|
Hydraulisk frakturering udført ved vandret boreteknik - Design og anlæg 4. Etablering af hydrauliske frakturer fra vandrette boringer4.1 Hydraulisk frakturering fra vandret boringI det følgende er der gennemført en beskrivelse af anvendte materialer og materiel samt af de væsentligste arbejdsprocesser forbundet med udførelsen af hydraulisk frakturering langs 2 vandrette boringer. Ligeledes fokuseres der i afsnittet på opnåede erfaringer fra selve anlægsfasen, som blev udført ved entreprenørfirmaet Højgaard & Schultz, Anlæg. 4.1.1 Materialer4.1.1.1 Fraktureringssuspension Opblandingen af fraktureringssuspension (efterfølgende benævnt suspension) i batches af 300 l blev udført i følgende 3 tempi:
Datablade for Guar, Boraks og Uranine samt sigtekurve for anvendte propant er vedlagt i bilag D. 4.1.2 Materiel4.1.2.1 Mixerudstyr til fraktureringssuspension Der blev anvendt en almindelig tvangsblander med et effektivt volumen på ca. 325 liter. Ved opblandingens afslutning blev suspensionen tømt ned i en tragt, som via en sugeslange var forbundet til injektionspumpen. Der blev anvendt en trykluftsdreven spiralpumpe af typen Diaphrame (fabrikat "Sandpipes"), som blev lejet hos og drevet af off-shore firmaet Slumberger, Esbjerg. På tryksiden af pumpen var monteret et manometer (måleområde 0-10 bar) samt en sikkerhedsventil (max. 10 bar). Flowregistrering blev foretaget ved at tælle pumpeslag, hvor 1 slag svarede til 0,8 liter udpumpet suspension. Revneskæreværktøjet, se figur 4.1, er et specialfremstillet værktøj i stål, der påskrues den yderste borestang. Værktøjet er designet af Dana Brock, og fremstillet for Højgaard & Schultz, Anlæg, af en smed i Køge.
Figur 4.1 Via de 2 dyser, som er monteret med en indbyrdes vinkel på 180 grader, påføres den intakte formation et vandtryk på omkring 80-90 bar. Vandet tilledes dyserne via de hule borestænger. Ved det påførte dysetryk skæres en vandret orienteret revne med en forventet dybde på 10-15 cm, regnet vinkelret ud fra dysen. Skærehastigheden er ca. 1 m/min og injektionsflowet for det tilsatte vand ca. 50 l/min. Tidsforbruget forbundet med etablering af en forskåret revne langs hver af de i alt 5 frakturerede zoner af hver 3 m var således generelt på ca. 6 min. Fraktureringsapparatet er som revneskæreværktøjet designet af Dana Brock og fremstillet samme sted som revneskæreværktøjet. Fraktureringsapparatet består overordnet af 2 oppustelige packere, imellem hvilke der er monteret et perforeret og fleksibelt rør. Packerne, af typen LD inflatable straddle packers, er importeret fra Tam International, Houston, USA. For nærmere specifikation af packerne henvises til bilag E, mens opbygningen af fraktureringsapparatet er vist i figur 4.2. Figur 4.2 De 2 oppustelige packere er placeret med en indbyrdes afstand på 3 meter, svarende til længden af den forskårne revne, langs hvilken der skal fraktureres. Imellem packerne er monteret en ø50 mm hydraulikslange med ø25 mm udborede huller. Igennem disse huller injiceres fraktureringssuspensionen ud i den forskårne revne. Oppustning af packerene sker via en luftslange, som er ført til terræn og her forbundet til en kompressor. For at minimere risikoen for at fraktureringsapparatet "tabes" i tilfælde af brud på hydraulikslangen o.lign. er der imellem de 2 packere monteret 2 stk. kæder, hver med en trækstyrke på 3,2 ton. Kæderne er påsvejst hver af packerne. 4.1.3 Arbejdsprocesser ved udførelse af hydraulisk fraktureringVed hydraulisk frakturering fra vandrette boringer gennemføres i alt 4 overordnede arbejdsprocesser, som nærmere beskrevet i det følgende. 4.1.3.1 Arbejdsproces 1: Etablering af pilothul Pilothullet er etableret ved traditionel retningsstyret underboringsteknik, hvor der fra startpunktet (efterfølgende entrancepitten) er fremboret langs det projekterede trace og frem til modtagestedet (efterfølgende exitpitten), jf. figur 4.3. Den fysiske placering af entrance- og exitpitten er vist i bilag G.
Figur 4.3 Under borearbejdet er der anvendt et 4" borehoved (~ ø100 mm). Navigationen af borehovedet er udført ved anvendelse af walk-over locator, da der grundet den aktuelle boredybde ikke var behov for anvendelse af et mere avanceret navigationsudstyr, som eksempelvis et magnetisk søgesystem. 4.1.3.2 Arbejdsproces 2: Revneskæring langs drænstrækning Fra exitpitten og via det forborede pilothul blev den specialfremstillede revneskærer vha. boreriggens borestænger herefter trukket frem til start af den vandrette del af pilothullet. Langs denne del af pilotboringen blev der efterfølgende etableret i alt 5 forskårne revner af 3 meters længde. Den indbyrdes afstand mellem 2 forskårne revner blev således 5 meter, mens den indbyrdes afstand mellem de 2 yderste forskårne revner blev på 35 m, svarende til den samlede længde af det senere installerede vandrette dræn. 4.1.3.3 Arbejdsproces 3: Opreaming af pilothul til ø122 mm Efter revneskæringen blev pilothullet opreamet til ø122 mm for dels at sikre tilstrækkelig plads for fremføring af fraktureringsværktøjet dels for at oprense pilothullet efter at revneskæreværktøjet, vha. boreriggens borestænger, var blevet trukket retur til terræn. 4.1.3.4 Arbejdsproces 4: Hydraulisk frakturering langs 5 forskårne zoner I det aktuelle projekt blev der forud for etablering af hver sprække opblandet suspension i batches af 300 liter. Årsagen til, at der ikke blev opblandet større batches var, at der som funktion af injektionstiden ville være en stadig større risiko for at det tilsatte breaker-enzym nedbrød Guaren så meget, at den iblandede kvartssand ikke kunne holdes i suspension. Opstod denne situation, ville dette som tidligere omtalt medføre tilklogning af injiceringspumpen, fødeslangen samt fraktureringsapparatet. Et sådant driftsstop kan blive meget bekosteligt, idet pilothullet typisk vil blive ødelagt i forbindelse med forsøg på returtrækning af fraktureringsapparatet. I værste fald kan fraktureringsapparatet slet ikke returtrækkes; en situation som opstår ved at den udsedimenterede kvartssand pakker sig hårdt omkring dette. For at minimere riskoen for tilklogning mest muligt blev der flere dage før fraktureringens opstart opblandet en række batches med suspension. Til hver batch blev der tilsat forskellige mængder breaker-enzym. Erfaringerne fra batch-forsøgene blev efterfølgende anvendt til at optimere doseringen af breaker-enzym, således at der kunne sikres et så optimalt timet "break" (dvs. nedbrydning af den tilsatte Guar) som muligt. Ved et optimalt timet "break" forstås her et "break", der medfører, at Guaren vil være 80-100% nedbrudt ca. 2 timer efter fraktureringens ophør (kilde: Dana Brock). Før selve fraktureringens opstart blev fraktureringsværktøjet, igen ved hjælp af boreriggens borestænger, trukket frem til den første forskårne revne. De 2 packere blev herefter oppustet ved at påføre disse et tryk på ca. 6 bar i 15-30 min. Herved blev der etableret en tæt forsegling mellem den 3 meter forskårne revne og det øvrige pilothul. Fra en ø50 mm, PN 10, PE100, fødeslange blev den færdigblandede suspension efterfølgende injiceret via fraktureringsapparatet og ud i den forskårne revne og den sandfyldte sprække herved dannet. Benævnelsen PN 10 angiver det max. tilladelige tryktrin, her max. 10 bar, som kan påtrykkes aktuelle slange. PE 100 er en materialebetegnelse, for højdensitet svejsbar polyethylen. Injektionshastigheden blev fastlagt ved at tælle antal pumpeslag, hvor et pumpeslag svarer til indpumpning af 0,8 l suspension. Den gennemsnitlige injektionshastighed blev registreret til ca. 20 l/min. Et overordnet billede for injektionstrykkets tidslige udvikling i forbindelse med frakturering langs de inducerede sprækker A1, A2 og B1 er søgt illustreret på figur 4.4, mens forholdene langs A3 og A4 er præsenteret på figur 4.5. De tolkede forløb er optegnet på baggrund af feltobservationerne anført i feltjournalen, jf. bilag G. Grundet meget vanskelige arbejdsforhold, som uddybende beskrevet i bilag G, foreligger der ingen trykdata for gennemførte frakturering langs B2, B3 og B4, da Dana Brock i denne fase af projektet var fuldt koncentreret om at holde indpumpningssystemet i drift, samtidig med at suspension skulle sikres injiceret med korrekt enzym-breaker dosering.
Figur 4.4
Figur 4.5 Sammenholdes den observerede tidslige udvikling i injektionstrykket med henholdsvis uden forekomst af "Blow-up", fremgår det generelt, at de registrerede forløb afviger markant fra det forventede. Årsagen hertil vurderes helt overvejende at skyldes, at der opstod nogen tilklogning af indpumpningssystemet, dvs. af pumpe og tilhørende fødeslange i forbindelse med hver gennemført frakturering. Årsagen hertil var dels, at den anvendte pumpetype (trykluftdrevet spiralpumpe) ikke kunne pumpe den højviskose suspension som ønsket, samt at det var nødvendigt at anvende en ca. 90 m lang fødeslange, idet entrancepitten måtte etableres syd for Slagelsevej, jf. bilag G. Ovennævnte forhold, kombineret med den ugunstige vejrsituation (frostvejr ned til –10 C) gjorde, at det blev nødvendigt generelt at injicere ved tryk på 6-8 bar for at overvinde såvel formationsmodstanden som modstanden i selve indpumpningssystemet. Efter fraktureringens ophør blev trykket på packerne fastholdt i 20-30 min. for herved at sikre, at den injicerede suspension fortsatte med at brede sig ud i formationen fremfor at søge retur mod pilothullet. I forbindelse med aktuelle projekt viste det sig muligt at indpumpe 300-600 liter fraktureringssuspension, svarende til injicering af 120-240 liter propant pr. etableret sprække. Ligeledes blev der registreret i alt 6 "blow-ups", hvoraf et indeholdt propant, mens de resterende 5 overvejende indeholdt en blanding af Guar og gråbrun moræneler. I tabel 4.1 er resultaterne sammenfattet. De anførte "netto-mængder", angiver et estimat for den mængde fraktureringssuspension hhv. propant, som vurderes injiceret til de etablerede sprækker. Estimaterne er baseret dels på kendskabet til de faktisk tilsatte mængder fraktueringssuspension dels på en visul bedømmelse af de mængder fraktureringssuspension, som er tabt ved hvert registreret "blow-up". Tabel 4.1
Årsagen til at sprække nr. A5 ikke blev udført var, at der i forbindelse med den trinvise fremtrækning af fraktureringsapparatet mod denne løbende blev udfældet propant foran hhv. bagved frakturerinsgsapparatet samt at fødeslangen var delvist tilklogget. Efter udført frakturering langs sprække nr. A4 var fremtrækningen blevet meget kritisk. For at undgå tab af såvel fraktureringsapparat som ødelæggelse af de 4 allerede udførte sprækker blev der derfor truffet beslutning om hurtigst muligt at forsøge at få trukket fraktureringsapparatet mod terræn. Operationen lykkedes næsten, idet den ene packer blev voldsomt beskadiget og måtte udskiftes. Desuden blev koblingen mellem fødeslangen og fraktureringsapparatet ødelagt og ny trækfast kobling måtte efterfølgende fremstilles. Sprække B5 blev ikke udført pga. tilklogning af hele indpumpningssystemet. Problemet opstod grundet et forkert timet "break" af Guaren, som medførte, at propanten udsedimenterede i hhv. fraktureringsapparatet og fødeslangen. Ekstreme vejrforhold, her hård frost (-13C° ), var årsag til det fejl-timede "break". Umiddelbart efter tilklogningen renspulede en slamsuger det tilkloggede system, hvorefter der vha. injektionspumpen blev pumpet en "ren" Guar-vandblanding ( i Guar:vand forhold på 3,4 kg:950 l) frem til fraktureringsapparatet og ud i formationen. Ved denne operation blev der således tilsat en blanding, som kunne "smøre" og hermed nedsætte friktionsmodstanden i området mellem pilothullet og fraktureringsapparatet så meget, at returtrækning til terræn blev mulig. I forbindelse med det samlede fraktureringsarbejde blev der registreret i alt 6 "blow-ups". Et af disse indeholdt propant, mens de resterende 5 indeholdt en blanding af Guar og gråbrun moræneler, men intet propant. På baggrund af den registrerede sammensætning af påviste "Blow-ups" vurderes det, at kun en ubetydelig mængde propant, ca. 10-20 l, er søgt mod terræn ved sprække A2. Den fysiske placering af registrerede "Blow-ups" er vist i figur 4.9. Vurdering af den hydrauliske effekt af de etablerede sprækker er nærmere beskrevet i afsnit 4.4.2, mens en sammenfattende vurdering af den opnåede sprækkeapertur og – udbredelse er drøftet i afsnit 4.3. 4.2 Installation af vandrette dræn i fraktureret morænelerEfter udført frakturering blev pilothullet opreamet til 10" (~ ø250 mm). Via det opreamede pilothul blev der herefter tilbagetrukket et foringsrør (ø160 PN10, PE 100), hvori dræn og blindrør på forhånd var monteret. Drænet er opbygget som et 35 m langt ø110 mm, PN10 PE100 rør, med ø20 mm udborede huller og dobbelt filtervæv (maskevidde: 0,2 mm). Blindrør, som her monteret i begge ender af drænet og frem til anførte brønde, er udført i samme dimension og materiale, som foreskrevet for drænet, jf. figur 4.6.
Figur 4.6 Efter installation af dræn og blindrør blev foringsrøret trukket retur til terræn. Herefter blev boringen udviklet for at sikre nedbrydning af eventuel Guar efterladt i pilothullet. Såfremt Guaren ikke sikres nedbrudt, vil der ikke kunne skabes effektiv kontakt mellem installerede dræn og de etablerede sprækker. Boringsudviklingen blev udført i følgende 2 trin:
For tætning mellem det installerede blind-/drænrør og det opreamede pilothul er der umiddelbart før blindrørets indføring til anviste brønde etableret en ca. 1 m lang bentonitforsegling. Fra brønd (syd) blev der via den sydligt monterede blindrørssektion og frem til ca. 0,2 m inde i selve drænet efterfølgende installeret en ø50 mm PE sugeslange. For at sikre tæt samling mellem sugeslange og blindrørssektionen blev der ved over-gangen mellem blindrør og dræn afproppet med plastprop, jf. figur 4.6, snit A-A. En del af sugeslangen blev desuden lagt i frostfri dybde og fremført til behandlingsanlægget, hvor tilledt drænvand oprenses før afledning til Evergrøften. Via den nordligt monterede blindrørssektion og frem til midt i drænet blev der monteret en ø25 mm PN10, PE80 sugeslange, som blev anvendt i forbindelse med gennemførte Dual-phase tests. Sugeslangen er fremført til brønd (nord) og her afsluttet med kuglehaneventil og stuts. 4.3 Verifikation af sprækkeudbredelsenTil verifikation af sprækkeudbredelsen langs de frakturerede dræn er der forud for, såvel som under, samt efter selve fraktureringen, foretaget registrering af jordoverfladens henholdsvis udvalgte bygningsdeles kote for vurdering af eventuelle nettohævninger/nettoforskydninger. Supplerende er der gennemført udtag af intakte kerneprøver til ca. 5 m.u.t. fra i alt 22 sonderingspunkter for visuelt at vurdere sprækkeudbredelsen. Resultaterne heraf er beskrevet i dette afsnit. 4.3.1 Sprækkeidentifikation ved observation af netto-hævning af terræn henholdvis af bygninger.I et forsøg på at fastlægge de etablerede sprækkers orientering og tykkelse (apertur) blev netto-hævningen af terræn henholdsvis af udvalgte bygningsdele fastlagt ved anvendelse af nivelleringsudstyr (laser). Nivelleringsudstyret blev opstillet 10-20 m væk fra det område, inden for hvilket sprækken forventedes udbredt i planen. Langs hver sprække blev der etableret 8-10 nivelleringspunkter, hvortil der blev nivelleret hhv. før, 4-6 gange under, samt 24 timer efter fratureringens ophør. Den gennemførte nivellering viste entydigt, at der mod forventning ikke kunne påvises en målbar (> 1 mm) netto-hævning eller netto-forskydning af hverken terræn eller bygningsdele. 4.3.2 Sprækkeudbredelse fastlagt ved udtag af intakte prøver samt ved XRD-screeningVisuel bedømmelse på baggrund af udtagne intaktprøver Sonderingerne er primært foretaget langs sprække 4A (i i alt 13 punkter) og sprække 4B (i i alt 6 punkter) grundede egnede adgangsforhold langs disse. Herudover er der udført i alt 4 sonderinger langs sprække 1B (BO6), 2B (BO5) og 3A (BO3 og BO4) samt 2 sonderinger langs den ikke udførte sprække 5A. Sonderinger ved sprække 5A blev gennemført for at be-/eller afkræfte, om sprækkeudbredelsen fra 4A skulle have udbredt sig mod denne. Sonderingspunkternes placering fremgår af figur 4.7. Sondering BO1-BO6 er udført med borerig af typen UNIMOG, vha. hvilken der blev udtaget ø50 mm kerneprøver af 1 m længde fra terræn og til 5 m.u.t. Resterende kerneprøver, benævnt G1-G17, i samme dimension og længde blev udtaget vha. NIRAS’ Geoprobeudstyr.
Figur 4.7 Generelt har udtagning af kerneprøver i den vandmættede moræneler samt kompaktering/smearing af kerneprøverne vanskeliggjort en entydig visuel sprækkeidentifikation, selv om sporstoffet Uranine var tilsat fraktureringssuspensionen. Tolkningen af den horisontale sprækkeudbreddelse, baseret på en visuel bedømmelse af udtagne kerner langs fraktur 4A og 4B er vist på figur 4.8, mens hovedresultaterne for den gennemførte visuelle sprækkeidentifikation, er gengivet i tabel 4.2. Figur 4.8 Tabel 4.2
Der blev aldrig gennemført sondering langs et oprindeligt planlagt sonderingspunkt G14, hvorfor G14 heller ikke er indarbejdet i tabel 4.2. XRD-screening For verifikation af den visuelle sprækkeidentifikation er 4 prøver analyseret ved røntgendiffraktion, efterfølgnede XRD-screening, hos Geologisk Institut, København. 2 af prøverne blev udtaget langs fraktur 4A (G3 og G8), hvor der ved den visuelle identifikation blev påvist sprækker med en tykkelse (apertur) på hhv. ca. 20 mm og ca. 5 mm. De resterende 2 prøver omfattede en referenceprøve af den intakte formation (udtaget ca. 4,8 m.u.t. ved B02) samt en prøve af det anvendte propant (kvartssand). Screening ved XRD-metoden foretages ved røntgenstråling igennem krystallinske stoffer. Atomerne i krystalstrukturen fungerer som afbøjningsgitre, og der formes mange sekundære (diffrakterede) røntgenstråler, der spreder sig i rummet i veldefinerede retninger. På baggrund af afbøjningsretninger og intensitet af de sekundære røntgenstråler kan de enkelte stoffer identificeres, da hvert stof har sit eget diffraktionsmønster og kan identificeres efter det /ref. 9/. Resultatet af XRD-screeningen er sammenfattet i tabel 4.3. Tabel 4.3
Lidt over 50% af intaktformationen (G02) består af kvarts, men ligeledes af betydelige indhold af feldspat (blanding af albit og mikrolin i et forhold tæt på 1:1), samt calcit og lermineraler, hvilket er en typisk sammensætning for moræneler. Sammenlignet med referenceprøven fra den intakte formation, indeholder de 2 prøver udtaget fra fraktur 4A, forhøjede mængder af kvarts, hvilket indikerer, at de repræsenterer en blanding af moræneler og propant. 4.3.3 Sammenfattende vurdering af den udførte sprækkeidentifikationPå det foreliggende grundlag vurderes der i den aktuelle sag at kunne påvises sprækker med en apertur på 1- 20 mm. Aperturen af den inducerede sprække vurderes overvejende at aftage i tykkelse som funktion af den vinkelrette afstand regnet væk fra injektionspunktet. Orientering af sprækkerne vurderes overvejende at være subhorisontal og udviser overvejende tendens til at søge mod terræn i en vinkel på 10-50 grader, regnet fra vandret. Dog er det også påvist, at sprækkeudbredelsen kan orienteres nedad, regnet i forhold til injektionsdybden. Dette betyder, at det niveau, hvorfra der efterfølgende drænes, kan variere med op til 2-3 m i vertikal retning. Langs dræn A-A skønnes den opnåede sprækkelængde generelt at være > 8 m, svarende til en sprækkeudbredelse på begge sider af drænet på over 4 m. Den gennemsnitlige apertur for de inducerede sprækker langs dræn A-A vurderes til 2-3 mm, svarende til et opnået sprækkeareal pr. sprække på 55 -120 m2. Anførte sprækkeareal er fastlagt på baggrund af estimatet for den gennemsnitlige apertur, jf. tabel 4.2, samt ud fra etstimatet for "netto-mængden" af injiceret propant, jf. tabel 4.1. Langs dræn B-B skønnes den opnåede sprækkelængde generelt at være > 4-6 m, svarende til en sprækkeudbredelse på begge sider af drænet på over 2-3 m. Den gennemsnitlige apertur for de inducerede sprækker langs dræn B-B vurderes til 2-4 mm, svarende til et opnået sprækkeareal pr. induceret sprække på 30-60 m2. På det foreliggende grundlag vurderes den visuelle identifikationsmetode umiddelbart at være egnet for fastlæggelse af sprækker med en apertur > ca. 3-5 mm, og den tolkede sprækkeudbredelse langs dræn A-A og B-B er præsenteret i figur 4.9. Havde man i den aktuelle sag valgt kun at gennemføre sprækkeidentifikation ved at observere "netto-hævninger/-forskydninger" på terræn, kan det konkluderes, at der reelt ikke ville være påvist sprækker. Den generelle erfaring fra USA viser dog, at registrering af "netto-hævninger/-forskydninger" i forbindelse med frakturering i relativt ringe dybde (< 5 m) ofte kan give vigtige informationer om apertur og sprækkeorientering i planen /ref. 8/. Det samlede foreliggende identifikationsgrundlag indikerer dog, at der ved anvendte fraktureringsteknik på Slagelsevej 190 i Næstved er blevet etableret sprækker, hvis apertur og specielt sprækkeudbredelse er noget mindre end forventet, jf. afsnit 3.4.3.
Figur 4.9 4.4 Verifikation af den hydraulisk effekt fra vandrette dræn4.4.1 Forsøgsbetingelser og moniteringsprogramFor verifikation af den hydrauliske effekt fra de vandret frakturerede dræn A-A og B-B er der udført en dual-phase test på hvert af disse dræn. Dual-phase testen er udført ved at påtrykke de frakturerede dræn et vakuum. Derefter er der gennemført en monitering af vandspejlssænkningen i de nærliggende moniteringsboringer for vurdering af influensradius, ligesom de oppumpede luft- og vandmængder fra drænene er registreret for vurdering af deres hydrauliske kapacitet. Dual-phase testene af de 2 frakturerede dræn er udført i perioden 11. - 17. maj 2000. Hver test forløb over ca. 48 timer. Under testene blev drænene påtrykt et vakuum ved hjælp af et forsøgsanlæg, der var tilsluttet drænene via en ø25 mm sugeslange, installeret 18 meter inde i de vandrette frakturerede dræn. Forsøgsanlægget består af et sugespidsanlæg, der indeholder en 2 m3 tank med indbygget vakuum- og vandpumpe. Anlæggets kapacitet er ca. 60 m3 luft/time og 5 m3 vand/time. På afkastsiden er der monteret 2 kulfiltre til rensning af den afkastede luft og vand. Tilkoblingen til det testede dræn er udført med en special- hætte. På figur 4.10 er vist en principskitse af anlægsopbygningen anvendt ved dual-phase testene på dræn A-A og B-B. Figur 4.10 Pejling af grundvandsstanden blev i testperioden udført i en række moniteringsboringer placeret omkring de 2 frakturerede dræn. Mht. moniteringsboringernes dimensionering og opbygning henvises til afsnit 3.6. I forbindelse med testsafviking blev der gennemført en manuel pejling i moniteringsboring MB-2 til MB-10 samt i boring B4 og B10. I udvalgte boringer, MB-2, MB-3 og MB-10, er der pejlet i både øvre (~ kote 12) og nedre (~ kote 9,5) filter, mens der i MB-4 til MB-9 kun er pejlet i nedre filter (~ kote 9,5). Boring B4 og B10 er kun filtersat i et niveau, svarende til kote 10,7 – 13,7 hhv. kote 4,6 – 9,6. For 3 boringer (MB-7, B4 og B10) er vandspejlsvariationen gennem testperioderne vist på figur 4.10. Disse boringer er placeret i en horisontal afstand på 15 - 30 meter fra dræn A-A og B-B, og er således uden for det område, som forventes påvirket under testen, jf. figur 4.12.
Figur 4.11 For at belyse den nedbørsbetingede påvirkning af de to Dual-phase tests er der indhentet nedbørsdata fra DMI's observationspunkt etableret på Næstved Rensningsanlæg, der er beliggende ca. 5 km fra Slagelsevej 190. De indhentede data viser, at der i perioden 11. - 17. maj 2000, hvor de to dual-phase tests på dræn A-A hhv. B-B blev udført, ikke er registreret nedbør på over 0,1 mm. Det ses på figur 4.11, at der i dybdeintervallet 0-6 m.u.t. (B4 og MB-7) kun er registreret vandspejlsvariationer på ca. 2-5 cm gennem testperioden, mens der i dybdeintervallet 6-10 m.u.t. (B10) er sket en stigning på ca. 10 cm. Der vurderes derfor ikke at være grundlag for en generel korrektion af de observerede vandspejlsvariationer i moniteringsboringerne filtersat i de øverste 6 m.u.t. 4.4.2 Resultater af dual-phase testDual-phase testen for dræn B-B blev foretaget fra den 11.-13. maj 2000. Ved testen blev følgende nøgleparametre, anført i tabel 4.4, registreret. Tabel 4.4
Figur 4.12 Sænkningsforløbene i de enkelte boringer viser meget store forskelle, og kan overordnet inddeles i 3 typer. Den første type (A) er karakteriseret ved en hurtig afsænkning på 1-2 meter i løbet af de første 12 timer, og et stabilt niveau herefter. Retableringen foregår også relativt hurtigt. Dette forløb er påvist i to filtre (MB-2 øvre, MB-3 nedre). Den anden type (B) er karakteriseret ved en langsommere og relativt mindre afsænkning på op til ca. 0,25 m over 2-3 dage. Dette forløb er tydeligt i to filtre (MB-2 nedre, MB-6 nedre). Retableringen foregår her langsommere, og er ikke – som for type A – fuldstændig efter ca. 4 døgn. Den tredie type (C) har ændringer, der ikke vurderes som signifikante i forhold den naturlige vandspejlsvariation, og der kan således være en afsænkning på op til 5 cm, som blot ikke kan erkendes. Denne gruppe omfatter de resterende 10 filtre placeret i varierende niveauer. De 3 typer af sænkningspåvirkning vurderes at være styret af et komplekst samspil mellem trykudbredelse i morænens naturligt forekommende sprækker og de kunstigt inducerede højpermeable sprækker samt selve matrixen af lavpermeabelt moræneler. Som støtte ved tolkningen af resultaterne er placeringen af moniteringsfiltre og de påviste hydraulisk inducerede sprækker langs dræn B-B vist på figur 4.13. Figur 4.13 Sænkningsforløbet (type A) vurderes at være repræsentativt for de filtre, som direkte skærer de inducerede sprækker. Dette underbygges af filter MB-3 nedre, hvor der netop i niveauet for filtersætningen blev påvist en sprække, jf. figur 4.13 og 4.8. Den hurtige retablering underbygger teorien om direkte kontakt til sprækker. Ved start af forsøget tømmes de kunstigt inducerede sprækker relativt hurtigt, og vandstanden i selve filtret falder til et niveau omkring filterstrækningens overkant. Også filtret MB-2 øvre vurderes at have kontakt til inducerede sprækker, men ved borestedet for MB-2 blev der kun tydeligt konstateret en sprække ca. 2 m dybere end dette filter, jf. figur 4.8. Det vurderes dog sandsynligt, at en sprække induceret fra dræn B-B skærer MB-2 øvre ca. 2-2,5 m.u.t., og at de inducerede sprækker fra både dræn A-A og B-B gennemskærer området ved MB-2 i hhv. ca. 2 og 4 m.u.t. I det tilfælde, at vandstanden skulle blive sænket ned under overkant af filterstrækningen, vil der kunne trækkes luft ind i filtret og videre via de inducerede sprækker til selve drænet. I dette tilfælde vil der kunne opbygges et vist vakuum i sprækken, hvilket vil øge den effektive hydrauliske gradient. Hvis vakuumet i pumpeboringen er ca. 0,5 bar, svarende til 5 m vandsøjle og er der opbygget et vakuum i selve sprækken på 20% af pumpeboringens vakuum, vil dette være ækvivalent med en afsænkning på ca. 1 m vandsøjlle i sprækken (1 bar = 10 m vandsøjle). Den anden type af sænkningsforløb (B) har et mere "typisk" forløb, og vurderes at være resultatet af selve tryksænkningen i de inducerede sprækker og en videre forplantning vinkelret herpå ud i formationen. Placeringen af filter MB-6 nedre er sammen med en mulig sprækkeudbredelse i denne retning vist på figur 4.14. Uanset den nøjagtige placering af sprækken, vurderes den vertikale afstand mellem sprække og filter at være under ca. 1-2 m. Det samme forhold gør sig gældende for MB-2 nedre, til trods for at den horisontale afstand til dræn B-B er 4 m i fht. MB-6 Nedre, der kun ligger 2 m fra dræn B-B. Igen er det sandsynligt, at en sprække med et lavt tryk nær MB-2 øvre medfører en vertikal trykforplantning til MB-2 nedre, placeret ca. 2 m dybere. På grund af de store vertikale gradienter omkring sprækkerne er det generelt vanskeligt at afbilde de hydrauliske forhold. For de filtre, der ligger i niveau med drænet og som udviser en sænkning svarende til at de ligger et stykke inde i matrixen i forhold til sprækkerne (type B), er den skønnede udbredelse af sænkningerne i det horisontale plan omkring drænet vist på fig. 4.14.
Figur 4.14 I selve drænet er trykniveauet afsænket svarende til ca. 5 m VS, jf. tabel 4.4. I de omkringliggende filtre vurderes det, at der i matrixen generelt opnås en afsænkning på op til 0,25 m inden for en horisontal afstand på ca.1-2 m fra drænet, stærkt afhængig af sprækkernes lokale udbredelse og hældning væk fra drænet. Baseret alene på MB-10 nedre, vurderes der at ske en påvirkning på under 0,05 m i en afstand af ca. 3-4 m fra drænet. En væsentlig konklusion på baggrund af bl.a. figur 4.14 er, at der vurderes at være en sænkningspåvirkning ud til minimum den afstand, hvortil det er lykkedes at lave sprækker. Det tidslige forløb i afsænkningen i de enkelte filtre fremgår af figur 4.15.
Figur 4.15 I det vertikale plan kan de komplicerede hydrauliske forhold illustreres ved et snit igennem frakturen 4B, jf. figur 4.16. Det bør dog bemærkes, at MB-6 Nedre er medtaget på snittet for at illustrere sænkningen ude i matrixen (type B). Effekten af sprækkerne fremgår meget klart, og det vurderes, at der opnås en sænkningspå-virkning på ca. 25-100 cm vinkelret udfra sprækkerne og ind i matrixen efter ca. 2 døgn. I selve sprækken er der en effektiv afsænkning af trykniveauet på ca. 100-500 cm, afhængig af afstand og dybde af sprækken i forhold til drænet. Der er således en meget kraftig hydraulisk gradient rettet imellem sprække og matrix, og denne gradient er effektiv over hele kontaktfladen mellem sprække og matrix. Figur 4.16 Dual-phase testen af dræn A-A blev foretaget fra den 15.-17. maj 2000. Ved testen blev nøgleparametrene i tabel 4.5 registreret. Tabel 4.5
Som ved beskrivelsen af testen af dræn B-B kan der identificeres tre typer af sænkningsforløb. Kun filter MB-6 Nedre afdrænes markant hurtigere end de øvrige, og indikerer en mulig kontakt med en sprække (type A). Afdræningen sker dog ikke nær så hurtigt som for den tilsvarende type under testen af dræn B-B. Der er ikke påvist nogen sprækker i moniteringsboringernes filterintervaller, hvilket således er i overensstemmelse med de observerede sænkningsforløb. Figur 4.17 I alt 4 filtre (MB-2 nedre, MB-5 nedre, MB-10 øvre og MB-3 Øvre) viser en langsommere og mindre afsænkning på ca. 10 cm over de 2 dage (type B). En enkelt boring (MB-10 nedre) afsænker fortsat ved afslutningen af forsøget. De resterende 8 filtre udviser ingen signifikante ændringer i forhold til den konstaterede naturlige vandspejlsvariation. Generelt observeres sænkningerne i filtrene placeret i dybdeniveauet svarende til drænet, mens der i niveauet ca. 2 m højere oppe kun ses sænkninger i 2 filtre. De tidslige forløb i afsænkningen i de enkelte filtre fremgår af figur 4.18.
Figur 4.18 For de filtre, der ligger i niveau med drænet og som udviser en sænkning svarende til at de ligger et stykke inde i matrixen i forhold til sprækkerne (type B), er den skønnede udbredelse af sænkningerne i det horisontale plan omkring drænet vist på figur 4.19.
Figur 4.19 I selve drænet er trykniveauet afsænket svarende til ca. 5 m VS, jf. tabel 4.5. I de omkringliggende filtre vurderes det, at der i matrixen generelt opnås en afsænkning på op til 0,25 m inden for en afstand af ca.1-4 m fra drænet, stærkt afhængig af sprækkernes lokale hældning væk fra drænet. Baseret på MB-3 nedre og MB-4 nedre, vurderes der at ske en påvirkning på under 0,05 m i en afstand af ca. 5-10 m fra drænet. En væsentlig konklusion på baggrund af bl.a. figur 4.19 er, at der vurderes at være en sænkningspåvirkning ud til minimum den afstand, hvortil det er lykkedes at lave sprækker. I det vertikale plan vil sænkningsudbredelsen udfra sprækkerne principielt være som indikeret for dræn B-B (figur 4.16). For at illustrere betydningen af sprækkerne på den vertikale strømning i morænen er det derfor i stedet valgt at vise den skønnede variation i det absolutte tryk i morænen over dybden, jf. figur 4.20. Den generelle naturlige vertikale gradient i morænen er ca. 0,03 (m/m), og medfører den viste nedadrettede vandtransport uden for området påvirket af dual-phase testen (influensområdet). Et stykke under de etablerede sprækker vil der også findes et vandskel, og dette kan efter 2 dages pumpning forsigtigt skønnes at ligge 1-2 m under sprækken – baseret på sænkningen i MB-2 Nedre på ca. 0,1 m.
Figur 4.20 Inden for influensområdet vil porevandet blive opsamlet i drænet, idet det absolutte trykniveau i sprækkerne knyttet hertil vurderes at være 2-4 m lavere end i matrixen omkring. Selvom en række filtre viser relativt stabile trykniveauer efter kun få dages pumpning på drænet, vurderes trykudviklingen ud i selve matrixen omkring drænene endnu ikke at være fuldt udviklet. Dette skyldes morænelerets meget lave permeabilitet. Trykudviklingen i sprækkesystemet, der gennemsætter de øverste 5 m, vurderes derimod at være fuldt udviklet.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
