| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Hydraulisk frakturering udført ved vandret boreteknik - Design og anlæg

Sammenfatning og konklusioner

Formålet med dette projekt har været at belyse, hvorvidt hydraulisk frakturering er en cost-effektiv afværgeteknik i en lavpermeabel aflejring som moræneler. På den aktuelle lokalitet er frakturering benyttet for at forbedre den hydrauliske effekt af vandrette dræn indskudt i moræneler. Afværgepumpning fra drænene foretages vha. Dual Phase Extraction (også benævnt DPE).

I rapporten er der givet en beskrivelse af, hvordan systemet er designet, erfaringer fra etablering samt resultaterne af en række kortvarige hydrauliske test af de etablerede dræn. Langtidseffekten af drænene samt driftserfaringerne og -økonomien afrapporteres i en separat rapport, når det samlede afværgetiltag har været i drift i ca. 1 år.

På projektlokaliteten er der konstateret en kraftig forurening med bl.a. chlorbenzener og aniliner fra terræn og ned til en dybde på ca. 5 m u.t. Den horisontale udbredelse af selve ’hot-spot’ området er skønnet til ca. 500 m².

Geologien udgøres øverst af 1-2 meter fyld og herunder moræneler til en dybde på ca. 23 m.u.t., hvor kalken (Danien) er anboret.

I moræneleren er kalken generelt udvasket til ca. 0,5 m.u.t., mens redoxgrænsen, i form af farveskift fra brun til grå, er beliggende ca. 2,3 m.u.t. Moræneleren formodes at være naturligt opsprækket til mere end 5 m.u.t.

Dybere i moræneleren (16-18 m.u.t.) findes der indslag af morænegrus. Dette lag er vandførende, men adskilt i forhold til det primære magasin (kalken) af et lerlag af ca. 5-7 m’s tykkelse. I det primære magasin, der er spændt, er der registreret et hydraulisk trykniveau beliggende ca. 1,5-2 m.u.t.

De kvartære aflejringer af moræneler udgør et sammenhængende sekundært magasin med en nedadrettet vertikal trykgradient på ca. 0,03 (m/m). Det hydrauliske trykniveau, målt i toppen af moræneleren (2 m.u.t.), viser således et trykniveau, der er ca. 0,5-0,75 m større end i kalken. Slugtest udført i korte filtre (l = 30 cm, diameter = ø25 mm) viser en horisontal hydraulisk ledningsevne i moræneleren på ca. 1,5-3,2E-07 m/s i de øverste 2-3,5 m.u.t., aftagende til ca. 3,5E-08 m/s i en dybde på 4,3 m.u.t.

På baggrund af den udførte risikovurdering blev det oprindeligt vurderet, at den mest velegnede afværgeteknik på lokaliteten var at afskære den naturlige nedadrettede transport af opløste forureningskomponenter. Det blev vurderet, at dette kunne gennemføres ved etablering af en opadrettet gradient vha. afværgepumpning fra 3-5 parallelle og horisontalt installerede dræn lagt i en dybde på ca. 4,5 m u.t. i hot-spot området.

I forbindelse med detailprojekteringen blev det besluttet at erstatte de skitserede 3-5 dræn med 2 hydraulisk frakturerede vandrette dræn, idet der herved forventedes den samme hydrauliske effekt samt en anlægsøkonomisk besparelse.

Baseret på udenlandske erfaringer var det forventet, at de inducerede sprækker, etableret ved hydraulisk fraktureringsteknik, ville blive udbredt i en afstand på 4-8 meter fra drænene (svarende til en samlet sprækkebredde på 8-16 meter).

Effekten af hydraulisk frakturering blev desuden simuleret med en grundvandsmodel (MODFLOW). Simuleringen indikerede, at der kunne opnås en forøget tilstrømning af vand (vandydelse) på ca. 3-5 gange samt en væsentligt større horisontal udbredelse af det sænkningspåvirkede område på ca. 2-3 gange ifht. "almindelige" dræn.

Designet af selve fraktureringsprocessen og beskrivelsen af det nødvendige specialværktøj er i væsentlig grad baseret på underrådgivning fra en ekstern amerikansk konsulent. Disse overvejelser er detaljeret beskrevet i denne rapport, og kan udgøre et vigtigt fundament for fremtidige projekter.

Som en del af designet blev der gennemført laboratorieforsøg på en række kerneprøver af den intakte moræneler på lokaliteten. Formålet hermed var at få fastlagt de væsentligste geologiske og geotekniske parametre for moræneleren. På baggrund af disse forsøg forventes sprækkeorienteringen af de inducerede sprækker i moræneleren at blive overvejende horisontal.

Baseret på erfaringerne fra anlægsfasen er det især følgende forhold, som kræver opmærksomhed:

1. Håndtering af den fraktureringssuspension, der anvendes for injektion i forskårne sprækker, kræver væsentlig erfaring og rutine hos den udførende entreprenør.
2. Arbejdet kræver en del specialudstyr, bl.a. til forskæring af sprækker (revneskæreværktøj), frakturering (fraktureringsapparat), ligesom der skal benyttes en specialpumpe, der kan pumpe det højviskose pumpemedie.

Disse forhold er detaljeret beskrevet i rapporten.

Langs 2 vandrette boringer blev der etableret 8 ud af i alt 10 planlagte sprækker (frakturer) samt installeret 35 meter filter i hver af disse.

Før projektets opstart var det planlagt at injicere min. 120 l propant pr. induceret sprække for at opnå den ønskede sprækkeradius på min. 4 m i en sprække med en gns. apertur på 3mm. I forbindelse med fraktureringen blev der til 4 ud af de 8 etablerede sprækker reelt injiceret 160-240 l propant (kvarts sand), mens der i de resterende 4 er injiceret ca. 120 l.

Prisen pr. løbende meter installeret vandret dræn i ufraktureret henholdsvis fraktureret moræneler beløb sig til ca. kr. 3.400,- henholdsvis ca. kr. 7.100,- excl. moms, svarende til at frakturerede dræn for nuværende er min. dobbelt så dyrere at etablere som almindelige dræn.

Prisforskellen mellem etablering af de 2 dræntyper vurderes på kommende projekter at blive væsentlig større end ovennævnte erfaringstal fra dette projekt indikerer.

Ved lignende projekter bør der ved budgetteringen derfor benyttes en højere meterpris på i størrelsesordenen 10-15.000 kr., excl. moms, pr. meter installeret fraktureret dræn, indtil større erfaringsgrundlag mht. fraktureringsteknikken er opbygget i Danmark.

Kortlægningen af den faktiske udbredelse af sprækkerne er undersøgt ved visuel inspektion samt mineralogisk analyse af kerneprøver udtaget i afstande op til 4,5 m vinkelret fra drænene. Af de i alt 8 individuelt opsprækkede zoner er udbredelsen af 3 sprækker søgt kortlagt.

Én enkelt sprække viser en næsten horisontal udbredelse til mindst ca. 4 m fra drænet, mens de øvrige to lokaliserede sprækker er stejlt stigende (40-50° ifht. vandret) og med en horisontal udbredelse på mindst ca. 3 m fra drænet.

Endvidere er der konstateret gennembrud af enkelte sprækker til terræn ("blow-up"), hvilket kan skyldes en kortslutning via naturlige sprækker og andre inhomogeniteter i morænen.

Sammenfattende kan det konkluderes, at det er muligt at etablere sandfyldte sprækker med en tykkelse på 1-20 mm ud til en afstand på mindst 3-4 m på begge sider af drænet (svarende til en samlet sprækkebredde på 6-8 meter). Den gennemsnitlige apertur vurderes til 2-4 mm, svarende til at sprækker med et fladeareal på 30-120 m² er etableret. Endeligt viser resultaterne af den udførte sprækkeidentifikation, at det er vanskeligt at forudsige sprækkernes orientering.

For at kunne vurdere den hydrauliske effekt opnået ved frakturering af de to dræn er der også etableret et referencedræn. Referencedrænet er placeret i samme kote og opbygget i samme materialer og dimension, men er placeret i en horisontal afstand af ca. 27 m fra de frakturerede dræn. Geologien omkring referencedrænet vurderes i store træk også at være repræsentativ for forholdene omkring de frakturerede dræn.

På såvel de to frakturerede dræn samt på referencedrænet er der gennemført en DPE-test med en varighed på 2-7 dage. Under forsøgene er der løbende gennemført målinger af vandydelsen fra drænet og afsænkningen af vandspejlet i et antal observationsboringer - alle etableret med niveauspecifikke filtre. Vandydelsen fra de frakturerede dræn er registreret til ca. 40-80 liter pr. m filter pr. døgn, mens der fra referencedrænet er registreret en vandydelse på ca. 90 liter pr. m filter pr. døgn. På baggrund af de kortvarige DPE-tests kan der, imod forventning, således ikke registreres nogen signifikant forøgelse i vandydelsen fra de frakturerede dræn ifht. referencedrænet. Om denne tendens også gælder på længere sigt, vil først kunne afgøres efter det første års monitering.

Afsænkningen af grundvandsspejlet omkring de frakturerede dræn sker meget hurtigt i filtre med direkte kontakt til en af de etablerede sprækker - op til flere meters sænkning allerede efter få timers dræning. Selve sænkningsudbredelsen fra sprækkerne og ud i morænematrixen sker kun langsomt, og efter 2-3 dage vurderes der kun at være sket en afsænkning på 1-10 cm i en afstand på ca. 1 m vinkelret på sprækkerne.

For det ikke frakturerede dræn observeres en begrænset sænkningsudbredelse - svarende til at trykket primært forplantes gennem selve matrixen. Der vurderes her kun at være sket en afsænkning på 1-10 cm i en afstand af 1-2 m fra selve drænet.

Sammenfattende kan det udfra de kortvarige DPE-test konkluderes, at det horisontale påvirkningsområde for hhv. ufrakturerede og frakturerede dræn er i størrelsesordenen hhv. ca. 1 m og ca. 3 m på hver side af drænene (svarende til et samlet påvirkningsområde på hhv. 2 og 6-8 m). Dette er i rimelig overensstemmelse med de gennemførte modelberegninger samt amerikanske erfaringer. Derimod har der ikke kunnet eftervises nogen forøget ydelse ved frakturering, hvilket ikke er i overensstemmelse med modelberegningerne, der indikerede en 3-5 gange forøgelse.

Da der ikke er opnået stationære trykforhold ved de kortvarige forsøg, vil kun den løbende monitering kunne dokumentere, hvorledes trykniveauet udvikler sig, og om det vil lykkes at vende den hydrauliske gradient.