Prediction of flow rates for potable water supply from directionally drilled horizontal wells in river sediments


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Abstract

Horizontal wells installed by directional drilling in the highly permeable river bottom sediments can improve the quality of water delivered to water treatments plants by filtration of suspended solids and dilution with groundwater. Predicting the flow rates available from horizontal wells is an important step in evaluating the technology. A series of three-dimensional finite element models were developed to simulate a horizontal well located beneath a river and a parametric analysis of predicted flow as a function of pipe length, pipe diameter, depth below river bottom, and sediment hydraulic conductivity was conducted to determine optimum horizontal well configurations. The results indicated that the frictional head losses in the well screen have a significant impact on predicted withdrawal rates. Analysis of well length and pipe diameter indicates that for each specific well configuration there exists an optimum length, beyond which little increase in flow occurs. The simulations indicated maximum flows occur when horizontal wells are placed as deep as possible until they are within 0.5 to 2.5 m of an impermeable lower boundary.RésuméLes puits horizontaux installés par forage dirigé dans des sédiments de lit de rivière hautement perméables peuvent améliorer la qualité de l'eau livrée aux usines de traitement de l'eau par la filtration de solides en suspension et la dilution avec de l'eau souterraine. La prévision des taux d'écoulement disponibles dans les puits horizontaux est une étape importante pour évaluer la technologie. Une série de modèles tridimensionnels d'éléments finis ont été mis sur pieds pour simuler un puits horizontal situé sous une rivière et une analyse paramétrique des débits prévus en fonction de la longueur de tuyau, du diamètre du tuyau, de la profondeur sous le lit de la rivière et la conductivité hydraulique des sédiments a effectuée pour déterminer les configurations de puits horizontaux optimales. Les résultats indiquaient que les pertes de charge par frottement dans le filtre du puits ont un impact important sur les taux de soutirage prévus. L'analyse de la longueur du puits et du diamètre des tuyaux indique qu'il existe une longueur optimale de configuration de puits au-delà de laquelle il n'y aura pas d'augmentation de débit significative. Les simulations indiquent que les débits maximums surviennent lorsque les puits horizontaux sont placés aussi profondément que possible jusqu'à ce qu'ils soient entre 0,5 et 2,5 m d'une couche limite imperméable.

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