Hidrológiai Közlöny 2007 (87. évfolyam)

2. szám - Székely Ferenc: Kalibrációval támogatott kúthidraulikai modellezés nagy vastagságú, heterogén repedezett és porózus tárolókban

56 Kalibrációval támogatott kúthidraulikai modellezés nagy vastagságú, heterogén repedezett és porózus tárolókban Székely Ferenc 1204. Budapest, Bocskai utca 13., e-mail: fszekely(5)vnet.hu Kivonat: A nagy vastagságú és maximálisan 500 szegmensből (eltérő áteresztőképességű szakaszból) álló tárolókat tetszőleges mélység-szakaszokban megnyitott kutak esetében a tranziens depresszió és a beáramlási profil egyidejű modellezésére a WT szoftver alkalmas eszköznek bizonyult. A HC kalibrációs szoftverrel összekapcsolt szimuláció lehetőséget nyújt a réteg- és kúthidraulikai paraméterek meghatározására. A gránitban mélyített, 296,87 m mély Üh-30 fúrás felső szakaszán végzett áramlásmérés adatainak interpretációja lehetővé tette az itt található hat beáramlási zóna transzmisszivitásának a meghatározását. A 750 m mély Szolnok B-102 hévízkútban a próbaszivattyúzás eredményeinek értelmezése az áramlásmérés adatainak és a szkin hatásnak a figyelembevételével történt. A számított paraméterek alapján 10000 napos depresszió előrejelzés készült a kútban és az 1180 m vastagságú porózus tároló különböző távolságú szelvényeiben. Kulcsszavak: kúthidraulikai modellezés, áramlásmérés, paraméterbecslés, depresszió előrejelzés 1. Bevezetés A vízkutakban és kutató fúrásokban végzett különböző hidrodinamikai tesztek elsődleges célja a feltárt földtani képződmények szivárgáshidraulikai paramétereinek a meghatározása. Szürőzött kutak esetében ehhez csatlakozik a szűrő-ellenállást jellemző szkin paraméterek becslése is. A fenti paraméterek alapján kúthidraulikai vagy numerikus szimulációval a hosszúidejű termelés hatása is modellezhető. A megbízható paraméterek kulcsszerepet játszanak a különböző vízvédelmi, kárelhárítási és kármegelőzési tervek, valamint környezetvédelmi (pl. hulladék-tárolókra vonatkozó) hatástanulmányok kidolgozásában. Nagy vastagságú tárolókban, megfigyelő kutak hiányában alapvetően a megcsapolt és a csatlakozó rétegek paraméter-becslésére nyílik lehetőség, a rövididejű (általában néhány óra tartósságú) tesztek során mért nyomás és áramlásmérési adatokra elsősorban ezek vannak hatással. Szerző tapasztalatai szerint az elemzés megbízhatóságát nagymértékben növeli a kútszelvény egészére vagy azon túlterjedő, sokszintes, háromdimenziós (3D-s) kúthidraulikai modellezés. A megcsapolt rétegektől eltérően a többi képződmény paraméterezése becslés, karotázs adatok vagy egyéb hidraulikai tesztek eredményei alapján történhet. A 3D-s modellezéssel csökkenthető a korlátozott számú vízadóra Theis (1935), Hantush-Jacob (1955) és más szerzők által kidolgozott kúthidraulikai képletek alkalmazásából fakadó csonkítási hiba. A földtani szelvénnyel összehangolt (ún. geológia konform) kútmodell a paraméterbecslést követően hosszúidejű előrejelzésre is felhasználható. A paraméterek meghatározásában fokozódó szerepet töltenek be a különböző módszertani alapokon álló, jelenleg is fejlesztés alatt álló számítógépes kalibrációs eljárások. A koncentrált paraméterekkel jellemzett kúthidraulikai modellek különösen alkalmasak ezek felhasználására. Az alkalmazás során felmerülő problémák ellenére ezek a módszerek és eszközök ma már nem nélkülözhetők a nagyszámú réteg- és kúthidraulikai paraméterrel jellemezhető modell kalibrációs problémák megoldásában. A tanulmány a fenti elvek figyelembevételével két hidrodinamikai teszt interpretációját ismerteti. Az üveghutai gránit formációt feltáró Üh-30 fúrás felső szakaszán végzett áramlásmérés eredményeinek értelmezése lehetővé tette a repedezett szakaszok transzmisszivitásainak megbízható számítását. A Szolnok B-102 hévízkútban végzett áramlásmérés 3D-s modellezése a réteg- és kúthidraulikai paraméterek becslésére mutat be esettanulmányt részlegesen turbulens áramlási feltételek mellett. A negyedkori és felsőpannon tároló teljes vastagságára kiterjedő kútmodell felhasználásával lehetőség nyílt a depresszió hosszúidejű előrejelzésre is. 2. Kúthidraulikai modellezés nagy vastagságú szegmentált tárolókban A nagy vastagságú, függőlegesen heterogén tárolókat megcsapoló egyedi kutakban vagy kutató fúrásokban tengelyirányú függőleges áramlás, földtani környezetükben döntően hengerszimmetrikus szivárgás, a két tartomány között, a szűrőn és a szkin zónában pedig radiális irányultságú vízmozgás alakul ki. Az ismertetett esettanulmányokban a tároló leképzése az ún. szegmentált kútmodellekkel (Székely 2006), a hidraulikai modellezés pedig a kút- és réteghidraulikai folyamatok összekapcsolásával (Székely 1992, 1992a, 2006) történt. Azonos litológiai (pl. gránit vagy mészkő) egységeken belül az eltérő hidraulikai tulajdonságokkal jellemzett szegmensek (szakaszok) lehatárolása kúthidraulikai mérések (áramlásmérés, pakker tesztek) alapján történhet (4. fejezet). Eltérő litológiai egységekből (homok, agyag stb.) felépülő szelvények esetében a szegmentált kútmodellek struktúrája alapvetően a földtani és geofizikai szelvényt követi (5. fejezet). 3D-s kúthidraulikai modellezés esetében a feltételezetten állandó vastagságú szegmensek (réteg, repedezett szakasz, karsztos zóna) hidraulikai paraméterei a réteg- és keresztirányú szivárgási tényezők Kr és Kz m/d, valamint a fajlagos tárolási tényező Ss l/m. Ezek értékei sugárirányban szakaszosan változhatnak, a gyakorlatban eddig a radiálisan homogén vagy bizonális paraméter eloszlás (Székely 2006, Székely-Galsa 2006) alkalmazására került sor. Szerző felmérése szerint a pannon medencében a hévízkutak vízföldtani naplóiban dokumentált rétegek száma a 400-at is meghaladja. Ennek következtében a földtani szelvényhez igazodó, geológia konform kútmodellek alkalmazása érdekében a hidraulikai modellezésre szolgáló WT szoftver kapacitását a korábbi 100 szegmensről (Székely 2006) 500-ra kellett bővíteni. A maximálisan 500, állandó vastagságú szegmensből álló áramlási rendszerben kialakuló nem-permanens depresszió számítására a WT szoftver az ún. átmeneti függvények módszerét és az egyes megcsapolt szakaszok egymásra hatásának (szuperpozíciójának) elvét alkalmazza. A megnyitott szakaszok átmeneti függvényei az egységnyi víztermelés hatására kialakuló térbeli depreszszió időbeni változását jellemzik és a szivárgás-hidraulikai paraméterek hatását tükrözik. Előállításukra elsősorban a Laplace és Hankel transzformáció felhasználását igénylő analitikus módszerek javasolhatók. Ezek közül a homogén hidrodiffuzivitású