1.2 Skylleboring

I skylleboringer benyttes en væske (boremudder), dels til at bringe det løsborede materiale op til terræn, og dels til at stabilisere borevæggen. I modsætning til tørboringer skal borestængerne derfor ikke trækkes op for at få udtaget det løsborede materiale. Metoden er af den grund forholdsvis hurtig og effektiv og kan benyttes til store boredybder. Den dybde, der kan bores til, afhænger primært af den løfteevne, det pågældende boregrej har.

En skylleboring holdes stabil dels ved hjælp af overtryk i boringen og dels ved at øge rumvægten af boremudderet. Et overtryk i boringen sikres ved at holde overfladen af boremudderet over vandstandsniveauet i de omgivende jordlag. Dette sikres ved anvendelse af et skyllebassin med hydraulisk kontakt til boremudderet i boringen. Skyllebassinet er typisk delt af en tærskel, således at boremudderet løber ind i den første del af bassinet, hvor strømningshastigheden falder brat og de groveste partikler i det opslæmmede materiale sedimenterer. Herefter løber boremudderet over tærsklen og videre ned i boringen igen. Skyllebassiner etableres normalt i en udgravning på borepladsen, (se figur 2.3) men kan også etableres i én eller flere containere.

For at øge rumvægten af boremudderet tilsættes additiver (typisk bentonit). Ved tilsætning af additiver sikres det også, at boremudderets viskositet er høj nok til at kunne transportere cuttings op til terræn. Der er dog en øvre grænse for, hvor høj viskositeten må blive, idet det ellers ikke er muligt at fjerne cuttings fra væsken. Omvendt vil en lavviskøs eller tung boremudder kunne trænge længere ud i permeable aflejringer, hvilket kan ødelægge boringens eventuelle fremtidige anvendelse som undersøgelses-, moniterings- eller vandforsyningsboring, (Sørensen & Schmidt, 2001). Boremudderet vil endvidere indgå i de udtagne prøver som en finkornet komponent, der ikke har relation til forholdene i jordlagene, (Jørgensen & Friborg, 1989).

Transporthastigheden for cuttings afhænger af form og vægt af de enkelte cuttings – jo mindre og lettere cuttings er – jo hurtigere transporteres de op til terræn. Der sker derfor en sortering af det løsborede materiale, således at de større og tungere cuttings bringes op til terræn senere end de mindre og lettere cuttings. Dette medfører en opblanding af materiale fra forskellige dybder, og graden af opblanding vil øges med dybden, blandt andet på grund af et øget tryk. Samtidig øges transporttiden med boredybden, og de prøver, der på et givet tidspunkt observeres ved terræn, stammer derfor fra et højere beliggende niveau, end det der bores i, når observationen sker, (Sørensen & Schmidt, 2001). Prøverne fra en skylleboring repræsenterer materiale udtaget over et interval, typisk 1 meter, og kan derfor ikke benyttes til en sikker fastlæggelse af laggrænser.

Grovkornet silt og finkornet sand samt i nogle tilfælde op til mellemkornet sand, vil let gå i opslæmning i boremudderet og derved tabes til sedimentationsbassinet, så det ikke altid vil blive repræsenteret i jordprøverne. Grovkornet sand, grus og sten vil indgå i nogenlunde korrekt forhold i prøverne. Store sten vil dog ikke blive repræsenteret, idet de dels skubbes til side af boreværktøjet, og dels ikke kan passere op gennem borestammen. De ovennævnte forhold betyder, at man fra et lag af grovkornet silt med sandlag typisk vil få en prøve bestående af sand, mens man fra et lag af grovkornet silt med lerlag typisk vil få en prøve domineret af ler. Normalt vil boremandskabet kunne redegøre for disse forhold, (Jørgensen og Friborg, 1989).

De tre mest almindelige skylleboringsteknikker, der anvendes i Danmark, er direkte skylning, omvendt skylning og lufthævemetoden. Ved den direkte skylning transporteres cuttings op til terræn langs borestammen og borevæggen, mens de ved den omvendte skylning og lufthævemetoden transporteres inde i borestammen. Dette medfører en forskel i prøvekvaliteten fra de tre typer boringer. De tre teknikker er nærmere beskrevet i afsnit 1.2.2 til 1.2.4.

Der er fra arbejdet med undersøgelsesboringer eksempler på, at prøverne fra en lufthæveboring og en direkte skylleboring, udført på samme lokalitet, er forskellige, idet prøverne fra den direkte skylleboring er disintegrerede og sammenblandede, mens cuttings fra lufthæveboringen i højere grad bringes op til terræn i forholdsvis intakt tilstand. Den bedre kvalitet fra lufthæveboringer skyldes primært, at materiale bringes hurtigere op til terræn, og således ikke udsættes for samme grad af disintegration, samt at materialet transporteres i borestammen og ikke langs borevæggen.

Ved skylleboringer er det vigtigt, at boringen skylles rent for det sediment, der findes som svæv i boremudderet umiddelbart efter påsætning af ny borestang, inden der bores videre, sådan at der ikke sker prøvekontaminering, når borearbejdet genoptages.

1.2.1 Mejseltyper

Vingemejsel og rullemejsel

Det er ikke kun selve skyllemetoden, som har betydning for prøvekvaliteten - en måske vigtigere faktor er den type mejsel, der benyttes ved borearbejdet. De mest anvendte mejseltyper er vingemejslen, der normalt løsborer større cuttings og rullemejslen, der nedknuser sedimentet og dermed kun løsborer små cuttings.

Et eksempel, på hvor stor betydning boreværktøjet kan have på prøvekvaliteten, ses på billederne i figur 1.3. De tre prøver er udtaget fra den samme enhed af moræneler i den samme lufthæveboring, men med forskelligt boreværktøj. Prøven i figur 1.3a er udtaget med sneglebor i den øverste del af boringen, inden lufthæveteknikken blev sat i gang. Prøven i figur 1.3b er udtaget med vingemejsel, mens prøven i figur 1.3c er udtaget med rullemejsel. Den prøve, der er udtaget med sneglebor er af god kvalitet med velbevarede interne strukturer, mens prøven udtaget med vingemejsel har store, men omrørte cuttings. Ved gennemskæring af disse cuttings er det muligt at foretage en god beskrivelse og tolkning. Prøven udtaget med rullemejsel er derimod helt opknust, og der er kun ganske små cuttings i prøven. En så opknust prøve kan være meget svær og i visse tilfælde umulig at beskrive tilfredsstillende, og tolkningen kan kun foretages med støtte i borehulslogs. For nærmere beskrivelse af borehulslogging kan f.eks. henvises til Bai (1990).

Figur 1-3a

Figur 1.3a. Prøve udtaget med snegl.

Figur 1-3b

Figur 1.3b. Prøve løsboret med vingemejsel i lufthæveboring.

Figur 1-3c

Figur 1.3c. Prøve løsboret med rullemejsel i lufthæveboring.

Vingemejsel

Vingemejslen er beregnet til boring i bløde til middelhårde, homogene formationer. Den er forsynet med ét eller flere skær, der skræller materialet løs i bunden af boringen. Den er ikke egnet til boring i stenholdige løsjordsaflejringer, idet den ikke kan knuse stenene, men blot løsbore dem, (Sørensen & Schmidt, 2001).

Figur 1-4

Figur 1.4. Eksempel på vinge-mejsel. Foto: Jette Sørensen

Ved boring med vingemejsel kan der løsbores store cuttings fra sammenhængende og finkornede aflejringer af silt og ler, hvilket stiller store krav til strømningshastigheden og viskositeten af boremudderet.

Rullemejsel

Rullemejslen er beregnet til boring i middelhårde og hårde formationer, hvor den knuser sedimentet. Den anvendes dog også ofte i bløde aflejringer samt i inhomogene formationstyper, (Jørgensen og Friborg, 1989).

Rullemejslen indeholder typisk 3 ruller med tænder af hårdt metal. Når mejslen roterer i borehullet vil rullerne rotere om deres egen akse, og hele borehullets tværsnitsareal vil derfor blive påvirket af tænderne på rullerne, (Sørensen & Schmidt, 2001). Disse tænder kan enten nå tæt sammen under rotationen, hvilket medfører at materialet stort set vil knuses helt, eller der kan også være lidt større afstand tænderne, hvorved materialet knuses ned til mindre cuttings. Der kan således ved brug af rullemejsel i finkornede aflejringer frembringes små cuttings af en acceptabel kvalitet. Oftest vil sedimentet dog knuses så kraftigt op, at det kan være svært at foretage en beskrivelse af lithologi og tolkning af dannelsesmiljø og alder.

Fig. 1.5

Figur 1.5. Eksempel på rullemejsel. Foto: Tom Martlev Pallesen.

Erfaringsmæssigt vil brøndboreren ved skift til rullemejsel i en boring, fortsætte med denne mejsel i resten af boringen, idet hele borestammen ellers skal trækkes op, for atter at skifte til vingemejsel. Dette betyder, at mange boringer rutinemæssigt udføres med rullemejsel, med mindre udbyderen af borearbejdet udtrykkeligt har udtrykt ønske om brug af vingemejsel.

Hvis der af boretekniske grunde må skiftes til rullemejsel anbefales det, at der skiftes tilbage til vingemejsel, hvis der igen træffes lerede sedimenter, hvor den kan benyttes. Et sådan skift vil betyde ekstra arbejde for boreentreprenøren, og det anbefales, at der i udbud af borearbejdet bedes om tillægspriser for ekstra skift af mejsler. Ud fra forventningerne til hvilke sedimenter, der vil blive truffet, kan det i den konkrete situation vurderes om skift af mejsel er indsatsen værd.

1.2.2 Direkte skylleboring

I en direkte skylleboring pumpes boremudder ned i boringen inden i borestammen, og bringer løsborede cuttings op til terræn i ringvolumenet mellem borestammen og borevæggen, (Jørgensen & Friborg, 1989). Den direkte skylleboring anvendes hovedsagligt til vandforsyningsboringer og markvandingsboringer.

Prøvekvalitet

Den væskestrøm, der skal transportere cuttings op til terræn i den direkte skylleboring er langsommere sammenlignet med den omvendte skylleboring og lufthæveboringen. Det skyldes det større gennemstrømningsareal. Der er derfor også større risiko for udvaskning, sortering og opblanding af cuttings på vej op gennem hulrummet mellem borevæg og borestamme, (Sørensen & Schmidt, 2001).

Der er endvidere en stor risiko for sammenblanding af cuttings og materiale, der rives løs fra borevæggen. Prøver fra direkte skylleboringer er derfor ikke altid egnede til stratigrafiske analyser.

Ved direkte skylleboringer er fastlæggelsen af laggrænser meget usikker pga. graden af sammenblanding, sortering og udvaskning i boremudderet.

Figur 1-6

Figur 1.6. Principskitse af en direkte skylleboring.

1.2.3 Omvendt skylleboring

Ved den omvendte skylleboring vendes strømningsretningen på boremudderet, således at det strømmer ned i ringvolumen mellem borevæggen og borestammen, mens prøvematerialet bliver pumpet op inden i borestammen, (Sørensen & Schmidt, 2001).

Prøvekvalitet

Da tværsnittet i borestammen er lille, opnås her en større strømningshastighed end ved transport langs borevæg og borestamme. Cuttings bringes derfor hurtigere op til terræn, og der sker ikke samme grad af udvaskning, sortering og opblanding som ved den direkte skylleboring. Den langsomme transport ned langs borevæg og borestamme sikrer også, at der sker minimal erosion af borevæggen. Prøverne fra omvendte skylleboringer bliver rimeligt repræsentative, og laggrænserne forholdsvis velbestemte.

1.2.4 Lufthæveboring

Lufthæveboringen er den mest anvendte metode ved udførelse af undersøgelses-boringer og vandforsyningsboringer. Metoden er baseret på, at der injiceres luft til boremudderet nederst i borestammen, således at dets rumvægt mindskes. Pga. den lavere vægtfylde opnås en kraftig opdrift og dermed en hurtig opadrettet strømning af boremudder og opboret materiale inden i borestængerne og en nedadrettet strømning af boremudder fra mudderbassinet langs borehulsvæg og borestamme. Strømnings-hastigheden styres af den luftmængde, der tilføres pr. tidsenhed, og er som hovedregel højere end ved direkte skylleboringer, (Jørgensen & Friborg, 1989).

Prøvekvalitet

Den relativt høje strømningshastighed af boremudder og cuttings i borestammen betyder, at der ikke sker den samme grad af udvaskning, opblanding og sortering af materiale som ved den direkte skylleboring. Cuttings er derfor rimeligt repræsentative for de gennemborede aflejringer, og lag-grænserne kan fastlægges relativt inden for det interval, den pågældende prøve stammer fra.

Figur 1-7

Figur 1.7. Principskitse af en lufthæveboring.

Den øverste del af boringen udføres oftest med snegl, idet lufthæveteknikken først vil virke, når der er en vandsøjle i boringen på 6-8 m. Det betyder, at prøvekvaliteten fra toppen af en sådan boring ofte er god. Fra det niveau hvor lufthæveboringen startes vil prøvekvaliteten derimod oftest være dårlig, således at der fra de første 5-10 m boret med lufthæve-teknikken, fås relativt dårlige prøver. Herunder vil lufthæveprincippet begynde at fungere normalt, og prøverne vil blive forholdsvis gode.

1.2.5 Udtagning af kerneprøver fra skylleboringer

Det er med visse borerigge muligt at udtage kerneprøver fra skylleboringer. Kerneprøvetagningen kan enten foretages ved at nedsænke prøvetagningsudstyret inde i borestammen eller ved at trække borestammen op og herefter nedsænke prøvetagningsudstyret.

Typisk udtages kerneprøverne i et PVC rør, der er fastgjort i prøvetagningsudstyret. En ventil i bunden skal sikre, at materiale fastholdes i røret. Ved boring i løse bjergarter kan det dog være vanskeligt at fastholde prøvematerialet i røret og metoden egner sig derfor bedst til kerneudtagning i lerede og siltede aflejringer samt i kalk.

Ved kerneprøvetagning fås normalt intakte prøver, og dermed også en forholdsvis sikker fastlæggelse af laggrænser. Det er ved udtagning af PVC røret fra prøveoptageren dog vigtigt at få markeret, hvad der er op og ned på prøven. Ved prøveudtagning til luminescens datering er det endvidere vigtigt straks at få afproppet rørene, så sedimentet ikke får lys. Påregner man, at der ved et borearbejde skal udtages kerneprøver, bør der i udbudsmaterialet specifikt bedes om tillægspriser på sådanne.

Skriv et svar

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