DE3717594C1

DE3717594C1 - Apparatus for sampling from bore wells

Info

Publication number: DE3717594C1
Application number: DE19873717594
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl-Ing Fass
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-05-25
Filing date: 1987-05-25
Publication date: 1988-12-29

Abstract

For taking samples from bore wells at a predetermined depth, there is provided a very largely mechanical apparatus, so that the analysis of the samples can be carried out promptly and on site independently of a laboratory. The apparatus has a pressure container (10) fillable by a gas having internal pressure and at least one sample container (1), which are both, in tubular configuration, connectable both with one another and with the open environment by means of a magnetic valve (9) in a line between the two containers (10, 1), with the sample container (1) having an upper inlet opening (7) with a float closure (8) (Figure 1). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Proben entnahme aus Rohrbrunnen, insbesondere aus Rohr brunnen zur Überwachung von Erdregionen für die Gewinnung von Wasser und anderen Rohstoffen bzw. zur Untersuchung von Erdformationen tieferliegender Schichten.The invention relates to a device for samples withdrawal from pipe wells, in particular from pipe wells for monitoring earth regions for the Extraction of water and other raw materials or for Investigation of deeper earth formations Layers.

Aus der DE-OS 29 31 802 ist eine Vorrichtung zur Entnahme von Flüssigkeitsproben aus Brunnen bekannt. Sie besteht aus einem an einem Seil oder dergleichen absenkbaren Behälter mit einem Verschluß, der in einer gewünschten Tiefe betätigbar ist. Dazu ist ein Bodenverschlußteil fest mit dem Seil oder dergleichen verbunden, während der Behälter selbst und ein Deckelteil gegenüber dem Seil beweglich sind, so daß die Vorrichtung im geöffneten Zustand, in dem ihre Teile mit einem Abstand voneinander am Seil hängen, abgesenkt und in gewünschter Tiefe durch ein nachfolgend an dem Seil herabgelassenes Auslöse gewicht, welches den Behälter und das Deckelteil vom Seil löst, geschlossen werden kann, um die geschlossene Vorrichtung mit der Probe an die Erdoberfläche zu holen. Eine solche Vorrichtung ist baulich aufwendig und besitzt kinematisch miteinander wirksame Bauteile, die einer besonderen Pflege bedürfen, um ihre Funktionsfähigkeit zu erhalten. Eine der tatsächlichen Schichtung der Flüssigkeit im Bohrloch entsprechende Probe wird leicht durch Verwirbelungen beeinträchtigt.From DE-OS 29 31 802 a device for Known to take liquid samples from wells. It consists of one on a rope or the like retractable container with a closure that in a desired depth can be actuated. There is a Bottom closure part firmly with the rope or the like connected while the container itself and a Cover part are movable relative to the rope, so that the device in the open state in which its Hang parts at a distance from each other on the rope, lowered and at the desired depth by a subsequently released on the rope weight, which the container and the lid part from Rope loosens, can be closed to the closed device with the sample to the To pick up the surface of the earth. Such a device is structurally complex and kinematically effective components that require special care need to maintain their functionality. One of the actual stratifications of the liquid in the Borehole corresponding sample is easily passed through Turbulence impaired.

Praktische Anwendung finden auch Meßsonden mit zwei aufblasbaren Dichtungsbälgen, zwischen denen Sensoren zur Aufnahme von Meßwerten angeordnet sind, so daß nach dem Absenken der Meßsonde in dem Rohrbrunnen durch die aufblasbaren Bälge eine bestimmte Schichthöhe im Rohrbrunnen abgedichtet werden kann, um aus dieser Schichthöhe Meßwerte zu gewinnen. Dabei kann nicht sichergestellt werden, daß das zwischen den Bälgen eingeschlossene Meßmedium tatsächlich dem Istzustand in der entsprechenden Tiefe entspricht. Verwirbelungen des in dem Rohrbrunnen sich ansammelnden Meßmediums beim Absenken der Meßsonde können nicht ausgeschlossen, aber auch nicht beobachtet werden. Meßsonden dieser Art sind außerdem teuer und empfindlich, erfordern erheblichen elektronischen Zusatzaufwand am Meßort und liefern nur bei großer Erfahrung im Umgang mit der Meßsonde brauchbare Meßergebnisse.Measuring probes with two are also used in practice inflatable sealing bellows, between which sensors are arranged for taking measured values so that after lowering the measuring probe in the pipe well due to the inflatable bellows Layer height can be sealed in the pipe well, in order to obtain measured values from this layer height. It cannot be guaranteed that the measuring medium enclosed between the bellows actually the actual state in the corresponding Depth corresponds. Swirling of the in the Pipe wells accumulating measuring medium at Lowering the measuring probe cannot be ruled out but also not be observed. Measuring probes this Kinds are also expensive and delicate, requiring considerable additional electronic effort at the measuring location and deliver only with great experience in dealing with usable measurement results.

Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung einer weitestgehend mechanischen Vorrichtung zur Proben entnahme aus Rohrbrunnen in einer vorbestimmten Tiefe in der Weise, daß die Funktionssicherheit verbessert und die Übereinstimmung der Proben mit der tatsächlichen Schichtung des Probenmediums selbst in engen Rohrbrunnen erhöht wird.The object of the invention is to develop a largely mechanical device for samples withdrawal from pipe well in a predetermined Depth in such a way that functional reliability improved and the conformity of the samples with the actual layering of the sample medium itself in narrow pipe well is increased.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Vor richtung mit Ausbildungsmerkmalen nach dem Patent anspruch 1.The invention solves this problem by a front direction with training features according to the patent claim 1.

Bei einer solchen Vorrichtung kann der Probenbehälter vor dem Absenken im Rohrbrunnen mit einem geeigneten Gas unter Druck gefüllt werden, so daß seine obere Einlauföffnung in einer Schräglage bei entsprechender Handhabung durch den Schwimmerverschluß dichtgesetzt ist. Bevorzugt kann Stickstoff zur Anwendung kommen, um vor allem bei der Entnahme von Wasserproben eine Verfälschung der Probe zu vermeiden. In diesem Zustand kann der Probenbehälter mit einem den Außendruck an der Probenentnahmestelle übersteigenden Innendruck bis auf die gewünschte Tiefe, aus der eine Probe entnommen werden soll, in dem Rohrbrunnen abgesenkt werden, wobei gegebenenfalls ein an dem Probenbehälter befestigtes Zusatzgewicht die nötige Sicherheit gegen Auftrieb gewährleistet und so die Absenkung der Vorrichtung in dem Meßmedium ermöglicht, welches sich in dem Rohrbrunnen angesammelt hat. Nach dem behutsamen Absenken und dem Verstreichen einer Verweilzeit wird durch Betätigung des Magnetventils der Probenbehälter entspannt, so daß die in diesem Behälter befindliche Gasfüllung oberhalb des Probenbehälters in den Rohrbrunnen entweichen kann und Meßmedium über die Einlauföffnung in den Probenbehälter einströmt, bis dieser gefüllt ist und die Schwimmerkugel aufschwimmt, so daß sie die Einlauföffnung schließt, worauf die ursprüngliche Verbindung des Probenbehälterinnenraumes mit dem Gasdruckbehälter wieder hergestellt und dadurch der Schwimmerverschluß geschlossen gehalten wird. Der Probenbehälter kann nunmehr an die Erdoberfläche geholt werden, um die in dem Behälter befindliche Probe zeitlich und örtlich unabhängig in einem Laboratorium untersuchen zu können.With such a device, the sample container before lowering in the pipe well with a suitable one Gas can be filled under pressure so that its upper Inlet opening in an inclined position with the corresponding Handling sealed by the float lock is. Nitrogen can preferably be used, especially when taking water samples Avoid falsifying the sample. In this The sample container can be in a state with the Exceeding external pressure at the sampling point Internal pressure to the desired depth from which one Sample to be taken in the pipe well are lowered, optionally one at the Additional weight attached to the sample container Guaranteed safety against buoyancy and so the Lowering of the device in the measuring medium enables which is in the pipe well has accumulated. After the careful lowering and the elapse of a dwell time is indicated by Actuation of the solenoid valve of the sample container relaxed, so that the located in this container Gas filling above the sample container in the Pipe well can escape and the medium to be measured Inlet opening flows into the sample container until this is filled and the float ball floats up so that it closes the inlet opening, whereupon the original connection of the Sample container interior with the gas pressure container restored and thereby the float lock is kept closed. The sample container can are now brought to the surface of the earth, in order to the sample in the container in time and place investigate independently in a laboratory can.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der in Anpassung an den Durchmesser des Rohrbrunnens ebenfalls rohrförmig ausgebildete Probenbehälter mit zwei übereinander angeordneten Kammern ausgestattet, wobei in dem Boden zwischen der oberen Kammer und der unteren Kammer eine Verbindungsöffnung vorgesehen ist, die ein Kugel-Schwimmerrückschlagventil auf weist. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die zunächst über die Einlauföffnung in den Probenbehälter einströmende Probe durch die Verbindungsöffnung in die untere Kammer einströmt und diese füllt, so daß dadurch zunächst das nicht dem tatsächlichen Zustand entsprechende Mischmedium entfernt und später nicht zur Untersuchung herangezogen wird. Die danach einströmende Flüssigkeit sammelt sich in der oberen Kammer und bildet später die eigentliche Probe für die Untersuchungen. Auf diese Weise wird erreicht, daß die beim Absenken der Vorrichtung in das Meßmedium entstehenden Verwirbelungen zunächst in die untere Kammer des Probenbehälters abgeleitet werden, bevor in der oberen Kammer die eigentliche Probe angesammelt wird. Eine solche vorzugsweise aus Rohrabschnitten zusammengebaute Vorrichtung kann für die Probenentnahme an mehreren Stellen in unterschiedlicher Tiefe ausgestattet werden. Für diesen Zweck ist nach einem weiteren Erfindungsgedanken vorgesehen, daß mehrere Proben behälter mit jeweils einer oberen und einer unteren Kammer und einem diese voneinander trennenden Zwischenboden übereinander angeordnet sind, wobei jedem Probenbehälter ein Magnetventil in der Leitung zur Verbindung mit dem Druckbehälter zugeordnet ist, so daß das Einlaufventil jedes Probenbehälters unabhängig voneinander schaltbar ist.In a preferred embodiment, the in Adaptation to the diameter of the pipe well also tubular sample containers equipped with two superimposed chambers, being in the bottom between the upper chamber and the lower chamber provided a connection opening is that a ball float check valve on points. This arrangement has the advantage that the first via the inlet opening in the Sample flowing through the sample container Connection opening flows into the lower chamber and this fills, so that initially not that actual state corresponding mixed medium removed and not later for investigation is used. The inflowing afterwards Liquid collects in the upper chamber and later forms the actual sample for the Investigations. In this way it is achieved that when lowering the device into the measuring medium resulting eddies first into the lower one Chamber of the sample container to be derived before the actual sample in the upper chamber is accumulated. Such preferably from Pipe sections assembled device can for sampling at several points in of different depths. For this purpose is after another Invention ideas provided that several samples containers each with an upper and a lower one Chamber and a separating them Intermediate floor are arranged one above the other, whereby a solenoid valve in the line for each sample container is assigned for connection to the pressure vessel, so that the inlet valve of each sample container is independently switchable.

Um möglichst genaue Werte des Istzustandes an einer bestimmten Tiefe des Rohrbrunnens zu gewinnen, ist nach einem weiteren Gedanken zur Gestaltung der Erfindung vorgesehen, daß außen am Probenbehälter im Bereich der Einlauföffnung elastische Dichtungsmittel angebracht werden, die den Tiefenbereich, aus dem die horizontal zufließende Probe entnommen werden soll, gegen Vertikalströmungenabgrenzen. Vorteilhaft ist die Anordnung der Einlauföffnung zwischen zwei mit geringem Abstand übereinander außen an dem Probenbehälter angeordneten Dichtungslippen, so daß die Probe aus einer relativ dünnen, horizontalen Schicht in den Probenbehälter einfließt. In order to obtain the most accurate values of the current state on a certain depth of the pipe well after another thought on the design of the Invention provided that the outside of the sample container in Area of the inlet opening elastic sealant be attached to the depth range from which the horizontally flowing sample is to be taken, against vertical currents. It is advantageous the arrangement of the inlet opening between two with close to each other on the outside Sample container arranged sealing lips so that the sample from a relatively thin, horizontal Layer flows into the sample container.

Zur Reduzierung von Verwirbelungen beim Absenken der Vorrichtung in dem Meßmedium innerhalb des Rohrbrunnens ist nach einem anderen Erfindungsgedanken vorgesehen, daß eine innen liegende, offene Leitung die Unterseite der Vorrichtung mit der Oberseite verbindet, so daß das Meßmedium die Vorrichtung beim Absenken innen durchströmt.To reduce turbulence when lowering the Device in the measuring medium within the Pipe fountain is after another Invention ideas provided that an inside lying, open pipe the bottom of the Device connects to the top, so that Measuring medium inside the device when lowering flows through.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung ist auf der Zeichnung teils schematisch ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigen:For a more detailed explanation of the invention is on the Drawing partly schematically an embodiment shown. Show it:

Fig. 1 ein Strichschema einer Vorrichtung gemäß der Erfindung und Fig. 1 is a line diagram of a device according to the invention and

Fig. 2 einen vertikalen Schnitt durch einen Teilbereich eines Rohrbrunnens mit einer darin abgesenkten Vorrichtung gemäß der Erfindung, welche mehrere Probenbehälter übereinander aufweist. Fig. 2 is a vertical section through a portion of a pipe well with a lowered device according to the invention therein, which has a plurality of sample containers one above the other.

Der im Querschnitt rohrförmige Probenbehälter 1 entsprechend Fig. 1 weist eine obere Kammer 2 zur Probenaufnahme und eine untere Vorlaufkammer 3 auf. In dem Zwischenboden 4 zwischen der oberen Probenkammer 2 und der unteren Vorlaufkammer 3 ist ein Kugel-Schwimmerventil 5 mit einer Schwimmerkugel 6 angeordnet, die die Öffnung in dem Zwischenboden 4 durch Aufschwimmen versperrt, wenn die Vorlaufkammer 3 gefüllt ist. An der Oberseite der Probenkammer 2 ist eine Einlauföffnung 7 vorgesehen, die ebenfalls durch eine Schwimmerkugel 8 verschließbar ist. Jedem Probenbehälter 1 ist ein Zwei-Wege-Magnetventil 9 zugeordnet und dieses mittels Leitungen mit einem Druckbehälter 10 verbunden, welcher in Fig. 2 am oberen Ende dargestellt ist. Durch Betätigung des Magnetventiles 9 können die beiden Kammern 2 und 3 des Probenbehälters 1 mittels Druckgas oder einem anderen Gas unter einen bestimmten Innendruck gesetzt werden, der dem hydrostatischen Druck in der Arbeitstiefe übersteigt, so daß die Schwimmerkugel 8 die Einlauföffnung 7 schließt, wobei der Probenbehälter durch Schräglegen entsprechend gehandhabt wird, so daß die Schwimmerkugel in die Sperrlage gelangt. In diesem Zustand kann der Probenbehälter in das Meßmedium bis zur Meßposition abgesenkt werden. Durch Betätigung des Magnetventils wird der Innenraum des Probenbehälters zu entspannt, so daß Meßmedium über den Einlauf 7 in die Probenkammer 2 und aus dieser in die Vorlaufkammer 3 einströmt, wobei das Gas aus der Probenkammer über ein Dunstrohr 19 im Zwischenboden 4 nach oben in die Probenkammer und von dort in den Bereich oberhalb des Probenbehälters entweicht, bis letztere gefüllt ist und die Schwimmerkugel 6 das Ventil 5. Danach sammelt sich Meßmedium in der Kammer 2 an, bis auch diese gefüllt ist und die Schwimmerkugel 8 die Einlauföffnung 7 schließt. Nach dem Füllen der Probenkammer 2 wird das Magnetventil zurückgeschaltet und damit das Gasdruckpolster über der Probe sofort am Entnahmeort wieder hergestellt. In diesem Zustand kann der gefüllte Probenbehälter 1 an die Oberfläche geholt oder die Vorrichtung an eine andere Meßposition gefahren werden, um eine weitere Probe in einen anderen Probenbehälter aufzunehmen. The tubular in cross-section sample container 1 according to Fig. 1 has an upper chamber 2 for receiving samples and a lower flow chamber 3. In the intermediate floor 4 between the upper sample chamber 2 and the lower flow chamber 3 , a ball float valve 5 is arranged with a float ball 6 , which blocks the opening in the intermediate floor 4 by floating when the flow chamber 3 is filled. At the top of the sample chamber 2 , an inlet opening 7 is provided, which can also be closed by a float ball 8 . Each sample container 1 is assigned a two-way solenoid valve 9 and connected to a pressure container 10 by means of lines, which is shown in FIG. 2 at the upper end. By actuating the solenoid valve 9 , the two chambers 2 and 3 of the sample container 1 can be placed under a certain internal pressure by means of compressed gas or another gas, which exceeds the hydrostatic pressure in the working depth, so that the float ball 8 closes the inlet opening 7 , the sample container is handled accordingly by slanting so that the float ball reaches the locked position. In this state, the sample container can be lowered into the measuring medium up to the measuring position. By actuating the solenoid valve, the interior of the sample container is too relaxed, so that the measuring medium flows through the inlet 7 into the sample chamber 2 and from there into the flow chamber 3 , the gas from the sample chamber via an exhaust pipe 19 in the intermediate floor 4 up into the sample chamber and from there escapes into the area above the sample container until the latter is filled and the float ball 6 the valve 5 . Thereafter, the measuring medium collects in the chamber 2 until it is also filled and the float ball 8 closes the inlet opening 7 . After filling the sample chamber 2 , the solenoid valve is switched back and the gas pressure cushion over the sample is immediately restored at the sampling point. In this state, the filled sample container 1 can be brought to the surface or the device can be moved to another measuring position in order to receive another sample in another sample container.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Probenbehälter 1 und 1 a mit Einlauf öffnungen 7 und 7 a übereinander angeordnet. Der obere Probenbehälter 1 ist an dem Druckbehälter 10 unmittelbar befestigt, und über diesem Probenbehälter 10 sind in einer weiteren Kammer 11 Magnetventile 9 und 9 a für jeden Probenbehälter 1 untergebracht. Über eine Tragflansch 12 ist die Vorrichtung mit einem Zugmittel 13, zum Beispiel einem Unterwasserkabel mit integriertem Zugseil, verbunden, welches zum Heben und Senken der Vorrichtung in dem Brunnenrohr 14 dient und eine Tiefenregulierung mittels eines Teufenmessers ermöglicht.In the embodiment shown in Fig. 2, two sample containers 1 and 1 a with inlet openings 7 and 7 a are arranged one above the other. The upper sample container 1 is directly attached to the pressure vessel 10, and on this sample container 10 11 solenoid valves 9 and 9 a for each sample container 1 are housed in a further chamber. The device is connected via a support flange 12 to a traction means 13 , for example an underwater cable with an integrated traction rope, which serves to raise and lower the device in the well pipe 14 and enables depth regulation by means of a depth gauge.

Jede Einlauföffnung 7, 7 a ist bei dem Aus führungsbeispiel zwischen zwei mit einem geringen Abstand übereinander außen an dem Probenbehälter 1 angeordneten Dichtungslippen 15,16 bzw. 15 a,16 a versehen, die Vertikalströmungen gegen die Brunnenwand abdichten so daß die gewünschte Probe aus einer relativ geringen Schichthöhe gewonnen werden kann, da die Dichtungslippen den für die Messung gewünschten Schichtbereich gegen darüber- und darunterliegende Bereiche abdichtet.Each inlet opening 7 , 7 a is provided in the exemplary embodiment from between two sealing lips 15 , 16 and 15 a , 16 a , which are arranged at a small distance above one another on the outside of the sample container 1, which seal the vertical flows against the well wall so that the desired sample from one Relatively low layer height can be obtained, since the sealing lips seal the layer area desired for the measurement against areas above and below.

Zur Sicherung der Vorrichtung gegen Auftrieb ist an der Unterseite ein Gewicht 15 befestigt.To secure the device against buoyancy, a weight 15 is attached to the underside.

Zur Vermeidung von Fehlmessungen dient eine offene Leitung 18, die die Unterseite der Vorrichtung mit der Oberseite oberhalb der obersten Meßstelle verbindet, so daß das Meßmedium die Vorrichtung beim Absenken in das Meßmedium innen durchströmen kann. To avoid incorrect measurements, an open line 18 is used which connects the underside of the device to the top above the uppermost measuring point, so that the measuring medium can flow through the inside of the device when it is lowered into the measuring medium.

Mehrere Probenbehälter übereinander entsprechend der Ausbildung in der Fig. 2 ermöglichen die gleichzeitige Probenentnahme nacheinander an mehreren Stellen übereinander. Dabei ist es möglich, nach dem Füllen eines Probenbehälters eine neue Höheneinstellung vorzunehmen, um dann eine weitere Probe in einem zweiten Probenbehälter aufzunehmen. Für weitere Proben können auch drei oder mehr Probenbehälter übereinander angeordnet sein.A plurality of sample containers one above the other corresponding to the design in FIG. 2 enable the simultaneous sampling in succession at several points one above the other. It is possible to make a new height adjustment after filling a sample container in order to then take up a further sample in a second sample container. For further samples, three or more sample containers can also be arranged one above the other.

Claims

1. Device for taking samples from a pipe well, which can be lowered and lifted by a traction device in the well pipe, characterized by a pressure container ( 10 ) that can be filled with a gas under pressure and at least one sample container ( 1 ), both of which are arranged one above the other in a tubular configuration and can be connected to one another and to the environment above the sample container by means of a solenoid valve ( 9 ) in the line between the two containers ( 10 , 1 ), the sample container ( 1 ) having an upper inlet opening ( 7 ) with a float closure ( 8 ) having.

2. Device according to claim 1, characterized in that on the outside of the sample container ( 1 ) in the region of the inlet opening ( 7 ) elastic sealing means ( 15 , 16 ) are provided which delimit the depth range from which the sample is to be taken.

3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that an open line ( 18 ) connects the bottom and the top of the device with each other.

4. The device according to claim 2, characterized in that the inlet opening ( 7 ) is provided between two at a distance one above the other on the per ben container ( 1 ) arranged sealing lips ( 15 , 16 ).

5. Device according to claims 1 to 4, characterized in that the sample container ( 1 ) has two superimposed chambers ( 2 , 3 ) which in the partition ( 4 ) between the two chambers, a connection opening with a check valve ( 5 ) from one Float ball ( 6 ) is lockable.

6. Device according to claims 1 to 5, characterized in that a plurality of sample containers ( 1 , 1 a ) are arranged one above the other, the magnetic switch ( 9 , 9 a ) in the line for connection to the pressure container ( 10 ) are independently switchable.