EP0778393B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erhaltung der Leistungsfähigkeit neuer Brunnen sowie zur Reinigung und Regenerierung bestehender Brunnen mittels Ultraschall - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Erhaltung der Leistungsfähigkeit neuer Brunnen sowie zur Reinigung und Regenerierung bestehender Brunnen mittels Ultraschall Download PDF

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EP0778393B1
EP0778393B1 EP96250281A EP96250281A EP0778393B1 EP 0778393 B1 EP0778393 B1 EP 0778393B1 EP 96250281 A EP96250281 A EP 96250281A EP 96250281 A EP96250281 A EP 96250281A EP 0778393 B1 EP0778393 B1 EP 0778393B1
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EP
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cleaning
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transducer
well
pump
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EP0778393A2 (de
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Gerhard Geisen
Klaus Prof. Dr. Jacobs
Andreas Bartetzko
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DAEHNE BRUNNENBAU VELTEN GMBH
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Dahne Brunnenbau Velten GmbH
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B37/00—Methods or apparatus for cleaning boreholes or wells
    • E21B37/08—Methods or apparatus for cleaning boreholes or wells cleaning in situ of down-hole filters, screens, e.g. casing perforations, or gravel packs
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/003—Vibrating earth formations

Definitions

  • the present invention relates to a method and a Device for maintaining the performance of new Wells as well as for cleaning and regeneration of existing ones Wells, particularly wells.
  • the currently most common type of fountain is the Drilling wells, with vertical and horizontal wells be distinguished.
  • the vertical well is there in principle from a pipe string that after sinking one Hole is inserted into the borehole.
  • the pipe string has inlet openings at the level of the water-bearing layers or filter pipes for the passage of water.
  • the fountain To fine sand of the upcoming soil from the entry openings to keep away, the fountain must be with such a large borehole diameters are made that between Filter tube and borehole a sufficient fill from sieved and washed filter gravel can be.
  • a phenomenon feared in well construction is the so-called blocking of well filters, which can lead to a considerable loss of performance in the well in question.
  • the cause of the loosening is water level fluctuations in the area of the filter tube as a result of water extraction, which lead to the fact that Fe 2+ ions in the trapped water of the filter are oxidized to Fe 3+ ions by the entrained oxygen-containing soil air, which precipitate out as poorly soluble Fe 3+ hydroxides and as a result of the constant repetition of this process, gradually close the flow paths in the filter gravel and the inlet openings in the filter tube.
  • the loosening takes place independently of the filter material and can generally only be avoided by keeping the water level in the well above the upper edge of the filter tube. However, this is hardly possible in practical operation.
  • iron bacteria can also cause a loosening be conditional on their metabolic activity Convert divalent iron into trivalent iron. On this also leads to the formation of sparingly soluble Hydroxide.
  • WO-A-91/12406 already describes a method for Cleaning and regeneration of wells and in particular to remove incrustations in the form of Blockages and / or sintering known the well pipe and a gravel fill surrounding it be ultrasonically applied to the Loosen incrustations and vacuum with water.
  • the present invention is therefore based on the object based on a method and an apparatus for Maintaining the performance of new wells as well as Cleaning and regeneration of existing wells Specify ultrasound or design so that a effective and inexpensive cleaning of the well is guaranteed.
  • the object is achieved with a method solved according to the features of claim 1.
  • the basic idea of the invention is in that a delimited section of each Well filter and the adjoining one Filter gravel area in the stationary state of the Ultrasound generator applied as long as ultrasound until a measurement is taken in the extracted medium Cleaning effect is proven.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that in the well in question Packer used to delimit a cleaning area between which a submersible is placed becomes.
  • the cleaning process is thus on one defined, enclosed space concentrated, whereby the cleaning performance is increased.
  • Another advantageous embodiment is that the removed by the pump, the detached Well water containing particles of a measuring device is supplied in the physical and / or chemical Characteristics measured to determine cleaning success become. This way, in the interest of a quick Total cleaning can be determined when cleaning completed in a given well area and the cleaning process in neighboring areas can continue.
  • the device according to the invention essentially consists from a submersible transducer which emits ultrasonic vibrations, a device for positioning the Submersible within the well and one of them detached particle-removing pump.
  • the device shown in Figure 1 comprises a Submersible transducer 3 with a supply cable 2 a generator 1 arranged outside the fountain 4 connected is.
  • the diving transducer 3 is in the fountain 4 in the arranged at the top of the filter section.
  • Above and Packers 5 are arranged below the immersion transducer 3, which one within the water column of the fountain certain working area of the submersible transducer 3 delimit.
  • the diving transducer 3 is adjustable with a rope 6 Submersible pump 7 connected in the upper Packer 5 is arranged.
  • a pipe leads from the pump 7 8 from the well 4 to a measuring device 9, in the pumped water by means of electrodes 10 and measured organoleptically continuously and on this Way the cleaning success can be determined.
  • the pH value, the turbidity and / or other parameters of the pumped out Water can be detected by the concentration of the loosened ocher particles in the water and one Statement about cleaning performance and / or cleaning success allow.
  • the fountain filter is basically sonicated horizontal and acts on both the filter tube and also on the filter gravel and floor area behind 11. To remove the loosened ocher particles immediately to remove the cleaning area, the water above the immersion transducer 3 by the pump 7 continuously aspirated.
  • the pump 7 is expedient controlled so that the submersible 3 always from Water is surrounded.
  • a submersible transducer 3 with several transducers 12 use.
  • the one in FIGS. 2 and 3 Immersible transducer 3 shown has a polygonal trained outer jacket 13 and is with a total twenty star-shaped vibrators 12 equipped so that an intensive sound reinforcement of the relevant filter section is achieved.
  • the Diving transducer 3 shown has a power output of around 1200 watts.
  • the diameter of the plunger 3 is in relation to the well pipe chosen so that the distance to the pipe wall is as low as possible, but still one there is sufficient scope.
  • encrusted and / or clogged well filters not only cleaned, but deposits that contribute to loss of performance Lead wells, can also be prevented preventively.
  • the invention is not restricted in its implementation to the above embodiment. Much more a number of variants are conceivable, which of the shown solution even with fundamentally different types Make use of the remarks.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erhaltung der Leistungsfähigkeit neuer Brunnen sowie zur Reinigung und Regenerierung bestehender Brunnen, insbesondere von Bohrbrunnen.
Die gegenwärtig verbreitetste Brunnenform ist der Bohrbrunnen, wobei vertikale und horizontale Bohrbrunnen unterschieden werden. Der vertikale Bohrbrunnen besteht im Prinzip aus einem Rohrstrang, der nach Abteufen einer Bohrung in das Bohrloch eingesetzt wird. Der Rohrstrang weist in Höhe der wasserführenden Schichten Eintrittsöffnungen bzw. Filterrohre zum Durchtritt des Wassers auf. Um feinen Sand des anstehenden Bodens von den Eintrittsöffnungen fernzuhalten, muß der Brunnen mit einem so großen Bohrlochdurchmesser hergestellt werden, daß zwischen Filterrohr und Bohrloch eine ausreichende Schüttung aus gesiebtem und gewaschenen Filterkies eingebracht werden kann.
Eine im Brunnenbau gefürchtete Erscheinung ist die sogenannte Verockerung von Brunnenfiltern, die zu einem erheblichen Leistungsverlust bei dem betreffenden Brunnen führen kann. Ursache der Verockerung sind Wasserspiegelschwankungen im Bereich des Filterrohres infolge Wasserförderung, welche dazu führen, daß Fe2+-Ionen im Haftwasser der Filter durch die nachgesogene sauerstoffhaltige Bodenluft zu Fe3+-Ionen oxidiert werden, die als schwer lösliche Fe3+-Hydroxide ausfallen und infolge ständiger Wiederholung dieses Vorganges die Fließwege im Filterkies sowie die Eintrittsöffnungen im Filterrohr allmählich verschließen. Die Verockerung erfolgt unabhängig vom Filtermaterial und kann im allgemeinen nur dadurch vermieden werden, daß der Wasserspiegel im Brunnen stets oberhalb der Oberkante des Filterrohres gehalten wird. Dies ist im praktischen Betrieb jedoch kaum möglich.
Darüber hinaus kann eine Verockerung auch durch Eisenbakterien bedingt sein, welche bei ihrer stoffwechseltätigkeit zweiwertiges Eisen in dreiwertiges umwandeln. Auf diese Weise kommt es ebenfalls zur Bildung schwerlöslichen Hydroxids.
Durch Zugabe von Säuren, etwa von Salzsäure, könnte versucht werden, die Ockerablagerungen aufzulösen. Diese Vorgehensweise ist aber infolge der damit verbundenen Umweltgefährdung und der korrosiven Wirkung der Säuren kaum ernsthaft diskutierbar und in-situ wohl auch kaum technisch realisierbar.
Aus der WO-A-91/12406 ist bereits ein Verfahren zur Reinigung und Regenerierung von Brunnen und insbesondere zur Beseitigung von Inkrustierungen in Form von Verockerungen und/oder Versinterungen bekannt, bei dem das Brunnenrohr und eine dieses umgebende Kiesschüttung mit Ultraschall beaufschlagt werden, um die Inkrustierungen zu lösen und mit dem Wasser abzusaugen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erhaltung der Leistungsfähigkeit neuer Brunnen sowie zur Reinigung und Regenerierung bestehender Brunnen mit Ultraschall anzugeben bzw. so auszubilden, daß eine effektive und kostengünstige Reinigung des Brunnens gewährleistet ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht mit anderen Worten darin, daß jeweils ein abgegrenzter Abschnitt des Brunnenfilters und des sich an diesen anschließenden Filterkiesbereiches im stationären Zustand des Ultraschallgebers solange mit Ultraschall beaufschlagt wird, bis in dem abgesaugten Medium durch Messungen eine Reinigungswirkung nachgewiesen ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß in dem betreffenden Brunnen Packer zur Abgrenzung eines Reinigungsbereiches eingesetzt werden, zwischen denen ein Tauchschwinger angeordnet wird. Der Reinigungsprozeß ist somit auf einen definierten, abgeschlossenen Raum konzentriert, wodurch die Reinigungsleistung gesteigert wird.
Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß das mittels der Pumpe abgeförderte, die abgelösten Partikel enthaltende Brunnenwasser einer Meßeinrichtung zugeführt wird, in der physikalische und/oder chemische Kenngrößen zur Ermittlung des Reinigungserfolges gemessen werden. Auf diese Weise kann im Interesse einer schnellen Gesamtreinigung festgestellt werden, wann die Reinigung in einem vorgegebenen Brunnenbereich abgeschlossen ist und der Reinigungsvorgang in benachbarten Bereichen fortgesetzt werden kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Ultraschallschwingungen emittierenden Tauchschwinger, einer Einrichtung zum Positionieren des Tauchschwingers innerhalb des Brunnens und einer die abgelösten Partikel abführenden Pumpe.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1
eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung innerhalb eines zu reinigenden Brunnens;
Fig. 2
eine schematische Seitenansicht eines teilweise aufgeschnitten dargestellten Tauchschwingers mit mehreren Schwinggebern; und
Fig. 3
eine Draufsicht auf den Tauchschwinger gemäß Figur 2 ohne obere Abdeckung.
Die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung umfaßt einen Tauchschwinger 3, der über ein Versorgungskabel 2 mit einem außerhalb des Brunnens 4 angeordneten Generator 1 verbunden ist. Der Tauchschwinger 3 ist im Brunnen 4 im oberen Bereich der Filterstrecke angeordnet. Oberhalb und unterhalb des Tauchschwingers 3 sind Packer 5 angeordnet, welche innerhalb der Wassersäule des Brunnens einen bestimmten Arbeitsbereich des Tauchschwingers 3 abgrenzen.
Der Tauchschwinger 3 ist über ein Seil 6 mit einer regelbaren Unterwassermotorpumpe 7 verbunden, die im oberen Packer 5 angeordnet ist. Von der Pumpe 7 führt eine Rohrleitung 8 aus dem Brunnen 4 zu einer Meßeinrichtung 9, in der das abgepumpte Wasser mittels Elektroden 10 sowie organoleptisch kontinuierlich gemessen und auf diese Weise der Reinigungserfolg ermittelt werden kann. Beispielsweise können mit der Meßeinrichtung 9 der pH-Wert, die Trübung und/oder andere Parameter des abgepumpten Wassers erfaßt werden, die von der Konzentration der abgelösten Ockerpartikel im Wasser abhängen und eine Aussage über die Reinigungsleistung und/oder den Reinigungserfolg gestatten.
Die Beschallung des Brunnenfilters erfolgt im wesentlichen horizontal und wirkt sowohl auf das Filterrohr als auch auf den dahinterliegenden Filterkies- und Bodenbereich 11. Um die abgelösten Ockerpartikel sofort aus dem Reinigungsbereich zu entfernen, wird das Wasser oberhalb des Tauchschwingers 3 durch die Pumpe 7 kontinuierlich abgesaugt. Die Pumpe 7 wird dabei zweckmäßigerweise so gesteuert, daß der Tauchschwinger 3 stets von Wasser umgeben ist.
Wenn die Reinigung eines in Höhe des Tauchschwingers 3 liegenden Filterbereiches abgeschlossen ist, wird der Tauchschwinger 3 um ein seiner Höhe entsprechendes Maß mit einer (nicht dargestellten) Hebevorrichtung abgesenkt und der Reinigungsvorgang für den nächsten Bereich durchgeführt. Dies wird solange wiederholt, bis das untere Ende der Filterstrecke erreicht ist. Das positionsgenaue Absenken bzw. Anheben des Tauchschwingers kann vorzugsweise mit einem Seil- oder Kettenhebezeug erfolgen.
Um eine hohe Reinigungsleistung zu erzielen, ist es zweckmäßig, einen Tauchschwinger 3 mit mehreren Schwinggebern 12 einzusetzen. Der in den Figuren 2 und 3 dargestellte Tauchschwinger 3 weist einen polygonal ausgebildeten Außenmantel 13 auf und ist mit insgesamt zwanzig sternförmig ausgerichteten Schwinggebern 12 ausgerüstet, so daß eine intensive Beschallung des betreffenden Filterstreckenabschnittes erzielt wird. Der dargestellte Tauchschwinger 3 leistet rund 1200 Watt.
Der Durchmesser des Tauchschwingers 3 ist in bezug auf das Brunnenrohr so gewählt, daß der Abstand zur Rohrwandung möglichst gering ist, aber immer noch ein ausreichender Spielraum vorhanden ist.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können verkrustete und/oder verstopfte Brunnenfilter nicht nur gereinigt, sondern Ablagerungen, die zu Leistungsverlusten bei Brunnen führen, auch präventiv verhindert werden.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, die von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen.
Bezugszeichenliste
1
Ultraschallgenerator
2
Versorgungskabel
3
Tauchschwinger
4
Brunnen
5
Packer
6
Seil
7
Pumpe
8
Rohrleitung
9
Meßeinrichtung
10
Elektroden
11
Filterkies- und Bodenbereich
12
Schwinggeber
13
Außenmantel

Claims (10)

  1. Verfahren zur Erhaltung der Leistungsfähigkeit neuer Brunnen sowie zur Reinigung und Regenerierung bestehender Brunnen, bei dem der Brunnenfilter mit von einem Ultraschallgeber ausgehenden Ultraschallschwingungen beaufschlagt und das mit abgelösten Partikeln angereicherte Wasser abgesaugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Brunnenfilter und der sich daran anschließende Filterkiesbereich bis zum Erreichen eines durch Messungen in dem abgesaugten Medium nachgewiesenen Reinigungseffekts ohne mechanische oder hydromechanische Einwirkung im stationären Zustand des Ultraschallgebers jeweils abschnittsweise mit Ultraschall beaufschlagt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Absaugen des Wasser während der Ultraschallbehandlung kontinuierlich erfolgt und so gesteuert wird, daß der Ultraschallgeber stets von Wasser umgeben ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei den zur Bestimmung des Reinigungseffekts vorgenommenen Messungen physikalische und/oder chemische Kenngrößen ermittelt werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Reinigungserfolg durch Messung der Wassertrübung und/oder des pH-Werts ermittelt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Reinigungserfolg organoleptisch ermittelt wird.
  6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem zwischen zwei innerhalb des Brunnenfilters höhenverstellbaren Packern angeordneten Ultraschallgeber und einer Pumpe zum Absaugen des mit Partikeln angereicherten Brunnenwassers, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (7) unmittelbar in den oberen Packer (5) integriert und über eine Rohrleitung (8) mit einer Meßeinrichtung (9) zur Feststellung physikalischer und/oder chemischer Kenngrößen verbunden ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (7) zur Gewährleistung des ständigen Eintauchens des Ultraschallgebers in das Brunnenwasser in ihrer Förderleistung steuerbar ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallgeber ein an den oberen Packer (5) angehängter Tauchschwinger (3) ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauchschwinger (3) zur Erzielung einer intensiven Beschallung in dem jeweiligen Filterstreckenabschnitt aus einer Mehrzahl an einem polygonal ausgebildeten Außenmantel angeordneter Schwinggeber (12) gebildet ist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Positionierung des aus den Packern (5) samt Schwinggeber (3) und Pumpe (7) gebildeten Reinigungsgerätes in dem zu reinigenden Filterstreckenabschnitt ein Seil- oder Kettenhebezeug vorgesehen ist.
EP96250281A 1995-12-07 1996-12-05 Verfahren und Vorrichtung zur Erhaltung der Leistungsfähigkeit neuer Brunnen sowie zur Reinigung und Regenerierung bestehender Brunnen mittels Ultraschall Expired - Lifetime EP0778393B1 (de)

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