EP1583887B1 - Verfahren und vorrichtung zur intensivierung der durchl ssig keit von bohrungsnahen bodenschichten sowie von filterk rper n und filterschichten in brunnen und anderen f rderbohrungen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur intensivierung der durchl ssig keit von bohrungsnahen bodenschichten sowie von filterk rper n und filterschichten in brunnen und anderen f rderbohrungen Download PDF

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EP1583887B1
EP1583887B1 EP04700687A EP04700687A EP1583887B1 EP 1583887 B1 EP1583887 B1 EP 1583887B1 EP 04700687 A EP04700687 A EP 04700687A EP 04700687 A EP04700687 A EP 04700687A EP 1583887 B1 EP1583887 B1 EP 1583887B1
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EP
European Patent Office
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pulse generator
pressure
liquid
pulse
filter
Prior art date
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EP04700687A
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EP1583887B8 (de
EP1583887A1 (de
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Alexander Steinbrecher
Karsten Kahle
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Individual
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B28/00Vibration generating arrangements for boreholes or wells, e.g. for stimulating production
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B37/00Methods or apparatus for cleaning boreholes or wells
    • E21B37/08Methods or apparatus for cleaning boreholes or wells cleaning in situ of down-hole filters, screens, e.g. casing perforations, or gravel packs
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/003Vibrating earth formations

Definitions

  • the invention relates to a method and a device with the aid of which the permeability of near-bottom soil layers as well as introduced into the bore filter bodies and filter layers in wells and other production wells can be intensified.
  • German Patent DE 195 37 689 C2 describes a method for the regeneration of a well, in which a cylindrical body is lowered down between two wire disks as centering in the well, and by opening a valve in this body under high pressure gas is accelerated against the well wall. This amount of gas acts pulsating as a pressure wave against the well wall, the opening times of the valve, the exiting gas quantity and the gas pressure can be set firmly before the regeneration in the well.
  • a disadvantage of this method is that while working in the well no simultaneous and immediate adjustment of the gas pressure, the amount of gas and the opening times of the valve can be done to the changing by machining after each pulse hydraulic properties of the well and its environment in the ground, and that the opening of the valve does not occur by a signal at a precisely defined time. Also, the specified pressure of 10 to 25 bar does not guarantee a high penetration depth into the bottom layers to be regenerated or into the filter bodies and filter layers.
  • a further method which acts on at least one vertical bore portion in the well, which is delimited by two packers with respect to the remaining bore, with a gaseous or liquid pressure means pulse.
  • the existing well water and / or the pressure medium is pressed through the filter walls into the surrounding filter gravel layers.
  • a pressure vessel is used as a buffer for the pressure medium to avoid pressure losses in pressure lines.
  • the operating principle for achieving a regeneration effect consists in this method in the pulse wise acting on the bore section with a gaseous or liquid pressure medium and thereby caused pressing the well water and / or the pressure medium through the filter slots in the filter gravel layers, that is, there is only a volume displacement through the Filter slots through.
  • the patent application DE 198 43 292.5 further proposes a method in which pulses are released by means of the sudden release of a compressed gas or a liquid under pressure in the well. Due to the moving material used in the back pressure chamber is the opening and closing operation the device used to perform the method too slow to generate a kinetic energy pulse. Again, only a pressure-changing volume displacement is again effective as a regenerating effect.
  • volume displacement limits the range of known methods in the bore environment, since the compressibility of liquids is known to be low. Only when explosives are used, the very high rate of chemical reaction of the explosive additionally generates an energy pulse in the liquid, which results in a long range of this process, but at the same time leads to a "hard” pulse due to the very rapid time course the drilling and the finishing materials involves a great risk.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide a method and apparatus for intensifying the permeability of near-bottom soil layers as well as Filterkörpem and filter layers in wells and other production wells, which compared with the known from the prior art methods and devices, a higher efficiency of Intensification of the permeability of near-bottom soil layers as well as filter bodies and filter layers is possible without there being any risk with regard to the destruction of the hole and its extensions.
  • a hydraulic energy pulse E in the conveying region F of the production bore 11 is generated under metrologically precisely controllable and controllable parameters by means of a but very small volume of liquid applied by means of an underground pump 8 in the production well 11 continuously generated dynamic flow is enhanced in its effectiveness.
  • a liquid for example, in the case of a well, the water originating therefrom
  • Pulse generator 1 is provided, which is provided with a large-area valve, which is able to open and close within 1 to 2 milliseconds, while a previously exactly definable, very small volume of liquid under high pressure (about 300 ml) in this short time unit in the liquid to be delivered, z. B. release the surrounding well water.
  • volume displacement is small due to the small volume used, rather, the molecules of the well water are set in vibration by the abrupt initiation of the high kinetic energy released small amount of liquid, and the generated thereby hydraulic energy pulse E plants due to the physical appearance as Impulse flow through the filter slots into the surrounding in the wellbore 11 fluid continues and causes by the oscillation of the liquid molecules at their respective place a detachment of encrustations on the inside and outside of the filter tube and the movement of z.
  • Fines from Filterkies is set in vibration by the abrupt initiation of the high kinetic energy released small amount of liquid, and the generated thereby hydraulic energy pulse E plants due to the physical appearance as Impulse flow through the filter slots into the surrounding in the wellbore 11 fluid continues and causes by the oscillation of the liquid molecules at their respective place a detachment of encrustations on the inside and outside of the filter tube and the movement of z.
  • the uninterrupted pumping is made possible by the fact that no ascending gas bubbles are generated in the method according to the invention by using very small amounts of liquid.
  • the pulse generator 1 is defined during the regeneration in the conveying tube 7 in the conveying region F by means of a hose winch 5 moves up and down.
  • the control signal for opening the valve of the pulse generator 1 is passed from the control unit 9 as an electrical signal via a control cable 4 to the pulse generator 1.
  • the electromagnet 14 is briefly energized and the valve plate 16 opens the working chamber 12, and the here previously accumulated and provided with kinetic energy amount of liquid occurs within 1 to 1.5 milliseconds through the outlet openings 13 in the surrounding liquid to be delivered.
  • the lower valve disk 17 Due to the energization of the electromagnet 14, the lower valve disk 17 is simultaneously counteracted by the pressure of a liquid located in the valve-closing chamber 15 pressed down. Immediately after relaxation of the volume in the working chamber 12, the pressure prevailing in the valve closing chamber 15 presses the lower valve plate 17 abruptly back in the opposite direction, and the valve 13 is thus closed again after about 2 to 2.5 milliseconds.
  • the liquid volume located in the valve-closing chamber 15 can be varied both in its quantity and in its pressure via a closing valve 18 which can be actuated by the control unit 9.
  • the volume of the working chamber 12 is also variable under operating conditions of the control unit 9 from.
  • the device can be adapted to all types of development of delivery bores 11 and their diameters in their physical parameters and thus in the strength of the generated kinetic energy pulse E.
  • a limitation with regard to the depth of use in the production wells 11 does not exist for the process.
  • a sensor 10 is arranged, which continuously detects the energetic and temporal course of the energy pulses E and sends via a measuring line 3 to the upper-day control unit 9.
  • the operator has the option, based on the recorded by the sensor 10 course of the pulse action, the change of the dynamic fluid level in the well 11 and the registerable at the pump outlet discharge of dissolved Kolmatanten constantly triggering the energy pulses E, the working pressure of the pulse generator 1 pending liquid and to control the delivery rate of the downhole pump 8.
  • the method according to the invention can be precisely controlled and thus able to adapt exactly during the regeneration of a production well 11 continuously and without interrupting the regeneration process to the conditions in the hydraulic system of the production well 11 that change during processing.
  • inventive method can be adapted by the complex measurability and controllability of its physical parameters to any known construction material of the production well 11.
  • the filter material very brittle, such.
  • the hydraulic energy pulses may only have a low energy content, so that the brittle materials are neither damaged nor destroyed in this case.
  • the filter layers are also very heavily clogged (eg due to excessively long operating time without regeneration or due to extreme iron contents in the pumped medium)
  • the low energy content of the pulses results in a long processing time or the permeability of the filter bodies, Filter layers and near-bottom soil layers will not be intensified to the desired extent with a reasonable processing time.
  • the well to be regenerated is first processed in the manner described above. Since the filter tube W of the well to be regenerated, which is shown schematically in dashed lines in Figure 3 in section, consists of very brittle material, the energy for the hydraulic energy pulses is chosen very low in order to avoid damage to the filter tube W in all cases. Due to the low energy input, the processing time would extend considerably. If, in addition, the filter layers are particularly heavily clogged, which can occur if the well is operated too long without regeneration or even with extremely high iron contents of the groundwater, it is possible that the processing takes a disproportionately long time with the low energy input and the Colinatants are not completely removed from the filter layers at a reasonable processing time.
  • the previously described method is interrupted or interrupted after the inner surfaces are cleaned and the passage openings in the filter tube W were uncovered.
  • the pulse generator 1 and the downhole pump 8 are temporarily removed from the production well 11, and the pulse generator 1 is provided at its lower and upper ends with packer discs P which correlate with the inner diameter of the filter tube W located in the production well 11. Then, provided with the Packerusionn P pulse generator 1 is lowered to an end portion of the filter tube W, and by means of the pressure unit 6 is a z. B.
  • the packer discs P are removed from the pulse generator 1 again after the pulses and pressing the regeneration liquid and the subsequent renewed removal of the pulse generator 1 and the downhole pump 8 from the production well 11, the pulse generator 1 and the underground pump 8 are again introduced into the production well, and the regeneration liquid is completely after a defined exposure time with upward and downward movement of the pulse generator 1 and simultaneous successive transmission of weak hydraulic energy pulses through the pulse generator 1 by means of the underground pump 8 together with the dissolved Kolmatanten pumped out.
  • the method for intensifying the permeability of near-bottom soil layers as well as Filterkörpem and filter layers in the underground conveying area of wells and other production wells are then applied especially for well regeneration with advantage if the wells with particularly brittle filter tubes z. B. made of stoneware or aged PVC and the filter layers are also heavily kolmatiert.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, mit deren Hilfe die Durchlässigkeit von bohrungsnahen Bodenschichten sowie von in die Bohrung eingebrachten Filterkörpern und Filterschichten in Brunnen und anderen Förderbohrungen intensiviert werden kann.
  • In Brunnen und anderen Förderbohrungen lagern sich während des Betriebes in den bohrungsnahen Bodenschichten sowie in den in die Bohrung eingebrachten Filterkörpern und Filterschichten Feststoffe und Inkrustationen ab, welche die Durchlässigkeit für das zu fördernde flüssige Medium zunehmend verschlechtern.
  • Um einer dadurch hervorgerufenen Verschlechterung der Förderleistung entgegenzuwirken, sind aus dem Stand der Technik verschiedene Verfahren und Vorrichtungen bekannt.
  • So beschreibt das deutsche Patent DE 195 37 689 C2 ein Verfahren zur Regenerierung eines Brunnens, bei dem ein zylindrischer Körper zwischen zwei Drahtscheiben als Zentrierung in den Brunnen hinabgesenkt wird, und durch Öffnung eines Ventils in diesem Körper ein unter hohem Druck stehendes Gas gegen die Brunnenwand beschleunigt wird. Diese Gasmenge wirkt dabei pulsierend als Druckwelle gegen die Brunnenwand, wobei die Öffnungszeitpunkte des Ventils, die austretende Gasmenge und der Gasdruck vor den Regenerierungsarbeiten im Brunnen fest eingestellt werden können.
  • Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass während der Arbeit im Brunnen keine zeitgleiche und sofortige Anpassung des Gasdruckes, der Gasmenge und der Öffnungszeitpunkte des Ventils an die sich durch die Bearbeitung nach jedem Impuls ändernden hydraulischen Eigenschaften des Brunnens und dessen Umgebung im Boden erfolgen können, und dass die Öffnung des Ventils nicht durch ein Signal zu einem exakt definierten Zeitpunkt erfolgt. Auch garantiert der angegebene Druck von 10 bis 25 bar keine hohe Eindringtiefe in die zu regenerierenden bohrungsnahen Bodenschichten bzw. in die Filterkörper und Filterschichten.
  • Aus dem DE 199 32 593 C1 ist ein weiteres Verfahren bekannt, welches mindestens einen senkrechten Bohrungsabschnitt im Brunnen, der durch zwei Packer gegenüber der übrigen Bohrung abgegrenzt wird, mit einem gasförmigen oder flüssigen Druckmittel pulsweise beaufschlagt. Das vorhandene Brunnenwasser und/oder das Druckmittel wird durch die Filterwände in die umgebenden Filterkiesschichten gepresst. Unmittelbar im Bereich des Bohrungsabschnittes wird dabei ein Druckbehälter als Pufferspeicher für das Druckmittel eingesetzt, um Druckverluste in Druckleitungen zu vermeiden.
  • Das Wirkprinzip zur Erzielung eines Regenerierungseffektes besteht bei diesem Verfahren im pulsweisen Beaufschlagen des Bohrungsabschnittes mit einem gasförmigen oder flüssigen Druckmittel und dem dadurch hervorgerufenen Verpressen des Brunnenwassers und/oder des Druckmittels durch die Filterschlitze in die Filterkiesschichten, das heißt, es erfolgt lediglich eine Volumenverdrängung durch die Filterschlitze hindurch.
  • In der Patentanmeldung DE 198 43 292.5 wird weiterhin ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem mittels plötzlicher Entspannung eines komprimierten Gases oder einer unter Druck stehenden Flüssigkeit im Brunnen Impulse freigesetzt werden. Auf Grund des in der Gegendruckkammer verwendeten bewegungsträgen Materiales ist der Öffnungs- und Schließvorgang der zur Durchführung des Verfahrens verwendeten Vorrichtung zu langsam, um einen kinetischen Energieimpuls zu erzeugen. Auch wird wiederum lediglich eine druckwechselnde Volumenverdrängung als Regeneriereffekt wirksam.
  • Schließlich ist ein Verfahren bekannt, bei dem zur Brunnenregenerierung Druckimpulse im Brunnen mittels Sprengladung erzeugt werden. Der Einsatz dieses Verfahrens ist auf keinen Fall bei jedem Brunnen möglich, da die erzeugten Druckimpulse sehr energiereich und kaum regelbar sind, und zu Zerstörungen des Ausbaumaterials führen können.
  • Allen bekannten Verfahren liegt das gemeinsame Prinzip zugrunde, mittels kurzzeitiger und teilweise pulsierender Volumenverdrängung im Saugbereich einer Förderbohrung das dort befindliche Medium oder ein Fremdmedium durch die Filterschlitze hindurch in die umgebende Filter- und/oder Bodenschicht zu drücken. Die notwendige Volumenverdrängung wird durch die bei den einzelnen Verfahren unterschiedlich schnelle Freisetzung eines zumeist größeren Volumens eines unter Druck stehenden Fremdmediums (technisches Gas, Explosionsgas, Flüssigkeit) bewirkt.
  • Das Prinzip der Volumenverdrängung grenzt dabei die Reichweite der bekannten Verfahren in die Bohrungsumgebung ein, da die Kompressibilität von Flüssigkeiten bekanntlich gering ist. Lediglich beim Einsatz von Sprengstoff wird durch die sehr hohe Geschwindigkeit der chemischen Umsetzung des Sprengstoffes zusätzlich ein Energieimpuls in der Flüssigkeit erzeugt, der eine große Reichweite dieses Verfahrens bewirkt, aber zugleich durch den sehr schnellen zeitlichen Ablauf zu einem "harten" Impuls führt, der für die Bohrung und die Ausbaumaterialien ein großes Risiko beinhaltet.
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Intensivierung der Durchlässigkeit von bohrungsnahen Bodenschichten sowie von Filterkörpem und Filterschichten in Brunnen und anderen Förderbohrungen zu schaffen, die verglichen mit dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungen eine höhere Effizienz der Intensivierung der Durchlässigkeit von bohrungsnahen Bodenschichten sowie von Filterkörpem und Filterschichten ermöglicht, ohne dass ein Risiko bezüglich der Zerstörung der Bohrung und deren Ausbauten besteht.
  • Die Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 und hinsichtlich der Vorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 7 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens bilden die Merkmale der Unteransprüche 2 bis 6, während vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung die Merkmale der Patentansprüche 8 bis 11 bilden.
  • Die Erfindung soll nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 3 näher erläutert werden.
  • Fig. 1
    zeigt schematisch einen Längsschnitt durch eine Förderbohrung mit einer darin angeordneten erfindungsgemäßen Vorrichtung;
    Fig. 2
    zeigt Einzelheiten der Struktur einer für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens benutzten Vorrichtung.
    Fig. 3
    zeigt in einer der Fig. 1 ähnlichen Ansicht eine Förderbohrung mit einer darin angeordneten modifizierten erfindungsgemäßen Vorrichtung
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung wird unter messtechnisch exakt kontrollier- und steuerbaren Parametern mittels eines mit im Regelfall hoher kinetischer Energie beaufschlagten, jedoch sehr kleinen Flüssigkeitsvolumens ein hydraulischer Energieimpuls E im Förderbereich F der Förderbohrung 11 erzeugt, der durch eine mittels einer Untertagepumpe 8 in der Förderbohrung 11 kontinuierlich erzeugte dynamische Strömung in seiner Effektivität noch verstärkt wird. Entsprechend den Figuren 1 bis 3 wird von einem übertage befindlichen Druckaggregat 6 aus eine Flüssigkeit (z. B. bei einem Brunnen das aus diesem stammende Wasser) mit hohem Druck (bis zu 150 bar) in eine Druckleitung 2 eingepresst, an deren Ende sich ein Impulsgenerator 1 befindet, welcher mit einem großflächigen Ventil versehen ist, das in der Lage ist, innerhalb von 1 bis 2 Millisekunden sich zu öffnen und wieder zu schließen und dabei ein zuvor exakt definierbares, sehr kleines Volumen der unter hohem Druck stehenden Flüssigkeit (ca. 300 ml) in dieser kurzen Zeiteinheit in die zu fördernde Flüssigkeit, z. B. das umgebende Brunnenwasser freizusetzen. Der Effekt der Volumenverdrängung ist auf Grund der verwendeten kleinen Volumenmenge gering, vielmehr werden die Moleküle des Brunnenwassers durch den schlagartigen Anstoß der mit hoher kinetischer Energie freigesetzten kleinen Flüssigkeitsmenge in Schwingungen versetzt, und der dadurch erzeugte hydraulische Energieimpuls E pflanzt sich auf Grund der physikalischen Erscheinung als Impulsströmung durch die Filterschlitze hindurch in die in der Förderbohrung 11 umgebende Flüssigkeit fort und bewirkt dabei durch das Schwingen der Flüssigkeitsmoleküle an ihrem jeweiligen Platz ein Loslösen von Verkrustungen an Innen- wie Außenseiten des Filterrohres sowie das Bewegen von z. B. Feinkornanteilen aus Filterkiesschüttungen.
  • Da als Verfahrensbestandteil zeitgleich durch regelbares, kontinuierliches Abfördern mittels einer Untertagepumpe 8 eine Dynamik in der Förderbohrung 11 und ihrer Umgebung erzeugt wird, werden alle durch den hydraulischen Energieimpuls E von ihrem bisherigen Verweilort fortbewegten Bestandteile sofort abgefördert.
  • Das ununterbrochene Abpumpen wird dadurch ermöglicht, dass beim erfindungsgemäßen Verfahren durch Verwendung kleinster Flüssigkeitsmengen keine aufsteigenden Gasblasen erzeugt werden. Der Impulsgenerator 1 wird während der Regenerierung im Förderrohr 7 im Förderbereich F mittels einer Schlauchwinde 5 definiert auf und ab bewegt.
  • Das Steuersignal zum Öffnen des Ventils des Impulsgenerators 1 wird von der Steuereinheit 9 als elektrisches Signal über ein Steuerkabel 4 zum Impulsgenerator 1 geleitet.
  • Durch das Steuersignal wird der Elektromagnet 14 kurzzeitig energetisiert und der Ventilteller 16 öffnet die Arbeitskammer 12, und die hier zuvor angestaute und mit kinetischer Energie versehene Flüssigkeitsmenge tritt innerhalb von 1 bis 1,5 Millisekunden durch die Austrittsöffnungen 13 in die umgebende zu fördernde Flüssigkeit aus.
  • Durch die Energetisierung des Elektromagneten 14 wird gleichzeitig der untere Ventilteller 17 gegen den Druck einer in der Ventilschließkammer 15 befindlichen Flüssigkeit nach unten gedrückt. Sofort nach Entspannung des Volumens in der Arbeitskammer 12 drückt der in der Ventilschließkammer 15 herrschende Druck den unteren Ventilteller 17 nunmehr wieder schlagartig in die umgekehrte Richtung zurück, und das Ventil 13 wird somit nach ca. 2 bis 2,5 Millisekunden wieder geschlossen. Das in der Ventilschließkammer 15 befindliche Flüssigkeitsvolumen kann sowohl in seiner Menge als auch in seinem Druck über ein von der Steuereinheit 9 betätigbares Schließventil 18 verändert werden.
  • Das Volumen der Arbeitskammer 12 ist ebenfalls unter Betriebsbedingungen von der Steuereinheit 9 aus veränderbar. Dadurch ist die Vorrichtung an alle Ausbauarten von Förderbohrungen 11 und deren Durchmesser in ihren physikalischen Parametern und somit in der Wirkungsstärke des erzeugten kinetischen Energieimpulses E anpassbar. Eine Eingrenzung hinsichtlich der Einsatztiefe in den Förderbohrungen 11 besteht für das Verfahren nicht.
  • An dem Impulsgenerator 1 ist ein Sensor 10 angeordnet, der den energetischen und zeitlichen Verlauf der Energieimpulse E kontinuierlich erfasst und über eine Messleitung 3 an die übertägige Steuereinheit 9 sendet. Hier hat der Bediener die Möglichkeit, anhand des vom Sensor 10 erfassten Verlaufes der Impulswirkung, der Veränderung des dynamischen Flüssigkeitsspiegels in der Förderbohrung 11 und des am Pumpenauslauf registrierbaren Austrages von gelösten Kolmatanten ständig die Auslösung der Energieimpulse E, den Arbeitsdruck der am Impulsgenerator 1 anstehenden Flüssigkeit und die Förderleistung der Untertagepumpe 8 zu steuern.
  • Durch die mittels des Sensors10 erfassbaren Parameter ist das erfindungsgemäße Verfahren exakt steuerbar und damit in der Lage, während der Regenerierung einer Förderbohrung 11 sich ständig und ohne Unterbrechung des Regeneriervorganges an die sich im Verlauf der Bearbeitung verändernden Bedingungen im hydraulischen System der Förderbohrung 11 exakt anzupassen.
  • Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren durch die komplexe Messbarkeit und Steuerbarkeit seiner physikalischen Parameter an jedes bekannte Ausbaumaterial der Förderbohrung 11 angepasst werden.
  • Ist das Filtermaterial sehr spröde, wie z. B. bei Steinzeug oder gealtertem PVC, dürfen die hydraulischen Energieimpulse nur einen geringen Energieinhalt aufweisen, damit die spröden Materialien auch in diesem Fall weder beschädigt noch zerstört werden. Sind bei solchem sehr spröden Filtermaterial die Filterschichten auch noch besonders stark kolmatiert (z. B. durch zu lange Betriebszeit ohne Regenerierung oder durch extreme Eisengehalte im Fördermedium), ergibt sich durch den geringen Energieinhalt der Impulse eine lange Bearbeitungsdauer bzw. die Durchlässigkeit der Filterkörper, Filterschichten und bohrungsnahen Bodenschichten wird bei vertretbarer Bearbeitungsdauer nicht im gewünschten Maße intensiviert.
  • In diesem Falle werden das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung in der Weise modifiziert wie dies in Fig. 3 dargestellt ist und im folgenden beschrieben werden soll.
  • Bei der in Figur 3 dargestellten Förderbohrung 11 handelt es sich um einen Brunnen zur Trinkwassergewinnung.
  • Der zu regenerierende Brunnen wird zunächst in der zuvor beschriebenen Weise bearbeitet. Da das Filterrohr W des zu regenerierenden Brunnens, welches in Figur 3 mit gestrichelten Linien im Schnitt schematisch dargestellt ist, aus sehr sprödem Material besteht, wird die Energie für die hydraulischen Energieimpulse sehr niedrig gewählt, um Beschädigungen des Filterrohres W auf alle Fälle zu vermeiden. Durch den geringen Energieeintrag würde sich die Bearbeitungsdauer beträchtlich verlängern. Kommt nun noch hinzu, dass auch die Filterschichten besonders stark kolmatiert sind, was bei zu langer Betriebszeit des Brunnens ohne Regenerierung oder auch bei extrem hohen Eisengehalten des Grundwassers auftreten kann, ist es möglich, dass die Bearbeitung bei dem geringen Energieeintrag unverhältnismäßig lange dauert und die Kolinatanten bei vertretbarer Bearbeitungsdauer nicht vollständig aus den Filterschichten entfernt werden.
  • Deshalb wird in solchen Fällen das zuvor beschriebene Verfahren abgebrochen oder unterbrochen, nachdem die Innenflächen gereinigt und die Durchlassöffnungen im Filterrohr W freigelegt wurden. Der Impulsgenerator 1 und die Untertagepumpe 8 werden aus der Förderbohrung 11 vorübergehend entnommen, und der Impulsgenerator 1 wird an seinem unteren und oberen Ende mit Packerscheiben P versehen, die mit dem Innendurchmesser des in der Förderbohrung 11 befindlichen Filterrohres W korrelieren. Dann wird der mit den Packerscheiben P versehene Impulsgenerator 1 bis zu einem Endabschnitt des Filterrohres W abgesenkt, und mittels des Druckaggregates 6 wird eine z. B. handelsüblich zur Verfügung stehende Regenerierflüssigkeit, über den Druckschlauch 2 und den Impulsgenerator 1 mit schwachen Energieimpulsen E durch die freigelegten Durchlassöffnungen des Filterrohres W hindurch in die Umgebung der Förderbohrung 11, d. h. bei der Brunnenregenerierung in den Aquifer A hineingepulst bzw. hineingepresst. Dies geschieht abschnittweise, jeweils aufeinander folgend etwa im Abstand der Packerscheiben P am Impulsgenerator 1, bis das andere Ende des Filterrohres W erreicht ist. Danach wird der Impulsgenerator 1 mit den daran befestigten Packerscheiben P aus der Förderbohrung 11 wieder entnommen, und die Untertagepumpe 8 wird wieder in die Förderbohrung 11 eingebracht. Nach definierter Einwirkungszeit der Regenerierflüssigkeit wird dann die Untertagepumpe 8 wieder in Gang gesetzt, und die Regenerierflüssigkeit wird zusammen mit den gelösten Kolmatanten vollständig abgepumpt. Danach wird, wie nach jeder Brunnenregenerierung üblich, eine Intensiventnahme von Wasser vorgenommen.
  • Um den Reinigungseffekt des vorstehend beschriebenen modifizierten erfindungsgemäßen Verfahrens noch weiter zu verstärken, werden nach dem Einpulsen und Einpressen der Regenerierflüssigkeit und der darauf folgenden erneuten Entnahme des Impulsgenerators 1 und der Untertagepumpe 8 aus der Förderbohrung 11 die Packerscheiben P vom Impulsgenerator 1 wieder entfernt, der Impulsgenerator 1 und die Untertagepumpe 8 werden erneut in die Förderbohrung eingebracht, und die Regenerierflüssigkeit wird nach definierter Einwirkungszeit unter Auf- und Abwärtsbewegen des Impulsgenerators 1 und unter gleichzeitiger sukzessiver Aussendung von schwachen hydraulischen Energieimpulsen durch den Impulsgenerator 1 mittels der Untertagepumpe 8 zusammen mit den gelösten Kolmatanten vollständig abgepumpt.
  • Mittels der beiden letztgenannten modifizierten Ausführungsformen der Erfindung kann das Verfahren zur Intensivierung der Durchlässigkeit von bohrungsnahen Bodenschichten sowie von Filterkörpem und Filterschichten im untertägigen Förderbereich von Brunnen und anderen Förderbohrungen auch dann vor allem zur Brunnenregenerierung mit Vorteil angewandt werden, wenn die Brunnen mit besonders spröden Filterrohren z. B. aus Steinzeug oder aus gealtertem PVC versehen und die Filterschichten zusätzlich stark kolmatiert sind.

Claims (11)

  1. Verfahren zur Intensivierung der Durchlässigkeit von bohrungsnahen Bodenschichten (B) sowie von Filterkörpern und Filterschichten (W) im untertägigen Förderbereich (F) von Brunnen und anderen Förderbohrungen (11), wobei im Förderbereich (F) der Bohrung (11) mit einer Untertagepumpe (8) kontinuierlich Flüssigkeit abgepumpt wird, wobei die in dieser Weise bewegte Flüssigkeit durch kontinuierliches Auf- und Abwärtsbewegen eines Impulsgenerators (1) im Förderbereich (F) sukzessive mit hydraulischen Energieimpulsen (E) in Richtung der Bohrungswände, Filterkörper und Filterschichten (W) beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkung jedes Energieimpulses (E) durch seismische Messungen ausgewertet wird und die Parameter des folgenden Energieimpulses (E) auf der Grundlage der Auswertung der Messergebnisse des vorausgegangenen Energieimpulses (E) bestimmt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieimpulse (E) durch ein übertage angeordnetes Druckaggregat (6), welches über eine Druckleitung (2) mit dem im Förderbereich (F) bewegten Impulsgenerator (1) dicht verbunden ist, erzeugt werden, wobei das Druckaggregat (6) einen hohen Druck auf eine Flüssigkeit ausübt, die über die Druckleitung (2) im Impulsgenerator ansteht, und mit einem definierten Druck und während einer definierten Zeitdauer aus dem Impulsgenerator (1) in die zu fördernde Flüssigkeit ausschießt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkung jedes Energieimpulses (E) mittels eines vor Ort am Impulsgenerator (1) installierten seismischen Sensors (10) erfasst und über eine Messleitung (3) zu einer übertage angeordneten Steuereinheit (9) übertragen und dort ausgewertet wird, und dass nach Auswertung der Messsignale die Parameter des folgenden Energieimpulses (E) durch Einstellung des vom Druckaggregat (6) ausgeübten Druckes und durch mindestens ein Steuersignal, welches über eine Steuerleitung (4) zur zeitlich definierten Auslösung des Impulsgenerators (1) übertragen wird, bestimmt werden.
  4. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Steuersignale zur zeitlich definierten Auslösung des Impulsgenerators (1), zur Einstellung des Flüssigkeitsvolumens für den hydraulischen Impuls und zur Bestimmung der Dauer des Energieimpulses (E) zum Impulsgenerator (1) übertragen werden.
  5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitung mit schwachen Energieimpulsen durchgeführt und nach Reinigung der Innenflächen sowie der Freilegung der Durchlassöffnungen des Filterrohres (W) abgebrochen oder unterbrochen wird, dass der Impulsgenerator (1) und die Untertagepumpe (8) aus der Förderbohrung (11) vorübergehend entfernt und der Impulsgenerator (1) an seinem unteren und oberen Ende mit Packerscheiben (P) versehen wird, die mit dem Innendurchmesser des Filterrohres (W) korrelieren, dass danach der mit den Packerscheiben (P) versehene Impulsgenerator (1) bis zu einem Endabschnitt des Filterrohres (W) hinabgelassen und mittels des Druckaggregates (6) eine Regenerierflüssigkeit über den Druckschlauch 2 und den Impulsgenerator 1 mit schwachen Energieimpulsen (E) durch die freigelegten Durchlassöffnungen des Filterrohres (W) in die Umgebung der Förderbohrung (11), d. h. in den Aquifer (A), in Abschnitten, die jeweils etwa dem Abstand der Packerscheiben (P) am Impulsgenerator (1) entsprechen, bis zum anderen Ende des Filterrohres (W) aufeinander folgend hineingepulst bzw. hineingepresst werden, dass der Impulsgenerator (1) dann aus der Förderbohrung (11) erneut entfernt, die Untertagepumpe (8) wieder in die Förderbohrung (11) eingebracht und die Regenerierflüssigkeit nach definierter Einwirkungszeit mittels der Untertagepumpe (8) zusammen mit den gelösten Kolmatanten vollständig abgepumpt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einpulsen und Einpressen der Regenerierflüssigkeit und der darauf folgenden Entfernung des Impulsgenerators (1) und der Untertagepumpe (8) aus der Förderbohrung (11) die Packerscheiben (P) vom Impulsgenerator (1) wieder entfernt und der Impulsgenerator (1) sowie die Untertagepumpe (8) in die Förderbohrung erneut eingebracht werden, und dass die Regenerierflüssigkeit nach definierter Einwirkungszeit unter Auf- und Abwärtsbewegen des Impulsgenerators (1) und gleichzeitiger sukzessiver Aussendung von schwachen hydraulischen Energieimpulsen durch den Impulsgenerator (1) mittels der Untertagepumpe (8) zusammen mit den gelösten Kolmatanten vollständig abgepumpt wird.
  7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, mit einem in den Förderbereich (F) der Bohrung (11) absenkbaren und im Förderbereich (F) auf und ab bewegbaren Impulsgenerator (1), und einer in den Förderbereich der Bohrung absenkbaren Untertagepumpe (8), gekennzeichnet durch einen am Impulsgenerator (1) installierten seismischen Sensor (10), eine übertage angeordnete Steuereinheit (9), die über je eine Mess- und Steuerleitung (3, 4) mit dem seismischen Sensor (10) und dem Impulsgenerator (1) verbunden ist, ein übertage angeordnetes Druckaggregat (6), das über eine Druckleitung (2) mit dem Impulsgenerator (1) verbunden ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Impulsgenerator (1) umfasst: einen Zylinder, in dessen oberem Teil eine mit der Druckleitung (2) verbundene volumenveränderbare Arbeitskammer (12) mit im Ruhezustand verschlossenen Austrittsöffnungen (13) angeordnet ist, und in dessen unterem Teil eine Ventilschließkammer (15) angeordnet ist, und beide Kammern durch einen elektromagnetisch betätigbaren Ventilkolben (V) in Wirkverbindung stehen, wobei der Ventilkolben (V) durch kurzzeitige Energisation eines Elektromagneten (14) nach unten bewegbar ist, und mittels eines daran angeordneten oberen Ventiltellers (16) die Austrittsöffnungen (13) freisetzbar und der in der Arbeitskammer (12) angestaute Überdruck als hydraulischer Impuls aussendbar ist, wobei ein am Ventilkolben angeordneter unterer Ventilteller (17) in dieser Stellung für eine starke Erhöhung des Druckes in der Ventilschließkammer (15) sorgt, und unmittelbar nach Entspannung der Arbeitskammer (12) der Ventilkolben (V) über den Ventilteller (17) in die Ausgangslage zurückdrückbar ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7 und/oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das in der Ventilschließkammer (15) befindliche Flüssigkeitsvolumen und der Druck über ein Schließventil (18) steuerbar ist.
  10. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 9 zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Impulsgenerator (1) an seinem unteren und oberen Ende zeitweise mit je einer Packerscheibe (P) versehen wird.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Packerscheiben (P) in ihrem Durchmesser mit dem Innendurchmesser des Filterrohres (W) der Förderbohrung korrelieren.
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