Johannes de Beer's picture

Johannes de Beer

Kvalitetsleder/Forsker
Phone: 73904303
Atle Dagestad's picture

Atle Dagestad

Forsker
Phone: 73904360

Risiko ved brønnboring i områder med marin leire


Fra det vellykkede arbeidet med å tette lekkasjen etter boringen i Trondheim. Foto: Marianne Engdal
Energiboring i Trondheim kunne ført til ustabile grunnforhold og i ytterste konsekvens leirskred.

Under boring av en energibrønn i Trondheim i mai i år ble det påtruffet høyt grunnvannstrykk under mektige avsetninger av mulig ustabil leire. Det er svært viktig at brønnboreren kjenner igjen og forstår slike forhold under arbeid og viser aktsomhet slik at skader unngås.

Eksempelet vi forteller om her, viser at grunnleggende kunnskap om geologi og grunnvann er meget viktig for en trygg etablering av grunnvannsbrønner og for sikre energiboringer.

Under boring for energiformål på Singsaker i Trondheim i mai 2020, registrerte Båsum Boring Trøndelag AS uvanlig krevende grunn- og grunnvannsforhold. Etter å ha boret gjennom cirka 21 meter med marin leire, ble det påtruffet et cirka 7 meter tykt lag med sand og grus med god vannføringsevne og høyt grunnvannstrykk. Fra fjelloverflaten på 28 meters dybde, ble foringsrøret boret 3 meter ned i fjellgrunnen og tettet før den videre fjellboringen fortsatte ned 150 meters dybde.

Så langt gikk alt etter planen for å etablere et lukket grunnvarmesystem.

Problemet

Umiddelbart etter at borehullet var ferdigstilt, oppdaget brønnboreren at større mengder vann strømmet opp langs utsiden av foringsrøret, og ut i terrenget (se figur 1A, bilde). Det ble antatt at det under boring må ha oppstått en vertikal drenering, en lekkasje, langs foringsrøret, og at grunnvann fra gruslaget på 21-28 meter under høyt trykk - såkalte artesiske forhold - ble presset ukontrollert opp til overflaten.

Brønnboreren forsto at situasjonen var kritisk, at den kunne medføre setningsskader, og i verste fall utløse skred. Brønnboreren kontaktet derfor NGU for faglig bistand. I samråd med hydrogeologer ved NGU ble geoteknisk avdeling i Trondheim kommune varslet, og det ble raskt etablert en plan for å tette lekkasjen.

Planen

Det ble bestemt å etablere en såkalt avlastningsbrønn ved siden av den eksisterende brønnen. Målet var at avlastningsbrønnen skulle bores ned til gruslaget på 21 meter, for så å få en kontrollert midlertidig reduksjon av det artesiske vanntrykket gjennom fri strømning eller pumping i avlastningsbrønnen.

Målet var i første omgang å få stoppet den ukontrollerte vannlekkasjen på yttersiden av foringsrøret til energibrønnen, slik at det ble fysisk mulig å tette lekkasjen med boring langs foringsrøret og samtidig injisere sement med ekspansionsmiddel, såkalt gysemasse. Til slutt skulle også avlastnings­brønnen tettes, slik at de naturlige grunnvannsforholdene kunne bli gjenopprettet.

Gjennomføringen

Under boringen av avlastingsbrønnen, oppsto det ved om lag 9 meters boredyp en såkalt «blowout». Luft og vann fra borekronen ble plutselig presset opp langs utsiden av foringsrøret. Ifølge brønnboreren var dette trolig forårsaket av et cirka 2 meter lag med bløt leire på mellom 7 og 9 meter. Dette forårsaket en hydraulisk kortslutning mellom energibrønnen og avlastingsbrønnen, slik at grunnvannet nå kom opp gjennom foringsrøret til avlastningsbrønnen, istedenfor på utsiden av energibrønnen. (Dette er illustrert i figur 1B, bildet). I praksis etablerte dermed brønnboreren en trykkavlastning fra 0-9 meter.

Det ble besluttet å injisere tetningsmasser langs utsiden av foringsrøret til energibrønnen i området fra 0 til 9 meter. Det ble benyttet gysemasse for å sikre god vanntetting. Under injeksjonen ble massen presset ned både langs foringsrøret til energibrønnen, men også gjennom kortslutningen og inn i avlastningsbrønnen.

Begge vannlekkasjene ble dermed tettet og en hydraulisk barriere bygget opp, slik at den ukontrollerte drenasjen av grunnvann ble stoppet (se figur 1C og D).

Figur 1: Skisse av situasjonen ved borehullet og tiltak for å stoppe lekkasjen. Illustrasjon: Cecilie Bjerke

Hvorfor skjer dette, og kan det skje andre steder?

Situasjonen som er beskrevet i denne hendelsen er uvanlig, men ikke unik. Dette kan oppstå mange steder under marin grense, der tett leire dekker over mer vannførende lag, som illustrert i figur 2 og 3.

Dette er også et område der en med stor sannsynlighet kan påtreffe ustabil leire, kvikkleire, som kan rase ut som følge av boringen. Drenering av grunnvann fra løsmasser eller fjellgrunnen under mektige leiravsetninger i forbindelse med boring eller annet undergrunnsarbeid, kan over tid også føre til poretrykksendringer med komprimering av leira, og dermed setningsskader på bygninger og infrastruktur.

I perioden 2013-2017 gjennomførte Oslo kommune et større tverrfaglig og tverretatlig prosjekt for økt kunnskap om undergrunnen, «Undergrunnsprosjektet». Foranledningen var at økt utnyttelse av undergrunnen har ført til interessekonflikter og økt risiko for skade på installasjoner både under bakken og på overflaten. Fare for setningsskader på bebyggelse ved senkning av grunnvannet, samt mulig skaderisiko ved boring av energibrønner, er nevnt som spesielt viktig. Se og les Det usynlige, viktig Oslo, 2020.

En viktig del av Oslos undergrunnsprosjekt har vært å identifisere tiltak for å redusere skader på bygg og anlegg på grunn av endringer i grunnvannsnivå. Vi ønsker å trekke frem noen viktige anbefalinger som dette prosjektet har kommet fram til.

Figur 2: Regional oversikt over området med mektige leiravsetninger og mulig høyt grunnvannstrykk som utgjør risiko for setninger eller skred. Et tverrsnitt er gjengitt i figur 3, under. Kart: Skrednett/NVE

Figur 3 Et tverrsnitt som skisserer situasjon med artesisk grunnvann. Illustrasjon: Cecilie Bjerke

Plan- og regelverk

Plan- og bygningsloven er det viktigste verktøyet for å styre og forvalte hvordan områder brukes, både over og under bakken. Alle nivåer av planer gir føringer helt ned til den enkelte byggesak. Oslos undergrunnsprosjekt anbefaler at bruk av undergrunnen og informasjon om grunnforhold vurderes på alle plannivåer. Prosjektet peker blant annet på at søkelyset på grunnvann og grunnforhold bør rettes spesielt mot eiendommer som ligger i områder med utfordrende grunnforhold, slik som illustrert i det konkrete eksempelet fra Singsaker i Trondheim.

Undergrunns­prosjektet har blant annet foreslått at bestemmelser for sikring av grunnvannsnivå forankres i nye kommuneplaner, og at grepet med hensynssoner i kommuneplanen videreføres og utvides til å omfatte områder som er særlig sårbare for grunnvannsendringer.

Brønnboring bør være søknadspliktig

Som hovedregel er alle tiltak i undergrunnen søknadspliktige, dersom de ikke er omfattet av unntaksbestemmelsene i plan- og bygningsloven eller i byggeforskriften. I praksis er derimot mange undergrunnstiltak, blant annet boring etter grunnvarme og grunnvann, unntatt søknadsplikt.

Hvis man stiller krav om søknadsplikt, vil offentlige myndigheter få bedre kontroll med lokalitet, og dermed risikoen for enten direkte skader på infrastruktur eller negative følger som følge av endring i grunnvannsnivå. NGU støtter Oslo kommunes anbefaling fra «Undergrunnsprosjektet» om å innføre søknadsplikt for boring etter grunnvann og grunnvarme.

Kommunen har opplysningsansvar

Kommunen har ansvar for å sørge for et oppdatert offentlig kartgrunnlag om undergrunns­forhold. Når kommunen påviser at det foreligger en sannsynlighet for naturfare - som ved setninger eller leirskred, som følge av endring i grunnvannstrykk - er det tiltakshavers ansvar å dokumentere at faren likevel ikke foreligger, eller at den kan motvirkes med sikringstiltak. Risikokartet for kvikkleire gir i dette eksempelet indikasjon på at borefirmaet må opptre særlig aktsom.

Per 1. januar 2018 er det innført en lovfestet aktsomhetsplikt for grunnvannspåvirkning i vannressursloven (VRL §43a), der «enhver skal opptre aktsomt for å unngå at grunnvann påvirkes til skade eller ulempe for allmenne eller private interesser». Aktsomhetsplikten omfatter også boring etter grunnvann eller grunnvarme, både i anleggs- og i driftsfasen.

Endringer i grunnvannstrykk som opptrer utilsiktet, slik som illustrert i vårt eksempel, viser at det er viktig at brønnborere må ha grunnleggende geologisk kunnskap for å kunne kjenne igjen risikoen, og være i stand til å opptre aktsomt. NGU støtter derfor borebransjens initiativ til videre profesjonalisering og formalisering av kompetanse i form av fagbrev gjennom den nye læreplanen for brønn- og borefaget.

Ref.: Oslo kommune, 2020. Prosjekt om økt kunnskap om og forvaltning av undergrunnen 2013-2017. Sluttrapport tilgjengelig via Det usynlige, viktige Oslo.

Fakta: Akvifer og artesisk grunnvann

  • Akvifer: Én eller flere geologiske formasjoner som er tilstrekkelig porøse og gjennomtrengelige (permeable) til at en betydelig mengde grunnvann kan strømme gjennom eller utvinnes.
  • Artesisk grunnvann: Grunnvann fra en lukket akvifer der vannet står under et trykk som er høyere enn det som svarer til grunnvannsspeilet i området. Dette kan oppstå når en akvifer ligger mellom to tette lag i lavereliggende områder, samtidig som den tilføres vann, eller "mates", i høyereliggende områder.

(Ansvarlig for faglig innhold: Hans de Beer og Atle Dagestad)