Using Borehole Flow Logging To Optimize Hydraulic-Test Procedures In Heterogeneous Fractured Aquifers

ABSTRACT:

Hydraulic properties of heterogeneous fractured aquifers are difficult to characterize, and such characterization usually requires equipment-intensive and time-consuming applications of hydraulic testing in situ. Conventional coring and geophysical logging techniques provide useful and reliable information on the distribution of bedding planes, fractures and solution openings along boreholes, but it is often unclear how these locally permeable features are organized into larger-scale zones of hydraulic conductivity. New boreholes flow-logging equipment provides techniques designed to identify hydraulically active fractures intersecting boreholes, and to indicate how these fractures might be connected to larger-scale flow paths in the surrounding aquifer. Potential complications in interpreting flowmeter logs include: 1) Ambient hydraulic conditions that mask the detection of hydraulically active fractures; 2) Inability to maintain quasi-steady drawdowns during aquifer tests, which causes temporal variations in flow intensity to be confused with inflows during pumping; and 3) Effects of uncontrolled background variations in hydraulic head, which also complicate the interpretation of inflows during aquifer tests. Application of these techniques is illustrated by the analysis of cross-borehole flowmeter data from an array of four bedrock boreholes in granitic schist at the Mirror Lake, New Hampshire, research site. Only two days of field operations were required to unambiguously identify the few fractures or fracture zones that contribute most inflow to boreholes in the CO borehole array during pumping. Such information was critical in the interpretation of water-quality data. This information also permitted the setting of the available string of two packers in each borehole so as to return the aquifer as close to pre-drilling conditions as possible with the available equipment.

RÉSUMÉ:

Les propriétés hydrauliques des aquifères fracturés hétérogènes sont difficiles à caractériser. Une telle caractérisation impose habituellement des moyens importants et exigeant en temps pour réaliser des tests hydrauliques in situ. Les techniques de carottage conventionnel et de logging géophysique fournissent une information utile et fiable sur la répartition des joints de stratification, les fractures et les vides de dissolution le long des forages; mais la façon dont ces phénomènes localement perméables sont organisés en zones transmissives à une échelle plus large n'apparaît pas clairement. Un nouveau dispositif de logging des vitesses d'écoulement permet d'identifier les fractures hydrauliquement actives recoupées par les forages et d'indiquer comment ces fractures pourraient être connectées dans des écoulements à plus large échelle dans l'aquifère environnant. Des complications possibles des logs d'écoulement prennent en compte 1) les conditions hydrauliques locales qui empêchent la détection des fractures hydrauliquement actives; 2) l'impossibilité d'établir un rabattement quasi permanent au cours des essais, ce qui provoque des variations temporelles de l'écoulement pouvant être confondues avec des venues d'eau en cours de pompage; et 3) des effets non contrôlés du bruit fond du niveau piézométrique qui compliquent aussi l'interprétation des venues d'eau au cours des essais. L'application de ces techniques est illustrée par l'analyse de données de vitesse d'écoulement en forage d'un dispositif de quatre forages dans un socle granitique, sur le site expérimental du lac Mirror (New Hampshire). Deux jours de terrain seulement ont été nécessaire pour identifier sans ambiguïté les quelques fractures ou zones de fractures qui contribuent le plus à l'écoulement dans les forages du dispositif, au cours d'un pompage. Une telle information était difficile à tirer de l'interprétation des données relatives à la qualité de l'eau. Cette information a aussi permis la pose de chapelets de paires de packers dans chaque forage de façon à se placer dans les conditions les plus proches possibles de l'était antérieur à la foration.

RESUMEN:

Las propiedades hidráulicas de los acuíferos fracturados heterogéneos son difíciles de caracterizar, puesto que reqieren unas técnicas de muestreo hidráulico in situ, que a su vez necesitan un gran equipo y un largo periodo de tiempo. Los sondeos convencionales y las técnicas de registro geofísico proporcionan una información útil y fiable sobre la situación de los planos de estratificacíon, fracturas y aperturas por disolución, pero generalmente no queda clara la distribución de estas zonas más permeables a una mayor escala. Los nuevos equipos de registro de flujo en sondeos proporcionan técnicas que permiten identificar fracturas hidráulicamente activas que intersectan sondeos, así como indicar cómo pueden estar conectadas estas fracturas, formando caminos preferentes a gran escala. Algunas complicaciones potenciales en la interpretación de los registros incluyen: 1) Condiciones hidráulicas ambientales que enmascaran la detección de las fracturas hidráulicamente activas; 2) Dificultad de mantener descensos cuasi-estacionarios durante los ensayos, lo que provoca que las variaciones temporales en la intensidad de flujo sean confundidas con las entradas debidas al bombeo; y 3) Efectos de las oscilaciones de base en las alturas piezométricas, que también pueden dificultar la interpretación de los ensayos. La aplicación de estas técnicas se ilustra con el análisis de datos de flujo entre sondeos, en un conjunto formado por cuatro pozos perforados en unos esquistos graníticos en la zona de investigación de Mirror Lake, New Hampshire. Sólo dos días de operaciones en el campo fueron suficientes para identificar las pocas fracturas o zonas fracturadas que más contribuyen al flujo total durante el bombeo para dicho esquema de pozos. Esta información fue crítica en la interpretación de la calidad del agua y permitió también situar la localización de dos packers en cada sondeo para devolver al acuífero, en lo posible y con el equipo disponible, a las condiciones anteriores a la perforación.