Zustandsanalyse von Brunnen, Grundwassermessstellen und Erdwär-mesonden mittels innovativer Bohrlochmessverfahren
←
→
Transkription von Seiteninhalten
Wenn Ihr Browser die Seite nicht korrekt rendert, bitte, lesen Sie den Inhalt der Seite unten
Kleinmachnow,
Brandenburg. geowiss. Beitr. 15 (2008), 1/2 S. 81-98 11 Abb., 2 Tab., 19 Lit.
Cottbus
Zustandsanalyse von Brunnen, Grundwassermessstellen und Erdwär-
mesonden mittels innovativer Bohrlochmessverfahren
Status analysis of wells, groundwater observation points and borehole heat exchangers using
innovative well-logging methods
Karsten Baumann
1. Einführung wärmesonden mittels bohrlochgeophysikalischer Messver-
fahren hat dabei, nicht zuletzt wegen der hierfür in jüngster
Die Bohrlochgeophysik ist etwa seit der Mitte des vergan- Zeit entwickelten Spezialverfahren und spezialisierten An-
genen Jahrhunderts ein untrennbarer Bestandteil der geo- wendungen von Einzelverfahren und Verfahrenskomplexen,
logischen Erkundung. Ehemals aus Kostengründen, vor- deutlich an Bedeutung gewonnen, wurde doch von ver-
rangig zur Ergänzung bzw. Verbesserung der Aussagen bei schiedenen Seiten erkannt, dass diese Untersuchungen für
Spülbohrungen eingesetzt, spart man durch Ihren Einsatz einen nachhaltigen Schutz unserer Ressource Grundwasser
doch teure Kernbohrmeter ein, hat sie sich heute zu einer unverzichtbar sind. Gerade der in der jüngsten Vergangen-
völlig eigenständigen Erkundungsmethodik entwickelt. Ge- heit zu verzeichnende starke Zuwachs bei der Errichtung
rade die Erkundung von Massenrohstoffen, wie z. B. der von Erdwärmeanlagen mit Teufen bis 100 m, birgt, bei
Braunkohle, wäre ohne den Einsatz moderner bohrlochgeo- nicht sachgerechter Ausführung, eine nicht zu unterschät-
physikalischer Messverfahren nicht denkbar. Im Archiv der zende Gefahr für unser Grundwasser. Hierbei sei nur an
Bohrlochmessung-Storkow GmbH lagern inzwischen etwa Kurzschlüsse zwischen Grundwasserleitern und damit der
150 000 geophysikalisch vermessene Bohrungen aus fast 70 Möglichkeit des Eintrags kontaminierter Oberflächenwäs-
Jahren. Anhand dieser Unterlagen wäre es z. B. möglich, ser oder der Schaffung von Aufstiegspfaden für Salzwässer,
den viel diskutierten Anstieg der Süß-/Salzwassergrenze über unzureichend abgedichtete Ringräume von Erdwärme-
über die vergangenen 50 Jahre zurückverfolgen und damit bohrungen, gedacht. Neben der Aufdeckung von Mängeln
wissenschaftlich zu belegen. Neben der Vermessung von ergibt sich durch den Einsatz der Bohrlochgeophysik bei der
Aufschlussbohrungen hat sich in den vergangenen 20 Jah- Überprüfung von Brunnen, Grundwassermessstellen und
ren ein neues Feld des Einsatzes der Bohrlochgeophysik Erdwärmesonden für den Brunnenbauer auch die Möglich-
herausgebildet, die Überprüfung von Brunnen, Grundwas- keit, die Güte seiner Arbeit durch eine unabhängige Fachfir-
sermessstellen und neuerdings auch Erdwärmesonden. Eine ma gegenüber seinem Auftraggeber nachzuweisen.
Vielzahl technischer Regelwerke, insbesondere des DVGW
(Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches e. V.), aber
auch behördliche Vorschriften, existieren heute in Deutsch- 2. Aufschlussbohrungen
land zu diesem Thema und unterstreichen somit die Be-
deutung, die derartigen Kontrollen beigemessen wird. Die Die Vermessung von Aufschlussbohrungen gehört zu den
Überprüfung von Messstellen, Brunnen und z. T. auch Erd- ältesten Aufgaben der Bohrlochgeophysik. Auch heute noch
Abb. 1
Messfahrzeug bei der Vermessung einer
Aufschlussbohrung
Fig. 1
Measuring vehicle while investigating
an exploration well
Brandenburgische Geowissenschaftliche Beiträge 1/2-2008 81
82
Abb. 2 Messbeispiel einer Aufschlussbohrung Fig. 2 Measuring example of an exploration well
Karsten Baumann
Brandenburgische Geowissenschaftliche Beiträge 1/2-2008
Zustandsanalyse von Brunnen, Grundwassermessstellen und Erdwärmesonden mittels innovativer Bohrlochmessverfahren
wird hier die Entwicklung durch den Einsatz der Bohrloch- (Gamma-Ray-Log), ES (Widerstands-Log), GG.D (Gam-
messung bei der Exploration von Kohlenwasserstoffen zu ma-Gamma-Dichte-Log) und NN (Neutron-Neutron-Log).
wesentlichen Teilen bestimmt. Die Geschichte zeigt jedoch, Hiermit ist es möglich, folgende Informationen zuverlässig
dass Messverfahren, die in Tiefbohrungen zum Standard ge- zu erlangen:
hören, sofern es Sinn macht und bezahlbar ist, auch in der • Geometrie des Bohrlochs (Neigung, Durchmesser),
Bohrlochgeophysik von Flachbohrungen Anwendung fin- • lithologische Feingliederung der Schichtenfolge,
den. Zu erwähnen sei hier nur die NMR-Messung, mit der • Berechnung der Gesamtmineralisation des Schichtwas-
man in der Lage ist, die Porositäten und Permeabilitäten in sers in NaCl-Äquivalent- gehalten (mg/l NaCl-Äquiva-
situ, d. h. direkt in der Bohrung zu bestimmen. Ein entspre- lent) in allen durchteuften Grundwasserbereichen,
chendes, vom Land Brandenburg gefördertes Forschungs- • Berechnung eines Composit-Plots (prozentuale Anteile
vorhaben zur Entwicklung einer H-NMR-Bohrlochmess- von Sand/Kies, Ton/Schluff, organischen Bestandteilen
sonde (Nuclear Magnetic Resonance), findet in diesem Jahr und Porosität) und
seinen Abschluss. Der Bau eines entsprechenden Prototyps • quantitative Abschätzung der Durchlässigkeitsbeiwer-
dieser Sonde, speziell auf die hydrogeologische Erkundung te, bei Vorliegen von aussagekräftigen Analysendaten.
ausgerichtet, könnte dann nachfolgen.
Seit Jahren findet in der hydrogeologischen Erkundung das
so genannte „Hydro-Standard-Programm“ Anwendung. Voraussetzung für den Einsatz des Hydro-Standard-Pro-
Es umfasst die Messverfahren CAL (Kaliber-Log), GR gramms ist ein unverrohrtes Bohrloch.
Die Abbildung 2 zeigt
ein Beispiel, bei dem
aus den Messkurven
die Lithologie, der
Salzgehalt des Grund-
wassers und auch die
einzelnen Komponen-
ten der Gebirgszusam-
mensetzung bestimmt
wurden.
In Aufschlussbohrun-
gen für Erdwärmeson-
den werden aus Kos-
Abb. 3
Messbeispiel einer
Erdwärmebohrung
Fig. 3
Measuring examp-
le of a geothermal
bore
Brandenburgische Geowissenschaftliche Beiträge 1/2-2008 83
Karsten Baumann
tengründen gegenwärtig nur sehr einfache Messprogramme zumindest zu vermuten. Wenn dann die Feldschichtenver-
ausgeführt. Meist beschränkt sich das Messprogramm auf zeichnisse noch so „vorbildlich“, wie in Abbildung 4 dar-
ein GR (Gamma-Ray-Log) und ein FEL (fokussierendes gestellt, geführt werden, bleibt nur noch die Möglichkeit,
Widerstands-Log). Zusammen mit dem Bohrmeisterschich- über die Bohrlochgeophysik ein zuverlässiges geologisches
tenverzeichnis ist es hiermit möglich, die lithologische Schichtenverzeichnis zu bestimmen.
Abfolge in den Bohrungen mit einer Genauigkeit, die dem
Zweck der Bohrung angepasst ist, zu bestimmen.
3. Überprüfung von Brunnen, Grundwassermess-
stellen und Erdwärmesonden Vorbemerkungen
Auffällig ist, dass die Schichtenansprache anhand der Spül-
proben (Lithologie nach Bohrdokumentation) in der Regel
Gänzlich unverständlich ist, dass für einen Brunnen nicht
fast immer zu hohe rollige Anteile ausweist, was u. a. im
selten mehrere hunderttausend Euro investiert wurden, je-
Bohrprozess begründet liegt, bei dem die bindigen Bestand-
doch die notwendigen zwei- bis dreitausend Euro für eine
teile in der Bohrspülung gelöst werden. So wird im Extrem-
umfassende bohrlochgeophysikalische Bauwerksabnahme
fall ein Geschiebemergel, nachdem die bindigen Bestand-
eingespart werden. Kaum jemand käme im Vergleich dazu
teile ausgewaschen wurden, als Kies angesprochen. Das
wohl auf die Idee, in sein neu errichtetes Eigenheim ein-
gleiche Phänomen kann man aber auch sehr häufig bei Tro-
zuziehen, ohne vorher eine umfassende Bauwerksabnahme
ckenbohrungen feststellen, wo z. B. beim Einsatz der Ven-
vornehmen zu lassen.
tilbüchse die bindigen Bestandteile geringmächtiger oder
sandiger Geschiebemergelhorizonte einfach ausgeschlämmt
Bei älteren Brunnenbauwerken oder z. T. auch Messstellen
werden und in der Ventilbüchse nur noch der Kies verbleibt.
gehört eine regelmäßige Diagnose vor und nach der Rege-
Für den Nutzer der Erdwärmeanlage kann dies jedoch dazu
nerierung oder gar eine vollständige Neuaufnahme des Sta-
führen, dass die Anlage unwirtschaftlich arbeitet, da bin-
tus des Bauwerks, von dem in Einzelfällen nicht einmal die
dige Böden eine weit geringere Wärmeentzugsleistung als
genaue Tiefe bekannt ist, geschweige denn Angaben zum
rollige aufweisen. Im Beispiel unter Abbildung 3 ist dies
Verrohrungsplan oder gar zur Ringraumabdichtung gemacht
werden können, noch lange nicht überall zum Routinepro-
gramm der Brunnen- und Messstellenbetreiber. Leider erin-
nert man sich oft erst wieder daran, dass das Wasser eigent-
lich aus dem Brunnen und nicht aus der Leitung kommt,
wenn nicht mehr ausreichend Wasser oder nur noch Wasser
mit verminderter Qualität gefördert wird. Nicht selten treten
diese Umstände dann auf, wenn der Brunnen am meisten
beansprucht wird, also in Zeiten höchster Trockenheit und
Hitze. Brunnenausfälle, unplanmäßige Instandsetzungen
und eigentlich unnötige Kosten sind die unerfreuliche Fol-
ge.
Erinnert sei aber auch an den Einsatz der Bohrlochgeophy-
sik in Vorbereitung der Planung des Rückbaus von Brun-
nen und Grundwassermessstellen. Die hierbei einzuhalten-
den Regeln sind in entsprechenden DVGW-Arbeitsblättern
festgeschrieben. Viel zu leichtfertig, um nicht zu sagen un-
verantwortlich, werden jedoch immer noch Brunnen oder
Grundwassermessstellen „zugeschüttet“, ohne sich vorher
darüber Gedanken zu machen, dass über die fehlende Rin-
graumabdichtung für alle Ewigkeit eine Verbindung zwi-
schen verschiedenen Grundwasserleitern erhalten bleibt.
Oft hört man sogar das Argument, dass der Brunnen ja mit
Ton verfüllt wurde, was jedoch völlig nutzlos ist, wenn
der Ringraum nicht auch über eine hydraulisch wirksame
Abdichtung verfügt. Häufig erkennt man diesen Missstand
recht schnell, wenn in dem in unmittelbarer Nachbarschaft
gelegenen, nach allen Regeln der Technik neu errichteten
Brunnen, Verkeimungen oder hohe Nitratgehalte festgestellt
Abb. 4 werden, deren Ursprung man sich nicht erklären kann.
Beispiel eines Feldschichtenverzeichnisses einer Bohr-
mannschaft (selbsterklärend) Durch eine zunehmende Anwendung des schon seit langem
in verschiedenen Bundes- und Landesgesetzen formal fest-
Fig. 4
geschriebenen Anspruchs, dass durch Brunnen, Grundwas-
Example of an on-site boring-log (self-explanatory)
84 Brandenburgische Geowissenschaftliche Beiträge 1/2-2008
Zustandsanalyse von Brunnen, Grundwassermessstellen und Erdwärmesonden mittels innovativer Bohrlochmessverfahren
Abb. 5 Messeinsatz zur Brunnenüberprüfung vor dem Reichstag in Berlin
Fig. 5 Measuring assignment in front of the Reichstag in Berlin
sermessstellen und natürlich auch Erdwärmebohrungen kei- im Extremfall, insbesondere beim Zusammenbruch,
nerlei schädigender Einfluss auf das Grundwasser erfolgen den Totalverlust der Messstelle oder des Brunnens ver-
darf, werden Betreiber von Brunnen jedoch vermehrt auch ursachen können und zu Setzungen an der Oberfläche
mit behördlichen Auflagen konfrontiert, die einen Nachweis führen (Unfallgefahr!),
darüber verlangen, dass die Anlagen dem Stand der Technik • Überschüttungen von Filterstrecken mit Ton oder Ein-
entsprechend errichtet oder saniert wurden. dringen von Ton-Zement-Suspensionen in den Filter-
bereich und damit „Verstopfung“ der Filterschlitze und
Von neu errichteten Brunnen, Grundwassermessstellen und Filterkiese,
Erdwärmesonden sollte jedoch von vornherein erwartet • zu starkes Sanden,
werden, dass diese dem Stand der Technik entsprechend • mechanische Beschädigung von Rohren,
hergestellt wurden. Sowohl hinsichtlich der Ringraumab- • hoher NaCl-Gehalt des Rohwassers durch eine nicht
dichtung als auch der Dichtheit der Rohrverbindungen sind erkannte Grundwasserversalzung,
festgestellte Defizite hier kaum akzeptabel. Eine „Nullmes- • Verbiegung des Rohrstranges, hervorgerufen durch eine
sung“ erleichtert außerdem die Ursachenforschung bei spä- falsche Einbautechnologie und/oder einen plötzlichen
ter auftretenden Problemen mit den Brunnen oder Messstel- Neigungsaufbau der Bohrung und damit verbundene
len erheblich. Schwierigkeiten beim Einbau von Pumpen und Mess-
geräten,
Häufige Mängel an Brunnen und Grundwassermessstel- • Verwendung unterschiedlicher Rohrchargen, was zu
len Absätzen an den Rohrverbindungen führt und Schwie-
Zu den häufigsten Mängeln, die an Brunnen, Grundwasser- rigkeiten beim Einbringen von Pumpen und Messgerä-
messstellen und in neuster Zeit auch an Erdwärmesonden ten hervorrufen kann,
festgestellt werden, gehören die nachfolgend aufgeführten: • exzentrischer Einbau der Rohre in die Aufschlussboh-
rung und damit verbundene ungleichmäßige oder ein-
• nicht vorhandene, falsch positionierte, einseitig ausge- seitig fehlende Ringraumabdichtung, meist hervorge-
bildete, unvollständige oder mit Nachfall vermischte rufen durch das Fehlen oder eine ungenügende Anzahl
Ringraumabdichtungen aus Ton oder Ton-Zement-Sus- von Zentralisatoren,
pension, (häufigster und gravierendster Mangel!), • auf Grund zu großer Neigung der Aufschlussbohrung
• undichte Rohrverbindungen mit der Folge des Kurz- nur einseitig geschüttete Filterkiese, mit der häufigen
schlusses mehrerer Grundwasserleiter und dem Er- Folge des Sandens und/oder einer deutlich schnelleren
gebnis, dass Messstellen nur Mischproben und falsche Alterung des Brunnens oder der Messstelle,
Grundwasserstände liefern; außerdem ist die Beeinflus- • Undichtigkeiten am Verpressstück, bei einer Abdich-
sung verschiedener Grundwasserleiter/Grundwasser- tung des Ringraums mit Ton-Zement-Suspension aus
qualitäten gegeben (zweithäufigster Mangel!), dem Ausbau heraus, mit den gleichen Folgen wie bei
• falsche geologische Schichtenverzeichnisse, z. B. bei undichten Rohrverbindungen,
Trockenbohrungen und ein daraus resultierender fal- • nicht richtig auf die lithologischen Verhältnisse abge-
scher Ausbau / falsche Verfüllung der Messstelle / des stimmte Filterschlitze und Filterkiese, mit der Folge
Brunnens (dritthäufigster Mangel!), einer geringen Durchlässigkeit von Ringraum und Fil-
• Hohlräume / unverfüllte Bereiche, die durch Brücken- terschlitzen oder des Sandens des Brunnens oder der
bildungen bzw. Setzungen hervorgerufen wurden und Messstelle,
Brandenburgische Geowissenschaftliche Beiträge 1/2-2008 85
Karsten Baumann
• falsche Positionierung von Filterstrecken, hervorge- • Vorhandensein und Zustand der Kiesschüttung
rufen durch Messfehler und/oder Unaufmerksamkeit (Kolmationen, Verdichtungen, Feinkornanteil),
beim Rohreinbau. • Zufluss im Filterbereich bzw. Erstellung einer Zufluss-
profilierung der Filterstrecke,
• Durchlässigkeit des filternahen Bereiches / der Rin-
Bei den Mängeln muss unterschieden werden, ob diese die
graumschüttung,
Messstelle, den Brunnen oder die Erdwärmesonde für deren
• Vertikalität und Exzentrizität der eingebrachten Verroh-
geplanten Zweck unbrauchbar machen oder gar eine Beein-
rung,
flussung des Grundwassers durch das mangelhaft errichtete
• ggf. Präzisierung des erbohrten geologischen Profils
Bauwerk möglich ist, oder ob es Mängel sind, die die Ge-
(Auch im zur Messstelle oder Brunnen ausgebauten
brauchsfähigkeit nur einschränken. Kurzschlüsse zwischen
Bohrloch möglich!),
verschiedenen Grundwasserleitern über den Ringraum oder
• Rohrbeschädigungen (Haarrisse) und Rohrovalitäten.
defekte Rohrverbindungen sind in jedem Fall unzulässig.
Von Fall zu Fall können auch folgende Untersuchungen er-
Neubauabnahme von Brunnen, Grundwassermessstel-
forderlich sein:
len und Erdwärmesonden
Bei der Überprüfung von Brunnen und Messstellen muss
• Überprüfung des Wasserchemismus (absolute Salinität,
zwischen einem Mindestprogramm zum Nachweis der Un-
vertikale Schichtung, Mischwässer aus verschiedenen
bedenklichkeit für die Umwelt (in vielen Bundesländern be-
Horizonten),
reits durch behördliche Auflagen geregelt!) und den Anfor-
• Abschätzung der Schichtwassermineralisation im Po-
derungen, die der Bauherr / Nutzer an ein ordnungsgemäßes
renraum der einzelnen geologischen Abfolgen, („hinter
Bauwerk (Messstelle, Brunnen oder Erdwärmesonde) hin-
den Rohren“, zur Verfolgung der Süß-/ Salzwasser-
sichtlich der Gewährleistung und der Nutzungseigenschaf-
grenze).
ten stellt, unterschieden werden. Zu den behördlichen Min-
destanforderungen gehören danach bohrlochgeophysikali-
sche Messverfahren, die folgende Überprüfungen zulassen: Bei Erdwärmesonden beschränkt sich die Überprüfung
auf das Vorhandensein einer hydraulisch wirksamen Rin-
• Vorhandensein und/oder Lage von Tonsperren/Ton- graumabdichtung. Gegenwärtig ist deren Nachweis jedoch
Zement-Suspensionen (vertikale Ringraumabdichtung) nur möglich, wenn in die Erdwärmesonde zentrisch ein
sowie deren Korrespondenz mit dem geologischen zusätzliches PVC-Rohr vom Mindestdurchmesser 40 mm
Schichtenprofil, eingebracht wird. Dieses Rohr, am Fuß versehen mit einem
• hydraulische Wirksamkeit von Ringraumabdichtungen, Rückschlagventil, kann zum Verpressen der Erdwärmeboh-
insbesondere wenn Hinweise auf Inhomogenitäten der rung mit Ton-Zement-Suspension genutzt werden. Im An-
Ringraumabdichtung vorliegen, schluss an die Verpressung wird Wasser in das Rohr einge-
• Überprüfung auf Brückenbildung (Brücken im Rin- presst, was die restliche Suspension aus dem Rohr drängt.
graum sind Havariegefahren!), Das Rohr kann nun mit üblichen Bohrlochmesssonden be-
• Dichtheit der Aufsatzrohre, insbesondere der Rohrver- fahren werden, um die Abdichtung des Ringraums zu über-
bindungen prüfen. Noch in diesem Jahr ist jedoch damit zu rechnen,
• Lage der Filterstrecke. dass Sonden auf dem Markt verfügbar sind, die auch in den
kleinkalibrigen „Röhrchen“ der Erdwärmesonden eingesetzt
Insbesondere im Hinblick auf einen langfristigen störungs- werden können. Dann wäre der Einbau eines zusätzlichen
freien Betrieb der Messstelle oder des Brunnens (zusätzli- Rohres nicht mehr erforderlich.
che Anforderungen des Betreibers) sind Untersuchungen
und Messverfahren empfehlenswert, die folgende Überprü- Die in der Abbildung 6 dargestellte Gamma-Ray-Sonde
fungen ermöglichen: hat einen Durchmesser von 25 mm und eine Baulänge von
Abb. 6 Prototyp einer miniaturisierten Sonde für die Vermessung von Erdwärmesonden
Fig. 6 Prototype of a miniaturized sensor for measurement in borehole heat exchangers
86 Brandenburgische Geowissenschaftliche Beiträge 1/2-2008
Zustandsanalyse von Brunnen, Grundwassermessstellen und Erdwärmesonden mittels innovativer Bohrlochmessverfahren
30 cm. Diese Sonde wird voraussichtlich noch in diesem den, um so deren Eignung zu überprüfen. Dies empfiehlt
Jahr in die Erprobung gehen. sich insbesondere immer dann, wenn Zweifel an der Rich-
tigkeit von Analysen und / oder Wasserständen bei Grund-
Überprüfung Altbrunnen und Altmessstellen wassermessstellen bestehen, wenn die Leistung des Brun-
Generell können diese Untersuchungen auch am „Altbe- nens nachlässt, die Qualität des Förderwassers mangelhaft
stand“ von Messstellen und Brunnen vorgenommen wer- ist, eine Prognose über die noch mögliche Nutzungsdauer
Abb.7 Brunnenkontrolle mit festgestellter fehlerhafter Verfüllung und potentiell undichten Rohrverbindungen
Fig. 7 Well inspection identifying faulty annular space filling and potentially leaky pipe connections
Brandenburgische Geowissenschaftliche Beiträge 1/2-2008 87
Karsten Baumann
von Brunnen erstellt werden soll oder wenn die Messstelle oder einer Innenrohrmanschette, kann hier gegebenen-
oder der Brunnen zurück gebaut werden soll. Beim geplan- falls Abhilfe schaffen.
ten Rückbau ist insbesondere der Nachweis einer ordnungs- • Nachweis einer ordnungsgemäßen Ringraumverfüllung
gemäßen Ringraumabdichtung und -verfüllung erforderlich (Keine Brückenbildung!) durch entsprechende Messun-
(vergl. DVGW-Arbeitsblatt W 135 (1996)). gen sowie gegebenenfalls nachträgliche Ringraumver-
füllung durch Verpressung, Verdichtung („Kiespum-
• Vorangestellt sollte bei Altbrunnen eine Ermittlung des pe“) oder andere Maßnahmen.
Allgemeinzustandes werden (Fernsehsondierung). • Erstellung eines Zuflussprofils und Bestimmung der
• Es muss ein verlässliches geologisches Schichtenver- Durchlässigkeit des filternahen Bereiches (Flowmeter
zeichnis vorhanden sein oder nachträglich über die oder Tracer-Fluid-Logging und Packerflowmeter).
Bohrlochgeophysik erstellt werden. • Bei älteren Stahlbrunnen oder -messstellen sollte die
• Ein entsprechender verlässlicher Ausbauplan (Lage der Restwandstärke der Aufsatzrohre / Grad der Durch-
Filter, Ausbaudurchmesser, Art der Ringraumverfül- rostung / größere Leckstellen untersucht werden (Vor-
lung) sollte vorliegen oder nachträglich erstellt werden. beugende Maßnahme zur Vermeidung von Havarien,
• Bei tieferen Brunnen, die einen bedeckten Grundwas- z. B. durch Einbruch des Gebirges in den Brunnen bzw.
serleiter erfassen, ist der Nachweis der Ringraumab- Entscheidung darüber, „ob es noch lohnt“, den Brunnen
dichtung zu erbringen. Fehlen die Ringraumabdichtun- oder die Messstelle zu regenerieren bzw. ob eine Re-
gen, so sind diese nachträglich herzustellen. Dies gilt generierung ohne Gefährdung des Brunnens überhaupt
insbesondere auch, wenn der Brunnen verwahrt werden durchgeführt werden kann!).
soll. • Der Zustand der Kiesschüttung (Verdichtung, Kolma-
• Es ist weiterhin nachzuweisen, dass die Rohrverbin- tion, Feinkornanteil) sollte bei geringer Ergiebigkeit
dungen dicht sind. Eine nachträgliche Abdichtung, und/oder ungleichmäßigen Zuflüssen immer mit ermit-
z. B. durch das Einbringen einer Einschubverrohrung telt werden.
Abb. 8 Beispiel der Kontrolle der Ringraumabdichtung mittels dreidimensional messender Verfahren
Fig. 8 Example for the control of annular seals using innovative three-dimensional logging-methods
88 Brandenburgische Geowissenschaftliche Beiträge 1/2-2008
Zustandsanalyse von Brunnen, Grundwassermessstellen und Erdwärmesonden mittels innovativer Bohrlochmessverfahren
Messbeispiele wieder zu unsymmetrischen Fehlstellen, z. T. hervorgeru-
An einigen Messbeispielen soll der Einsatz der Bohrloch- fen durch Nachfall oder nicht zentrisch eingebaute Rohre.
geophysik erläutert werden. Im oberen Beispiel lässt sich eine leichte Exzentrizität des
Rohreinbaus in der Aufschlussbohrung mittels des Rin-
Bei der in der Abbildung 7 (s. o.) dargestellten „Brunnen- graumscanners feststellen. Die Tonsperren sind jedoch aus-
kontrolle“ lässt sich aus der Dichtemesskurve (GG.D – reichend homogen geschüttet worden, was sowohl mittels
rechte Spalte, ganz links) in der Teufe von 33 bis 45 m ein der SGL®-Messung als auch durch den Ringraumscanner
deutliches Minimum erkennen. Hier ist es beim Schütten ausgewiesen wird. Damit kann ihre hydraulische Wirksam-
der Ringraumverfüllung zu einer Brückenbildung bei etwa keit als bewiesen gelten.
33 m gekommen, was zur Folge hatte, dass die nachfol-
genden 12 m unverfüllt blieben. Deutlich lassen sich aus In der Abbildung 9 wurde die Wanddicke der Stahlrohre
der FEL-Messung (rechte Spalte, ganz rechts) die Minima (EMDS – linke Messkurve) mit Hilfe eines elektromagneti-
erkennen. Diese „Spitzen“ sind Indikationen für mögliche schen Verfahrens ermittelt. Dieses Verfahren erlaubt Rück-
undichte Rohrverbindungen. Hier muss ein Packertest zur schlüsse auf die Qualität von Stahlrohren, insbesondere den
endgültigen Klärung der hydraulischen Wirksamkeit dieser Grad der Durchrostung. Meist werden Rohrkorrosionen bei
Rohrverbindungen durchgeführt werden. Kamerabefahrungen viel zu spät erkannt, da die Korrosion
der Rohre fast immer von außen nach innen erfolgt, somit
Bei der Brunnenüberprüfung, die in der Abbildung 8 zur sichtbare Korrosionen im Rohr fast immer auf eine bereits
Darstellung gebracht wurde, kamen die Verfahren „Rin- erfolgte Durchrostung der Rohre hindeuten. Gerade aber
graumscanner“ (RGG.D®) und „Segmentiertes-Gamma- beim Einsatz mechanischer Regenerierverfahren werden die
Log“ (SGL®) zum Einsatz. Die Messergebnisse wurden Rohre stark belastet, was bei durch Korrosion vorgeschä-
von 0° bis 360° in die Ebene projiziert. Die Farbskala (bei digten Rohren schon oftmals zum Verlust des Brunnens, in
s/w-Abbildungen Grauabstufung) zeigt beim RGG.D® die einigen Fällen auch der kompletten Regenerierungsausrüs-
Dichte in g/cm3 und beim SGL® die Gammaaktivität in tung, geführt hat. Im oberen Beispiel lässt sich eine mas-
API jeweils über den gesamten Ringraum an. Hierdurch siver Korrosion der Rohre in einer Teufe von 11 bis 14 m
ist es möglich die Ringraumabdichtung räumlich orientiert erkennen.
zu überprüfen. Insbesondere bei der Verwendung von Ton-
Zement-Suspensionen lassen sich häufig einseitige „Fehl- Als neues, aber sehr effektives Untersuchungsverfahren
stellen“ in der Ringraumabdichtung feststellen. Aber auch hat sich in den letzten Jahren der „Gasdynamische Test“
bei herkömmlich geschütteten Tonsperren kommt es immer (Abb. 10) erwiesen. Dieser Test wird in der Regel dann an-
gewendet, wenn aufgrund der vorangegangenen
Messungen Zweifel an der hydraulischen Wirk-
samkeit von Ringraumabdichtungen bestehen.
Dabei wird Stickstoff über den Filter (Packer
wird an der Filteroberkante abgesetzt; unterhalb
des Packers wird Stickstoff verpresst) in den
Ringraum gepresst. Der aufsteigende Stickstoff
sammelt sich bei einer „intakten“ Ringraumab-
dichtung unterhalb dieser. Durch Wiederholungs-
messungen mit dem Neutron-Neutron-Log (NN)
wird der Abbau der Stickstoffblase verfolgt. Um
ausschließen zu können, dass der Stickstoff zur
Seite abdriftet, können zusätzlich noch Messun-
gen mit dem Ringraumscanner durchgeführt wer-
den. Der aufsteigende Stickstoff verändert hinter
den Rohren, durch Verdrängung von Wasser, die
Dichte. So bilden sich die Aufstiegsbahnen des
Abb. 9
Beispiel einer elektromagnetischen Wanddicken-
messung (EMDS) der Brunnenrohre
Fig. 9
Example of an electromagnetic wall thickness
measurement (EMDS) for well-casings
Brandenburgische Geowissenschaftliche Beiträge 1/2-2008 89
Karsten Baumann
Abb. 10 Prinzipskizze des Gasdynamischen Tests (GDT®)
Fig. 10 Principle sketch of the gas dynamical test (GDT ®)
Stickstoffs auch innerhalb der Ringraumabdichtungen in 4. Einsatzfälle für Bohrlochgeophysik und Fernseh-
Form von Dichtereduzierungen ab. Mit diesem Verfahren sondierung bei der Überprüfung von Brunnen,
ist der Direktnachweis der Wirksamkeit von Ringraumab- Grundwassermessstellen und Erdwärmesonden
dichtungen möglich.
Die überwiegend komplexen Fragestellungen bei der Über-
Die in Abbildung 11 dargestellten Wiederholungsmes- prüfung von Brunnen und Grundwasserstellen bedingen es,
sungen mit dem Induktions-Log belegen den Anstieg der dass für deren Beantwortung in der Mehrzahl der Fälle Kom-
Süß-Salzwassergrenze im Gebirge. Voraussetzung für der- binationen verschiedener Messverfahren (Messprogramme)
artige Messungen ist das Vorhandensein einer Messstelle eingesetzt werden, die speziell auf die Aufgabenstellung zu-
mit Kunststoffausbau. Ein einfaches Kunststoffrohr, auch geschnitten sind. So wird die Auswahl der Messverfahren
ohne Filter, würde hierfür ebenfalls genügen. Mit dem In- im Wesentlichen durch folgende Faktoren bestimmt:
duktions-Log wird die Leitfähigkeit im Gebirge in bis zu
einem Meter Entfernung um die Messstelle ermittelt. Erhöht • Fragestellung/Aufgabenstellung,
sich die Leitfähigkeit, so ist dies ein Anzeichen für eine • Anforderungen an die Genauigkeit/Zuverlässigkeit/“G
Zunahme des Salzgehaltes im Grundwasser. Aus langjäh- erichtsfestigkeit“ der Ergebnisse,
rigen Messungen konnte auch festgestellt werden, dass die • ökonomische Aspekte und betriebliche Belange des
Grundwasserschichtung in der Messstelle meist erheblich Nutzers der Messstelle/des Brunnens,
von der im Gebirge abweicht, also Leitfähigkeitsmessungen • Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit der Ausbaudoku-
(SAL/TEMP) im Messstellenrohr nur selten repräsentative mentation und des geologischen Schichtenverzeichnis-
Ergebnisse über den tatsächlichen Anstieg des Salzwassers ses (Mitwirkungspflicht des Auftraggebers!),
im Gebirge liefern. Die Bestimmung der Süß-Salzwasser- • Anforderungen/Auflagen zum Schutz des Grundwas-
grenze über die Entnahme von Proben ist ebenfalls wenig sers,
zielführend, da dies nur gelänge, wenn die Messstelle über • Typ und Art des Ausbaumaterials (elektrisch leitend/
eine extrem kurze Filterstrecke verfügen würde und die Pro- elektrisch nicht leitend),
be genau zu dem Zeitpunkt entnommen würde, wenn die • Typ und Art des verwendeten Materials zur Herstellung
Grenze exakt im Bereich des kurzen Filters liegt. von Abdichtungen (magnetische Tone, gammaaktive
90 Brandenburgische Geowissenschaftliche Beiträge 1/2-2008Zustandsanalyse von Brunnen, Grundwassermessstellen und Erdwärmesonden mittels innovativer Bohrlochmessverfahren
Abb. 11
Süß-/Salzwassermo-
nitoring mittels Bohr-
lochgeophysik
Fig. 11
Fresh-/salt-water mo-
nitoring using borehole
geophysics
Brandenburgische Geowissenschaftliche Beiträge 1/2-2008 91Karsten Baumann
Tone, nicht markierte Tone, Ton-Zement-Suspensio- • eingesetztes Bohrverfahren beim Abteufen der Auf-
nen) und Technologie der Herstellung der Abdichtung schlussbohrung,
(Schüttung, flüssige Verfüllung mit Suspensionen), • Einsatzbedingungen und -grenzen der einzelnen Mess-
verfahren.
Tab. 1 Häufig verwendete Materialen zur Ringraumabdichtung
Tab. 1 Frequently used materials for annular seals
QDFKZHLVIlKLJH %HYRU]XJWHV %HPHUNXQJ 3URGXNWEHLVSLHOH .RQVLV
(LJHQVFKDIW HQ JHRSK\VLNDO .HLQYROOVWlQGLJHU WHQ]
1DFKZHLV +DQGHOVQDPH
YHUIDKUHQ
VHKUKlXILJHLQJHVHW]W 4XHOORQ+'
IHUURPDJQHWLVFK .XJHOQ
0$/ XQJHHLJQHWEHL :HWURQLW0
'LFKWH 3HOOHWV
6WDKOURKUHQ 0LNROLW
6XVSHQ
'LFKWH6FKDOOKlUWH **'&%/:% =HPHQW
VLRQ
QDWUOLFKH *5E]Z6*/ 4XHOORQ:3 .XJHOQ
*DPPDVWUDKOXQJ 3HOOHWV
7URSWRJHO& 6XVSHQ
VLRQ
'LFKWH 5**' E]Z RIWDXFKVFKZDFK &RPSDFWRQLW .XJHOQ
:DVVHUVWRIIJHKDOW **' PDJQHWLVFK 3HOOHWV
:DVVHUVWRIIJHKDOW 11E]Z'11 :HWURQLW .XJHOQ
0LNROLW 3HOOHWV
)ULHGOlQGHU%ODXWRQ
:DVVHUVWRIIJHKDOW 11E]Z'11 DOOHDQGHUHQQLFKW .XJHOQ
**'5**' PDUNLHUWHQ7RQH 3HOOHWV
'LFKWH 11**' %UXWRSODVW7URSWRJHO 6XVSHQ
:DVVHUVWRIIJHKDOW 5**' 'lPPHU VLRQ
1DWUOLFKH 6*/ *5 :LUGEHUZLHJHQGEHL %UXWRSODVW 6XVSHQ
*DPPDVWUDKOXQJ QDFKWUlJOLFKHQ 7URSWRJHORGHU'lPPHU VLRQ
$EGLFKWXQJHQGHU PLW=LUNRQVDQGYHUVHW]W
5LQJUlXPHHLQJHVHW]W
.HLQ$QVSUXFKDXI9ROOVWlQGLJNHLW.HLQH9ROOVWlQGLJNHLWGHV+DQGHOVQDPHQV
0HVVYHUIDKUHQ
&%/:% =HPHQW%RQG/RJPLW:HOOHQELOGUHJLVWULHUXQJ
'11 'XDO1HXWURQ1HXWURQ/RJ
0$/ 6XV]HSWLELOLWlWV/RJ
11 1HXWURQ1HXWURQ/RJ
*5 *DPPD5D\/RJ
**' *DPPD*DPPD'LFKWH/RJ
6*/ 6HJPHQWLHUWH*DPPD5D\/RJ
5**' 'LFKWH5LQJUDXPVFDQQHU/RJ
Tab. 2 Einsatz bohrlochgeophysikalischer Verfahren (in Anlehnung an DVGW-Arbeitsblatt W 110 (2005))
Tab. 2 Use of well-logging procedures (according to DVGW-Arbeitsblatt W 110 (2005))
1)
++: Messung wird für die jeweilige Aufgabe empfohlen
+: das in den Bemerkungen angegebene Messverfahren ist für die jeweilige Aufgabe aussagefähiger
(+): Messung unter den in den Bemerkungen beschriebenen Bedingungen empfohlen
-: Messung technisch nicht möglich oder nicht sinnvoll
92 Brandenburgische Geowissenschaftliche Beiträge 1/2-2008Zustandsanalyse von Brunnen, Grundwassermessstellen und Erdwärmesonden mittels innovativer Bohrlochmessverfahren
9HUURKUXQJ
.XQVWVWRII 6WDKO
$XIJDEH 9HUIDKUHQ
! ! %HPHUNXQJHQ
$ENU]XQJ '1 '1 '1 '1
$QZHQGXQJVEHGLQJXQJHQ
.DOLEHU/RJ &$/ ]XU9HUPHLGXQJYRQ+DYDULHQPLWWHFKQLVFKHQ*HUlWHQ]ZLQJHQG
HUIRUGHUOLFK
%HIDKUEDUNHLWGHU .DPHUDEHIDKUXQJ ,GHQWLILNDWLRQYRQ)UHPGN|USHUQ8UVDFKHQIRUVFKXQJEHL
5RKUH 237 %HIDKUXQJVVFKZLHULJNHLWHQhEHUSUIXQJGHU/DJHGHU)LOWHUEHL6WDKOURKUHQ
VRQVW)(/ 3UIXQJYRQJU|HUHQ5RKUEHVFKlGLJXQJHQKlXILJDEHUZHJHQ
:DVVHUWUEHQLFKWHLQVHW]EDU
*DPPD5D\/RJ *5 7RQVSHUUHQQDFKZHLVQXUEHL9HUZHQGXQJJDPPDDNWLYPDUNLHUWHU7RQH
P|JOLFKDOV.RUUHNWXUJU|HIU**'XQG5**'LPPHUHUIRUGHUOLFKDE
'1EHVVHU6*/ HLQVHW]HQ
6HJPHQWLHUWHV*DPPD
0HVVXQJGHU*DPPD6WUDKOXQJLQPHKUHUHQJHWUHQQWHQ6HJPHQWHQEHUGHQ
5D\/RJ 6*/ JHVDPWHQ 8PIDQJ GHV 5LQJUDXPV GDGXUFK 1DFKZHLV GHU KRUL]RQWDOHQ
7HXIHQODJHXQG 9HUWHLOXQJYRQ7RQHQLP5LQJUDXP
UlXPOLFKH
+RPRJHQLWlWYRQ *DPPD*DPPD GHXWOLFKHU'LFKWHNRQWUDVW]XPEULJHQ9HUIOOPDWHULDOQRWZHQGLJDE'1
5LQJUDXPDEGLFK 'LFKWH/RJ **' EHVRQGHUVEHL7RQ=HPHQW6XVSHQVLRQ EHVVHU5**'
WXQJHQ
1HXWURQ1HXWURQ/RJ HLQ]LJHV XQLYHUVHOOHV 1DFKZHLVYHUIDKUHQIUQLFKWVSH]LHOOPDUNLHUWH7RQH
11 GLHLQlOWHUHQ0HVVVWHOOHQXQG%UXQQHQDXVVFKOLHOLFKHLQJHVHW]WZXUGHQ
'LFKWH5LQJUDXP 1DFKZHLVHLQHUKRPRJHQHQ9HUWHLOXQJGHV$EGLFKWPDWHULDOVEHUGHQ
VFDQQHU/RJ 5**' JHVDPWHQ8PIDQJGHV5LQJUDXPV KRUL]RQWDOH$XVELOGXQJYRQ
5LQJUDXPDEGLFKWXQJHQ
0DJQHWLN/RJ 0$/ DXVVFKOLHOLFKIUGHQ1DFKZHLVIHUURPDJQHWLVFKPDUNLHUWHU7RQH
,QGXNWLRQV/RJ ,/ WLHIHLQGULQJHQGHV9HUIDKUHQVRPLW,QIRUPDWLRQHQEHUGHQ5LQJUDXP
KLQDXVDXFKEHUGHP*UXQGZDVVHUVSLHJHOHLQVHW]EDU
*DPPD5D\/RJ *5 HLQGHXWLJH8QWHUVFKHLGXQJ]ZLVFKHQ*DPPD6WUDKOXQJDXVGHP*HELUJH
hEHUSUIXQJ XQGDXVGHP5LQJUDXPQXUHLQJHVFKUlQNWP|JOLFKGDNXPXODWLY
(UVWHOOXQJGHV UHJLVWULHUHQG
JHRORJLVFKHQ
6FKLFKWHQYHU]HLFK *DPPD*DPPD 6RQGHQPLWP|JOLFKVW]ZHL(LQGULQJWLHIHQ 6SDFLQJV YHUZHQGHQXPVR
QLVVHV 'LFKWH/RJ **' GHQ(LQIOXVVGHV5LQJUDXPV]XHUPLWWHOQ EHLJURHQ5LQJUlXPHQQXU
HLQJHVFKUlQNW,QIRUPDWLRQHQ]XP*HELUJHJHZLQQEDU
1HXWURQ1HXWURQ/RJ QXUEHLVHKUHQJHQ5LQJUlXPHQIU/LWKRORJLHHLQVHW]EDU6RQGHQPLW
11 P|JOLFKVW]ZHL(LQGULQJWLHIHQ 6SDFLQJV YHUZHQGHQ
IRNXVVLHUWH(OHNWUR/RJ JXWHV6FUHHQLQJYHUIDKUHQDEHUNHLQHLQGHXWLJHU1DFKZHLVGHUK\GUDXOLVFKHQ
)(/ :LUNVDPNHLWYRQ0XIIHQYHUELQGXQJHQKLHU]XLPPHU3DFNHUWHVW
'LFKWKHLWGHU HUIRUGHUOLFK EHL6WDKOURKUHQQXUPLW(0'6RGHU237H[DNWH%HVWLPPXQJ
0XIIHQYHU GHU)LOWHUODJHP|JOLFK
ELQGXQJHQXQG 3DFNHUWHVW 1DFKZHLVGHUK\GUDXOLVFKHQ:LUNVDPNHLWYRQSRWHQWLHOOXQGLFKWHQ
/DJHGHU)LOWHU 0XIIHQYHUELQGXQJHQ/HFNVWHOOHQ LP$QVFKOXVVDQ)(/ZHQQGHU9HUGDFKW
VWUHFNH DXI8QGLFKWLJNHLWHQEHVWHKW ZLFKWLJIUGLH'LFKWKHLWVSUIXQJYRQ
6WDKOURKUHQ
.DOLEHU/RJ &$/ EHLJHULQJHQ5RKUEHOlJHQ%HVWLPPXQJGHU/DJHGHU)LOWHUP|JOLFK
1DFKZHLVHLQHU *DPPD*DPPD 1DFKZHLVGHU5LQJUDXPYHUIOOXQJNDQQQXUHLQVHLWLJRGHUDOV'XUFKVFKQLWW
RUGQXQJVJHPlHQ 'LFKWH/RJ **' EHUGHQJHVDPWHQ5LQJUDXPHUEUDFKWZHUGHQDOWHUQDWLYDE'1
9HUIOOXQJGHV 5**'
JHVDPWHQ 'LFKWH 1DFKZHLVHLQHUKRPRJHQHQ9HUIOOXQJEHUGHQJHVDPWHQ8PIDQJGHV
5LQJUDXPV 5LQJUDXPVFDQQHU/RJ 5LQJUDXPV KRUL]RQWDOH$XVELOGXQJYRQ9HUIOOXQJHQ (LQVDW]DE'1
%UFNHQELOGXQJ 5**'
:DQGGLFNH HOHNWURPDJQHWLVFKH hEHUSUIXQJGHU5HVWZDQGVWlUNH *UDGGHU'XUFKURVWXQJ QXUEHLDOWHQ
'XUFKURVWXQJ :DQGGLFNHQ/RJ 0HVVVWHOOHQXQG%UXQQHQPLW6WDKODXVEDXYRQ,QWHUHVVH
(0'6
5LFKWXQJXQG %RKUORFKYHUODXIV/RJ ZLFKWLJZHQQ0HVVVWHOOHRGHU%UXQQHQEHUERKUWZHUGHQVROOLP
1HLJXQJGHV %$ 6WDKODXVEDXQXU1HLJXQJQLFKW5LFKWXQJE]ZQXUPLW*\URVNRS
$XVEDXV EHVWLPPEDU
=XIOXVVHUPLWWOXQJ )ORZPHWHU/RJ hEHUSUIXQJGHV=XIOXVVHVLP)LOWHUEHUHLFKE]Z(UVWHOOXQJHLQHU
)/2: =XIOXVVSURILOLHUXQJGHU)LOWHUVWUHFNHLQ5XKHXQGEHL)|UGHUXQJ
'XUFKOlVVLJNHLWV 3DFNHU)ORZPHWHU/RJ 'XUFKOlVVLJNHLWYRQ)LOWHUURKUXQG.LHVVFKWWXQJLPILOWHUQDKHQ%HUHLFK
SUIXQJ
):3$&.
6DOLQLWlWV hEHUSUIXQJGHV:DVVHUFKHPLVPXV DEVROXWH6DOLQLWlWYHUWLNDOH
:DVVHUFKHPLVPXV 7HPSHUDWXU 6FKLFKWXQJ
/RJ 6$/7(03
9HUIROJXQJGHU ,QGXNWLRQV/RJ ,/ $EVFKlW]XQJGHV:DVVHUFKHPLVPXVLP3RUHQUDXPGHUHLQ]HOQHQ
6 JHRORJLVFKHQ$EIROJHQ KLQWHUGHQ5RKUHQ LQVEHVRQGHUHLQWHUHVVDQWLP
6DO]ZDVVHUJUHQ]H 9ROOURKUEHUHLFK %HVWLPPXQJGHUYHUWLNDOHQ9HUlQGHUOLFKNHLWGHU6
6DO]ZDVVHUJUHQ]H
hEHUSUIXQJ )HUQVHKVRQGLHUXQJ RSWLVFKHhEHUSUIXQJGHV6XPSIHVDXI$XIODQGXQJHQEHLJURHU
%UXQQHQVXPSI 237 :DVVHUWUEXQJQLFKWDQZHQGEDUKLHUEHVVHU6$/7(03HLQVHW]HQ
K\GUDXOLVFKH *DVG\QDPLVFKHU7HVW $QZHQGXQJZHQQ0lQJHOKLQVLFKWOLFK7HXIHQODJH0lFKWLJNHLWRGHU
:LUNVDPNHLWYRQ *'7 +RPRJHQLWlWYRQ5LQJUDXPDEGLFKWXQJHQDQKDQGDQGHUHU9HUIDKUHQ ]%
5LQJUDXPDEGLFK 0$/5**'11*56*/ IHVWJHVWHOOWZXUGHQXQGGDPLW=ZHLIHODQ
WXQJHQ
GHU'LFKWLJNHLWEHVWHKHQ
Brandenburgische Geowissenschaftliche Beiträge 1/2-2008 93Karsten Baumann
Da die bohrlochgeophysikalischen Messverfahren und die IL (Induktions-Log)
im Brunnenbau eingesetzten Materialien und Herstellungs- induktive Messung der elektrischen Leitfähigkeit
verfahren sehr komplex sind, wird empfohlen, für die Über- • nur bei elektrisch nicht leitendem Ausbau (PVC, Stein-
prüfung von Messstellen und Brunnen möglichst eine Fach- gut, Kiesklebefilter etc.) einsetzbar
firma schon in die Projektierungsphase mit einzubeziehen. • zum Feststellen von elektrischen Anomalien im Rin-
graum besonders bei großem Bohrdurchmesser
In Tabelle 1 sind die in Deutschland gebräuchlichsten Mate- • zur Aushaltung der Lithologie des Gebirges bei kleine-
rialien zur Abdichtung von Ringräumen zusammengestellt ren Bohrdurchmessern
sowie die bohrlochgeophysikalischen Messverfahren, die • zur Messung des elektrischen Widerstandes des Gebir-
für ihren Nachweis erforderlich sind. ges, auch oberhalb des Wasserspiegels, insbesondere
für die geologische Gliederung des Gebirges
Die in Tabelle 2 dargestellten Einsatzfälle von Bohrloch- • zur Bestimmung der Wassersättigung von Gebirge und
geophysik und Fernsehsondierung können unterschieden Ringräumen
werden.
GR (Gamma-Ray-Log)
5. Messverfahren Messung der natürlichen γ-Strahlung von Ausbau und Ge-
birge
Nachfolgend finden Sie eine Aufstellung der in Brunnen,
• zur Kontrolle des geologischen Profils
Grundwassermessstellen und Erdwärmesonden eingesetz-
• zur Anzeige von Feinkornanteilen im Filterkies
ten Messverfahren und deren Wirkprinzipien.
• zum Feststellen von Kolmationen im Filterbereich
• zur Bestimmung der Lage von Tonsperren bei Verwen-
SAL/TEMP (Salinität/Temperatur-Log)
dung gammaaktiver Materialien
Messung der Temperatur und der Leitfähigkeit des Wassers
im Brunnen/Messstelle
• zur Bestimmung des Wasserspiegels SGL® (segmentiertes Gamma-Ray-Log)
• zur Bestimmung der Temperatur und Einschätzung des Messung der natürlichen Gammastrahlung von Ringraum-
Mineralisationsgrades des Wasser im Brunnen/Mess- hinterfüllung und Gebirge in drei ,jeweils um 120° horizon-
stelle tal versetzten Segmenten
• zur Bestimmung von Zufluss- und Verlustbereichen • zur Lokalisierung und Abgrenzung von Ringraumab-
• Indikationen von Undichtigkeiten an Muffen und Über- dichtungen
gängen • Überprüfung einer rundum homogenen Verfüllung des
• Hinterrohrzirkulationen Ringraums, somit exakte Kontrolle der Wirksamkeit
z. B. von Abdichtungen der Ringräume
OPT (Fernsehsondierung) • zur Gliederung der Lithologie des anstehenden Gebir-
Optische Begutachtung der Innenwandungen der Brunnen- ges
rohre/Messstelle • zur Einschätzung des Gehalts an bindigen Komponen-
• zur Beurteilung des Zustandes der Verrohrungen ten in der Kiesschüttung
• zum Erkennen von Belägen und Ablagerungen • Einsatz von 50 bis 600 mm Innendurchmesser
• zum Erkennen von Beschädigungen der Verrohrungen
• zum Erkennen des Zustandes der Filteröffnungen GG.D (Gamma-Gamma-Dichte-Log)
• zur Feststellung von Korrosionserscheinungen, sofern Messung der gestreuten γ-Strahlung, die umgekehrt propor-
Korrosion von innen nach außen tional zur Dichteverteilung ist
• zur Einschätzung der Lagerungsdichte im Ringraum
CAL (Kaliber-Log) (z. B. Brückenbildung)
mechanisches Abtasten der inneren Rohrwandungen • zum Tonsperrennachweis
• zur Bestimmung des Rohrinnendurchmessers • zur dichteabhängigen Gliederung des anstehenden Ge-
• zum Erkennen von Hindernissen, Deformationen oder birges
ähnlichem, zur Vermeidung von Sondenhavarien • zum Erkennen von Rohren abweichender Wandstärke
• zum Lokalisieren der Rohrverbindungen und der Fil-
terstrecken RGG.D® (Dichte- Ringraumscanner-Log)
• zum Erkennen von Rohrdefekten, -erweiterungen, -ver- um 360° rotierende Messung der relativen Dichteänderung
engungen, -ovalitäten und -deformationen im Ringraum
• zum Feststellen von Ablagerungen auf den Innenwan- • Nachweis einer rundum homogenen Verfüllung des
dungen der Verrohrung Ringraums, somit exakte Überprüfung der hydrau-
• zur Volumenberechnung des Brunnens/Messstelle lischen Wirksamkeit von Tonsperren und Filterkies-
schüttungen
94 Brandenburgische Geowissenschaftliche Beiträge 1/2-2008Zustandsanalyse von Brunnen, Grundwassermessstellen und Erdwärmesonden mittels innovativer Bohrlochmessverfahren
• Überprüfung der Exzentrizität der Rohre • Kontrolle der Dichtheit der Aufsatzrohre (besonders
• Einsatz bei Rohrinnendurchmessern von 100 bis Muffenverbindungen)
150 mm (4“ bis 6“) • zur Einschätzung des Zustandes der inneren Rohrwan-
dungen (Korrosionserscheinungen, Rohrbeläge, Rohr-
SGG.D (segmentiertes Gamma- Gamma-Dichtelog) verkrustungen - hierzu auch in Metallverrohrungen
Messung der Dichte von Ringraumhinterfüllung und Ge- einsetzbar!)
birge in zwei, jeweils um 180° horizontal versetzten, Seg-
menten TFL (Tracer-Fluid-Log)
• Nachweis einer homogenen Verfüllung des Ringraums, Beobachtung der Wasserbewegung im Brunnen unter ver-
somit exakte Überprüfung der hydraulischen Wirksam- schiedenen Anregungszuständen und bei gezielter Zugabe
keit von Tonsperren und Filterkiesschüttungen eines NaCl-Tracers
• Einsatz bei Rohrinnendurchmessern von 50 bis • besonders geeignet zum Nachweis von Wasserbewe-
100 mm gungen von geringem Ausmaß sowohl in Ruhe als auch
bei Fremdanregung
NN (Neutron-Neutron- Log) • zur Einschätzung der dynamischen Verhältnisse im
Messung der gestreuten Neutronenstrahlung, die ein Maß Brunnen
für den Gesamtwasserstoffgehalt darstellt • zur Prüfung auf Leckstellen in den Aufsatzrohren, ins-
besondere bei Stahlausbau
• zum Erkennen von Tonsperren unbekannter Zusam- • zur Ermittlung der Filtrationsgeschwindigkeit (Grund-
mensetzung wasserfließgeschwindigkeit)
• zur Porositätseinschätzung
• zur Bestimmung des Wassergehaltes im Ringraum EMDS (Elektromagnetisches Wanddicken-Log)
• zur Bestimmung der Wassersättigung des Gebirges Messung der Wanddicke von Stahlrohren
• zur Einschätzung des Gehalts bindiger Bestandteile in • Verfahren zur Bestimmung des Zustandes von Stahl-
der Kiesschüttung rohren
• liefert Aussagen zu Leckstellen und Durchrostungen
MAL (Suszeptibilitäts-Log) bzw. Rostansatz und Restwandstärke
Messung der Magnetisierbarkeit des Materials • liefert Angaben über mehrere teleskopierte Rohrtouren
• Metallnachweis (verlorene Rohre und Teile, Zentralisa- • quantitative Ergebnisse bis zu einem Innendurchmesser
toren, Mantelrohre) von 500 mm
• zum Erkennen von Tonsperren beim Einsatz von mag-
netisch markierten Abdichtmaterialien (bei nicht metal- BA (Bohrlochverlaufs-Log)
lischem Ausbau) kontinuierliche Messung von Azimut und Neigung
• zur Gliederung von Hinterfüllmaterial unterschiedli- • Prüfung, ob Brunnen oder Messstelle lotrecht verläuft
cher Magnetisierbarkeit • keine oder nur geringe Neigung eines Brunnens/Mess-
stelle als Voraussetzung für das ordnungsgemäße Ein-
FLOW 0 (Flowmeter-Log) bringen der Brunnenrohre, der Filterkiesschüttung und
FLOW1 der Ringraumverfüllung
Umdrehungszahl eines Messflügels im Pumpenstrom • große Neigung als häufige Ursache für Sandeintrag im
• zur Gliederung des Zuflussverhaltens im Filterbereich Filter
• zum Feststellen der Veränderlichkeit der hydrodynami- • wichtige Information für den Rückbau (Überbohren)
schen Verhältnisse im Brunnen durch den Regenerie-
rungsprozess TP (teufenorientierte Probenahme)
• zur Ursachenforschung bei nachlassender Förderung Einsatz eines motorischen Probenehmers am Bohrloch-
• zum Erkennen von Fremdzuflüssen messkabel
• Entnahme teufenorientierter Wasserproben, die herme-
FWPACK 1 (Packerflowmeter-Log) tisch gegenüber der Umgebung abgeschlossen werden
FWPACK 2
Messung des Fluiddurchsatzes im Messquerschnitt eines Packertest
abgepackerten Flowmeters (Umdrehungszahl Messflügel) Einsatz eines Einfach- oder Doppelpackers
• Einschätzung der Durchlässigkeit der Filterschlitze und
des brunnennahen Ringraumes (Kiesschüttung) • zum endgültigen Nachweis der Dichtheit von Rohrmuf-
fenverbindungen
FEL (focussiertes-Elektro-Log) • Einsatz möglichst erst nach FEL-Messung (Screening-
Messung des elektrischen Widerstandes verfahren)
• Bestimmung der Lage der Filterstrecken
Brandenburgische Geowissenschaftliche Beiträge 1/2-2008 95Karsten Baumann
FMT (fotometrisches Trübungs-Log) chender Menge erhalten wollen. Andernfalls laufen wir Ge-
Einsatz eines Fotosensors zur Messung der Transparenz des fahr, dem Problem der allgemeinen Erderwärmung mit der
Wassers Schaffung eines neuen Problems, nämlich der Schädigung
• Nachweis von Sandeintrag, auch wenn makroskopisch der für die Zukunft so wichtigen Trinkwasserressourcen,
nicht mehr sichtbar beizukommen.
• Messung der Grundwasserfließgeschwindigkeit durch
Zugabe eines Tracers (EU-zugelassener Lebensmittel- Bei der Abnahme von Brunnen, Grundwassermessstellen
farbstoff) und zunehmend auch Erdwärmesonden ist die Bohrloch-
geophysik mit ihren für diese Anwendung entwickelten
FMK (fotometrisches Fließrichtungs-Log) Spezialverfahren, spezialisierten Anwendungen von Einzel-
fotometrische Ermittlung der Fließrichtung in Grundwas- verfahren und Verfahrenskomplexen heute unverzichtbar.
sermessstellen (Einbohrlochmethode) Deren Bedeutung wird u .a. dadurch unterstrichen, dass
der DVGW hierfür ein eigenständiges Arbeitsblatt mit dem
• direkte Ermittlung der Fließrichtung in Grundwasser-
Titel „Geophysikalische Untersuchungen in Bohrungen,
meßstellen durch Zugabe eines Tracers (EU-zugelasse-
Brunnen und Grundwassermessstellen – Zusammenstellung
ner Lebensmittelfarbstoff)
von Methoden und Anwendungen“ herausgegeben hat. Zu
• einsetzbar in Messstellen ab DN 80 mm
den Mindestanforderungen an einen Brunnen, eine Grund-
• möglichst vorher über FMT-Messung Bereiche mit ho-
wassermessstelle oder eine Erdwärmesonde gehören dabei:
her Fließgeschwindigkeit bestimmen
• maximale Einsatzteufe 300 m
• eine genaue Kenntnis der lithologischen und hydro-
geologischen Verhältnisse im Bereich der abgeteuften
MIL (Milieu-Log)
Bohrung,
Messung von pH-Wert, Sauerstoffgehalt, Redoxpotential,
• das Vorhandensein von Ringraumabdichtungen, sowie
Temperatur u. Leitfähigkeit des Wassers
deren Korrespondenz mit dem geologischen Schich-
• Ermittlung von Zuflüssen verschiedener Grundwasser- tenprofil, sofern von dem Bauwerk mehrere Grund-
qualitäten wasserleiter erfasst werden,
• Überwachung von Kontaminationen • der Ausschluss von Brückenbildungen, d. h. von un-
• Ermittlung der Qualität von Wässern verfüllten Bereichen im Ringraum (Brücken im Rin-
• in situ-Monitoring von Grundwassermessstellen und graum sind Havariegefahren!),
Brunnen • die Dichtheit der Aufsatzrohre, insbesondere der Rohr-
verbindungen und
GDT® (Gasdynamischer Test) • die genaue Kenntnis der Lage der Filterstrecke.
Nachweis der hydraulischen Wirksamkeit von Ringraumab-
dichtungen über der bohrlochgeophysikalischen Messung Bei der Überprüfung von Erdwärmesonden sind deren In-
von Stickstoffmigrationspfaden nendurchmesser von z. T. unter 30 mm für die bohrlochgeo-
• Test zum Nachweis der hydraulischen Wirksamkeit von physikalische Kontrolle mit herkömmlichen Sonden nicht
Ringraumabdichtungen geeignet. Einer Forderung zahlreicher Landesbehörden, aus
Gründen des Grundwasserschutzes diese auch zu kontrol-
lieren, folgend, werden entsprechend klein dimensionierte
Zusammenfassung Sonden voraussichtlich noch im Jahr 2008 zur Verfügung
stehen.
Bohrungen sowie deren Ausbau zu Brunnen, Messstellen
oder Erdwärmesonden, sind ein Eingriff in die Ressource Bei Rückbaumaßnahmen wird sehr häufig vergessen, dass
Grundwasser, der bei nicht sachgerechter Ausführung zu aus Gründen des Grundwasserschutzes und nach dem Stand
Schäden der Güte und Menge des Grundwassers führen der Technik (vergl. DVGW-Arbeitsblatt W 135) eine aus-
kann. Technische Vorschriften und Regeln, insbesondere schließliche Verfüllung von Brunnen oder Grundwasser-
die vom DVGW (Deutscher Verein des Gas- und Wasser- messstellen nur dann zulässig ist, wenn hydraulisch wirksa-
faches e. V.) herausgegebenen Arbeitsblätter und Regelwer- me Abdichtungen, z. B. Tonsperren, im Ringraum vorhan-
ke, schreiben einen sehr verantwortungsbewussten Umgang den sind. Dies ist mit modernen bohrlochgeophysikalischen
mit unseren als Grundwasser gespeicherten Trinkwasserres- Messmethoden, auch bei Altbrunnen oder -messstellen,
sourcen vor. Leider ist festzustellen, dass deren Einhaltung heute zweifelsfrei feststellbar.
von verschiedenen Seiten nicht immer so genau genommen
wird. Gerade der in den letzten Jahren entstandene Boom Das Problem des Anstiegs der Süß-/Salzwassergrenze ist in
zur Gewinnung regenerativer Energie aus Erdwärme zeigt, verschiedenen Bundesländern in den vergangenen Jahren
dass eine strikte Kontrolle derartiger Baumaßnahmen un- sehr akut geworden. Hier bietet die Bohrlochgeophysik eine
verzichtbar ist, wenn wir auch den nachfolgenden Gene- erprobte, einfache und sehr zuverlässige Möglichkeit, Mo-
rationen noch nutzbare Grundwasserlagerstätten in ausrei- nitoringsysteme einzurichten.
96 Brandenburgische Geowissenschaftliche Beiträge 1/2-2008Zustandsanalyse von Brunnen, Grundwassermessstellen und Erdwärmesonden mittels innovativer Bohrlochmessverfahren
Summary Literatur
Boreholes and the resulting wells, measuring points or bore- DVGW-Arbeitsblatt W 110 (2005): Geophysikalische Un-
hole heat exchangers are an intrusion into the groundwater tersuchungen in Bohrungen, Brunnen und Grundwasser-
resource and an inappropriate execution can result in high messstellen – Zusammenstellung von Methoden und An-
damage to quality and quantity of groundwater. Technical wendungen. - wvgw Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft
regulations and rules, in particular worksheets and rules is- Gas und Wasser mbH, Bonn
sued by the DWGW (German association of gas and water
e. V.), dictate a responsible use of our groundwater resour- DVGW-Arbeitsblatt W 121 (2002): Bau und Ausbau von
ces. Unfortunately, compliance from various sides is not Grundwassermessstellen. - wvgw Wirtschafts- und Ver-
always as accurate. Especially in recent years the resulting lagsgesellschaft Gas und Wasser mbH, Bonn
boom for renewable energy from the Earth’s heat shows,
that a strict control of such constructions is essential for DVGW-Arbeitsblatt W 123 (2001): Bau und Ausbau von
the benefit of groundwater resources for future generations. Vertikalfilterbrunnen. - wvgw Wirtschafts- und Verlags-
Otherwise, we will combine the general problem of global gesellschaft Gas und Wasser mbH, Bonn
warming with the creation of a new problem - the damage to
our major water resources. DVGW-Merkblatt W 124 (2001): Kontrollen und Abnah-
men beim Bau von Vertikalfilterbrunnen. - wvgw Wirt-
Geophysical well-logging with its for this application deve- schafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH,
loped special processes, specialized applications and proce- Bonn
dures is indispensable for today’s analysis of wells, ground
water monitoring stations and, increasingly, borehole heat DVGW-Arbeitsblatt W 135 (1996): Sanierung und Rückbau
exchangers. The importance is so high that the DVGW has von Bohrungen, Grundwassermessstellen und Brunnen. -
published a separate worksheet, entitled “Geophysical in- wvgw Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Was-
vestigations in boreholes, wells and groundwater monito- ser mbH, Bonn
ring stations - compilation of methods and applications”.
Among the minimum requirements for a well, a groundwa- DVGW (2003): Untersuchungen zur Bestimmung von Qua-
ter observation point or a borehole heat exchanger are: litätskriterien für Abdichtungsmaterialien im Brunnenbau.
- Studie, http://www.dvgw.de/wasser/informationenfrdas-
• a detailed knowledge of the lithological and hydrogeo- fach/wasserversorgung.html#dichtung
logical conditions in the area of the borehole
• the presence of annular seals, and their correspondence Baumann, K. (2004a): Geophysikalische Möglichkeiten ei-
with the geological profile (if more than one aquifer is ner Qualitätssicherung nach W 110. - Schriftenreihe Ins-
documented) titut WAR zum Darmstädter Seminar Wasserversorgung
• the exclusion of unfilled areas of annular space 2004, Bd. 158, Darmstadt
• the hydraulic tightness of the casing, in particular the
pipe connections Baumann, K. (2004b): Zustandsermittlung von Brunnen
• the precise knowledge of the position of the screens mittels neuer bohrlochgeophysikalischer Messverfah-
ren. - Der Mineralbrunnen, Nr. 02/2004, Genossenschaft
For the control of borehole heat exchangers their inner dia- Deutscher Brunnen eG, Bonn
meter of below 30 mm presents a real problem, as suitab-
le tools are not readily available. Nevertheless many state Baumann, K., Burde, B. & Ch. Liebau (2004): Monitoring-
authorities, for reasons of groundwater protection, require methoden für Wasserwerksstandorte mit Salzwasserge-
a control of these exchangers and small sized tools are in fährdung. - bbr Wasser, Kanal- & Rohrleitungsbau, Nr.
the state of development and can probably be expected in 11/2004 und 01/2005, wvgw Wirtschafts- und Verlagsge-
2008. sellschaft Gas und Wasser mbH, Bonn
It is often forgotten that in term of the deconstruction of Baumann, K., Burde, B. & J. Goldbeck (2003): Fortschritte
wells a refilling is only allowed if hydraulic seals are present der Bohrlochgeophysik bei der Untersuchung von Grund-
in the annular space of the casing (see DVGW-worksheet wassermessstellen. - bbr Wasser, Kanal- & Rohrleitungs-
W 135). These are clearly identifiable by modern boreho- bau, Nr. 07/2003, wvgw Wirtschafts- und Verlagsgesell-
le-geophysical methods even for older and undocumented schaft Gas und Wasser mbH, Bonn
wells and observation points.
In various federal countries the problem of the rising Baumann, K. & W. Puchert (2007): Radioaktivität in Brun-
fresh-/saltwater-boundary has become very acute in recent nen und im Förderwasser – ein Phänomen? - bbr Fachma-
years. Well-logging proves to be a simple and very reliable gazin für Wasser- und Leitungstiefbau, Nr. 6/2007, wvgw
way to monitor the system. Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser
mbH, Bonn
Brandenburgische Geowissenschaftliche Beiträge 1/2-2008 97Sie können auch lesen
