A quale profondità deve essere installato il rivestimento interno di un grezzo per flauto?
Dati accurati sul livello dell'acqua
Strumenti affidabili che durano nel tempo
Scopo
Il presente documento illustra le ragioni alla base dell’installazione di rivestimenti ciechi a una profondità inferiore a quella totale del pozzo, al fine di ottenere una tenuta efficace. Il tempo necessario per installare un rivestimento cieco dipende in larga misura dalla distribuzione della trasmissività all’interno del pozzo. Il tempo necessario per sigillare efficacemente la maggior parte dei fori è inferiore a due ore e il rivestimento potrebbe non trovarsi in prossimità del fondo del foro quando si è già ottenuta una tenuta sufficiente del foro stesso.
Sfondo
A rivestimento Solinst Flute Blank è relativamente facile da installare e richiede pochissime attrezzature ausiliarie. Per chi desidera installare autonomamente i propri rivestimenti e rimuoverli all’occorrenza, è disponibile una procedura di installazione su DVD. Il rivestimento in bianco viene installato tramite un processo denominato «eversione» (il contrario dell’«inversione») e, man mano che il rivestimento scende lungo il foro, sposta l’acqua dal pozzo. Lo spostamento avviene in tutti i percorsi di flusso disponibili all’interno della formazione. Man mano che il rivestimento scende, sigilla i percorsi di flusso dall’alto verso il basso e, man mano che ciascun percorso viene sigillato dal rivestimento, la trasmissività residua del pozzo diminuisce. Pertanto, la velocità iniziale del rivestimento lungo il pozzo è relativamente elevata e dipende dalla trasmissività totale del pozzo e dal carico idraulico in eccesso all’interno del rivestimento. Man mano che il rivestimento scende, la trasmissività diminuisce e, di conseguenza, la velocità di posa del rivestimento si riduce. Alla fine, la velocità di discesa del rivestimento risulterà talmente lenta da non consentire l’ulteriore posa entro un lasso di tempo ragionevole, oppure il rivestimento raggiungerà il fondo del pozzo. In molti casi, il rivestimento non raggiunge il fondo del pozzo.
I limiti pratici dell'installazione del rivestimento
Se la discesa del rivestimento occlude il percorso di flusso più basso nel pozzo e la trasmissività della parte restante del pozzo è pari a zero, la velocità del rivestimento tende a zero e, ovviamente, non è necessario proseguire l’installazione all’interno del pozzo.
In realtà, una volta sigillato l’ultimo percorso di flusso significativo, la velocità del rivestimento scende a un valore molto basso, ma non pari a zero. La velocità del rivestimento è una misura della portata in uscita dal foro al di sotto del rivestimento. La portata, Q, è semplicemente il prodotto della sezione trasversale del foro per la velocità. La trasmissività della parte restante del foro è T = dz C = Q ln(r/r0)/(2 π dH), dove dz è la lunghezza del foro aperto, C è la conduttività, Q è la portata determinata dalla velocità del rivestimento e dalla sezione trasversale del foro,r/r0 è dell’ordine di 1000 e dH è il dislivello motore nel rivestimento. Il fatto che la discesa del rivestimento costituisca una misurazione della portata da cui è possibile calcolare T viene utilizzato in un’altra procedura Solinst Flute per misurare l’intera distribuzione della trasmissività del pozzo. (Tuttavia, tale misurazione viene effettuata solo con attrezzature speciali e da personale Solinst Flute).
Quanto tempo occorre per raggiungere una velocità del rivestimento talmente bassa da rendere trascurabile la conduttività del resto del foro? Oppure, quale deve essere il valore di tale velocità affinché sia sufficientemente bassa? La risposta dipende in parte dalla situazione e dal periodo di tempo durante il quale il rivestimento dovrà sigillare il foro. Tuttavia, ecco alcuni dati rassicuranti:
- Il rivestimento spinge l’acqua nella formazione. Si tratta di una fase necessaria dell’installazione del rivestimento. L’immissione nella formazione di una quantità d’acqua pari, al massimo, al volume del foro non costituisce normalmente un problema, purché il foro venga successivamente sigillato in modo adeguato. Se il rivestimento non scende fino al fondo del foro, l’acqua spostata nella formazione è inferiore al volume del foro.
- Il rivestimento è spinto dalla prevalenza presente al suo interno. Se il rivestimento è fissato a un punto di ancoraggio che ne impedisce l’ulteriore discesa, non vi è sostanzialmente alcuna prevalenza che spinga l’acqua nella formazione e l’acqua al di sotto del rivestimento potrebbe rimanere nel pozzo.
- La velocità del rivestimento nel punto più profondo del pozzo è un indicatore della trasmissività residua nel pozzo a cielo aperto. Pertanto, indipendentemente dalla lunghezza del pozzo ancora a cielo aperto, la trasmissività del pozzo al di sotto del rivestimento viene misurata dalla velocità del rivestimento.
- Se la trasmissività è sufficientemente bassa, non vi è alcun rischio di una fuoriuscita significativa dal foro dopo che il rivestimento è stato sigillato e non sussiste più una sovrapressione nel pozzo ancora aperto. Qual è questa trasmissività sufficientemente bassa?
- Se si ha un foro aperto al di sotto del rivestimento, affinché si verifichi un flusso in uscita dal foro è necessario che vi sia un gradiente verticale nella formazione in quell’intervallo; il caso peggiore sarebbe che metà della trasmissività residua si trovasse a un livello di carico superiore rispetto all’altra metà della trasmissività residua. Ciò è legato al fatto che, in assenza di afflusso, non può esserci deflusso; e in un volume chiuso l’afflusso è uguale al deflusso.
Purtroppo, la distribuzione del livello dell’acqua nel pozzo non è nota, pertanto non è noto nemmeno il gradiente nel tratto rimanente a cielo aperto. Di conseguenza, qualsiasi valutazione relativa a una velocità sufficientemente bassa deve basarsi sulla comprensione generale della situazione idrologica locale. Tuttavia, esistono alcune ipotesi ragionevolmente attendibili:
- Se tutta la trasmissività residua nel pozzo al di sotto del rivestimento si trova in un’unica zona caratterizzata da un carico idraulico verticale uniforme, non esiste una zona sorgente in grado di espellere l’acqua da tale zona residua. Pertanto, il pozzo risulta sigillato in modo definitivo.
- Se la portata in uscita dalla porzione non sigillata del pozzo non fosse superiore al volume residuo del pozzo aperto, ciò non sarebbe diverso dal far scendere il rivestimento fino al fondo del pozzo. Il tempo durante il quale potrebbe verificarsi una portata di tale entità non è motivo di preoccupazione. Tale tempo viene calcolato di seguito.
- Trascorso quel tempo di deflusso, il deflusso successivo costituirebbe un motivo di preoccupazione qualora la zona di afflusso fosse contaminata e quella di deflusso non lo fosse.
- La portata in uscita dal pozzo al di sotto del rivestimento è direttamente correlata al rapporto tra la differenza di carico idraulico naturale in quella porzione aperta del pozzo e il carico idraulico applicato durante l’installazione del rivestimento. Conosciamo la portata durante l’installazione. La portata in uscita può essere stimata ipotizzando qualsiasi differenza di carico idraulico nell’intervallo non sigillato.
- A meno che l’intervallo non sigillato non si estenda su due acquitardi, la differenza di carico idraulico nell’intervallo al di sotto del rivestimento sarà probabilmente relativamente ridotta.
Le generalizzazioni di cui sopra consentono di stimare la portata in uscita dall’intervallo situato al di sotto del rivestimento.
Quando si esegue una tipica mappatura della conducibilità idraulica di un pozzo di sondaggio, di solito si interrompe la misurazione quando la velocità del rivestimento scende al di sotto di 0,001 ft/sec, ovvero 0,06 ft/min (un valore più elevato per i fori più piccoli). Ciò significa che il cavo/liner avanza nel foro a una velocità doppia, ovvero 1,5″/min. Per un foro nominale da 5 pollici, ciò corrisponde a circa 0,06 gal/min con la nostra prevalenza tipica di 15-20 ft. Ciò corrisponde a una trasmissività residua nel foro di ~ 0,02 cm²/s. Se in quel momento 20 ft del pozzo sono aperti al di sotto del rivestimento, possiamo stimare il tempo necessario per scaricare quel volume d’acqua presente nel foro al di sotto del rivestimento nella formazione, ipotizzando una differenza di carico nel foro al di sotto del rivestimento. Ipotizzando una differenza di carico di 0,5 ft nell’intervallo di 20 ft, ci vorrebbero 18 giorni affinché quel volume di 20 ft del foro venga spostato nella formazione. Tale risultato si riferisce al caso peggiore, in cui metà della trasmissività fosse costituita dall’afflusso e metà dal deflusso dal foro. Se il foro aperto è più lungo a parità di velocità finale, il tempo necessario è proporzionalmente maggiore.
Se il dislivello è maggiore o la velocità è più elevata, il tempo si riduce proporzionalmente. Nella maggior parte dei casi, la portata massima in uscita dal foro è molto inferiore all’1% della portata con il foro aperto. Il motivo principale è che il rivestimento sigilla le zone più permeabili e, in genere, riduce drasticamente la differenza di carico verticale nel foro rimanente aperto. Il limite di installazione per la profilatura è generalmente ben al di sotto del limite per l’installazione temporanea di un rivestimento cieco.
Tempo di installazione consigliato
La nostra esperienza nella misurazione della conduttività dimostra che la maggior parte dei fori risulta ben sigillata entro circa 2 ore dall’installazione del rivestimento. Se in prossimità del fondo del foro è presente una zona a flusso veloce, l’operazione può essere completata in molto meno tempo. Se il foro presenta una trasmissività totale molto bassa e la maggior parte di essa si concentra nella porzione inferiore del foro, potrebbe essere opportuno prolungare l’installazione oltre le 2 ore. La velocità raccomandata del cavo di installazione lascerà una zona trasmissiva al di sotto del rivestimento di circa 0,2cm²/s. Il momento consigliato per terminare l’installazione è quando il cavo/rivestimento si sta muovendo all’interno del foro con una velocità inferiore o uguale a:
Velocità minima del cavo/rivestimento = 20 pollici/min. × (dH/15′) × (3″/r)²
Dove dH è il dislivello di mandata espresso in piedi (in genere la profondità fino alla falda freatica o inferiore a 20 piedi), r è il raggio del foro. Per un foro di 6″ di diametro e un dislivello di mandata di 15 piedi, la velocità limite del cavo sarebbe di 20 pollici al minuto. Per un’altezza di spinta di 15 piedi, ciò comporta spesso un tempo di installazione di circa 2 ore o meno. Ciò lascia una trasmissività residua al di sotto del rivestimento pari a 0,2cm²/s.
La velocità si misura al meglio applicando una tensione di circa 5 lb al cavo. Questo valore limite è indipendente dalla lunghezza del foro. Se la testa di perforazione è lunga solo 5 ft nel foro da 6″, il valore limite si ridurrebbe a circa 7″/min. È ovviamente più veloce utilizzare una testa di perforazione più lunga di 5 ft. Fortunatamente, la velocità limite può essere raggiunta molto rapidamente quando il rivestimento supera l’ultimo percorso di flusso principale.
Se una transmissività è richiesta per qualche motivo particolare (ad es., 0,1 rispetto a 0,2cm²/s), la velocità minima può essere ridotta in proporzione. Ciò prolungherà sia l’installazione che la rimozione.
Se il rivestimento deve rimanere in posizione solo per poche settimane, non è necessario sigillare il foro in misura così ampia come nel caso di permanenze più lunghe. La velocità del cavo di ancoraggio può essere determinata tracciando un segno sul cavo a venti pollici dalla sommità del rivestimento e misurando il tempo impiegato dal segno per raggiungere il rivestimento. Se il tempo è di circa 1 minuto, è il momento di considerare di fissare il cavo di ancoraggio e il rivestimento. Spesso è utile installare il rivestimento per almeno metà della sua lunghezza, in modo che solo il cavo di ancoraggio rimanga all’esterno del foro. Ma questa è una scelta di praticità, non una necessità.
Un aspetto pratico significativo è che il tempo necessario per rimuovere il rivestimento è simile a quello richiesto per installarlo. Se si raggiunge una velocità molto bassa e poi si riempie il rivestimento senza fissarlo a un ancoraggio in testa di pozzo per impedirne la discesa, il rivestimento continuerà a scendere lungo il pozzo fino a quando il dislivello in eccesso al suo interno non si sarà esaurito. Ciò comporta due svantaggi: da un lato, non si avrà un’altezza di carico in eccesso sufficiente nell’intero rivestimento per garantire una buona tenuta; dall’altro, la rimozione del rivestimento tramite inversione potrebbe richiedere molto tempo. Si raccomanda vivamente di non lasciare che il rivestimento scenda fino a quando l’altezza di carico in eccesso non si è esaurita, senza riempire nuovamente il rivestimento.
L’installazione e la rimozione del rivestimento devono essere eseguite con una buona conoscenza della procedura relativa a entrambe le operazioni. Tale procedura, disponibile all’indirizzo
, può essere richiesta a Solinst Flute all’indirizzo [email protected] oppure chiamando il numero +1 (505)-852-0128.
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