medidor vazão de poço

medidor vazão de poço

(Parte 1 de 2)

Programa de

Perfuração, Instalação,

Recuperação de Poços e Aplicação de Técnicas de Dessalinização de Água Subterrânea

São

Rio Francisco

Execução de Testes de Bombeamento em Poços Tubulares

Manual Prático de Orientação

Raimundo Mendes de Brito Ministro de Estado

Otto Bittencourt Netto Secretário

Carlos Oití Berbert Diretor-Presidente

Antonio Juarez Milmann Martins Diretor de Geologia e Recursos Minerais

Augusto Wagner Padilha Martins Diretor de Relações Institucionais e Desenvolvimento

Gil Pereira de Souza Azevedo Diretor de Hidrologia e Gestão Territorial

José de Sampaio Portela Nunes Diretor de Administração e Finanças

Frederico Cláudio Peixinho Chefe do Departamento de Hidrologia

Humberto José T. R. de Albuquerque Chefe Divisão de Hidrogeologia e Exploração

Clodionor Carvalho de Araújo Chefe da Residência de Fortaleza

FERNANDO AC.. FFEEIITTOOSSA

AGOSTO / 1998

Os testes de bombeamento representam, sem nenhuma dúvida, a forma de mais fácil aplicação e maior garantia em seus resultados, que é usada tradicionalmente para a determinação dos parâmetros hidrodinâmicos dos aqüíferos e para a verificação da qualidade da construção das obras de captação de água subterrânea, além de ser a ferramenta indispensável para a determinação de vazões de explotação de poços.

Um teste de bombeamento é uma operação que consiste no bombeamento de um poço durante um certo intervalo de tempo e o registro da evolução dos rebaixamentos em função do tempo.

Embora com uma maior gama de aplicações e com metodologias sofisticadas de execução e interpretação, dentro deste programa emergencial os testes de bombeamento deverão ser realizados através de uma metodologia simplificada, com o objetivo específico de orientar a determinação de uma vazão referencial para a instalação do poço.

O objetivo deste manual é orientar, de forma clara, a execução destes testes e propor um método prático para a determinação desta vazão referencial. Salientamos, entretanto, que as metodologias aqui apresentadas, tanto para a execução quanto para a determinação de vazão, são extremamente simplistas, fugindo a um rigor técnico normalmente utilizado pelos especialistas do setor, e devem ser adotadas apenas para este programa emergencial, com o objetivo bem definido de permitir a sua viabilização.

Os interessados pelo tema, que desejam um conhecimento mais aprofundado, podem recorrer à bibliografia especializada citada no final deste texto.

As variáveis envolvidas no bombeamento de um poço e que devem ser monitoradas são as seguintes:

• Vazão de Bombeamento (Q) • Rebaixamento do Nível da Água dentro do Poço (s)

> A vazão de bombeamento é o volume de água por unidade de tempo extraído do poço por um equipamento de bombeamento;

> Rebaixamento do nível da água dentro do poço é a distância entre o nível estático (NE) e o nível dinâmico (ND);

> Nível estático (NE) é a distância da superfície do terreno ao nível da água dentro do poço antes de iniciar o bombeamento;

> Nível dinâmico (ND) é a distância entre a superfície do terreno e o nível da água dentro do poço após o início do bombeamento;

> A variável Tempo é o tempo decorrido a partir do início do bombeamento. A figura 1, a seguir, ilustra claramente estas variáveis.

Figura 1 – Variáveis de um teste de bombeamento

Na execução dos testes de bombeamento serão individualizados dois grandes grupos de rochas: Rochas Cristalinas e Rochas Sedimentares.

• Rochas Cristalinas

> Os testes em rochas cristalinas deverão ser executados através de um bombeamento contínuo por um período de, no mínimo, 12 horas, independente da estabilização dos níveis;

> Após o término do bombeamento é aconselhável o registro da recuperação dos níveis por um período de 6 horas.

> A vazão inicial do teste deve ser avaliada ao final da perfuração, durante a etapa de limpeza/desenvolvimento do poço, para não exceder a sua potencialidade e mascarar os resultados do teste.

REBAIXAMENTO (s)

• Rochas Sedimentares

> Os testes em rochas sedimentares deverão ser executados através de um bombeamento contínuo por um período de, no mínimo, 24 horas, ou até a completa estabilização dos níveis, que só ocorre com freqüência em poços captando aqüíferos rasos (dunas, aluviões, coberturas) próximos a massas de água superficial.

> Após o término do bombeamento é aconselhável o registro da recuperação dos níveis por um período de 12 horas.

> A vazão inicial do teste deve ser avaliada ao final da perfuração, durante a etapa de limpeza/desenvolvimento do poço.

• Rochas Cristalinas

> Os testes em rochas cristalinas devem ser executados com bombas (submersa ou injetora) ou compressor de ar, conforme ilustrado na figura 2.

• Rochas Sedimentares

> Os testes em rochas sedimentares deverão ser executados com bombas (submersa ou injetora) podendo ser aceito compressor de ar, se devidamente dimensionado para a vazão do poço e com a utilização de um injetor adequado.

Figura 2 – Equipamentos de bombeamento

EQUIPAMENTO PROPOSTO PARA BOMBEAMENTO • Rochas Cristalinas

> Em geral as vazões de poços no cristalino são baixas, logo pode-se indicar o método volumétrico como um meio prático e rápido para o registro das vazões. Entretanto é aconselhável utilizar os seguintes referenciais para evitar erros de avaliação acima de 5%;

• Vazões até 3,6 m3/h - Volume mínimo do recipiente = 20 L

• Vazões entre 3,6 e 36,0 m3/h – Volume mínimo do recipiente = 200 L

• Rochas Sedimentares

> Nos testes de bombeamento em rochas sedimentares pode-se também utilizar o método volumétrico, conforme indicação anterior, porém é aconselhável a utilização de um dispositivo mais preciso (escoador de orifício circular), principalmente para vazões acima de 36,0 m3/h.

A figura 3 ilustra os dispositivos mencionados para a medição de vazão.

Figura 3 – Dispositivos para medição de vazão

REGISTRO (tipo Globo)

200 litros

Tonel

20 litros Balde

Os níveis da água dentro do poço devem ser medidos através do medidor de nível elétrico. Esse dispositivo consiste basicamente de um cabo elétrico ligado a uma fonte, tendo na outra extremidade um eletrodo que, ao tocar na superfície da água, fecha o circuito e aciona um alarme sonoro ou luminoso. A figura 4 ilustra um medidor de nível elétrico e sua forma de operação.

Figura 4 – Medidor de nível elétrico

É aconselhável a utilização de cronômetro no início do teste, principalmente enquanto as medidas estiverem espaçadas de 1 minuto. Quando as medidas estiverem com espaçamento superior a 5 minutos é aceitável a utilização de um relógio comum. Os mais indicados são do tipo digital.

> A equipe operacional para a execução do teste deve ser constituída, no mínimo, por duas pessoas. Uma para fazer a medida de vazão e a outra para realizar o acompanhamento dos níveis dinâmicos.

> É recomendável o aferimento do cabo do medidor de nível a cada novo teste para corrigir prováveis distorções em função da dilatação do fio.

> É recomendável realizar, antes do teste, um bombeamento inicial por 1 ou 2 horas, o qual tem as seguintes finalidades:

• Definição da vazão do teste;

• Definição do local de descarga da água bombeada. Muitas vezes é necessário canalizar a água bombeada para uma distância segura, para que não ocorra infiltração local promovendo o retorno da água bombeada ao aqüífero e mascarando o resultado do teste.

> Ao final de cada teste deverá ser coletada uma amostra de água e enviada imediatamente ao laboratório para a realização de análise físico-química completa.

A seguir, nas figuras 5, 6 e 7, serão apresentados alguns exemplos mostrando a operação de um teste de bombeamento com diferentes alternativas de equipamento de bombeamento e dispositivo de medição de vazão;

Figura 5 – Bomba submersa e método volumétrico

REGISTRO (tipo Globo)

POÇO200 litros Tonel

20 litros Balde

Figura 6 – Compressor e método volumétrico Figura 7 – Bomba submersa e escoador de orifício circular

200 litros Tonel

20 litros Balde

REGISTRO (tipo Globo)

Os dados de acompanhamento da variação do nível da água em função do tempo e a vazão de bombeamento devem ser registrados nas fichas apresentadas nas tabelas 1 (teste de bombeamento em rochas cristalinas) e 2 (teste de bombeamento em rochas sedimentares).

• Poço Bombeado: preencher com a nomenclatura do poço que está sendo bombeado, ou seja, a referência ou nome do poço;

• Prof.(m): é a profundidade do poço, quer seja informada ou já conhecida;

• Raio (m): é o raio do poço em metros, por exemplo: 4 polegadas ≈ 10 centímetros = 0,10 metros;

• Local: localidade onde localiza-se o poço;

• Município/UF: município e estado onde localiza-se o poço;

• Aqüífero: é o tipo de aqüífero, sedimentar, aluvial, fissural (rochas cristalinas) ou cárstico (rochas calcárias). Colocar nome do aqüífero quando possível;

• Executor: é o nome do executor (empresa pública ou privada) do teste de bombeamento;

• Crivo da Bomba (m): profundidade do crivo da bomba em relação à superfície;

• FP: profundidade da fenda mais produtora em metros, ou seja, distância da superfície do terreno até a posição da fratura de maior produtividade;

• Boca do poço (m): é a distância entre a superfície do terreno e o limite do tubo de revestimento acima do solo;

• Q (m3/h): é a vazão final do teste de bombeamento;

• Mét. Med. Vazão: é o método de medida de vazão (método volumétrico, escoador de orifício circular, outro);

• NE (m): é o nível estático em metros, antes do início do teste de bombeamento, ou seja, a profundidade da água no poço antes do início do bombeamento

• ND (m): é o nível dinâmico em metros ao final do bombeamento, ou seja, a profundidade da água dentro do poço no último instante de bombeamento;

• Tempo Bomb. (min): é o tempo de duração do teste de bombeamento;

• Data de Início: data do início do teste (dia, mês e ano);

• Data de Término: data do final do teste (dia, mês e ano);

• Rebaix. Total (m): é o rebaixamento final do teste, ou seja, quanto o poço rebaixou ao final do bombeamento;

TABELA 1 FICHA PARA TESTES DE BOMBEAMENTO –– ROCHAS CRISTALINAS Poço Bombeado:Prof. (m):Raio (m):

Local: Munic./UF: Aqüífero: Executor:Crivo Bomba (m):FP (m): Boca do Poço (m):Q (m3/h):Mét. Med. Vazão: NE (m):ND (m):Tempo Bomb. (min): Data de Início:Data de Término:Rebaix. Total (m):

HORA t(min) ND(m) Sw(m) Q (m3/h) t’(min) ND(m) Sw(m) tb/t’ + 1

TABELA 2 FICHA PARA TESTES DE BOMBEAMENTO –– ROCHAS SEDIMENTARES Poço Bombeado:Prof. (m):Raio (m):

Local: Munic./UF: Executor:Crivo Bomba (m):Aqüífero: Boca do Poço (m):Q (m3/h):Mét. Med. Vazão: NE (m):ND (m):Tempo Bomb. (min): Data de Início:Data de Término:Rebaix. Total (m):

HORA t(min) ND(m) Sw(m) Q (m3/h) t’(min) ND(m) Sw(m) tb/t’ + 1

• HORA: hora exata do início do teste de bombeamento;

• T (min): é o tempo em minutos em que será feita a medição do rebaixamento após o início do bombeamento. Recomenda-se usar os tempos sugeridos na ficha de bombeamento;

• ND (m): é o nível dinâmico, ou seja a profundidade da água dentro do poço naquele tempo, em relação à superfície;

• sw (m): é o rebaixamento do nível da água (ND – NE) naquele determinado tempo; • Q (m3/h): é a vazão medida naquele determinado tempo de bombeamento;

• t' (min): é o tempo decorrido após o encerramento do bombeamento do poço;

• ND (m): é o nível dinâmico quando o poço começa a recuperar o seu nível da água, ou seja, a profundidade do nível da água naquele tempo, em relação à superfície;

• sw (m): é o rebaixamento do nível da água (ND – NE) naquele determinado tempo; • tb/t'+1: é o tempo de bombeamento final dividido pelo tempo medido na recuperação mais um, para plotar no mesmo gráfico do rebaixamento os valores determinados na recuperação;

• Anotar todas as informações julgadas pertinentes, como: problemas no equipamento de bombeamento durante o teste, falta de energia elétrica, altura do referencial onde foram feitas as medidas etc.

DEFINIÇÃO DE UMA VAZÃO PARA INSTALAÇÃO DO POÇO Conceitos Básicos

• Vazão Específica

Vazão específica é a razão entre vazão de bombeamento (Q) e o rebaixamento (s) produzido no poço em função do bombeamento, para um determinado tempo.

sQ baixamentoRe

VazãoQEspecíficaVazãoesp============(1)

• Rebaixamento disponível

Rebaixamento disponível é o máximo que se pode rebaixar num poço sem que o mesmo sofra riscos de colapso, ou seja, o nível dinâmico ultrapasse o crivo da bomba. Não existe uma fórmula definitiva para o dimensionamento do rebaixamento disponível, porém pode-se sugerir como referencial as seguintes formulações:

RD = 0,6 (FP – NE)(2)

• Rochas Cristalinas Onde:

RD = Rebaixamento disponível FP = Profundidade da fenda mais produtora NE = Profundidade do nível estático

RD = 0,6 (PC – NE)(3)

• Rochas Sedimentares Onde:

RD = Rebaixamento disponível PC = Profundidade do crivo da bomba ou injetor NE = Profundidade do nível estático

Obs: O crivo da bomba deve ser instalado, considerando-se o sentido ascendente, acima da última seção de filtros.

• Vazão Referencial para Rochas Cristalinas

A vazão referencial para instalação de poços em rochas cristalinas será dada pelo produto da vazão específica (Qesp) para o tempo de 12 horas e o rebaixamento disponível (RD).

Rochas CristalinasQ = Qesp (12 horas) X RD (4)

• Vazão Referencial para Rochas Sedimentares

A vazão referencial para instalação de poços em rochas sedimentares será dada pelo produto da vazão específica (Qesp) para o tempo de 24 horas e o rebaixamento disponível (RD).

Rochas SedimentaresQ = Qesp (24 horas) X RD (5)

• Rochas Cristalinas

Foi perfurado um poço em rochas cristalinas na região semi-árida do Nordeste com uma profundidade de 60 metros, conforme ilustrado na figura 8, realizado um teste de bombeamento com 12 horas de duração e registrada a evolução da recuperação durante 6 horas. Na tabela 3 são apresentados os resultados do teste e os equipamentos utilizados foram os seguintes:

Bombeamento – Compressor de ar

Medição da Vazão – Tambor de 200 L Medição dos Níveis – Medidor de nível elétrico Medição do tempo – Relógio digital

Figura 8 – Poço tubular em rocha cristalina

Para a determinação de uma vazão referencial para a instalação do poço deve-se adotar o seguinte procedimento:

1. Determinar a vazão específica para 12 horas de bombeamento

A vazão específica é dada pela razão entre a vazão de bombeamento para 12 horas (tabela 3) e o rebaixamento produzido no poço em função do bombeamento para o tempo de 12 horas, ou seja, 720 minutos (tabela 3), logo:

Vazão EspecíficaVazão

Horas12

Vazão Específica 12 Horas = 0,092 m3/h/m

Manto de Alteração

LitologiaPerfil Litológico

Prof.

(m)

Perfil Construtivo

Rocha Cristalina Sã

FP = Fenda de maior produtividade NE = Nível Estático

Cimentação Revestimento 6”

TABELA 3 EXEMPLO DE APLICAÇÃO –– ROCHAS CRISTALINAS

Poço Bombeado: Monte AlegreProf. (m): 60,0Raio (m): 0,0508 Local: Monte Alegre (*)Munic./UF: Santa Maria / CE (*)Aqüífero: Fissural Executor: HidroGrupo S.A. (*)Crivo Bomba (m): 5,0FP (m): 31,0 Altura da Boca (m): 0,50Q (m3/h): 2,4Mét. Med. Vazão: Volumétrico NE (m): 4,50ND (m): 30,33Tempo Bomb. (min): 720 Data de Início: 27/07/98Data de Término: 27/07/98Rebaix. Total (m): 26,02

HORA t(min) ND(m) Sw(m) Q (m3/h) t’(min) ND(m) Sw(m) tb/t’ + 1

OBSERVAÇÕES: (*) Dados hipotéticos

2. Determinar o rebaixamento disponível do poço O rebaixamento disponível é dado pela equação (2), logo:

Rebaixamento Disponível = 0,6 (FP – NE)

FP é a profundidade da fenda de maior produtividade, que deve ser registrada durante a perfuração do poço, e NE é o nível estático do poço, medido antes do início do bombeamento. Neste caso, como ilustrado na figura 8 e mostrado na tabela 3:

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