Construção de captações de águas subterrâneas

Pedro Duarte Águas das Caldas de Penacova, S.A.

O papel da localização da captação

-Consulta de estudos hidrogeológicos existentes -Consulta de cartografia geológica (litologias e questões estruturais) -Resultados de levantamentos geofísicos -A importância do inventário de captações -Cumprimento de distâncias regulamentares a outras captações existentes licenciadas -Acessibilidades como eventual factor limitante

-Consulta de cartografia geológica (litologias e questões estruturais)

Extracto da Folha Sul da Carta Geológica de Portugal à escala 1:500.000 (ex-IGM)

Diferentes litologias / Diferentes expectativas Formações detríticas / aquíferos multi-camada Formações carbonatadas / elevada taxa de insucesso Profundidades dos níveis freáticos

-Consulta de cartografia geológica (litologias e questões estruturais)

Extracto da Folha Sul da Carta Geológica de Portugal à escala 1:500.000 (ex-IGM)

Diferentes litologias / Diferentes expectativas Formações ígneas e formações metassedimentares / a importância da rede de fracturação e rede filoniana Produtividades globalmente mais modestas

- Inventário de captações de água subterrânea

IPQ

-SNIRH/APA -ARH’s -Inventário de campo

Lista de entidades licenciadas para exercer a atividade de pesquisa e captação de água subterrânea

- Disponível em www.apambiente.pt/ - Lista actualizada (06/FEV/2017)

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43

12

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Requerimento de pedido de utilização dos recursos hídricos

A selecção do método de perfuração

-Percussão

-Rotação (“Rotary”)

-Rotopercussão com martelo de fundo de furo

-Percussão

-A sonda de percussão pode ser accionada manual ou

mecanicamente;

-A sonda manual é geralmente usada para abrir furos verticais com

diâmetros máximos de cerca de 20 cm e profundidades até cerca

de 20 metros;

-As sondagens de percussão são habitualmente utilizadas em solos

ou rochas brandas, raramente ultrapassando comprimentos da

ordem das poucas dezenas de metros;

-Na furação de rochas duras o avanço é relativamente lento;

-Método de perfuração em desuso.

Fonte: http://geo.web.ua.pt/

-Rotação ou “rotary” (directa e inversa)

-Trituração e desgaste das formações geológicas, reduzindo-as a

pequenas partículas através da utilização de um trépano giratório;

-Movimentos rotativos do trépano acompanhados pela circulação

de um fluido (comummente denominado de “lamas”);

-Função do fluido: Remover e trazer os detritos da perfuração até à

superfície; evitar o desmoronamento das paredes da perfuração;

lubrificar e arrefecer as ferramentas cortantes.

Fonte: Manual de Boas Práticas para a Execução e Exploração de Furos de Captação de Águas Subterrâneas (IPQ)

-Perfuração por rotação com circulação directa

Por acção de uma bomba de alta pressão as “lamas” são injetadas pelo interior da cabeça da sonda, saindo no fundo do furo por orifícios do trépano (trépano de roletes ou trialeta). De seguida, as “lamas” ascendem pelo espaço compreendido entre a parede exterior das varas de perfuração e as paredes da sondagem, arrastando consigo os detritos da formação perfurada até à superfície. VANTAGENS - Eficácia em formações geológicas não consolidadas, acompanhada de um pequeno risco de colapso do furo, evitando-se muitas vezes a utilização de revestimentos provisórios; − Permite avanços relativamente rápidos; − Perdas de fluido de circulação controláveis;

-Perfuração por rotação com circulação directa

DESVANTAGENS - Equipamento dispendioso; − Apresenta custos adicionais resultantes do tempo despendido em manobras de descida e subida; − Caracterização da amostragem de formações geológicas dificultada pelo remeximento e pelo atraso em relação ao avanço da perfuração o que pode conduzir a medições deficientes das profundidades de posicionamento dos tubos-ralo; − Pode induzir a impermeabilização e a contaminação das formações produtivas; − Alguma dificuldade em manter constante a direcção de perfuração, sendo requerida uma boa técnica de execução.

-Perfuração por rotação com circulação directa

-Perfuração por rotação com circulação inversa

As “lamas” descem directamente do respectivo tanque até ao fundo do furo

através do espaço compreendido entre a parede exterior das varas de

perfuração e as paredes da sondagem.

Posteriormente, a ascensão das “lamas” e dos detritos efectua-se pelo interior

das varas que constituem a coluna de perfuração, com ajuda de ar comprimido,

formando-se uma emulsão ar-lamas de menor densidade.

Durante a perfuração, esta ascensão da mistura de lamas, ar e detritos das

formações perfuradas é mantida em equilíbrio com o volume de lamas do

tanque.

-Perfuração por rotação com circulação inversa VANTAGENS

- Permite a execução de furos de maior diâmetro e geralmente mais produtivos;

− Elevada capacidade de remoção dos detritos de perfuração, o que permite

avanços mais rápidos;

− Boa qualidade da amostragem (boa representividade da amostra

relativamente à profundidade de perfuração).

DESVANTAGENS

- Equipamento de maiores dimensões;

− Necessidade de maior número de operadores;

− Necessidade de um tanque de lamas maior e consumo de água mais exigente

face ao elevado débito de injeção;

- Risco de entupimento das varas por detritos de grande diâmetro.

-Perfuração por rotação com circulação inversa

-Fluidos utilizados na rotação

-Bentonites -Polímeros -Aditivos

-Perfuração por rotopercussão (Percussão pneumática com martelo de fundo de furo)

O método baseia-se numa ação principal de esmagamento e corte provocada por uma ferramenta accionada por ar comprimido, em que se pode combinar um pequeno movimento de rotação de um “bit” (broca) transmitido pelas hastes de perfuração e um movimento de percussão de elevada frequência e de pequeno curso, dado por um martelo de fundo de furo. Neste caso, o fluido de circulação pode ser o próprio ar comprimido, produzido a partir de um compressor, que é transmitido pelo interior da coluna de perfuração, passando pelo martelo e “bit”, servindo também como fluido de limpeza. Como complemento à utilização de ar comprimido e visando resolver problemas de limpeza e/ou de instabilidade das paredes de perfuração, podem ser adicionadas “espumas” no fluido de circulação, para diminuição do seu peso específico.

Fonte: Manual de Boas Práticas para a Execução e Exploração de Furos de Captação de Águas Subterrâneas (IPQ)

-Rotopercussão com martelo de fundo de furo

-Perfuração por rotopercussão com martelo de fundo de furo

VANTAGENS

- Elevada eficácia em rochas duras e consolidadas, com rapidez de

perfuração/remoção dos detritos;

− Permite estimar a produtividade das formações aquíferas durante a

perfuração;

− Não provoca a impermeabilização das zonas produtivas;

− Redução de custos pela elevada rapidez de perfuração;

− Em regra, não necessita de água;

− Amostragem com pouco atraso relativamente ao avanço da perfuração.

-Perfuração por rotopercussão com martelo de fundo de furo

DESVANTAGENS

- Só é eficaz em formações consolidadas;

− Trata-se de um método destrutivo relativamente à amostragem (amostragem

deficiente);

− Conseguem-se, geralmente, furos com diâmetros mais reduzidos do que nos

outros métodos;

− Dificuldade em manter a direcção da perfuração.

-Ferramentas de corte

-Rotopercussão (Ferramentas de corte)

-Rotopercussão (Fluidos de perfuração)

-Tipos: “lamas”; água; água/espuma -Naturais (H2O + fracção silto-argilosa local) -Elaboradas (à base de bentonites ou polímeros orgânicos ou polímeros sintéticos)

-Aplicações -Estabilidade das paredes da perfuração -Limpeza e remoção dos detritos da perfuração -Arrefecimento da ferramenta de corte

-Fluidos de perfuração

Principais propriedades e parâmetros a controlar num lodo:

- Densidade (Balança Baroid). Densidade média (1,2)

- Viscosidade (Viscosímetros). Viscosidade média (40-50 s Marsh)

- Tixopropia. Filtrado (5-10 cm3). Cake (5 mm máx.)

- pH (7 – 9,5)

- Conteúdo em areia (decantação no tanque de lamas, ou crivos vibratórios ou centrífugos (ciclones)). O conteúdo óptimo de sólidos em suspensão no lodo deve ser inferior a 0,5 %.

Decantação no tanque de lamas

-Controle da perfuração

Controle de parâmetros de perfuração e das formações atravessadas, através de:

Parâmetros de perfuração: método de perfuração, velocidade de perfuração, variação de diâmetro de perfuração, desvios, queda/prisão equipamento

Lamas: variações de volume e de características físico-químicas

Observações geológicas/hidrogeológicas: litologias perfuradas/amostragem, variações do nível da água, vazios (cavernas)

Análise das Diagrafias: diagrafias eléctricas, nucleares

Elaboração de “partes diárias” e “relatórios semanais”.

-Aspectos a considerar na colocação do entubamento definitivo

- Definir a coluna (baseado na informação obtida durante a perfuração, registo geofísicos)

- Verificar a profundidade e verticalidade da perfuração

- Proceder à descida da coluna no menor espaço de tempo possível

- Nas perfurações à rotação, dever-se-á manter a circulação durante a preparação da coluna

- Descida da tubagem (uso de métodos e ferramentas que não danifiquem a tubagem)

Descida de tubagem de PVC

-Aspectos a considerar na colocação do entubamento definitivo

Definição da coluna de entubamento depende:

- Das litologias atravessadas

- Do caudal de exploração pretendido

Os diâmetros de entubamento estão relacionados com os diâmetros de perfuração, e ambos estão dependentes do caudal de exploração previsto, e pré avaliado aquando dos trabalhos de perfuração.

A definição das profundidades de colocação dos tubos ralo está relacionado com as litologias atravessadas e pode ser optimizada através da realização de diagrafias de geofísica e de ensaios granulométricos.

-Principais tipos de tubos-ralo

Ranhurados (rasgados)

Baixo custo Eficácia limitada

Ranhura contínua (tipo

Johnson)

Elevado índice de área aberta

Custo elevado

Estrutura em ponte

Elevado índice de área aberta

Custo elevado

-Situações em que se executam cimentações

Superficial (isolamento de eventual contaminação superficial e

função estabilizadora)

Durante a perfuração (se ocorrerem problemas de estabilidade

das paredes do furo)

Isolamento (formações geológicas com características físicas e/ou

químicas indesejáveis – CaSO4(H2O), NaCl, níveis instáveis)

Fundo do furo ou entre troços de diferentes diâmetros (para

sustentar a coluna de tubagem)

Selagem de captações (impedindo a contaminação do aquífero)

-Colocação de maciço filtrante

Principais funções

Estabilidade (evita desprendimentos das paredes do furo com eventuais danos na tubagem)

Melhoraria das condições de exploração (actuando como filtro, melhora a transmissividade do meio e diminui a turbulência)

-Características e dimensionamento do maciço filtrante

- Diâmetro médio do areão, depende da granulometria das formações e da espessura das ranhuras dos tubos-ralo (deve

basear-se em análise granulométrica das formações perfuradas; observação das amostras; análise de diagrafias)

- Espessura recomendada (mínima de 75 mm e óptima de 100 a 150 mm)

- Volume do espaço anelar (V), em m3 é

V = H (Dp2 /4 - Dt

2 /4)

H – altura da coluna a colocar maciço (m)

Dp – diâmetro da perfuração (m)

Dt - diâmetro da tubagem (m)

-Finalização da construção do furo

Selagem superficial (com cimento)

Tampa (roscada/soldada), com bujão de acesso (para controle de níveis da água ou recolha de amostras de água)

Boca do furo situada a cima do solo (0,5 m)

Estabelecimento de um perímetro de protecção imediato da captação

-Finalização da construção do furo

Tampa (roscada/soldada), com bujão de acesso (para controle de níveis da água)

-Finalização da construção do furo

Um mau exemplo

-Limpeza e desenvolvimento da captação

LIMPEZA: operações de remoção de elementos estranhos introduzidos na formação durante a perfuração (ex: lamas)

DESENVOLVIMENTO: operações para melhorar a permeabilidade e a estabilidade das formações aquíferas, em volta da captação; diminuir as perdas de carga; eliminar o arraste de “finos”; diminuir a probabilidade de envelhecimento precoce da captação atrasando os processos de incrustação-corrosão.

-Limpeza e desenvolvimento da captação

- Sistemas Físico-mecânicos:

Pistonagem

Bombagem

Ar-comprimido

Uso de obturadores

Jetting (injecção a alta pressão)

Explosivos

- Sistemas Físico-químicos: Polifosfatos

Acidificação

Pistonagem Simples e de custo

reduzido

Possível colapso da tubagem.

Desaconselhado em formações com fracções finas

Ar comprimido

Elevada eficácia. Menor risco de colapso da

tubagem

Custo elevado (nomeadamente em sondagens profundas)

Sobrebombagem

Adequado para formações cristalinas

fracturadas

Possível colapso da tubagem. Possíveis arrastamentos

Sistemas Físico-mecânicos

Hidrofracturação Eficiente nos aquíferos

cársicos e fissurados Difícil aplicação. Custo

elevado.

Explosivos Aumento permeabilidade das formações aquíferas

Se mal feito, poderá comprometer a própria

captação.

Sistemas Físico-mecânicos

Polifosfatos*

Eficiente a eliminar a fracção argilosa nos aquíferos cársicos e formações detríticas

-

Acidificação** Melhoria da

permeabilidade em redor da sondagem

Difícil aplicação. Obriga ao cumprimento de normas

de segurança e de protecção ambiental.

Sistemas Físico-químicos

* pirofosfato de sódio, pirofosfato tetrasódico, hexametafosfato de sódio (função

de dispersão/desfloculação de minerais argilosos.

** ácido clorídrico (o de uso mais comum).

Ensaios de caudal – ferramenta essencial para avaliar produtividade dos aquíferos e, eficaz construção da captação

- Propriedades hidráulicas (permeabilidade,

transmissividade, coeficiente de armazenamento);

-Grau de interferência entre captações;

-Identificação de barreiras subterrâneas impermeáveis e

zonas preferenciais de recarga;

-Avaliação do grau de desenvolvimento da captação

através da quantificação das perdas de carga.

Possíveis causas para comportamentos anómalos observados em ensaios de caudal

Efeito de barreira no aquífero (quando o cone de depressão atinge uma

barreira impermeável ou quase impermeável, não pode expandir-se

nessa direcção então aumenta a velocidade de rebaixamento no furo (o

rebaixamento observado é maior do que o esperado)).

Efeito de campos de bombagem (quando há influência de várias

captações a extrair em simultâneo por interferência dos cones de

rebaixamento).

Efeito de anisotropia e heterogeneidade (efeito de drenagem diferida).

Selecção (dimensionamento) do equipamento de bombagem

- Caudal máximo de exploração e nível hidrodinâmico correspondente; − Diâmetro da captação (a bomba submersível deverá ficar afastada das paredes da tubagem de revestimento pelo menos 1”); − Cota de descarga da água bombeada (altura manométrica); − Perdas de carga nas condutas de adução e respectivos órgãos acessórios.

Muito obrigado pela atenção. E não se esqueçam…hidratem-se, preferencialmente com Caldas de Penacova