آزمایش لوژان (Lugeon Permeability Test Method)

استاندارد: isrm-suggested-method-for-the-lugeon-test_compress متداول ترین آزمایش جهت تعیین نفوذپذیری طبقات سنگی، آزمایش لوژان است. این آزمایش در طبقات سنگی گمانه ها و در فواصل حدودا هر 5 متر انجام می شود که گاه ممکن است به خاطر آب خوری زیاد تشکیلات و عدم ایجاد قطعات 5 متری به علت ریزشی بودن مصالح و یا در ابتدای برخورد با طبقه سنگی جهت رند کردن متراژ آزمایشات بعدی، طول قطعه را کمتر از 5 متر انتخاب نمایند این آزمایش هماهنگ با حفاری انجام می گیرد به جز موارد خاصی که از پکر مضاعف (دبل پکر) استفاده می شود این آزمایش رو به پائین و با پکر منفرد انجام می شود و قبل از آزمایش میبایست حتمأ قطعه مورد نظر توسط آب صاف فاقد ذرات جامد کلوئیدی شستشو داده شود تا بریده های احتمالی از چاه خارج و در حین آزمایش ایجاد مشکل ننمایند. لازم به ذکر است استفاده از بنتونیت (گل حفاری) در حین حفاری به علت نفوذ در درز و شکافهای موجود در سنگ ایجاد نتایج گمراه کننده در آزمایش مینماید بدین خاطر جهت دستیابی به نفوذ پذیری واقعی زمین، حفاری بدون استفاده از گل حفاری انجام میگیرد.   هدف آزمایش: اندازه گیری نفوذ پذیری توده های سنگی درزه دار در صحرا   وسایل آزمایش:

1. پمپ آب (جهت تأمین فشار آب)
2. مسدود کننده ها یا پکر (برای آب بند کردن دو سر قطعه مورد آزمایش)
3. کنتور آب (برای اندازه گیری دبی آب)
4. فشارسنج (میزان فشار آب را اندازه گیری می نماید)
5. منبع آب (جهت تامین آب مورد نیاز در طول آزمایش)
6. سیستم تولید و انتقال فشار گاز برای باد کردن پکرها (در صورت نیاز)

  روش آزمایش: در پکر مکانیکی لوله مشبک فلزی را به اندازه طول قطعه مورد آزمایش (معمولا 5 متر) به زیر پکر مشبک می بندیم و در انتهای لوله مشبک یک درپوش می بندیم تا آب از جوانب لوله به بیرون تراوش ننماید. پکر مورد استفاده می تواند از نوع مکانیکی یا بادی و یا آبی (پکر) یا مسدود کننده باید با ایجاد فشار بر گمانه در مقابل فشار اعمالی در قسمت مورد آزمایش مقاومت کافی داشته باشد. طول مسدود کننده باید حداقل  5 برابر عرض آن باشد در این آزمایش معمولا از مسدود کننده تکی استفاده می شود اگر قطعات خاصی مورد نظر باشد از مسدود کننده مضاعف استفاده می گردد. گیج فشار (فشار سنج) با ظرفیت سنجشی تا حدود 20 اتمسفر با دقت 1/0 اتمسفری مجاز میباشد نوسانات عقربه  فشارسنچ  در حین آزمایش تنها برای یکی از تقسیمات 1/0 اتمسفری مجاز میباشد. استفاده از مخازن جهت تثبیت فشار آزمایش الزامی است. آزمایش های نفوذپذیری نباید در شرایط توام با ضربات هیدرولیکی انجام گیرد. در صورتی که از پمپ های پیستونی استفاده میشود از تجهیزات لازم جهت کاهش فشار و جذب شوک های ایجاد شده باید استفاده شود. هر گاه که پمپ های سانترفیوژ مورد استفاده قرار گیرد تجهیزات مذبور موردی نخواهد داشت. آب مورد پمپ بعد از عبور از فشار شکن ها و یکنواخت شدن جریان از کنترل آب عبور می نمایند. بعد از کنتور در مسیر لوله یک گیج فشار جهت قرائت فشار موجود در لوله نصب می گردد. آب در مرحله بعدی از طریق اتصالات  لوله حفاری وصل شده و بعد از عبور از پکر که قطعه مورد آزمایش را از قسمتهای بالایی چاه جدا نموده از طرق سوراخ های جانبی لوله مشبک به قطعه تزریق می شود. ضمنا قبل از فشار شکن یک شیر برگشت و یک شیر رفت جهت کنترل مقدار آب تزریقی و فشار قرار داده میشود.

آزمایش لوژان با یک پکر

 

آزمایش لوژان با دو پکر

  قبل از شروع آزمایش میبایست افت فشار در سیستم پکر، لوله ها و اتصالات اندازه گیری و در شیت مربوط ثبت گردد و همچنین سطح آب زیرزمینی ،طول قطعه مورد آزمایش عمق قطعه مورد آزمایش، جنس مصالح، شماره گمانه و زمان شروع آزمایش، ارتفاع آب پخش کن و گیج فشار از سطح زمین یادداشت میشود. جهت انجام آزمایش ابتدا محل قطعه با آب بدون  فشار اشباع میگردد. مرحله اشباع به مدت 5 تا 10 دقیقه به طول می انجامد. زمانیکه آب به طور ثابت جریان پیدا کرد مرحله اشباع کامل شده است آزمایش معمولا در 5 یا 7 پله که شامل سه پله رفت و دو پله برگشت یا چهار پله رفت سه پله برگشت انجام می گیرد و تغییر فشار تدریجی خواهد بود. آزمایش تحت فشار معینی دوبار و هر بار به مدت 5 یا 10 دقیقه ادامه پیدا میکند و مقدار آب تزریقی در طی این مدت و در فشار مورد نظر یادداشت میگردد. البته برای عبور از یک پله به پله بعدی (به فشار بالاتر یا پائین تر) 5 تا 10 دقیقه زمان لازم است تا مطمئن شویم جریان مایع ثابت شده است. اختلاف دو قرائت هر پله نباید بیشتر از 10%± باشد. در غیر این صورت تا حصول اخلاف قرائت 10%± آزمایش ادامه پیدا میکند. اطلاعات بدست آمده در طول آزمایش در شیت مربوطه وارد شده و  آب خوری طبقه طبق فرمول زیر براساس و واحد لوژان محاسبه می شود. W = 10 Q / P_C که در آن: W = آبخوری براساس واحد لوژان که عبارت است از جریان یک لیتر آب بر دقیقه در متر طول گمانه در فشار km/  10 می باشد. Q= جریان آب تزریقی به لیتر در دقیقه، = فشار مووثر برحسب Kg/   می باشد.   فشار موثر از فرمول زیر محاسبه میشود: P_C = P_M + P_H – ΔP که در آن : : فشار مانومتر که از گیج قرائت میشود = فشار هیدرواستاتیک ΔP: افت فشار PH یا همان فشار هیدرواستاتیک عبارت است از وزن ستون آب روی قطعه مورد آزمایش که در صورت وجود سطح آب زیرزمینی تا سطح آب زیرزمینی و در صورت عدم وجود سطح آب زیر زمینی تا وسط قطعه مورد آزمایش محاسبه می شود. به علاوه وزن ستون آب ارتفاع پخش کن منهای ارتفاع گیج می باشد. یا افت فشار شامل افت پکر بعلاوه افت لوله حفاری می باشد که از فرمول یا جدول مربوطه بدست می آید یا اینکه عملا در صحرا به روش ذیل بدست می آید: جهت بدست آوردن افت فشار، پکر و لوله مشبک به علاوه لوله حفاری و آب پخش کن را به طور سری بسته آب را با حداکثر دبی مورد آزمایش از آن عبور داده و فشاری را که گیج موجود در مسیر قبل از آب به آب پخش کن نشان میدهد را به عنوان افت فشار در فرمول فشار قرار میدهیم و توضیح اینکه مسیر عبور آب آزاد می باشد. منحنی لوژان را مطابق شکل زیر بر اساس لوژان (دبی) و فشار موثر رسم میکنیم که خط تقرببی عبوری از این نقاط معرف آبخوری تشکیلات زمین می باشد چنانچه تقعر منحنی بسمت بالا باشد معرف باز شدن درزهای سنگ در اثر افزایش فشار می باشد و اگر تحدب منحنی به سمت بالا باشد معرف بسته شدن درزها در اثر افزایش فشار می باشد و در صورت مستقیم بودن منحنی (خطی) بیانگر بی تاثیری درزهای سنگ در اثر فشار اعمالی می باشد. نفوذ پذری یک واحد لوزن تقریبا برابر  سانتیمتر بر ثانیه می باشد.   نمودار نتایج آزمایش لوژان برای حالت های مختلف طبق نشریه 188 سازمان برنامه و بودجه (نشریه 188 – دستورالعمل آزمايش هاي تراوايي)