Blended head analyses to reduce uncertainty in packer testing in fractured-rock boreholes

Abstract

Open boreholes in fractured rock often cross-connect fractures with differing hydraulic head and the head differences between these fractures cause vertical flow in the water column. This cross-connection has potential to bias transmissivity (T) values obtained from straddle packer tests. This study demonstrates how measurements of the blended head in the open-hole segments above and below the straddle-packer test interval can be used to correct packer tests for cross-connection effects. A pressure response observed in the open-hole segment above and/or below the packers isolating a test interval during a hydraulic test indicates short-circuiting of water from the injection interval through the vertically connected fracture network to the open-hole segments, resulting in the overestimation of T. A method is presented using blended head concepts to minimize this error using a trial-and-error procedure to determine the short-circuiting flow rate to account for the head conditions in the open-hole segments during each hydraulic test. Observed differences between the measured head and the calculated blended head in the open-hole segments above and below the test interval are attributed to cross-connection effects around the 1-m-long packers. The head and corrected T values determined from packer tests are used to estimate the flow in and out of the open hole at each of the intervals tested for assessing the cross-connection effects under open borehole conditions. Understanding open-hole flow dynamics gives insight about the potential for vertical cross connection of chemical constituents caused by the open hole.

Résumé

Les forages en trou nu en roche fracturée connectent souvent entre elles des fractures de différente charge hydraulique, ce qui cause un écoulement vertical entre ces fractures dans la colonne d’eau. Cette connexion peut biaiser potentiellement les valeurs de transmissivité (T) obtenues à partir de tests entre packers. Cette étude démontre comment des mesures de la charge hydraulique composite dans les segments de forage en trou nu situés en dessus et en dessous de l’intervalle testé entre packers peuvent être utilisées pour corriger les essais entre packers des effets de connexion entre fractures. Une variation de pression observée dans le segment en trou nu situé au-dessus et/ou au-dessous des packers isolant un intervalle testé pendant un test hydraulique indique un court-circuit d’eau depuis l’intervalle d’injection vers des segments en trou nu, à travers le réseau de fractures connecté verticalement, ce qui conduit à surestimer T. Une méthode est présentée utilisant les concepts de charge composite pour minimiser cette erreur au moyen d’une procédure par essais et erreur pour déterminer le débit en court-circuit afin de prendre en compte les conditions de charge dans les segments en trou nu pendant chaque test hydraulique. Les différences observées entre les charges mesurées et la charge composite calculée dans les segments en trou nu au-dessus et au-dessous de l’intervalle testé sont attribuées aux effets de connexion autour des packers de 1 m de long. Les valeurs de charge et de T corrigée déterminées à partir des tests entre packers sont utilisées pour estimer les débits entrant et sortant par le trou nu au sein de chacun des intervalles testés afin d’évaluer les effets de connexion en conditions de forage en trou nu. La compréhension de la dynamique des écoulements en trou nu donne un aperçu du potentiel des interconnexions verticales, causé par les forages en trou nu, vis-à-vis des constituants chimiques.

Resumen

Los pozos abiertos en rocas fracturadas a menudo conectan fracturas con diferentes cargas hidráulicas y las diferencias de carga entre estas fracturas producen un flujo vertical en la columna de agua. Esta conexión cruzada tiene el potencial para sesgar los valores de transmisividad (T) obtenidos a partir de ensayos de straddle-packer. Este estudio demuestra como las medidas combinadas de carga en los segmentos del pozo abierto por encima y por debajo del intervalo de la prueba de straddle-packer pueden ser utilizados para corregir las pruebas de packer en relación con los efectos de la conexión cruzada. Una respuesta de presión observada en el segmento del pozo abierto por encima y/o por debajo del aislamiento de los packers de un intervalo de prueba durante un ensayo hidráulico indica un cortocircuito de agua desde el intervalo de inyección a través de la red de fracturas verticalmente conectadas a los segmentos del pozo abierto, lo cual resulta en la sobrestimación de T. Se presenta un método usando conceptos de carga combinada para minimizar este error utilizando un procedimiento de prueba y error para determinar el caudal del cortocircuito para dar cuenta de las condiciones de carga en los segmentos del pozo abierto durante cada ensayo hidráulico. Las diferencias observadas entre la carga medida y la carga combinada calculada en los segmentos del pozo abierto por encima y por debajo del intervalo de prueba se atribuyen a efectos de conexión cruzada alrededor de 1 m de longitud de los packers. Los valores correctos de T determinados a partir de las pruebas de packer se utilizan para estimar el flujo hacia adentro y hacia afuera del pozo abierto en cada uno de los intervalos testeados para evaluar los efectos de conexión cruzada bajo condiciones de pozos abiertos. Entender la dinámica de flujo del pozo abierto otorga un mejor conocimiento acerca de la potencial conexión transversal vertical de componentes químicos provocados por el pozo abierto.

摘要

断裂岩层中开放钻孔常常交叉连接着不同水头的断裂,这些断裂之间的水头差可引起水体的垂向水流。这种交叉连通能使通过隔离式压水试验获得的导水系数(T)产生偏差的可能性。本项研究展示了开放钻孔隔离式压水试验之上和之下段内混合水头测量结果是怎样用来校正压水试验中交叉连通带来的影响。开放钻孔中隔离试验间隔的封隔器之上或之下的段内所观测到的压力响应表明从注入段通过垂直断裂网络流到开放钻孔的水有短路,这样就导致高估了T。采用混合水头概念论述了利用反复试验法程序使误差最小的方法,反复试验法程序可确定每个水力试验期间说明开放钻孔段内水头条件的短路水流量。开放钻孔测试间隔之上和之下段内的测量水头和计算的混合水头之间观测到的差异归因于一米长的封隔器周围的交叉连通影响。通过压水试验确定的水头和校正的T值用来估测每个间隔点进出开放钻孔的流量,用于评估开放钻孔条件下交叉连通影响。了解开放钻孔水流动力特征对于认识开放钻孔引起的化学组分垂直交叉连通的可能性有重要的启发意义。

Resumo

Poços tubulares abertos em rochas fraturadas frequentemente interconectam fraturas com diferentes cargas hidráulicas e a diferença de carga entre estas fraturas causa fluxo vertical na coluna de água. Este fluxo cruzado tem a capacidade de influenciar os valores de transmissividades (T) obtidos com testes de obturadores. Este estudo demonstra como as medidas da carga hidráulica média nos segmentos do poço aberto acima e abaixo do intervalo de teste obturado pode ser usado para corrigir testes com obturadores dos efeitos do fluxo cruzado. A variação da pressão observada na seção aberta do poço acima e/ou abaixo do intervalo de teste durante um teste hidráulico indica curto circuito de água entre o intervalo de injeção através da rede de fraturas verticais e as seções abertas do poço, resultando na superestimação de T. Um método é apresentado usando os conceitos de carga hidráulicas médias para minimizar este erro usando um procedimento de tentativa e erro para determinar a vazão do curto circuito para considerar as condições da carga hidráulica nos segmentos de poço aberto em cada teste hidráulico. As diferenças observadas entre as cargas hidráulicas medidas e a carga hidráulica média calculada nas seções de poço aberto acima e abaixo do intervalo de teste são atribuídas aos efeitos de fluxo interconectado ao redor dos obturadores de 1 m de comprimento. As cargas hidráulicas e valores de T corrigidos determinados por testes com obturadores são usados para estimar o fluxo dentro e fora do poço aberto em cada intervalo testado para avaliar os efeitos de fluxo cruzado em condições de poço aberto. O entendimento da dinâmica do fluxo em poços abertos permite a compreensão sobre o potencial fluxo vertical cruzado de constituintes químicos causados pelo poço aberto