WO2004063524A1 - Verfahren und vorrichtung zur intensivierung der durchlässigkeit von bohrungsnahen bodenschichten sowie von filterkörpern und filterschichten in brunnen und anderen förderbohrungen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur intensivierung der durchlässigkeit von bohrungsnahen bodenschichten sowie von filterkörpern und filterschichten in brunnen und anderen förderbohrungen Download PDF

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WO2004063524A1
WO2004063524A1 PCT/EP2004/000056 EP2004000056W WO2004063524A1 WO 2004063524 A1 WO2004063524 A1 WO 2004063524A1 EP 2004000056 W EP2004000056 W EP 2004000056W WO 2004063524 A1 WO2004063524 A1 WO 2004063524A1
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pressure
filter
pulse
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PCT/EP2004/000056
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Alexander Steinbrecher
Karsten Kahle
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Alexander Steinbrecher
Karsten Kahle
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    • 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
    • E21B28/00—Vibration generating arrangements for boreholes or wells, e.g. for stimulating production
    • 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
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    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/003—Vibrating earth formations

Definitions

  • the invention relates to a method and a device by means of which the permeability of bottom layers near the bore and of filter bodies and filter layers introduced into the bore in wells and other production bores can be intensified.
  • German patent DE 195 37 689 C2 describes a method for regenerating a well, in which a cylindrical body is lowered between two wire disks as a centering into the well, and by opening a valve in this body gas under high pressure is accelerated against the well wall. This amount of gas pulsates as a pressure wave against the well wall, whereby the opening times of the valve, the escaping gas amount and the gas pressure can be set in the well before the regeneration work.
  • the disadvantage of this method is that during work in the well, no simultaneous and immediate adaptation of the gas pressure, the amount of gas and the opening times of the valve to the hydraulic properties of the well and its environment in the ground, which change due to the processing after each pulse, can take place, and that the valve is not opened by a signal at a precisely defined point in time.
  • the specified pressure of 10 to 25 bar also does not guarantee a high penetration depth into the bottom layers to be regenerated or into the filter body and filter layers.
  • the principle of action to achieve a regeneration effect in this method consists in pulsing the bore section with a gaseous or liquid pressure medium and the resulting compression of the well water and / or the pressure medium through the filter slots into the filter gravel layers, i.e., there is only a volume displacement by the Filter slots.
  • Patent application DE 198 43 292.5 also proposes a method in which impulses are released in the well by means of sudden expansion of a compressed gas or a liquid under pressure. Due to the inertial material used in the back pressure chamber, the opening and closing operation of the device used to carry out the method is too slow to generate a kinetic energy pulse. Again, only a pressure-changing volume displacement is effective as a regeneration effect.
  • volume displacement limits the range of the known methods in the drilling environment, since the compressibility of liquids is known to be low. Only when using explosives is an additional energy pulse generated in the liquid due to the very high speed of the chemical conversion of the explosive, which results in a long range of this process, but at the same time leads to a "hard” pulse due to the very fast timing the drilling and the construction materials involve a great risk.
  • the invention is therefore based on the object of providing a method and a device for intensifying the permeability of bottom layers close to the bore and of filter bodies and filter layers in wells and other production bores which, compared to the methods and devices known from the prior art, have a higher efficiency Intensification of the permeability of borehole layers close to the borehole as well as of filter bodies and filter layers is made possible without there being any risk with regard to the destruction of the borehole and its expansions.
  • the object is achieved with regard to the method by the characterizing features of patent claim 1 and with regard to the device by the characterizing features of patent claim 7.
  • Fig. 1 shows schematically a longitudinal section through a production bore with a device according to the invention arranged therein;
  • FIG. 2 shows details of the structure of a device used for carrying out the method according to the invention.
  • FIG. 3 shows, in a view similar to FIG. 1, a production bore with a modified device according to the invention arranged therein
  • a hydraulic energy pulse E is generated in the delivery area F of the delivery bore 11 under parameters that can be precisely controlled and controlled by means of measurement technology by means of a liquid volume that is usually loaded with very high kinetic energy, which is generated by an underground pump 8 in the production bore 11 continuously generated dynamic flow is even more effective.
  • a liquid for example, in the case of a well, the water originating from a well
  • a surface-mounted pressure unit 6 at high pressure (up to 150 bar) into a pressure line 2, at the end of which a Pulse generator 1 is located, which is provided with a large-area valve, which is able to open and close within 1 to 2 milliseconds and thereby a previously exactly definable, very small volume of the liquid under high pressure (approx. 300 ml) in this short unit of time into the liquid to be pumped, e.g. B. to release the surrounding well water.
  • the uninterrupted pumping is made possible in that, in the method according to the invention, no rising gas bubbles are generated by using the smallest amounts of liquid.
  • the pulse generator 1 is moved up and down in a defined manner by means of a hose winch 5 in the conveying area F during the regeneration in the conveying pipe 7.
  • the control signal for opening the valve of the pulse generator 1 is passed by the control unit 9 as an electrical signal via a control cable 4 to the pulse generator 1.
  • the electromagnet 14 is briefly energized by the control signal and the valve plate 16 opens the working chamber 12, and the amount of liquid that has previously been accumulated and provided with kinetic energy exits through the outlet openings 13 into the surrounding liquid to be delivered within 1 to 1.5 milliseconds.
  • the lower valve plate 17 Due to the energization of the electromagnet 14, the lower valve plate 17 is simultaneously against the pressure of a liquid in the valve closing chamber 15 pressed down. Immediately after expansion of the volume in the working chamber 12, the pressure prevailing in the valve closing chamber 15 suddenly pushes the lower valve plate 17 back in the opposite direction, and the valve 13 is thus closed again after approximately 2 to 2.5 milliseconds.
  • the volume of liquid in the valve closing chamber 15 can be changed 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 can also be changed from the control unit 9 under operating conditions.
  • the device can be adapted to all types of conveying bores 11 and their diameters in their physical parameters and thus in the efficiency of the kinetic energy pulse E generated.
  • a sensor 10 is arranged on the pulse generator 1, which continuously detects the energy and time profile of the energy pulses E and sends it via a measuring line 3 to the surface control unit 9.
  • the operator has the option of constantly triggering the energy pulses E, the working pressure of the liquid present at the pulse generator 1, based on the course of the pulse effect detected by the sensor 10, the change in the dynamic liquid level in the delivery bore 11 and the discharge of dissolved colmatants that can be registered at the pump outlet and to control the delivery rate of the underground pump 8.
  • the method according to the invention can be precisely controlled and is thus able to continuously and precisely adapt itself during the regeneration of a production bore 11 to the conditions in the hydraulic system of the production bore 11 that change during the processing without interrupting the regeneration process.
  • the method according to the invention can be adapted to any known lining material of the production bore 11.
  • the filter material very brittle such as B. in stoneware or aged PVC
  • the hydraulic energy impulses may only have a low energy content, so that the brittle materials are neither damaged nor destroyed in this case.
  • the filter layers of such a very brittle filter material are also particularly strongly compressed (e.g. due to a long operating time without regeneration or due to extreme iron contents in the pumped medium), the low energy content of the impulses results in a long processing time or the permeability of the Filter bodies, filter layers and bottom layers close to the bore are not intensified to the desired extent with a reasonable machining time.
  • the production bore 11 shown in FIG. 3 is a well for drinking water extraction.
  • 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 section in FIG. 3 with broken lines, consists of very brittle material, the energy for the hydraulic energy pulses is chosen to be very low in order to avoid damage to the filter tube W in any case. The processing time would be considerably extended due to the low energy input. In addition, the filter layers are particularly heavily cumulated, which can occur if the well is operating for too long without regeneration or if the groundwater has extremely high iron contents. It is possible that the processing takes a disproportionately long time with the low energy input Colmatants with a reasonable processing time cannot be completely removed from the filter layers.
  • the method described above is therefore terminated or interrupted after the inner surfaces have been cleaned and the through openings in the filter tube W have been exposed.
  • the pulse generator 1 and the underground pump 8 are temporarily removed from the production bore 11, and the pulse generator 1 is provided at its lower and upper ends with packing disks P which correlate with the inside diameter of the filter tube W located in the production bore 11. Then the pulse generator 1 provided with the packer discs P is lowered to an end portion of the filter tube W, and by means of the pressure unit 6 a z.
  • the packer disks P are removed from the pulse generator 1, the pulse generator 1 and the underground pump 8 are again introduced into the production borehole, and the regeneration liquid becomes complete after a defined exposure time by moving the pulse generator 1 up and down and with simultaneous successive transmission of weak hydraulic energy pulses by the pulse generator 1 by means of the underground pump 8 together with the released colmatants pumped out.
  • the method for intensifying the permeability of borehole layers close to the bore and of filter bodies and filter layers in the underground production area of wells and other production wells can also be used with advantage especially for well regeneration if the wells with particularly brittle filter tubes e.g. B. made of stoneware or aged PVC and the filter layers are also heavily cumulated.
  • particularly brittle filter tubes e.g. B. made of stoneware or aged PVC and the filter layers are also heavily cumulated.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Intensivierung der Durchlässigkeit von bohrungsnahen Bodenschichten sowie von Filterkörpern und Filterschichten (W) im untertägigen Förderbereich (F) von Brunnen und anderen Förderbohrungen (11) wird im Förderbereich (F) der Bohrung (11) mit einer Untertagepumpe (8) kontinuierlich Flüssigkeit abgepumpt und 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, und die Wirkung jedes Energieimpulses (E) wird durch seismische Messungen ausgewertet und die Parameter des folgenden Energieimpulses (E) werden auf der Grundlage der Auswertung der Messergebnisse des vorausgegangenen Energieimpulses (E) bestimmt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Intensivierung der Durchlässigkeit von bohrungsnahen Bodenschichten sowie von Filterkörpern und Filterschichten in Brunnen und anderen Förderbohrungen
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 bob-αingsnahen Bodenschichten sowie in den in die Bohrung eingebrachten Filterkörpern und Filterschichten Feststoffe und -jikrustationen 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 Öffhungszeitpunkte 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 Cl 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 Bohnirigsabschnittes 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 Gegen- druckkammer verwendeten bewegungsträgen Materiales ist der Öff ungs- und Schließ- vorgang 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 fuhren 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 Filterkörpern 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 Filterkörpern 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 Aus:fuhrungsbeispielen 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 Förderbohπmgen 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 SensorslO 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 kolma- tiert (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 Kolmatanten 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 Durchlassöff ungen 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 Filterkörpern 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

Patentansprttche
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), dadurch gekennzeichnet, dass im Förderbereich (F) der Bohrung (11) mit einer Untertagepumpe (8) kontinuierlich Flüssigkeit abgepumpt wird, dass 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, und 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 Impuls- generators (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 Durchlassöff ungen 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 Durchlassöffhungen des Filterrohres (W) in die Umgebung der Förderbolirung (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 Durchfiibxung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen in den Förderbereich (F) der Bohrung (11) absenkbaren und im Förderbereich (F) auf und ab bewegbaren Impulsgenerator (1), 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, und eine in den Förderbereich der Bohrung absenkbare Untertagepumpe (8).
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 Austrittsöff ungen (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 Austrittsöffhungen (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 Ventilschließkarnmer (15) sorgt, und unmittelbar nach Entspannung der Arbeitskammer (12) der Ventilkolben (N) 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, 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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