Hydraulic testing using a versatile straddle packer system for improved transmissivity estimation in fractured-rock boreholes

Abstract

Equipment has been developed for straddle packer testing in fractured-rock boreholes to conduct four types of tests (constant-head step tests, slug tests, constant-rate pumping tests, and recovery tests) without deflating the packers or adjusting equipment in the hole between tests. The goal is to achieve improved accuracy and precision in the determination of transmissivity (T). Water-pressure measurements are recorded using pressure transducers positioned above and below the test interval to identify connections from the test interval to the open borehole. Insights concerning the nature of test conditions are gathered with this equipment to assess errors related to deviations from assumptions inherent in the mathematical models used to determine T, including validation of the Darcian flow assumption, validation of slug test assumptions, cross-connection to the open borehole, inadequate borehole development, and dual permeability, thereby giving greater confidence in the calculated T values. When the errors indicated above are minimized, the constant-head step tests, slug tests and constant-rate pumping/recovery tests give nearly identical values. This multiple-test approach to fractured-rock studies increases confidence in test results, which is important when the goal is characterization of fracture networks for contaminant transport and fate assessment.

Résumé

Un équipement a été développé pour la réalisation d’essais entre deux packers dans les forages des roches fracturées afin de réaliser quatre types d’essais (essais par paliers à charge constante, slug tests, essais de pompage à débit constant et essais en remontée) sans dégonfler les packers ou positionner l’équipement dans le forage entre les essais. L’objectif est d’améliorer l’exactitude et la précision de la détermination de la transmissivité (T). Les mesures de la pression d’eau sont enregistrées au moyen de capteurs de pression positionnés au-dessus et en dessous de l’intervalle testé afin d’identifier les connections entre l’intervalle de test et le forage ouvert. Un aperçu des conditions d’essai est obtenu avec cet équipement afin d’évaluer les erreurs dues aux écarts par rapport aux hypothèses inhérentes aux modèles mathématiques utilisés pour déterminer T, y compris la validation de l’hypothèse d’écoulements de type Darcy, la validation des hypothèses de slug test, les court-circuits avec le forage ouvert, le développement imparfait du forage et la double perméabilité, ce qui donne ainsi une meilleure confiance dans les valeurs de T calculées. Lorsque les erreurs indiquées ci-dessus sont minimisées, les essais par paliers à charge constante, les slug tests et les essais de pompage à débit constant et remontée donnent des valeurs quasi identiques. Cette approche par essais multiples pour les études des roches fracturées augmente la confiance dans les résultats des essais, ce qui est important lorsque l’objectif est la caractérisation des réseaux de fractures pour prévoir le devenir de contaminants.

Resumen

Se ha desarrollado un equipo para el ensayo de un packer desplegable en pozos de rocas fracturadas para llevar a cabo cuatro tipos de ensayos (ensayos escalonados a carga constante, ensayos slugs, ensayos de bombeo a ritmo constante y ensayos de recuperación) sin deflación de los packers o ajustando en equipo en el pozo entre los ensayos. El objetivo es lograr una mejora en la exactitud y precisión en la determinación de la transmisividad (T). Las medidas de presión de agua son registradas usando transductores de presión colocados arriba y abajo del intervalo ensayado para identificar las conexiones desde intervalo del ensayo en el pozo abierto. Se reunieron los conocimientos acerca de la naturaleza de las condiciones de los ensayos con este equipo para evaluar los errores relacionados a desviaciones a partir de suposiciones inherentes a los modelos matemáticos usados para determinar T, incluyendo la validación del suposición del flujo Darciano, la validación de las suposiciones de los ensayos slug, la conexión cruzada con un pozo abierto, el desarrollo inadecuado del pozo y la permeabilidad dual, dando por lo tanto una mayor confianza a los valores calculados de T. Cuando se minimizan los errores indicados arriba, los ensayos escalonados a carga constante, los ensayos slug y los ensayos de bombeo/recuperación a ritmo constante dan valores prácticamente idénticos. Este enfoque de múltiples ensayos para estudios de rocas fracturadas incrementa la confianza en los resultados de los ensayos, lo cual es importante cuando el objetivo es la caracterización de las redes de fracturas para la evaluación del transporte y destino de contaminantes.

摘要

本文介绍了一种用于裂隙岩钻孔的跨式双封隔器水力试验装置,这套装置可用于四种试验(定水头阶梯流量抽水试验,重锤试验,定流量抽水试验,水位恢复试验),并且在试验过程中无需给封隔器放气和在试验间隔调整装置。此装置可以提高导水系数(T)估算的准确度和精度。在试验段之上、之下布设的压力传感器可以记录水压的变化,进而识别试验段与钻孔之间的联系。为评估在确定T的数学模型内与内在的假设偏差相关的的误差,包括达西流假设的有效性,重锤试验假设的有效性,试验段与钻孔的相互联系,不适当的成孔和双重渗透性的存在,文中分析了与试验条件本质有关的多种因素,这进一步提高了所计算的T的可信度。当将上面提到的误差降低到最小时,定水头阶梯流量抽水试验,重锤试验和定流量抽水/水位恢复试验都可以给出近乎理想的结果。这种用于研究裂隙岩地区的多试验方法提高了试验结果的可信度,当试验目的是描述裂隙网络的特征用于研究污染物的迁移与环境命运评估时,这是非常重要的。

Resumo

Desenvolveu-se um equipamento para realizar ensaios com obturador duplo em furos localizados em meios fraturados, o que permitiu realizar quatro tipos de testes [ensaios de nível constante escalonados, ensaios de perturbação instantânea (slug tests), ensaios com caudal de bombagem constante e ensaios de recuperação], sem descomprimir o obturador ou ajustar o equipamento no furo entre os ensaios. O objetivo é conseguir melhorar a precisão na determinação da transmissividade (T). As medições da pressão de água são registadas usando medidores de pressão posicionados acima e abaixo do intervalo do ensaio, para identificar ligações entre a zona do intervalo do ensaio e o furo aberto. Foi obtida uma análise sobre a natureza das condições do ensaio através deste equipamento, para avaliar os erros relacionados com desvios de premissas inerentes aos modelos matemáticos usados para determinarT, incluindo a validação da premissa de ser um escoamento segundo a lei de Darcy, a validação dos pressupostos dos ensaios de perturbação instantânea, a ligação com o furo aberto, se há desenvolvimento desadequado do furo, e a permeabilidade dupla, dando assim maior confiança aos valores de T calculados. Quando os erros acima indicados são minimizados, os ensaios de nível constante escalonados, os ensaios de perturbação instantânea e os ensaios de valor constante de bombagem/recuperação dão valores quase idênticos. Esta abordagem de ensaios múltiplos para estudos em rochas fraturadas aumenta a confiança nos resultados dos ensaios, o que é importante quando o objetivo é caraterizar os sistemas de fraturas para a análise do transporte e do destino dos contaminantes.