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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.44.2020.tde-03082020-132524
Document
Author
Full name
Marcos Bolognini Barbosa
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2020
Supervisor
Committee
Bertolo, Reginaldo Antonio (President)
Campos, José Eloi Guimarães
Cunha, Rodrigo César de Araújo
Galvão, Paulo Henrique Ferreira
Lima, Paulo Lojkasek
Wahnfried, Ingo Daniel
Title in Portuguese
Aplicação e desenvolvimento dos métodos de caracterização de aquíferos fraturados utilizando poços tubulares
Keywords in Portuguese
Aquífero fraturado
Geofísica de poço
Obturadores
Abstract in Portuguese
Os aquíferos fraturados são reservatórios de água doce importantes no Brasil (recobrem cerca de 36% do território), e entender os mecanismos que controlam a sua dinâmica hidráulica e hidroquímica tem grande valor científico e prático relevante para a sociedade. Ainda assim, este tipo de aquífero é pouco estudado se comparado aos meios porosos. Esta disparidade ocorre devido às características intrínsecas desse tipo de aquífero, que lhes conferem elevado grau de complexidade, pela sua heterogeneidade e anisotropia, e inacessibilidade. Tendo em vista a dificuldade de acesso aos aquíferos fraturados, é importante que se faça uso racional e eficiente dos poços tubulares, utilizados para abastecimento e, portanto, presentes em grande parte do território. Seu uso apresenta desafios para estudos de hidrogeologia e ambientais. Visando contribuir para o avanço dessa área do conhecimento, esta tese se propõe a aplicar e desenvolver os métodos de trabalho para a caracterização de aquíferos fraturados e incorporar técnicas amplamente utilizadas internacionalmente ao cenário brasileiro. Para tanto, são abordados, em detalhe, aspectos desde o planejamento até a interpretação integrada dos resultados. As técnicas utilizadas deram ênfase aos aspectos construtivos do poço, às características físicas e estruturais da rocha e às propriedades hidráulicas e hidroquímicas do poço e do aquífero. Para isso, foram utilizados equipamentos de geofísica de poços e obturadores para ensaios hidráulicos e amostragem de água. A aplicação de métodos de caracterização de fluxo em furo aberto compreendeu o aprimoramento da técnica de processamento e análise de dados para obtenção de parâmetros hidrogeológicos, resultando em uma nova versão do software FLASH. Quanto ao uso de obturadores, foi desenvolvida uma unidade móvel para ensaios hidráulicos e amostragem de água subterrânea em trechos discretos. O método foi aplicado em 29 poços tubulares e aprimorado a partir da experiência adquirida. O enfoque dado nesta pesquisa tem viés metodológico e propõe contribuir com o planejamento e execução de trabalhos em aquíferos fraturados. O método estabelece a forma de utilização de técnicas geofísicas e hidráulicas, em furos abertos e porções discretas com uso de obturadores. Ele tem uma progressão em três etapas: preliminar; geofísica; e ensaios hidráulicos e amostragem com obturadores. A etapa de geofísica faz uso de oito sondas de forma sequencial: câmera, cáliper, gama, ótico, acústico, resistividade, temperatura e condutividade ou resistividade do fluido, flowmeter. Os principais aspectos que influenciam a qualidade dos trabalhos realizados em poços são o método utilizado na perfuração do poço; a condição em que o poço se encontra; a preparação adequada da etapa de campo; a sequência de execução das técnicas de caracterização; os procedimentos de coleta de dados; e os procedimentos de processamento e análise dos dados.
Title in English
Development and application of methods for characterization of fractured aquifers using water wells
Keywords in English
Borehole geophysics
Fractured aquifer
Packer
Abstract in English
Fractured aquifers are an important freshwater reservoir in Brazil (they cover approximately 36% of the territory) and understanding the mechanisms that control its hydraulic and hydrochemistry dynamics has relevant scientific and practical value to society. Yet they still barely studied in comparison with porous media. This discrepancy occurs due to the intrinsic characteristics of this type of aquifer, attributable to an elevated grade of complexity, as a result of its heterogeneity and anisotropy, and inaccessibility. Bearing in mind the difficulty of accessibility to fractured aquifers, it is important to make a rational and efficient use of wells drilled for water supply and therefore present in large parts of the areas. However, its use presents challenges for hydrogeological and environmental studies. Envisaging the contribution for the advancement of this area of knowledge, this thesis proposes the application and development of procedures for the characterization of fractured aquifers and to incorporate widely used techniques abroad to the Brazilian scenario. Therefore, aspects from planning to integrated interpretation of results are covered in detail. The techniques utilized emphasized the well construction aspects, the physical and structural characteristics of the rock as well as the hydraulic and hydrochemistry properties of the well and aquifer. To accomplish that, it was used borehole geophysics tools and straddle packers for hydraulic testing and groundwater sampling. The application of open hole characterization methods included the improvement of a computer program for flow-log analysis of single holes and data analysis to obtain hydrogeological parameters. As for the use of packers, a mobile unity was developed for hydraulic testing and sampling of water in discreet intervals. This method was applied in 29 water wells and improved according to the experience gained. This research focuses on methodological aspects and therefore intends to contribute with the planning and execution of fieldwork in fractured aquifers studies. The method establishes the use of geophysical and hydraulic techniques in open holes and discrete portions with packers. It has a progression in three stages: preliminary; borehole geophysics; and hydraulic testing and sampling with packers. It was used a sequence of eight borehole geophysics as camera, caliper, gamma, optical, acoustic, resistivity, fluid temperature and conductivity or resistivity and flowmeter. The main aspects that influence the quality of the work are the drilling method; the well condition; proper preparation of the fieldwork; the sequence of the characterization techniques; the data collection procedures; and data processing and analysis procedures.
 
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Publishing Date
2020-08-11
 
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