Permeabilitet i umættet zone

Transkript

1 Permeabilitet i umættet zone Definition af permeabilitet i umættet zone Permeabilitet (k), beskrier transport gennem et medie. Permeabiliteten er kun afhængig af mediet og ikke afhængig af æskens eller luftartens egenskaber. Størrelsen af permeabiliteten afhænger af mediets porøsitet (størrelse, sammenhæng og form). Enheden for permeabilitet er darcy (D), millidarcy (md) eller cm. Permeabiliteten kan estimeres eller bestemmes direkte ed måling. Luft permeabilitet i den umættede zone bestemmes ed hjælp af: indirekte metoder, bestemmelse ed beregninger eller modeller laboratorie metoder, bestemmelse ed beregning ud fra kornstørrelsesfordeling, eller ed test på intakte kerner feltmetoder, bestemmelse ed pumpeforsøg og monitering af flow og modtryk enten ed hurtige forsøg eller ed steady-state forsøg feltmetoder, bestemmelse ed anendelse af sporgasser Både de indirekte metoder og laboratoriemetoderne er usikre og mere følsomme oer for både prøetagningen og inhomogeniteten i jorden end feltmetoderne. Disse metoder kan derfor ikke anbefales som eneste undersøgelsesmetoder. Permeabiliteten i den umættede zone er i det følgende bestemt på 3 nieauer sarende til en kategori 1, kategori og kategori 3 metode. Litteratur /1/ Handbook for inestigations and correctie action requirements for discharge from storage tanks, piping systems and other releases. The South Dakota Department of Enironment and Natural Ressources. Ground-Water uality Program. ersion.0 March 003 // Soil apour Extraction and Bioenting. US Army Corps of Engineers. Engineer Manual EM June 00. /3/ OM-Kalitetsmanual, Afsnit 3.3 Paradigma for In-situ Test. Re.: /4/ A practical Approach to the design, operation and monitoring of In Situ Soil- enting Systems. GWMR Spring /5/ Dingmann, 00. Physical Hydrologi, second edition, ISBN /6/ Falta, Analytical Solutions for Gas flow due to Gas injection and Extraction from Horizontal Wells, ol. 33, No. Ground Water March-April /7/ Falta, A Program for Analyzing Transient and Steady-State Soil Gas Pump Tests. ol. 34, No. 4 Ground Water July-August, /8/ Johnson et. al, A Practical Approach to the Design, Operation, and Monitoring of In Situ Soil- enting Systems, Spring 1990, GWMR. /9/ Johnson et. al, Considerations for the Design of In Situ apor Extraction Systems: Radius of Influence s. Zone of Remediation, Summer 1994, GWMR. /10/ MODFLOW (MODFLOW-SURFACT Flow), 3D program for simulering. /11/ Beckett, G.D., Huntley, D., 1994, Characterization of flow parameters controlling soil apor extraction: Ground Water, ol. 3, No., pp af 17

2 Forudsætninger for bestemmelse af permeabilitet i umættet zone: ed bestemmelse af permeabilitet i den umættede zone i felten, skal følgende punkter opfyldes: Utætheder i testsystem og boringer; Hele testsystemet i form af pumpe, koblinger og slanger tjekkes for utætheder under akuum. Boringer afproppes med cementstabiliseret bentonit eller lign. sikker afpropning, så der undgås eentuelle lækager langs filterrøret. Filtersætning af boringer; Boringer filtersættes i umættede zone. ed opstart af forsøg skal boringen pejles for kontrol af om der er and i filteret. Er boringen filtersat så en del af filteret er i den mættede zone, kan det hae stor indflydelse på resultaterne i forbindelse med bestemmelse af permeabiliteten. Modsat kan det også gie forkerte resultater, his filtersætningen er for kort, og der ikke tages forbehold for dette i analysen af data. Udstyrets kapacitet; Test udstyret skal hae den fornødne kapacitet til at leere et tilstrækkeligt flow og akuum og alle loggere skal kunne logge med den ønskede nøjagtighed og inden for det nødendige tidsrum. Analytiske forudsætninger Det forudsættes, at de inolerede lags udbredelse er uendelig, samt at de er homogene og ensartede i tykkelsen Det forudsættes, at pumpe-/injektionsboringen er filtersat i hele dybden af det målte umættede lag Det forudsættes, at diameteren af pumpe-/injektionsboringen er så lille at opmagasinering kan negligeres Det forudsættes, at trykændringen er øjeblikkelig ed opstart af forsøget Det forudsættes, at densiteten og iskositeten er konstant gennem hele forsøget. Dette il typisk indtræde hurtigt i forsøget, men større koncentrations og trykændringer kan påirke densiteten Det forudsættes, at strømningsretningen af damp gennem den umættede zone er laminar. Horidt turbulensen i mediet oerstiger det tilladte kan tjekkes ed anendelse af Reynolds nummer Det forudsættes, at de afgrænsende lag i bund og top er enten; impermeable (Theis) eller med en impermeabel bund og lækage i top laget (Hantush-Jacob), hor den dominerende strømningsretning i det oerliggende lag er ertikal af 17

3 Kategori 1 - Bestemmelse af permeabilitet i umættet zone Princip: På én boring filtersat i den umættede zone kan der gennemføres en måling af flow og modtryk ed at påføre boringen et akuum. Resultatet gier en indikation af permeabiliteten i det filtersatte lag, i form af en registrering af hilken luftolumen det er muligt at trække ud af formationen ed et gient tryk/påtrykt akuum. Feltopstilling: På boringen tilkobles en akuumpumpe med en kapacitet på mindst 5-50 m³/h ed et rimeligt modtryk (minimum 0,3 bar). Principskitse: På slangen mellem filter og pumpe monteres et manometer til registrering af modtryk, og der etableres en flowmåler på slangen til registrering af flow fra sugeboringen. Udførelse: Pumpen opstartes, og der foretages en løbende registrering af tryk og flow. Tryk og flow registreres manuelt ed aflæsning og registrering i skema. ed manuel aflæsning skal der gennemføres registreringer af begge parametre for hert 15 sek. i de første minutter og herefter for hert 30 sek. i de næste 10 min. Herefter fortsætter forsøget i mindst 30 min med aflæsninger hert minut. Data, databehandling og rapportering: Under forsøget opsamles data om tid, flow og modtryk. Der optegnes en graf med tryk og flow som funktion af tiden. Forsøget iser i hor høj grad, det er muligt at suge luft ud af mediet til her af de testede flows. Permeabiliteten bestemmes dered ikke specifikt ed denne kategori. Der optegnes en situationsplan med angielse af placering af sugeboring på lokaliteten. Boreprofil edlægges rapporten med angielse af filterplacering samt et. andspejl. Forslag til supplement af testen: Anend dataloggere og/eller tryktransducere nedsænket i boringen til registrering af modtryk. Der bør anendes en indstilling med logning for hert sek. Anend en elektronisk flowmåler til logning af data. 3 af 17

4 Etabler en prøetagningsmulighed ed tilkoblingen af boringen til pumpen. Prøetagningsmuligheden kan anendes til: at gennemføre en løbende måling og registrering på den opsugede luft for O, CO og CH 4 til en urdering af nedbrydning og biologisk aktiitet i området. Data gier også en urdering af hor luften kommer fra, herunder identifikation på et. lækage i systemet. at gennemføre en løbende PID-måling på den opsugede luft for en urdering af forureningspotentialet (forureningsomfang og edarende forureningsstyrke). at gennemføre prøetagning på kulrør i starten og i slutningen af pumpeforsøget. Formålet er en præcis bestemmelse af en eentuel forurening samt den edarende forureningsstyrke. ed prøetagningen skal man ære opmærksom på, at det er prøetagning under akuum og at prøetagningen derfor skal ske under grundig kontrol af den luftmængde, der suges gennem kulrøret. 4 af 17

5 Kategori - Bestemmelse af permeabilitet i umættet zone Princip: Steady- State metoden: På en boring filtersat i den umættede zone kan permeabiliteten bestemmes ed at der gennemføres en måling af flow og modtryk indtil steady-state er opnået. Forsøget gentages ed 3 forskellige flow hastigheder. Sugeboringen påføres et akuum ed, at der suges luft ud ed mindst 3 forskellige lufthastigheder/testflow (eksempelis 5, 10 og 0 m³/t, men urderes i den konkrete sag). Der etableres mindst 3 obserationsboringer i forskellig retning og horisontale afstande fra sugeboringen (eksempelis, 5 og 10 meter, men urderes ligeledes i den konkrete sag med baggrund i bl.a. geologien). Feltopstilling: På sugeboringen tilkobles, med en tætsluttende samling, en akuumpumpe med en kapacitet på mindst 5-50m³/h ed et rimeligt modtryk (minimum 0,3 bar). På slangen mellem filter og pumpe etableres en andudskiller, en entil for regulering af luftflowet og en kontraentil til sikring mod tilbageløb. Der monteres endidere en flowmåler på slangen til elektronisk logning af flow fra boringen og et manometer til isuel oerågning af modtrykket. Der etableres en prøetagningsmulighed ed tilkoblingen af sugeboringen til pumpen. Flow indstilles til eksempelis 5 m³/t (første testflow), og der testes indtil udiklingen i modtrykket i pumpeboringen er ophørt, eller er mindre end 10 % pr. time. Herefter reguleres flow op til 10 m³/t (anden testflow) og til sidst til 0 m³/t (tredje testflow) eller højere, his dette er nødendigt. His der for- Principskitse: 3 Obserationsboringer Sugeboring Prøetagningsmulighed Manometer Kondens udskiller Manometer Flowmåler akuumpumpe I sugeboringen og obserationsboringerne etableres manometre og elektroniske tryktransducere til konstant logning af trykforholdene. Loggeren skal kunne logge hert sekund med en usikkerhed på ikke oer 0,5 mbar. Tryktransducere Filter Der etableres mindst 3 obserationsboringer i forskellig retning og horisontale afstande fra sugeboringen (eksempelis, 5 og 10 meter, men urderes ligeledes i den konkrete sag med baggrund i bl.a. geologien). I obserationsboringerne monteres tryktransducere til logning af data og boringerne lukkes tæt til. andspejl Der etableres et manometer til isuel inspektion og en prøetagningsmulighed i proppen til her obserationsboring. Udførelse: Pumpen opstartes, og der foretages en løbende registrering af flow og tryk i både sugeboring og obserationsboringer. Flow skal registreres med datalogger og tryktransducerne i boringerne skal indstilles til logning hert sekund med en usikkerhed på ikke oer 0,5 mbar. 5 af 17

6 inden opstart er konstateret and oer en æsentlig del af filterstrækningen, og der er konstateret tættere jordlag omkring filteret (ler, silt eller stærkt organisk), skal der opstartes ed la ydelse (eksempelis,5 m³/t) for at minimere risikoen for at trække and op oer øerste kant af filtret i sugeboringen. His der er trukket and op oer øerste kant af filtret, kan udførelsen først genoptages når det naturlige andspejl i både boring og jorden omkring filtersætningen har retableret sig. Forsøget skal for de enkelte pumpeydelser fortsætte i 3 timer eller ind til trykændringen i den fjerneste obserationsboring er mindre end 10 % pr. time. Data, databehandling og rapportering: Under forsøget måles data i form af tid, flow og modtryk i sugeboringen. Modtrykket i obserationsboringerne måles ligeledes. Der optegnes en situationsplan med angielse af placering af sugeboring og obserationsboringer på lokaliteten samt specifik angielse af boringernes indbyrdes afstand. Boreprofiler for samtlige boringer edlægges rapporten med angielse af filterplacering samt et. andspejl. Der optegnes en graf med tryk og flow som funktion af tiden. Den effektie irkningsradius bestemmes ed de forskellige pumpeydelser (defineret som den afstand hor der måles eller beregnes et undertryk på 1 mbar ed stationære tryk og flowforhold) /3/. Bestemmelse af permeabilitet ed to løsningsmetoder (Theis og Hantush-Jacob): Theis løsningsmodel: Med sænknings- og stigningskurens dekadehældninger beregnes den horisontale permeabilitet i den umættede zone beregnes ed hjælp af følgende formel, der er en tilnærmelse til Theis løsningsmodel /8/. P ' μ W( u), 4 π b k r ε μ u 4 k P t hor P er trykafigelsen fra begyndelsestrykket (typisk atmosfærisk tryk) (P-P 0 ), er olumetriske pumpe flow fra sugeboring, µ er dynamiske iskositet af luft, b er tykkelsen af det entilerede jordlag, k er mediets horisontale permeabilitet, r er den radiale afstand til ekstraktionsbrønden, P er trykket og P o er begyndelsestrykket (atmosfærisk tryk), ε er luftporøsiteten og t er tiden. W(u) er Thies brøndfunktion. His u < 0,1 kan oenstående ligning omskries ed at anende de to første led af en Taylor tilnærmelse /8/: P ' μ r ε μ 0,577 ln + ln() t 4 π b k 4 k Po ed plotning af P som en funktion af ln(t) fås en ret linje med dekade hældningen A, hor A er lig med udtrykket: μ A 4 π b k dog er det mere anendelig at plotte P som en funktion af 10-talslogaritmen til t (semilogaritmisk papir), hered skal A blot ganges med en faktor,3 (ln(t)/log(t),3): μ,3 A 4 π b k o 6 af 17

7 ed aflæsning af dekade hældningen A, hor flowet og tykkelsen m af det entilerede jordlag er kendt, kan permeabiliteten beregnes: μ,3 k 4 π b A Eksempel, Theis løsningsmodel ed brug af Cooper Jacob s approksimation: Eksempel på beregning af permeabiliteten ed brug af Cooper Jacob s approksimation. Beregning af permeabilitet med 1 som sugeboring og som obserationsboring. Dekadehældningen (ændringen i tryk inden for en dekade i pascal) findes ed at plotte trykdata fra obserationsboringerne som en funktion af logaritmen til tiden i sekunder, se figur. Trykændring i obserationsboring ed oppumpning i boring Målt trykændering Trykændring [Pa] Tid[sek] olumetriske pumpe flow, 1 m 3 /time 0,00583 m 3 /s entileret dybde, b,0 m Dynamisk iskositet, µ 1, kg/(m s) Afstand, r,4 A 115 Pa kg/m s Med oenstående input kan permeabiliteten (k) beregnes: 3 5 0,00583m / s 1,81 10 kg /(m s),3 k 85 darcy 4 π 115Pa m Kontrol af betingelser, idet det porøsitet antages at ære 0.5 : 7 af 17

8 u < 0,1 (,4m) 0,5 1, Pa ,7s < t 5 kg /(m s) m < t Dette betyder, at dekadehældningen kun må ære beregnet ud fra tiden efter 10 sekunder, hilket er opfyldt, da det kun er punkter fra og med 8 sekunder, der er bleet anendt til beregning af dekadehældning. Hantush-Jacob løsningsmodel: Den horisontale permeabilitet kan også bestemmes ed hjælp af Hantush-Jacob (1955) ligning, som adskiller sig fra en Theis (1935) løsning ed at medtage en lækage parameter. Hantush-Jacob ligningen i forhold til gastryk r ε μ hor u 4 k Po t W(u, r β ), μ P' P P W(u, r o β) 4 π b k β k' og k' er permeabilitet af dæklaget og k b d' ' er Hantushs brøndfunktion. d er tykkelsen af dæklaget. For at kunne anende de gængse prøepumpningsprogrammer kan ligningen omskries til Δ H 4πT W(u, r ) B, hor B er B K' d' T ΔH relaterer sig tryk ia ΔHP'/(ρ g), permeabilitet k relateres sig til transmissiitet ia Tk(ρ g/µ)b og S er magasintallet er giet ed Sρ g ε b/p o, idet mediet antages usammentrykkelig, Lækagen er giet ed K'/d' hor K' er dæklagets hydrauliske ledningsene og dæklagets permeabilitet fås direkte som k'k' µ /( ρ g), hor g er tyngdeaccelerationen, ρ densiteten. Sammenhængen mellem de hydrauliske lækagekoefficienter og gas-lækagekoefficienter er således: k' b' K' μ b' g ρ olumen, som berøres under forsøget: Tiden (τ p ) for at oppumpe et pore-olumen kan estimeres ed at antage, at olumen udgøres er cylinderformet med radius r samt at luftstrømningen igennem dæklaget er neglicibelt τ p p π r b ε r ε q, hor p er pore-olumen og q er Darcy-hastigheden Eksempel, Hantush-Jacob løsningsmodel: Eksempel på beregning af permeabiliteten ed brug af Hantush-Jacob løsningsmodel. Beregningen er foretaget med det samme datamateriale som for eksemplet med Theis løsningen i forrige eksempel. I nedenstående figur er der gennemført en fitning af data med baggrund i både en Theis løsning og en løsning baseret på Hantush-Jacob løsningsformler. 8 af 17

9 100 Dobbeltlog Trykændering [m] 10 1 Sænkning Theis sænkning Hantush-Jacob Tid (sec) Som det fremgår af figuren opnås med Hantush-Jacob løsningen en bedre fitning af data, da lækagen til terræn medtages i beregningerne. ed Hantush-Jacob beregnes i det aktuelle eksempel følgende: Horisontal permeabilitet k: 5 darcy k ' Lækage til terræn på : m og his dæklagets tykkelse antages at ære 0.5 m er b' dæklagets k: darcy Alternati løsningsmodel: Alternatit til de simple beregningsmetoder for bestemmelse af den horisontale permeabilitet findes der flere modelærktøjer, der kan anendes til at foretage beregningerne af horisontal og ertikal permeabilitet samt lækage til terræn såsom eksempelis Gassole og MODFLOW mfl. /7,10/. Følgende parametre kan beregnes på baggrund af modellerne: Den horisontale og ertikale permeabilitet i obserationsboringerne K h, og K og eentuel lagdeling kan medtages i modellen. Filternieauerne for sugeboringens filtre, men også for obserationsboringerne kan bedre implementeres. Den effektie luftporøsitet kan urderes. Et sporstof forsøg kan også modelleres (Kategori 3) ia adektion-dispersion ligningen. Nedenstående figur iser sammenhængen mellem permeabilitet og den type af materiale den er tilknyttet /5/. 9 af 17

10 Forslag til supplement af testen: Der etableres yderligere obserationsboringer med filtre placeret ertikalt forskudt i forhold til sugeboringen til bestemmelse af ariationer i den ertikale permeabilitet. Disse filtre bør generelt altid placeres oer sugeboringens filtre, da den tilstrømmende luft altid il komme oppefra. Etabler en prøetagningsmulighed ed tilkoblingen af boringen til pumpen. Prøetagningsmuligheden kan anendes til: at gennemføre en løbende måling og registrering på den opsugede luft for O, CO og CH 4 til en urdering af nedbrydning og biologisk aktiitet i området. Data gier også en urdering af hor luften kommer fra herunder identifikation på et. lækage i systemet. at gennemføre en løbende PID-måling på den opsugede luft for en urdering af forureningspotentialet (forureningsomfang og edarende forureningsstyrke). at gennemføre prøetagning på kulrør i starten og i slutningen af pumpeforsøget. Formålet er en præcis bestemmelse af en eentuel forurening samt den edarende forureningsstyrke. ed prøetagningen skal man ære opmærksom på, at det er prøetagning under akuum og at prøetagningen derfor skal ske under grundig kontrol af den luftmængde, der suges gennem kulrøret. 10 af 17

11 Kategori 3 - Bestemmelse af permeabilitet i umættet zone ed kategori 3 bestemmelse af permeabiliteten foretages både en bestemmelse af permeabiliteten ed en kategori test, samt en test af det aktuelle flow mellem boringer med anendelse af sporgas som beskreet i det følgende. Sporstoftest: ed sporstoftesten tilsættes der en eller flere typer af tracergasser i forskellige filtre placeret i forskellige afstande og dybder fra pumpeboringen, idet der oppumpes luft fra pumpeboringen som analyseres for den/de tilsatte sporstoffer/tracergasser. Feltopstilling: På pumpeboringen tilkobles med en tætsluttende samling en pumpe med en kapacitet på mindst 5-50 m³/h ed et rimeligt modtryk (0,3bar). På slangen mellem filter og pumpe monteres et manometer til isuel måling af modtryk. Der etableres endidere en flowmåler på slangen til elektronisk logning af flow fra boringen, og der etableres en tilsætningsmulighed for sporgassen. Principskitse: Pumpetest: Boringerne lukkes tæt til, men der etableres en prøetagningsmulighed for udtagning af luftprøer til analyse og et manometer til isuel obseration af trykudiklingen. 3 Obserationsboringer Sugeboring Prøetagningsmulighed Manometer Kondens udskiller Manometer Flowmåler akuumpumpe I pumpeboringen og obserationsboringerne etableres manometre og elektroniske tryktransducere til konstant logning af trykforholdene. Loggeren skal kunne logge hert sekund med en usikkerhed på ikke oer 0,5 mbar. Der etableres mindst 3 obserationsboringer i forskellig retning og horisontale afstande fra sugeboringen (eksempelis, 5 og 10 meter, men urderes ligeledes i den konkrete sag med baggrund i bl.a. geologien). Der etableres et manometer til isuel inspektion og en prøetagningsmulighed i proppen til her obserationsboring. Sporstoftest: Tryktransducere Filter andspejl 11 af 17

12 Udførelse: Pumpetest, som beskreet under kategori : Pumpen opstartes, og der foretages en løbende registrering af flow og tryk i både sugeboring og obserationsboringer. Flow skal registreres med datalogger og tryktransducerne i boringerne skal indstilles til logning hert sekund med en usikkerhed på ikke oer 0,5 mbar. Flow indstilles til eksempelis 5 m³/t (første testflow), og der testes indtil udiklingen i modtrykket i pumpeboringen er ophørt, eller er mindre end 10 % pr. time. Herefter reguleres flow op til 10 m³/t (anden testflow) og til sidst til 0 m³/t (tredje testflow) eller højere, his dette er nødendigt. His der forinden opstart er konstateret and oer en æsentlig del af filterstrækningen, og der er konstateret tættere jordlag omkring filteret (ler, silt eller stærkt organisk), skal der opstartes ed la ydelse (eksempelis,5 m³/t) for at minimere risikoen for at trække and op oer øerste kant af filtret i sugeboringen. His der er trukket and op oer øerste kant af filtret, kan udførelsen først genoptages når det naturlige andspejl i både boring og jorden omkring filtersætningen har retableret sig. Forsøget skal for de enkelte pumpeydelser fortsætte i 3 timer eller ind til trykændringen i den fjerneste obserationsboring er mindre end 10 % pr. time. Sporstoftest: ed sporstoftesten tilsættes der en eller flere typer af tracergasser i forskellige filtre placeret i forskellige afstande og dybder fra pumpeboringen, idet der oppumpes luft fra pumpeboringen. ed brug af flere tracergasser (en type gas i her boring) kan forsøget udføres i en og samme omgang, mens der ed brug af samme tracergas anbefales at teste en boring af gangen. Pumpeydelsen i pumpeboringen ælges eentuelt med baggrund i resultater fra en indledende pumpetest som beskreet oenfor. Der føres med datalogger en løbende registrering af flow og modtryk i pumpeboringen, samt tidspunkt for injektion af en kendt mængde af sporgas i de ønskede boringer (bemærk at sporgassen tilsættes under oertryk og der skal derfor sikres, en god dokumentation for, at sporgassen er ført ind i systemet). Af mulige sporgasser kan nænes helium, kulmonooxid, argon, solhexaflurid, halon 1301/40, BCF etc. Typen af sporstof ælges med baggrund i de aktuelle geologiske forhold, og sammensætning af den forurening af OC, der findes i poreluften. Enkelte af de nænte sporstoffer er giftige og myndighederne kræer certifikat og tilladelse til at anende dem. Procedure for måling af sporestofkoncentration er afhængig af alg af sporestof, men målingen skal om muligt kunne angies i en specifik koncentration. Tryktransducere og flowmålere i pumpeboring indstilles til at logge data hert 5 sek. Data, databehandling og rapportering: Under forsøget måles data i form af tid, flow og modtryk i sugeboringen. Modtrykket i obserationsboringerne måles ligeledes. Der optegnes en situationsplan med angielse af placering af sugeboring og obserationsboringer på lokaliteten samt specifik angielse af boringernes indbyrdes afstand. Boreprofiler for samtlige boringer edlægges rapporten med angielse af filterplacering samt et. andspejl. Der optegnes en graf med tryk og flow som funktion af tiden. Den effektie irkningsradius bestemmes ed de forskellige pumpeydelser (defineret som den afstand hor der måles eller beregnes et undertryk på 1 mbar ed stationære tryk og flowforhold) /3/. Bestemmelse af permeabilitet ed to løsningsmetoder (Theis og Hantush-Jacob): Theis løsningsmodel: Med sænknings- og stigningskurens dekadehældninger beregnes den horisontale permeabilitet i den umættede zone beregnes ed hjælp af følgende formel, der er en tilnærmelse til Theis løsningsmodel /8/. 1 af 17

13 P ' μ W( u), 4 π b k u r ε μ 4 k P t o hor P er trykafigelsen fra begyndelsestrykket (typisk atmosfærisk tryk) (P-P 0 ), er olumetriske pumpe flow fra sugeboring, µ er dynamiske iskositet af luft, b er tykkelsen af det entilerede jordlag, k er mediets horisontale permeabilitet, r er den radiale afstand til ekstraktionsbrønden, P er trykket og P o er begyndelsestrykket (atmosfærisk tryk), ε er luftporøsiteten og t er tiden. W(u) er Thies brøndfunktion. His u < 0,1 kan oenstående ligning omskries ed at anende de to første led af en Taylor tilnærmelse /8/: P ' μ r ε μ 0,577 ln + ln() t 4 π b k 4 k Po ed plotning af P som en funktion af ln(t) fås en ret linje med dekade hældningen A, hor A er lig med udtrykket: μ A 4 π b k dog er det mere anendelig at plotte P som en funktion af 10-talslogaritmen til t (semilogaritmisk papir), hered skal A blot ganges med en faktor,3 (ln(t)/log(t),3): μ,3 A 4 π b k ed aflæsning af dekade hældningen A, hor flowet og tykkelsen m af det entilerede jordlag er kendt, kan permeabiliteten beregnes: μ,3 k 4 π b A Eksempel, Theis løsningsmodel ed brug af Cooper Jacob s approksimation: Eksempel på beregning af permeabiliteten ed brug af Cooper Jacob s approksimation. Beregning af permeabilitet med 1 som sugeboring og som obserationsboring. Dekadehældningen (ændringen i tryk inden for en dekade i pascal) findes ed at plotte trykdata fra obserationsboringerne som en funktion af logaritmen til tiden i sekunder, se figur. 13 af 17

14 Trykændring i obserationsboring ed oppumpning i boring Målt trykændering Trykændring [Pa] Tid[sek] olumetriske pumpe flow, 1 m 3 /time 0,00583 m 3 /s entileret dybde, b,0 m Dynamisk iskositet, µ 1, kg/(m s) Afstand, r,4 A 115 Pa kg/m s Med oenstående input kan permeabiliteten (k) beregnes: 3 5 0,00583m / s 1,81 10 kg /(m s),3 k 85 darcy 4 π 115Pa m Kontrol af betingelser, idet det porøsitet antages at ære 0.5 : u < 0,1 (,4m) 0,5 1, Pa ,7s < t 5 kg /(m s) m < t Dette betyder, at dekadehældningen kun må ære beregnet ud fra tiden efter 10 sekund, hilket er opfyldt, da det kun er punkter fra og med 8 sekunder, der er bleet anendt til beregning af dekadehældning. Hantush-Jacob løsningsmodel: Den horisontale permeabilitet kan også bestemmes ed hjælp af Hantush-Jacob (1955) ligning, som adskiller sig fra en Theis (1935) løsning ed at medtage en lækage parameter. Hantush-Jacob ligningen i forhold til gastryk P' P o μ P W(u, 4 π b k r β ) 14 af 17

15 r ε μ hor u 4 k Po t W(u, r β ), k' β og k' er permeabilitet af dæklaget og ' k b d' er Hantushs brøndfunktion. d er tykkelsen af dæklaget. For at kunne anende de gængse prøepumpningsprogrammer kan ligningen omskries til Δ H 4πT W(u, r ) B, hor B er B K' d' T ΔH relaterer sig tryk ia ΔHP'/(ρ g), permeabilitet k relateres sig til transmissiitet ia Tk(ρ g/µ) b og S er magasintallet er giet ed Sρ g ε b/p o, idet mediet antages usammentrykkelig, Lækagen er giet ed K'/d' hor K' er dæklagets hydrauliske ledningsene og dæklagets permeabilitet fås direkte som k'k' µ /( ρ g), hor g er tyngdeaccelerationen, ρ densiteten. Sammenhængen mellem den hydrauliske lækagekoefficienter og gas-lækagekoefficienter er således: k' b' K' μ b' g ρ olumen, som berøres under forsøget: Tiden (τ p ) for at oppumpe et pore-olumen kan estimeres ed at antage, at olumen udgøres er cylinderformet med radius r samt at luftstrømningen igennem dæklaget er neglicibelt τ p p π r b ε r ε q, hor p er pore-olumen og q er Darcy-hastigheden Eksempel, Hantush-Jacob løsningsmodel: Eksempel på beregning af permeabiliteten ed brug af Hantush-Jacob løsningsmodel. Beregningen er foretaget med det samme datamateriale som for eksemplet med Theis løsningen i forrige eksempel. I nedenstående figur er der gennemført en fitning af data med baggrund i både en Theis løsning og en løsning baseret på Hantush-Jacob løsningsformler. 15 af 17

16 100 Dobbeltlog Trykændering [m] 10 1 Sænkning Theis sænkning Hantush-Jacob Tid (sec) Som det fremgår af figuren opnås med Hantush-Jacob løsningen en bedre fitning af data, da lækagen til terræn medtages i beregningerne. ed Hantush-Jacob beregnes i det aktuelle eksempel følgende: Horisontal permeabilitet k: 5 darcy k ' Lækage til terræn på : m og his dæklagets tykkelse antages at ære 0.5 m er b' dæklagets k: darcy Alternati løsningsmodel: Alternatit til de simple beregningsmetoder for bestemmelse af den horisontale permeabilitet findes der flere modelærktøjer, der kan anendes til at foretage beregningerne af horisontal og ertikal permeabilitet samt lækage til terræn såsom eksempelis Gassole og MODFLOW mfl. /7,10/. Følgende parametre kan beregnes på baggrund af modellerne: Den horisontale og ertikale permeabilitet i obserationsboringerne K h, og K og eentuel lagdeling kan medtages i modellen. Filter nieauerne for sugeboringens filtre, men også for obserationsboringerne kan bedre implementeres. Den effektie luftporøsitet kan urderes. Analyse af gennembrudskuren ed sporstoftest: ed sporstoftesten kan et plot af gennembrudskuren for gassen ise gennembrudstiden, koncentrationsariationer og haledannelse. Gennembrudskuren afspejler gassens ej gennem mediet og gier information om diffusion og dispersionspåirkninger. Gennembrudskuren kan gie et indtryk af succesraten for en eentuel oprensning af området. Dette gøres ed at fitte en -D analytisk (radial) adektion-dispersionsmodel til gennembrudskuren, for bestemmelse af den effektie dispersionskoefficient, den effektie permeabilitet og den effektie porøsitet 16 af 17

17 (EPM model). Dered er det muligt at ændre gennemstrømningshastigheden og aflæse reaktionen i gennembruddet, forudsat at den anendte adektions-dispersion løsning passer til det geologiske medium. Yderligere kan den akkumulerede mængde beregnes, for at se hor stor en mængde af gassen, som gennemløber systemet. Nedenstående figur iser sammenhængen mellem permeabilitet og den type af materiale den er tilknyttet /5/. Forslag til supplement af testen: Der etableres yderligere obserationsboringer med filtre placeret ertikalt forskudt i forhold til pumpeboringen til bestemmelse af den ertikale permeabilitet. Disse bør generelt altid placeres oer pumpeboringens filtre da luften altid il beæge sig op at gennemføre en løbende måling og registrering på den opsugede luft for O, CO og CH 4 til en urdering af nedbrydning og biologisk aktiitet i området. Data gier også en urdering af hor luften kommer fra herunder identifikation på et. lækage i systemet. at gennemføre en løbende PID-måling på den opsugede luft for en urdering af forureningspotentialet (forureningsomfang og edarende forureningsstyrke). at gennemføre prøetagning på kulrør i starten og i slutningen af pumpeforsøget. Formålet er en præcis bestemmelse af en eentuel forurening samt den edarende forureningsstyrke. ed prøetagningen skal man ære opmærksom på, at det er prøetagning under akuum og at prøetagningen derfor skal ske under grundig kontrol af den luftmængde, der suges gennem kulrøret. 17 af 17