Armazenamento e Transmissividade Em Meio Poroso e Meio Fraturado

A caracterização do regime de águas subterrâneas em rochas fraturadas pode ser feita com base em métodos de testes hidráulicos simples e métodos analíticos. Transmissividade e Coeficiente de armazenamento são oriundos de métodos analíticos para meio poroso (fluxo radial) que não representam as condições de contorno muito mais complexas inerentes dos aqüíferos fraturados.

Métodos analíticos são frequentemente utilizados para estimar a Transmissividade (T) e o Coeficiente de Armazenamento (S) de um aqüífero. O modelo clássico analítico é o modelo de Theis (1935), que é usado para aqüíferos confinados homogêneos e isotrópicos.

Via de regra, o meio fraturado é mais complexo que o meio poroso porque o escoamento pode ocorrer em conduítes distintos e possivelmente na matriz de poros. A caracterização da geometria, localização e conectividade das fraturas é essencial para se interpretar a resposta do aqüífero ao bombeamento. Na grande maioria dos aqüíferos fraturados a resposta difere significativamente da predita por Theis.

O desenvolvimento da teoria do escoamento em meio poroso começou com o trabalho experimental de Henri Darcy, publicado em 1857.

O estudo do escoamento através de rochas fraturadas foi primeiro desenvolvido na industria do petróleo. Estes estudos resultaram de observações que a produção de óleo e gás podia ser significativamente aumentada por se fraturar as formações rochosas nas proximidades dos poços.

O escoamento de águas subterrâneas no meio fraturado é primariamente controlado pelas fraturas. Como resultado, o fluxo pode seguir caminhos tortuosos devido ao alto grau de heterogeneidade espacial induzida pelas fraturas.

Condutividade Hidráulica: A condutividade hidráulica de um aqüífero, K [m/s], é a propriedade que descreve a capacidade da água de escoar através do meio poroso. Ela pode ser decomposta em 3 termos: K = k/ Onde: k [m²] é a permeabilidade intrínseca;  [Pa/m] é o peso específico do fluido;  [Pa.s] é a viscosidade dinâmica do fluido;

Na indústria do petróleo a lei de Darcy é frequentemente escrita na seguinte forma: Onde:  = h [Pa] é o potencial total;

A permeabilidade intrínseca, k, está relacionada com o tamanho do poro no meio granular na seguinte forma: k = Cd² Onde: C é uma constante; d é o diâmetro médio do poro; Para o meio fraturado temos: k=e²/2 Onde e é a abertura da fratura. Note que k cresce com o quadrado do diâmetro médio do poro ou da abertura da fratura!

A complexidade do escoamento através das fraturas torna inadequado o uso das técnicas clássicas de interpretação dos testes hidráulicos.

O armazenamento no cristalino fraturado é geralmente baixo. Como conseqüência, pequenas quantidades de injeção ou de descarga dos poços construídos nestas rochas pode ter um efeito mensurável nos níveis da água da região circunvizinha.

Movimento das águas subterrâneas nas rochas cristalinas fraturadas As rochas cristalinas são de difícil caracterização; assim, o movimento das águas subterrâneas é de difícil predição. O escoamento nas rochas cristalinas ocorre nas fraturas, mas nem todas as fraturas conduzem água.

O escoamento realmente se dá nas partes das fraturas que estão conectadas a uma fonte de água e que podem conduzir o escoamento (ver figura). O armazenamento é baixo comparado com a condutividade hidráulica da rocha cristalina fraturada. A porosidade do cristalino fraturado é tipicamente muito menor que no meio poroso – Em torno de 1% comparado com 25%, respectivamente (Freeze and Cherry, 1979).

As fraturas das rochas influenciam fortemente o escoamento nesta formação. As equações convencionais para poços, desenvolvidas primariamente para aqüíferos homogêneos não são adequadas descrever o escoamento em rochas fraturadas.

Uma exceção ocorre em rochas duras de muito baixa permeabilidade se as fraturas são numerosas o suficiente e são uniformemente distribuídas em por toda a rocha; então o escoamento que irá ocorrer através das fraturas será similar ao que ocorre em aqüíferos homogêneos não consolidados.

Um complicador na análise de testes de bombeamento em rochas fraturadas é o padrão das fraturas, que raramente é conhecido com precisão. Precisamos encontrar, portanto um modelo teórico bem definido para simular o comportamento do sistema real e produzir respostas do modo mais próximo possível de sua resposta observada.

Hydraulics of Fracture Flow Lei Cúbica: q [L³/T] = Vazão b [L] = Abertura das fraturas DEPTH [L] = Profundidade  [M/(L²T²) = Peso específico do fluido  [M/(LT)]= Viscosidade dinâmica dh/dx’ [L/L]= Componente do gradiente hidráulico

Condutividade Hidráulica: g [L/T²]= Aceleração da gravidade b [L] = Abertura das fraturas  [L²/T]= Viscosidade cinemática da água 15ºC

Exemplo de Pesquisas no Mundo Ground Water Flow and Transport in Fractured Rock: (Mirror Lake, New Hampshire)