Miljøprojekt, 1113; Teknologiudviklingsprogrammet for jord- og grundvandsforurening – Hydraulisk frakturering udført ved vandret boreteknik

Hydraulisk frakturering udført ved vandret boreteknik

Sammenfatning og konklusioner

På projektlokaliteten er der konstateret en kraftig forurening med de primære forureningskomponenter chlorbenzener, dichlorbenzener, diclornitrobenzener, aniliner, BTEX og ammonium/ammoniak. Desuden er der påvist en meget kraftig chloridforurening samt forurening med udvalgte tungmetaller.

Forureningen påtræffes overvejende fra terræn og til en dybde på ca. 5 m u.t., og den horisontale udbredelse af selve ’hot-spot’ området skønnes 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. Dybt i moræneleren (14 -16 m.u.t.) findes indslag af morænegrus. Dette gruslag er vandførende, men adskilt i forhold til det primære magasin (kalken) af et ca. 5-7 m tykt lerlag. De kvartære aflejringer af moræneler udgør et sammenhængende sekundært magasin.

I det primære magasin, der er spændt, er der registreret et hydraulisk trykniveau beliggende ca. 1,5-2 m.u.t. Før afværgetiltagets opstart, lå det hydrauliske trykniveau i toppen af moræneleren (2 m.u.t.) ca. 0,5-0,75 m højere end i kalken. På baggrund af gentagne pejlerunder af boringer filtersat i den øvre og nedre del af morænen, blev der før afværgetiltagets opstart dokumenteret en nedadrettet vertikal trykgradient på ca. 0,03 (m/m) inden for ’hot-spot’ området.

Formålet med projektet har været at belyse, hvorvidt hydraulisk frakturering er en effektiv teknik til at afsænke trytkniveauet i en lavpermeabel aflejring som moræneler. I forbindelse med detailprojekteringen af afværgetiltaget blev det derfor besluttet at etablere 2 vandrette dræn indskudt i hydraulisk fraktureret moræne, fremfor 3-5 traditionelle dræn indskudt i ufraktureret moræne. Drænene, der hver måler 35 m, er installeret ca. 5 m.u.t.

Ved valg af denne afværgeløsning forventedes den tilsigtede hydrauliske effekt opnået, dvs. at få skabt en opadrettet gradient mellem det primære og sekundære grundvandsmagasin inden for ’hot spot’ området. Supplerende var det forventet, at der, grundet det lave antal dræn, kunne opnås en driftsøkonomisk besparelse.

Oppumpning af vand/luft fra drænene sker ved Dual Phase Extraction teknik, hvor vand og luft suges ind på behandlingsanlægget og undergår nødvendig oprensning før afledning til recipienten henholdsvis til atmosfæren.

I nærværende rapport beskrives de oprensnings- og driftsmæssige erfaringer indhentet efter godt et års drift. Grundet krav fra lodsejer om afpropning af et referencedræn, etableret i ufraktureret moræneler på lokaliteten, har det ikke været muligt at gennemføre en direkte sammenligning mellem den tidslige udvikling i effekten af dræn etableret i fraktureret henholdsvis ufraktureret moræneler, som ellers planlagt ved projektets opstart. Desuden medførte en forsinket afpropning af kalkboringen på grunden, at de hydrauliske forhold igennem afværgetiltagets første ca. 12 måneder ikke har været som forudsat ved for projektets start.

De væsentligste erfaringer indhentet i driftsperioden ultimo november 2000 til primo april 2002 er beskrevet i det følgende.

Inden for den første ca. 9 måneders driftsperiode optræder der fortsat en overvejende nedadrettet trykgradient imellem den øvre og nedre del af morænen, og formentlig også imellem den nedre del af morænen og kalkmagasinet. Sidstnævnte forhold har i hele driftsfasen hverken kunnet be- eller afkræftes, idet der på grunden ikke findes pejlbare kalkboringer. Efter ca. 9 måneders drift ændres potentialebilledet inden for ’hot spot’ området, således at der med undtagen i boring MB-4 og MB-8 kan påvises en overvejende opadrettet trykgradient i systemet og hermed den tilsigtede hydrauliske effekt af afværgetiltaget. Denne tendens er foreløbigt påvist over en ca. 6 måneders driftsperiode, regnet fra ultimo september 2001 til primo april 2002.

Påvirkningsområdet for de installerede dræn har været ca. 4,5 m regnet vinkelret ud for disse, hvilket er i god overensstemmelse med tidligere gennemførte modelberegninger og fastsatte designgrundlag /ref. 4/. Påvirkingsområdet langs den nordligste del af begge dræn er dog vurderes at være mindre. Dette forhold skønnes betinget af, at det i anlægsfasen ikke var muligt at udføre den nordligst placerede fraktur langs hvert dræn.

I driftsperioden er der gennemsnitligt indpumpet i alt ca. 1,3 m³/døgn fra de 2 dræn, og som funktion af driftstiden sker der, på trods af bl.a. en gennemført udsyring af drænene, ingen væsentlig ændring i drænenes hydrauliske kapacitet (ydelse). Denne tendens underbygges af resultatet af 2 Dual Phase Tests på dræn A-A, som er gennemført med ca. 20 måneders mellemrum. Resultaterne opnået for dræn B-B er derimod ikke direkte sammenlignelige, grundet forekomst af en markant nedbørshændelse i forbindelse med afviklingen af den seneste DPT på dette dræn.

På grundlag af en udført modellering, jf. /ref. 4, afsnit 3.4.2/, blev det før afværgetiltagets opstart vurderet, at ydelsen af et dræn etableret i fraktureret moræne ville være 3-5 gange større end ydelsen for et tilsvarende dræn etableret i ufrakturet moræne. Dette forhold har dog ikke kunnet dokumenteres, idet er der i driftsperioden reelt kun er oppumpet 20-40 % af den forventede vandmængde. Dette forhold kombineret med den sene afpropning af en kalkboring, som frem til december 2001 ydede 5-10 m³/døgn, skønnes at have medvirket til at forhindre en optimal hydrailsk effekt af det samlede afværgetiltag.

Med en påvirkningsradius for hvert dræn på op til ca. 4,5 m, skønnes det samlede påvirkningsområde for afværgetiltaget at være 600-800 m². Ud fra kendskabet til nedbørsmængden samt den aktuelle befæstigelse på lokaliteten skønnet, at ca. 5-15 % af det afdrænede vand hidrører fra infiltrationsbidraget, mens den resterende vandmængde afdrænes fra grundvandet. Fremtidige målinger af vand- og stofbidraget må nærmere verificere dette estimat, samt eventuelt bidrage til en nærmere vurdering af, hvorfra i grundvandsmagasinet tilstrømningen til drænene mere præcist foregår.

Som funktion af driftstiden observeres der, med undtagelse af for stofferne anilin, ammonium/ammoniak og chlorid, ikke et entydigt fald i koncentrationsniveauet for forureningskomponenterne afdrænet fra den øvre del af morænen. Samtidig ses en overordnet tendens til, at forureningsniveauet for primærforureningskom-ponenterne samt chlorid stiger i 2 moniteringsboringer (MB-2(nedre) og MB-5(nedre)). Disse boringer er begge placeret 4,5 m fra drænene, regnet vandret ud for disse, og er her filtersat i samme niveau som drænene. De hidtidige resultater viser samtidigt, at der med undtagelse af for parametrene opløst ilt og pH, generelt sker et fald i indholdet af de redoxrelaterede parametre i den øvre del af morænen. Udviklingen i forureningsniveauet i denne del af morænen vurderes overvejende styret af de ændrede potentialeforhold samt den naturlige fortynding.

I den nedre del af morænen, her repræsenteret ved moniteringsboring B17(nedre, filtersat: 14-16 m.u.t.) genfindes det samme overordnede billede af udviklingen i forureningsniveauet henholdsvis i ændringer for de redoxrelaterede parametre, men de absolutte ændringer er små og vanskeliggør en entydig tolkning.

Efter ca. 14 måneders drift skønnes der oprenset ca. 25 kg primære forureningskomponenter og ca. 800 kg chlorid fra morænen. Den gennemsnitlige fjernelsesrate har ligget på ca. 0,08 kg/døgn, excl. chloridbidraget. Massefluxen var efter 10 dages drift ca. 0,1 kg/døgn, mens denne efter de første 310 driftsdøgn er faldet til ca. 0,03 kg/døgn.

Hvorvidt 3-5 dræn etableret i ufraktureret moræne ville have medført et mere optimalt afværgetiltag, kan på det foreliggende grundlag ikke vurderes. Den væsenligste årsag hertil er, at det ikke har været muligt at gennemføre DPT på et dræn (referencedræn) etableret i ufraktureret og direkte sammenlignelig geologi. Forudsat at driften af 3-5 almindelige dræn havde medført en øget hydraulisk kapacitet af afværgetiltaget, ville den hydrauliske effekt, alt andet lige, være øget og den samlede afværgeperiode herved formentlig kunne reduceres.

På behandlingsanlægget har der i driftsperioden været en del nedbrud af overvejende teknisk karakter, så som tilklogning af råvandspumpe og kulfiltre med jern, indpumpning af større luftmængder samt fejl i forbindelse med datakommunikationen mellem under- og hovedstationen. På trods af disse driftsforstyrrelser har anlægget kunnet oprense til niveauer fastsat i udledningstilladelsen, dog med undtagelse af for zink og cadmium. Der pågår derfor p.t. en driftsoptimering af anlægget med sigte på at få nedbragt koncentrationen af disse tungmetaller yderligere.

Driftsudgifterne har hidtil ligget på ca. 1000 kr. pr. m³ oprenset grundvand. Havde man alternativt valgt at etablere 3-5 almindelige dræn, vurderes driftsudgiften at ville være øget med ca..15% pr. ekstra etableret dræn. Omvendt ville en eventuelt øget hydraulisk kapacitet, som funktion af et øget antal afværgedræn, måske kunne reducere den samlede afværgeperiode og hermed eventuelt også reducere de samlede driftsudgifter til et niveau, der ligger under eller som minimum på niveau med de forventede for det aktuelle afværgetiltag. Sdstnævnte forhold er dog en rent teoretisk betragtning, idet den hydrauliske effekt af dræn etableret i ufraktureret og geologisk sammenlignelig moræneler ikke har kunnet dokumenteres på den aktuelle lokalitet.

Sammenfattende viser de hidtidige drifterfaringer, at dræn etableret i fraktureret moræne ikke har den forventede hydrauliske kapacitet – men at der selv ved den faktisk opnåede kapacitet overvejende vurderes opnået den tilsigtede afsænkning af trykniveauet i den øvre del af morænen inden for ’hot spot’ området. Længerevarende drift må be- eller afkræfte, om denne tendens fortsætter.