|
Frakturer fra lodrette testboringer på Vestergade 10 Haslev 5 Etablering af hydrauliske frakturer fra lodrette testboringer
Som beskrevet tidligere er alle detailforhold vedrørende frakturering designet og besluttet af entreprenøren sammen med deres konsulent, Bill Slack, FrX , USA, på baggrund af en udarbejdet arbejdsbeskrivelse, /6/. Disse forhold er afrapporteret i en særskilt feltrapport skrevet på engelsk, som er vedlagt i bilag D. Endvidere er produktspecifikationer vedlagt i bilag G. I det følgende gives et kort resume af arbejdet. Sammenfattende viser arbejdet med etablering af hydrauliske frakturer at:
Den visuelle sprækkeidentifikation viser således, at sprækkeudbredelsen er begrænset og ikke stemmer overens med den registrerede terrænhævning. Det kan således konkluderes, at selvom trykforløbet og registrering af terrænhævning forløber som forventet, sikrer det ikke etablering af en homogen sprække omkring boringen. 5.1 Etablering af testboringerDer er etableret 2 testboringer, benævnt T1 og T2 som er filtersat henholdsvis i 4,2-4,5 m.u.t. og 7,7-8,0 m.u.t. Placeringen fremgår af figur 4.1. Boringerne er etableret ved anvendelse af 14” hulsnegl, som er boret ned til ca. 20 cm over top af filteret. Herefter er et 10” stålrør (casing) ført ned i hulsneglen og presset yderligere 20 cm ned i den intakte formation. Hulsneglen er trukket retur samtidig med at mellemrummet mellem stålrør og formation er forseglet med beton. Efterfølgende er der etableret et ø70 mm hul 30 cm under stålrøret, hvorefter der er placeret et ø63 mm PE-filter ( PE: Polyethylen ) med en slidsestørrelse på 0,5 mm uden gruskastning. Opbygning af testboringerne er skematisk vist i figur 5.1.
Figur 5.1 Opbygning af testboringer til frakturering i henholdsvis 4,5 og 8,0 m.u.t. 5.2 Hydraulisk frakturering fra lodret boringDe midlertidige ø63 mm filtre fra T1 og T2 anvendt under DPE-testene før frakturering, jf. kap. 6.1, blev fjernet. Alle 20 filtre i moniteringsboringerne blev forseglet med lufttæt låg for at hindre oppresning af fraktureringssuspension (”blow up”) i disse filtre under fraktureringen. Endvidere blev der påmonteret manometer på hvert moniteringsfilter for at følge evt. trykudbredelse i formationen under fraktureringen. 5.2.1 Etablering af forrevneEtablering af en forrevne udføres ved hjælp af at en dyse påmonteret et hult rør som kan roteres i boringen. Dysen placeres i den dybde hvor fraktureringen ønskes etableret, og via dysen, som er vinkelret på boringens længde, påføres den intakte formation et vandtryk på omkring 200 bar med en ydelse på ca. 0,3 l/sek., jf. figur 5.2
Figur 5.2 Principskitse af skæring af forrevne Ved at rotere dysen langsom rundt i boringen med en hastighed på ca. 4 omdr./min. i ca. 5 min. blev der skåret en vandret orienteret revne med en åbning på ca. 0,5 cm. Herefter blev dysen hævet ca. 1,5 cm, og der blev skåret på ny i ca. 2 min., hvorved der blev etableret en revne med en åbningsvidde på ca. 1,5 cm. Efter skæringen blev det overskydende materiale og vand blev spulet og presset op af boringerne og opsamlet. 5.2.2 Blanding af suspensionsmaterialeDet anvendte suspensionsmateriale består af 4 forskellige ingredienser:
Guargummi er et tilsætningsstof der i fødevareindustrien blandt andet anvendes til at gøre yoghurt og tandpasta tykkere. Vand og guargummi blandes (ca. 4,5 g/l) og ved at tilsætte boraks dannes der krydsbindinger, som gør guargummien til en geléagtig opløsning, med stor viskositet. Den geléagtige guargummi er i stand til at holde store mængder sand (propant) i suspension (ca. 2 l sand pr. 3 l guargummi). For at fremskynde nedbrydningen af guargummien tilsættes et enzym umiddelbart før fraktureringen. Viskositeten af den anvendte guargummi er målt til 35 kg/m*s henholdsvis 40 kg/ms ved 2 forskellige forsøg efter Stokes lov. En nærmere beskrivelse af forsøget og dets resultater er vedlagt i bilag H. Til sammenligning kan det nævnes, at viskositeten for vand er 0,001 kg/ms. pH-værdien for guargummien er tilsvarende målt til 7,5, jf. bilag H. I Haslev blev guargummien blandet i et 600 liter kar ca. 3 timer før anvendelsen. Boraksen blev blandet i en 10 liter spand i koncentration 10 g/l ca. 24 timer før anvendelsen og tilsat guargummien ca. 15 min. før fraktureringen. Enzymbreakeren blev ligeledes blandet i en 10 liter spand i koncentrationen 10 g/l, og blev tilsat guargummien umiddelbart før fraktureringen. Som propant blev ved frakturering af testboring T1, anvendt en blanding af almindelig kvartsand (Dansand nr. 2) samt indfarvet epoxysand (50 % af hver), mens der ved frakturering af testboring T2 udelukkende blev anvendt indfarvet epoxysand. Årsagen til, at der er anvendt indfarvet sand skyldes, at propanten vil være nemmere at genfinde ved den efterfølgende sprækkeidentifikation. I testboring T1 blev der anvendt rødt farvet sand, mens der i den dybe testboring T2 blev anvendt grønt farvet sand. Blandingen af guargummi og sand samt enzymbreaker blev foretaget i en almindelig betonblander, hvor hver batch bestod af ca. 75 l totalt. Der blev anvendt 2 parallelle betonblandinger for at opnå et kontinuert flow af mixturen uden driftsstop under fraktureringen. 5.2.3 Injektion af fraktureringssuspensionBlandingen blev via en trykslange (ø100 mm) pumpet ned i testboringen med en hydraulisk spiralpumpe (Monyo pumpe), som sørger for et konstant pumpetryk af mixturen. Kapaciteten af pumpen afhænger af omdrejningstallet, og flowet var 60 l/min. På tryksiden af pumpen er der installeret et manometer. På figur 5.3 er vist en skitse af arbejdsopstillingen anvendt ved fraktureringen.
Figur 5.3 Principskitse af arbejdsopstilling anvendt ved frakturering Ved den første batch (batch 0) i hver fraktueringsforsøg blev der ikke tilsat propant til guargummien på grund af initiering af sprækkedannelsen. Efterfølgende blev der injiceret 3 batch’es med propant i hver boring og afsluttet med en batch uden propant for at gennemskylle (flushe) boringen og trykslangen. I tabel 5.1 er mængderne af injiceret fraktureringssuspension i henholdsvis testboring T1 og T2 angivet. Tidsforløbet af selve fraktureringen var ca. 8-9 min. for hver boring. Fraktureringen af boring T1 blev foretaget den 31. januar, mens fraktureringen af T2 blev foretaget den 1. februar 2001.
Tabel 5.1 Mængder af injiceret fraktureringssuspension ved frakturering af T1 og T2 5.2.4 Udvikling af tryk under injektionI testboringerne var der monteret en tryktransducer tilkoblet en datalogger for automatisk registrering af trykudviklingen ligesom der var påmonteret et manometer til manuel aflæsning af trykudviklingen i testboringerne under fraktureringen. Endvidere blev trykket også aflæst på injektionspumpen ligesom de monterede manometre på moniteringsboringer også er aflæst under fraktureringen.
Figur 5.4 Trykudvikling i testboring T1 under frakturering Figur 5.4 viser den tidslige udvikling af trykket i testboring T1 under fraktureringen. Det fremgår heraf, at trykket i boringen stiger næsten momentant til ca. 2,7 bar, hvorefter det falder meget hurtigt igen til ca. 1,1 bar. I denne fase initieres revnedannelsen, og når den først er igangsat falder trykket. Der er under denne fase, som svarer til ca. 1 minut, ikke tilsat propant til frakturerings-suspensionen. Ved næste fase, stiger trykket hurtigt til ca. 2,7 bar (efter ca. 2 minutter) hvorefter trykket er forholdsvis konstant, dog med en svagt faldende tendens, således at injektionstrykket ved afslutningen er ca. 2,5 bar. I denne fase tilsættes propanten til suspensionsmaterialet. Det bemærkes endvidere, at de manuelle og automatiske trykaflæsninger næsten er identiske. Derimod er trykket i pumpen (stor cirkel) ca. 0,5 bar højere, hvilket tilskrives friktionen i trykslangen. Det observerede trykforløb er forventelig for et fraktureringsforløb, hvor der påføres et relativ højt tryk for at initiere revnedannelsen, De aktuelle tryk er afhængig af geologien, dybden hvor der fraktureres, injektionshastigheden samt viskositeten af guargummien. Efter sprækken er initieret falder trykket hurtigt men stiger så igen relativt hurtigt efter tilsætning af propant til guragummien. Trykket er igen afhængig af geologien, dybden, injektionshastigheden samt viskositeten af boremudderet (guargummi tilsat propant). I det akutelle tilfælde er injektionstrykket under sprækkedannelsen forholdsvis højt (samme størrelse som trykket under initiering af sprækken) i forhold til det klassiske tilfælde, hvor initialtrykket er 2-3 gange større end trykket under sprækkedannelsen /4/. Det vurderes dog, at trykudviklingen under fraktureringen af testboring T1 er forløbet tilfredsstillende. I moniteringsboringerne blev der under fraktureringen af T1 observeret en stigning i trykket i moniteringsboring MB3 i filteret 4,2-4,5 m.u.t. på 1,4 bar under de første 3 minutter af operationen, hvorefter trykket faldt til udgangsniveau. Der blev ikke observeret trykændringer i nogle af de øvrige moniteringsfiltre. Figur 5.5 viser den tidslige udvikling af trykket i testboring T2 under fraktureringen. Det fremgår heraf, at trykudviklingen følger nogenlunde samme mønster som for T1. Det initiale tryk stiger næsten momentant til ca. 2,1 bar, hvorefter det falder igen til ca. 1,3 bar. efter ca. 3 minutter. Ved næste fase stiger trykket hurtigt til ca. 2,7 bar (efter ca. 5 minutter) hvorefter trykket er forholdsvis konstant. I denne fase tilsættes propanten til guargummien. Det bemærkes endvidere, at de manuelle og automatiske trykaflæsninger næsten er identiske. Derimod er trykket i pumpen igen ca. 0,5 bar højere (stor cirkel), hvilket tilskrives friktionen i trykslangen. ). Det vurderes, at trykudviklingen under fraktureringen af testboring T2 ligeledes er forløbet tilfredsstillende.
Figur 5.5 Trykudvikling i testboring T2 under frakturering I moniteringsboringerne blev der under fraktureringen af T2 observeret en stigning i trykket i moniteringsboring MB7 i filteret 7,7-8,0 m.u.t. på 0,6 bar ca. 2½ minutter efter start, og trykket i boringen holdt mindst 1 time efter afslutningen af fraktureringen. Ca. 3 minutter efter start af fraktureringen af T2 blev det observeret, at der blev presset guargummi ud fra T1, og boringen (T1) blev hurtigt forseglet. Det skønnes, at der blev presset ca. 10 l guargummi op i T1. Årsagen til denne lækage fra T1 skyldes, at fraktureringen af T2 medførte, at de overliggende jordlag blev løftet og herved skete der en kompression af den øverste inducerede sprække i 4,5 m’s dybde. 5.2.5 Nedbrydning af fraktueringssuspensionI forbindelse med fraktureringen blev der umiddelbart før injektionen udtaget en prøve fra hver batch, der blev opbevaret køligt (ca. 10 °C.) svarende til jordens temperatur. Efter 24 timers henstand blev det konstateret, at guargummien var nedbrudt til en væske med samme viskositet som vand. Det blev således konstateret, at den tilsatte enzymbreaker fungerede. 5.3 Hævning af terrænUnder fraktureringen af henholdsvis T1 og T2 blev hævningen af terrænet omkring testboringerne løbende moniteret. Indledningsvis blev der etableret et net af markørpunkter i 4 retninger henholdsvis 1, 2, 3 og 5 m fra testboringerne. Før start af fraktureringen blev samtlige markørpunkter nivelleret svarende til udgangsniveau. Under injektionen blev samtlige markørpunkter løbende nivelleret indtil 10 minutter efter afslutningen af injektionen, hvor maximum af hævningen blev observeret. Forskellen mellem udgangspunktet og maximum-hævningen er vist i figur 5.6 og 5.7 for henholdsvis T1 og T2.
Figur 5.6 Observeret terrænhævning (cm) under frakturering af T1 Den maksimale terrænhævning for henholdsvis T1 og T2 er 1,05 cm respektive 0,3 cm. Den optegnede terrænhævning, jf. figur 5.6 og 5.7 er svagt ellipseformet for både T1 og T2. Volumen af terrænhævningen er beregnet til ca. 0,22 m³ ved frakturering af T1 hvilket svarer til ca. 50 % af den injicerede mængde (guargummi og propant), jf. tabel 5.2, Ved fraktureringen af T2 er volumen af terrænhævningen beregnet til ca. 0,07 m³, hvilket svarer til ca. 17 % af den injicerede mængde. Generelt må det forventes at påvirkningen af terræn bliver mindre jo dybere der fraktureres.
Tabel 5.2 Volumen for tilsat suspensionsmateriale og volumen for observerede terrænhævninger Endvidere var guargummien i test 2 mindre viskos og propanten mere finkornet, hvilket kan have betydning for radius af udbredelsen, idet det må forventes at den tyndere væske og finere propant har mulighed for at udbredes længere væk fra boringen, bl.a. via naturlige sprækker, og derved bliver den maksimale hævning mindre. Endelig kan det påviste sandlag i 8,6 m’s dybde, jf. afsnit 2.2, også påvirke udbredelsesradiusen og dermed terrænhævningen omkring testboring T2. Endvidere blev der etableret 6 fixpunkter på bygninger og andre installationer i området for at følge eventuelle påvirkninger fra fraktureringen. Fixpunkterne blev nivelleret 24 timer før, under og 24 timer efter fraktureringen. Der blev ikke observeret ændringer i nivellementet i nogen af fixpunkterne under begge fraktureringer.
Figur 5.7 Observeret terrænhævning (cm) under frakturering af T2 5.4 SprækkeidentifikationFor at identificere de etablerede sprækker ved fraktureringen er der udtaget kerneprøver fra 6 boringer, K1-K6, fra de forventede fraktureringniveauer. Kerneboringerne er udført med borerig og arbejdet blev udført i perioden 5.-8. februar 2001. Kerneprøverne blev udtaget i klare plastic rør ø50 mm af 1 meters længde fra terræn ned til ca. 9,5 m.u.t. Placeringen af kerneboringerne er vist i figur 4.1. Sprækkeidentifikationen er foretaget som en visuel identifikation af de injicerede sandlag i kerneprøverne, idet der som tidligere omtalt blev anvendt rødt epoxy indfarvet sand i 4,5 m’s dybde og grønt epoxy indfarvet sand i 8,0 m’s dybde under fraktureringen. Den visuelle identifikation er foretaget i NIRAS’ laboratorium, hvor plastrørene blev opskåret og prøverne derefter flækket på langs. Resultaterne fra de 6 kerneboringer K1-K6 er angivet i tabel 5.3.
Tabel 5.3 Sprækkeidentifikation i de udtagne kerneprøver * enkelte korn kan ikke betragtes som en egentlig sprække Af tabel 5.3 fremgår, at der er udført visuel sprækkeidentifikation i 3 ud af 6 kerneboringer. Endvidere var det kun muligt at identificere sprækker i østlig og nordvestlig retning, mens der i sydlig og nordlig retning ikke blev konstateret sprækkedannelse ved den visuelle identifikation. Orienteringen af den øvre sprække vurderes at være subhorisontal og søge nedad, idet sprækken dykker til ca. 5 m’s dybde i 2 m’s afstand i østlig retning. Ved den ene kerneprøve (K1) er hældningen af sprækken ca. 45 grader i forhold til vandret, og formodentlig er retningen nedad, idet sprækken er identificeret ca. 10 cm dybere end udgangsniveau. I kerneboring K5 er der endvidere konstateret indslag af spredte røde sandkorn i 5,5; 6,6; og 7,7 m.u.t., uden der er tegn på en egentlig sprækkedannelse. Fotodokumentation af sprækkeidentifikationen er vedlagt i bilag E. Udbredelsen af den nedre sprække vurderes også at være orienteret subhorisontal i og søge nedad, idet sprækken formodes at have udbredt sig i et 10 cm tykt sandlag indlejret i morænen, som er observeret ca. 8,6 m.u.t., dvs. ca. 0,6 m under udgangsniveauet for sprækkedannelsen. 5.4.1 Sammenligning af sprækkeidentifikation og måling af terrænhævningPå baggrund visuel sprækkeidentifikation må det konstateres, at udbredelsen af sprækkerne er begrænsede, idet det kun har været muligt at påvise sprækker med en apertur på 1- 10 mm maksimalt 2 m fra injektionspunktet. I visse retninger har det endvidere ikke har været muligt at påvise nogen sprækkedannelse overhovedet. Ved observation af terrænhævninger kan det konkluderes, at der ved den øverste sprække blev påvist terrænhævninger op til 5 m fra injektionspunktet. Ved den dybe sprække var det muligt at påvise terrænhævninger ca. 3 m fra injektions- punktet. Det kan således konkluderes, at der er stor forskel på identifikation af sprækkeudbredelsen ved anvendelse af visuelle kerneprøver og monitering af terrænhævning. En mulig forklaring på forskellen kan være, at propanten kun kan presses ud til 1-2 m fra injektionspunktet, og herefter bliver guargummien separeret fra propanten, og guargummien bliver presset yderligere ud i en afstand på 3-5 m. Dette kan muligvis også forklare, hvorfor der specielt ved frakturering af T2 ses en tydelig trykstigning ca. 3 min. efter start, idet det bliver besværligt/umuligt at transportere propanten yderligere, og herved opbygges trykket i forbindelse med separation af suspensionsmaterialet og ophobning af propanten omkring boringen. I tilfælde af, at guargummien alene uden propanten bliver presset ud i en afstand på 3-5 m fra injektionspunktet, vurderes den varige hydrauliske effekt at være usikker i denne afstand. Det hænger sammen med muligheden for efterfølgende kollaps af den dannede sprække uden propant. 5.4.2 Sammenligning af beregnet og målt terrænhævningI kapitel 3 er den teoretiske hævning af terræn ved sprækkedannelse beregnet udfra de målte geotekniske parametre, ligesom terrænhævningerne er afbildet som funktion af influensradius og dybde ved et fastholdt injektionstryk på 3 bar, jf. figur 3.4. I tabel 5.4 er de beregnede og de maksimalt målte terrænhævninger angivet, idet injektionstrykket under fraktureringerne lå på ca. 3 bar.
Tabel 5.4 Værdier for beregnede og observerede terrænhævninger Det fremgår af tabel 5.4, at de beregnede værdier og de maksimalt observerede værdier for terrænhævninger under frakturering er af samme størrelsesorden.
|
