DE102015011108A1

DE102015011108A1 - Procedure for commissioning vertical filter wells

Info

Publication number: DE102015011108A1
Application number: DE102015011108.6A
Authority: DE
Inventors: Stephan Mosch; Andreas Wicklein
Original assignee: PIGADI GmbH; Berliner Wasserbetriebe Anstalt des Offentlichen Rechts
Current assignee: PIGADI GmbH; Berliner Wasserbetriebe Anstalt des Offentlichen Rechts
Priority date: 2015-08-19
Filing date: 2015-08-19
Publication date: 2017-02-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, das beim Neubau eines Vertikalfilterbrunnens zur Anwendung kommt, um einen Idealzustand zur Inbetriebnahme herzustellen. Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Inbetriebnahme von Vertikalfilterbrunnen zu schaffen, mit dem ein Idealzustand in Hinsicht konstruktiv technischer und strömungsmechanischer Verhältnisse beim Neubau gewährleistet wird. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Verfahren bei einem Brunnenneubau in drei Schritten als Schüttgutkonsolidierung, effiziente Brunnenentwicklung nach Abschluss der Bohr- und Ausbauarbeiten mittels Funktionsstrecke und detaillierte, elektronische Datenerfassung gegliedert wird, die ineinander übergehen und/oder miteinander kombiniert werden. Vor dem Einbringen einer ringraumabdichtenden Schüttung wird das freigeschüttete oder eingespülte Schüttgut durch Impulswellen, induziert durch einen zentriert im Brunnenausbau vertikal bewegten gasdruckbetriebenen Impulsgenerator, abschnittsweise bis zum Setzungsstillstand konsolidiert. Eine Brunnenentwicklung wird mittels einer brunnenspezifisch konfigurierten Funktionsstrecke, bestehend aus einer dichtungswirksamen Entnahmekammer, einem Strömungsteiler mit einem gasdruckgesteuerten Impulsgenerator und einer gekammerten Unterwassermotorpumpe zur abschnittsweisen, intensiven Grundwasserentnahme mit simultanem Impulseintrag durchgeführt. Zur Prozesssteuerung bei der Brunnenentwicklung wird eine detaillierte elektronische Erfassung der geförderten Feststoffmenge über die Trübung des Prozesswassers ermittelt und dokumentiert.The invention relates to a method which is used in the construction of a vertical filter well to produce an ideal state for commissioning. The object of the invention is to provide a method for the commissioning of vertical filter wells, with which an ideal state in terms of constructive technical and fluid mechanical conditions is ensured in the new building. According to the invention the object is achieved in that the method is structured in a well construction in three steps as bulk solids, efficient well development after completion of drilling and expansion works by functional route and detailed electronic data acquisition, which merge into one another and / or combined. Before the introduction of an annular space-sealing bed, the freed or flushed bulk material is consolidated by impulse waves, induced by a centered in the well removal vertically moving gas pressure-operated pulse generator, in sections until subsidence stoppage. A well development is carried out by means of a fountain-specific configured function section, consisting of a seal effective extraction chamber, a flow divider with a gas pressure controlled pulse generator and a chambered underwater motor pump for sections, intensive groundwater sampling with simultaneous pulse input. For process control during well development, a detailed electronic recording of the conveyed solids quantity via the turbidity of the process water is determined and documented.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, das beim Neubau eines Vertikalfilterbrunnens zur Anwendung kommt, um einen Idealzustand zur Inbetriebnahme herzustellen.The invention relates to a method which is used in the construction of a vertical filter well to produce an ideal state for commissioning.

Das Bauwerk Brunnen ist unabdingbar mit einer Störung der natürlichen geologischen oder hydrologischen Gegebenheiten eines Standortes verbunden. Der Grad der Beeinflussung, der unmittelbar aus dem Brunnendesign und dessen technischer Umsetzung realisiert, hat dabei auf die brunnenspezifischen Alterungsprozesse und damit auf die Betriebsdauer einen wesentlichen Einfluss.The structure well is indispensably connected with a disturbance of the natural geological or hydrological conditions of a location. The degree of influence, which is realized directly from the well design and its technical implementation, has a significant influence on the well-specific aging processes and thus on the duration of operation.

Bei der üblichen und weit verbreiteten Bauweise von Vertikalfilterbrunnen wird eine abgeteufte Bohrung mit Filter- und Vollrohren unterschiedlicher Materialien, beispielsweise PVC, Stahl oder Edelstahl, zu einem Brunnen ausgebaut. Der Ringraum zwischen der Bohrlochwand und der Ausbauverrohrung wird dabei zumeist mit einem Schüttgut in ein- oder mehrschaliger Ausführung frei verfüllt. Dabei kommen im Allgemeinen Filterkiese oder -sande nach der DIN 4924 in unterschiedlichen Korngrößenabstufungen und Qualitäten zum Einsatz. Die vertikale Differenzierung der Filterkorngröße innerhalb der Schüttung wird dabei idealerweise in Anpassung an die Geologie des anstehenden Grundwasserleiters ausgeführt, um eine optimale hydraulische Erweiterung der Filtereintrittsfläche bis zur Bohrlochwand zur erreichen. Dabei wird die Filterkiesgröße so gewählt, dass zum einen anstehendes Grobkorn zurückgehalten wird, aber gleichzeitig anstehende Feinstkornanteile die künstliche Schüttung passieren können. Weiterhin übernimmt die Ringraumschüttung eine Stützfunktion zur statischen Sicherung der Ausbauverrohrung im Bohrloch. Der Bereich des Vollrohres wird häufig mit dichtendem Material, beispielsweise Quellton, Tonzementsuspension, verfüllt, um vertikale Wasserwegsamkeiten zu verhindern und damit eine schützende Abgrenzung des Grundwasserleiters zu erreichen. Ein bekanntes und weit verbreitetes Verfahren zur Herstellung der Ringraumverfüllung ist das Einspülen des Schüttgutes. Dabei stellt sich jedoch im Schüttgutkörper lediglich eine lockere Lagerung ein. In Folge betriebsinduzierter Schwingungen durch den Pumpenbetrieb kommt es im Laufe der Zeit zu Setzungen, womit sich die Lagerungsdichte erhöht und damit das Porenraumsystem im Schüttgut verändert wird. Wesentlich ist die Querschnittsverringerung der Porenkanäle. Als Folge werden Partikel, die bei lockerer Lagerungsdichte noch transportfähig waren, bei höherer Lagerungsdichte im sich verengenden Porensystem des Schüttgutes eingeschlossen, womit sich eine irreversible Schädigung des Brunnens ergibt. Weitere Probleme entstehen bei unzureichender Dimensionierung des Gegenfilters. Zum einen kommt es durch Setzungserscheinungen im Schüttgutkörper zwischen der stationären Position der Ringraumabdichtung im Vollrohrbereich und der künstlichen Filtergutschüttung zur Bildung von Wegsamkeiten. In der Folge passiert beim Betrieb des Brunnens das Material des Grundwasserleiters den Ringraumbereich, woraus eine permanente Sandführung resultiert. Gleichzeitig wird sich eine Verschiebung der vertikalen Differenzierung im Schüttgut ergeben, womit die korngrößenmäßige Anpassung des Schüttgutes an die anstehende Geologie des Grundwasserleiters zunichte gemacht wird.In the usual and widespread construction of vertical filter wells a drilled hole with filter and solid tubes of different materials, such as PVC, steel or stainless steel, expanded into a well. The annular space between the borehole wall and the expansion piping is usually freely filled with a bulk material in single or multi-shell design. In general filter kieses or sands come after the DIN 4924 in different particle size grades and grades are used. The vertical differentiation of the filter grain size within the bed is ideally carried out in adaptation to the geology of the upcoming aquifer, in order to achieve an optimal hydraulic extension of the filter inlet surface to the borehole wall. The filter gravel size is chosen so that on the one hand pending coarse grain is retained, but at the same time upcoming Feinstkornanteile can pass the artificial bed. Furthermore, the annular space fillet assumes a support function for the static securing of the expansion piping in the borehole. The area of the full pipe is often filled with sealing material, such as swelling clay, clay cement suspension, in order to prevent vertical Wasserwegsamkeiten and thus to achieve a protective demarcation of the aquifer. A well-known and widespread method for producing the annulus filling is the flushing of the bulk material. However, only a loose storage in the bulk material body arises. As a result of operation-induced vibrations caused by the pump operation, settling occurs over time, which increases the storage density and thus changes the pore space system in the bulk material. Essential is the cross-sectional reduction of the pore channels. As a result, particles which were still transportable at loose storage density, enclosed at higher storage density in the narrowing pore system of the bulk material, resulting in irreversible damage to the well. Further problems arise with insufficient dimensioning of the counter-filter. On the one hand, settling phenomena in the bulk material body between the stationary position of the annular space seal in the full tube area and the artificial filter bed fill lead to the formation of pathways. As a result, during the operation of the well, the material of the aquifer passes through the annulus area, resulting in a permanent sand guidance. At the same time there will be a shift in the vertical differentiation in the bulk material, which will negate the grain size adjustment of the bulk material to the upcoming geology of the aquifer.

Das DVGW-Regelwerk W123, Bau und Ausbau von Vertikalfilterbrunnen, beschreibt bereits, dass die lockere Lagerung der Schüttung durch geeignete Maßnahmen, beispielsweise schonendes Kolben, in eine dichtere Lagerung zu bringen ist. Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, dass auch dann noch Setzungen im Schüttgutkörper auftreten, wenn entsprechende Maßnahmen zur Anwendung kamen. Dies insbesondere, wenn bei der Brunnenentwicklung und im weiteren Verlauf des Brunnenbetriebs effiziente Regeneriermethoden mit dem Einsatz von Impulsverfahren zur Anwendung kommen müssen, um die Wirtschaftlichkeit eines Brunnenbauwerkes positiv zu beeinflussen.The DVGW regulation W123, construction and removal of vertical filter wells, already describes that the loose storage of the bed is to be brought into a denser storage by suitable measures, for example a gentle piston. Experience has shown, however, that settlements in the bulk material body occur even if appropriate measures were used. This is particularly the case when efficient regeneration methods with the use of impulse methods have to be used in the well development and in the further course of the well operation in order to positively influence the economic efficiency of a well structure.

Nach baulicher Fertigstellung eines Brunnens ist eine Aktivierung des Brunnenfilters oder eine Brunnenentwicklung auszuführen. Nach dem DVGW-Regelwerk W119 beschreibt die Brunnenentwicklung Maßnahmen bei einem Brunnen, die eine höchstmögliche Wasserförderung bei möglichst geringer Absenkung oder Ergiebigkeit und einen den Anforderungen entsprechenden Sandgehalt bewirken. Wesentlicher Hintergrund ist eine gezielte, abschnittsweise Überbeanspruchung des Brunnen bezogen auf die Normalbelastung im Betrieb. Ziel ist es dabei, anstehendes Feinkorn im direkten Brunnennahbereich zu mobilisieren und damit einen homogenen Übergang zwischen der anstehenden Geologie und der künstlichen Ringraumschüttung zu schaffen. Weiterhin sollen Partikel aus der Ringraumschüttung ausgetragen werden, die das Korngrößenspektrum der gewählten Schüttung unterschreiten und damit als Unterkorn eingestuft werden.After completion of a well, an activation of the well filter or a well development is to be carried out. According to DVGW W119, the well development describes measures for a well which ensure the highest possible water extraction with the least possible reduction or yield and a sand content that meets the requirements. The essential background is a targeted, partial overuse of the well relative to the normal load during operation. The aim is to mobilize impurities in the immediate vicinity of the well, thus creating a homogeneous transition between the upcoming geology and the artificial annulus. Furthermore, particles are to be discharged from the annular space fill, which fall below the grain size spectrum of the selected bed and are thus classified as undersize.

Das DVGW-Regelwerk W119 unterscheidet im Hinblick auf die verschiedenen, möglichen Techniken abschnittslose Verfahren, wie Kolben und intermittierendes Abpumpen und abschnittsweise Verfahren, wie Intensiventsanden mittels abgepackerter Unterwassermotorpumpe, Intensiventsanden mittels Entsandungsseiher, Wasserhochdruck und Kolben bei gleichzeitigem Abpumpen.The DVGW W119 regulations distinguishes, with regard to the various possible techniques, uninterrupted procedures, such as pistons and intermittent pumping and section procedures, such as intensive sands by means of a packaged submersible pump, intensive sands by means of desanding lines, high pressure water and pistons with simultaneous pumping.

Alle genannten Verfahren beruhen vor allem auf reinen Sog- und Druckkräften und somit der Schleppkraft des damit bewegten Wassers. Eine zusätzliche Beeinflussung des Kieskörpers beziehungsweise der anstehenden Geologie ist nicht möglich. Entscheidender Nachteil ist daher, dass die Größe der bei der herkömmlichen Entwicklung ausgetragenen Partikel nicht mit der tatsächlich austragbaren Partikelgröße einhergeht, die durch den Porenkanaldurchmesser der jeweiligen Filterkiesschüttung definiert ist. In der Folge sind eine vollständige Entsandung des Ringraumes und eine Anbindung der anstehenden Geologie nicht, beziehungsweise nur in einem unzureichenden Maße, möglich. Insbesondere vor dem Hintergrund der beschriebenen sekundären Setzungen durch brunnenbetriebsinduzierte Schwingungen wird damit ein deutlicher Nachteil der gängigen Brunnenentwicklungsverfahren deutlich.All these methods are based primarily on pure suction and compressive forces and thus the drag force of the moving water. An additional influence of the gravel body or the upcoming geology is not possible. The decisive disadvantage is therefore that the size of the particles discharged in the conventional development is not accompanied by the actually dischargeable particle size, which is defined by the pore channel diameter of the respective filter pebble bed. As a result, a complete desanding of the annulus and a connection of the upcoming geology are not, or only to an insufficient extent, possible. In particular against the background of the secondary settlements described by well-operating-induced vibrations, a clear disadvantage of the conventional well-development methods becomes clear.

Um die Wirkung einer eingesetzten Funktionsstrecke zu erfassen und ihren Einsatz zu steuern beziehungsweise im Prozess an die jeweils aktuelle Situation anzupassen, ist eine detaillierte, permanente Erfassung der ausgetragenen Feststoffmengen unerlässlich. Die im DVGW-Regelwerk W119 dafür vorgesehenen, verschiedenen Messmethoden stellen jedoch sehr ungenaue, sehr aufwendige und hinsichtlich der bautechnischen Umsetzung oder Ausführung sehr komplexe oder aber an den Prozess der Brunnenentwicklung mit hohen Feststoffaustragsraten unangepasste Messmethoden dar.In order to record the effect of a functional line used and to control its use or adapt it to the current situation in the process, a detailed, permanent recording of the discharged solid quantities is essential. However, the various measuring methods provided for this purpose in the DVGW W119 set of rules represent very inaccurate, very complex and, with regard to structural implementation or execution, very complex measuring methods or methods that are not adapted to the process of well development with high solids discharge rates.

Ein weiteres bekanntes und verbreitetes Verfahren ist die Messung der ausgetragenen Feststoffe mittels eines feinmaschigen Siebes, über das eine bestimmte Fördermenge geleitet wird. Mit der Verwendung von zwei Sieben, die wechselnd angelaufen werden, wird dann eine Erfassung in zeitlich relativ kurzen Intervallen erfolgen, wobei jedoch jeweils im Intervall kumulierte Feststoffmengen ermittelt werden.Another well-known and widespread method is the measurement of the discharged solids by means of a fine-mesh sieve, over which a certain flow rate is passed. With the use of two sieves, which are started alternately, then a collection will take place in relatively short intervals, but in each case cumulated amounts of solids are determined.

Nach der DE 10 2013 102 810.1 ist zudem ein Verfahren zur Erfassung und/oder Überwachung des Feststoffgehalts in Rohwasser bekannt, bei dem mittels eines Sensors die Trübung des Rohwassers und somit der Feststoffgehalt kontinuierlich ermittelt wird. Damit ist auch eine detaillierte Erfassung von beispielsweise kurzzeitigen Peaks möglich.After DE 10 2013 102 810.1 In addition, a method for detecting and / or monitoring the solids content in raw water is known in which by means of a sensor, the turbidity of the raw water and thus the solids content is determined continuously. Thus, a detailed recording of, for example, short-term peaks is possible.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Inbetriebnahme von Vertikalfilterbrunnen zu schaffen, mit dem ein Idealzustand in Hinsicht konstruktiv technischer und strömungsmechanischer Verhältnisse beim Neubau gewährleistet wird.The object of the invention is to provide a method for the commissioning of vertical filter wells, with which an ideal state in terms of constructive technical and fluid mechanical conditions is ensured in the new building.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Verfahren bei einem Brunnenneubau in drei Schritten als Schüttgutkonsolidierung, effiziente Brunnenentwicklung mit einer Funktionsstrecke und detaillierte, elektronische Datenerfassung gegliedert wird, die ineinander übergehen und/oder miteinander kombiniert werden:
Das freigeschüttete oder eingespülte, den Brunnenfilter umgebende Schüttgut, wie Filterkies oder Glaskugeln, wird im Zuge der Ringraumverfüllung vor Einbringung einer ringraumabdichtenden Schüttung aus Tonzementsuspension oder Quellton im Vollrohrbereich durch den Eintrag gasdruckinduzierter Impulswellen abschnittsweise, in Abhängigkeit der vertikalen Schüttgutdifferenzierung, bis zum Setzungsstillstand konsolidiert. Der Impulseintrag wird dabei durch einen zentriert in den Brunnenfilter eingebauten, gasdruckbetriebenen Impulsgenerator realisiert, der in vertikaler Richtung gleichmäßig von unten nach oben mit bedarfsweiser Wiederholung über den zu konsolidierenden Schüttgutbereich bewegt wird. Parallel wird die Setzung im Schüttgutkörper durch direkte Tiefenlotung beobachtet und dokumentiert. Nach Eintreten eines Setzungsstillstandes ist die Teufenlage der Oberkante der konsolidierten Schüttung mit der Ausbauplanung abzugleichen und gegebenenfalls durch Nachschüttung zu korrigieren. Der Vorgang wiederholt sich bis zur Übereinstimmung der erreichten Ausbausituation mit den Planunterlagen zum Ausbau des Brunnens.According to the invention, this object is achieved in that the method is subdivided in a well construction in three steps as bulk solids, efficient well development with a functional route and detailed, electronic data acquisition, which merge into one another and / or combined with each other:
The freed or immersed, the well filter surrounding bulk material, such as filter gravel or glass beads, in the course of annulus before introduction of a ringraumabdichtenden bed of Tonzementsuspension or Quellton in Vollrohrbereich by the entry of gas pressure induced pulse waves sections, depending on the vertical bulk material differentiation, consolidated until subsidence stoppage. In this case, the pulse input is realized by a gas-pressure-operated pulse generator centered in the well filter, which is moved uniformly in the vertical direction from bottom to top with repeated repetition as required over the bulk material region to be consolidated. At the same time, the settling in the bulk material body is observed and documented by direct depth probing. After a subsidence stoppage has occurred, the depth of the top edge of the consolidated pile must be compared with the expansion planning and, if necessary, corrected by repatriation. The process is repeated until the construction site has reached the same level as the plans for the expansion of the well.

Die wesentlichen Vorteile sind in direkter Vermeidung der oben genannten Fakten zur irreversiblen Schädigung des Brunnens gegeben. Weiterhin ermöglicht eine in finaler Lagerungsdichte eingebaute Schüttung im Ringraum die problemlose Anwendung einer hochwirksamen Brunnenentwicklung mit simultanem Impulseinsatz. Entscheidend dabei ist auch, dass nach Herstellung einer setzungsstabilen Lagerungsdichte des Schüttgutes eine vollständige Verfüllung des Ringraumes erfolgt. Damit wird die Brunnenentwicklung problemlos als Folgegewerk des Brunnenbaus ausgeführt. Weiterhin kommen im späteren Brunnenbetrieb alle bekannten Regeneriermaßnahmen ohne negative Beeinflussung des Schüttgutes zur Anwendung. Der zweite Schritt der Brunnenentwicklung wird unter Verwendung einer brunnenspezifisch konfigurierten Funktionsstrecke durchgeführt, die aus einer dichtungswirksamen Entnahmekammer, einem Strömungsteiler mit einem gasdruckgesteuerten Impulsgenerator und einer gekammerten Unterwassermotorpumpe besteht. Die Intensiventnahme mittels Funktionsstrecke gewährt in ihrer Gesamtheit eine bereichsbezogene, variable Grundwasserentnahme mit simultanem Impulseintrag. Damit werden optimale Transportbedingungen für zu entfernende Partikel aus der Ringraumschüttung, beispielsweise Unterkorn, als auch aus der direkten Brunnenumgebung erzeugt. Gleichzeitig wird mit dem simultanen Impulseintrag der hydraulisch wirksame Porenkanaldurchmesser im Filterkieskörper positiv beeinflusst. Das bedeutet, dass Kohäsions- und Adhäsionskräfte oder Brückenbildungen transportierter Partikel durch den Impulseintrag wiederholt aufgehoben werden und damit die Durchgängigkeit des Porenraumes temporär verbessert oder erhalten wird.The main advantages are in direct avoidance of the above-mentioned facts about irreversible damage to the well. Furthermore, a built-in in final storage density bed in the annulus allows easy application of a highly effective well development with simultaneous pulse use. It is also crucial that after production of a settlement stable storage density of the bulk material, a complete backfilling of the annulus occurs. Thus, the well development is easily carried out as a consequence of the well construction. Furthermore, all known regeneration measures without negative influence on the bulk material are used in the later well operation. The second step of well development is performed using a well-specific configured working section consisting of a seal effective sampling chamber, a flow divider with a gas pressure controlled pulse generator and a chambered submersible pump. The intensive extraction by means of a functional route in its entirety grants a range-related, variable groundwater extraction with simultaneous impulse entry. This creates optimal transport conditions for particles to be removed from the annulus, such as undersize, as well as from the direct fountain environment. At the same time the hydraulically effective pore channel diameter in the filter gravel body is positively influenced by the simultaneous impulse entry. This means that cohesion and adhesion forces or bridging of transported particles are repeatedly canceled by the impulse entry and thus the continuity of the pore space is temporarily improved or maintained.

Der wesentliche Vorteil gegenüber herkömmlichen Verfahren zur Brunnenentwicklung besteht darin, dass die entscheidenden Faktoren zu einer effizienten Brunnenentwicklung, wie die Aktivierung ausreichender Transportkräfte, die Herstellung und der Erhalt der Transportfähigkeit von auszutragenden Partikeln und die Erhöhung der Durchgängigkeit des Porenraumes simultan realisiert werden. Die Funktionsstrecke zur Brunnenentwicklung wird als stehendes oder bewegtes System eingesetzt. The main advantage over conventional methods for well development is that the decisive factors for an efficient well development, such as the activation of sufficient transport forces, the production and preservation of the transportability of particles to be discharged and increasing the pore space continuity are realized simultaneously. The function section for well development is used as a stationary or moving system.

Bei der Brunnenentwicklung erfolgt eine elektronische Erfassung der geförderten Feststoffmengen über die Trübung des Prozesswassers. Anhand der Trübung oder der Partikelanzahl wird der Feststoffgehalt im Prozesswasser ermittelt. Damit wird zeitpunktgenau der Feststoffgehalt bestimmt und auch kumuliert erfasst sowie vor Ort in graphische Verlaufsdiagramme zur Prozesssteuerung im Vergleich mit definierten Kriterien umgesetzt. Gleichzeitig werden die Fördermenge sowie die Absenkung des Wasserspiegels im Brunnen elektronisch erfasst, um die Entwicklung der spezifischen Ergiebigkeit zu beobachten und zu dokumentieren. In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das geförderte Wasser mittels eines Teilstromes über ein Parallelsiebsystem geführt, um durch eine Siebanalyse auch Art und Zusammensetzung der geförderten Feststoffe zu erfassen.During the development of wells, an electronic recording of the conveyed solids quantities takes place via the turbidity of the process water. Based on the turbidity or the number of particles, the solids content in the process water is determined. Thus, the solids content is determined precisely at the exact time and also recorded cumulatively and implemented on-site in graphic process control diagrams in comparison with defined criteria. At the same time, the flow rate and the lowering of the water level in the well are recorded electronically in order to observe and document the development of the specific yield. In an advantageous embodiment, the pumped water is passed through a partial flow through a parallel screen system to detect by a sieve analysis and type and composition of the extracted solids.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die detaillierte, elektronische Datenerfassung und Dokumentation mit Feststoffaustrag, Fördermengen und Wasserständen auch im Rahmen eines sich an die Brunnenentwicklung anschließenden Leistungspumpversuches als auch bei späteren Maßnahmen am Brunnen, wie die Leistungsüberprüfungen oder Regenerierungen, angewendet. Neben der hohen Qualität der Dokumentation ist damit eine direkte Vergleichsmöglichkeit gegeben.In an advantageous embodiment, the detailed, electronic data acquisition and documentation with solids discharge, flow rates and water levels in the context of a subsequent to the well development power pumping test as well as later measures at the well, such as the performance checks or regenerations applied. In addition to the high quality of the documentation, this provides a direct comparison option.

Wesentlicher Vorteil der elektronischen Erfassung der geförderten Feststoffmengen ist die Möglichkeiten zur direkten Prozesssteuerung ohne messbedingte Zeitverzögerungen. Somit kann insbesondere auf plötzlich auftretende Unregelmäßigkeiten gezielt reagiert werden, um die optimale Umsetzung der Intensiventnahme mit Funktionsstrecke zu gewährleisten.An essential advantage of the electronic detection of the conveyed solids quantities is the possibilities for direct process control without measurement-related time delays. Thus, it is possible in particular to respond specifically to suddenly occurring irregularities in order to ensure the optimal implementation of the intensive withdrawal with functional route.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment.

In idealer Anpassung zur Anwendung des Verfahrens wird die Bohrung zum Brunnenneubau im Trockenbohrverfahren abgeteuft. Das bedeutet, dass bei der Bohrung bis zur Endteufe eine Bohrvollrohres mitgeführt wird. Der Vorteil dieses Bohrverfahrens ist der vollständige Schutz des Bohrloches gegen Einsturz in noch nicht hinterfüllten Ringraumbereichen, insbesondere bei Impulseintrag zur Schüttgutkonsolidierung. Nach dem Einstellen der Brunnenausbauverrohrung mit Voll- und Filterrohr wird die Verfüllung des freien Brunnenringraumes mit dem vorgesehenen Schüttgut, beispielsweise Filterkies oder Glaskugeln, in Anpassung an die anstehende Geologie, durchgeführt. Die Verfüllung erfolgt schrittweise bei gleichzeitigem Ziehen des Brunnenvollrohres.In an ideal adaptation to the application of the method, the hole is drilled to the well new construction in the dry drilling method. This means that during the drilling to the final depth of a drill pipe is carried along. The advantage of this drilling method is the complete protection of the borehole against collapse in the not yet backfilled annulus areas, in particular at momentum entry for bulk solids consolidation. After setting the Wellausbauverrohrung with full and filter tube, the backfilling of the free Brunnenringraumes with the proposed bulk material, such as filter gravel or glass beads, in adaptation to the upcoming geology performed. The backfilling is done step by step with simultaneous pulling of the fountain tube.

In Abhängigkeit von der vertikalen Differenzierung des Schüttgutes, hinsichtlich der Kornabstufungen, erfolgt die Schüttgutkonsolidierung. Dazu wird ein gasdruckgesteuerter, mit Stickstoff betriebener Impulsgenerator zentriert in die Brunnenausbauverrohrung bis zur Filterunterkante eingeführt. Nach Einschalten des Impulsgenerators wird dieser langsam aufwärts über den zu konsolidierenden Schüttgutbereich bis unterhalb des Bohrvollrohres bewegt. Der Arbeitsdruck des Impulsgenerators beträgt dabei rund 50 bar bis 60 bar, bei einer Schlagfreaquenz von etwa 0,5 hz. Nach jedem Aufwärtsgang wird der Impulsgenerator abgeschaltet und es erfolgt eine direkte Teufenlotung auf die Oberfläche des Schüttgutes im Brunnenringraum zur Prozessüberwachung. Der Vorgang wird wiederholt, bis bei der Teufenlotung keine Setzung des Schüttgutes mehr registriert wird. Je nach Teufendifferenzierung des Schüttgutes wird der Vorgang für die folgenden zu konsolidierenden Bereiche wiederholt. Nach Herstellung der konsolidierten Schüttgutverfüllung im direkten Filterbereich sowie der Über- und Unterschüttung des Filters erfolgt die Restverfüllung des Brunnenringraumes im Vollrohrbereich und das Bohrgerät wird abgebaut.Depending on the vertical differentiation of the bulk material, with regard to grain gradations, bulk solids consolidation takes place. For this purpose, a gas-pressure-controlled, nitrogen-operated pulse generator centered in the Wellausbauverrohrung is introduced to the lower edge of the filter. After switching on the pulse generator, it is slowly moved upwards over the bulk material area to be consolidated to below the drill pipe. The working pressure of the pulse generator is about 50 bar to 60 bar, with a Schlagfreaquenz of about 0.5 hz. After each upstroke, the pulse generator is switched off and there is a direct Teufenlotung on the surface of the bulk material in Brunnenringraum for process monitoring. The process is repeated until at the Teufenlotung no settlement of the bulk material is registered more. Depending on the differentiation of the bulk material, the process is repeated for the following areas to be consolidated. After producing the consolidated bulk material filling in the direct filter area as well as the overflow and underfill of the filter, the residual filling of the well annulus is carried out in the full tube area and the drill rig is dismantled.

Die Funktionsstrecke zur Brunnenentwicklung setzt sich aus der gekammerten Unterwassermotorpumpe, dem Strömungsteilers mit dem gasdruckgesteuerten Impulsgenerator und der dichtungswirksamen Entnahmekammer mit einem Doppelpacker-Seiher-System zusammen. Die Funktionsstrecke wird entsprechend dem jeweiligen Brunnendesign und den allgemeinen Rahmenbedingungen konfiguriert. Dabei werden die Fördermenge, ungefähr 40 bis 80 m³/h, der Arbeitsdruck des Impulsgenerators, ungefähr 50 bis 60 bar, die Impulsfrequenz, ungefähr 0,25 bis 1 hz und die Geometrie der Entnahmekammer, bezüglich des Durchmesser-Längen-Verhältnisses der Packer sowie bezüglich des Längenverhältnisses der Packerflächen zur Eintrittsfläche variiert.The function section for well development consists of the chambered underwater motor pump, the flow divider with the gas-pressure-controlled pulse generator and the seal-effective extraction chamber with a double-packer strainer system. The functional section is configured according to the respective well design and the general conditions. Here, the flow rate, about 40 to 80 m ³ / h, the working pressure of the pulse generator, about 50 to 60 bar, the pulse frequency, about 0.25 to 1 hz and the geometry of the sampling chamber, with respect to the diameter-length ratio of the packer and varies with respect to the length ratio of the packer surfaces to the entrance surface.

Die Entscheidungsgrundlage zur Konfiguration bilden beispielsweise die Beschaffenheit der anstehenden Geologie sowie das zur Verfüllung des Brunnenringraumes verwandte Material in Art und Korngröße des Schüttgutes. Weiterhin ist das Brunnenausbaumaterial von entscheidender Bedeutung, da es die generelle Möglichkeit eines gasdruckgesteuerten Impulseintrages oder den Parameter Arbeitsdruck des Impulsgenerators wesentlich beeinflusst.The decision-making basis for the configuration, for example, the nature of the upcoming geology and the related material for filling the well annulus material in type and grain size of the bulk material. Furthermore, the well body material is of crucial importance, since it is the general possibility of a gas-pressure-controlled pulse input or the parameter Working pressure of the pulse generator significantly influenced.

Die Funktionsstrecke wird als stehendes oder bewegtes System eingesetzt. Das stehende System bedeutet, dass die Entnahmekammer auf nacheinander folgende Filterbereiche gestellt wird und jeweils bis zum Erreichen eines vorher definierten Abbruchkriteriums hinsichtlich des Feststoffaustrags nicht in der Lage verändert wird. Beim Einsatz als bewegtes System wird die Funktionsstrecke jeweils permanent über einen längeren Filterabschnitt, beispielsweise 4 m oder in Abhängigkeit von teufenspezifischen Parametern zum Einsatz der Funktionsstrecke, bis zum Erreichen eines vorher definierten Abbruchkriteriums hinsichtlich des Feststoffaustrags auf- und abwärts bewegt. Somit werden neben den beschriebenen Vorteilen der Funktionsstrecke zusätzlich die Sog- und Druckkräfte eines Kolbens genutzt.The functional section is used as a stationary or moving system. The standing system means that the removal chamber is placed on successive filter areas and each is not able to change until it reaches a previously defined termination criterion with regard to the solids discharge. When used as a moving system, the functional route is permanently moved upwards and downwards over a longer filter section, for example 4 m or as a function of specific parameters for the use of the functional route, until a previously defined termination criterion with regard to the solids discharge is reached. Thus, in addition to the described advantages of the functional route additionally the suction and pressure forces of a piston are used.

Um den Einsatz der Funktionsstrecke zu steuern, erfolgt die detaillierte Prozessüberwachung mittels einer photometrischen, quantitativen Erfassung der geförderten Feststoffmengen. Diese ist kombiniert mit einer parallelen Feststofferfassung mittels eines Feinsiebsystems zur qualitativen Beurteilung der geförderten Partikel. Dazu wird der Förderstrom zunächst an einer Trübesonde vorbeigeführt. Diese ermittelt über den Grad der Trübung die Anzahl an Partikeln, wobei mit einer parallelen elektronischen Durchflussmessung ein Volumenbezug hergestellt wird. Mit dieser Anordnung ist eine Feststoffmessung im Sekundentakt bei gleichzeitiger graphischer Auswertung auf einem Display möglich. Gegenüber den herkömmlichen Verfahren zur manuellen Feststoffmessung werden so auch kurzfristige Verfahrensänderungen, beispielsweise aufgrund plötzlich auftretender Mengenpeaks, angezeigt.In order to control the use of the functional section, the detailed process monitoring is carried out by means of a photometric, quantitative determination of the conveyed solids quantities. This is combined with a parallel solids collection by means of a fine sieve system for the qualitative assessment of the conveyed particles. For this purpose, the flow is first passed past a turbidity probe. This determines the number of particles via the degree of turbidity, whereby a volume reference is produced with a parallel electronic flow measurement. With this arrangement, a solids measurement in the second cycle with simultaneous graphical evaluation on a display is possible. Compared to the conventional methods for manual solids measurement, so also short-term process changes, for example, due to suddenly occurring peak levels, displayed.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102013102810 [0010]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

DIN 4924 [0003]

Claims

Method for the commissioning of vertical filter wells, characterized in that a bulk solids consolidation for producing a settlement-stable filter gravel and an efficient well development after completion of drilling and expansion work by means of functional route and detailed electronic data acquisition are performed, which merge into one another and / or be combined.

A method according to claim 1, characterized in that prior to introduction of a ringraumabdichtenden bed, the freed or flushed bulk material by pulse waves, induced by a centered in the well removal vertically moving gas pressure pulse generator, sections is consolidated until subsidence stoppage.

Process according to Claims 1 and 2, characterized in that, as bulk material in the region of the filter tube section, filter gravel or glass beads and as annular space sealing material in the full tube area swelling clay or clay cement suspension is used.

A method according to claims 1 to 3, characterized in that a well development by means of a well-specific configured functional route consisting of a seal effective extraction chamber, a flow divider with a gas pressure controlled pulse generator and a chambered submersible motor pump for sections, intensive groundwater sampling is performed with simultaneous pulse input.

Method according to claims 1 to 4, characterized in that the functional section is used for well development as a stationary or moving system.

A method according to claims 1 to 5, characterized in that for the process control in the well development, a detailed electronic detection of the delivered solids amount on the turbidity of the process water is determined and documented.

Process according to claims 1 to 6, characterized in that a sieve analysis for the qualitative assessment of the discharged solids is carried out in parallel to the electronic solids measurement.