DD296977A5 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von unverfaelschten wasserproben beim niederbringen eines brunnens durch bohren - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von unverfaelschten Wasserproben beim Niederbringen eines Brunnens durch Bohren mit Hilfe eines Bohrfluessigkeit fuehrenden Hohlgestaenges, dessen Zuege aus Vollmantelrohren und wenigstens einem perforierten Rohrzug bestehen und durch Filtersand, durch den die Wasserprobe aus einem mit dem Bohrgestaenge angefahrenen, wasserfuehrenden Horizont durch das in diesem stehende Perforationsrohr abgepumpt wird, nachdem zwischen diesem sowie dem anschlieszenden Vollmantelrohr und dem Bohrlochstosz der Filtersand eingebracht und dieser als Filter eingearbeitet worden ist, ist erfindungsgemaesz vorgesehen, dasz das Niederbringen der Bohrung bis zum ersten wasserfuehrenden Horizont mit geschlossenem Perforationsrohr durchgefuehrt und die erste Wasserprobe gewonnen wird, worauf nach Schlieszen der Perforationen weitergebohrt und dabei der Filtersand ausgetragen wird, bis der folgende wasserfuehrende Horizont angefahren ist, aus dem eine zweite Wasserprobe nach Wiederoeffnen der Perforationen entnommen wird.{Wasserprobe, unverfaelscht; Brunnen; Niederbringen; Bohren; Bohrfluessigkeit; Hohlgestaenge; Vollmantelrohr, perforiert; Rohrzug; Filtersand; Horizont, wasserfuehrend; Bohrlochstosz; Filter}

Description

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden z.B. aus kontaminierten Böden Wasserproben gewonnen, welche aus einem wasserführenden Horizont stammen, der mit der Bohrung angefahren worden ist, wobei aber die Proben von den Verfälschungen frei sind, die durch das Abpumpen der Proben durch das Hohlgestänge und das Bohrloch in die Wasserproben gelangen können, sobald diese den wasserführenden Horizont verlassen haben. Solche Verfälschungen beruhen in der Regel auf Teilen der Bohrlochspülung, welche aus dem umgebenden Gebirge bzw. aus bereits durchteuften wasserführenden Horizonten zusitzende Wässer aufgenommen hat und deswegen unter anderem bei kontaminierten Böden ihrerseits verfälschende Substanzen, z. B. Kontaminationen enthält. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Unterdrückung solcher Verfälschungen des Probenwassers und damit die Beurteilung, aus welchen Proben welche Wasserqualitäten zu erwarten sind. Das beruht im wesentlichen auf dem vor jeder Probe in den Ringraum zwischen dem Bohrgestänge und dem Bohrloch eingebrachten, im wesentlichen hohlzylindrischen Filtersandkörper, durch den das Probewasser abgepumpt wird. Dieser Filtersandkörper hält nämlich mit seinem oberen, ein Vollmantelrohr des Hohlgestänges umgebenden Abschnitt Feststoffteile aus der Spülung fest und setzt sich dadurch zu, wodurch eine natürliche Ringdichtung gegen den wasserführenden Horizont entsteht, in dem das Gestängeperforationsrohr steht. Deshalb wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren der beschriebene Filtersandkörper beim Abpumpen des Probenwassers aus dem Bohrloch über eine gewisse Zeitspanne eingearbeitet, bis die erwähnte Ringdichtung entstanden ist und klares Wasser aus dem angefahrenen Horizont erscheint. Der Filtersand wird dabei von dem Gestänge zurückgehalten.

Dieses Verfahren ist seinem Grundsatz nach bereits bekannt (PCT-Anmeldung WO 82/04352). Wenn nach diesem Verfahren mehrere übereinanderliegende Grundwasserhorizonte untersucht werden sollen, hat das Gestänge im Abstand der wasserführenden Schichten eine Vielzahl von Gestängeperforationsrohren unter denen jeweils ein mit dem Bohrlochstoß versperrbare Auffangvorrichtung angeordnet ist, welche durch das Anheben des Gestänges ausgefahren wird und dann den angebrachten Filtersand zurückhält, so daß die erwähnten hohlzylindrischen Filtersandkörper aufgebaut werden können. Dieses vorbekannte Verfahren läßt sich in der Regel nur mit zwei Gestängen ausführen, die wechselseitig oder nacheinander in das Bohrloch eingefahren werden müssen. Das zum Probeziehen erforderliche Gestänge ist relativ kompliziert aufgebaut und setzt die Kenntnis der Abstände der wasserführenden Horizonte voraus, um die Perforationsgestängerohre in den richtigen Abständen für die Herstellung der Filtersand körper anordnen zu können. Im allgemeinen wird man daher nach diesem Verfahren zunächst die Brunnenbohru ng ga nzoderzum Teil auffahren und dan ach erst das mit den Perforationsgestängerohren versehene Gestänge einfahren. Das ist aus organisatorischen Gründen an sich schon nachteilig und liefert leicht falsche Ergebnisse, wenn man im unbekannten Boden zu bohren hat und nicht weiß, wie tief die Bohrung abgeteuft werden muß, um auf einen wasserführenden Horizont zu treffen, der Wasser geeigneter Qualität und Menge liefert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das vorbekannte Verfahren so zu führen, daß ein Gestängewechsel zwischen den Wasserproben nicht mehr erforderlich ist, jedoch gleichwohl unverfälschte Wasser proben gewonnen werden. Diese Aufgabe löst die Erfindung mit den Merkmalen des Anspruches 1. Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß der Erfindung wird das Bohrgestänge selbst außer zum Auffahren der P robe bohrung zum Abpumpen der Wasserproben durch die hohlen Gestängezüge verwendet. Es hat sich nämlich überraschend herausgestellt, daß der eingangs beschriebene hohlzylindrische Filtersandstopfen, der für die Gewinnung der unverfälschten Wasserproben erforderlich ist, mit der Bohrlochspülung zerstört wird, sobald das Gestängeperforationsrohr verschlossen und weitergebohrt wird. Danach ist es möglich, in jedem von oben nach unten nacheinander angefahrenen wasserführenden Horizont die Bohrung anzuhalten, sobald das Gestängeperforat ions rohr in den führenden Horizont angelangt ist und nunmehr den Filtersand kör per ohne eine besondere Auffangvorrichtung einzuschütten, was das Bohrgestänge weiter vereinfacht.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß nach dem von ihr vorgeschlagenen Verfahren unverfälschte Wasserproben während des Niederbringens der Brunnenbohrung bedarfsweise gewonnen werden können, was ohne Ziehen des Gestänges möglich ist. Dadurch werden die Bohrarbeiten vereinfacht und wesentlich beschleunigt. Mankannnach dem erfindungsgemäßen Verfahren Brunnen von zunächst unbekannter Teufe auffahren bis man an einen wasserführenden Horizont gelangt ist, der Wasser geeigneter Qualität und Menge liefert. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich daher besonders gut als Untersuchungsverfahren für unbekannte Böden mit gegebenenfalls nicht bekannten Belastungen durch kontaminierend wirkende Substanzen.

Die Einzelheiten, weiteren Merkmale und andere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsformen einer Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens gemäß der Erfindung. Es zeigen

Fig. 1: schematische und teilweise im Längsschnitt unter Fortlassung aller für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen

Einzelheiten eine erste Ausführungsform der Erfindung im Längsschnitt, Fig. 2: in gegenüber der Darstellung der Fig. 1 vergrößerter Wiedergabe ein Perforationsgestängerohr gemäß der Erfindung für die Durchführung des Bohrbetriebes,

Fig. 3: in der Fig. 2 entsprechender Darstellung des Perforationsgestängerohr für die Durchführung einer Wasserprobennahme, Fig.4: den Gegenstand der Fig. 3 in vergrößerter Darstellung zur Wiedergabe einer Einzelheit des Perforationsgestängerohres, Fig. 5: eine andere Ausführungsform der Erfindung, im wesentlichen der Fig. 1 entsprechenden Darstellung, jedoch unter Fortlassung des Bohrwerkzeuges,

Fig. 6: eine Fangvorrichtung für den Gegenstand der Fig. 5, Fig. 7: die im Bohrgestänge befindliche Fangvorrichtung nach Fig. 2, Fig. 8: einen Vollmantelrohreinsatz gemäß der Erfindung für die Ausführungsform nach den Fig. 1 bis3.

Die aus Fig. 1 ersichtliche Bohreinrichtung, die gleichzeitig zur Gewinnung unverfälschter Wasserproben dient, ist allgemein mit (1) bezeichnet und fährt ein Bohrloch (2) auf. Zwischen dem Bohrlochstoß (3) und dem Bohrgestänge (4) verbleibt ein Ringspalt. Er entsteht durch die Durchmesserdifferenz des Bohrwerkzeuges (5) und des Bohrgestänges (4). Das Bohrwerkzeug (5) ist unmittelbar unterhalb eines Perforationsgestängerohres (6) angeordnet.

Die Perforationen (7) sind in einer Vielzahl von horizontalen und vertikalen Reihen angeordnet und durchsetzen den Rohrmantel im wesentlichen radial. Ein im wesentlichen hohlzylindrischer Filtersandkörper (8) füllt den Ringraum zwischen dem Perforationsgestängerohr (6) und dem Bohrlochstoß (3) bis zur Sohle des Bohrloches aus. Er reicht bis zu dem letzten Vollmantelgestängezug (9) des Bohrgestänges.

In der Ausführungsform nach den Fig. 5 bis 8 liegt auf der Innenseite des Perforationsgestängerohres (6) ein Perforationsrohreinsatz (10), der den Filtersand zurückhält, so daß nur vom Filtersand freies Wasser in das Innere des Bohrgestänges (4) eindringen kann, sobald eine nicht dargestellte Pumpe das Wasser zutage hebt.

Der Perforationsrohreinsatz (10) und das Perforationsgestängerohr (6) sind über Rastbolzen (11) und einer Halterung (12) miteinander verbunden, so daß der genaue Sitz des Perforationsrohreinsatzes (10) im Gestängeperforationsrohr (6) gewährleistet ist. Im Perforationseinsatz (10) sind Öffnungen (13) vorgesehen, und zwar im dargestellten Beispiel nach Fig.5 Längsschlitze von etwa 0,5mm Breite, so daß der entsprechend gröbere Filtersand des Filtersandkörpers (8) wirksam zurückgehalten wird.

Im Übergangsbereich (14) zwischen dem Gestängeperforationsabschnitt (6) und dem Vollmantelgestängerohr (9) ist die Fangvorrichtung (15) dargestellt, mit deren Hilfe der Perforationsrohreinsatz (10) wieder entfernt werden kann, um den aus weiteren Figuren ersichtlichen Vollmantelrohreinsatz dort einzubringen, wenn die Bohrarbeiten aufgenommen werden sollen.

Die Fangvorrichtung (15) weist Zugbolzen (16) auf, die entsprechend der Ausnehmungen (17) in der Innenwand (18) des Perforationsrohreinsatzes (10) einrasten und über die die Fangvorrichtung (15) in der Lage ist, den gesamten Perforationsrohreinsatz (10) durch das Bohrgestänge (4) hindurch herauszuheben. Am oberen Ende sind Einbaubolzen (19) vorgesehen, die ebenso wie die Zugbolzen (16) über Federn (20) belastet sind, so daß diese jeweils in Richtung Perforationsrohreinsatz (10) verschoben werden und eine genaue Führung bzw. ein genaues Einrasten ermöglichen. Die Funktion der Einbaubolzen wird anhand der Fig. 7 noch weiter erläutert.

Am unteren Ende des Perforationsrohreinsatzes (10) ist ein Verschluß (22) vorgesehen, der dazu dient, das zu untersuchende Wasser nicht unbeabsichtigt unter Umgehung des Filtersandkörpers in Gestängeinnere (23) strömen zu lassen. Der Verschluß

(22) wirkt wie ein Rückschlagventil.

Fig. 6 zeigt eine Fangvorrichtung mit Zugbolzen (16) und Einbau bolzen (19). Die beiden Bolzen (16, 19) sind über Federn (20) belastet. Sie ragen aus den entsprechenden Bohrungen oder Ausschnitten vor, wenn sie nicht durch die Innenwand des Perforationsrohreinsatzes (10) bzw. des Vollmantelrohreinsatzes daran gehindert sind. Mindestens die Zugbolzen (16) sind auf der zum Bohrloch tiefsten (28) weisenden Seite mit Abschräg u η gen (29) versehen, um derart das Einfahren der Fangvorrichtung

(15) in den Perforationsrohreinsatzes (10) bzw. den Vollmantelrohreinsatz (30) sicherzustellen, wobei sie zunächst einmal zurückweichen understdannin die zugeordnete Ausnehmung (17) in der Innenwand (18) des Perforationsroh reinsatzes (10) bzw. des Vollmantelrohreinsatzes (30) einrasten, sobald dies erforderlich ist.

Fig.7 zeigt den unteren Bereich des Bohrgestänges (4), wobei unmittelbar über der Fangvorrichtung (15) der Vollmantelrohreinsatz (30) in den Bereich des Gestängeperforationsrohres (6) eingeschoben wird. Über diesen Rohreinsatz (30) werden dann die Perforationen (7) im Perforationsgestängerohr (6) verschlossen. Sobald die Kugelbolzen (24) in der Innenwand des Gestängeperforationsrohres (6) in die Nut (12') eingerastet sind, hat der Vollmantelrohreinsatz (30) seine vorgeschriebene Stellung erreicht. Um dies sicherzustellen, drückt die Fangvorrichtung (30) über die Einbaubolzen (19) auf den Einsatzr'and (26) nach Fig.3.

Dadurch wird der Vollmantelrohreinsatz (30) in jedem Fall in die erforderliche Endposition gebracht.

Soll der in Fig.8 wiedergegebene Vollmantelrohreinsatz (30) anschließend zurückgewonnen werden, so wird die Fangvorrichtung (15) in den Einsatz abgesenkt und zwar mit eingezogenen oder sich einziehenden Einbaubolzen (19). Sobald die Zugbolzen (16) in die Zug nut (25) einrasten, sind die Einbau bolzen (19), wie aus Fig. 1 ersichtlich, außer Funktion. Die Fangvorrichtung (15) kann zurückgezogen werden, wobei sie den Vollmantelrohreinsatz (30) mitnimmt.

Ein zu weites Einschieben der Fangvorrichtung (15) beispielsweise in den Vollmantelrohreinsatz (30) wird durch die Begrenzung (31) auf der Innenwand (32) verhindert.

Die Ränder (33, 34) des Vollmantelrohreinsatzes (30) sind, wie aus den Fig.7 und 8 ersichtlich ist, abgeschrägt. Dabei sind die Abschrägungen zweckmäßigerweise umgekehrt ausgebildet, wenn mit einer Vorrichtung gearbeitet wird, in der die Vollmantelrohreinsätze (30) im Bereich des darüber liegenden Vollmantelgestängezuges (9) während der Wasserentnahme festgelegt sind. Bei dieser Ausbildung ist das Heraufholen der Voll mantelroh reinsätze (30) bzw. der Perforationseinsätze (10) nicht erforderlich, wobei auch der Perforationseinsatz (10) und der Perforationsgestängezug (6) eine Einheit bilden.

In der Ausführungsform nach Fig.2 ist das Gestängeperforationsrohr (6) mit seinem oberen Ende mit dem anschließenden Vollmantelgestängezug (9) bei (35) verschraubt. Mit einem Sprengring (36) wird ein vorzugsweise aus Kunststoff bestehendes Filterrohr (37) in dem Perforationsgestängezug (6) gehalten. Das Filterrohr (37) stützt sich auf einem inneren Ringbund (38) des Perforationsgestängezuges (6) ab. Sein Innendurchmesser entspricht dem Innendurchmesser des Hohlgestänges. Die beschriebene Anordnung hat den Vorteil, daß die den Rohrmantel (39) schwächenden Perforationen (40) des Perforationsgestängezuges nur eine verhältnismäßig geringe freie Öffnung aufzuweisen braucht und diesen nicht übermäßig schwächen. Der Filterrohreinsatz (37) hat dagegen die verhältnismäßig große offene Fläche der für den Fi lter rand erforderlichen Feinschlitze und eine verhältnismäßig geringe Stabilität, die jedoch durch den Verbund mit dem Perforationsrohr soweit gesteigert ist, daß die auftretenden Kräfte aufgenommen werden können.

Die Fig.2 zeigt den eingeschobenen Vollmantelrohreinsatz (30), welcher an seinem oberen und unteren Ende je eine O-Ringdichtung (41,42) trägt. Dadurch ist gewährleistet, daß die Bohrlochspülung Perforationen (40) des Gestängeperforationsrohres (6) nicht durchqueren kann, so lange der Bohrbetrieb besteht.

Die Fig.3 zeigt dagegen den eingesetzten Perforationsrohreinsatz (10), welcher ebenfalls am oberen und unteren Ende je eine O-Ringdichtung (43, 44) mitbringt. Die Perforationen (45) entsprechen nach Größe und freier Fläche dem Filtersand.

Wie die Fig.4 erkennen laßt, läßt der eingeschobene Vollmantelrohreinsatz (30) die Öffnung des Rückschlagventilkörpers (46) unter Belastung durch die Ventilfeder (47) zu, sobald die Bohrlochspülung durch das Bohrgestänge auf den Ventilkörper (46) drückt.

Claims (12)

1. Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von unverfälschten Wasserproben beim Niederbringen eines Brunnens durch Bohren mit Hilfe eines Bohrflüssigkeit führenden Hohlgestänges, dessen Züge aus Vollmantelrohren und wenigstens einem perforierten Rohrzug bestehen und durch Filtersand, durch den die Wasserprobe aus einem mit dem Bohrgestänge angefahrenen, wasserführenden Horizont durch das in diesem stehende Perforationsrohr abgepumpt wird, nachdem zwischen diesem sowie dem anschließenden VoIi mantel rohr und dem Bohrlochstoß der Filtersand eingebracht und dieser als Filter eingearbeitet worden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Niederbringen der Bohrung bis zum ersten wasserführenden Horizont mit geschlossenem Perforationsrohr durchgeführt und dann die erste Wasserprobe gewonnen wird, worauf nach Schließen der Perforation weitergebohrt und dabei der Filtersand ausgetragen wird, bis der folgende wasserführende Horizont angefahren ist, aus dem eine zweite Wasserprobe nach Wiederöffnen der Perforationen entnommen wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen oder mehrere Rohreinsätze (30) des Pe rfo ra fio π sge stan ge roh res (6), welche mindestens einen Perforationsrohreinsatz (10) und einen Vollmanteleinsatz (30) aufweisen und durch eine Fangvorrichtung (15) zum Einsetzen und Entfernen der Rohreinsätze (10, 30) in bzw. aus dem Gestängeperforationsrohr durch das Hohlgestänge (4).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende des Gestängeperforationsrohres (6) ein Absperrorgan (46, 47) für den Hohlraum des Bohrgestänges (4) aufweist, welches bei der Wasserprobenentnahme geschlossen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrorgan ein Rückschlagventil (46, 47) ist, welches gegen den Perforationsrohreinsatz (10) schließt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 und einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in das Gestängeperforationsrohr (6) ein Filterrohr (37) eingesetzt ist, welches den Filtersand zurückhält.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2 und wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenwand (18) des Gestängeperforationsrohres (6) Halterungen (12) für einen Perforationsrohr-oder Vollmantelrohreinsatz (10,30) zugeordnet sind und die Halterungen innenseitig mit den Zugbolzen (16) einer Fangvorrichtung (15) korrespondierende Ausnehmungen (17) aufweisen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2 und einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen (12) des Perforationsgestängezuges (6) als federbelastete Kugelbolzen (24) und als Nut (12) ausgebildet sind, die den Perforationsrohr- und Vollmantelrohreinsätzen (10, 30) zugeordnet sind, wobei die Fangvorrichtung (15) federbelastete Einbaubolzen (19) aufweist, die mit die Rohreinsätze (10, 30) tragenden Zugbolzen (16) korrespondierend auf den Einsatzrand (26) einwirkend angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2 und einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugbolzen (16) auf dem dem Bohrlochtiefen (28) zugewandten Ende abgeschrägt sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 2 und einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohreinsätze (10, 30) überdie Innenwand (32) vorstehende Begrenzungen (31) fürdie Fangvorrichtung (15) aufweisen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 2 und einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Perforationen im Perforationsgestängerohrabschnitt (6) einen Öffnungsquerschnittvon8bis30mm und die Öffnungen (13) im Filterrohreinsatz einen Öffnungsdurchmesser von ca. 0,5mm aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 2 und einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen im Filterrohreinsatz als Stütze ausgebildet sind, deren Breite ca.0,5mm beträgt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 2 und einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohreinsätze (10, 30) im Bohrgestänge verschiebbar angeordnet sind und eine Einheit bilden.

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