ABSTRACT
CONTENTS Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 640 Purposes and Objectives of Monitoring Wells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 648 Site Characterization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 650 Types of Monitoring Well Completions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 657
Single-Casing, Single-Screen Wells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 657 Multiple-Casing, Single-Screen Wells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 659 Bedrock Completions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 659 Monitoring Multiple Vertically Separated Zones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 661
Well Clusters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 661 Single-Casing, Multiple-Screen Wells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 662 Nested Wells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 662 Single-Casing, Long-Screen Wells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 664 Multilevel Monitoring Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 664
Borehole and Drilling Impacts on Monitoring Well Installations . . . . . . . . . . . . . . . . . 667 Design Components of Monitoring Wells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 677
Monitoring Well Casing and Screen Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 677 Requirements of Casing and Screen Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 678
Physical Strength of Well Casing and Screen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 678 Chemical Resistance of Casing and Screen Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 682 Chemical Interference from Casing and Screen Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . 683
Types of Casing and Screen Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 683 Thermoplastic Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 683 Metallic Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 692
Coupling Procedures for Joining Casing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 697 Joining PVC Casing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 698 Joining Steel Casing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 703
Factors Affecting Selection of Well Casing Diameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 705 Down-Hole Equipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 706 Well-Installation Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 708 Anticipated Well Depth and Casing Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 708 Ease of Well Development . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 708 Purge Volume . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 708 Rate of Recovery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 709 Unit Cost of Casing Materials and Drilling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 709
Centering Casing in the Borehole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 709
Sediment Sumps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 712 Cleaning Requirements for Casing and Screen Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 713 Costs of Casing Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 714 Hybrid Wells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 715
Monitoring Well Intakes — Well Screen and Filter Pack . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 716 Naturally Developed Wells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 717
Well Screen Design in a Naturally Developed Well . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 718 Filter-Packed Wells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 723
Filter-Pack and Well Screen Design for Filter-Packed Wells . . . . . . . . . . . . . . . 725 Well Screens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 741
Types of Well Screens Suitable for Monitoring Wells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 742 Prepacked and Sleeved Well Screens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 748 Monitoring Well Screen Open Area . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 751 Well Screen Length . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 751
Annular Seal Design and Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 754 Annular Seal Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 755
Bentonite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 756 Neat Cement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 763
Methods of Installation of Annular Seal Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 769 Bentonite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 769 Neat Cement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 775
Surface Completion for Monitoring Wells: Protective Measures . . . . . . . . . . . . . . . 777 Surface Seals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 777 Above-Grade Completions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 779 Flush-to-Grade Completions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 784
Well Identification, Surveying, and Alignment Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 792 Documentation of Well Construction Details . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 797
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 797
Installing ground-water monitoring wells to detect trace (i.e., micrograms per liter [mg/l] or parts per billion [ppb]) levels of organic and inorganic contaminants in ground-water systems is a common practice at a variety of sites, including landfills, industrial facilities, service stations, Superfund sites, waste-water treatment facilities, and petrochemical plants. Hundreds of thousands of monitoring wells have been installed since the late 1970s and tens of thousands more are installed each year. Unfortunately, many of these wells were and are designed and installed by consultants and contractors who are not aware of correct monitoring well design and construction practices. As a result, many existing monitoring wells and some wells currently being installed have critical design flaws, and were or are being installed using methods and materials that may adversely affect the quality of samples collected from those wells.
