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Armazenamento e TransmissividadeArmazenamento e Transmissividade
Em
Meio Poroso e Meio Fraturado
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• A caracterização do regime de águas subterrâneas em rochas fraturadas pode ser feita com base em métodos de testes hidráulicos simples e métodos analíticos.
• TransmissividadeTransmissividade e Coeficiente de
armazenamento são oriundos de métodos analíticos para meio poroso (fluxo radial) que não representam as condições de contorno muito mais complexas inerentes dos aqüíferos fraturados.
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• Métodos analíticosMétodos analíticos são frequentemente utilizados para estimar a TransmissividadeTransmissividade (TT) e o Coeficiente de Coeficiente de ArmazenamentoArmazenamento (SS) de um aqüífero.
• O modelo clássico analítico é o modelo de TheisTheis (1935), que é usado para aqüíferos confinados homogêneos e isotrópicos.
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• Via de regra, o meio fraturadomeio fraturado é mais complexocomplexo que o meio poroso porque o escoamento pode ocorrer em conduítes conduítes distintosdistintos e possivelmente na matriz de matriz de porosporos.
• A caracterização da geometriageometria, localização e conectividade das localização e conectividade das fraturasfraturas é essencial para se interpretar a resposta do aqüífero ao bombeamento. Na grande maioria dos aqüíferos fraturados a resposta difere significativamente da predita por Theis.
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• O desenvolvimento da teoria do escoamento em meio poroso começou com o trabalho experimental de Henri Darcy Darcy, publicado em 18571857.
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• O estudo do escoamento escoamento através de rochas através de rochas fraturadasfraturadas foi primeiro desenvolvido na industria industria do petróleodo petróleo.
• Estes estudos resultaram de observações que a produção de óleoprodução de óleo e gás gás podia ser significativamente aumentadaaumentada por se fraturarfraturar as formações rochosasformações rochosas nas proximidades dos poços.
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• O escoamentoescoamento de águas subterrâneas no meio fraturadomeio fraturado é primariamente controlado pelas fraturascontrolado pelas fraturas. Como resultado, o fluxo pode seguir caminhos fluxo pode seguir caminhos tortuosostortuosos devido ao alto grau de heterogeneidade espacial induzida pelas fraturas.
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Condutividade Hidráulica:Condutividade Hidráulica:
• A condutividade hidráulica de um aqüífero, K [m/s], é a propriedade que descreve a capacidade da água de escoar através do meio poroso. Ela pode ser decomposta em 3 termos:
K = K = k/k/Onde:
k [m²] é a permeabilidade intrínseca;
[Pa/m] é o peso específico do fluido;
[Pa.s] é a viscosidade dinâmica do fluido;
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Na indústria do petróleo a lei de Darcy é frequentemente escrita na seguinte forma:
Onde:
= h [Pa] é o potencial total;
kq
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A permeabilidade intrínseca, k, está relacionada com o tamanho do poro no meio granular na seguinte forma:
k = Cd²k = Cd²
Onde:
CC é uma constante;
dd é o diâmetro médio do poro;
Para o meio fraturado temos:
k=e²/2k=e²/2
Onde ee é a abertura da fratura.
Note que k cresce com Note que k cresce com o quadrado do o quadrado do
diâmetro médio do diâmetro médio do poro ou da abertura poro ou da abertura
da fratura!da fratura!
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• A complexidade do escoamentocomplexidade do escoamento através das fraturas torna inadequadoinadequado o uso das técnicas clássicastécnicas clássicas de interpretaçãointerpretação dos testes hidráulicos.
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• O armazenamentoarmazenamento no cristalino fraturado é geralmente baixo baixo.
• Como conseqüência, pequenas pequenas quantidades de injeçãoquantidades de injeção ou de descargadescarga dos poços construídos nestas rochas pode ter um efeito mensurávelefeito mensurável nos níveis da água da região circunvizinha.
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Movimento das águas subterrâneas Movimento das águas subterrâneas nas rochas cristalinas fraturadasnas rochas cristalinas fraturadas
• As rochas cristalinasrochas cristalinas são de difícil difícil caracterizaçãocaracterização; assim, o movimento das águas subterrâneas é de difícil prediçãodifícil predição.
• O escoamentoescoamento nas rochas cristalinas ocorre nas fraturasfraturas, mas nem todas as nem todas as fraturas conduzem águafraturas conduzem água.
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• O escoamentoescoamento realmente se dá nas partes das fraturas que estão conectadas conectadas a uma fonte de águaa uma fonte de água e que podem conduzir o escoamento (ver figura).
• O armazenamento é baixoarmazenamento é baixo comparado com a condutividade hidráulicacondutividade hidráulica da rocha cristalina fraturada. A porosidadeporosidade do cristalino fraturado é tipicamente muito menor que no meio poroso – Em torno de 1% comparado com 25%,1% comparado com 25%, respectivamente (Freeze and Cherry, 1979).
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• As fraturas das rochasfraturas das rochas influenciam fortemente o escoamentoescoamento nesta formação.
• As equações convencionais para equações convencionais para poçospoços, desenvolvidas primariamente para aqüíferos homogêneos não são não são adequadasadequadas descrever o escoamento em rochas fraturadas.
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• Uma exceção ocorre em rochas duras de rochas duras de muito baixa permeabilidademuito baixa permeabilidade se as fraturas são numerosassão numerosas o suficiente e são uniformemente distribuídas em por toda a rocha;
• entãoentão o escoamentoescoamento que irá ocorrer através das fraturas será similarsimilar ao que ocorre em aqüíferos homogêneos não consolidados.
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• Um complicadorcomplicador na análise de testes de bombeamento em rochas fraturadas é o padrão das fraturaspadrão das fraturas, que raramenteraramente é conhecido com precisãoprecisão.
• Precisamos encontrar, portanto um modelo teóricomodelo teórico bembem definidodefinido para simular o comportamento do sistema real e produzir respostasproduzir respostas do modo mais próximo possível de sua resposta observada.
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Hydraulics of Fracture FlowHydraulics of Fracture Flow
• q [L³/T] = Vazão• b [L] = Abertura das fraturas• DEPTH [L] = Profundidade [M/(L²T²) = Peso específico do fluido [M/(LT)]= Viscosidade dinâmica• dh/dx’ [L/L]= Componente do gradiente hidráulico
2
12 '
b hq bDEPTH
x
Lei Cúbica:
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Condutividade Hidráulica:
2
12
gbK b
• g [L/T²]= Aceleração da gravidade • b [L] = Abertura das fraturas [L²/T]= Viscosidade cinemática da água 15ºC
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Exemplo deExemplo dePesquisas no MundoPesquisas no Mundo
• Ground Water Flow and Transport in Fractured Rock: (Mirror Lake, New Hampshire)
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