EP1327053A2 - Verfahren und abpumpmittel zur verbesserung der wasserzufuhr zu einer quelle oder einem wassergewinnungsbrunnen - Google Patents

Verfahren und abpumpmittel zur verbesserung der wasserzufuhr zu einer quelle oder einem wassergewinnungsbrunnen

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Publication number
EP1327053A2
EP1327053A2 EP01988816A EP01988816A EP1327053A2 EP 1327053 A2 EP1327053 A2 EP 1327053A2 EP 01988816 A EP01988816 A EP 01988816A EP 01988816 A EP01988816 A EP 01988816A EP 1327053 A2 EP1327053 A2 EP 1327053A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
well
water
pipe
carbon dioxide
earth
Prior art date
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Granted
Application number
EP01988816A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1327053B1 (de
Inventor
Godefridus Marinus Van Manen
Jaap Kuijpers Wentink
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Hoek Loos BV
Original Assignee
Linde Gas AG
Hoek Loos BV
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Publication date
Application filed by Linde Gas AG, Hoek Loos BV filed Critical Linde Gas AG
Publication of EP1327053A2 publication Critical patent/EP1327053A2/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1327053B1 publication Critical patent/EP1327053B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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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
    • E21B36/00—Heating, cooling or insulating arrangements for boreholes or wells, e.g. for use in permafrost zones
    • E21B36/001—Cooling arrangements
    • 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
    • E21B43/25—Methods for stimulating production
    • E21B43/255—Methods for stimulating production including the injection of a gaseous medium as treatment fluid into the formation

Definitions

  • the invention relates to a method for improving the water supply from a water-containing layer of earth to a source or a well located in the ground, in particular a water well, which source or well consists of a borehole which extends into the aforementioned layer of earth or into the groundwater, first the well or a part of the well is closed by shut-off means so that the lower part of the well is hermetically closed at the top and can be pressurized, which shut-off means contain a shut-off device which is fastened on or in the casing pipe or riser pipe of the well and this hermetically seals which shut-off device contains an inflow pipe in order to be able to feed a substance (such as a gas, a liquid or a solid substance) under a desired pressure into the lower part of the well, which is closed at the top.
  • a substance such as a gas, a liquid or a solid substance
  • Water is pumped out of water-containing layers of earth through wells or springs. Over time, the water output from water wells always decreases because the supply to the well gradually becomes muddy.
  • the wells or wells may be silted up mechanically, biologically or chemically, or a combination of these.
  • the sludge may have been caused by particles carried in the water, by the growth of bacteria or by the deposition of, for example, lime, iron or other chemical substances or compounds, or a combination of these factors.
  • Another method of improving water flow to wells is to force new openings near the bottom of the well pipe by dynamite-creating new cracks in the layer of earth in the hope that the well's performance will increase.
  • This method is used for dry wells that are in a rocky area Soil and which have dried out.
  • the use of dynamite often results in the well being damaged in such a way that it is no longer usable. In any case, such a method cannot be used with a large number of wells such as water extraction wells.
  • the object of the present invention is a method by which it is possible to increase the yield of an existing well, the yield of which has decreased over time, e.g. was halved, again to enlarge and in particular a method for optimizing the inflow of water from a water-containing layer of earth to a well, or from groundwater to a water extraction well, in which the quality of the water pumped out did not deteriorate after cleaning the well.
  • the object of the invention is achieved with the method described at the beginning by first bringing the shut-off means into the well, so that the feed pipe is so deep in the well that it opens at a depth of the well, which lies in the water-containing layer of earth, by then the shut-off device is attached in an airtight manner in or on the well by subsequently introducing gaseous carbon dioxide through the inflow pipe into the lower part of the well, under a certain pressure which is above the pressure of the hydrostatic pressure prevailing at the outflow opening of the inflow pipe until the well is filled with gas to below the outflow opening of the inflow pipe, - by subsequently adding carbon dioxide through the inflow pipe under the same previously specified certain pressure for a certain period of time, as a result of which under the near the end of the pipe - the pressure and the prevailing temperature, the water located near the end of the pipe and the layer of earth gradually change to the solid phase over a certain distance from the outlet opening of the inflow pipe, that is to say freeze, by subsequently taking the pressure off the well and then,
  • a gas or a liquid gas and preferably first liquid nitrogen gas and then carbon dioxide under a certain pressure is then introduced into the well via this shut-off means in order to freeze the water in the well and the earth layer surrounding the well, and then to keep the gas or liquefied gas introduced into the well under a desired pressure for a certain period of time and then to rapidly reduce the pressure on the well, as a result of which the introduced gas cools down adiabatically, the water - which is in and around the well Earth layer is located, further strongly below it cools down to freezing point so that as much of the water as possible in the well and around the well freezes.
  • the well After the well is filled to a desired height with solid carbon dioxide, the well is left for some time until the solid carbon dioxide is sublimated, so that due to the low temperature of the solid carbon dioxide, the water which is in the well and in the adjacent part of the The earth layer surrounding the well is as far as possible from the well in the earth layer is frozen.
  • Both methods intend to freeze the water, which is in the well pipe and in the soil surrounding the well pipe, as far as possible from the well in the water-containing layer of earth, so that new openings and cracks are created in the layer of earth, so that the water from the layer of earth again can flow to the well.
  • Water that freezes expands. So, after the water in the well is frozen, the water that is there will freeze as the environment cools further and deeper. As soon as a lot of water is then enclosed and then freezes, freezing this amount of water exerts enormous forces on the surrounding earth layer, which enlarges existing openings and displaces surrounding parts of the earth layer.
  • the water should contain as little gas as possible so that the gas bubbles in the water do not reduce the forces that occur.
  • the temperature which can be maintained in the well for a certain time during the sublimation of the carbon dioxide in the well is at least below the triple point of carbon dioxide, namely at -60 ° Celsius.
  • this method is therefore particularly suitable for use in springs and water extraction wells, the water yield of which has decreased, for example has been halved, and at where the groundwater is sucked in from a water-containing layer of soil over several dozen meters of depth difference.
  • the invention further relates to pumping means for removing, from a water well, loose particles suspended in water, for example, or from products dissolved in water, both from the water-containing earth layer present around the water fountain and from the near-water layer in the well existing filter means,
  • pumping means consist of a suction pipe, at the near the lower end of two parallel to each other and at a mutual distance perpendicular to the suction pipe, flat plate-shaped devices, the outer diameter of which corresponds approximately to the inner diameter of the riser pipe, so that a closed Space is formed, which is bounded laterally by the wall of the riser pipe and both on the top and on the bottom by the two plate-shaped devices, which suction pipe has one or more inflow openings, which are located in that part of the suction pipe, which are in the closed There is space between the two plate-shaped devices and which device contains pumping means which can discharge the water from the well via the suction pipe.
  • the pumping means in the suction pipe near the closed space, but above the inflow openings of the suction pipe contain a supply for gas, or because an inflow pipe for gas is arranged in the suction pipe, which opens into the suction pipe, close but above the inflow openings of the suction pipe, is achieved that the water with the particles is discharged very quietly upwards by the air bubble flow and also the particles in suspension remain in suspension.
  • a pump can possibly be added.
  • Fig. 1 shows a water extraction well in cross section
  • Figures 2 to 6 show a series of phases of the method for improving the inflow of water to the well
  • FIG. 7 shows the well from FIG. 1 in which pumping means according to the invention are shown.
  • FIG. 1 shows a cross section of a source or a water extraction well 1.
  • This well 1 consists of a borehole 2 with a diameter of 600 mm, which extends to a depth of a good 80 meters below the earth's surface 3.
  • a 4 meter thick layer 5 of clay is attached and on top of it a riser pipe 6 made of PVC with a diameter of 250 mm.
  • the foot of the riser consists of a sand trap 7, which is closed at the bottom and the standing wall 8 of which is approximately 1 meter.
  • part 9 of the wall 8 of the riser is provided with filter slots or perforations 10 with a diameter of 0.75 mm as a filter or sieve through which the water can flow into the riser 6, while the rest of the upper one Part 11 of the riser pipe 6 consists of a wall 12 impermeable to water.
  • the borehole is filled with special filter grade filter gravel, the diameter of which is between 1.0 mm and 1.6 mm, which together with the filter part 9 of the riser 6 forms the filter 14 for the inflowing water.
  • the riser pipe is surrounded by a certain type of clay 15, which thereby forms an impenetrable layer for water and in the extension of the impenetrable bottom layer 16, which delimits the upper side of the water-containing earth layer 17.
  • Tab The borehole is filled with gravel 18 with a diameter between 2.0 and 5.0 mm, 38 meters to approximately 6 meters below the surface. A layer of clay 19 of 3 meters is then applied and the borehole is filled with gravel 20 up to the top.
  • FIG. 2 schematically shows the same water extraction well from FIG. 1, the riser pipe being closed by a shut-off device 21, also known under the name “Packer”, through which the feed pipe 22 protrudes, while there is water in the riser pipe 6 both above and below the shut-off device.
  • the supply pipe 22 for the carbon dioxide is so deep in the water extraction well or well 1 that the outflow opening 23 of the supply pipe 22 is located at the desired depth in the water extraction well 1.
  • FIG. 3 shows schematically the same water extraction well 1 while carbon dioxide is being fed into the well, the temperature of the carbon dioxide gas not being so important since the water in the well has a high thermal output and will only freeze after the water in the well has been gaseous Carbon dioxide was replaced.
  • FIG. 4 schematically shows the same water extraction well after the water has been pressed below the outflow opening 23 and before the well is frozen. Schematically, a drawn line 24 roughly shows which part of the well and the surrounding filter 14 has been filled with the gas, FIG.
  • FIG. 5 shows the same water extraction well after carbon dioxide, the temperature of which has been introduced into the lower closed part of the water extraction well for a long time Freezing point of water and before the well is thawed, schematically with a dashed line Line 25 shows the part of the well, the surrounding filter 14 and the surrounding water-containing earth layer 17, which is below the freezing point of the water before the well is thawed.
  • FIG. 6 schematically shows the same water extraction well, the method being used at a different depth in the well and the same state being shown as in FIG. 5.
  • FIG. 7 shows the same well as shown in FIG. 1, with pumping means 26 being introduced in the well for the gradual, gradual pumping out of the water with the substances dissolved therein and the particles in suspension from the filter 14 surrounding the well and the water-containing earth layer 17.
  • the pumping means consist of a suction pipe 27 on which near the lower end two flat plate-shaped devices 28 and 29 fastened parallel to one another and at a mutual distance from one another perpendicularly, the outer diameter of which corresponds approximately to the inner diameter of the riser pipe 6, so that a closed space is thus formed, which is delimited laterally by the wall of the riser tube 6 and at the top by one plate-shaped device and at the bottom by the other plate-shaped device.
  • the suction pipe 27 has a series of inflow openings 30.
  • a supply 31 for gas is provided in the suction pipe above the plate-shaped devices, with which it is possible to very gradually discharge water with particles suspended.
  • the part of the well 1 above the plate-shaped device 28 and the part of the well 1 below the plate-shaped device 29 are connected to one another by a tube 32 so that the pumping means 26 can be easily moved in the riser pipe of the well.

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Description

VERFAHREN UND ABPUMPMITTEL ZUR VERBESSERUNG DER
WASSERZUFUHR ZU EINER QUELLE ODER EINEM
WASSERGEWINNUNGSBRUNNEN
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Wasserzufuhr aus einer wasserhaltigen Erdschicht zu einer im Boden angebrachten Quelle oder einem Brunnen, insbesondere Wassergewinnungsbrunnen, welche Quelle oder Brunnen aus einem Bohrloch besteht, welches bis in die vorher genannte Erdschicht oder in das Grundwasser reicht, wobei zuerst der Brunnen oder ein Teil des Brunnens durch Absperrmittel verschlossen wird, so daß der untere Teil des Brunnens nach oben hin luftdicht verschlossen ist und unter Druck gesetzt werden kann, welche Absperrmittel eine Absperrvorrichtung enthalten, die auf oder im Verkleidungsrohr oder Steigrohr des Brunnens befestigt wird und dieses luftdicht verschließt, welche Absperrvorrichtung ein Zuflußrohr enthält, um einen Stoff (wie ein Gas, eine Flüssigkeit oder einen festen Stoff) unter einem gewünschten Druck, in den nach oben hin verschlossenen unteren Teil des Brunnens zuführen zu können.
Das Herauspumpen von Wasser aus wasserhaltigen Erdschichten erfolgt durch Brunnen oder Quellen. Mit der Zeit nimmt der Wasserertrag von Wasserbrunnen immer ab, weil die Zufuhr zum Brunnen allmählich verschlammt. Die Ursache für die Verschlammung eines Brunnens oder einer Quelle kann mechanischer, biologischer oder chemischer Art oder eine Kombination von diesen sein. So kann die Verschlammung zum Beispiel durch mit dem Wasser mitgeführten Teilchen, durch den Zuwachs von Bakterien oder durch Absetzung von zum Beispiel Kalk, Eisen oder anderen chemischen Stoffen oder Verbindungen oder eine Kombination von diesen Faktoren verursacht worden sein. Bis heute wird versucht, den Zufluß von Wasser zum Brunnen zu verbessern, indem der Schlamm in einer Quelle oder Wassergewinnungsbrunnen mit chemischen Mitteln entfernt wird; dazu werden zum Beispiel Salzsäure oder eine andere anorganische oder organische Säure, die ein in Wasser lösliches Salz bildet, in den Brunnen gepumpt. Auch werden oxydierende Stoffe wie Peroxyd, Sauerstoff oder organische Lösemittel wie Alkohol verwendet. Eine Schwierigkeit dabei ist, daß sich diese Stoffe im Wasser der wasserhaltigen Erdschicht verbreiten und das Grundwasser mit diesen Stoffen verschmutzt wird und daß dadurch, während längerer Zeit nachdem der Brunnen auf eine solche Art bearbeitet wurde, das heraufgepumpte Wasser mit dem im Brunnen verwendeten chemischen Mittel verschmutzt ist und dadurch keine Trinkwasserqualität hat. Dadurch können Brunnen, die Wasser mit einer Trinkwasserqualität liefern sollen, z.B. für die Bierindustrie, nach der Reinigung des Brunnens über längere Zeit nicht verwendet werden. Auch ist die Verwendung von solchen chemischen Stoffen eine schwere Belastung für die Umwelt, da das verschmutzte Wasser abgeführt und gereinigt werden muß und somit eine Verschwendung von Grundwasser und Energie auftritt. Die Alternative zur Reinigung des Wassergewinnungsbrunnens ist es, den Brunnen tiefer zu bohren oder einen neuen Brunnen oder Wassergewinnungsbrunnen anzubringen. Dies bringt jedoch hohe Kosten mit sich.
Ein anderes Verfahren zur Verbesserung des Wasserzuflusses zu Brunnen besteht darin, daß in der Nähe der Unterseite des Brunnenrohrs neue Öffnungen forciert werden, indem, in der Hoffnung, daß die Leistung des Brunnens zunimmt, mit Dynamit neue Risse in die Erdschicht gebracht werden. Diese Methode wird bei ausgetrockneten Brunnen, die sich in einem felsigen Boden befinden und die ausgetrocknet sind, angewendet. Oft hat die Verwendung von Dynamit zur Folge, daß der Brunnen derart beschädigt wird, daß dieser nicht mehr gut verwendbar ist. Auf jeden Fall ist eine solche Methode bei einer großen Zahl von Brunnen wie Wasserge- winnungsbrunnen nicht anwendbar.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren, mit dem es möglich ist, den Ertrag eines bestehenden Brunnens, dessen Ertrag im Laufe der Zeit abgenommen hat, z.B. halbiert wurde, wieder zu vergrößern und insbesondere ein Verfahren zur Optimierung des Wasserzuflusses aus einer wasserhaltigen Erdschicht zu einem Brunnen, oder von Grundwasser zu einem Wassergewinnungsbrunnen, bei dem sich die Qualität des herausgepumpten Wassers nach der Reinigung des Brunnens nicht verschlechtert hat.
Die Aufgabe der Erfindung wird mit dem am Anfang beschriebenen Verfahren erreicht, indem zuerst die Absperrmittel in den Brunnen gebracht werden, so daß das Zufuhrrohr so tief im Brunnen steckt, daß dieses in einer Tiefe des Brunnens mündet, die in der wasserhaltigen Erdschicht liegt, indem anschließend die Absperrvorrichtung luftdicht in oder auf dem Brunnen befestigt wird, indem anschließend gasförmiges Kohlendioxyd durch das Zuflußrohr in den unteren Teil des Brunnens, unter einem bestimmten Druck, der über dem Druck des hydrostatischen Drucks, der an der Ausströmöffnung des Zuflußrohrs herrscht, liegt, eingebracht wird bis der Brunnen bis unterhalb der Ausströmöffnung des Zuflußrohrs mit Gas gefüllt ist, - indem danach während eines bestimmten Zeitraums durch das Zuflußrohr unter demselben vorher genannten bestimmten Druck Kohlendioxyd zugefügt wird, wodurch unter dem nahe dem Ende des Rohrs herrschen- den Druck und der herrschenden Temperatur, das sich nahe dem Ende des Rohrs befindliche Wasser und die Erdschicht allmählich über einen bestimmten Abstand ab der Ausströmöffnung des Zuflußrohrs in die feste Phase übergehen, also frieren, indem anschließend der Druck vom Brunnen genommen wird und indem anschließend, nachdem der Brunnen aufgetaut ist, während eines bestimmten Zeitraums der Brunnen mit Abpumpmitteln abgepumpt wird, um die sich gelösten feinen Teilchen und Stoffe mit dem Pumpwasser zu entfernen.
Mit diesen Maßnahmen gemäß dem vorliegenden Verfahren wird erreicht, daß Stoffe, die sich auf und um den Brunnen herum, sowie auf den sich um den Brunnen befindlichen Gesteinen oder Filtermaterialien wie Filterkies niedergeschlagen und abgesetzt haben, losgefroren werden. Da das Wasser, welches den Brunnen umgibt, allmählich abkühlt, werden keine großen Kräfte auf den Brunnen und auf die den Brunnen umgebenden Teile ausgeübt, um so mehr, da das Wasser, welches sich um den Brunnen befindet, mit Kohlendioxyd gesättigt ist und bei Abkühlung teilweise aus dem Wasser entweicht, wodurch das Wasser in den Löchern und Öffnungen nahe dem Brunnen Wasser mit kleinen Gasbläschen aus Kohlendioxyd enthält. Ein zusätzlicher Vorteil der Anwendung von Kohlendioxyd vor z.B. Stickstoff ist, daß das gelöste Kohlendioxyd mit dem Wasser eine schwache Säure bildet, wodurch sich auch die chemischen Bedingungen ändern und z.B. Bakterien getötet werden. Da Kohlendioxyd und Stickstoff von Natur aus in der Luft vorkommen, werden diese Stoffe keine zusätzliche Belastung für die Umwelt bedeuten und die Verwendung von Kohlendioxyd vor der Anwendung von z.B. Stickstoff hat den Vorteil, daß Kohlendioxyd in Wasser gut lösbar ist und dadurch gebildete Gasblasen aus Kohlendioxyd wieder schnell vom Wasser aufgenommen werden und also nicht, wie es bei Stickstoff der Fall ist, die Poren mit Gasblasen verstopfen, welche Gasblasen bei einer Druckherabsetzung von oder Abkühlung des Wassers, welches das Gas enthält (Caissonkrankheit) , entstehen.
An sich ist aus dem amerikanischen Patent US 4.534.413 ein Verfahren zur Verbesserung des Zuflusses von Wasser aus einer wasserhaltigen Erdschicht zu einem Brunnen bekannt, welches Verfahren darin besteht, daß der Brunnen an der Oberseite mit einem Absperrmittel wie im amerikanischen Patent US 4.580.629 beschrieben, verschlossen wird, daß anschließend über dieses Absperrmittel ein Gas oder ein flüssiges Gas und vorzugsweise erst flüssiges Stickstoffgas und danach Kohlendioxyd unter einem bestimmten Druck, in den Brunnen eingebracht wird, um das Wasser im Brunnen und die den Brunnen umgebende Erdschicht einzufrieren, um anschließend das in den Brunnen eingebrachte Gas oder Flüssiggas während eines bestimmten Zeitraums unter einem gewünschten Druck zu halten und dann den Druck auf den Brunnen schnell herabzusetzen, wodurch das eingebrachte Gas adiabatisch stark abkühlt, das Wasser,- welches sich im Brunnen und in der den Brunnen umgebenden Erdschicht befindet, weiter stark unter dem Gefrierpunkt abkühlt, so daß ein möglichst großer Teil des im Brunnen und um den Brunnen herum vorhandenen Wassers friert.
Ein solches Verfahren zur Verbesserung des Zuflusses von Wasser aus einer wasserhaltigen Erdschicht zu einem Brunnen ist aus dem amerikanischen Patent US 5.394.942 bekannt, welches Verfahren auf das vorher genannte amerikanische Patent 4.534.413 gründet und wobei ebenfalls zuerst der Brunnen verschlossen wird, wonach anschließend flüssiges Kohlendioxyd in den verschlossenen Brunnen unter einem solchen Druck eingebracht wird, daß unter dem nahe der Unterseite des Brunnen herrschenden Druck das flüssige Kohlendioxyd in festes Kohlendioxyd übergeht mit der Absicht, den Brunnen weit unter dem Gefrierpunkt abkühlen zu können. Nachdem der Brunnen bis zu einer gewünschten Höhe mit festem Kohlendioxyd gefüllt ist, wird der Brunnen einige Zeit in Ruhe gelassen bis das feste Kohlendioxyd sublimiert ist, so daß durch die niedrige Temperatur des festen Kohlendioxyds das Wasser, welches sich im Brunnen und im angrenzenden Teil der den Brunnen umgebenden Erdschicht befindet über einen möglichst großen Abstand ab dem Brunnen in der Erdschicht gefroren ist.
Beide Verfahren beabsichtigen das Wasser, welches sich im Brunnenrohr und in dem das Brunnenrohr umgebenden Boden befindet, über einen möglichst großen Abstand vom Brunnen in der wasserhaltigen Erdschicht einzufrieren, damit neue Öffnungen und Risse in der Erdschicht entstehen, wodurch dann das Wasser aus der Erdschicht wieder zum Brunnen strömen kann. Wasser, welches friert, dehnt sich aus. Also, nachdem das Wasser im Brunnen gefroren ist, wird durch weitere Abkühlung der Umgebung immer tiefer in der umgebenden Erdschicht das dort vorhandene Wasser frieren. Sobald dann eine Menge Wasser eingeschlossen wird und anschließend friert, werden durch Frieren dieser Menge von Wasser enorme Kräfte auf die umgebende Erdschicht ausgeübt, wodurch bestehende Öffnungen vergrößert werden, sowie umgebende Teile der Erdschicht versetzt werden. Dazu sollte das Wasser möglichst wenig Gas enthalten, damit die Gasblasen im Wasser die auftretenden Kräfte nicht verringern. Nachdem der Brunnen wieder aufgetaut ist, werden sich um den Brunnen herum bestimmte Risse vergrößert haben und eventuell neue Öffnungen entstanden sein, wodurch die Zufuhr des Wassers aus der wasserhaltigen Schicht zum Brunnen zugenommen haben wird. Nach dem Verfahren des amerikanischen Patents US 5.394.942 liegt die Temperatur, die im Brunnen während einer bestimmten Zeit während des Sublimierens des Kohlendioxyds im Brunnen beibehalten werden kann mindestens unter dem Tripelpunkt von Kohlendioxyd, nämlich bei -60° Celsius.
Nach dem Verfahren des amerikanischen Patents US 4.534.413 liegt die Temperatur, die durch die plötzliche Herabsetzung des Drucks im Brunnen bei Verwendung von Stickstoff erreicht werden kann, noch tiefer.
Beide Verfahren beabsichtigen also, große Kräfte auf die Bodenformationen nahe der Unterseite des Brunnens auszuüben und entsprechen dem Verfahren, bei dem im Brunnen Dynamit verwendet wird. Dadurch sind diese bekannten Verfahren auch nur geeignet, um bei trockenen oder fast ausgetrockneten Brunnen in Felsformationen verwendet zu werden, wobei im Brunnen keine verletzbaren Teile vorhanden sind.
Da das erfindungsgemäße Verfahren in verschiedenen Tiefen in einem Brunnen durchgeführt werden kann und zwar stufenweise von der größten Tiefe nach oben hin, eignet sich dieses Verfahren daher besonders für eine Anwendung in Quellen und Wassergewinnungsbrunnen, deren Wasserertrag zurückgegangen ist, zum Beispiel halbiert wurde, und bei dem das Grundwasser über etliche Dutzende Meter Tiefenunterschied aus einer wasserhaltigen Erdschicht angesaugt wird.
Die Erfindung betrifft weiter Abpumpmittel zur Entfernung aus einem Wasserbrunnen von z.B. im Wasser in Suspension gegangene lose Teilchen oder von im Wasser aufgelöste Produkte, aus sowohl der um den Wasserbrunnen vorhandenen wasserhaltigen Erdschicht als auch aus den nahe der wasserhaltigen Erdschicht im Brunnen vorhandenen Filtermitteln, welche Abpumpmittel aus einem Absaugrohr bestehen, an dem nahe dem unteren Ende zwei parallel zu einander und auf einem gegenseitigen Abstand zu einander senkrecht auf dem Absaugrohr befestigte, flache plattenförmige Vorrichtungen, deren Außendurchmesser ungefähr dem Innendurchmesser des Steigrohrs entspricht, so daß ein geschlossener Raum gebildet wird, der seitlich von der Wand des Steigrohrs und sowohl an der Oberseite als auch an der Unterseite von den beiden plattenförmigen Vorrichtungen begrenzt wird, welches Absaugrohr eine oder mehrere Einströmöffnungen hat, die sich in jenem Teil des Absaugrohrs befinden, welches sich im geschlossenen Raum zwischen den beiden plattenförmigen Vorrichtungen befindet und welche Vorrichtung Pumpmittel enthält, die das Wasser über das -Absaugrohr aus dem Brunnen abführen können. Mit diesen Maßnahmen wird erreicht, daß alle Teilchen, die sich gelöst haben in Ruhe abgesaugt werden können, ohne daß die Teilchen in den Poren durch eine zu hohe Saugkraft festgesogen werden und dadurch wieder Verstopfungen verursachen würden.
Dadurch, daß die Abpumpmittel im Absaugrohr nahe dem geschlossenen Raum, aber oberhalb der Einströmöffnungen des Absaugrohrs eine Zufuhr für Gas enthalten, oder weil im Absaugrohr ein Zuflußrohr für Gas angeordnet ist, welches in das Absaugrohr mündet, nahe, aber oberhalb der Einströmöffnungen des Absaugrohrs, wird erreicht, daß durch den Luftblasenfluß das Wasser mit den Teilchen sehr ruhig nach oben abgeführt wird und außerdem die in Suspension befindlichen Teilchen in Suspension bleiben. Eventuell kann noch eine Pumpe hinzugefügt werden.
Anhand der Abbildung wird die Erfindung näher erläutert. In der Abbildung zeigt: Fig. 1 zeigt einen Wassergewinnungsbrunnen im Querschnitt;
Fig. 2 bis 6 zeigen eine Reihe von Phasen des Verfahrens zur Verbesserung des Zuflusses des Wassers zum Brunnen;
Fig. 7 zeigt den Brunnen aus Fig. 1 in dem erfindungsgemäße Abpumpmittel dargestellt sind.
Figur 1 zeigt einen Querschnitt einer Quelle oder eines Wassergewinnungsbrunnens 1. Dieser Brunnen 1 besteht aus einem Bohrloch 2 mit einem Durchmesser von 600 mm der bis gut 80 Meter Tiefe unter die Erdoberfläche 3 reicht. Auf dem Boden 4 des Bohrlochs 2 ist eine 4 Meter dicke Schicht 5 Lehm angebracht und darauf ein Steigrohr 6 aus PVC mit einem Durchmesser von 250 mm. Der Fuß des Steigrohrs besteht aus einem Sandfang 7, welcher nach unten hin verschlossen ist und dessen stehende Wand 8 ungefähr 1 Meter beträgt. Ab 75 Meter bis 40 Meter Tiefe ist der Teil 9 der Wand 8 des Steigrohrs versehen mit Filterschlitzen oder Perforationen 10 mit einem Durchmesser von 0,75 mm als Filter oder Sieb, durch das das Wasser in das Steigrohr 6 strömen kann, während der restliche obere Teil 11 des Steigrohrs 6 aus einer für Wasser undurchdringbaren Wand 12 besteht. Zwischen der Bohrwand 13 des Bohrlochs 2 und dem Filterteil 9 des Steigrohrs 6, welches Perforationen enthält, also von ungefähr 76 Metern bis 38 Meter Tiefe, ist das Bohrloch mit speziellem Filterkies mit Filterqualität gefüllt, dessen Durchmesser zwischen 1,0 mm und 1,6 mm beträgt, welches gemeinsam mit dem Filterteil 9 des Steigrohrs 6 den Filter 14 für das zufließende Wasser bildet. Von ungefähr 38 Metern bis 25 Meter Tiefe ist das Steigrohr von einer bestimmten Sorte Lehm 15 umgeben, welcher dadurch eine für Wasser undurchdringbare Schicht bildet und in der Verlängerung der undurchdringbaren Bodenschicht 16, welche die Oberseite der wasserhaltigen Erdschicht 17 begrenzt. TAb 38 Meter bis ungefähr 6 Meter unter der Oberfläche ist das Bohrloch mit Kies 18 mit einem Durchmesser, der zwischen 2,0 und 5,0 mm beträgt, aufgefüllt. Anschließend ist noch eine Lehmschicht 19 von 3 Metern angebracht und das Bohrloch bis oben weiter mit Kies 20 gefüllt.
Die Figuren 2 bis 6 zeigen eine Reihe von Phasen des Verfahrens zur Verbesserung des Zuflusses des Wassers zum Brunnen. Figur 2 zeigt schematisch denselben Wassergewinnungsbrunnen aus Figur 1, wobei das Steigrohr durch eine Absperrvorrichtung 21, auch bekannt unter dem Namen "Packer", durch die das Zufuhrrohr 22 ragt, verschlossen ist, während sowohl über als unter dem Absperrvorrichtung Wasser im Steigrohr 6 steht. Das Zufuhrrohr 22 für das Kohlendioxyd steckt so tief im Wassergewinnungsbrunnen oder Brunnen 1, daß die Ausströmöffnung 23 des Zufuhrrohrs 22 sich in der gewünschten Tiefe im Wassergewinnungsbrunnen 1 befindet. Figur 3 zeigt schematisch denselben Wassergewinnungsbrunnen 1 während des Zuführens von Kohlendioxyd in den Brunnen, wobei die Temperatur des Kohlendioxyd- gases nicht so wichtig ist, da das Wasser im Brunnen eine große Wärmeleistung hat .und erst frieren wird, nachdem das Wasser im Brunnen durch gasförmiges Kohlendioxyd ersötzt wurde. Figur 4 zeigt schematisch denselben Wassergewinnungsbrunnen, nachdem das Wasser bis unter die Ausströmöffnung 23 gedrückt wurde und bevor der Brunnen eingefroren wird. Schematisch ist mit einer gezogenen Linie 24 ungefähr dargestellt, welcher Teil des Brunnens und des umringenden Filters 14 sich mit dem Gas gefüllt hat, Figur 5 zeigt denselben Wassergewinnungsbrunnen, nachdem im unteren verschlossenen Teil des Wassergewinnungsbrunnens während längerer Zeit Kohlendioxyd eingebracht wurde, dessen Temperatur unter dem Gefrierpunkt von Wasser liegt und bevor der Brunnen aufgetaut wird, wobei schematisch mit einer gestrichel- ten Linie 25 der Teil des Brunnens, der umgebende Filter 14 und die umringende wasserhaltige Erdschicht 17 dargestellt ist, die sich unter dem Gefrierpunkt des Wassers befindet, bevor der Brunnen aufgetaut wird. Figur 6 zeigt schematisch denselben Wassergewinnungsbrunnen, wobei das Verfahren auf einer anderen Tiefe im Brunnen angewendet wird und derselbe Zustand dargestellt wird wie in Figur 5.
Figur 7 zeigt denselben Brunnen wie in Figur 1 dargestellt, wobei im Brunnen 1 Abpumpmittel 26 eingebracht sind, zum stufenweisen, allmählichen Abpumpen des Wassers mit den darin gelösten Stoffen und den sich in Suspension befindlichen Teilchen aus dem den Brunnen umgebenden Filter 14 und der wasserhaltigen Erdschicht 17. Die Abpumpmittel bestehen aus einem Absaugrohr 27, an dem nahe dem unteren Ende zwei parallel zu einander und auf einem gegenseitigen Abstand zu einander senkrecht auf dem Abzugrohr befestigte, flache plattenförmige Vorrichtungen 28 und 29, deren Außendurchmesser ungefähr dem Innendurchmesser des Steigrohrs 6 entspricht, so daß damit ein geschlossener Raum gebildet wird, der seitlich von der Wand des Steigrohrs 6 und an der Oberseite von der einen plattenförmigen Vorrichtung, und an der Unterseite von der anderen plattenförmigen Vorrichtung begrenzt wird. Das Absaug- rohr 27 hat eine Reihe von Einströmöffnungen 30. Im Absaugrohr über den plattenförmigen Vorrichtungen ist eine Zufuhr 31 für Gas angebracht, womit es möglich ist, sehr allmählich Wasser mit in Suspension gebrachten Teilchen abzuführen. Der Teil des Brunnens 1 über der plattenförmigen Vorrichtung 28 und dem Teil des Brunnens 1 unter der plattenförmigen Vorrichtung 29 sind unter einander durch ein Röhrchen 32 verbunden, damit die Abpumpmittel 26 leicht im Steigrohr des Brunnens versetzt werden können.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Verfahren zur Verbesserung der Wasserzufuhr aus einer wasserhaltigen Erdschicht zu einer im Boden angebrachten Quelle oder einem Brunnen, insbesondere Wassergewinnungsbrunnen, welche Quelle oder Brunnen aus einem Bohrloch besteht, welches bis in die vorher genannte Erdschicht oder in das Grundwasser reicht, wobei
zuerst der Brunnen oder ein Teil des Brunnens durch Absperrmittel verschlossen wird, so daß der untere Teil des Brunnens nach oben hin luftdicht verschlossen ist und unter Druck gesetzt werden kann, welche Absperrmittel eine Absperrvorrichtung enthalten, die auf oder im Verkleidungsrohr oder Steigrohr des Brunnens befestigt wird und dieses luftdicht verschließt, welche Absperrvorrichtung ein Zuflußrohr enthält, um einen Stoff (wie ein Gas, eine Flüssigkeit oder einen festen Stoff) unter einem gewünschten Druck, in den nach oben hin verschlossenen unteren Teil des Brunnens zuführen zu können, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst die Absperrmittel in den Brunnen angeordnet werden, so daß das Zuflußrohr so tief in den Brunnen ragt, daß dieses in einer Tiefe im Brunnen mündet, die in der wasserhaltigen Erdschicht liegt, daß anschließend die Absperrvorrichtung luftdicht in oder auf dem Brunnen befestigt wird, daß anschließend gasförmiges Kohlendioxyd durch das Zuflußrohr in den unteren Teil des Brunnens, unter einem bestimmten Druck, der über dem Druck des hydrostatischen Drucks, der an der Ausströmöffnung des Zuflußrohrs herrscht, liegt, eingebracht wird bis der Brunnen bis unterhalb der Ausströmöffnung des Zuflußrohrs mit Gas gefüllt ist, daß danach während eines bestimmten Zeitraums durch das Zuflußrohr unter demselben vorher genannten bestimmten Druck Kohlendioxyd zugefügt wird, wodurch unter dem nahe dem Ende des Rohrs herrschenden Druck und der herrschenden Temperatur, das sich nahe dem Ende des Rohrs befindliche Wasser und die Erdschicht allmählich über einen bestimmten Abstand ab der Ausströmöffnung des Zuflußrohrs in die feste Phase übergehen, also frieren, daß anschließend der Druck vom Brunnen genommen wird und daß anschließend, nachdem der Brunnen aufgetaut ist, während eines bestimmten Zeitraums der Brunnen mit Abpumpmitteln abgepumpt wird, um die sich gelösten feinen Teilchen und Stoffe mit dem Pumpwasser zu entfernen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlendioxyd, welches in den Brunnen eingebracht wird und welches dazu dient, den Brunnen nach und nach einzufrieren, teilweise aus gasförmigem und teilweise aus flüssigem Kohlendioxyd besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren in mehreren Tiefen innerhalb der Wasserschicht im Brunnen angewendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß erst in der größten Tiefe das Verfahren im Brunnen angewendet wird und dann stufenweise von unten nach oben.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1,2,3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlendioxyd, welches in den Brunnen eingebracht wird, um den Brunnen einzufrieren, teilweise aus gasförmigem und teilweise aus flüssigem Kohlendioxyd besteht.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1,2,3,4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die den Brunnen umgebende wasserhaltige Schicht und die den Brunnen umgebenden Filtermittel von den Abpumpmitteln stufenweise von oben nach unten abgesaugt werden.
7. Abpumpmittel zur Entfernung aus einem Wasserbrunnen von z.B. im Wasser in Suspension gegangene lose Teilchen oder von im Wasser aufgelöste Produkte, aus sowohl der um den Wasserbrunnen vorhandenen wasserhaltigen Erdschicht als auch aus den nahe der wasserhaltigen Erdschicht im Brunnen vorhandenen Filtermitteln, dadurch gekennzeichnet, daß die Abpumpmittel aus einem Absaugrohr bestehen, an dem nahe dem unteren Ende zwei parallel zu einander und -auf einem gegenseitigen Abstand zu einander senkrecht auf dem Absaugrohr befestigte, flache plattenförmige Vorrichtungen, deren Außendurchmesser ungefähr dem Innendurchmesser des Steigrohrs entspricht, so daß ein geschlossener Raum gebildet wird, der seitlich von der Wand des Steigrohrs und sowohl an der Oberseite als auch an der Unterseite von den beiden plattenförmigen Vorrichtungen begrenzt wird, welches Absaugrohr eine oder mehrere Einströmöffnungen hat, die sich in jenem Teil des Absaugrohrs befinden, welches sich im geschlossenen Raum zwischen den beiden plattenförmigen Vorrichtungen befindet und welche Vorrichtung Pumpmittel enthält, die das Wasser über das Absaugrohr aus dem Brunnen abführen können.
Abpumpmittel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Absaugrohr nahe dem verschlossenen Raum, aber über den Einströmöffnungen des Absaugrohrs eine Zufuhr für Gas angebracht ist.
Abpumpmittel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Absaugrohr ein Zufuhrrohr für Gas angebracht ist, welches im Absaugrohr, nahe, aber über den Einströmöffnungen des Absaugrohrs, mündet .
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