Miljøprojekt, 1108 – Frakturer fra lodrette testboringer på Vestergade 10 Haslev

Frakturer fra lodrette testboringer på Vestergade 10 Haslev

Sammenfatning og konklusioner

Formålet med dette projekt har været at belyse, hvorvidt lodrette afværgeboringer udbygget med hydraulisk frakturering er en brugbar afværgeteknik i en lavpermeabel aflejring som moræneler. På den aktuelle lokalitet er frakturering benyttet for at forbedre den hydrauliske effekt i lodrette testboringer i moræneler. Fraktureringen er foretaget ved inducering af sprækker i henholdsvis 4,5 og 8,0 meters dybde. Afværgepumpning fra de lodrette boringer 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 hydrauliske test af de etablerede boringer både før og efter fraktureringerne.

Geologien udgøres øverst af 1-2 meter fyld og herunder findes moræneler til en dybde på ca. 17 m.u.t., hvorunder prækvartæret i form af Grønsandskalken (Paleocæn) er anboret. I moræneleren er der registreret enkelte tynde lag af silt- og sandslirer.

I fyldlaget og den øvre moræneler er der konstateret terrænnært grundvand, hvor vandspejlet ligger ca. 1-1,5 m.u.t. Det primære magasin udgøres af grønsandskalken. Magasinet er spændt, og der er registreret et hydraulisk trykniveau beliggende ca. 6 m.u.t.

Slugtest udført i korte filtre viser en hydraulisk ledningsevne i moræneleren på ca. 1,7E-06 m/s i de øverste 2 m.u.t., aftagende til ca. 6,7E-09 m/s i en dybde på 4,5 m.u.t., hvorefter værdien stiger til ca. 2,0E-08 i 8 m’s dybde.

På baggrund af et udført skitseprojekt blev det anbefalet, at den mest velegnede afværgeteknik på lokaliteten var at udbygge almindelige lodrette afværgeboringer med hydraulisk frakturering og herefter foretage en afværgepumpning med DPE, hvor vand og luft ekstraheres fra den forurenede jord.

Baseret på udenlandske erfaringer var det forventet, at radius af de inducerede sprækker, etableret ved hydraulisk fraktureringsteknik, ville blive ca. 3-5 m fra injektionspunktet. Effekten af hydraulisk frakturering er imidlertid ofte registreret at være ca. 3 gange større end den fysiske udbredelse af den inducerede sprække.

For at vurdere risikoen for eventuelle uacceptable påvirkninger af eksisterende bygninger og underjordiske installationer i forbindelse med fraktureringsarbejdet, er der udført en geoteknisk undersøgelse ligesom der er gennemført en byggeteknisk gennemgang. Baseret på de geotekniske parametre er størrelsen af terrænhævninger beregnet. På den baggrund er det vurderet, at det vil være muligt at anvende fraktureringsprincippet på den aktuelle lokalitet, også hvis afværgeboringerne er placeret tæt på eksisterende bygninger.

Baseret på en række funktionskrav fra bygherren og rådgiveren har entreprenøren sammen med sin amerikanske konsulent projekteret selve fraktureringsprocessen, og fraktureringsarbejdet er ligeledes gennemført med bistand fra den amerikanske konsulent. Fraktureringerne blev foretaget fra 2 lodrette testboringer og udført i henholdsvis 4,5 og 8,0 m’s dybde. Arbejdet blev udført på 2 dage og er afrapporteret særskilt i en feltrapport, vedlagt som bilag D.

Under fraktureringen blev terrænhævningen løbende målt ved nivellement af et antal markeringspunkter. Det blev registreret, at den øverste sprække forårsagede en maksimal terrænhævning på ca. 10 mm, og at sprækkens radius var ca. 5 m. Den tilsvarende terrænhævning ved frakturering i 8 m’s dybde var ca. 3 mm, mens radius var ca. 3 m.

Kortlægningen af den faktiske udbredelse af sprækkerne er undersøgt ved visuel inspektion af kerneprøver udtaget i afstande op til 2 m fra testboringerne. Det var muligt at identificere den øverste sprække i 3 ud af 6 kerneboringer. Baseret på sprækkeidentifikationen kan det konstateres, at den øverste sprække er subhorisontal og søger nedad. Sprækkens tykkelse/apertur blev målt til 3-10 mm, og sprækkens radius er ca. 2 m i østlig retning. I visse retninger var det ikke muligt at identificere sprækken. Den nedre inducerede sprække blev identificeret i et indlejret sandlag ca. 0,5 m under injektionspunktet. Sandlaget var ikke tidligere påvist. Det vurderes, at det inducerede materiale har spredt sig i dette sandlag, således at der ikke blev etableret sprækkedannelse i selve moræneleren i væsentlig afstand.

Sammenfattende kan det konkluderes, at det er muligt at etablere sandfyldte sprækker med en tykkelse på 1-10 mm ud til en afstand på mindst 1-2 m fra injektionspunktet. Det er dog vanskeligt at forudsige sprækkernes orientering.

For at kunne vurdere den hydrauliske effekt opnået ved frakturering er der gennemført en test af dobbeltfase ekstraktion, DPE, fra hver testboring både før og efter fraktureringen. Under DPE-testene er ændringer i vandspejlet registeret i etablerede moniteringsboringer i 3 dybder i afstande fra 0,5 m til 5,0 m, svarende til i alt 20 moniteringsfiltre.

DPE-testene før fraktureringen viser, at det ikke er muligt at ekstrahere hverken luft eller vand fra boringerne, ligesom det ikke er muligt at påvise nogen påvirkninger i de nærliggende moniteringsfiltre (afstand fra 0,5 til 5,0 m). Da der ikke kunne ekstraheres hverken luft eller vand fra boringerne er hver test stoppet efter ca. 1 døgn.

DPE-testene efter fraktureringen er udført med en varighed på ca. 7 døgn fra hver boring, svarende til stabile hydrauliske forhold (steady state). Resultaterne viste, at der er sket en markant forbedring af de hydrauliske forhold. Ved DPE fra 4,5 meters dybde blev der målt et luftflow på ca. 3,5 l/s og et vandflow på ca. 0,006 l/s (0,5 m³/døgn), ligesom vandstanden i de nærliggende moniteringsfiltre blev kraftig påvirket i alle 3 niveauer. På den baggrund er influensradius ved dette forsøg >5 m og skønnes at være af størrelsesorden op til 10 m, hvilket er ca. 2 gange større end den registrerede radius for terrænhævningen. Resultaterne viser endvidere, at der er skabt en direkte hydraulisk forbindelse mellem den øvre pumpeboring i 4,5 m’s dybde og flere af moniteringsfiltrene i 8 m’s dybde. Dette hænger sandsynligvis sammen med, at den etablerede sprække er nedadrettet subhorisontal, og den inducerede sprække således står i hydraulisk kontakt med sandlaget i 8,5 m’s dybde via naturlige sprækker i moræneleren.

Ved DPE i den dybe boring (8m’s dybde) blev der ligeledes konstateret et vandflow på ca. 0,003 l/s (0,25 m³/døgn), hvorimod det ikke var muligt at registrere et luftflow under testen. Det skyldes formentlig placeringen af filteret (8 m.u.t.), dvs. ca. 6 meter under rovandspejl. Det var ligeledes muligt at påvise en kraftig påvirkning af vandstanden i de 3 filtersatte niveauer, og i 8 m’s dybde bliver flere af filtrene tømt for vand, således at vandspejlet blev afsænket ca. 6 m. Det vurderes, at det registrerede sandlag i 8,5 m’s dybde har stor indflydelse på pumperesultaterne fra specielt 8 m’s dybde.

Endelig er der udført en modellering af sprækkeudbredelsen ved hjælp af en ikke kommerciel sprækkemodel, CIRFRX. Arbejdet er udført af den amerikanske konsulent og afrapporteringen er vedlagt i bilag F. Baseret på sammenligning med de observerede data for sprækkeudbredelsen vurderes modellen at kunne anvendes som et indledende prognoseværktøj til en vurdering af den initiale sprækkeudbredelse, men ved afslutning af fraktureringen er der mere end 100 % forskel mellem de observerede og beregnede værdier for terrænhævninger. Modellen kan således ikke anvendes til at projektere hydraulisk frakturering, og det anbefales, at der indledningsvis udføres en testsprække i forbindelse med dimensionering af hydraulisk frakturering.