Udvidet geologi og grundvand

3. Geofysiske metoder og borehulsmålinger

3.1 Geofysiske kortlægningsmetoder
3.2 Borehulslogging
3.2.1 Logmetoder, som giver geologisk information
3.2.2 Logmetoder, som giver teknisk information
3.3 Et optimalt undersøgelsesprogram for en enkelt boring?
3.4 Hvem kan udføre borehulslogging i Danmark?
3.5 Hvad koster loggingundersøgelser?
3.6 Hvilke logtyper kunne en brøndborer med fordel selv udføre?
3.7 Litteratur


Formål

Hensigten med dette modul er at give en oversigt over de vigtigste geofysiske kortlægningsmetoder, der især anvendes ved grundvandsrelaterede undersøgelser (hydrogeologiske) i Danmark fx i forbindelse med udvælgelse af nye borelokaliteter, bestemmelse af maksimal boredybde, kortlægning af forurening, beskyttelsesforanstaltninger osv. Endvidere at give en lidt mere detaljeret beskrivelse af de vigtigste metoder til geofysiske undersøgelser i boringer (borehuls-logging). Sidstnævnte er især relevante forud for færdigudbygning af en boring eller i forbindelse med planlægning af renovering af ældre boringer.

3.1 Geofysiske kortlægningsmetoder

Geofysiske metoder

For ikke mere end ca. 10 år siden var der kun een metode på tale, når der blev diskuteret behov og mulighed for at lade udføre kortlægning af grundvandsmagasiners optræden og udbredelse ved hjælp af geofysiske målinger på terrænoverfladen, og denne metode var kendt under navnet "geoelektrik". Nu er situationen en ganske anden, idet det svirrer i luften med mange andre metodebetegnelser: Gravimetri, elektromagnetiske sonderinger, slæbegeoelektrik, refleksionsseismik, multi elektrode profilering, elektromagnetisk profilering, proton magnetiske profiler, georadar osv.

Anvendelsesområder

Geofysiske metoder anvendes ikke alene for at kortlægge forekomsten af grundvandsmagasinerne, men også med henblik på at vurdere deres sårbarhed mod forurening fra overfladen, dvs. vurdere den overliggende lagseries mulighed for at yde beskyttelse mod nedsivning af uønskede stoffer. I specielle tilfælde kan geofysik også anvendes til lokalisering af forureningskilder og til kortlægning af visse typer forureninger. Desuden anvendes geofysiske metoder ved kortlægning af råstoffer samt ved større geotekniske undersøgelser.

Tolkning

Det er næppe sandsynligt, at en brøndborer vil skulle foretage en vurdering af resultatet af en geofysisk undersøgelse, men det synes relevant for en brøndborer at have en overordnet ide om de forskellige metoders principgrundlag, hvordan de udføres, hvilken information de giver, og hvad de ikke kan fortælle, dvs. hvilke begrænsninger de har. Netop disse forskellige forhold ved metoderne er forsøgt sammenstillet i nedenstående Tabel 1.

3.2 Borehulslogging

Formål med borehulslogging

Borehulslogging er fællesbetegnelse for geofysiske undersøgelser i en boring ved hjælp af en målesonde, som nedsænkes i boringen under samtidig måling af en fysisk parameter. Der findes en række forskellige fysiske parametre, som er af interesse at måle. Med moderne udstyr udføres målingerne som regel med kombinerede sonder, der kan måle to-tre parametre samtidig. Målesignalet registreres og optages digitalt sammen med dybdeplaceringen af målesonden således, at der efterfølgende via computer kan foretages databehandling og data udtegning af log-kurven mod dybden.

To hovedtyper

Til de forskellige parametre knytter der sig forskellie målemetoder eller logmetoder. Disse kan inddeles i to grupper efter hovedtypen af den information, der kan udledes fra de enkelte logmetoder:

- Logmetoder, som giver geologisk information, dvs. laggrænser, lagtype og lagsekvenser.
- Logmetoder, som giver teknisk information, dvs. diameter, forerørslængde, filterinterval, utætheder i forerør, indstrømningsfordeling i filterinterval/åbent interval under pumpning, vertikal strømning i boring uden pumpning (kortslutning), indstrømningszoner med forskellig ledningsevne (forskellig vandkemi) i driftssituation, lokalisering af saltvand, temperaturforhold.


Logmetoder

Nedenstående Tabel 2 viser de mest gængse logmetoder med tilhørende fysisk måleparameter, samt hvilken information man kan opnå. Som det fremgår, giver flere af metoderne mere end blot een type information.

I forbindelse med beskrivelsen af logging metoderne vil der blive givet særlig vejledning omkring de metoder, som en brøndborer med fordel selv ville kunne udføre dels som et led i kvalitetskontrollen af eget arbejde, men også med hensyn til at få flere og bedre informationer om den gennemborede lagfølge.

Beskrivelse af metoderne

For de enkelte metoder vil der blive fokuseret på:

- Hvad er princippet i metoden (måleparameter, måleprincip, tolkning)?
- Til hvilken nytte, dvs. hvilke informationer kan metoden give?
- Hvilke begrænsninger har metoden, dvs. hvilke informationer kan ikke opnås?
- Hvordan ser et optimalt undersøgelsesprogram ud for en enkelt boring?
- Hvad koster logging undersøgelser?
- Hvem kan udføre underborehulslogging i dagens Danmark?


3.2.1 Logmetoder, som giver geologisk information

De vigtigste og mest anvendte metoder er gamma-log og resistivitets-log. Den første måler jordlagenes naturlige radioaktivitet, og den anden måler deres specifikke elektriske modstand (populært sagt: ohmsk modstand per volumen enhed).

Principperne

Gamma-log:

Måleprincippet ved gamma-log er, at der i målesonden anvendes en krystaldetektor, som er følsom overfor gamma-stråling. Strålingen omsættes i målesonden til elektriske impulser, hvis antal per tidsenhed (min. eller sek.) giver et mål for strålingsintensiteten. Variationen af denne ned gennem boringen giver et billede af lagfølgen, idet lerlag typisk vil have højere stråling end silt, som igen vil have højere stråling end sand og grus. Sagt på en anden måde, jo større indholdet er af finkornet materiale, jo højere er gamma-strålingen. For strålingsintensiteten i kalkaflejringer gælder, at København Kalk (kalksandskalk) har højere stråling end bryozokalk og skrivekridt, men at de to sidstnævnte generelt viser samme strålingsniveau.

Strålingsforhold

Årsagen til, at der overhovedet forekommer gamma-stråling fra jordlagene, er de tre i naturen optrædende radioaktive grundstoffer Uran, Thorium og Kalium (for sidstnævnte er det i virkeligheden den medfølgende isotop Kalium40, som giver stråling). De tre stoffer optræder med forskellig koncentration i de forskellige lagtyper.  Der kan ikke gives absolutte tal for strålingsintensiteten i de forskellige typiske danske aflejringer, idet denne vil afhænge af størrelsen af målekrystal i detektor samt af boringens diameter, forerør, type af eventuel boremudder, idet vand- eller boremudder volumet samt rørmaterialet vil dæmpe strålingsniveauet.

Typiske værdier

Typiske værdier optaget med en 25x50 mm detektor krystal fra en 6-8" boring med forerør til kalken er: 800-2000 impulser/min i moræneler, 400-800 i sand, 400-800 i København kalk og <400 i bryozokalk. Andre eksempler på strålingsniveauer i forskellige lagfølgesituationer er illustreret på Figur 1.

Tabel 1
Geofysiske kortlægningsmetoder.

Se her!

Forskelle mellem aflejringer

Ud over de generelle forskelle i gamma-stråling imellem de enkelte lagtyper kan der indenfor de enkelte lagtyper, eksempelvis i moræneler, smeltevandssand, marint sand, København Kalk, bryozokalk og i skrivekridt, ses karakteristiske forskelle i såvel strålingsniveau som i strålingsmønster (dvs. detailvariation) fra et dybdeinterval til det følgende. Sådanne forskelle indikerer karakteristiske forskelle i fx sammensætning (indhold af ler, kornfordeling), i porøsitet eller i cementering. Indenfor især tertiære aflejringer af sand, ler og kalk samt i kridtaflejringerne kan der optræde enkelte markante horisonter med høj gamma stråling, som betegnes som marker horisonter. Sådanne horisonter har stor betydning ved sammenligning af logs fra boring til boring (korrelation) med henblik på at bestemme lagenes udstrækning imellem boringerne.

Principper

Resistivitets-log:

Måleprincippet ved resistivitets-logging er analogt til den traditionelle geoelektriske målemetode, dvs. via en strømelektrode på målesonden og en strømelektrode ved jordoverfladen etableres der et elektrisk felt i jordlagene, som danner baggrund for måling af jordlagenes tilsyneladende specifikke elektriske modstand (resistivitet i enhed ohm-meter). Målingen udføres enten imellem to måleelektroder på sonden (Lateral log) eller mellem een måleelektrode på sonden (Normal log) og en anden måleelektrode anbragt på jordoverfladen (afstand mellem strøm- og måleelektrode ved jordoverfladen skal være større end 25 m). Afstanden mellem strøm-elektrode og måleelektroder er afgørende for størrelsen af det jordlagsvolume, der måles på (måledybde = indtrængningsdybde og opløsningsevne = detaljeringsgrad). De hyppigst anvendte elektrodeafstande på logsonderne svarer til de i oliegeologien internationalt anerkendte standardafstande: 16" Normal, 64" Normal, 16"/48" Lateral og 32"/ 18'8" Lateral, som giver fra nogle få decimeters til ca. 1 m indtrængningsdybde og opløsningsevne. En videreudvikling af måleprincippet i form af symmetrisk kombination af måleelektroder og supplerende strømelektroder omkring en central strømelektrode midt på logsonden har medført, at der nu kan måles fokuseret resistivitet med opløsning på 10 cm og samtidig indtrængningsdybde på 1-2 m.

Tabel 2
Logmetoder, måleparameter og information.

Se her!

Begrænsninger

Jævnfør ovenstående skal der via strømelektroden udsendes en strøm, og derfor kan loggen ikke udføres ovenover vandspejlet i boringen. I en boring med forerør af PVC eller stål kan der godt udføres målinger nedenunder vandspejlet, men disse giver ingen mening. I den filtersatte del af en boring kan der derimod godt etableres strømfelt ud i jordlagene gennem slidseåbningerne, og derfor kan der udmærket opnås meningsfyldte måleresultater, som dels kan angive præcist åbningsintervallerne og blændrørsplaceringerne og dels give oplysninger om eventuelle variationer i lagfølgen udenfor filteret.

Variation i jordlagene

Resistivitetsvariationen ned gennem boringen giver ligesom gamma-strålingen et billede af lagfølgen, idet lerlag typisk har lavere resistivitet end silt, som igen har lavere resistivitet end sand og grus. Resistiviteten ned gennem en lagserie varierer således modsat gamma-strålingen, idet resistiviteten generelt er lavere, jo større indholdet er af finkornet materiale (se figur 2). Med hensyn til kalkaflejringer vil de hårde tætte kalklag i København Kalk og i bryozokalk ses som lag (typisk 10-100 cm tykke) med høje resistiviteter, medens de mere porøse kalklag samt skrivekridt har en forholdsvis lav resistivitet. Med hensyn til typiske størrelsesordener for forskellige danske aflejringer henvises til Figur 4.

Se her!

Figur 1
Gamma-logs i forskellige lagfølger. (bemærkninger i Bilag 1).

Salt i porevandet

Ovennævnte forskelle i resistivitet mellem de enkelte lagtyper skyldes hovedsagelig forskelle i lerindhold eller i porøsitet. Sådanne forskelle kan imidlertid blive fuldstændig domineret af en tredje faktor, som spiller en afgørende rolle for jordlagenes resistivitet, og det er mængden af opløste salte i porevandet. I tilfælde af, at boringen har nået ned i saltholdigt grundvand, ses denne grænse i regelen tydeligt på en resistivitetslog, idet resistiviteten vil være markant lavere under grænsen.

Se her!

Figur 2A
Korrelation af gamma-logs og restitivitets-log mellem forskellige boringer i samme geologi. (bemærkninger i Bilag 1).
  

Principperne

Induktionslog:

Denne logmetode måler jordlagenes specifikke ledningsevne (konduktivitet) i stedet for deres resistivitet. Konduktiviteten er det omvendte (reciprokke) af resistiviteten og måles oftest i enhed mmho per meter, også kaldet milli-Siemens per meter. Måleprincippet er baseret på etablering af et horisontalt strømfelt i jordlagene omkring boringen ved induktion af et vertikalt elektromagnetisk felt omkring målesonden ved hjælp af en senderspole. Dette horisontale strømfelt genererer derefter et sekundært vertikalt magnetfelt, hvis styrke måles i sonden ved hjælp af en modtagerspole.

Se her!

Figur 2B
Korrelation af gamma-logs og restitivitets-log mellem forskellige boringer i samme geologi. (bemærkninger i Bilag 1).

Sidstnævnte magnetfelts styrke vil være større for større ledningsevne, og en kalibrering af målesonden mod kendte ledningsevneforhold gør det muligt at foretage målingerne direkte i specifik ledningsevne (mS/m).

Begrænsninger

Fordelen ved denne metode i forhold til resistivitets-log er, at der ikke behøves elektrodekontakt med jordlagene via vand. Derfor kan der måles ovenover et vandspejl i boringen samt igennem ledningsevne-neutrale foringsrør af eksempelvis PVC. Foringsrør af stål vil derimod give en alt for høj ledningsevne. Målemetoden er i det hele taget meget følsom overfor metalgenstande, og derfor vil centreringsstyr af metal udenfor PVC-foringsrør og selv metalskruer ved rørsamlinger give store måleudslag.

Variation i jordlagene

Da konduktiviteten er det modsatte af resistiviteten vil konduktiviteten variere med lagfølgen ned gennem boringen i modfase til resistivitetsvariationen, dvs. variere som gamma-loggen med høje måleværdier ved lerlag, og faldende måleværdier jo mindre lagene indholder af finkornet materiale. Ligesom resistivitetsloggen vil induktionsloggen vise et markant ændret måleniveau ved overgang fra ferskt til saltholdigt grundvand.

Se her!

Figur 2C
Korrelation af gammalogs og induktions-log mellem forskellige boringer i samme geologi. (bemærkninger i Bilag 1).
  

Metoder og principper

Andre logmetoder med geologisk information:

Af andre metoder, som giver geologisk information, skal nævnes to radioaktive logmetoder: Neutron-neutron og gamma-gamma logging. Ved begge metoder er målesonden udstyret med en radioaktiv kilde (forholdsvis svag og derfor ufarlig ved fornuftig omgang med sonden), som udsender henholdsvis neutron og gamma stråling.

Se her!

Figur 3
Restitivitetslogs i forskellige lagfølger (bemærkninger i Bilag 1).

Den udsendte stråling dæmpes af henholdsvis ilt og af den samlede mængde stof, hvorfor en måling af den fra jordlagene tilbagereflekterede neutron og gamma stråling giver et udsagn om henholdsvis vandindholdet og rumvægten (massefylden) af jordlagene. Under vandspejlet vil vandindholdet være bestemt ved porøsiteten således, at et øget vandindhold i samme type aflejring betyder en større porøsitet og dermed en mindre rumvægt. De to typer log varierer derfor i regelen modsat hinanden ned gennem en lagserie.

Begrænsninger

De to logmetoder giver ikke meningsfyldte resultater i stålforingsrør, og i PVCrør kræves der en forholdsvis kraftig strålingskilde til især neutron-neutron loggen for at kunne få pålidelige måleresultater. De er i øvrigt begge meget påvirkelige af diametervariationer, og må alt i alt siges at være vanskeligere at udføre og tolke end de tre forannævnte logmetoder.

Figur 4
Oversigt over typiske restitiviteter for danske aflejringer. (bemærkninger i Bilag 1).
  

Se her!

Figur 5
Induktionslogs i forskellige lagfølger (bemærkninger i Bilag 1).
  

Se her!

Figur 6
Gamma- og restivitetslogs ved udbygningskontrol. (bemærkninger i Bilag 1).

3.2.2 Logmetoder, som giver teknisk information

Metode

Kaliber-log:

Med tre fjederpåvirkede stålarme på en sonde måles diameteren i boringen. Dette kan have betydning i gamle boringer som kontrol af boringsudbygningen, herunder identifikation af større utætheder som følge af tæring eller forskubbede/forsatte rørsamlinger i forerør og af eventuel diameterskifte i filter eller i åbne kalkboringer. I sidstnævnte vil dybdeintervaller med store diametre på grund af kalkudfald kunne lokaliseres. Kendskab til diametervariationer er især vigtig for tolkning af indstrømningsfordelingen ud fra flow-log se Figur 7.

Metode og principper

Ledningsevne-log:

Denne sonde har et specielt arrangement af mikroelektroder, hvormed der måles ledningsevnen af vandet eller borevæske/mudder i boringen. Ledningsevne måles i mikroSiemens/cm, milliSiemens/cm eller i milliSiemens/m, og der gælder følgende indbyrdes relation: 1000 µS/cm = 1 mS/cm = 100 mS/m. Til sammenligning har normalt dansk drikkevand fra vandhanen en ledningsevne på 30-80 mS/m v 25 C°.

Se her!

Figur 7
Kaliber-logs.

Ledningsevne-log og den nedenfor omtalte temperatur-log måles i regelen samtidigt og med samme sonde. Den udføres i gamle såvel som nye boringer med henblik på at vurdere, om der er væsentlige forskelle på ledningsevnen i det filtersatte dybdeinterval og til sammenligning med ledningsevnen af det oppumpede blandingsvand. Især er det en vigtig log i områder, hvor der er fare for saltholdigt grundvand.

Resultater

Hvis ledningsevnen over et større filterinterval eller i en åben kalkboring viser fuldstændig konstante værdier, kan det være en indikation på lodret strømning (kortslutning) internt i boringen mellem forskellige dele af lagserien, som har forskelligt vandtryk. Det kan også være mellem en utæthed i forerøret og dele af filteret, at strømningen sker. Hvis temperatur-loggen (se nedenfor) på samme dybdeinterval ligeledes viser konstante værdier, er det næsten 100 % sikkert, at der foregår en intern strømning i boringen (se Figur 8). En sådan intern strømning kan være uheldig af flere grunde, men især hvis der er tale om opstrømning af saltholdigt grundvand eller nedstrømning af forurenet grundvand eller øvre grundvand med en uønsket grundvandskemi. Hvis strømningen har pågået længe, kan det komplicere en eventuel dybdekontrolleret udtagning af vandprøver fra boringen.

Metode og principper

Temperatur-log:

Temperaturen i vandet eller i borevæske/boremudder ned gennem boringen måles med den samme sonde, som måler ledningsevnen. Sonden er dertil forsynet med en speciel følsom temperaturdetektor (termistor). I visse log-systemer er de to typer målinger koblede i et indbygget beregningsprogram, således at ledningsevnen er temperaturkorrigeret til 25 C°. Sonderne til de integrerede log-systemer med mange forskellige typer logmetoder kan i regelen måle temperatur med en nøjagtighed på 1/100 C°, hvorimod de noget billigere log-systemer til udelukkende temperatur- og ledningsevne målinger måler med en nøjagtighed på 1/10 C°.

Se her!

Figur 8
Ledningsevne- & temperatur-logs i forskellige strømningssituationer. (bemærkning i Bilag 1)

Vandets temperaturvariation

I en boring, som ikke er i drift, og hvori der ikke foregår nogen intern strømning, vil temperaturvariationen typisk være følgende: 10-12 C° øverst (afhængig af årstid og vandspejlets dybde under terræn), som aftager jævnt til 8-9 C° i en 10-20 m dybde, hvorefter temperaturen stiger jævnt mod dybden med ca. 0,1-0,2 C° per 10 m dybde (se Figur 8).

Resultater

Det er oftest særdeles nyttigt også at udføre ledningsevne- og temperaturlog under pumpning fra boringen, dvs. under forhold analog til normal driftssituation, dvs. hvor strømningen foregår opad mod pumpen. En sådan temperatur-log vil sammenlignet med tilsvarende uden pumpning indikere, om indstrømningen til boringen er jævnt fordelt over filterintervallet, eller om der sker lokal indstrømning ved specielt vandførende horisonter, idet førstnævnte situation vil ses som en logkurve med jævnt faldende temperatur op mod pumpen, hvorimod sidstnævnte indstrømningssituation vil vise sig ved trinvis lavere temperatur opad i boringen (se Figur 8).

Saltvand

På tilsvarende vis vil ledningsevne-loggen under pumpning oftest afsløre karakteren af indstrømningsfordelingen, idet ledningsevnen enten vil være ens, jævnt faldende eller jævnt stigende i forskellige dybdeintervaller med jævn indstrømningsfordeling, hvorimod den kan ændre sig springvis ved enkelte indstrømningszoner i eksempelvis kalk (se Figur 8). Specielt i tilfælde med saltvand i bunden af en boring er det af betydning at vide, om dette saltvand vil påvirke det producerede blandingsvand og i givet fald hvor meget og op til hvilken dybde? Kun derved kan det vurderes, om en afpropning er nødvendig, og i hvilken dybde denne afpropning skal foretages. En sådan beslutning kan ikke træffes alene på basis af ledningsevne-log uden pumpning.

Metode og principper

Propel flow-log:

Et mere detaljeret billede af indstrømningsfordelingen under pumpning fra en boring kan opnås ved hjælp af en propel flow-log sonde, idet propellens antal omdrejninger per minut stiger med øget hastighed på vandet, der strømmer forbi sonden. Ved integrerede logsystemer med kontinuert digital dataopsamling udføres denne log ved start fra bunden og med konstant bevægelse af sonden (typisk 5 m/min) opad. Rotationstallet som følge af denne bevægelse skal derfor fratrækkes de målte tælletal for at få et billede af den akkumulerede strømning op gennem boringen, og dermed få et billede af, hvor indstrømningerne sker, og hvor meget de bidrager med. Ved denne form for flow-logging (kontinuert) kan der måles strømningshastigheder ned til 30 cm/min. Der kan også fås et mere enkelt propel flow-log udstyr, hvor propellens omdrejningstal måles med en simpel batteridreven omdrejningstæller i et tidsrum (typisk 1 minut), som måles på med stopur. Et sådant udstyr anvendes til diskrete målinger, dvs. sonden holdes i en bestemt dybdeposition, medens målingen pågår. Intensiteten af målepositioner, typisk per halve meter, bestemmes ud fra krav til detaljeringsgrad. Ved denne form for flow-logging skal strømningen være større end 2-3 cm/sek. = 120-180 cm/min, før propellen overhovedet drejer rundt på grund af gnidningsmodstand i lejerne.

Resultat

Resultatet af en flow-log vises som en log-kurve, der udtrykker den procentvise strømning i filterintervallet (Figur 9). Hvis pumpen sidder i forerøret ovenover filteret, vil rotationstallet her repræsentere 100 %. Da ændringer i boringens diameter vil påvirke strømningshastigheden, eksempelvis sektioner med større diameter i åbne kalkboringer, eller større diameter ved overgang fra filter til foringsrør, er det nødvendigt at kende sådanne diameter variationer for at undgå fejltolkninger af flow-loggen. Derfor er en kaliber-log nødvendig i forbindelse med en flow-log undersøgelse af en boring, hvis der er tvivl om boringens udbygning og dimensioner. Resultatet af en flow-log kan også vises som indstrømning i % per halve eller hele meter filtersektion. (Figur 9).

Regenerering af boring

Sammenholdes en flow-log, som viser filtersatte niveauer uden indstrømning, med de logs, som giver geologisk information, og det deraf fremgår, at der ikke er nogen geologisk betinget grund til de manglende indstrømninger, kan det give et fingerpeg om, hvor en regenerering af boringen især skal sættes ind.

Se her!

Figur 9
Flow-logs i åbne kalkboringer og i filtersat boring. (bemærkninger i Bilag 1).

Ombygning af boringer

I boringer med forringet eller uacceptabel vandkvalitet kan det komme på tale at vurdere, om problemet kan afhjælpes ved en ombygning af boringen i form af afpropning af bunden eller afspærring af den øvre del af et filter eller åben boringssektion, eller eventuel ved etablering af indvinding ved seperationspumpning fra boringen. I sådanne tilfælde vil det være nødvendigt som et minimum at kende indstrømningsfordelingen og vandkvaliteten af de væsentligste indstrømningszoner for at kunne vurdere, om en afhjælpning af problemet er muligt - eller om boringen/ kildepladsen må opgives. I denne forbindelse vil en flow-log have betydning for vurderingen af den fremtidige transmissivitet og specifikke ydelse efter ombygningen, dvs. om der kan indvindes en tilstrækkelig vandmængde fra den resterende del af boringen. En anden vigtig forudsætning for at løse et vandkvalitetsproblem ved afspærring er, at vandkvaliteten fortsat forbliver uændret og tilfredsstillende efter ombygningen, dvs. at den problematiske vandkvalitet i de afspærrede zoner ikke spreder sig til de ikke afspærrede zoner. De geologiske logs nævnt ovenfor eventuelt suppleret med en pakkertest vil kunne anvendes til at vurdere, om denne forudsætning kan forventes opfyldt.

Seperationspumpning

I tilfælde, hvor vand med uønsket vandkvalitet optræder i samme magasin som det uproblematiske vand, og uden at vandtyperne er adskilt ved lavpermeable lag (ler i sand, ler eller mergel i kalk og kridt, tætte kalkbænke i kalk/kridt), kan den sidste forudsætning ikke opfyldes. I sådanne tilfælde kan etablering af separationspumpning i indvindingsboringen være løsningen i stedet for afspærring, dvs. pumpning med to pumper anbragt og afbalanceret i forhold til hinanden på en sådan måde, at den ene indvinder fortrinsvis fra zonen med den uønskede vandkvalitet, medens den anden indvinder fra den resterende del af reservoiret. Også i dette tilfælde er en flow-log vigtig for at kunne forudsige ydelserne på de to pumper.

Princip

Heat pulse flow test:

Måleprincippet går ud på at måle den tid, der medgår for en udsendt varmepuls at bevæge sig enten opad eller nedad til to temperaturfølsomme sensorer, som sidder henholdsvis 5 cm over og 5 cm under en varmetråd, hvorfra pulsen udsendes. Strømningshastigheden i målepositionen kan derefter ud fra kendskab til boringens eller rørets diameter omregnes til liter/time, som strømmer enten opad eller nedad i den pågældende dybde.

Resultater

Denne specielle flow-målemetode er især egnet til diskrete målinger af eventuel intern strømning i boringen uden pumpning, idet denne sonde har en større følsomhed end propel flow-sonden, og derfor kan måle strømningshastigheder ned til 10 cm/min. Den anvendes således til undersøgelse af, om der sker lækageindstrømninger i gennemtærede foringsrør, ligesom den kan være egnet til kontrol af afspærringer eller afpropninger. Endvidere finder den anvendelse ved etablering af vandskel mellem to pumper i forbindelse med udtagning af vandprøver fra bestemte zoner i et filter (Figur 10).

Figur 10
Heat pulse flow test. (bemærkninger i Bilag 1).
  

Se her!

Figur 11
Eksempel på komplet logging-program. (bemærkninger i Bilag 1).

3.3 Et optimalt undersøgelsesprogram for en enkelt boring?

Undersøgelsesprogram

Efter ovennævnte gennemgang af de forskellige mest gængse loggingmetoder kan det være på sin plads at diskutere, hvorledes det optimale program bør se ud for en enkelt boring, dvs. det mindst mulige loggingprogram, som kan sikre den tilstrækkelige information, der er nødvendig som beslutningsgrundlag til videre handling. Denne diskussion vil blive gennemført i samråd med kursusdeltagerne efter, at disse har givet deres bud, idet udgangspunktet i de enkelte situationer er en angivelse af problemstillingen i henholdsvis gamle boringer forud for en beslutning om eventuel renovering/ombygning af boringen, og i nye boringer forud for beslutning om udbygning af disse, samt efterfølgende til kontrol af en udbygning.

3.4 Hvem kan udføre borehulslogging i Danmark?

Firmaer

Et fuldt moderne digitaliseret loggingudstyr og med målesonder til de fleste af de nævnte metoder haves af: RAMBØLL, Geoteknisk Institut/co United Drilling Contractors og Danmarks og Grønlands Geologiske Undersøgelse (GEUS). Herudover har Dansk GeoServex A/S et lidt ældre, men også digitalt loggingudstyr med sonder til de vigtigste metoder (gamma, resistivitet, induktion, ledningsevne/temperatur og kaliber).

Ellogboring

Derudover findes der en speciel boremetode, hvor der under selve nedboringen med en hul snegleborestang samtidig måles både en resistivitets-log og en gammalog. Metoden går under navnet "ellogboring" og er især anvendelig til undersøgelsesboringer i forholdsvis finkornede aflejringer af sand og ler. Ønskes der udført filtersætning i forbindelse med ønsket om at anvende undersøgelsesboringen til moniteringsformål, kan der ikke udføres gamma-log, idet spidsen af sneglen skal kunne bankes ud, og filterrør indsættes ned gennem den hule borestreng.

Vandprøvetagning

Ellogboring kan i stedet for gamma-log kombineres med niveaubestemt vandprøvetagning under stop på udvalgte dybdepositioner ved hjælp af et indbygget prøveog målekammer tæt ved sneglens borespids. Ved denne kombination kan der ikke bagefter nedsættes filter gennem den hule borestreng, men ved den efterfølgende genboring efter at borespidsen med prøvetagningsaggregat er udskiftet med normal borespids. Denne form for kombination af logging og nedboring er patenteret og kan derfor kun udføres af firmaer med licens (Dansk Geofysik A/S m.fl.).

3.5 Hvad koster loggingundersøgelser?

Program og priser

Prisen for loggingundersøgelser fastsættes i ovennævnte firmaer/institutioner forskelligt, men vil naturligvis afhænge af loggingprogrammets omfang i den enkelte boring, af dennes dybde, af antal boringer, der skal undersøges i samme sag, samt af krav til rapporteringens omfang. Den varierer typisk mellem 10.000 kr. og 25.000 kr. per boring. Anskaffelsen af et moderne loggingudstyr koster mellem 1/2 og 1 million afhængig af antal af logtyper/metoder, som der ønskes mulighed for at kunne udføre.

3.6 Hvilke logtyper kunne en brøndborer med fordel selv udføre?

Det er imidlertid også muligt for et brøndboringsfirma selv at kunne udføre visse af de vigtigste logs uden at skulle foretage en så stor investering, og uden at skulle råde over specialistekspertise.

Resistivitetsmåleudstyr

For en investering på ca. 20.000 kr. vil man kunne råde over et batteridrevet resistivitets måleudstyr med eksempelvis 100 m kabel på tromle med glidekontakt til udførelse af diskrete målinger i stationære dybdepositioner. Derved ville brøndboreren inden filtersætning kunne kontrollere lagfølgen og laggrænserne med henblik på valg af den bedst mulige filterplacering og for samtidig at kunne vurdere, om det ville være hensigtsmæssigt at have mere end een filterkonstruktion, dvs. mere end een slidsestørrelse.

Propel flow-måleudstyr

For en investering på ca. 25.000 kr. vil man kunne råde over et batteridrevet propel flow-måleudstyr med eksempelvis 100 m kabel på tromle med glidekontakt til udførelse af diskret flow-log målinger i stationære dybdepositioner. Derved ville brøndboreren eksempelvis selv kunne aflevere en dokumentation over indstrømningsfordelingen i filteret efter færdigudbygning af en ny boring. En sådan flowlog sammenholdt med dels brøndborerens egen vurdering af det filtersatte sandlags sammensætning og dels en eventuel resistivitetslog vil kunne give en vurdering af behovet for en eventuel regenerering (spuling) af hele eller specielle dele af filterintervallet.

Ledningsevne og temperatur måleudstyr

For en investering på ca. 20.000 kr. vil man kunne råde over et batteridrevet ledningsevne & temperatur måleudstyr med eksempelvis 100 m kabel på tromle med glidekontakt til udførelse af diskrete målinger i stationære dybdepositioner. Derved vil brøndboreren dels kunne vurdere, om en eventuel saltvandsgrænse er passeret, eller om der kan/skal bores dybere inden beslutning om filtersætning. Endvidere vil brøndboreren ved en ledningsevnelog efter filtersætning kunne få en indikation på, om der er tale om forskellig vandkvalitet i forskellige dele af filterintervallet.

Det er karakteristisk for disse tre typer af udstyr, at de er forholdsvis robuste og samtidig simple at udføre.

3.7 Litteratur

Sørensen, K., 1989: Ellog boring.- Skov- og Naturstyrelsen, Kortlægningsserien nr. 8.

Bilag 1

Fig. 1 Gamma-logs fra en kvartær lagserie (B14, Sekjær), en lagserie i Danien kalk over skrivekridt (Ø3a, Egholm) samt fra en Miocæn lagserie (B15, Lindknud). Bemærk, at der kan optræde stor gammastårling Miocæne sandlag, hvilket skyldes tilstedeværelse af lag med uranholdigt tungsand.
  
Fig. 2A Korrelation af gamma-logs og af resistivitets-logs fra boringer i Miocæne aflejringer ved Lindknud. De fire boringer står på en knækket linie fra sydvest mod nordøst og afstanden fra B15 til B13 er ca. 3,5 km. Gamma-strålingen i de marine miocæne sekvenser er generelt højere end i de øverste limniske sekvenser, hvilket skyldes tilstedeværelse af dels lag af glimmerler og dels indslag af uranholdigt tungsand i de marine sekvenser. Såvel gamma-logs som resistivitetslogs kan detail korreleres fra boring til boring i de marine sekvenser, hvorimod log-sekvenserne fra Odderup formationen kun delvis kan korreleres og kun imellem et par af boringerne.
  
Fig. 2B Korrelation af gamma-logs og af resistivitets-logs fra Danien kalk over skrivekridt (Egholm). Der ses flere gamma-marker horisonter (stor stråling) i den øvre kalk sekvens, og disse horisonter hører til lag med lav resistivitet. Ligeledes ses der i samme kalk sekvens flere resistivitets-marker horisonter (stor resistivitet), og disse optræder i laget lige ovenover de enkelte gamma-marker horisonter. Bemærk i øvrigt de generelle forskelle i såvel gamma-stråling som i resistivitetsniveau i de tre kalk sekvenser. Skrivekridtet kan skelnes fra kalken ved en mindre resistivitet.
   
Fig. 2C Korrelation af gamma-logs og af introduktions-logs fra samme boringer som i Fig. 5B. Indukstions-logs viser det modsatte af resistivitets-logs, og sammenhængen mellem gamma-marker horisonterne i den øvre kalk sekvens og lag med sstor ledningsevne ses tydelig, ligesom ledningsevne-niveau og -variation i den midterste kalk sekvens har tilsvarende rolige og lave forløb som gammastrålingen i modsætning til forløbene i den øvre og i den nedre kalk sekvens.
  
Fig. 3 Resistivitets-logs fra en kvartær lagserie (B14, Sekjær), en lagserie i Danien kalk over skrivekridt (Ø3a, Egholm) samt fra en Miocæn lagserie (B15, Lindknud).
  
Fig. 4 Tabel over typiske resistiviteter for danske aflejringer.
  
Fig. 5 Induktions-logs fra en kvartær lagfølge over Danien kalk og skrivekridt (200.4186 Lautrupparken) og fra en Danien kalk over skrivekridt (Ø3A Egholm).
  
Fig. 6 Gamma-logs før og efter filtersætning, samt resistivitets-log efter filtersætning. Sidstnævnte giver kun meningsfyldte målinger ud gennem slidseintervallet, hvorved filterets nøjagtige placering kan kontrolleres. Gamma-log efter filtersætning viser generrelt lavere værdier end før filtersætning, hvilket skyldes at strålingen dæmpes dels af filtermaterialet men især af bagfylds materialet. Forseglingsintervallet lige over filteret giver sig til kende på gamma-loggen efter filtersætning ved det højere strålingsniveau, hvorimod den planlagte øvre forsegling ca. 15 m.u.t. ikke ses på gamma-loggen efter filtersætning, og derfor må formodes ikke at være blevet placeret.
  
Fig. 7 Kaliper-logs fra 2 åbne kalk-boringer, Lautrupparken 200.4186 og Egholm Ø3A. Ekstra store diametre ses i den øvre del af kalken lige under forerør.
  
Fig. 8 Temp.- og ledningsevne-logs før og under pumpning fra to åbne kalkboringer, Lautrupparken 200.4186 og Egholm Ø3A. Boringen fra Lautrupparken viser højere temperaturer og ledningsevne under pumpning end før pumpning på grund af bidrag under pumpning fra indstrømninger også i den nedre del af boringen. Egholm boringen viser derimod samme temperatur og ledningsevne før og under pumpning, hvilket skyldes at der også i situationen uden pumpning sker en væsentlig opadgående strømning fra boringens nedre del til den øvre del. Bemærk ved begge boringer de trinvise ændringer i temperatur og ledningsevne under pumpning, som er karakteristisk for indstrømninger fra sprækker.
   
Fig. 9 Flow-logs under pumpning fra de samme to åbne kalk-boringer som i Fig. 8, samt fra en filtersat boring ved Gevninge (24A). Sidstnævnte viser tre enkelte indstrømningszoner fra sprækker i Grønsandskalken. Boringer ved Lautrupparken viser hovedsagelig indstrømning i de øverste 5 m under forerøret (ikke vist her, men ses på Fig. 11). Egholm boringen viser at al indstrømning sker fra flere zoner i den nedre del af Danien kalken i dybdeintervallet 70-90 m. Den tilsyneladende aftagende strømning (vandmængde) ovenover 46 m skyldes en større diameter i den øvre del af boringen og i foringsrøret. Flow-loggen under pumpning i rotationstælletal per minut er sammenlignet med tilsvarende log uden pumpning, hvorved der ses et basisflow fra samme indstrømningsinterval 70-90 m og op til zonen lige under forerøret. Tælletallene er maksimalt ca. 30 Rot/min imod 60 Rot/min. under pumpning med 36 m3/t, d.v.s. basisflowet er ca. halvdelen af vandmængden under pumpning, 16 m3/t.
   
Fig. 10 Eksempel på 3 heat pulse impuls målinger i 50 m dybde og 2 målinger i 60 m dybde i den åbne kalk-boring 192.983 Hørup uden pumpning fra boringen med henblik på at undersøge om der sker kortslutningsstrømning (basisflow) imellem forskellige zoner i boringen. Den nedadgående puls ved tidspunktet 13-14 sekuner i 50 m dybde svarer til en nedadrettet strømningshastighed på 5 cm/13 sek. = 23 cm/min. = 13,8 m/time. I 60 m registreres der ingen pulse og der sker derfor ingen lodret strømning i boringen i denne dybde.
    
Fig. 11 Komplet logging program for en ny boring forinden eventuel færdigudbygning. Under mergel lagene i skrivekridtet i 105 m dybde viser resistivitetsog induktions-logs at ledningsevnen i porevandet i skrivekridtet under denne dybde stiger markant, formodentlig på grund af øget klorindhold. Grænsen mellem skrivekridt og kalksandskalk i ca. 65 m dybde ses ligeledes tydeligt på disse to logs, idet skrivekridtet har en væsentlig lavere resistivitet/højere ledningsevne end kalksandskalken. Flowloggen viser, at hovedindstrømningen (80%) sker indenfor de øverste 5 m under forerøret. Den øvrige indstrømning (20%) sker fra en lang række zoner, som lettest identificeres på temperatur- og på ledningsevne-loggen under pumpning, idet der på disse logs sker bratte ændringer ved hver af indstrømningerne.