Kairanreiän HH-KR4 puhdistustyö Loviisan Hästholmenilla

Työ r a p o r t t i 9 9-0 4 Kairanreiän HH-KR4 puhdistustyö Loviisan Hästholmenilla Tauno Rautio Helmikuu 1999 POSIVA OY Mikonkatu 15 A, FIN-001 00 HELSINKI, FINLAND Tel. +358-9-2280 30 Fax +358-9-2280 3719

TEKIJÄ ORGANISAATIO: SUOMEN MALMI OY PL 10 Juvan teollisuuskatu 16-18 02921 ESPOO TILAAJA: POSIVA OY Mikonkatu 15 A 00100 HELSINKI TILAAJAN YHDYSHENKILÖ : Dl Heikki Hinkkanen Posiva Oy URAKOITSIJAN YHDYSHENKILÖ : FM Tauno Rautio Smoy RAPORTTI: TYÖRAPORTTI 99-04 KAIRANREIÄN HH-KR4 PUHDISTUSTYÖ LOVIISAN HÄSTHOLMENILLA TEKIJÄ: ~.;;~ Tauno Rautio Geologi, Smoy TARKASTAJA : bljl~\ \ Pekka Mikkola Toimitusjohtaja, Smoy / ~ z 5~ ),H..., jt tt

Työraportti 99-04 Kairanreiän HH-KR4 puhdistustyö Loviisan Hästholmenilla Tauno Rautio Suomen Malmi Oy Helmikuu 1999 Pasivan työraporteissa käsitellään käynnissä olevaa tai keskeneräistä työtä. Esitetyt tulokset ovat alustavia. Raportissa esitetyt johtopäätökset ja näkökannat ovat kirjoittajien omia, eivätkä välttämättä vastaa Posiva Oy:n kantaa.

Työ raportti 99-04 Kairanreiän HH-KR4 puhdistustyö Loviisan Hästholmenilla Tauno Rautio Helmikuu 1999

KAIRANREIÄN HH-KR4 PUHDISTUSTYÖ LOVIISAN HÄSTHOLMENILLA TIIVISTELMÄ Loviisan Hästholmen on yksi yksityiskohtaisiin paikkatutkimuksiin valituista neljästä alueesta. Tutkimusten avulla selvitetään kallioperäominaisuuksia tähdäten käytetyn polttoaineen loppusijoittamisen Suomen kallioperään. Lopullinen sijoituspaikka valitaan vuonna 2000. Yksityiskohtaisten paikkatutkimuksien yhteydessä vuonna 1997 kairattiin reikä HH-KR4, joka on pituudeltaan 1000,99 m. Yksityiskohtaisiin paikkatutkimuksiin liittyvissä vedenjohtavuusmittauksissa lokakuussa 1998 jäi kallion vedenjohtavuuden mittauslaitteisto (IITU) kiinni noin 180 m:n syvyydessä sijaitsevaan rakovyöhykkeeseen. Reiän avaamiseksi Suomen Malmi Oy (Smoy) suoritti reiän puhdistustöitä syksyllä ja talvella 1998... 1999. Lokakuussa reiästä saatiin poistettua HTU-reikämittauslaitteisto alatulppaa lukuunottamatta, joka työnnettiin reiän pohjaan. Alatulppa poistettiin kairaamaila joulutammikuussa 1998... 1999. Kaiken irtonaisen materiaalin poistamiseksi puhdistustyön lopussa kairattiin kallionäytettä 0,52 m. Reiän puhdistamiseen käytettiin uraniini11a merkittyä vettä 27 nt. Puhdistustyön jälkeen reiän avoin syvyys on 1001,51 m. Avainsanat kairanreikä, HTU-laitteisto, tulppa, huuhteluvesi, reiän puhdistus

THE CLEANING OF BOREHOLE HH-KR4 AT HÄSTHOLMEN IN LOVllSA ABSTRACT Hästholmen in Loviisa is one of the four sites, which were se Ieeted for the detailed site investigations. The aim of these investigations is to study the bedrock properties for fina1 disposal of spent nuclear waste. The fina1 disposal site will be ehosen in the year 2000. As a part ofthe detailed investigation programme borehole HH-KR4 was drilled to the depth of 1000.99 m in 1997. In October 1998 hydraulic conductivity measurements with HTU -equipment were interrupted due to stacking of the lower straddle packer in a fractured zone at the depth ofabout 180m. In order to open the borehole Suomen Malmi Oy (Smoy) carried out cleaning operations in the borehole during the autumn and winter of 1998-1999. In the first phase ofthe work all borehole equipment excluding the lower straddle packer was removed from the borehole. The lower packer was removed by drilling in December January. In order to get all debris from the borehole, the borehole was extended by drilling additional 0.52 m. The volume ofthe flushing water used in the cleaning work was 27m 3 Uranine was used as a label agentin the flushing water. After the operations the borehole is now open to the depth of 1001.51 m. Keywords: borehole, HIU-instnunent, packer, flushing water, borehole cleaning

KAIRANREIÄN HH-KR4 PUHDISTUSTYÖ LOVIISAN HÄSTHOLMENILLA TTIVISTELMÄ ABSTRACT SISÄLLYSLUETTELO 1 1. YLEISTÄ 2 2. REIKÄÄN JUUTTUNUT LAITTEISTO 4 3. TYÖNKUVAUS 4 4. HUUHTELUVESIJÄRJESTELYT JA TARKKAILUMITTAUKSET 6 4.1 Huuhteluvesijärjestelyt 6 4.2 Tarkkailumittaukset 6 5. VITTTEET 7 6. LIITTEET 6.1 Kak:soistulppalaitteiston rakenne

2 1. YLEISTÄ Posiva Oy aloitti käytetyn uraanipolttoaineen loppusijoitukseen liittyvän yksityiskohtaisten paikkatutkimusten toisen vaiheen vuonna 1997 neljällä tutkimusalueella: Kuhmon Romuvaarassa, Äänekosken Kivetyssä, Eurajoen Olkiluodossa ja Loviisan Hästholmenilla. Tutkimusten avulla selvitetään kallioperäominaisuuksia tähdäten käytetyn polttoaineen loppusijoittamiseen syvälle Suomen kallioperään. Lopullinen sijoituspaikka valitaan vuonna 2000. Loviisan Hästholmenin tutkimusalueelle kairattiin yksityiskohtaisiin paikkatutkimuksiin liittyen kairanreikä HH-KR4 vuonna 1997. Reiän pituus oli 1000,99 m. Kairaustyö on kuvattu Posivan työraportissa-97-52 (Niinimäki, 1997). Raportissa esitetyt syvyysmitat ovat reikäsyvyyksiä maanpinnasta lukien. Reiässä tehtiin vuoden 1998 aikana erilaisia reikämittauksia. Lokakuussa vedenjohtavuuden mittauslaitteisto (HTU) juuttui reikään syvyydellä 180 m olevaan rakovyöhykkeeseen. Kailiperimittauksissa kyseisellä syvyydellä oli todettu reiän laajentuma. HTU -laitteisto koostui kaapelista, reikäanturista ja kahdesta tulpasta sekä muoviletkuista joiden avulla tulppa pullistetaan ja injektoidaan vettä testiväliin. Lisäksi tulppien välissä on alumiininen välitanko. Kiinnijuuttumisesta johtuen Suomen Malmi Oy (Smoy) suoritti syksyllä ja talvella vuosina 1998 ja 1999 reiän puhdistustöitä Posivan tilausten 9751/98/HH ja 9803/98/HH mukaisesti. Puhdistustyö aloitettiin 7.1 0.1998. Reiästä saatiin kaapeli, reikäanturi, ylätulppa, alumiinitangot ja muoviletkut. Alatulppa irtosi työn aikana rakovyöhykkeestä ja se työnnettiin ajan puutteesta johtuen reiän pohjalle. Työ keskeytettiin reikien HH-KR 7 ja HH-KR8 kairauksen ajaksi (10.10-28.12.1998). Puhdistusta jatkettiin 29.12.1998. Työn lopuksi reikää syvennettiin kairaamaila 0,52 m, jolloin varmistuttiin, että reiän pohjalla mahdollisesti olevat irtokivet ja muu irtonainen materiaali saatiin pois reiästä. Reiän lopullinen syvyys on 1001,51 m. Reiän sijainti on kuvassa 1. Reikä saatiin puhdistettua 5.1.1998. Puhdistuksessa käytettiin Diamec 1000 S -kairauskonetta. Työn vastaavana työnjohtajana toimi Ville Teivaala. Työtä tehtiin pääsääntöisesti kahdessa vuorossa. Vuoromiehistö koostui kairaajasta ja apumiehestä.

3 \ /C~J,r.a,.lwiO#T \ "\ " \ " " \ -...~...-... ---~,------ t. "'"-" bt~tm ~~-~--:o;-~~;---_1f:f,o;i7t:-.tvi~i7ii7~~~r.y,~t--~~~~ \ \ HÄSTHOLMENIN TUTKIMUSALUE Kairanreikien sijainti Koordinaattijärjestelmä: KKJ 3 (projektia: Gauss-Kruger) Saanio & RiekkoJa Oy 1 A. Öhberg, H. Malmlund SELITYKSET: «-" Kairanreiät ja niiden KR1 maanpintaprojektiot.. ~,. ~~~ ml!. ' ~~ j _::.,.ol.j Kuva 1. Tutkimusreiän HH-KR4 sijainti.

2. REIKÄÄN JUUTTUNUT LAITTEISTO 4 Reikään HH-KR4 oli jäänyt kallion vedenjohtavuuden mittauslaitteiston {HTU) reikälaitteisto, jonka periaatekuva on esitetty liitteessä 1. Reikälaitteisto koostui maanpinnalta reikään kulkevasta kaapelista ja siihen liittyvistä muoviletkuista, joita käytettiin alapäässä olevien tulppien pullistamiseen ja veden injektoimiseen testiväliin. Reiässä, noin 170... 180 m:n syvyydessä, oli reikäanturi ja kaksoistulppalaitteisto. Kaksoistulppalaitteisto koostui kahdesta tulpasta ja niiden välisestä alumiinitangosta, vaijerista ja kahdesta muoviletkusta. Näistä alin tulppa oli pullistettaessa rikkoutunut ja aiheuttanut kiinnijuuttumisen. Ylätulpan pituus on 3,35 m, alatulpan pituus 1,54 m ja niiden välissä olevien alumiinisten jatkotankojen (halk. 42mm) pituus oli 9,21 m. Laitteistossa oli kolme pakkomurtokohtaa; kaapelipäätteessä, ylätulpan alareunassa ja alatulpan yläreunassa. Alatulpan ennakoitiin olevan noin 180 m:n reikäsyvyydessä. 3. TYÖN KUVAUS Laitteistoa oli kiinnijuuttumisenjälkeen yritetty nostaa HTU-vaunulla arviolta muutaman sadan kilopondin voimalla. Kalusto nousi tällöin noin 0,40 m, mikä todennäköisesti oli kaapelin venymää. Puhdistustyö aloitettiin siirtämällä HTU-vaunu pois reiältä. Tämän jälkeen kaapeliin kiinnitettiin vetosukka ja nostovoimaa mittaava vaaka. Nämä kiinnitettiin traktorin kauhaan, jonka avulla nostoa lisättiin vähitellen. Noin 870 kp:n voimalla nostettaessa keskimmäisessä pakkomurtokohdassa oleva sokka katkesi ja kaapeli ylätulpan ja siihen liittyneiden letkujen kanssa saatiin pois reiästä. Tämän jälkeen asennettiin kairausko ne reiälle. Alumiinitangot saatiin reiästä ehjinä T -56 -kaluston teräputken avulla 8.1 0. Seuraavaksi laskettiin reikään "joulukuusi" -kalastaja, jolla onnistuttiin tarttumaan reiässä olleeseen 3 mm:n vahvuiseen vaijeriin. V aijeria pois vedettäessä se irtosi alatulpasta ja vaijeri poistettiin reiästä. Seuraavana päivänä kairattiin T-36 -terällä reikää tulpan kanteen. Reiän oli tarkoitus mahdollistaa tarttumisen porkkanakalastajalla tulppaan. Yritettäessä tartuntaa porkkanakalastajalla, se ei kuitenkaan tarttunut tulppaan, vaan irtosi ja tulppa lähti takerrellen vajaamaan alaspäin. Tulppa painettiin T-56 -kalustolla reiän pohjalle. Tulpan yläreuna oli tällöin syvyydessä noin 999 m. Kone siirrettiin reiälle HH-KR7.

5 Reiän llli-kr7 kairanksen aikana reiässä llli-kr4 havaittiin tukoksia, jotka vaikeuttivat reiässä tehtäviä jännitystilamittauksia. Tukokset olivat syvyydellä noin 180 m ja ne aiheutuivat ilmeisimmin rakovyöhykkeestä irronneista kivistä. Tukokset poistettiin reikään vaijerin varassa Iasketulla "vasarasondilla" 20.10, 21.10 ja 24.1 0. 26.10 vasarasondilla ei tukosta saatu poistettua, joten reiälle päätettiin tuoda kairauskone reiän HH-KR 7 kairauksen päätyttyä. 11.11-12.11.1998 reiälle pystytettiin kairausko ne ja kairausputkistolla (T-56) työnnettiin reiän tukkinut iso irtokivi reiän pohjalle. Rakovyöhykettä huuhdeltiin merkkiainevedellä reiän seinämästä mahdollisesti irtoavien kivien ja kivijauhon pudottamiseksi reiän pohjalle. Huuhtelulaitleena oli toisesta päästään tulpattu kaksoisliitin, jonka kehällä oli 90 asteen välein halkaisijaltaan 5 mm:n reikiä. Tällöin vesisuihkut suuntautuivat kohtisuoraan reiän seinämään. Putkistoa liikutehiin reikäsyvyysvälillä noin 175... 187 m vesipaineen päällä ollessa hitaasti edestakaisin samalla pyörittäen. Huuhteluun käytettiin merkittyä vettä 3 m 3 Reiän avoimuus tarkistettiin käymällä 997,5 m:n syvyydessä kairausputkistolla. Puhdistustyötä jatkettiin 29.12 asentamalla kairausko ne reiälle. Koneen asentamisen jälkeen reiän yläosalle asennettiin 64/57 -suojaputket ja kairausputkisto tiivistettiin hamputtamalla alas laskettaessa. Putkistolla todettiin syvyydessä 997,83 m esteitä, mahdollisesti kivenpalasia Nämä poistettiin kairaamaila T -56 -kalustolla. jolla kairattiin syvyyteen 999,28 m, jossa terä oli loppuunkulunut. Kalustoa ylös nostettaessa ne takertelivat, mutta irtosivat putkia pyöritettäessä. Ylös saatiin kuminkappaleita, palanen tulpan yläkannesta ja teipinpalasia. Murtorengas jäi reikään osoittaen, että tulppa on ollut kiinni teräputkessa ollen syynä putkiston takerteluun. Kairausta jatkettiin ja 31.12 saatiin pois tulpan runko kokonaisuudessaan. Reiän avoimeksi syvyydeksi mitattiin 1000, 14 m. Reiän pohjalle jäi ilmeisimmin irtokiviä ja tulpasta irronnutta materiaalia. Työtä jatkettiin kairaamalla. Koska pienten irtonaisten kappaleiden saaminen pois reiästä oli vaikeaa, päätettiin kairata reikää hieman syvemmäksi, jolloin irtomateriaali jäisi teräputken sisään. Kallionäytettä kairattiin 0,52 m. Näytteen mukana nostettiin kumikappaleita, teipinpalasia ja raudanpalasia. Reiän syvyydeksi mitattiin 1001,51 m, joka on myös reiän avoin syvyys maanpinnasta mitattuna. Työn lopuksi suojaputket nostettiin pois reiästä.

6 4. HUUHTELUVESIJÄRJESTELYT JA TARKKAILUMITTAUKSET 4.1 Huuhteluvesijärjestelyt Reiässä tehdyissä puhdistustöissä käytettiin merkittyä huuhteluvettä. Tämä vesi merkittiin samalla tavalla kuin reiän kairauksen aikana (Niinimäki, 1997). Merkkiaineena käytettiin uraniinia eli natriumfluoresiinia. Uraniini on pulverimainen orgaaninen väriaine, joka hajoaa UV -säteilyn vaikutuksesta. Tämän takia merkkiainesäiliö oli peitettynä pressulla käytön aikana. Merkkiaineen laatu tarkistettiin ennen käyttöönottoa Imatran Voima Oy:n laboratoriossa Vantaalla. Huuhteluvesi reiän HH-KR4 puhdistustöihin saatiin Hästholmenin vesijohtoverkostosta. Kairauspaikalle vesi johdettiin merkkiainesäiliöön suodattimen läpi mekaanisten epäpuhtauksien suodattamiseksi. Suodattimen läpäisy oli 500 J.lm pienemmille hiukkasille. Merkkiainesäiliöinä käytettiin yhtä3m 3 lasikuitusäiliötä. Uraniini annostettiin apteekissa valmiiksi 1,500 g annoksiksi pieniin lasipurkkeihin. Reikäpaikalla aineet liuotettiin yhteen litraan vettä. Liuotettu merkkiaine-erä sekoitettiin hitaasti 3 ml merkkiainesäiliöön huuhteluveden pumppauksen alkaessa ja pumppauksen aiheuttaman vedenkierron varmistaessa merkkiaineen sekoittumisen. 4.2 Tarkkailumittaukset Puhdistustyön aikana käytettiin huuhteluvettä yhteensä 27 ml. Työn ensimmäisessä vaiheessa, kairattaessa reikää tulpan kanteen T-36 -kalustolla, vettä kului 6 ml. Reiän pesuun 11.11. vettä käytettiin 3 nt. Lopussa, tulpan poistamiseksi tehtyihin kairauksiin T-56 -kalustolla, kului vettä 18 nt. Vesi ei palautunut kairauksen aikana. Työn aikana seurattiin huuhteluveden sähkönjohtavuutta. Huuhteluveden sähkönjohtavuus pyrittiin mittaamaan jokaisesta merkkiaine-erästä merkkiaineen sekoittamisen jälkeen. Sähkönjohtavuus vaihteli välillä 13,6... 15,6 ms/m. Tulokset on esitetty taulukossa 1. Kahdesta ensimmäisestä erästä ei sähkönjohtavuutta mitattu. Huuhteluveden merkkiaineen pitoisuutta käytetään määritettäessä vesinäytteiden edustavuutta. Huuhteluveden suunniteltu merkkiainepitoisuus oli 500 Jlg/1. Merkkiainepitoisuus oli koko ajan kohtalaisen lähellä haluttua tasoa. Taulukossa 1 on esitetty huuhteluvedestä otetut näytteet, huuhteluveden sähkönjohtavuus Ja uraniinipitoisuus. Kahdesta ensimmäisestä erästä ei otettu näytettä.

7 Taulukko 1. Huuhteluveden merkkiainelisäykset, näytteen uranunipitoisuus ja sähkönjohtavuus. PVM Erä Vesimäärä, Syvyysväa Sähk:ö~oh- Uraniinipi- 1 m-m tavuus, ms/m Toisuus, Jlg/1 8.10.98 1 3000 180,95-181,13 9.10.98 2 3000 180,95-181,13 11.11.98 3 3000 175-187 14,4 533 30.12.98 4 3000 997,83-998,50 15,6 561 30.12.98 5 3000 998,50-999,00 15,4 554 30.12.98 6 3000 999,00-999,28 14,8 554 30.12.98 7 3000 999,28-1000,14 15,1 523 31.12.98 8 3000 1000,14-1000,99 14,9 498 4.1.99 9 3000 1000,99-1001,51 13,6 575 5. VllTELUETTELO Niinimäki R., 1997. Syväkairaus HH-KR4 Loviisan Hästholmenilla vuonna 1997. Työraportti-97-52.

0 ~ ~ ~- i ~ ~- ~- 0 t:s i o.lu tulppa. jo.tkotungot 1 1 1 1 1lå. tulppo. a.nturl 1 1 1 00 1------- 1.14 0.95 -- --- - ----... - 10,0 m "" -- - -. - - --.. ---- --0.95--1 1 ----- -- -- - 2.95 -- - - - ------- --1 p clro.wlng Tulppakaluston Mltoltus Helsinki 14.11-88 sco.le clwg nr A-17 ------- Teollisuuden VoiMn Oy KPA-loppusljoltus ~~ Ko.llloperlln vedenjohto vuuden ~ tutkimuslo.lttelsto _. FISKÄRS Geoinstruments PL 19 SF 02361 Espoo 90-8019433