perfuração e instalação, Notas de estudo de Engenharia Mecânica

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BASE IMPERMEÁVEL

N.E. AQUÍFERO

HORIZONTE NÃO SATURADO

HORIZONTE SATURADO

PERFURAÇÃO E INSTALAÇÃO DE

POÇOS DE MONITORAMENTO

Data: 20 de agosto de 2008

Docente: João Alberto Bottura

PERFURAÇÃO E INSTALAÇÃO DE

POÇOS DE MONITORAMENTO

REALIZAÇÃO – AESAS

SUMÁRIO

1 - ATIVIDADES PRÉVIAS

Licenças e autorizações Procedimentos de segurança Infra-estrutura Descontaminação dos equipamentos 2 - PROJETO DO POÇO DE MONITORAMENTO Identificação da zona alvo de monitoramento e das condicionantes morfológicas locais Obtenção de dados básicos locais Formulação do modelo hidrogeológico conceitual Dimensionamento da perfuração, materiais e recursos Tipos de poços de monitoramento Diâmetros da sondagem Penetração no horizonte saturado 3 – PERFURAÇÃO Métodos de perfuração Coleta de amostras de solo Informações relevantes a serem registradas durante a perfuração 4 - INSTALAÇÃO E COMPLETAÇÃO Instalação da coluna de revestimento e filtro Informações a serem registradas durante o revestimento e colocação do pré-filtro 5 - LIMPEZA E DESENVOLVIMENTO Procedimento de Limpeza e Desenvolvimento Superbombeamento / Backwashing Informações relevantes a serem registradas durante a limpeza e desenvolvimento 6 - ISOLAMENTO E ACABAMENTO Recomposição do pré-filtro Isolamento do espaço Cimentação e laje de proteção Limpeza da área Informações relevantes a serem registradas durante o isolamento e acabamento

7 - ATIVIDADES PÓS-CONSTRUÇÃO

Ensaio de caracterização hidráulica (SLUG TEST) Locação e nivelamento Relatório da construção 8 - ABANDONO DA SONDAGEM Informações relevantes a serem registradas quando do abandono da sondagem

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

O espaço anular acima do nível da água subterrânea é preenchido com material impermeável, selo de bentonita e/ou cimentação, visando isolar o meio saturado e eliminar o risco de possível contaminação direta da superfície. Na superfície o topo do poço de monitoramento deve ser protegido com laje de cimento e tampa de proteção, com cadeado, com base na Parte 1 da NORMA ABNT

Alguns dos problemas principais verificados nos projetos e instalação de poços de monitoramento no Brasil, estão relacionados a:

• instalação de poço sem projeto construtivo;
• aplicação de método e procedimento de perfuração inadequado;
• uso de revestimento e filtro de material incompatível com o ambiente hidrogeológico e hidrogeoquímico;
• uso de filtro com ranhura irregular, executada manualmente ou de forma incorreta, não obedecendo a critério adequado de qualidade;
• uso de filtro com abertura da ranhura e envoltório de cascalho sem correto dimensionamento;
• dimensionamento inadequado do diâmetro de perfuração e revestimento, resultando em poços com inadequado envoltório de pré-filtro;
• instalação de poço de monitoramento com inadequado comprimento de penetração no aqüífero;
• procedimento inadequado de colocação do pré-filtro no espaço anular do poço;
• falta de limpeza e desenvolvimento do poço instalado,
• seleção e colocação inadequada dos materiais para isolamento do espaço anular do poço;
• uso de materiais inadequados para proteção superficial do poço: tampas, laje de proteção, etc.;
• apresentação de relatório com descrição litológica dos estratos atravessados deficiente, informações inconsistentes sobre as atividades de perfuração e completação e perfis técnico e construtivo incompleto;

FIGURA 1 – PERFIL TÍPICO DE POÇO DE MONITORAMENTO

(segundo Norma NBR 15.495 - 1).

1 - ATIVIDADES PRÉVIAS

Licenças e autorizações

Previamente a qualquer campanha de sondagem para coleta de amostras de solos e instalação de poços de monitoramento devem ser obtidas autorizações e licenças e avaliadas as interferências dos procedimentos a serem adotados com a rotina do site e seus entornos, antes da mobilização das equipes ao campo.

Procedimentos de segurança

É responsabilidade do consultor/perfurador/instalador estabelecer em conjunto com o contratante /empreendedor os procedimentos de segurança e determinar a aplicabilidade e as limitações práticas e legais, antes do início dos trabalhos.

Infra-estrutura

As locações e acessos devem estar prontos e limpos antes da mobilização dos equipamentos e materiais para o site.

A água a ser usada nas atividades de limpeza e descontaminação dos equipamentos e cimentações de isolamento deve ser obtida a partir de fontes de suprimento de água potável. O responsável pelas operações de perfuração e instalação deve avaliar detalhadamente a adequabilidade da fonte de suprimento de água para o desenvolvimento de suas atividades.

Escoamento na superfície, devido a vazamentos em tanques ou reservatórios auxiliares aos equipamentos de perfuração, fluidos de perfuração, chuvas, etc., devem ser evitados e não tolerados de forma alguma. Estruturas apropriadas para proteção das perfurações, como tanques de armazenamento ou decantação de fluidos gerados, revestimento provisório da boca da sondagem, bermas nos entornos dos furos, selos superficiais impermeabilizantes, etc., devem ser utilizados.

Descontaminação dos equipamentos

Para início dos trabalhos e antes de serem enviados ao site: sonda, equipamentos, materiais, brocas, hastes, revestimentos, amostradores, ferramentas e qualquer tipo de material ou acessório pertencente ao equipamento de perfuração, deverá ser descontaminado através de lavagem com equipamento de alta pressão usando água quente. Apenas água potável poderá ser usada para descontaminação.

Todo equipamento deverá ser lavado no canteiro entre cada perfuração e entre cada procedimento de coleta de amostra de solo, quando for o caso, com água limpa e detergente neutro e enxaguado com água potável limpa e com água deionizada ou destilada, visando atender as exigências especificas das agencias ambientais. Materiais que não estiverem satisfatoriamente limpos não devem ser utilizados sob o risco de induzirem contaminação. As atividades de lavagem para descontaminação devem ser conduzidas fora da zona de influência da área contaminada. O descarte da água utilizada deverá ser controlado e não poderá atingir de forma alguma o local da perfuração.

2 - PROJETO DO POÇO DE MONITORAMENTO

O poço de monitoramento é uma obra de engenharia e como tal é imprescindível o conhecimento prévio das condicionantes geológicas e hidrogeológicas locais, assim como as limitações impostas pelos contaminantes potenciais a serem investigados para elaboração de seu projeto executivo.

Em áreas com conhecimento adequado o levantamento do histórico e de informações básicas e a pesquisa bibliográfica podem fornecer as informações suficientes para elaboração do projeto, caso contrário deverá ser executado investigação de campo para subsidiar a elaboração do projeto.

Algumas das principais atividades que devem embasar a elaboração do projeto são:

Identificação da zona alvo de monitoramento e das condicionantes morfológicas locais – informações a serem obtidas em reconhecimento prévio do site e seus entornos;

Obtenção de dados básicos locais – bibliografia geológica e hidrogeológica básica, perfis de sondagens, mapas topográficos, geológicos e hidrogeológicos, perfis estratigráficos, perfis de poços de abastecimento, etc.;

Formulação do modelo hidrogeológico conceitual - com base em informações adequadas de: litologia local, tipos de aqüíferos a serem investigados, profundidade do nível d´água local, posição e profundidade dos estratos impermeáveis, direções e sentido do fluxo da água subterrânea, condicionantes de recarga local, etc.;

Dimensionamento da perfuração, materiais e recursos – com base na natureza dos materiais a serem atravessados devem ser dimensionados: métodos de perfuração, tipos de amostradores, tipos e materiais de filtros e revestimentos, materiais para pré-filtro e isolamento, materiais para completação e acabamento, etc.;

FIGURA 2.1 – PERFIL DE INSTALAÇÃO

Tipos de poços de monitoramento

Os poços de monitoramento são definidos e projetados de acordo com os objetivos, fase do estudo, particularidades da geologia e hidrogeologia local, tipos de aqüíferos e características dos contaminantes pesquisados. Os tipos de poços de monitoramento, comumente instalados são:

• Poço totalmente penetrante com coluna filtrante acima do nível d´água, em aqüífero livre;
• Poço parcialmente penetrante com coluna filtrante acima do nível d´água, em aqüífero livre;
• Poço parcialmente penetrante com coluna filtrante afogada, em aqüífero livre;
• Poço totalmente penetrante com filtro não afogado, em aqüífero confinado;
• Poço parcialmente penetrante com filtro afogado, em aqüífero confinado;
• Poço parcialmente penetrante com filtro não afogado, em aqüífero confinado;
• Poço multinível, em aquífero livre, confinado, ou multicamadas; Diâmetros da sondagem

O diâmetro final da sondagem deverá ter no mínimo 8 polegadas para permitir a instalação de poço de monitoramento de 4 polegadas, 6 polegadas para instalação de poço de monitoramento de 2 polegadas ou 5 polegadas para instalação de poço de monitoramento de 1 polegada, diâmetros de revestimento mais comumente utilizado no Brasil.

Espaço anular com espessura de 2 polegadas é o mínimo adequado para instalação de poço de monitoramento.

BASE IMPERMEÁVEL

N.E. AQUÍFERO

HORIZONTE NÃO SATURADO

HORIZONTE SATURADO

Penetração no horizonte saturado

O dimensionamento da coluna filtrante deve ser feito com base no perfil estratigráfico da zona de interesse, materiais atravessados, contaminantes alvos e principalmente, a variação sazonal do nível d´água, quando esta não for considerada poderá acontecer de termos o poço seco no período de estiagem.

Coluna filtrante penetrando entre 2 metros e 3 metros, no momento da instalação é adequada para poços de monitoramento, coluna menor que 2 metros dificulta a limpeza, o desenvolvimento do poço e limita as operações de purga e amostragem. Coluna filtrante com penetração longa causa a diluição dos contaminantes presentes, enquanto coluna com penetração curta causa a concentração dos contaminantes.

A coluna filtrante ideal deve ser dimensionada com base nas variações sazonais da profundidade do nível d´água do site em estudo, de modo que no período seco, época na qual a profundidade do nível d´água é maior, a coluna filtrante seja da ordem de 2 metros. Os poços dimensionados desta maneira, teóricamente em nenhuma época do ano ficarão secos. Desta forma a coluna filtrante que penetra no meio saturado será a variação sazonal local, mais a porção acima do nível d´água para identificação da presença de fase livre, quando for o caso, adicionada de 2 metros.

N.E. AQUÍFERO

HORIZONTE NÃO SATURADO

FIGURA 2.2 - COLUNA FILTRANTE

período de chuvas

período de seca

A B C D

3 – PERFURAÇÃO

Sondagens em solos e sedimentos inconsolidados em estudos ambientais devem ser executadas com equipamentos que operem a seco, ou seja, sem o uso de fluído de perfuração, mesmo que o fluído utilizado seja a água. O Direct Push e o Hollow Stem Auger são os métodos mais adequados para este tipo de perfuração (FIGURA 3.1). Trado Manual ou Mecânico, Solid Steam Auger, Sondagem a Percussão Sem Lavagem e Direct Push podem ser utilizados desde que atendam os requisitos mínimos requeridos de diâmetros, espaço anular e penetração no aqüífero.

Equipamentos de Perfuração Rotativo com Fluído, Percusão a Ar (rotopneumática) ou Percusão a Cabo devem ser aplicados quando a geologia ou hidrogeologia local dificultar a utilização dos acima citados, se a formação a ser penetrada é competente, constituída preferencialmente por alteração de rocha, rocha alterada ou rocha sã fraturada. Sempre que for necessária a utilização de métodos de perfuração alternativos deve ser justificado no relatório o motivo de sua aplicação.

A aplicação de perfuração com Hollow Stem Auger ou Trado Oco é o mais adequado por permitir que a sondagem fique revestida continuamente durante todo o procedimento de perfuração e por não ser necessário o uso de qualquer tipo de fluido de perfuração, que pode mascarar evidências de contaminação ou interferir no processo de migração dos contaminantes.

A perfuração com equipamento de Direct Push é adequada para instalação de poços de pequeno diâmetro, 1 polegada ou menor, tendência que vem aumentando nos últimos anos, principalmente quando os poços são temporários, ou para caracterização expedita.

Caso necessário à utilização de fluidos de perfuração para aplicação dos métodos alternativos a qualidade dele deve ser monitorada continuamente durante o processo de perfuração e o balanço do volume de fluído utilizado deve ser efetuado com detalhe.

Quando encontrados durante as perfurações estratos de solos contaminados (detectados, visualmente, pelo olfato, detectores por fotoionização, etc) com potencial de contaminar estratos inferiores, a perfuração deve ser paralisada para adequação dos procedimentos visando evitar a indução de contaminantes para os estratos de solo ou água inferiores. Dentre as alternativas de continuidade o uso de revestimento provisório do furo com a continuação da perfuração por dentro deste é procedimento adequado. Eventualmente cimentação ou isolamento com bentonita e reperfuração, pode ser realizada. No caso de instalação do poço de monitoramento em aqüíferos confinados, o horizonte superior saturado e não saturado, aquífero livre superior não confinado ou horizonte confinante, deverão, de acordo com os objetivos do projeto, ser protegidos com revestimento definitivo e isolamento do espaço anular, com cimentação ou plug de bentonita.

TRADO MANUAL PERCUSSÃO

TRADO ESPIRAL TRADO OCO

PERCUSSÃO A AR PERCUSSÃO A CABO

FIGURA 3.2 – EQUIPAMENTOS DE PERFURAÇÃO

Coleta de amostras para descrição litológica

Como os métodos de perfuração regra geral são destrutivos, a amostragem dos solos, sedimentos e rochas atravessadas, deve ser executada concomitantemente a sondagem para instalação do poço de monitoramento. O ideal é a amostragem contínua até a profundidade final projetada com posterior alargamento da sondagem para instalação do poço de monitoramento. Alternativamente o amostrador de solo pode ser introduzido no furo em intervalos da ordem de 1 metro, previamente ao avanço da ferramenta de perfuração.

Amostras com cerca de 200 gramas para descrição litológica deverão ser coletadas e descritas continuamente, desde a superfície até a profundidade final da perfuração. Depois de descritas as mesmas devem ser acondicionadas em sacos plásticos e etiquetadas.

O perfil descritivo do furo deve conter no mínimo as informações a seguir:

− intervalo de amostragem, topo e base; − porcentagem de amostras recuperadas e coletadas; − presença ou não de contaminação; − descrição das amostras, incluindo: densidade relativa, cor, textura principal, constituintes principais e secundários, porosidade, umidade relativa, plasticidade, coesividade, granulometria, estruturas ou estratificação, permeabilidade relativa e qualquer informação significante como: odor, presença de líquidos, etc; − contatos litológicos, a profundidade de contatos geológicos ou mudanças texturais significativas devem ser medidas e registradas com precisão centimétrica; Amostras que apresentam evidências de contaminação devem ser manuseadas com os devidos cuidados e as informações registradas na caderneta de campo.

Solos gerados durante a perfuração devem ser considerados como potencialmente contaminados e devem ser armazenados em recipientes apropriados e dispostos em local adequado, visando sua destinação final.

Informações relevantes a serem registradas durante a perfuração

• profundidade da sondagem no início e ao final do turno de trabalho;
• profundidade do nível d´água no início e ao final do turno de trabalho;
• diâmetros da sondagem;
• eventos de desmoronamento das paredes e boca do furo;
• descrição litológica das amostras e perfil geológico;
• dificuldades ao avanço da perfuração;
• evidências visuais de contaminação;
• imprevistos ocorridos durante a perfuração;