基于渗流-管流耦合模型的陇东地区水平井取水数值模拟及影响因素分析

为缓解油气资源开发中的缺水问题,常利用水平井开采地下水资源,但目前极少分析水平井取水影响因素问题。因此,利用数值模型模拟水平井开采方式,探究水平井布设方向、埋藏深度、管长及井管渗透性能对取水效果的影响。结果表明,在考虑取水效率和施工难度的情况下,最优水平井布设方向应沿来水方向,位置尽可能布设于洛河组上层,管长和井管渗透性能分别推荐为800~1000 m和0.15,对应开采量为1 368~2 389 m~3/d。研究结果对缓解陇东地区油气资源开发中水资源短缺问题和制定合理的水资源开发策略具有重要的指导意义。

“渗流-管流耦合模型”的物理模拟及其数值模拟

井孔 -含水系统问题是当今水文地质学最重要的研究课题之一。长期以来 ,水文地质模型中对井孔的刻画基本上都是引用“热传导”中的“线汇”理论 ,需要人工预先给定线汇 线源的流量或水头的分配 ,其正确性或适用性至今没有得到理论证明。陈崇希 (1993 )提出的“渗流 -管流耦合模型”和“等效渗透系数”在理论上已解决多个水文地质问题 ,也用于几个实例 ,本文再用物理模拟检验其可靠性。论文针对具有典型意义的河床下水平井或傍河垂直井地下水流问题做了砂槽物理模拟 ,并用基于“渗流 -管流耦合模型”和“等效渗透系数”的数值方法仿真模拟了此条件下地下水流的规律。成果表明 ,数值模拟观测孔水头动态相当好地再现了物理模拟结果。论文指出了“渗流 -管流耦合模型”和“等效渗透系数”在井孔 -含水系统问题上的广泛应用前景。

渗流-管流耦合模型及其应用综述

含水层-井孔水流问题是水文地质学中最重要的基础性研究课题之一。长期以来水文地质模型中对井孔的刻画基本上都是引用"热传导"中的"线汇"理论,需要人工预先给定线汇的流量或水头分配,其普适性至今没有得到证明。针对地下水混合井流模拟提出的"渗流-管流耦合模型"和"等效渗透系数"的概念、方法,不仅解决了混合抽水试验求取分层水文地质参数、预测分层地下水降落漏斗等问题,更重要的是提出的模型和方法具有一定的通用性,已被用于模拟水平井、自流井、观测孔等,并发展为岩溶管道-裂隙-孔隙三重空隙介质地下水流模型。"渗流-管流耦合模型"和"等效渗透系数"方法不仅得到现场试验的应用性验证,也通过物理模拟得到了检验。

基于渗流-管流耦合模型的辐射井取水效果影响因素分析

辐射井广泛应用于中国西北干旱地区,能够有效解决傍河地区的取水问题。通过大型砂槽物理实验,对现有辐射井取水的数值计算模型进行拟合。在模型合理可靠的基础上,以洛河金鼎水源地为研究区,设计了不同的方案,对辐射管的仰角、长度、竖井位置、河流深度、辐射管埋深等影响因素进行模拟,讨论了不同影响因素下辐射井取水量的变化,并给出了辐射井结构的优化建议,这对辐射井的实际施工具有重要的意义。

广义管流-渗流耦合试井分析模型

利用“广义流度”实现了管流和渗流模型在形式上的统一、实现了常用线性和非线性流动规律在形式上的统一,使得油气藏在不同区域或不同尺度上能够使用相同形式的运动方程构建统一的控制方程。定义了不同流动条件的广义流度,并由此建立了广义管流-渗流耦合的基本流动控制方程,构建了管道形复合储集体模型和部分打开圆柱形储集体模型这两种典型管流-渗流耦合的试井分析示例模型。管道形复合储集体模型压力降落双对数图可呈现两组线性流特征。部分打开圆柱形储集体模型压力降落双对数图可出现球形流和线性流特征,亦可出现球形流和径向流特征。两个示例模型的压力恢复导数曲线在前期与各自压力降落导数曲线基本重合,在后期均呈下坠特征,且生产时间越短下坠特征出现的时间越早。通过3个应用实例分析验证了模型的实用性和可靠性。图15表4参36。

渗流井辐射管-含水层间水量交换数值模拟研究

渗流井取水工程因其高产、高效、低耗、供水成本相对较低等优点被广泛运用,但目前的渗流井取水工程对取水量关注较多,对辐射管-含水层间水量交换系数缺乏研究。为此,通过大型砂槽物理模拟试验,设计不同辐射管仰角、不同辐射管长度、不同渗漏补给能力河流及不同竖井降深共101种试验方案,分析渗流井取水效果的影响因素。对辐射管-含水层间的水量交换系数C1的计算公式进行推导,并利用MODFLOW软件建立数值模型,对部分试验方案进行模拟,并将C1值计算公式应用于模型中,利用试验数据对模型识别验证,并对辐射管-含水层间的水量交换系数C1的计算公式进行验证。最终,确定出辐射管-含水层间的水量交换系数C1的计算公式。

井孔-含水层系统数值模拟方法研究进展

目前"井孔-含水层"系统处理的三种主要方法:基于线汇理论的井孔模拟、高渗透系数法和渗流-管流耦合模型,评述了各种方法的优缺点,重点指出了传统线源(汇)法理论上的缺陷及实际应用中的局限性。概括了MODFLOW,TOUGH2,FEFLOW等地下水数值模拟软件对井孔含水层模拟的方法;应加强井周小尺度水流水质的精细研究,并研究井周水流运动对水质的作用,以及对大尺度地下水模拟的影响。

盘塘水源地渗流井取水方式下地下水允许开采量计算

介绍了渗流井的结构和井流特征,通过引入等效渗透系数,构建"渗流—管流"耦合模型,建立了渗流井取水的数学模型。以陕西省神木县盘塘水源地为例,用地下水流三维有限差分法对水源地地下水允许开采量进行了计算。结果表明,盘塘水源地渗流井开采方式下,地下水允许开采量为92 400m3/d,枯水期允许开采量为56 200m3/d。通过对比不同取水方式下的允许开采量,认为渗流井取水方式较管井、辐射井等取水方式具有出水量大,易管理等优势。在干旱半干旱的地区,渗流井具有明显优于其他取水结构的特点。

渗流井取水方式地下水允许开采量计算

文章在分析渗流井井流特征的基础上,通过引入等效渗透系数,构建渗流井取水的"渗流—管流"耦合模型,建立了渗流井取水的数学模型,提出了渗流井取水计算模型。以陕西省悖牛川水源地为例,通过水文地质条件的分析,提出悖牛川陕西段河谷区地下水渗流井的开采方式。结合具体的水文地质结构及有关参数,采用地下水流三维有限差分法计算了各渗流井的出水量及其组成。在考虑河流持续断流45d的情况下,计算了断流条件下渗流井出水量的衰减过程,在此基础上,确定了悖牛川陕西段河谷区地下水渗流井开采方式新增允许开采量。

马镇渗流井现场试验及数值模拟研究

为研究马镇研究区渗流井取水效果,采用地质雷达和钻孔相结合的方法揭示研究区地层,建立三维地层结构模型。对研究区合理概化,建立地下水数值模型,并利用渗流井抽水试验对模型识别和验证,确定出水文地质参数。对模型参数进行灵敏度分析,结果表明:第四系水平渗透系数对渗流井取水效果影响最大,河流渗漏补给系数C1值对渗流井出水量影响最小;对渗流井结构进行优化设计,得出辐射管仰角为 20°~30°,洞室间距应设置在 75~100m之间时,渗流井取水效果较好。研究成果可为渗流井取水方式的广泛应用和提高取水效率提供指导。

张家川水源地渗流井允许开采量的数值模拟计算

在分析渗流井的结构与水流特征的基础上,通过引入等效渗透系数,结合当地地质、水文地质条件,构建渗流井取水的"渗流-管流"耦合模型,用于神木县张家川傍河水源地渗流井取水工程。确定水源地的布井方式与开采方案,计算水源地的平、枯水期允许开采量。结果得出:干水期允许开采量为35 500 m3/d,枯水期允许开采量为11 800 m3/d。

神木县合河水源地渗流井取水效果对比分析

为了研究陕西省神木县黄河谷地合河漫滩区渗流井取水效果,通过建立研究区的地下水流三维数值模型,分别模拟计算了黄河平、枯水期渗流井的出水量及其组成,对渗流井在单、群井作用下,与相同开采技术条件下的廊道及辐射井模型模拟结果进行了对比,表明渗流井取水结构的出水量大,供水保证率高,并且在建议开采量下含水层的水位降在允许范闻内。建议渗流井总开采量为:平水期35 200 m3/d,枯水期27 400 m3/d。

黑河中游盆地地下水流建模的若干问题

针对建立地下水流概念模型和数学模型时往往忽视井孔描述和井流特征分析等问题,以黑河中游盆地地下水流建模为例,重点剖析了目前国际上应用最广的MODFLOW软件在模拟混合抽水井时的不妥之处,并采用符合地下水流机理的“渗流-管流耦合模型”来解决混合抽水井和观测孔的模拟问题;采用分别对“点泉”、“面泉”进行描述的方法来解决泉流量的模拟问题;提出了“滞后入渗补给权系数”及各时段入渗补给量的确定方法来解决河流、渠系、降雨滞后补给潜水的描述问题。同时,建立了包含达西流-非达西流的地下水三维不稳定流数学模型。

水平井开采地下水方案优选的实例研究

为了合理有效地开采地下水,科学地设计地下水开采方案非常关键。在陕西省北部神木县境内的合河水源地选择了廊道、辐射井和渗流井3种水平井开采地下水方式,每种方式设计了多种开采方案,其中廊道有20种方案,辐射井有2种,渗流井有2种。利用Visual MODFLOW软件,以"等效渗透系数"及"渗流-管流耦合模型"为理论基础,对不同方案进行地下水流数值模拟,并分别计算其平水期和枯水期的取水量。考虑枯水期的衰减程度、施工难度、造价及管理的难易程度等多种因素,最终确定"4眼渗流井开采"为最佳方案,其平水期总开采量为35 400m3/d,枯水期总开采量为27 500m3/d。

辐射井取水方式数值模拟方法

简要分析了辐射井的井流特征,将辐射井的井管刻画为由一系列离散的管道和节点组成的井管,以辐射井井管与所在含水层之间的交换量作为耦合点,将离散的井管和有限差分网格耦合起来,建立辐射井取水计算模型。以陕西府谷墙头水源地为例,通过水文地质条件分析,提出黄河墙头段河谷区地下水辐射井开采方式。结合具体的水文地质结构及有关参数,利用已建立的辐射井取水的渗流-管流耦合模型计算了各方案下各个辐射井的出水量,最终确定了辐射井的允许开采量。

辐射井疏干技术在露天矿地下水疏干中的应用研究

现有的井群疏干、地下巷道集中排水、地表地下联合疏干方法都已比较成熟有效,但当矿区的地下水系统由非均质各向异性、低渗透性含水介质组成时,井群疏干受到低渗透性含水层和高倾角裂隙的制约,无法达到良好的疏干效果。地下巷道集中排水方法一次性工程投入很大,含水层富水性极度不均时易造成许多不必要的浪费;地表地下联合疏干方法的地面部分对矿坑边坡安全和采场作业都会造成一定的影响。结合马钢集团南山矿业公司高村露天铁矿的地下水疏干技术研究专项,调查分析了矿区地质和水文地质条件,含水介质特点及含水层富水特征,借助GMS软件建立了高村矿区地下水水流模型,提出了辐射井疏干技术的设想,并依据前人提出的"渗流-管流耦合模型"模拟辐射井,完成了此类矿山的地下水辐射井疏干方法的初步研究。

南河底水源地取水方式选取对比分析

在简要介绍研究区水文地质条件的基础上,初步选定了3种开采方案:管井、廊道和渗流井。其中管井开采量采用纯渗流模型计算,廊道、渗流井开采量采用"渗流-管流"耦合模型计算。通过对比分析这3种取水方式的取水效果,最终确定了南河底水源地地下水开采方式和允许开采量,对研究区地下水的合理开发具有重要的指导意义。

木头峪水源地廊道取水允许开采量计算

简要分析了廊道的水流特征,通过引入等效渗透系数,构建廊道取水的"渗流-管流"耦合模型,并用之于陕北佳县木头峪水源地廊道取水工程,确定了开采方案,同时计算了开采方案枯水期廊道取水的允许开采量,最终确定木头峪地下水廊道开采方式允许开采量为16 900 m3/d。建立的廊道取水数学模型能较好地反映廊道的水流特征。

神木县刘家湾水源地不同取水方式对比分析

在对研究区的水文地质条件进行分析后,设计了3种常用开采方案:廊道、辐射井和渗流井。通过引入等效渗透系数的概念构建3种取水建筑物的"渗流-管流"耦合模型,从而进行开采量的计算。计算出研究区在廊道、辐射井、渗流井的作用下允许开采量分别1.49、1.9、2.87万m3/d。计算结果表明:渗流井与相同技术条件下的廊道及辐射井相比,取水结构的出水量大,供水保证率高,并且在建议开采量下含水层的水位降深在允许范围内。最终以取水效率高为目标,确定神木县刘家湾水源地采用渗流井方式开采地下水,对研究区合理开发利用地下水具有重要意义。

张家川水源地不同取水方式对比分析

经过对研究区的水文地质条件进行分析,设计了3种开采方式:廊道、辐射井、渗流井。建立研究区的地下水流三维数值模拟,计算出廊道、辐射井、渗流井的允许开采量分别为:0.65、0.68、1.18万m3/d。通过对比分析,表明渗流井与相同技术条件下的廊道及辐射井相比,出水量大,供水保证率高,并且在建议开采量下含水层的水位降深在允许范围内。最终选定渗流井作为张家川水源地地下水的开采方式,对研究区地下水的开发利用具有很好的指导作用。