DE102006040956B4

DE102006040956B4 - Pulse generator

Info

Publication number: DE102006040956B4
Application number: DE102006040956.6A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: TLM HYDROPULS GMBH, DE
Priority date: 2006-08-31
Filing date: 2006-08-31
Publication date: 2021-10-07
Anticipated expiration: 2026-09-01
Also published as: DE502007006922D1; EP1895092A1; DE102006040956A1; EP1895092B1; ATE505622T1

Abstract

Impulsgenerator zur Erzeugung von hydraulischen oder pneumatischen Energie-Impulsen zur Regenerierung oder Intensivierung von Brunnen oder Förderbohrungen, wobei ein Zylinder, welcher einen Arbeitsdruckeingang (10), eine Arbeitsdruckkammer (8) und eine Austrittsöffnung (6) aufweist, eine Ventilstange (4, 14) mit einem Ventilstangenende (3) und einem Ventilkopf (7) aufnimmt, wobei der Zylinder mit dem Arbeitsdruckeingang (10), der Arbeitsdruckkammer (8) und der im Ruhezustand geschlossenen Austrittsöffnung (6) eine Vorspanndruckkammer (2) aufweist, und die Ventilstange (4,14), das Ventilstangenende (3) und der Ventilkopf (7) eine Ventileinheit (20) bilden, welche verschiebbar gelagert ist, und durch welche die Arbeitsdruckkammer (8) mit der Vorspanndruckkammer (2) in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder ein Vorspanndruckventil (1) zur Einleitung einer definierten Menge eines komprimierbaren Mediums mit einem definierten Druck in die Vorspanndruckkammer (2) aufweist, wobei der Impulsgenerator angepasst ist, mittels des Ventilkopfs (7) die Arbeitsdruckkammer (8) gegenüber den Austrittsöffnungen (6) zu öffnen, wenn der in der Arbeitsdruckkammer (8) aufgebaute Druck den Druck in der Vorspanndruckkammer (2) übersteigt.

Pulse generator for generating hydraulic or pneumatic energy pulses for the regeneration or intensification of wells or production wells, a cylinder having a working pressure inlet (10), a working pressure chamber (8) and an outlet opening (6), a valve rod (4, 14) with a valve rod end (3) and a valve head (7) , 14), the valve rod end (3) and the valve head (7) form a valve unit (20) which is displaceably mounted and through which the working pressure chamber (8) is in operative connection with the preload pressure chamber (2), characterized in that the Cylinder has a preload pressure valve (1) for introducing a defined amount of a compressible medium at a defined pressure into the preload pressure chamber (2) has, the pulse generator being adapted to open the working pressure chamber (8) opposite the outlet openings (6) by means of the valve head (7) when the pressure built up in the working pressure chamber (8) exceeds the pressure in the preload pressure chamber (2).

Description

Die Erfindung betrifft einen Impulsgenerator nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a pulse generator according to the preamble of claim 1.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regenerierung von Brunnen und zur Intensivierung von Förderbohrungen mittels hydraulischer oder pneumatischer Energie-Impulse, welche im zu bearbeitenden Filterbereich des Brunnens oder der Förderbohrung während der Regenerierung kontinuierlich auf und ab bewegt wird und dabei hydraulische oder pneumatische Energie-Impulse erzeugt.The invention relates to a device for regenerating wells and for intensifying production wells by means of hydraulic or pneumatic energy pulses, which is continuously moved up and down in the filter area to be processed of the well or the production well during regeneration and thereby generates hydraulic or pneumatic energy pulses .

In Brunnen sowie in Förderbohrungen lagern sich mit zunehmender Betriebszeit Feststoffe und Inkrustationen ab, welche die Durchlässigkeit des Grundwasserleiters, der Filterkiesschüttung sowie der Filterschlitzung verringern. Ebenso können bereits durch den Bohrprozess bei der Errichtung eines derartigen Bauwerkes Rückstände von z. B. Bohrspülungen die Durchlässigkeit des Grundwasserleiters verringern.With increasing operating time, solids and incrustations are deposited in wells and in production wells, which reduce the permeability of the aquifer, the filter gravel bed and the filter slots. Likewise, residues of z. B. drilling fluids reduce the permeability of the aquifer.

Zur Regenerierung und Behandlung dieser Brunnen und Förderbohrungen sind verschiedene Verfahren bekannt.Various methods are known for the regeneration and treatment of these wells and production wells.

Mechanische Verfahren mittels Bürsten oder durch Eindringen eines Wasserstrahles in den Bereich der Filterrohre sind durch hohen maschinellen Aufwand gekennzeichnet.Mechanical processes using brushes or by penetrating a jet of water into the area of the filter tubes are characterized by high mechanical complexity.

Es sind auch Verfahren zur chemischen Regenerierung von Brunnen und zur Intensivierung von Förderbohrungen bekannt. Diese sind zeitaufwendig und in ihrer Eindringtiefe begrenzt. Auch wirkt die chemische Regenerierung nicht an allen Stellen des Brunnens effektiv.Methods for chemical regeneration of wells and intensification of production wells are also known. These are time-consuming and limited in their depth of penetration. Chemical regeneration is also not effective at all points in the well.

Weiterhin sind auch eine Reihe von hydromechanischen Verfahren bekannt, welche auf anderen Wirkungsweisen beruhen:Furthermore, a number of hydromechanical processes are known which are based on other modes of action:

Aus dem eigenen Patent DE 198 43 292 C2 ist z. B. eine Vorrichtung bekannt, bei der vorrangig mittels plötzlicher Entspannung eines komprimierten Gases oder einer unter Druck stehenden Flüssigkeit im Wasser des Brunnens oder in der Flüssigkeit der Förderbohrung Impulse freigesetzt werden. Auf Grund des in der beschriebenen Vorrichtung verwendeten Materials in einer Gegendruckkammer und dessen Bewegungsträgheit ist der Öffnungs- und Schließvorgang der Vorrichtung nicht schnell genug, um einen kinetischen Energie-Impuls zu erzeugen, so dass lediglich eine druckwechselnde Volumenverdrängung als Regeneriereffekt zustande kommt. Außerdem ist die Vorrichtung hinsichtlich ihrer Intensität nicht regelbar.From our own patent DE 198 43 292 C2 is z. B. a device is known in which pulses are released primarily by means of sudden relaxation of a compressed gas or a pressurized liquid in the water of the well or in the liquid of the production well. Due to the material used in the described device in a counter-pressure chamber and its inertia, the opening and closing process of the device is not fast enough to generate a kinetic energy pulse, so that only a pressure-changing volume displacement occurs as a regeneration effect. In addition, the device cannot be regulated with regard to its intensity.

In dem eigenen Patent DE 103 01 338 B3 wird weiterhin ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, bei welchem mittels eines elektrischen Magnetventils in der Vorrichtung zeitlich exakt definierte hydraulische Energie-Impulse freigesetzt werden können. Mittels der Verwendung eines Magnetventils sind Öffnungs- und Schließvorgang der Vorrichtung erheblich schneller als bei der technischen Lösung nach Patent DE 198 43 292 C2 , und es werden wirkungsvolle kinetische Energie-Impulse erzeugt. Jedoch verursacht das notwendige zusätzliche elektrische Steuerkabel zwischen Vorrichtung und übertägigem Steuerpult bei einigen Anwendungen Probleme hinsichtlich des Explosionsschutzes in bestimmten Förderbohrungen.In your own patent DE 103 01 338 B3 Furthermore, a method and a device are described in which hydraulic energy pulses that are precisely defined in time can be released in the device by means of an electric solenoid valve. By using a solenoid valve, the opening and closing processes of the device are considerably faster than with the technical solution according to the patent DE 198 43 292 C2 , and powerful impulses of kinetic energy are generated. However, the additional electrical control cable required between the device and the above-ground control panel causes problems with regard to explosion protection in certain production wells in some applications.

Die DE 195 37 689 A1 schließlich zeigt einen Impulsgenerator gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, der jedoch einen komplexen und Fehler anfälligen Aufbau aufweist.the DE 195 37 689 A1 finally, shows a pulse generator according to the preamble of claim 1, which, however, has a complex and error-prone structure.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zu entwickeln, die hydraulische oder pneumatische Energie-Impulse freisetzen kann, welche schonend auf das Brunnenmaterial einwirken, und die Vorrichtung effektiv, ökologisch unbedenklich und explosionssicher arbeitet. Impulsstärke und Impulsfolge sollen auf die unterschiedlichen Parameter von Brunnen oder Förderbohrungen einstellbar sein.The invention is therefore based on the object of developing a device that can release hydraulic or pneumatic energy pulses which act gently on the well material, and the device works effectively, ecologically harmless and explosion-proof. The pulse strength and pulse sequence should be adjustable to the different parameters of wells or production wells.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patenanspruches 1 gelöst.The object is achieved according to the invention by the characterizing features of claim 1.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung bilden die Merkmale der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention form the features of the subclaims.

Die Erfindung soll im Weiteren anhand zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die anliegenden 1 und 2 näher erläutert werden.

1 zeigt einen erfindungsgemäßen Impulsgenerator nach einem ersten Ausführungsbeispiel
2 zeigt einen erfindungsgemäßen Impulsgenerator nach einem zweiten Ausführungsbeispiel.

In the following, the invention is intended to be based on two preferred exemplary embodiments and with reference to the attached 1 and 2 are explained in more detail.

1 shows a pulse generator according to the invention according to a first embodiment
2 shows a pulse generator according to the invention according to a second embodiment.

Nunmehr soll ein erstes Ausführungsbeispiel anhand der 1 beschrieben werden. Bei dem Impulsgenerator dieses Ausführungsbeispiels wird zunächst über ein Vorspanndruckventil 1 eine definierte Menge eines komprimierbaren Mediums mit einem definierten Druck in eine Vorspanndruckkammer 2 eingeleitet.A first embodiment will now be based on the 1 to be discribed. In the pulse generator of this exemplary embodiment, a preload pressure valve is first used 1 a defined amount of a compressible medium with a defined pressure in a preload pressure chamber 2 initiated.

Dann wird mittels eines Hochdruckschlauches ein komprimierbares Medium über einen Arbeitsdruckeingang 10 in eine Arbeitsdruckkammer 8 geleitet. Es baut sich gegen einen Ventilkopf 7 ein Druck auf, welcher über ein Ventilstangenende 3 auf die Menge des komprimierbaren Mediums in der Vorspanndruckkammer 2 wirkt. Der Ventilkopf 7 öffnet die Arbeitsdruckkammer 8 in dem Moment, wenn der sich darin aufbauende Druck den Druck in der Vorspanndruckkammer 2 übersteigt. Die in der Arbeitsdruckkammer 8 zuvor angestaute und mit kinetischer Energie versehene Menge des komprimierbaren Mediums tritt innerhalb von 1 bis 1,5 Millisekunden durch eine Anzahl von Austrittsöffnungen 6 in das umgebende Brunnenwasser aus.Then a compressible medium is fed through a working pressure inlet by means of a high pressure hose 10 in a working pressure chamber 8th directed. It builds up against a valve head 7th a pressure on, which via a valve rod end 3 on the amount of compressible medium in the preload pressure chamber 2 works. The valve head 7th opens the working pressure chamber 8th at the moment when the pressure building up in it increases the pressure in the preload pressure chamber 2 exceeds. The one in the working pressure chamber 8th The amount of compressible medium previously accumulated and provided with kinetic energy passes through a number of outlet openings within 1 to 1.5 milliseconds 6th into the surrounding well water.

Sofort nach der Entspannung des Volumens in der Arbeitsdruckkammer 8 wirkt von der entgegengesetzten Seite der Vorrichtung die Vorspanndruckkammer 2 in der Weise, dass das beim Öffnungsvorgang gegen ein unter definiertem Druck stehendes komprimierbare Medium geschobene Ventilstangenende 3 nunmehr schlagartig in die umgekehrte Richtung bewegt wird und der Ventilkopf 7 somit nach 2 bis 2,5 Millisekunden wieder geschlossen wird. Das in der Vorspanndruckkammer 2 befindliche Volumen eines komprimierbaren Mediums kann sowohl in seiner Menge als auch in seinem Druck über ein Vorspanndruckventil 1 verändert werden. Dies bedeutet die Veränderung der potentiellen Schließenergie. Das Volumen des komprimierbaren Mediums in der Arbeitsdruckkammer 8 ist während des Einsatzes ebenfalls veränderbar. Dadurch ist die Vorrichtung an alle Ausbauarten und Brunnen- oder Bohrungsdurchmesser in ihren physikalischen Parametern und somit der Wirkungsstärke des erzeugten kinetischen Energie-Impulses anpassbar.Immediately after the expansion of the volume in the working pressure chamber 8th acts from the opposite side of the device, the preload pressure chamber 2 in such a way that the valve rod end is pushed against a compressible medium under a defined pressure during the opening process 3 is now suddenly moved in the opposite direction and the valve head 7th thus it is closed again after 2 to 2.5 milliseconds. That in the preload pressure chamber 2 The volume of a compressible medium located can be measured both in its quantity and in its pressure via a preload pressure valve 1 to be changed. This means the change in the potential closing energy. The volume of the compressible medium in the working pressure chamber 8th can also be changed during use. As a result, the device can be adapted to all types of expansion and well or borehole diameters in terms of its physical parameters and thus the strength of the kinetic energy pulse generated.

Eine Eingrenzung der Einsatztiefe in Brunnen oder Förderbohrungen besteht nicht.There is no limitation of the depth of operation in wells or production wells.

Durch eine an der Vorrichtung integrierte Zentrierung 5 kann die Vorrichtung jedem Brunnen- oder Bohrungsdurchmesser vor dem Einsatz so angepasst werden, dass sie sich definiert zentrisch im Brunnen oder der Förderbohrung befindet und somit eine optimale und gleichmäßige Ausbreitung der Energieimpulse ebenso garantiert ist wie eine Beschädigung der Brunnen- oder Bohrungswand verhindert wird.With a centering integrated in the device 5 the device can be adapted to each well or borehole diameter before use so that it is centrally located in the well or the production borehole, thus guaranteeing an optimal and even spread of the energy impulses as well as preventing damage to the well or borehole wall.

Da mit diesem Impulsgenerator keinerlei elektrische Leitungen in den Brunnen oder in die Förderbohrung eingebracht werden, ist dieser auch ohne zusätzliche Schutzmaßnahmen in explosionsgefährdeten Anwendungsbereichen einsetzbar.Since no electrical lines are introduced into the well or the production well with this pulse generator, it can also be used in potentially explosive areas without additional protective measures.

In 2 ist ein erfindungsgemäßer Impulsgenerator nach einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt. Bei diesem wird über ein Dämpfungsdruckventil 18 eine definierte Menge eines komprimierbaren Mediums mit einem definierten Druck in eine Dämpfungsdruckkammer 17 eingeleitet, welche durch einen beweglichen Trennkolben 16 von einer Arbeitsdruckkammer 8 getrennt ist. Mittels eines Hochdruckschlauches wird nun ein komprimierbares Medium über einen Arbeitsdruckeingang 10 durch einen sich anschließenden Arbeitsdruckkanal 15 und eine hohle Ventilstange 4 in die Arbeitsdruckkammer 8 geleitet. Es baut sich gegen den Trennkolben 16 und das sich in der Dämpfungsdruckkammer 17 befindliche Volumen eines komprimierbaren Mediums ein Druck auf, welcher ebenso auf einen Ventilkopf 7 wirkt, welcher die Arbeitsdruckkammer 8 auf der entgegengesetzten Seite zu einer Anzahl von Austrittsöffnungen 6 hin verschließt.In 2 an inventive pulse generator is shown according to a second embodiment. This is via a damping pressure valve 18th a defined amount of a compressible medium with a defined pressure in a damping pressure chamber 17th initiated, which by a movable separating piston 16 from a working pressure chamber 8th is separated. A compressible medium is now fed through a working pressure inlet by means of a high-pressure hose 10 through an adjoining working pressure channel 15th and a hollow valve rod 4th into the working pressure chamber 8th directed. It builds up against the separating piston 16 and that is in the damping pressure chamber 17th located volume of a compressible medium on a pressure, which also on a valve head 7th acts, which the working pressure chamber 8th on the opposite side to a number of outlets 6th closes.

Der Ventilkopf 7 öffnet die Arbeitsdruckkammer 8 in dem Moment, wenn der sich darin aufbauende Druck den Druck in einer Vorspanndruckkammer 2 übersteigt. Die in der Arbeitsdruckkammer 8 zuvor angestaute und mit kinetischer Energie versehene Menge des komprimierbaren Mediums tritt innerhalb von 1 bis 1,5 Millisekunden durch die Austrittsöffnungen 6 in das umgebende Brunnenwasser aus.The valve head 7th opens the working pressure chamber 8th at the moment when the pressure building up in it increases the pressure in a preload pressure chamber 2 exceeds. The one in the working pressure chamber 8th The amount of compressible medium previously accumulated and provided with kinetic energy passes through the outlet openings within 1 to 1.5 milliseconds 6th into the surrounding well water.

Sofort nach der Entspannung des Volumens in der Arbeitsdruckkammer 8 wirkt von der entgegengesetzten Seite der Vorrichtung die Vorspanndruckkammer 2 in der Weise, dass ein beim Öffnungsvorgang gegen ein unter definiertem Druck stehendes komprimiertes Medium geschobenes Ventilstangenende 3 nunmehr schlagartig in die umgekehrte Richtung bewegt wird und der Ventilkopf 7 somit nach 2 bis 2,5 Millisekunden wieder geschlossen wird. Das in der Vorspanndruckkammer 2 befindliche Volumen des komprimierbaren Mediums kann sowohl in seiner Menge als auch in seinem Druck über ein Vorspanndruckventil 1 verändert werden. Dies bedeutet die Veränderung der potentiellen Schließenergie. Das Volumen des komprimierbaren Mediums in der Arbeitsdruckkammer 8 ist während des Einsatzes ebenfalls veränderbar. Dadurch ist die Vorrichtung an alle Ausbauarten und Brunnen- bzw. Förderbohrungsdurchmesser in ihren physikalischen Parametern und somit der Wirkungsstärke des erzeugten kinetischen Energie-Impulses anpassbar.Immediately after the expansion of the volume in the working pressure chamber 8th acts from the opposite side of the device, the preload pressure chamber 2 in such a way that a valve rod end is pushed against a compressed medium under a defined pressure during the opening process 3 is now suddenly moved in the opposite direction and the valve head 7th thus it is closed again after 2 to 2.5 milliseconds. That in the preload pressure chamber 2 The volume of the compressible medium located can be measured both in its quantity and in its pressure via a preload pressure valve 1 to be changed. This means the change in the potential closing energy. The volume of the compressible medium in the working pressure chamber 8th can also be changed during use. As a result, the device can be adapted to all types of expansion and well or production borehole diameters in terms of its physical parameters and thus the effectiveness of the kinetic energy pulse generated.

Eine Eingrenzung der Einsatztiefe in Brunnen oder Bohrungen besteht nicht.There is no limitation of the operating depth in wells or boreholes.

Durch eine an der Vorrichtung zusätzlich zu befestigende integrierte Zentrierung kann die Vorrichtung jedem Brunnen- oder Förderbohrungsdurchmesser vor dem Einsatz so angepasst werden, dass sie sich definiert zentrisch im Brunnen oder der Förderbohrung befindet und somit eine optimale und gleichmäßige Ausbreitung der Energieimpulse ebenso garantiert ist wie eine Beschädigung der Brunnen- oder Förderbohrungswand verhindert wird.Thanks to an integrated centering that is additionally to be attached to the device, the device can be adapted to each well or production well diameter before use so that it is centrally located in the well or the production well and thus an optimal and even distribution of the energy impulses is guaranteed as well as a Damage to the well or production well wall is prevented.

Da auch bei diesem Impulsgenerator keinerlei elektrische Leitungen mit in den Brunnen oder in die Förderbohrung eingebracht werden, ist dieser auch ohne zusätzliche Schutzmaßnahmen in explosionsgefährdeten Anwendungsbereichen einsetzbar.Since no electrical lines are introduced into the well or into the production well with this pulse generator either, it can also be used in potentially explosive areas without additional protective measures.

Claims

Pulse generator for generating hydraulic or pneumatic energy pulses for the regeneration or intensification of wells or production wells, a cylinder having a working pressure inlet (10), a working pressure chamber (8) and an outlet opening (6), a valve rod (4, 14) with a valve rod end (3) and a valve head (7) , 14), the valve rod end (3) and the valve head (7) form a valve unit (20) which is displaceably mounted and through which the working pressure chamber (8) is in operative connection with the preload pressure chamber (2), characterized in that the Cylinder a preload pressure valve (1) for introducing a defined amount of a compressible medium at a defined pressure into the preload pressure chamber (2) The pulse generator is adapted to open the working pressure chamber (8) opposite the outlet openings (6) by means of the valve head (7) when the pressure built up in the working pressure chamber (8) exceeds the pressure in the preload pressure chamber (2).

Pulse generator after Claim 1 , characterized in that the working pressure inlet (10) is at the upper end, the outlet opening (6) in the middle and the preload pressure valve (1) is at the lower end of the cylinder, and the arrangement of the elements in the cylinder from top to bottom is designed as follows is: working pressure chamber (8), valve head (7), valve rod (4), valve rod end (3) and preload pressure chamber (2).

Pulse generator according to one of the preceding claims, characterized in that an additional working pressure chamber (9) is formed in the cylinder above the working pressure chamber (8).

Pulse generator after Claim 1 , characterized in that the working pressure inlet (10) is at the lower end, the outlet opening (6) in the middle area and the preload pressure valve (1) is arranged laterally in the lower area of the cylinder and the elements are arranged from top to bottom as follows : Working pressure chamber (8), valve head (7), valve rod (14), valve rod end (3) and preload pressure chamber (2); and the valve rod (14) is hollow on the inside and is arranged displaceably around a working pressure channel (15) which extends to the working pressure inlet (10).

Pulse generator after Claim 4 , characterized in that the duration of the energy pulse can be set through the defined change in the pressure of the medium in the damping pressure chamber (17).

Pulse generator after Claim 4 or 5 , characterized in that a damping pressure valve (18) is arranged at the upper end of the cylinder and a damping pressure chamber (17) is formed in the upper region of the cylinder, which is separated from the working pressure chamber (8) by a movable separating piston (16).

Pulse generator according to one of the preceding claims, characterized in that the preload pressure chamber (2) and / or the working pressure chamber (8) and / or the additional working pressure chamber (9) and / or the damping pressure chamber (17) can be filled with a compressible medium, the compressible Medium is preferably gaseous or liquid.

Pulse generator according to one of the preceding claims, characterized in that the pulse triggering frequency can be controlled by the defined change in the inflow of the medium into the working pressure chamber (8).

Pulse generator according to one of the preceding claims, characterized in that the strength of the energy pulse can be set through the defined change in the pressure of the medium in the preload pressure chamber (2).

Pulse generator according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises an integrated centering (5), whereby it is preferably provided that the integrated centering (5) is divided into an upper and a lower partial area, whereby in the area of the outlet opening (6) a recess is formed, and / or that the integrated centering (5) is made of a rigid material, e.g. B. is made of a solid plastic, metal or wood or of a flexible material, e.g. B. is made of an elastic plastic or rubber or there is a fillable envelope.