EP1002906A2 - Brunnenrohr - Google Patents

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EP1002906A2
EP1002906A2 EP99121835A EP99121835A EP1002906A2 EP 1002906 A2 EP1002906 A2 EP 1002906A2 EP 99121835 A EP99121835 A EP 99121835A EP 99121835 A EP99121835 A EP 99121835A EP 1002906 A2 EP1002906 A2 EP 1002906A2
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EP
European Patent Office
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well pipe
well
filter
polymer
connecting sections
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EP1002906A3 (de
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Willi Dipl.-Ing. Keul
Wilhelm Meyer
Thomas D. Bloomfield
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RWE Power AG
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Rheinbraun AG
Meyer Rohr and Schacht GmbH
Rheinische Braunkohlenwerke AG
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
    • E03B—INSTALLATIONS OR METHODS FOR OBTAINING, COLLECTING, OR DISTRIBUTING WATER
    • E03B3/00—Methods or installations for obtaining or collecting drinking water or tap water
    • E03B3/06—Methods or installations for obtaining or collecting drinking water or tap water from underground
    • E03B3/08—Obtaining and confining water by means of wells
    • E03B3/16—Component parts of wells
    • E03B3/18—Well filters
    • 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
    • E21B43/02—Subsoil filtering
    • E21B43/08—Screens or liners
    • E21B43/082—Screens comprising porous materials, e.g. prepacked screens

Definitions

  • the invention relates to a well pipe according to the preamble of Claim 1.
  • Such well pipes are using coupling members can be assembled into a tensile pipe string which is used for
  • the piping of a well serves as individual well pipes
  • Filter tubes can be formed at least at intervals are arranged within the pipe string.
  • DE-OS 17 86 014 discloses a well filter tube, which has a support body designed as a skeleton or cage, which is provided with a surrounding jacket, which is a gravel pack is trained. It is assumed that the ends the cage at both ends of the filter tube from the gravel pack protrude to connect two successive pipes together to be able to.
  • This well-known well filter tube is proportional heavy because the support body designed as a cage or the like obviously made of metal. It also shows the Disadvantage that it is due to the presence of this scaffold is not easily dredged. This property is of particular importance if the well filter tube for drainage purposes in opencast mining, especially in lignite opencast mining, is used in areas that will be covered later Use of a bucket wheel excavator excavated become.
  • a well filter tube is known from DE-OS 17 84 288, which since it's just made from a granular bonded by resin Pack consists, without further dredging. Are there the two connecting sections located at the ends of the tube provided with a larger proportion of binder, so that they have greater strength.
  • the Connecting sections attached circumferential grooves that interact with one of the connecting sections of two neighboring Pipes joint sleeve each form a channel in a connecting element in the form of a coated wire rope section can be introduced.
  • the invention is based on the object to design well pipes of the type described in the introduction, that it has sufficient strength with a light weight, which also allows hanging well development without that asbestos cement would have to be used to manufacture it.
  • the production of the well pipe should also take place when it is is designed as a filter tube, at least not more difficult and be more complex than the known filter tubes.
  • the well filter tube 10 has a proportionate at each end short connecting section 12 made of polymer concrete and a section 14 located in between, as a gravel adhesive filter is formed and made of filter gravel and polyester or Vinyl ester resin is made. These resins can also act as binders can be used for the polymer concrete.
  • the well filter tube 10 is made of resin-bonded glass fiber rods 16 provided between its end faces 18th extend and run close to the inner boundary wall 20. This is essentially due to the fact that in the embodiment the well filter tube 10 in the area of the connecting sections 12 has a much smaller wall thickness than in the area of the gravel filter 14.
  • the glass fiber rods 16 can for example be provided with a diameter of 3-9 mm. Such glass fiber rods can have a tensile strength of more than 100 n / mm 2 .
  • the glass fiber rod can be designed on the outside so that the formation of a smooth surface is avoided. This can be achieved, for example, in that a wire or possibly also a glass fiber roving is spirally wound onto the glass fiber rod in order to achieve a positive connection between the glass fiber rod and polymer concrete or gravel filter.
  • the number of glass fiber rods depends on the particular circumstances, including the diameter of the well filter tube. In the majority of cases, about 20 to 25 such glass fiber rods will be arranged at regular intervals around the circumference.
  • the gravel filter 14 Since the gravel filter 14 must have a minimum permeability, which requires a pore volume of, for example, 36% is his Compressive strength noticeably lower than that of polymer concrete which the connecting sections 12 exist. However, this is of minor importance since it is essentially on it arrives that the pipe with vertical, i.e. hanging installation, Is able to absorb and transmit tensile forces.
  • the Connection to the neighboring pipe can be made via a sleeve take place, the respective connection section and that of adjacent connecting section of the adjoining pipe encloses, the positive connection between the not shown sleeve and the respective connection section 12 z. B. in a known manner by a wire rope or a polyamide rod takes place in the outside of the respective Connecting section 12 engages groove 22.
  • the one in the effective multi-tube axial pipe run These connecting elements cause tensile forces from pipe to Pipe transferred. The transmission takes place within the individual pipes the axial tensile forces essentially through the synthetic resin-bound Fiberglass rods.
  • the pipes are manufactured in a form that the outer and inner boundary of the tube defined.
  • the glass fiber rods are initially a ring-shaped form arranged and stressed on train, then successively first the material for the lower connecting section 12, then the material for section 14 made of filter gravel and then the material for the upper connection section be filled in.
  • the filled material will, before it starts to harden, compacted by a vibrator, taking it as far as the gravel filter concerns, the desired pore volume is to be observed.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Brunnenrohr (10) mit in Längsrichtung desselben innerhalb seiner Wandung verlaufenden und über den Umfang des Rohres in Abständen voneinander angeordneten Stäben (16) wobei das Brunnenrohr aus Polymerbeton und im Falle seiner Ausgestaltung als Brunnenfilterrohr auch aus einer als Filter wirkenden Kiespackung besteht und die als Glasfaserstäbe (16) ausgebildeten Stäbe die axialen Zugbelastungen übertragen. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Brunnenrohr gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Derartige Brunnenrohre sind unter Verwendung von Kupplungsgliedern zu einem zugfesten Rohrstrang zusammensetzbar, der zur Verrohrung eines Brunnens dient, wobei einzelne Brunnenrohre als Filterrohre ausgebildet sein können, die zumindest in Abständen innerhalb des Rohrstranges angeordnet sind.
Aus der DE-OS 25 30 370 ist ein derartiges Brunnenrohr aus Asbestzement bekannt. Asbestzementrohre haben den Vorteil, daß sie einerseits verhältnismäßig leicht und andererseits in der Lage sind, die beim hängenden Einbau eines solchen Rohrsstranges in einem Brunnen auftretenden erheblichen Zugkräfte aufzunehmen und auf die Einrichtung zu übertragen, an welcher der Rohrstrang während des Einbaus im Brunnen hängt.
Es ist ferner bekannt, derartige Brunnenrohre aus Asbestzement auch mit einem Filterkörper zu versehen, um sie als Filterrohre verwenden zu können. Die DE-PS 13 01 300 offenbart ein derartiges Filterrohr mit einem Tragrohr aus Asbestzement oder Kunststoff, dessen mit Löchern versehene Wand außenseitig eine durch eine Kiespackung gebildete mantelförmige Filterschicht trägt. Diese Löcher sind erforderlich, damit das durch die Filterschicht fließende Wasser in das Innere des Tragrohres eintreten kann. Abgesehen von den bereits erwähnten Bedenken bezüglich der weiteren Verwendung von Rohren aus Asbestzement weisen diese bekannten Brunnen-Filterrohre den Nachteil auf, daß das Anbringen der Löcher in den Wandungen erhebliche Kosten verursacht. Hinzu kommt, daß die freie Filterfläche bei diesen bekannten Rohren durch die Wandbereiche des Tragrohres, die zwischen den Löchern desselben vorhanden sind, eine erhebliche Einschränkung erfährt.
Die DE-OS 17 86 014 offenbart ein Brunnenfilterrohr, welches einen als Skelett oder Käfig ausgebildeten Stützkörper aufweist, der mit einem umlaufenden Mantel versehen ist, der als Kiespackung ausgebildet ist. Dabei wird vorausgesetzt, daß die Enden des Käfigs an beiden Enden des Filterrohres aus der Kiespackung herausragen, um zwei aufeinanderfolgende Rohre miteinander verbinden zu können. Dieses bekannte Brunnenfilterrohr ist verhältnismäßig schwer, da der als Käfig oder dgl. ausgebildete Stützkörper offensichtlich aus Metall besteht. Zudem weist es den Nachteil auf, daß es aufgrund des Vorhandenseins dieses Stützgerüstes nicht ohne weiteres abbaggerbar ist. Dieser Eigenschaft kommt dann eine besondere Bedeutung zu, wenn das Brunnenfilterrohr zu Entwässerungszwecken im Tagebau, insbesondere im Braunkohlentagebau, in Bereichen verwendet wird, die später unter Verwendung beispielsweise eines Schaufelradbaggers abgebaggert werden.
Aus der DE-OS 17 84 288 ist ein Brunnenfilterrohr bekannt, welches, da es lediglich aus einer durch Kunstharz gebundenen körnigen Packung besteht, ohne weiters abbaggerbar ist. Dabei sind die beiden an den Enden des Rohres befindlichen Verbindungsabschnitte mit einem größeren Anteil an Bindemittel versehen, so daß sie eine größere Festigkeit aufweisen. Außerdem sind an den Verbindungsabschnitten umlaufende Nuten angebracht, die im Zusammenwirken mit einer den Verbindungsabschnitten zweier benachbarter Rohre gemeinsamen Muffe jeweils einen Kanal bilden, in den ein Verbindungselement in Form eines ummantelten Drahtseilabschnittes eingeführt werden kann. Wenngleich diese Filterrohre ohne Schwierigkeiten abbaggerbar sind, ist ihre Beanspruchbarkeit auf Zug außerordentlich gering, so daß sie beim überwiegend angewendeten hängenden Ausbau eines Brunnens nicht verwendet werden können.
Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Brunnenrohr der einleitend beschriebenen Art so auszugestalten, daß es bei leichtem Gewicht eine ausreichende Festigkeit aufweist, die auch einen hängenden Brunnenausbau ermöglicht, ohne daß zu seiner Herstellung Asbestzement verwendet werden müßte. Dabei soll die Herstellung des Brunnenrohres auch dann, wenn es als Filterrohr ausgebildet ist, zumindest nicht schwieriger und aufwendiger sein als die bekannter Filterrohre.
Diese Aufgabe wird durch die Kombination der im Kennzeichen des Anspruches 1 angeführten Merkmale gelöst.
Die Anwendung von kunstharzgebundenen Glasfaserstäben ermöglicht es, Brunnenrohre mit großer Zugfestigkeit herzustellen, die kein wesentlich größeres Gewicht aufweisen als bekannte Brunnenrohre, z. B. aus Asbestezement, die ohne irgendwelche Verstärkungs- oder Stützeinlagen gefertigt sind. Zudem erfordern derartige Glasfaserstäbe keine zusätzlichen Maßnahmen zur Korrosionsvermeidung. Bei entsprechender Wahl des Kunstharzes für die Glasfaserstäbe einerseits und für den Polymerbeton sowie gegebenenfalls die Filterkiespackung andererseits kann eine kohäsive und/oder adhäsive Verbindung zwischen den Glasfaserstäben und den jeweiligen Abschnitten des Filterrohres herbeigeführt werden mit der Folge, daß ein als Filterrohr ausgebildetes Brunnenrohr in seiner Gesamtheit weniger heterogen ist als übliche Brunnenfilterrohre, die beispieslweise aus einer kunstharzgebundenen Kiesschicht und einem Skelett oder Rahmen aus Stahl bestehen. Diese weniger heterogene Beschaffenheit wirkt sich insbesondere dann günstig aus, wenn das Brunnenfilterrohr auf Zug vorgespannt wird, da aufgrund der homogenen Verbindungen zwischen den kunstharzgebundenen Glasfaserstäben und der Kiesfilterpackung bzw. dem Polymerbeton in den Verbindungabschnitten die Zugbeanspruchung gleichmäßiger auf das gesamte Brunnenfilterrohr verteilt werden kann, ohne daß die Gefahr eines Ablösens der den Rohrmantel bildenden Bestandteile vom Glasfaserstab besteht. Anzahl und Durchmesser der Glasfaserstäbe können so gewählt werden, daß bezüglich der insgesamt vorhandenen Umfangsfläche der Glasfaserstäbe und somit der Verbindungsfläche zwischen diesen und dem umgebenden Polymerbeton bzw. der umgebenden Filterkiespackung ein Optimum erzielbar ist.
In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Brunnenfilterrohr dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1
einen Längsschnitt durch ein Brunnenfilterrohr,
Fig. 2
einen den Endabschnitt des Brunnenfilterrohres dar stellenden Ausschnitt aus Fig. 1 in größerem Maßstab,
Fig. 3
einen Ausschnitt aus der Stirnansicht des Brunnenfil terrohres im Maßstab der Fig. 2.
Das Brunnenfilterrohr 10 weist an jedem Ende einen verhältnismäßig kurzen Verbindungsabschnitt 12 aus Polymerbeton und einen dazwischen befindlichen Abschnitt 14 auf, der als Kiesklebefilter ausgebildet ist und aus Filterkiesen und Polyester- oder Vinylesterharz besteht. Diese Harze können auch als Bindemittel für den Polymerbeton verwendet werden.
Das Brunnenfilterrohr 10 ist mit kunstharzgebundenen Glasfaserstäben 16 versehen, die sich zwischen seinen Stirnseiten 18 erstrecken und nahe der inneren Begrenzungswandung 20 verlaufen. Dies ist im wesentlichen darauf zurückzuführen, daß beim Ausführungsbeispiel das Brunnenfilterrohr 10 im Bereich der Verbindungsabschnitte 12 eine wesentlich geringere Wandstärke aufweist als im Bereich des Kiesfilters 14.
Die Glasfaserstäbe 16 können beispielsweise mit einem Durchmesser von 3 - 9 mm versehen sein. Derartige Glasfaserstäbe können eine Zugfestigkeit von mehr als 100 n/mm2 aufweisen. Für die bessere Verankerung des einzelnen Glasfaserstabes im Polymerbeton bzw. in der Filterpackung kann der Glasfaserstab außenseitig so ausgebildet sein, daß das Entstehen einer glatten Oberfläche vermieden wird. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß auf den Glasfaserstab ein Draht oder ggf. auch ein Glasfaserroving spiralförmig aufgewickelt ist, um so auch eine formschlüssige Verbindung zwischen Glasfaserstab und Polymerbeton bzw. Kiesfilter zu erzielen. Die Anzahl der Glasfaserstäbe hängt von den jeweiligen Gegebenheiten, auch vom Durchmesser des Brunnenfilterrohres, ab. In der Mehrzahl der Fälle werden etwa 20 bis 25 derartiger Glasfaserstäbe in regelmäßigen Abständen um den Umfang herum verteilt angeordnet sein.
Da das Kiesfilter 14 eine Mindestdurchlässigkeit aufweisen muß, die ein Porenvolumen von beispielsweise 36% erfordert, ist seine Druckfestigkeit merklich geringer als die des Polymerbetons, aus welchem die Verbindungsabschnitte 12 bestehen. Dies ist jedoch von untergeordneter Bedeutung, da es im wesentlichen darauf ankommt, daß das Rohr bei vertikalem, also hängendem Einbau, Zugkräfte aufzunehmen und zu übertragen in der Lage ist. Die Verbindung zum jeweils benachbarten Rohr kann über eine Muffe erfolgen, die den jeweiligen Verbindungsabschnitt und den des benachbarten Verbindungsabschnittes des anschließenden Rohres umschließt, wobei die formschlüssige Verbindung zwischen der nicht dargestellten Muffe und dem jeweiligen Verbindungabschnitt 12 z. B. auf bekannte Weise durch ein Drahtseil oder einen Polyamidstab erfolgt, das bzw. der in die außen am jeweiligen Verbindungsabschnitt 12 angebrachte Nut 22 eingreift. Die in dem aus mehreren Rohren bestehenden Rohrstrang wirksamen axialen Zugkräfte werden durch diese Verbindungselemente von Rohr zu Rohr übertragen. Innerhalb der einzelnen Rohre erfolgt die Übertragung der axialen Zugkräfte im wesentlichen durch die kunstharzgebundenen Glasfaserstäbe.
Die Herstellung der Rohre erfolgt in einer Form, die die äußere und innere Begrenzung des Rohres definiert. In diese im Querschnitt einen Ring darstellende Form werden zunächst die Glasfaserstäbe angeordnet und auf Zug beansprucht, worauf dann aufeinanderfolgend zunächst das Material für den unteren Verbindungsabschnitt 12, dann das Material für den Abschnitt 14 aus Filterkies und dann das Material für den oberen Verbindungsabschnitt eingefüllt werden.
Das eingefüllte Material wird, bevor es beginnt auszuhärten, durch einen Rüttler verdichtet, wobei dabei, soweit es das Kiesfilter betrifft, das angestrebte Porenvolumen zu beachten ist.
Zur Herstellung von Brunnenrohren, die ohne Filterpackung und somit durchgehend aus Polymerbeton hergestellt sind, wird eine Form verwendet, die über die gesamte Länge einen konstanten Außendurchmesser aufweist, der beispielsweise dem in den Endbereichen 12 des in den Fig. 1 - 3 dargestellten Brunnenfilterrohres entspricht. Da das Rohr über seine gesamte Länge aus Polymerbeton besteht, wird demzufolge auch ausschließlich Polymerbeton in die Form eingefüllt, nachdem zuvor darin die Glasfaserstäbe angeordnet und auf Zug beansprucht sind.
In beiden Fällen, also beim normalen Brunnenrohr mit geschlossener Wandung und dem Brunnenfilterrohr übernehmen die Glasfaserstäbe die axialen Zugbelastungen, so daß das Brunnenrohr gemäß der Erfindung dort einsetzbar sind, wo auch bekannte Brunnenrohre eingesetzt werden können, zumal es den Vorteil der Abbaggerbarkeit aufweist. Das Brunnenrohr ist jedoch auch ohne weiteres mit vorteil dort einsetzbar, wo diese Eigenschaft keine Rolle spielt.

Claims (12)

  1. Brunnenrohr (10) mit in seiner Längsrichtung innerhalb seiner Wandung verlaufenden und über den Umfang des Rohres in Abständen voneinander angeordneten Stäben (16), wobei die Wandung aus mit polymergebundenen kiesartigen Körnern hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe als kunstharzgebundene Glasfaserstäbe (16) ausgebildet sind, die mit der Wandung kohäsiv und/oder adhäsiv verbunden sind und in Längsrichtung auf Zug vorgespannt sind.
  2. Brunnenrohr (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Brunnenrohr (10) an jedem seiner Enden einen Verbindungsabschnitt (12) für wenigstens ein Kupplungsglied aufweist, mittels welchem das Brunnenrohr (10) mit anderen Brunnenrohren zu einer zugfesten Rohrleitung zusammensetzbar ist.
  3. Brunnenrohr (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es über seine gesamte Länge aus Polymerbeton besteht.
  4. Brunnenrohr (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Verbindungsabschnitte (12) aus Polymerbeton bestehen und zwischen diesen beiden Verbindungsabschnitten (12) ein als Filter (14) ausgebildeter Abschnitt angeordnet ist, der ebenfalls aus mit Polymer gebundenen kiesartigen Körnern hergestellt ist, wobei der Polymeranteil an den Verbindungsabschnitten (12) größer ist als in dem zwischen diesen befindlichem Filterabschnitt (14), der als Kiespackung ausgebildet ist.
  5. Brunnenrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine derartige Ausgestaltung der Oberfläche der Stäbe (16), daß zumindest ein teilweiser Formschluß zwischen Oberflächen der Stäbe und dem das Brunnenrohr bzw. die Verbindungsabschnitte (12) bildenden Polymerbeton und/oder gegebenenfalls dem Filtermantel (14) entsteht.
  6. Brunnenrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Polymer-Bindemittel ein Polyesterharz verwendet wird.
  7. Brunnenrohr nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Polymer-Bindemittel ein Vinylesterharz verwendet wird.
  8. Brunnenrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Polymeranteil in den Verbindungsabschnitten (12) etwa 10% - 15% und im Filtermantel (14) 4% - 7% beträgt.
  9. Brunnenrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke des Brunnenrohres im Bereich des Filterabschnitts (14) größer ist als im Bereich der beiden Verbindungsabschnitte (12).
  10. Brunnenrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kunstharzgebundenen Glasfaserstäbe (16) auch mit der Filterpackung (14) kohäsiv oder adhäsiv verbunden sind.
  11. Brunnenrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (16) sich zwischen den beiden stirnseitigen Begrenzungen (18) des Brunnenrohres (10) erstrecken.
  12. Brunnenrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsabschnitte (12) mit umlaufenden nutförmigen Vertiefungen (22) zur Aufnahme eines Verbindungselementes versehen sind.8j
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