|
Hydraulisk frakturering udført ved vandret boreteknik - Design og anlæg Bilag C:
|
| s0 | : | initiale vandspejlsændring i forhold til rovandspejl i boring |
| st | : | vandspejlsændring i forhold til rovandspejl i boring til tiden t |
| K | : | hydraulisk ledningsevne af det vandførende lag |
| Kz | : | vertikal hydraulisk ledningsevne af det vandførende lag |
| Kr | : | radial hydraulisk ledningsevne af det vandførende lag |
| L | : | filterlængde i boring |
| t | : | tid |
| rc | : | filterradius |
| rw | : | boringsradius |
| rce | : | ækvivalent filterradius |
| rwe | : | ækvivalent boringsradius |
Betydningen af ovenstående parametre fremgår af nedenstående figur C1
Figur C1,
illustration af parametre ved slugtest, Hvorslev
Der er opstillet følgende forudsætninger for Hvorslev metoden :
 | Det vandførende lag har en uendelig udbredelse såvel horisontalt som vertikalt. |
| Det vandførende lag er homogent. |
| Vandspejlet for det vandførende lag er til at begynde med horisontal. |
| Vandvolumenet V er tilført eller fjernet momentant. |
| Det vandførende lag har frit vandspejl. |
| Vandflowet til og fra boringen er jævnt. |
Kendes dybden af det vandførende lag kan der med fordel anvendes Bouwer & Rice metoden.
1.1.2 Bouwer & Rice metodenBouwer & Rice metoden bygger på et empirisk studie af sammenhængen mellem vandspejlets retablering i en boring efter der momentant enten er tilført eller fjernet vand fra boringen. Bouwer & Rice udledte i 1976 følgende udtryk :
hvor :
| s0 | : | initiale vandspejlsændring i forhold til rovandspejl i boring |
| st | : | vandspejlsændring i forhold til rovandspejl i boring til tiden t |
| K | : | hydraulisk ledningsevne af det vandførende lag |
| Kz | : | vertikal hydraulisk ledningsevne af det vandførende lag |
| Kr | : | radial hydraulisk ledningsevne af det vandførende lag |
| L | : | filterlængde i boring |
| t | : | tid |
| rc | : | filterradius |
| rw | : | boringsradius |
| rce | : | ækvivalent filterradius |
| rwe | : | ækvivalent boringsradius |
Betydningen af ovenstående parametre fremgår af nedenstående figur C2
Figur C2,
illustration af parametre ved slugtest, Bouwer & Rice
Der er opstillet følgende forudsætninger for Bouwer & Rice metoden :
| Det vandførende lag har en uendelig horisontal udbredelse |
| Det vandførende lag er homogent.og har en ensartet tykkelse |
| Vandspejlet for det vandførende lag er til at begynde med horisontal. |
| Vandvolumenet V er tilført eller fjernet momentant. |
| Det vandførende lag er spændt eller har frit vandspejl. |
| Vandflowet til og fra boringen er jævnt. |
Ud over Hvorslev og Bouwer & Rice metoden findes der en række andre metoder, hvoraf skal nævnes: Dagan metoden og KGS modellen. Omkring deres udledning og udformning i øvrigt henvises til speciallitteraturen 1.
Hvorslev og Bouwer & Rice metoden er anvendt, da de to metoder er en del af beregningsprogrammet AQTESOLV for Windows™, der vha. en række inddata beregner den hydrauliske ledningsevne K.
1.2 AQTESOLV for Windows™
AQTESOLV for Windows™ er et hydrogeologisk beregningsprogram til analytisk bestemmelse af egenskaber for vandførende lag ved udførelse af pumpe- eller slugtests.
Vha. en række inddata fra de udførte slugtests kan der i AQTESOLV grafisk præsenteres en retablerings/afsænkningskurve (afhængig af om der er fjernet eller tilført vand til testboringen). Kurverne optegnes i et semilogaritmisk koordinatsystem, hvor der ud af førsteaksen er afbildet tiden, mens vandspejlets afvigelse fra ro-vandspejlet er afbildet ud af den semilogaritmiske andenakse.
I AQTESOLV er der mulighed for at beregne den bedste rette linie gennem koordinatsættene, der repræsenterer retablerings/afsænkningskurven afbildet i det semilogaritmiske koordinatsystem.
På baggrund af den bedste rette linie og den valgte beregningsmetode (Hvorslev eller Bouwer& Rice) beregner AQTESOLV den hydrauliske ledningsevne K.
Ud over denne automatiske kurvefitting er der også mulighed for visuelt/manuelt at indlægge den bedste rette linie for delstrækninger af retablerings/ afsænkningskurven. Herved opnår man mulighed for at beregne den hydrauliske ledningsevne for deltidsstrækninger og derved mulighed for evt. at korrigere for tidsstrækninger, der ikke vurderes at være repræsentative for den pågældende slugtest. Eksempelvis vil man ofte se en stor afsænkning/retablering i starten, hvis der er anvendt gruskastning omkring filtrene. Dette vil kunne korrigeres med den visuelle/manuelle kurvefitting.
1.3 Inddata til AQTESOLV
Til beregning af den hydrauliske ledningsevne K vha. AQTESOLV er følgende inddata nødvendige:
| Metode: Hvorslev eller Bouwer & Rice. |
| Tidsserie af vandspejlets retablering efter at have fjernet eller tilført vand til testboringen. |
| Er magasinet i det vandførende lag spændt eller er der frit vandspejl. Der er i beregningerne regnet med et frit vandspejl. |
| Den momentane vandspejlsændring ved enten at have fjernet eller tilført vand til testboringen. Varierer mellem 0,3 og ca. 1 meter. |
| Radius af boring: 0,05 meter. |
| Radius af filter: 0,009 meter. |
| Længde af filter: 0,3 meter |
| Porøsitet af gruskastning. Da gruskastningen omkring de etablerede filtre er minimal er der anvendt porøsitet for selve formationen. Data for porøsitet for formationen beregnet vha. data fra Geoteknisk rapport for lokaliteten udarbejdet af Geoteknisk Institut 2. |
Porøsiteten n kan beregnes ud fra følgende formel : n = e/(1+e), hvor e = poretallet
I den geotekniske rapport er der i forbindelse med de udførte klassifikations- og konsolideringsforsøg gennemført en bestemmelse af poretallet i dybderne 2,5 mut, 3,5 mut og 4,5 mut. Dette er gjort i en geoteknisk boring (jbu-1) placeret ca. 6 meter fra slugtestboring MB-11, jf. figur C3.
I nedenstående tabel C1 er porøsiteten i de fire filterniveauer ved slugtestene beregnet på baggrund af de oplyste poretal i den geotekniske rapport.
Tabel C1,
porøsitet anvendt ved inddata til slugtests
Filter [mut] |
Poretal (mut) |
Porøsitet |
1,9 - 2,2 |
0,379 (2,5) |
0,275 |
2,5 - 2,8 |
0,379 (2,5) |
0,275 |
3,35 - 3,65 |
0,443 (3,5) |
0,307 |
4,2 - 4,5 |
0,361 (4,5) |
0,265 |
| Statisk højde af vandspejl over bund af filter: varierer mellem 0,3 til ca. 1 meter |
| Tykkelse af den vandmættede zone: I forbindelse med de udførte beregninger er tykkelsen af den vandmættede zone varieret mellem 0,3 til 1 meter. De 0,3 meter svarer til en vandret tilstrømning til filteret i filterets bredde, mens der ved de 1 meter regnes på en strømning, der medtager 0,35 meter på hver side af filteret |
| Anisotropisk forhold mellem den horisontale og vertikale hydrauliske ledningsevne: Er ukendt og derfor sat til 1. |
1.4 Udførelse at slugtest
Slugtesten er udført i perioden 26. - 29. juli 2000.
Slugtesten er udført i boring MB-11, der er filtersat i 4 niveauer. Placering og filtersætning af MB-11 fremgår af nedenstående figur C3.
Figur C3,
Placering og filtersætning af MB-11
Der blev udført et 3" borehul til hvert filter. Borehullerne blev etableret med foring af borerig. Boring MB-11 er således etableret som en rede med 4 filtre placeret så tæt på hinanden som muligt med den valgte boreteknik.
Den forede snegleboring blev udført til ca. 40 cm over det fastsatte filterniveau, hvorefter der i bunden blev uddybet med et skarpkantet kernerør i en cylinder, kaldet Shelby tube, der er tilpasset i diameter og længde til den efterfølgende filtersætning.
Ved filtersætningen blev der anvendt ø25 mm PE-filtre med 0,5 mm slidser af 30 cm længde. Omkring filtrene blev der monteret en dobbelt sok, hvori der var fyldt op med filtergrus, svarende til 0,5 cm gruskastning. Metoden blev anvendt for at minimere gruskastningen omkring slugtestfiltrene.
Filter med gruskastning i dobbelt sok passede således i det cylinderformede hul udført med Shelby tube. Over filteret, blev der monteret en specialkrave, så mængden af filtersand over filteret kunne minimeres. Over specialkraven blev der afproppet med bentonit til terræn.
Ved slugtesten er udført test samtidigt på hvert andet filter, dvs. sort filter er testet sammen med grønt filter og blåt filter er testet sammen med rødt filter.
Slugtesten på de enkelte filtre blev udført på følgende måde :
| Ro-vandspejlet i filteret blev pejlet. Derefter blev filteret tømt 2-3 gange for tilstrømmende grundvand, hvorefter der blev afventet til ro-vandspejl var retableret. |
| Derefter blev en tryktransmitter monteret i filter og ro-vandspejlet logget. |
| Der blev da foretaget en vandspejlsændring i filteret ved enten at opsuge eller tilføre vand med en 300 ml sprøjte. Den opsugede hhv. tilsatte vandmængde var på ca. 200 ml svarende til en vandspejlsændring i forhold til ro-vandspejl på omkring 1 meter i filteret. |
| Ved forsøgenes udførelse blev der først fjernet og siden tilsat vand til de enkelte filtre for ikke at ændre grundvandskemien væsentligt under forsøget. |
| Tryktransmitter med datalogger har da løbende logget grundvandsspejlet som funktion af tid. |
| Ved slugtestene bør der tilstræbes en retablering i forhold til ro-vandspejlet på omkring 90-95 % for at sikre repræsentative data i et sprækket medie som den aktuelle moræneler. Af hensyn til det tidsmæssige perspektiv er der i forbindelse med de udførte slugtests anvendt en retablering på 50-100%. |
1.5 Resultater
Resultaterne af de udførte logninger ved de udførte slugtests er gengivet på nedenstående graf nr. 1 - 4.
Figur C4,
Graf nr. 1, slugtest i blåt (3,35-3,65 mut) og rødt filter (1,9 - 2,2 mut),
recovery
Figur C5,
Graf nr. 2, slugtest i blåt (3,35-3,65 mut) og rødt filter (1,9 - 2,2 mut),
falling head
Figur C6,
Graf nr. 3, slugtest i grønt (2,5-2,8 mut) og rødt filter (4,2 - 4,5 mut),
falling head
Figur C7,
Graf nr. 4, slugtest i grønt (2,5-2,8 mut) og rødt filter (4,2 - 4,5 mut),
recovery
Af C4-C7 fremgår det, hvornår de forskellige typer tests (opsuget/tilført vand) er blevet udført i de enkelte filtre, ligesom ro-vandspejl er angivet. Endvidere er angivet som note, hvor stor en retablering, der er opnået ved de enkelte tests.
Data fra de enkelte testperioder er da anvendt som inddata til AQTESOLV, til beregning af den hydraliske ledningsevne K.
Resultaterne af de udførte beregninger ved hhv. Hvorslev metoden og Bouwer & Rice metoden er gengivet i nedenstående tabel C2.
Tabel C2,
resultat af slugtest i boring B-11
Resultaterne fra tabel C2 er gengivet grafisk i figur C8, hvor de 4 filtre er afbildet i et koordinatsystem, hvor den hydrauliske ledningsevne K er afbildet som funktion af dybden.
Figur C8,
Hydraulisk ledningsevne K som funktion af dybden
1.6 Diskussion af resultater og følsomhedsanalyse
Ud over at variere valg af beregningsmetode (Hvorslev eller Bouwer & Rice) er der foretaget en følsomhedsanalyse ved at variere tykkelsen af den vandmættede zone, jf. afsnit 1.3.
Derudover er der som nævnt i afsnit 1.2 benyttet den mulighed for at foretage en visuel/manuel kurvefitting til retableringskurven.
Variationen af tykkelsen af den vandmættede zone mellem 0,3 og 1 meter har ikke givet anledning til en ændret hydraulisk ledningsevne K ved nogen af de udførte beregninger.
Derimod ses en variation af den hydrauliske ledningsevne, afhængig af valg af metode. Generelt giver Bouwer & Rice metoden større K-værdier end Hvorslev metoden. Forskellen er ved at betragte resultaterne af de automatiske kurvefittings i tabel C2 op til omkring 20%.
Ved at foretage en visuel/manuel kurvefitting kan der for mange af de udførte slugtest opnås en synlig afvigelse i K-værdien i forhold til den automatiske kurvefitting. Denne afvigelse kan aflæses som min og max-værdierne i tabel C2 angivet for det enkelte filter og beregningsmetode.
Grunden til denne afvigelse skal formentlig søges i retableringsforløbet ved de pågældende slugtests. Da der er anvendt en lille gruskastning omkring filtrene kan den første del af kurveforløbet kaldet "early time" være påvirket af en "afsmitning" fra gruskastningen, så afsænkningen sker for hurtigt i forhold til hvad der ses i formationen. Man opnår da for store K-værdier i forhold til formationen.
De mest repræsentative data vurderes derfor at være data i den sidste del af forløbet for afsænkningskurven også kaldet "late time data".
Den pågældende problematik er afbildet i nedenstående figur C9, der viser et plot i AQTESOLV med angivelse af early og late time data.
Figur C9,
Retableringskurve med angivelse af "early-" og "late
time" data
De angivne max-værdier af den hydrauliske ledningsevne i tabel C2 repræsenterer derfor typisk "early time" data mens de angivne min-værdier typisk angiver "late time" data.
Af tabel C2 og figur C8 ses det, at der ved at variere på valg af metode og ved visuel/manuel fitting kan opnås en variation på den hydrauliske ledningsevne på op til halvanden størrelsesorden.
På trods af denne variation ses en tendens til en stigende hydraulisk ledningsevne ned gennem formationen fra ca. 2 - 3,5 mut fra i gennemsnit omkring 1,5 10-7 [m/s] til 3,0 10-7 [m/s].
Fra omkring 3,5 mut til 4,5 mut ses en reduktion i den hydrauliske ledningsevne til omkring 3,8 10-8 [m/s].
| 1 | The design, Performance and Analysis of Slug Tests. James J. Butler, Jr. Lewis Publishers. 1998. |
| 2 | Geoteknisk Institut. NIRAS. Resultater af laboratorieforsøg. Rapport 1, 2000-05-25. |