Miljøprojekt, 1108 – Frakturer fra lodrette testboringer på Vestergade 10 Haslev – 8 Vurdering af effekten af hydraulisk frakturering

Frakturer fra lodrette testboringer på Vestergade 10 Haslev

8 Vurdering af effekten af hydraulisk frakturering

8.1 Resultater af hydraulisk frakturering fra testboringer
8.2 Anbefalinger
8.3 Erfaringer med det gennemførte Teknologiprojekt

Vurderingen af effekten opnået ved at udføre hydraulisk frakturering fra 2 lodrette testboringer i de 2 forskellige niveauer baseres primært på de gennemførte DPE tests og til dels på lokalisering af sprækkerne gennem kerneprøveudtagninger.

8.1 Resultater af hydraulisk frakturering fra testboringer

Resultaterne fra effekten af hydraulisk frakturering fra testboringer er sammenfattet i det følgende:

Der opnås en markant forbedring af boringernes hydrauliske egenskaber efter frakturering, idet influensradius vurderes at blive forøget fra < 1m til større end 5 m og skønnes op til ca. 10 m fra testboringen ved de gennemførte pumpeforsøg (DPE-test). Før fraktureringen var det ikke muligt at registrere hverken luftflow eller vandflow fra testboringerne under DPE-testene. Efter frakturering forøges luft- og vandflowet fra testboring T1 væsentlig i forbindelse med DPE-testen, således at der måles et luftflow på ca. 12 m³/t og et vandflow på 0,5 m³/døgn. For testboring T2 er der ikke målt et luftflow efter fraktureringen, mens vandflowet er målt til 0,25 m³/døgn under DPE-testen.
Det har kun været muligt at påvise de etablerede sprækker op til 1-1,5 m fra testboringerne, og udbredelsen er meget uensartet i forskellige retninger. Det har således ikke været muligt at påvise en horisontal (eller subhorisontal) sammenhængende sprække (”skive”) i radius 3-5 m fra boringen, som det var planlagt at etablere.
Der registreres terrænhævninger på maksimalt 1-2 cm pr. frakturering, og det er muligt at registrere terrænhævningen ca. 3-5 m fra injektionspunktet.
Den byggetekniske gennemgang af ejendommen konkluderer, at differenssætninger af fundamentsunderkant på 1-2 cm vil afstedkomme revner og buler i gulvet samt at vinduer og døre vil binde, dog uden fare for bygningens stabilitet.

8.2 Anbefalinger

Baseret på resultaterne fra etablering af testboringerne vurderes det, at afværgeboringer udbygget med frakturering vil være en egnet metode til oprensning og afskæring af den konstaterede forurening med klorerede opløsningsmidler på Vestergade 10. Baseret på de indledende test og undersøgelser samt manglende erfaringer med metoden i Danmark vurderes der at være følgende risici:

Der må forventes mindre skader på bygning, dog uden fare for bygningens stabilitet, /7/. Udover bygningen på Vestergade 10 kan det ikke udelukkes, at nabobygningen på Vestergade 8 også kan blive påvirket. På den baggrund anbefales det, at der kun fraktureres i én dybde, ca. 5 m.u.t., (og ikke i 2 dybder som under testboringerne) for at undgå for store terrænhævninger.
Det må påregnes, at driften af afværgeanlægget (2-fase ekstraktion) kan komme til at løbe oven en lang tidshorisont (5-20 år). Dette skyldes, at efter den initiale oprensning (ca. ½-1 år), hvor forureningen i sprækker og hulrum fjernes, begrænses den efterfølgende fjernelsesrate af diffusionen af forureningen ud fra jordmatricen. Det må dog forventes, at driften af afværgeanlægget kan foregå ved alternerende drift (f.eks. 8 timers stop efterfulgt af 4 timers pumpning), efter den initiale oprensning er overstået.
Det er ikke muligt at bestemme til hvilket niveau den pågældende afværgemetode kan oprense til, idet der ikke er erfaringer med afværgeteknikken i Danmark. Endvidere kan det ikke udelukkes, at der findes isolerede områder hvor den aktuelle afværgemetode ikke oprenser. Disse områder er geologisk betinget.

8.3 Erfaringer med det gennemførte Teknologiprojekt

8.3.1 Anlægsfasen

Erfaringerne fra den gennemførte hydrauliske frakturering viser:

I hver af de 2 etablerede sprækker er der indpumpet 300-600 l fraktureringssuspension, svarerende til ca. 120 - 240 l propant (sand).
Arbejdet med fraktureringen forløb planmæssigt, og der blev ikke registreret nogen problemer under udførelsen, f.eks. i form af ”Blow-ups”, dvs. optrængning af fraktureringssuspension med hhv. uden propant, til terræn.
I forbindelse med indpumpning af fraktureringssuspension blev den tidslige udvikling i injektionstrykket registreret, og den stemte erfaringsmæssigt fint overens med det forventede forløb.
På baggrund af udtagne kerneprøver til ca. 9 m.u.t. er der ved visuel bedømmelse påvist sprækker med en tykkelse (apertur) på op til 10 mm og med en sprækkeradius på min. 1-1,5 m i 4,5 m’s dybde med en aperatur på 3-10 mm. Der er ikke påvist sprækkedannelse i 8 m’s dybde, men dog påvist enkelte indfarvede sandkorn i 8,5 m’s dybde i et indlejret tyndt sandlag, der ikke tidligere var påvist.
Orienteringen af de inducerede sprækker vurderes at være udpræget subhorisontal og de søger nedad. I 4,5 m’s dybde er vinklen regnet fra vandret ca. 15-20 grader.
Der er konstateret terrænhævninger på op til ca. 10 mm ved frakturering i 4,5 m’s dybde og ca. 3 mm ved frakturering i 8 m’s dybde. De tilsvarende sprækkeradiuser er målt til henholdsvis 5 m og 3 m. Der er ikke konstateret nogen påvirkninger af de nærliggende bygninger/konstruktioner ved de gennemførte fraktureringer.

8.3.2 Opnået hydrauliske effekt

Der er gennemført DPE-test før og efter frakturering af de lodrette testboringer T1 og T2.

De gennemførte DPE-test før frakturering viser, at det ikke er realistisk at basere en afværgestrategi på boringer uden frakturering, idet der ikke kan opnås den nødvendige hydrauliske effekt og hermed influensradius. Det har således ikke været muligt at ekstrahere hverken luft eller vand fra testboring T1 og T2 før frakturering.

Efter frakturering af de lodrette testboringer ses entydigt, at der er opnået en markant hydraulisk effekt.

Frakturen i 4,5 meter dybde (T1) vurderes at have en sprækkeradius på 1-1,5 meter. Det skønnes, at der ved DPE testen er opnået en influensradius på op til 10 meter, hvilket er væsentligt større end de amerikanske erfaringer, der peger på influensradius på op til 3 gange den opnåede sprækkeradius, jf. afsnit 2.4.

I 8 meters dybde (T2) er der ikke påvist sprækkedannelse. Det vurderes, at den injicerede fraktureringssuspension i 8 meters dybde er søgt ned i et underliggende tyndt sandlag. Ud fra resultatet af DPE-testen skønnes det, at der er opnået en influensradius på op til 7 meter. En influensradius, der dog vurderes at være væsentlig påvirket af det underliggende påviste sandlag.

Under de aktuelle forhold vurderes det ikke, at den visuelle sprækkeidentifikation kan bekræfte en sammenhæng mellem propantens udbredelse og de målte afsænkninger i formationen under gennemførelse af DPE-test.

8.3.3 Risici ved hydraulisk frakturering

De hydrauliske test viser, at der på lokaliteten skabes en god hydraulisk kontakt mellem den inducerede sprække i 4,5 m’s dybde og de filtersatte boringer i 8 m’s dybde. Ifølge Bill Slack, FrX skyldes dette, at der ved fraktureringen foruden etablering af den primære sandfyldte sprække også sker en udvidelse af de naturlige vertikale sprækker, som berøres at fraktureringen. Dette indbærer, at forureningsspredningen fra ovenliggende lag også øges, hvilket er gunstigt i de tilfælde hvor der efterfølgende foretages en aktiv afværgeforanstaltning på lokaliteten.

Ved at anvende afværgeforanstaltninger i form af pumpetiltag, som f.eks. DPE, vil der under driften af disse anlæg normalt sikres, at forureningen ikke spredes ukontrollabelt til f.eks. dybereliggende lag. Såfremt afværgeforanstaltningerne ikke fjerner hele mængden af den frie fase af f.eks. PCE, vil selv mindre mængder af fri fase med nogle få centimeters højde kunne spredes i sprækker med en apertur på 0,01-0,1 mm, /12/.

Endelig bør der være særlig fokus på afslutning af igangsatte afværgeforanstaltninger, som f.eks. DPE, idet retablering af trykforholdene muliggør en uønsket og ukontrollabel mobilisering af restforureningen, idet tilbageslaget af forureningen i lavpermeable aflejringer ofte er betydelig. Påvirkningen af de primære grundvandsmagasiner kan i værste fald blive større ved hydraulisk frakturering efterfulgt af en tidsbegrænset oprensning (DPE pumpning) end uden iværksættelse af afværgetiltag. Det er derfor vigtigt, at der gennemføres en omfattende monitering af forureningsniveauet under og specielt efter afslutning af afværgeforanstaltningerne.

De gennemførte sprækkeidentifikationer på lokaliteten viser endvidere, at der ikke induceres horisontale symmetriske sprækker ud fra testboringerne. Dette indebærer, at passive afværgemetoder ved anvendelse af frakturering, som f.eks. tilsætning af kemisk oxidationsmateriale i sprækkerne til nedbrydning af forurenede stoffer, ikke umiddelbart vil være velegnede. Dette skyldes, at det ikke er muligt at etablere horisontale lag (skiver), hvor forureningen fjernes fra det nedsivende grundvand.

8.3.4 Anlægsøkonomi

Anlægsudgiften forbundet med komplet installation af 2 lodrette testboringer med frakturering i et niveau i hver boring har beløbet sig til i alt ca. kr. 250.000 eller ca. kr. 125.000 pr. boring udbygget med frakturering. Prisniveau år 2001.

I de præsenterede priser, som her er anført excl. moms, er indregnet alle udgifter til entreprenør, amerikansk konsulent samt udgifter forbundet med indledende geotekniske undersøgelser og vurdering af byggeriets tilstand. Derimod er udgifterne forbundet med gennemførte sprækkeidentifikation, hydrauliske test, etablering af moniteringsboringer, tilsynsrapport samt udgifter til rådgiverydelser ikke indeholdt.

De anførte priser vurderes dog at være høje, idet der er afsat beløb til forsøgsopstilling samt amerikansk konsulent fuld tid under etableringen. Endvidere havde entreprenøren kalkuleret med ekstra mandskab under frakturering for at sikre succesfuld og problemfri projektgennemførelse.

På baggrund af ovenstående vurderes det, at etablering af en afværgeboring (5-10 m dyb) udbygget med hydraulisk frakturering kan udføres for størrelsesordenen 50-75.000 kr./stk. Herudover skal der regnes med ca. 50.000 kr. til geotekniske undersøgelser samt ca. kr. 10.000 til tilstandsvurdering af bygninger pr. lokalitet.

Enhedsprisen vil naturligvis også være afhængig af den aktuelle opgaves omfang, herunder væsentligst hvor mange lodrette boringer udbygget med frakturering der ønskes etableret og i hvilken dybde der ønskes fraktureret. Endvidere vil behovet for ekstern konsulent blive mindre jo mere erfaring de danske entreprenører og rådgivere opnår.

Ved anvendelse af DPE som afværgeteknik skal der afhængig af typen og styrken af forureningen desuden tillægges udgifter til rensning af den opsamlede luft og vand.

Etablering af lodrette boringer udbygget med frakturering åbner mulighed for at kunne gennemføre oprensning under eksisterende bygninger og andre fysiske obstruktioner, uden at dette medfører uacceptable fordyrelser for bygherren hhv. uacceptable gener for berørte beboere.