DE102007041635A1

DE102007041635A1 - Use of glass beads to fill the annulus between filter tube and borehole wall in drilling for water production

Info

Publication number: DE102007041635A1
Application number: DE200710041635
Authority: DE
Inventors: Frank Herrmann
Original assignee: OCHS BOHRGESELLSCHAFT MBH; OCHS BOHRGMBH
Current assignee: OCHS BOHRGESELLSCHAFT MBH; OCHS BOHRGMBH
Priority date: 2007-09-03
Filing date: 2007-09-03
Publication date: 2009-03-12
Also published as: EP2031138A1

Abstract

Das Verfüllmaterial hinter Filterrohren in Bohrungen zur Wassergewinnung soll einen möglichst ungehinderten Durchfluss des Grundwassers ermöglichen. Außerdem muss das Material hygienisch einwandfrei sein, da es im Lebensmittel Trinkwasser eingesetzt wird. Das derzeit gemäß DIN 4924 eingesetzte Verfüllmaterial Sand oder Kies hat den Nachteil, dass die Kanten nur abgerundet sein müssen, ein hoher Anteil an Unterkorn verstopft die Porenräume und die Durchmesser der einzelnen Körner eine hohe Schwankungsbreite. Die Verwendung von Glaskugeln als Verfüllmaterial im Bereich von Wassergewinnungsbohrungen hat folgende Vorteile gegenüber dem zurzeit eingesetzten Material Sande und Kiese gemäß DIN 4924. Die Glaskugeln sind ideal rund und erhöhen somit selbst in der dichtfest möglichen Lagerung den freien Porenraum. Ds Grundwasser fließt damit ungehinderter in den Brunnen. Bei Brunnenreinigungen können die größeren Porenräume besser freigespült werden. Das im Kies laut DIN 4924 erlaubte Unterkorn von bis zu 12% Massenanteil bleibt teilweise in den Schlitzen der Filterrohe stecken und erhöht damit auch den Wassereintrittswiderstand. Durch den Einsatz von Glaskugeln wird dies verhindert. Das Anwendungsgebiet der Erfindung liegt in der Grundwassergewinnung durch Bohrungen.The backfill material behind filter tubes in wells for water production should allow a flow of groundwater that is as unhindered as possible. In addition, the material must be hygienic, since it is used in food drinking water. The currently used according to DIN 4924 backfill sand or gravel has the disadvantage that the edges need only be rounded, a high proportion of undersize clogged the pore spaces and the diameter of the individual grains a high range of variation. The use of glass balls as filling material in the area of water production wells has the following advantages over the currently used material sands and gravels according to DIN 4924. The glass spheres are ideally round and thus increase the free pore space even in the tightly sealed possible storage. The groundwater flows unhindered into the well. When cleaning wells, the larger pore spaces can be flushed out better. The undersize of up to 12% by weight permitted in the gravel according to DIN 4924 remains partially stuck in the slots of the filter tube and thus also increases the water entry resistance. The use of glass beads prevents this. The field of application of the invention lies in the extraction of groundwater by drilling.

Description

Für die Gewinnung von Grundwasser ist es notwendig, vertikale Bohrungen in den Grundwasserleiter abzuteufen. In diese Bohrungen werden Ausbaurohre aus Stahl oder PVC eingebaut. Ein Teil der Rohre hat Öffnungen, damit Wasser möglichst ungehindert aus dem Untergrund in das Ausbaurohr fließen kann. Diese Rohre werden als Filterrohre bezeichnet. Damit aus der Bohrung dauerhaft klares Wasser gepumpt werden kann, ist es notwendig den Ringraum zwischen dem geschlitzten Ausbaurohr und der Bohrlochwand mit einem dafür geeigneten Filtersand oder -kies zu verfüllen. Die Anforderungen an den Filtersand oder -kies sind im DVGW-Regelwerk W 123 unter Pkt. 5.3.2.2 (ISSN 0176-3504) aufgeführt.For the extraction of groundwater requires vertical drilling into the aquifer. In these holes are removal tubes made of steel or PVC. A part of the pipes has openings, to allow water to flow out of the underground as unhindered as possible the build-out ear can flow. These tubes are called filter tubes designated. So that permanently pumped clear water from the hole It is necessary to have the annulus between the slotted Removal pipe and the borehole wall with a suitable filter sand or gravel to fill. The requirements for the filter sand or gravel are in the DVGW W 123 under point 5.3.2.2 (ISSN 0176-3504).

Diese wären:

– Funktionssicherheit, d. h. Durchlässigkeit und Sicherstellung der technischen Sandfreiheit
– Beständigkeit, auch gegenüber aggressiven und kontaminierten Wässern
– Chemische und physikalische Stabilität, Alterungsbeständigkeit
– Physiologische Unbedenklichkeit
– Gute Einbaubarkeit, Handhabbarkeit
– Lagestabilität
– Exakte Positionierbarkeit
– Gute Transportierbarkeit
– Gute Lagerfähigkeit
– Gute Nachweisbarkeit
– Keine nachteilige Beeinflussung anderer Brunnenbauteile

These would be:

- Functional safety, ie permeability and ensuring the technical sand freedom
- Resistance, even to aggressive and contaminated waters
- Chemical and physical stability, aging resistance
- Physiological safety
- Easy to install, easy to handle
- Position stability
- Exact positioning
- Good transportability
- Good storability
- Good traceability
- No adverse effect on other well components

Um diese Anforderungen zu erfüllen, sind nach dem derzeitigen Stand der Technik im Bereich des mit dem Filterrohr gefassten Grundwasserleiters Sande und Kiese nach DIN 4924 einzubauen.In order to meet these requirements, according to the current state of the art, sands and gravels are in the area of the aquifer covered with the filter tube DIN 4924 install.

Der Anwendungsbereich der DIN 4924 gilt für Sande und Kiese für die Herstellung von Kiesschüttungen im Brunnenbau.The scope of the DIN 4924 applies to sands and gravels for the production of gravel in well construction.

Bisher wird ausschließlich das natürlich gewonnene Material Sand oder Kies für die Hinterfüllung von Filterrohren bei Bohrungen zum Zwecke der Wassergewinnung verwendet.So far is exclusively the naturally obtained material Sand or gravel for the backfilling of filter tubes used in drilling for the purpose of obtaining water.

Dieses Material hat aber folgende Nachteile:

– Um einen möglichst großen Porenraum für die Durchlässigkeit des Wassers zu erreichen, sollten die Sande und Kiese eine möglichst kugelige Form besitzen. Dies ist in der Praxis durch das natürliche Entstehen des Materials kaum gegeben. Es sind zahlreiche nichtrunde Bestandteile im Kies- bzw. Sandmaterial enthalten, die wiederum die Porenräume stark verkleinern. Selbst laut DIN 4924 sind Unterkornmassenteile laut Tab. 1 von 12% erlaubt. Die Form der Körner wird in der DIN 4924 nur bis zur Korngröße von 5,6 mm als „kantengerundet" (Pkt. 4) gefordert.
– Da das Material in Kiesgruben gewonnen wird, ist es nicht vermeidbar, dass es nicht absolut sauber seinem Verwendungszweck als Schüttgut im Lebensmittelbereich Wasser zugeführt werden kann. Es muss nach dem Einbringen erst langwierig klargespült werden.
– Quarzkörner sind rissig und besitzen Einschlüsse, die ein schnelles Zerspringen der Körner verursachen können

However, this material has the following disadvantages:

- In order to achieve the largest possible pore space for the permeability of the water, the sands and gravels should have a spherical shape as possible. This is hardly possible in practice due to the natural origin of the material. There are numerous non-round components in the gravel or sand material, which in turn greatly reduce the pore spaces. Even loud DIN 4924 are Unterkornmassenteile according to Tab. 1 of 12% allowed. The shape of the grains is in the DIN 4924 only up to the grain size of 5.6 mm as "edge rounded" (Item 4) required.
- Since the material is obtained in gravel pits, it is unavoidable that it can not be supplied absolutely clean to its intended use as bulk material in the food industry. It must first be cleared thoroughly after the introduction.
- Quartz grains are cracked and have inclusions that can cause the grains to crack quickly

Der im Patentanspruch angegebenen Erfindung liegt die Verwendung von Glaskugeln anstelle der in DIN 4924 beschriebenen Kiese und Sande zugrunde.The invention specified in claim is the use of glass beads instead of in DIN 4924 underlying gravel and sands.

Die Verwendung von Glaskugeln hat folgende Vorteile:

– Glaskugeln haben eine annähernd ideale kugelige Form und besitzen damit einen größtmöglichen für die Wassergewinnung nutzbaren Porenraum.
– Glaskugeln sind in absolut gleichen Durchmesser herzustellen. Dies hat den Vorteil, das selbst bei dichtester Lagerung die Porenräume bei ca. 40% des Volumens liegen. Keine Unterkörner können diesen Raum ausfüllen. Dies verhindert außerdem auch unerwünschte nachträgliche Setzungen des Materials. Alle für die Trinkwassergewinnung benötigten Durchmesser können in der geforderten Materialqualität gefertigt werden.
– Weiterer Vorteil des gleichen Durchmessers ist, dass das Material beim Einbau in die Bohrlöcher exakt auf den anstehenden Boden angepasst werden kann. Über- oder Unterkorn wie beim Kiesmaterial ist nicht mehr vorhanden.
– Die Glaskugeln berühren sich nach dem Einbau gegeneinander nur an einem minimalen Punkt. Dies erleichtert später notwendige Reinigungen des Füllmaterials bei notwendigen Brunnenregenierungen (DVGW-Regelwerk W 130).
– Die im DVGW-Regelwerk W 123 unter Pkt. 5.3.2.2 geforderten Eigenschaften an Schüttgüter im Brunnenbau werden durch Glaskugeln in höherem Masse erfüllt als durch die bisherige Kiesschüttung. Dies wären nochmals im Einzelnen:
– Funktionssicherheit, d. h. Durchlässigkeit und Sicherstellung der technischen Sandfreiheit
– Beständigkeit, auch gegenüber aggressiven und kontaminierten Wässern
– Chemische und physikalische Stabilität, Alterungsbeständigkeit
– Physiologische Unbedenklichkeit
– Gute Einbaubarkeit, Handhabbarkeit
– Lagestabilität
– Exakte Positionierbarkeit
– Gute Transportierbarkeit
– Gute Lagerfähigkeit
– Gute Nachweisbarkeit
– Keine nachteilige Beeinflussung anderer Brunnenbauteile
– Das teilweise Verschließen der Filterschlitze von Ausbaurohren durch Unterkornanteile des Schüttmaterials wird komplett verhindert. Dadurch kann das Wasser ungehindert mit niedrigerem Widerstand in die Filterrohre strömen.

The use of glass beads has the following advantages:

- Glass spheres have a nearly ideal spherical shape and thus have the greatest possible pore space for the recovery of water.
- Glass balls are to be made in absolutely the same diameter. This has the advantage that the pore spaces are at about 40% of the volume even with tightest storage. No subgrains can fill this space. This also prevents unwanted subsequent settling of the material. All diameters required for drinking water production can be manufactured in the required material quality.
- Another advantage of the same diameter is that the material can be exactly adapted to the pending soil when installed in the holes. Over- or undersize grain as gravel material is no longer available.
- The glass balls touch each other after installation against each other only at a minimum point. This facilitates later necessary cleaning of the filling material in case of necessary well regeneration (DVGW regulation W 130).
- The properties of bulk materials in well construction required by DVGW W 123 under 5.3.2.2 are met to a greater extent by glass spheres than by previous gravel packing. This would be again in detail:
- Functional safety, ie permeability and ensuring the technical sand freedom
- Resistance, even to aggressive and contaminated waters
- Chemical and physical stability, aging resistance
- Physiological safety
- Easy to install, easy to handle
- Position stability
- Exact positioning
- Good transportability
- Good storability
- Good traceability
- No adverse effect on other well components
- The partial closing of the filter slots of construction tubes by undersize parts of the bulk material is completely prevented. This allows the water to flow unhindered with lower resistance in the filter tubes.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass die Glaskugeln nicht in den Ringraum hinter das Filterrohr geschüttet werden, sondern mit geeigneten Materialien wie z. B. Schüttkörbe, Gewebematerialien oder Verbundstoffe schon vor dem Rohreinbau am Filterrohr befestigt werden.A Another embodiment of the invention is that the glass beads not poured into the annulus behind the filter tube but with suitable materials such. B. baskets, Tissue materials or composites even before the tube installation on Filter tube to be attached.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der als 1 beigefügten Zeichnung dargestellt. 2 und 3 stellen die Vergrößerung des Porenraumes und einhergehend damit die Verbesserung der Durchlässigkeit bei Einsatz von Glaskugeln dar.An embodiment of the invention is in as 1 attached drawing. 2 and 3 represent the enlargement of the pore space and, consequently, the improvement of the permeability when using glass beads.

Es zeigen:It demonstrate:

1: Schnitt durch Bohrloch zur Grundwassergewinnung 1 : Section through borehole for groundwater extraction

2: Porenraum bei Verwendung von Glaskugeln 2 : Pore space when using glass beads

3: Porenraum bei bisher eingesetztem Verfüllmaterial gemäß DIN 4924 3 : Pore space in previously used filling material according to DIN 4924

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

- DIN 4924 [0003]
- DIN 4924 [0004]
- DIN 4924 [0006]
- DIN 4924 [0006]
- DIN 4924 [0007]
- DIN 4924 [0014]

Claims

Backfilling of the annular space between the filter tube and the borehole wall in drilling for groundwater extraction characterized in that glass balls are used for it.

Backfilling of the annular space according to claim 1, characterized in that the glass beads with suitable materials such as B. baskets, tissue materials or Composite materials are attached to the filter tube before pipe installation.