[發明專利]一種識別鉆孔正薄壁效應并確定含水層水文地質參數的微水試驗法

有效

• 申請號: 202210082054.1
• 申請日: 2022-01-24
• 公開（公告）號: CN114487347B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發明（設計）人: 趙燕容;董小松;朱留杰;王浩楠;王長生;呂培;王錦國;張子民;魏裕豐;李良琦;趙亮;靳文超;許林軍
• 申請（專利權）人: 河海大學;河南省西霞院水利樞紐輸水及灌區工程建設管理局
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01N15/08
• 代理公司: 南京中律知識產權代理事務所(普通合伙) 32341
• 代理人: 李建芳

1.一種識別鉆孔正薄壁效應并確定含水層水文地質參數的微水試驗法，其特征在于：包括如下步驟：

1)基于鉆孔正薄壁效應影響下的環狀雙層有限厚度井孔試驗模型，推導在鉆孔內瞬時微小水位變化的條件下鉆孔水位隨時間變化的解析解，通過MATLAB編程得到正薄壁情況下標準曲線數據并繪制HD-τ標準曲線；

2)基于鉆孔微水試驗中水位恢復隨時間變化的試驗數據，匹配標準曲線以識別鉆孔正薄壁及因子，同時，采用配線法確定鉆孔試驗段含水層滲透系數和貯水率；

步驟1)中，采用拉普拉斯變換的方法，對基于鉆孔正薄壁效應影響下的環狀雙層有限厚度井孔試驗模型進行求解，將試驗模型的方程、定解條件通過無量綱因子和參變量轉換為無量綱形式，并依次進行拉普拉斯變換，得：

其中：為無量綱形式水位變化；p為無量綱時間；α為薄壁因子；γ表示井管儲蓄效應大小；β的大小反映代表在此強弱比例下，是兩層之間的透水性差異性影響較大亦或是儲蓄效應的差異性影響較大；I₀(x)為第一類修正貝塞爾函數；K₀(x)為第二類修正貝塞爾函數；a₁、a₂、c₁、c₂為常數系數，無實際物理意義；

采用AWG算法對公式(35)進行拉普拉斯逆變換：

其中：g(t)為實空間的像原函數；G(s)為拉氏空間的像函數；N為求和項數；t為時間；i為正整數；V_i為綜合系數；

將公式(35)代入公式(36)中進行拉普拉斯逆變換得：

式中：H_D(τ)為拉普拉斯逆變換后的水位變化無量綱形式，其余符號意義同上；τ表示無因次時間；

利用MATLAB編程，得到正薄壁情況下不同薄壁因子α所對應的標準曲線數據，再根據標準曲線數據繪圖即可獲得正薄壁效應影響下HD-τ標準曲線。

2.如權利要求1所述的識別鉆孔正薄壁效應并確定含水層水文地質參數的微水試驗法，其特征在于：步驟2)中，通過試驗數據繪制出HD′-t實測曲線，使實測曲線與標準曲線的縱坐標軸保持對齊，然后將實測曲線沿橫坐標軸平移使得實測曲線與標椎曲線相擬合，記下相擬合的標椎曲線對應的α值、β值與γ值，同時，任選一匹配點，記下對應的坐標值[τ]和[t]，然后計算含水層滲透系數K₂、含水層貯水率S₂、正薄壁層滲透系數K₁和正薄壁層貯水率S₁，其中：

含水層貯水率：

正薄壁層貯水率：

含水層滲透系數：

正薄壁層滲透系數：

式中：下標1，2分別表示正薄壁層和承壓含水層內參數；t為時間；K為滲透系數；S為貯水率；r_c為鉆孔套管半徑；B為承壓含水層厚度；γ表示井管儲蓄效應大??；τ表示無因次時間。

3.如權利要求2所述的識別鉆孔正薄壁效應并確定含水層水文地質參數的微水試驗法，其特征在于：步驟2)中，試驗數據的獲得方法為：

A、在現場鉆孔至需要測試的含水層的底面、并將含水層底面以上的土樣取出鉆孔，同時將花管下至試驗段，長度與試驗段厚度相同，花管上部連接不透水的死管作為套管，然后用繩索將可自動記錄水位數據的多功能探頭放置于井孔內水位以下2米左右并至等待水位穩定；

B、通過瞬間氣壓、提水、抽水或注水方式改變鉆孔內的水位，并記錄鉆孔水位隨時間的變化；然后，基于鉆孔微水試驗中水位恢復隨時間變化的試驗數據，匹配標準曲線以識別鉆孔正薄壁及因子，同時，采用配線法確定鉆孔試驗段含水層滲透系數和貯水率。