2.2 Prøver udtaget fra skylleboringer

Ved skylleboringer transporteres prøven op til terræn i boremudderet, og skal derfor separeres herfra. Denne separation sker i et sedimentfang, hvor boremudderet ledes igennem.

Indretningen af borepladsen i forbindelse med skylleboringer er derfor mere pladskrævende end ved tørboringer. Foruden det forhold at borerig og borestænger ofte er af større dimensioner og dermed fylder mere, skal der også afsættes plads til både skyllebassin og sedimentfang samt en vandtank. Et eksempel på indretning af en boreplads kan ses i figur 2.3.

Figur 2.3

Figur 2.3. Indretning af boreplads ved skylleboring med lufthæve-metoden. Foto: Tom Martlev Pallesen.

2.2.1 Anvendelse af sedimentfang

Sedimentfanget kan være udformet på forskellige måder, men fælles for dem alle er, at de skal tilbageholde en repræsentativ delprøve for et givet dybdeinterval. Det er ikke praktisk muligt at tilbageholde alt det opborede materiale. Dels ville borepladsen fyldes med opboret materiale, dels går en del af prøvematerialet i suspension og cirkulerer i større eller mindre grad med boremudderet, hvorfra størstedelen bundfældes i skyllebassinet. For hver meter lagserie der gennembores med f.eks. en 350 mm borekrone, løsnes og transporteres ca. 0,1 m3 jord svarende til omkring 165 - 220 kg, jf. afsnit 2.1.2.

Såvel sedimentation af prøvemateriale i sedimentfang som udtagning af prøve herfra fører til en yderligere sortering af det løsborede materiale. Foruden indretningen af sedimentfanget, afhænger prøvens sammensætning også i høj grad af, hvor erfaren den pågældende prøveudtager er.

Under transporten af det løsborede prøvemateriale op gennem borestammen optages især finsand og groft silt i boremudderet. Disse kornstørrelsesfraktioner når kun i varierende grad at sedimentere i sedimentfanget. Jo højere densitet og viskositet boremudderet har, jo mindre vil sedimentationen være.

I et pilotforsøg blev der udtaget samtidige prøver af boremudder ved overløb fra sedimentfang og af de sedimenter, der blev gennemboret, (Sørensen et al., 2004). Forsøget viste bl.a., at der ved boring i sand, mistes både finsand og mellemkornet sand fra sedimentfanget til skyllebassinet, mens der ved boring i moræneler kun mistes det finkornede materiale, der i forvejen er opslæmmet i boremudderet. Det blev desuden vist, at jo højere hastighed og turbulens, der var i sedimentfanget, jo mere materiale og jo flere kornstørrelsesfraktioner, blev der mistet til skyllebassinet.

Prøvebeskriveren skal i forbindelse med anvendelse af sedimentfang være opmærksom på følgende forhold;

- Indretningen og typen af sedimentfang: Der er stor forskel på, hvor meget prøvemateriale, og hvilke kornstørrelsesfraktioner, de enkelte sedimentfang tilbageholder.

- Graden af oprensning mellem hver prøveudtagning: Det er vigtigt at sikre sig, at sedimentfanget renses ordentligt, så der ikke sker sammenblanding af prøvemateriale.

- Hastighed og turbulens af boremudderet i sedimentfanget: Fra sedimentfanget tabes der mere materiale til skyllebassinet jo højere hastighed og turbulens bliver.

- Sortering i den spand prøven opsamles i.

2.2.2 Indretning af sedimentfang

Der findes ingen standarder for, hvordan et sedimentfang skal være udformet, og derfor har brøndborerne udviklet forskellige systemer. Disse sedimentfang er overordnet konstrueret efter principper, der er kompromiser mellem ønsket om en passende mængde gode og repræsentative delprøver, en passende prøvefrekvens ned gennem lagserien, og så høj en borehastighed som muligt. Desuden skal sedimentfangene kunne indpasses i brøndborerens øvrige opstilling på pladsen.

Sedimentfangene er overordnet baseret på, at det løsborede materiale bundfældes/sedimenteres alene ved hjælp af tyngdekraften. Ved de anvendte sedimentfang føres boremudder med løsboret materiale via en tyk slange fra borestammen til indgangen af sedimentfanget. Materialet kan enten tilbageholdes i sedimentfangene eller ledes direkte i skyllebassinet (se figur 2.3).

Overordnet er de mest almindelige typer sedimentfang bygget op omkring en sliske, en kasse eller en tragt, se nedenstående.

Et fælles problem ved sedimentfangene ligger i processen med at separere de fine kornstørrelsesfraktioner fra boremudderet. For at boreprocessen skal kunne fungere skal boremudderet cirkulere med en vis hastighed og viskositeten skal være forholdsvis høj. Tyngdekraft og flow i afløbsslangen fra boreriggen fører uundgåeligt til en sortering allerede på vej til sedimentfanget. Desuden er turbulens og opholdstid i selve sedimentfanget en afgørende faktor for kvaliteten af den prøve, der bliver udtaget. Endelig er sammensætningen af den aflejring, der bores i, af stor betydning for prøvekvaliteten i. Effekten af de enkelte faktorer kan imidlertid være vanskelig at adskille, og der er et klart behov for nærmere at undersøge dette med henblik på at finde måder at forbedre prøvekvaliteten. Uden tvivl er sedimentfangene et af de områder, hvor der vil kunne forbedres på prøvekvaliteten. Ved nye konstruktioner skal der dog også tages hensyn til brøndborerens arbejdsgang under borearbejdet og til evt. øget tidsforbrug og økonomi.

I det følgende gennemgås de tre typer af sedimentfang, der p.t. overvejende anvendes. Forfatterne til denne vejledning har på det foreliggende grundlag valgt ikke at tage stilling til, om en type sedimentfang er bedre end en anden. I stedet opridses en række fordele og ulemper ved hver enkelt type.

Sedimentfang med kasse.

Ved denne type sedimentfang føres boremudderet ind i en kasse med top og sider men ingen bund. Boremudder og prøvemateriale spules ind i kassens bagvæg, hvor det stoppes og materialet falder ned i en eller flere spande indsat under kassen (se figur 2.4a-c).

Figur 2-4_samlet

Figur 2.4. Fotos af sedimentfang med kasse. I figur 2.4a ses sedimentfanget i en pause i borearbejdet, hvor der ikke er cirkulation af boremudder. I figur 2.4b ses sedimentfanget med cirkulation af boremudder og i figur 2.4c ses boremudder med opslæmmet sediment på vej videre ned i skyllebassinet. Fotos: Tom Martlev Pallesen.

Udtagning af prøver fra sedimentfang med kasse har både fordele og ulemper:

Fordele:

- Det er en forholdsvis objektiv opsamlingsmetode, idet prøveopsamlingen foregår ned i en spand uden menneskeligt indgreb. Det er dog stadig brøndboreren, der bestemmer, hvornår spanden skal placeres under kassen, og hvornår boremudderet får lov at løbe frit ned i skyllebassinet.

- Opstillingen er hurtig, praktisk og stabil, og kræver ikke opsyn hele tiden.

Ulempe:

- Energiniveauet i kassen er kontinuert højt med kraftig turbulens. Boremudderet spules under højt tryk ned i spanden, hvorved de finkornede fraktioner (silt og finsand) kan mistes til skyllebassinet og dermed blive underrepræsenteret i prøven. Metoden har derfor vanskeligt ved at opfange fine fraktioner som silt og finsand (se eksempel i figur 2.7b og 2.7c).

Sedimentfang med tragt

Ved denne type sedimentfang ledes boremudderet ind i den smalle del af en tragtformet kasse, hvorved hastigheden af boremudder aftager under gennemstrømningen. Sedimentfang med tragt er vist i figur 2.5a-c.

Tragten er i vandret plan delt af en plade med ribber og slidser. Boremudderet ledes umiddelbart efter indløb i tragten hen over en række ribber på oversiden af pladen. Ribberne medvirker til at bremse strømningshastigheden, og samtidig skaber de en turbulens, der modvirker en del af den tyngdebetingede sortering i mudderet. Efter at have passeret ribberne passeres en tværgående slids, hvis bredde kan varieres. En del af boremudderet strømmer ned gennem denne slids og herfra hen over en spand, der opfanger en del af boremudderet og dets indhold af sediment, se figur 2.5b. Resten af boremudderet strømmer igennem den øvre del af sedimentfanget og derfra direkte ud i skyllebassinet. Slidsens bredde kan varieres alt efter gennemboret lithologi og hastighed af boremudderet. Desuden findes umiddelbart inden slidsen en række ”afvisere”, der leder mudderstrømmen op i toppen af kassen, hvorfra det falder ned gennem slidsen. Afviserne sikrer en yderligere opbremsning og omrøring af boremudderet.

Figur 2-5a

Figur 2.5a. Sedimentfang med tragt. Fotos: Jette Sørensen.

Figur 2-5b

Figur 2.5b. Opsamling af prøve i sedimentfang med tragt. Fotos: Jette Sørensen.

Figur 2-5c

Figur 2.5c. Udtagning af prøve i sedimentfang med tragt. Fotos: Jette Sørensen.

Fordele:

- Opsamlingsmetoden er forholdsvis objektiv, idet prøveopsamlingen foregår ned i en spand uden menneskeligt indgreb. Det er dog stadig brøndboreren, der bestemmer, hvornår og til dels hvor (i forhold til boremudderstrømmen) spanden skal placeres under kassen. Desuden styrer brøndboreren slidsebredden.

- Boremudderets hastighed falder gennem den tragtformede kasse, og ribber og afvisere modvirker til dels en tyngdebetinget sortering i boremudderstrømmen.

- Opstillingen er hurtig, praktisk og stabil, og kræver ikke opsyn hele tiden.

- I forhold til sedimentfang med kasse er turbulensen mindre.

Ulemper:

- Trods en reduktion af gennemstrømningshastighed vil der være problemer med at tilbageholde forskellige kornstørrelsesfraktioner i ligeligt omfang – dvs. der vil forekomme en sortering af materialet.

- I spanden opsamles kun materiale fra den nedre del af boremudderstrømmen. Dette vil kunne føre til sortering af materialet.

- Der vil kunne forekomme en sortering i boremudderet allerede inden ”delstrømmen” ledes ned gennem slidsen, hvorved visse kornstørrelsesfraktioner kan blive ledt direkte i skyllebassinet.

Sedimentfang med sliske

Denne type sedimentfang kan bestå af 2 slisker, som boremudder og prøvemateriale ledes ind igennem parallelt. For enden af hver sliske findes en spærring med et overløb, der sikrer en vis ro og opholdstid i sedimentfanget. Derved kan også de mere finkornede fraktioner af prøvematerialet nå at bundfældes. Overløbets højde kan varieres, så opholdstid og turbulens i sedimentfanget kan reguleres. Bundfældet prøvemateriale opsamles med en skovl og hældes herefter i en spand. Et sedimentfang med to slisker er vist i figur 2.6.

Figur 2-6

Figur 2.6. Sedimentfang med to slisker og overløb. Passagen til sliskerne kan indstilles, så strømmen af boremudder herigennem bliver begrænset. Foto: Jette Sørensen.

Der kan skiftes mellem sliskerne, så boremudderet i den ene sliske får tid til at falde til ro, og prøvematerialet kan nå at sedimentere. Alternativt kan der køres samtidigt med hhv. lavt og højt flow gennem de to slisker. Derved bliver hovedparten af boremudder og prøvemateriale ledt uden om den ene sliske, så opholdstiden af det boremudder, der ledes ind øges. Dette giver pga. den nedsatte vandturbulens god mulighed for opsamling af vanskelige kornstørrelsesfraktioner som f.eks. finsand.

I et sedimentfang af denne type tilbageholdes ofte store mængder sediment, hvorfor en del af prøvetagerens arbejde er kontinuert at udtage repræsentative delprøver af det bundfældede materiale.

Der ligger en begrænsning i, hvor længe boremudderet må opholde sig i såvel slanger som sedimentfang, for at der ikke sker en uønsket tilbageholdelse af boremudder i skyllebassin og sedimentfang.

Udtagning af prøver fra sedimentfang med slisker har både fordele og ulemper:

Fordele:

- Metoden er formentlig bedre egnet til at opfange de finere fraktioner end sedimentkassen og tragt, da overløbshøjde og turbulens kan justeres.

Ulemper:

- Metoden er mere subjektiv end sedimentkassen. Det skyldes bl.a. at prøvetageren i højere grad selv styrer, hvor meget prøvemateriale der skal udtages fra sedimentfangets slisker, samt hvor lang opholdstiden i sedimentfanget skal være.

2.2.3 Prøvemængde og prøvetagningsfrekvens

Ved skylleboringer vil der ske et tab af prøvemateriale til boremudderet, afhængigt af den gennemborede lithologi, viskositeten af boremudderet, borehastighed, boredybde og udformningen af sedimentfanget. Særligt finsandsfraktionen kan gå i suspension i boremudderet og efterfølgende have svært ved at nå at bundfældes i sedimentfanget. Silt opfører sig mere forskelligt. Finkornet silt kommer ofte op som cuttings og kan give store prøvemængder, mens silt med et vist indhold af finsand oftest går i suspension. Således ser man ofte en markant ændring af prøvemængden ved overgangen fra f.eks. ler til finsand eller fra groft sand til finsand. Eksempler på varierende prøvestørrelser er vist i figur 2.7a-e.

Ved skylleboringer anvendes normalt et prøvetagningsinterval på 1 meter. Det er vanskeligt at opnå en større prøvetæthed, idet der også er en vis usikkerhed forbundet med den reelle prøvedybde. Borehastigheden har indflydelse på, hvor præcist laggrænser kan fastlægges.

Figur 2-7_samlet

Figur 2.7. Jordprøver udtaget fra en Ø350 mm lufthæveboring. Billederne viser jordprøver, der repræsenterer forskellige lithologier. a) Prøve af ret fedt ler, b) prøve af silt, c) prøve af finsand, d) prøve af mellemkornet til groft sand og e) prøve af fedt moræneler. Bemærk de små prøver i silt og finsandsfraktionen, figur 2.7b og 2.7c. Foto: Tom Martlev Pallesen.

Der bør altid i forbindelse med skift af borestænger udføres en ”oprensning” af borehullet. Det vil sige, at der cirkuleres boremudder, til der ikke aflejres mere prøvemateriale i sedimentfanget. Derved kendes den præcise boredybde og dermed den efterfølgende prøvetagningsdybde hver gang, der monteres en ny borestang. Eventuel forskydning under boreprocessen sker derfor kun inden for længden af en borestang. En typisk borestang er 4-5 meter lang. Prøvetager og prøvebeskriver skal dog fortsat være opmærksomme på, at laggrænser vurderet ud fra de udtagne prøver alligevel kan forskydes afgørende.

Erfaringsmæssigt sker der ofte selv med påpasselighed en forskydning af laggrænser på ca. 1 meter pr. 100 meter boredybde. Der er dog eksempler på forskydninger på op til 2 meter inden for en enkelt borestang.

Ønskes mere præcise angivelser af laggrænser end det de udtagne jordprøver giver, er det nødvendigt at udføre borehulslogging. Foruden fastlæggelse af laggrænser, kan borehulsloggen bidrage til en mere detaljeret karakteristik af lagserien, herunder lithologiske variationer i mindre skala, f.eks. hyppigt vekslende ler- og sandlag, der i opborede prøver kan fremstå som en usystematisk blanding af ler og sand. Som hovedregel anbefales det derfor, at grundvandsboringer logges. For nærmere beskrivelse af borehulslogging henvises til Bai (1990).

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret. Krævede felter er markeret med *