DE3710775A1 - Verfahren und vorrichtung zur wasserfoerderung aus bohrbrunnen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Wasserförderung aus engen Bohrbrunnen großer Tiefe, insbesondere in wasserarmen Regionen.

Die Wassergewinnung aus tiefliegenden wasserführenden Erdformationen erfordert einen hohen technischen Aufwand, dessen Realisierung durch mangelnde Ergie­ bigkeit häufig nicht sinnvoll ist. Einer Reali­ sierung dieses technischen Aufwandes steht häufig auch der meist nur geringe Wasserbedarf an einer bestimmten Stelle entgegen. In manchen Regionen der Erde ist die Bevölkerung daher mit Trinkwasser unterversorgt oder nicht versorgt, obwohl sich in großen Tiefen wasserführende Erdformationen befinden.

In Bohrbrunnen sind herkömmliche Unterwasserpumpen wegen des relativ kleinen Bohrlochdurchmessers nur bei Förderhöhen bis ca. 40 oder 50 Meter verwendbar, weil die Pumpenabmessungen keine Förderstufenzahl er­ möglichen, die über diese Förderhöhen hinausreichen würden. Die Wassergewinnung aus noch tiefer abgebohrten Bohrbrunnen scheitert an der Förder­ möglichkeit unter realistischen Bedingungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Wasser aus engen Bohrbrunnen, vor allem aus Bohrbrunnen mit sehr großer Tiefe, mit einem geringen technischen Aufwand an die Erdoberfläche zu fördern und dabei auf Pumpen als Fördermittel zu verzichten.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Verfahren vorgeschlagen, welches durch die Merkmale nach dem Patentanspruch 1 gekennzeichnet ist.

Nach diesem Verfahren wird in das enge Bohrloch ein entsprechend klein bemessenes Gefäß bis auf den Boden des Bohrloches oder in dessen Nähe abgesenkt, so daß Wasser durch einen oberen Einlauf in den Sammelraum des Gefäßes einströmen kann und diesen Sammelraum füllt. Bei einer vorbestimmten Füllhöhe wird der Zufluß abgesperrt und das Wasser aus dem Gefäß durch dann in dieses Gefäß einströmende Druckluft über die Leitung in einen Aufnahmebehälter an der Erdober­ fläche oder mindestens etwa in Höhe der Erdoberfläche verdrängt. Sobald der Sammelraum des Gefäßes entleert ist, erfolgt eine Druckentlastung, so daß auch der Zufluß wieder öffnet und der Sammelraum erneut mit Wasser vollaufen kann. Auf diese Weise erfolgt intermittierend eine Förderung einer jeweils geringen Wassermenge mittels Druckluft, wobei diese Druckluft vorteilhaft durch einen Kompressor erzeugt wird, der an der Erdoberfläche aufgestellt werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Wasserförderung aus extrem großen Tiefen mit einem relativ geringen technischen Aufwand. Dieser Aufwand kann selbst dann noch lohnend sein, wenn die wasserführenden Schichten nicht besonders ergiebig sind, oder wenn die Förderung nur über einen begrenzten Zeitraum erfolgen soll. Die Fördermenge wird durch die intermittierende Förderung zwar begrenzt, aber da der Förderbetrieb rund um die Uhr aufrechterhalten werden kann, läßt sich auf diese Weise in jedem Fall eine Wassermenge fördern, die für die Trinkwasserversorgung in einer sonst wasserarmen Region, vor allem einer Wüstenregion, ausreicht.

Bei der Vorrichtung zur Förderung aus engen Bohr­ brunnen relativ großer Tiefe entsprechend der Erfindung ist ein Gefäß vorgesehen, welches den Sammelraum bildet, dessen Außendurchmesser kleiner ist als der Durchmesser des Bohrbrunnens, so daß das Gefäß an Traggliedern hängend in dem engen Bohrbrunnen abgesenkt und zum Beispiel mittels einer starren Leitung, die beim Absenken des Gefäßes aufgebaut wird und die vorteilhaft zugleich die Tragglieder für das Gefäß bildet, mit einem hochliegend im Bereich der Erdoberfläche angeordneten Aufnahmebehälter verbunden. Eine weitere Leitung verbindet den Sammelraum des Gefäßes mit einer Druckluftquelle, z. B. einem Kompressor, wobei die letztere Druckluftleitung oben in den Sammelraum mündet und die Verbindungsleitung zwischen dem Gefäß und dem Aufnahmebehälter mit ihrer Mündung etwa bis auf den Boden des Sammelraumes in dem Gefäß reicht. Der ebenfalls im oberen Bereich des Gefäßes angeordnete Zulauf weist ein vorteilhaft selbsttätig wirksames Verschlußorgan mit einer aufschwimmenden Schwimmerkugel auf. Ein Rückschlagventil in der Leitung zwischen dem Gefäß und dem Aufnahmebehälter verhindert den Rückfluß des Wassers nach unten. Die Steuerung der Förderung erfolgt durch Ventile in der Druckluftleitung, so daß der Sammelraum des Gefäßes durch Mittel an der Erdoberfläche entlastet werden kann, so daß das Verschlußorgan des Zuflusses im Gefäß selbsttätig öffnet. Das Gefäß selbst kann an einer Kette, einem Seil oder auch an einem Gestänge aufgehängt sein, um es in jede beliebige Tiefe absenken und seine Höhenlage ggf. variieren zu können, wenn dazu die zuvor bereits erwähnte Aufhängung des Gefäßes an der starren Rohrleitung aus irgendwelchen Gründen nicht geeignet ist.

Alle beweglichen Teile der Vorrichtung, insbesondere die Druckluftquelle und ihre Steuerorgane, befinden sich an der Erdoberfläche, müssen also nicht in dem Bohrloch untergebracht werden und sind für die Wartung frei zugänglich.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vor­ richtung ist auf der Zeichnung schematisch in einem vertikalen Schnitt dargestellt.

In einem engen Bohrloch 1 befindet sich am unteren Ende ein Gefäß 2 mit einem druckfest verschließbaren Sammelraum, einem im oberen Bereich angeordneten Zufluß 3 mit einem selbsttätig arbeitenden Ver­ schlußorgan aus einer aufschwimmenden Schwimmerkugel 4. Der Außendurchmesser dieses im Querschnitt etwa rohrförmigen Gefäßes 2 ist kleiner als der Innen­ durchmesser des Bohrloches 1. Eine Rohrleitung 5 verbindet den Innenraum des Gefäßes 2 mit einem Aufnahmebehälter 6, der an der Erdoberfläche auf­ gestellt ist. Das untere Ende dieser Rohrleitung 5 mündet knapp über dem Boden in dem Gefäß 2 und weist ein Rückschlagventil 7 auf, um den Rückfluß des Wassers aus dem Rohr 5 in das Gefäß 2 zu verhindern. Das obere Ende der Rohrleitung 5 ist als Überlauf ausgebildet, der oberhalb der maximalen Füll­ standshöhe in dem Aufnahmebehälter 6 liegt. Eine mit strichpunktierter Linie dargestellte Druckluftleitung 9 mündet oben in den Sammelraum des Gefäßes 2 und verbindet diesen mit einer Druckluftquelle 8, deren Einzelheiten in dem Kastenschema dargestellt sind. Regelorgane der Druckluftquelle 8 steuern den Ablauf des Fördervorganges und sorgen für die anschließende Entlastung des Sammelraumes in dem Gefäß 2, so daß das Verschlußorgan 4 den Zulauf 3 des Gefäßes 2 wieder freigibt.

Das Ausführungsbeispiel zeigt in der in der Zeichnung eingerahmten vergrößerten Darstellung eine Druckluftquelle 8 an sich bekannter Bauart aus einem Kompressor (K) mit Antriebsmotor (M), einem Ausgleichsdruckbehälter, Rückschlag­ ventilen, Magnetvenilen, Druckreglern und Zeitglie­ dern (t 1 und t 2).

Das sich in dem Bohrbrunnen ansammelnde Wasser gelangt über den Zulauf 3 in den Sammelraum des Gefäßes 2. Bei einer bestimmten Füllstandshöhe schließt das Verschlußorgan 4 den Zulauf 3, so daß anschließend der Innenraum des Gefäßes 2 durch die Druckquelle 8 unter Druck gesetzt und das Wasser aus dem Gefäß 2 über die Rohrleitung 5 in den Aufnahmebehälter 6 verdrängt wird. Nach der Entleerung des Gefäßes 2 wird dieses entlastet, so daß das Verschlußorgan 4 den Zulauf 3 öffnet und erneut Wasser in das Gefäß 2 einströmen kann. Zusätzliche Regelorgane des Aufnahmebehälters 6 können die Förderung aus dem Bohrbrunnen bei Er­ reichung einer bestimmten Füllstandshöhe O unterbrechen und nach dem Absinken unter eine tiefere Füllstandshöhe I wieder in Gang setzen.

Die Versorgung der Druckluftquelle mit Energie kann durch einen an ein Stromversorgungsnetz ange­ schlossenen Elektromotor, durch einen Verbren­ nungskraftmotor, insbesondere aber durch Solarenergie oder durch Windenergie, erfolgen. Letztere Versor­ gungssysteme haben den Vorteil, daß die Wasser­ förderung z. B. in sonnenreichen Regionen während der Sonneneinstrahlung bzw. in windreichen Regionen während der aktiven Windzeiten, in einer Menge erfolgen kann, die über den eigentlichen Bedarf hinausgeht, so daß in Zeiten geringerer Sonnen­ einstrahlung oder geringerer Windaktivität Wasser aus dem Fördervorrat in dem Aufnahmebehälter 6 verbraucht werden kann. Eine Kombination der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Energieversorgung durch Solar­ energie bzw. Windenergie ist daher als besonders vorteilhaft anzusehen.

Claims (5)

1. Verfahren zur Wasserförderung aus engen Bohr­ brunnen großer Tiefe, insbesondere in wasserarmen Regionen, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Bohrbrunnen ein in sich geschlossenes Gefäß mit einem Sammelraum und einem absperrbaren Zufluß abgesenkt und diesem Sammelraum das Wasser in Teilmengen intermittierend zugeleitet wird und daß das Wasser aus dem Sammelraum bei druckdichter Absperrung seines Zuflusses mittels Druckluft in einen hochliegend angeordneten Aufnahmebehälter verdrängt, worauf der Sammelraum wieder entlastet und sein Zufluß wieder geöffnet wird.

2. Vorrichtung zur Wasserförderung aus engen Bohrbrunnen großer Tiefe, insbesondere zur Durch­ führung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gefäß (2) mit dem Sammelraum, dessen Außendurchmesser kleiner ist als der Durchmesser des Bohrbrunnens (1), an Traggliedern hängend in den Bohrbrunnen absenkbar, mit einem hochliegend angeordneten Aufnahmebehälter (6) durch eine Leitung (5) verbindbar und mittels einer weiteren Leitung an eine Druckluftquelle (8) anschließbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Zulauf (3) des Gefäßes (2) mit dem Sammelraum im oberen Bereich des Gefäßes angeordnet ist und ein selbsttätig wirksames Verschlußorgan (4) mit einer aufschwimmenden Schwimmerkugel aufweist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (5) zwischen dem Gefäß (2) und dem Aufnahmebehälter (6) ein Rück­ schlagventil (7) aufweist und daß selbsttätig wirksame Steuerglieder die intermittierende Wasser­ förderung in Abhängigkeit vom Wasserstand in dem Sammelraum des Gefäßes (2) bzw. in Verbindung mit der Füllhöhe des Aufnahmebehälters regeln.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß (2) an Ketten, Seilen oder einem Gestänge hängend befestigt ist und einen rohrförmigen Querschnitt aufweist.