地層可用電君性方法或先進(jìn)的鉆井計程儀來確定.流量分布曲線的準(zhǔn)確性可首先通過計程儀測定硬區(qū)域，然后利用這些硬區(qū)域作基本要素來改善.Jacksonville地區(qū)井下流速測量地下水條件佛羅里達(dá)州東北部佛羅里達(dá)的含水層是由始新世的石灰?guī)r和白云石地層組成的.含水層的頂端距地面大約500600英尺.在Jacksonville地區(qū)含水層的準(zhǔn)確厚度目前還沒探明.然而這個地區(qū)最深的井穿過1500多英尺.含水的始新世石灰?guī)r層，還沒有達(dá)到史古老的巖層.電子測程儀和鉆井資料表明這個地區(qū)含水層有硬的.密集和結(jié)

10、晶的白云石和石灰?guī)r地層,這些地層同較軟石灰?guī)r地層相比具有較小可濯透性及較小的水量.在含水層中這些硬的.相對不易滲透的地層也限制了水的垂直運動.在佛羅里達(dá)含水層中的水被中新世到近代表層覆蓋的粘土、灰泥和白云石層的壓力所包虱自流含水層補(bǔ)給到佐治亞洲東南和佛羅里達(dá)州中北部的Jacksonville北部和西部，在這地區(qū)始新世石灰?guī)r或露出，或水文上與地水層或地表水體相連.在Jacksonville地區(qū)的自流井通常安裝有500-600英尺的井管,通過包圍地帶伸到佛羅里達(dá)含水層的頂部.多數(shù)并再用適合通過最小井管的最大鉆頭下鉆150800英尺，在含水層的井體部分無套管.在佛羅里達(dá)州東北的一典型自流井（圖2）其

11、井的無管部分的直徑是孌化的.在軟的、多孔石灰?guī)r地層的井徑通常考慮比鉆頭直徑大不少.因為這軟巖石在鉆井過程中要滑坍脫落.然而硬的.結(jié)晶的白云石和石灰?guī)r地層堅固難鉆、故這些硬地帶的井徑大約等于鉆頭直徑.通常在佛羅里達(dá)東北地區(qū).鉆的并越深,出水量就越大,另外.在含水層較低部分的水比在含水層上部的水有較大壓力.因此.水從含水層多孔地帶通過開洞流入井中.在井中從具有較高自流壓力的含水層的較低部分向上流動.以前在這個何題的研究中，含水層中含水區(qū)域的準(zhǔn)確位置、含水層的厚度，及在任何深度的水量是不知道的.圖3在JacksonviUeife區(qū)試驗井的地點流速儀測量在JacksonviJJc地區(qū)（圖3）有四個自流

12、井安排有流速儀測量.當(dāng)井水流動時，在1號和3號井進(jìn)行了一次流速儀測量，在2號井進(jìn)行了三次測量，封井時測量一次；當(dāng)井中水以兩種不同流率流動時,各測量一次.在4號井安推二次流速儀測量、當(dāng)井中水流動時一次，封井時一次.圖4和圖5展示了這些測量所得的數(shù)據(jù).對流速儀進(jìn)行標(biāo)定以獲得流速儀每分鐘樣數(shù)對流量【每分鐘加侖數(shù)）的關(guān)系.在各處井的測量彼，壞定流速儀以確保流速儀標(biāo)準(zhǔn)沒有改變.020建12D01200中漠速儀匐分觸轉(zhuǎn)敷I?100步20013004D02與井U*分布曲虬S<”排*.615加侖）航層8力坦Li惑分m轉(zhuǎn)收4060801001201Q.如峋若AL外60'8Q4CO硬地層軟如產(chǎn)漠量分

13、布（而如侖）-迎卯法£芨品而0?0406089M160圖4在L號、2號井由流速儀測量建立的速度曲線和流量分布曲線在試驗的每個井處，流速儀由下列方法標(biāo)定：L在2號和4號井,當(dāng)流速儀懸掛在固定深度、已知直徑的管段中時，井的出水量是變化的.在每個井中，對流速儀每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)及.相應(yīng)的不同出水率進(jìn)行點圖標(biāo)定.2.在1號和3號井.排水保持穩(wěn)定.流速儀懸掛在每個井中兩個不同直徑的套管中，依據(jù)兩個不同直徑管計算而得的水速及流速儀每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行點圖標(biāo)定.根據(jù)這些圖（圖4和圖5）,可得出流速儀每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)與排水的關(guān)系.另外，通過流速儀的標(biāo)定可以看出以上關(guān)系是基本線性的，因為這些繪制的關(guān)系線是通過觀察點及坐

14、標(biāo)原點的直線.0承010203o0060河68O?»«芒201X說誨恨飼女針轉(zhuǎn)敷-二。2o4°苫o>0m，號井&，內(nèi)流曲H好布曲貌（Afflf水360壩侖）4050)60.7o80如0七3010（地園椅食福西茹戶°4。50做）70'B0珈立6“署探痢加意）圖5在3號、4號井由流速儀測景建立的速度曲線和流分布曲線34Y結(jié)果及討論由Jacksonville地區(qū)井下流速曲線建立了如圖4,圖5所示的流量分布曲線.利用該區(qū)域已知的地質(zhì)數(shù)據(jù).盡可能準(zhǔn)確地繪制了這些曲線.通過測井儀、掘井器及地質(zhì)橫截面來測定許多硬的白云石和結(jié)晶石灰?guī)r地層的方位在繪

15、制這些曲線時作為基本要素.在每個井中，套管底部放至到佛羅里達(dá)含水層頂部的硬白云石地層.在這極硬地層的井徑可認(rèn)為是井的最小直徑，可用作繪制流量分布曲線的要素.通常通過這地域的水速大于通過套管的水速.因為套管的直徑稍大于硬地帶的井徑.并且，通過無管井洞的流阻趨向于使得在井孔中心觀察到的流速要大于在井管中觀察到的流速（且1號井速度曲線、圖4）.在這硬地帶下直到海平面以下大約750英尺，通常無堅硬白云石或石灰?guī)r地層.海平面下750-850英尺、有割面擴(kuò)大，硬的、白云石地層，通常被作為繪制流量分布曲線的要素.850英尺深以下,在含水層中存在許多不連續(xù)的硬地域，可，用作在繪制流量分布曲線時井中的標(biāo)記.圖4

16、,圖5流量分布曲線的對照可看出它們是相似的.從含水層頂部到地面下1400英尺至少有三個分賈產(chǎn)水區(qū)域通過井孔出水.第一產(chǎn)水區(qū)域從地面下大約600英尺處的含水層頂部延伸到地面以下800英尺處.第二產(chǎn)水區(qū)域在地面下大約900英尺120。英尺.第三產(chǎn)水區(qū)域在地面下大約128。英尺以下.流量分布曲線也表明產(chǎn)水區(qū)域至少被二個相對不滲透地層分離，此地層幾乎沒有水流進(jìn)井里.在這四個井中由大約100-180英尺厚的相對不*透地層把第一產(chǎn)水區(qū)域與第二產(chǎn)水區(qū)域分嘉開，相對不滲透地層的頂部在地面下大約8001000英尺.在1.2,3,4號井里，由大約100英尺相對不滲透地層把第二產(chǎn)水區(qū)域與第三產(chǎn)水區(qū)域分離開，其地層頂

17、部在地面大約1200英尺1300英尺.每個井的面高程大致相同.然而，流量分布曲線表明：軟的、含水石灰?guī)r地層及硬的，相對不滲透石灰?guī)r、白云石地層在各井的含水層中并不處于招等深度或占有同樣厚度.在開洞底部與套管底部之間流入每個井中水的總百分比是100%,在套管以下每一百英尺之間流進(jìn)井的水量所占比例可由流量分布曲線（圖4和圖5）來確定。由這些曲線可得出.套管下每一百英尺之間流量的百分比，在每段之間流量百分比增加是每百英尺之間流人井的:水量。由流量分布曲線繪制的柱狀圖表（圖6）顯示衰言下每段流進(jìn)井內(nèi)水的百分比。2號井100010001號井H童岫加侖660813深量615KI侖抽水I5GG如侖o1200

18、圖6柱狀圖表為1,2,3、4號井套管下流量的百分比這柱狀圖表表明那個區(qū)域產(chǎn)生大部分的水小于1035%水量是來之第一產(chǎn)水區(qū)域。CE接第58頁）圖3類似地給出三個收集器水底源速的水力效率,用H和NH收集器做了兩種流速實驗.NH收集器效率0.94到0.97,H吹集器相應(yīng)效率是0.94和0.96.Helley-Smith采洋器在平均底流效率1.43、在4種流速下做了試驗.其Eh值范圍為1.331.54在流速范圍為77cm/$l33cm/$時.平均這個區(qū)域是從套管的底部到地面下大約800英尺的地段。含水層最大產(chǎn)水區(qū)瓊在地而下大約900120。英乓、其水量-應(yīng)于每卜棄豹50%,柱狀氐心.追在2號和4嶺茄，工技S0英尺以下穿透？、'二產(chǎn)水區(qū)蛟5»-W英尺地段，流進(jìn)井，勺艮屹共上艱加20%流量來