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WO2005093210A1 - Verfahren und vorrichtung zum ausbringen von in erd- oder gesteinsschichten gehaltenen flüssigkeiten und/oder stoffen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum ausbringen von in erd- oder gesteinsschichten gehaltenen flüssigkeiten und/oder stoffen Download PDF

Info

Publication number
WO2005093210A1
WO2005093210A1 PCT/EP2004/002253 EP2004002253W WO2005093210A1 WO 2005093210 A1 WO2005093210 A1 WO 2005093210A1 EP 2004002253 W EP2004002253 W EP 2004002253W WO 2005093210 A1 WO2005093210 A1 WO 2005093210A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
waveguide antenna
liquids
antenna
substances
earth
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/002253
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hartwig Pollinger
Original Assignee
Hartwig Pollinger
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hartwig Pollinger filed Critical Hartwig Pollinger
Priority to PCT/EP2004/002253 priority Critical patent/WO2005093210A1/de
Publication of WO2005093210A1 publication Critical patent/WO2005093210A1/de

Links

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/16—Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons
    • E21B43/24—Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons using heat, e.g. steam injection

Definitions

  • the invention relates to a method for discharging liquid or frozen liquids and / or meltable or evaporable substances, in particular water, frozen or liquid gases, which are held in layers of earth or rock, with a borehole extending into the area of or liquids and / or substances held in the rock layer, into which an antenna connected to a microwave generator is introduced up to approximately the area of the liquids and / or substances held in the earth or rock layer and microwave energy via the antenna in the area of the liquids and / or substances held by the earth or rock layer are emitted, as well as a device for carrying out this method.
  • a microwave device for use in boreholes is also known.
  • the device consists of a microwave generator, mains transformer and cooling system housed in a tubular body, as well as the antenna used to radiate the HF energy, as well as means for fastening wire ropes, etc. and for connecting cables.
  • the purpose of the device is to prevent the earth formation at the foot of the borehole from slowly becoming impermeable due to the oil and its impurities flowing out of petroleum jellyfish. With the microwave energy introduced into the borehole, heat is developed, which then "thaws" the hardened oily admixtures. Accordingly, the device is intended to heat up earth formations in the vicinity of boreholes, with particular emphasis on the liquefaction of petroleum.
  • the invention is based on the object of specifying a method and a device for dispensing liquids and / or meltable or evaporable substances, in particular water, held in layers of earth or rock, in particular by comparison little technical effort can be applied even in low enrichment existing moisture or substances to be extracted.
  • this object is achieved by a method in that the radiation of microwave energy via the antenna transfers the liquids and / or substances held in the earth or rock layer into the vapor phase, and then sucks the evaporated liquids and / or substances out of the borehole and then condensed.
  • the object is achieved with a device in which the tubular antenna is designed as a waveguide antenna and has a matching element at the lower end for optimal microwave energy transmission into the earth or rock layer and permeable areas at the lower and upper ends has evaporated liquids and / or substances, and wherein the upper end of the waveguide antenna is connected to a pump device and a condenser after the permeable region.
  • the method according to the invention and the device designed according to the invention now enable extremely effective extraction of liquids and / or meltable or vaporizable substances, in particular water, from layers of earth or rock, with comparatively little technical effort and only a small amount of moisture present or substances can be applied.
  • the use of high-frequency microwave energy is particularly favorable, as is known, water and analog bipolar structured molecules are excited to vibrate due to their electrical charge, which leads to heating and ultimately evaporation. Accordingly, heat is generated only in the z. B. damp areas, d. H. the energy required for the evaporation is introduced precisely and in a metered manner into the area which contains the meltable or evaporable substances, in particular the water. Energy losses and consequential damage to people, animals and nature are largely avoided.
  • the depth of the areas has no significant negative influence on the field strength and thus on the energy requirement and the effect of the electromagnetic field.
  • the arrangement of a matching element at the lower end of the antenna ensures optimum microwave energy transmission in the relevant area of the earth or rock layer, the high-frequency electromagnetic waves being emitted essentially spherically.
  • the liquids or substances evaporated by their action can now be effectively transported upwards under the action of an applied negative pressure through the interior of the antenna designed as a waveguide and then condensed.
  • the micro-energy is obtained from solar energy.
  • Another advantage of the method is that a waveguide antenna is used as the antenna.
  • the waveguide antenna expediently has an adapter arranged at the lower end for optimal microwave energy transmission into the earth or rock layer.
  • the inside of the waveguide antenna is used to convey the evaporated liquids and / or substances.
  • permeable areas are provided at the lower and at the upper end of the waveguide antenna for the entry and exit of the vaporized liquids and / or substances into and from the interior of the waveguide antenna and at the permeable area of the upper end of the waveguide antenna a vacuum is created.
  • a suitable pump device is used to generate the negative pressure. For the reasons explained above, it is (also) particularly favorable that the pump device is operated with solar energy.
  • the waveguide antenna consists of a tube made of metal or a metal alloy, the upper end of which is closed by a short-circuit plate and the lower end of which has a taper in which the matching element is fastened.
  • the matching element is expediently designed as a dielectric insert.
  • the adapter element is particularly advantageously made of Teflon or a similar dielectric plastic material.
  • the adapter element expediently has the shape of a cylindrical base body, which is offset in the direction of the interior of the tube of the waveguide antenna, one or more times cylindrical.
  • permeable areas in the form of a perforation of the tube are provided at the lower end of the waveguide antenna in front of and at its taper.
  • the upper end of the waveguide antenna is provided with a connection point for the connecting cable, which has a coupling pin which projects transversely to the longitudinal axis of the waveguide antenna into its interior.
  • the short-circuit plate arranged at the upper end of the waveguide antenna is provided with an area permeable to vaporized liquids and / or substances in the form of a perforation which is impermeable to microwaves.
  • an aspiration bell arranged downstream of the perforated short-circuit plate is fastened to the upper end of the waveguide antenna and concentrically to the latter.
  • a pump device for generating a negative pressure inside the tube of the waveguide antenna On the output side, this is followed by a pump device for generating a negative pressure inside the tube of the waveguide antenna, the output of which is connected to the capacitor.
  • An air-cooled screw tube condenser is expediently used, but the use of another suitable condenser is also possible.
  • a ventilation connection for the purpose of pressure compensation between the suction point at the lower end of the waveguide antenna and the outside atmosphere is provided in the interior of the tube of the waveguide antenna or parallel to it.
  • the electrical drive units of the microwave generator and / or the pump device receive their electrical energy from an upstream solar energy system.
  • FIG. 1 shows an apparatus in use for dispensing liquids or useful materials held in layers of earth or rock
  • Fig. 2 shows the axial section through an expediently designed waveguide antenna in a transverse view.
  • a groundwater stream filling the cavities of the earth layer 1 seeps under the action of gravity in the direction of arrow “A” (see FIG. 1) in an earth layer 1 acting as a groundwater conductor at a depth T of approximately 1 m the method according to the invention and the device according to the invention can be obtained for use.
  • an approximately vertical borehole 2 with a diameter of approximately 100 mm is first drilled into the depth T using a suitable drilling device (not shown) after the position of the ground layer 1 carrying the groundwater flow by using, for example, a hand-held ground radar device (not shown) ) was localized with sufficient accuracy.
  • An antenna 3 is inserted into the borehole 2 and its lower end 3.1 is pushed into the region of the earth layer 1 at depth T.
  • the antenna 3 is connected via a coaxial cable 4 to a microwave generator 5 which contains, inter alia, a magnetron (not shown).
  • the microwave generator 5 is preceded by a solar energy system 6, which, among other things, consists of a solar column, a controller and an accumulator.
  • the antenna 3 is designed as a waveguide antenna 3 (see FIG. 2) and consists in its basic geometric shape of a cylindrical tube 3.4 made of a copper alloy and with a diameter of approximately 90 mm.
  • the upper end 3.2 is closed by a short-circuit plate 7, in the area of the upper end 3.2 there is also a connection point 8 for the coaxial cable 4, the external thread part of which is electrically connected to the tube 3.4 of the waveguide antenna 3 for receiving a union nut of the coaxial cable 4.
  • a contact pin is insulated from the tube 3.4 and connected to a coupling pin 9 which projects into the interior of the tube 3.4 of the waveguide antenna 3.
  • the lower end 3.1 of the tube 3.4 of the waveguide antenna 3 has a taper 3.3 in which a matching element 10 is fastened.
  • This adapter element 10 serves for optimal microwave energy transmission into the earth layer 1. It is designed as a dielectric insert and in the example consists of Teflon with a cylindrical basic shape, which has a cylindrical shoulder 10.1 in the direction of the interior of the tube 3.4
  • the short-circuit plate 7 has a perforation 12, which, however, is largely impermeable to microwaves.
  • an aspiration bell 13 is provided concentrically to the latter, which leads to the suction inlet of a pump device 14 driven by an electric motor. Its pressure outlet is connected to an air-cooled screw tube condenser 15, to which a condensate container 16 is assigned on the outlet side.
  • a ventilation connection 17 in the form of a corresponding tube 17 which opens on the one hand in the area of the taper 3.3 at the lower end 3.1 and on the other hand in the area of the upper end 3.2 of the waveguide antenna 3 and the pressure compensation between the suction parts and the external atmosphere.
  • the microwave generator 5 When the microwave generator 5 is started up, its magnetron generates a high-frequency electromagnetic oscillation with an output of 1 KW and an operating frequency of 2.45 GH, which is transmitted to the waveguide antenna 3 via the coaxial cable 4.
  • the microwaves are coupled through the coupling pin 9 into the air column of the tube 3.4 of the waveguide antenna 3. They spread in the air column in the direction of the lower end 3.1 of the waveguide antenna 3 and are introduced into the earth layer 1 by the action of the adapter element 10, the microwaves forming approximately spherically around the lower end 3.1 of the waveguide antenna 3 on the adapter element 10 ,
  • both the method and the device can be used for the dispensing of meltable or vaporizable useful substances which, like the water molecule, have bipolar structured molecules. the. This applies, for example, to organic substances which contain hydroxyl groups in the molecule. Accordingly, the method and apparatus are also suitable for the application of e.g. B. frozen hydrocarbon gases.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbringen von in Erd- oder Gesteinsschichten gehaltenen, flüssigen oder gefrorenen Flüssigkeiten und/oder schmelz-bzw. verdampfbaren Stoffen, insbesondere von Wasser, wobei ein Bohrloch (2) bis in den Bereich der in der Erd- oder Gesteinsschicht gehaltenen Flüssigkeiten und/oder Stoffe eingebracht wird, in welches eine mit einem Mikrowellengenerator (5) verbundene Antenne (3) bis etwa in den Bereich der in der Erd- oder Gesteinsschicht gehaltenen Flüssigkeiten undloder Stoffe eingeführt und Mikrowellenenergie über die Antenne in den Bereich der in der Erd- oder Gesteinsschicht gehaltenen Flüssigkeiten und/oder Stoffe abgestrahlt wird, sowie eine Vorrichtung für die Ausführung dieses Verfahrens. Aufgabe ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, wobei mit vergleichsweise geringem technischen Aufwand auch nur in geringerer Anreicherung vorhandene Feuchtigkeit bzw. zu gewinnende Stoffe ausgebracht werden können. Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mit einem Verfahren dadurch gelöst, dass durch die Abstrahlung von Mikrowellenenergie über die Antenne die in der Erdoder Gesteinsschicht gehaltenen Flüssigkeiten undloder Stoffe in die Dampfphase überführt werden. Die verdampften Flüssigkeiten und/oder Stoffe werden aus dem Bohrloch abgesaugt und anschliessend kondensiert. Erfindungsgemäss wird weiterhin eine Vorrichtung zum Ausbringen von in Erd- oder Gesteinsschichten gehaltenen Flüssigkeiten und/oder Stoffen angegeben.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Ausbringen von in Erd- oder Gesteinsschichten gehaltenen Flüssigkeiten und/oder Stoffen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbringen von in Erd- oder Gesteinsschichten gehaltenen, flüssigen oder gefrorenen Flüssigkeiten und/oder schmelz- bzw. verdampfbaren Stoffen, insbesondere von Wasser, gefrorenen oder flüssigen Gasen, wobei ein Bohrloch bis in den Bereich der in der Erd- oder Gesteinsschicht gehaltenen Flüssigkeiten und/oder Stoffe eingebracht wird, in welches eine mit ei- nem Mikrowellengenerator verbundene Antenne bis etwa in den Bereich der in der Erd- oder Gesteinsschicht gehaltenen Flüssigkeiten und/oder Stoffe eingeführt und Mikrowellenenergie über die Antenne in den Bereich der in der Erd- oder Gesteinsschicht gehaltenen Flüssigkeiten und/oder Stoffe abgestrahlt wird, sowie eine Vorrichtung für die Ausführung dieses Verfahrens. " "
Die Gewinnung von Wasser und/oder von anderen Nutzstoffen aus der Tiefe von Erd- oder Gesteinsschichten wird für die menschliche Besiedelung, für den Pflanzenbau und/oder die Tierhaltung, für die Energieerzeugung usw. zunehmend bedeutsam. Insbesondere trifft das für die Wassergewinnung in trockenen Gegenden aus dem Grundwasser zu, wobei im allgemeinen (insbesondere in Entwicklungsländern) eine aufwendige Gerätetechnik zur Förderung aus der Tiefe nicht zur Verfügung steht.
Bekannte Verfahren und Vorrichtungen zum Ausbringen von in der Tiefe lagern- dem/fließendem Wasser bzw. von schmelz- bzw. verdampfbaren Nutzstoffen, wie beispielsweise tiefgefrorenen Kohlenwasserstoffgasen, sind vergleichsweise technisch aufwendig und teuer. In der Regel versagen sie, wenn das Wasser öder andere zu gewinnende Stoffe in der Tiefe nur (noch) in Spuren z. B. als feuchter Sand, vorhanden ist. Aus US 4 370 534 ist bereits die Anwendung von Mikrowellenenergie bei der Ölför- derung bekannt, wobei allerdings nur die Verringerung der Viskosität des Öls zwecks besserer Sammlung und Förderung vorgesehen ist.
Aus DE 18 93 912 U1 ist desweiteren ein Mikrowellengerät zur Verwendung in Bohrlöchern bekannt. Das Gerät besteht aus in einem rohrförmigen Körper untergebrachtem Mikroweliengenerator, Netztransformator und Kühlsystem sowie der zur Abstrahlung der HF-Energie benutzten Antenne, sowie Mitteln für Befestigung von Drahtseilen usw. sowie für den Anschluß von Kabeln. Dem Gerät liegt der Einsatzzweck zugrunde, das langsame Undurchlässigwerden der Erdformation am Fuße des Bohrloches durch das bei Erdöiquelien ausströmende Erdöl mit seinen Unreinheiten zu verhindern. Mit durch in das Bohrloch eingebrachter Mikrowellenenergie wird Wärme entwickelt, die dann die verhärteten Öibeimischungen „auftaut". De - gemäß ist mit dem Gerät die Erwärmung von Erdformationen in der Umgebung von Bohrlöchern bezweckt, wobei es insbesondere um die Verflüssigung von Erdöl geht.
In Anbetracht der Nachteile des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausbringen von in Erd- oder Gesteinsschichten gehaltenen Flüssigkeiten und/oder schmelz- bzw. verdampfbaren Stoffen, insbesondere von Wasser, anzugeben, wobei mit vergleichsweise geringem technischen Aufwand auch nur in geringerer Anreicherung vorhandene Feuchtigkeit bzw. zu gewinnende Stoffe ausgebracht werden können.
Erfϊndungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren dadurch gelöst, daß durch die Abstrahlung von Mikrowellenenergie über die Antenne die in der Erd- oder Gesteinsschicht gehaltenen Flüssigkeiten und/oder Stoffe in die Dampfphase überführt werden, anschließend die verdampften Flüssigkeiten und/oder Stoffe aus dem Bohrloch abgesaugt und im Anschluß daran kondensiert werden.
Weiter erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer Vorrichtung gelöst, wobei die röhrenförmige Antenne als Hohlleiterantenne ausgebildet und am unteren Ende ein Anpaßelement für eine optimale Mikrowellenenergieübertragung in die Erd- oder Gesteinsschicht aufweist sowie am unteren und oberen Ende durchlässige Bereiche für verdampfte Flüssigkeiten und/oder Stoffe besitzt, und wobei das obere Ende der Hohlleiterantenne nach dem durchlässigen Bereich mit einem Pumpgerät und einem Kondensator verbunden ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäß gestaltete Vorrichtung ermöglichen nun eine äußerst effektive Gewinnung von Flüssigkeiten und/oder schmelz- bzw. verdampfbaren Stoffen, insbesondere von Wasser, aus Erd- oder Gesteinsschichten, wobei bei vergleichsweise geringem technischen Aufwand auch nur noch in geringer Anreicherung vorhandene Feuchtigkeit bzw. Stoffe ausgebracht werden können. Dabei ist der Einsatz von hochfrequenter Mikrowellenenergie besonders günstig, wobei bekanntlich Wasser- und analog bipolar strukturierte Moleküle aufgrund ihrer elektrischen Ladung zu Schwingungen angeregt werden, was zur Erwärmung und schließlich zur Verdampfung führt. Demgemäß entsteht Wärme gezielt nur in den z. B. feuchten Bereichen, d. h. die für die Verdampfung erforderliche Energie wird exakt und dosiert in den Bereich eingebracht, der die schmelz- bzw. verdampfbaren Stoffe, insbesondere das Wasser enthält. Energieverluste und auch Folgeschäden für Mensch, Tier und Natur sind damit weitestgehend vermieden. Die Tiefe der Bereiche hat aufgrund der speziellen Ausführung der Antenne keinen nennenswerten negativen Einfluß auf die Feldstärke und damit auf den Energiebedarf und die Wirkung des elektromagnetischen Feldes. Die Anordnung eines Anpaßelements am unteren Ende der Antenne sichert eine optimale Mikrowellenenergieübertragung in den betreffenden Bereich der Erd- oder Gesteinsschicht, wobei die hochfrequenten elektromagnetischen Wellen im wesentlichen kugelförmig abgestrahlt werden. Die durch deren Wirkung verdampften Flüssigkeiten bzw. Stoffe können nun effektiv unter der Wirkung eines aufgebrachten Unterdrucks durch das Innere der als Hohlleiter ausgebildeten Antenne nach oben befördert und anschließend kondensiert werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Mikro- weilenenergie aus Solarenergie gewonnen. Dadurch ist ein von konventioneilen Energieträgern unabhängiger Betrieb mit allen seinen Vorteilen möglich, zumal insbesondere in trockenen Regionen der Erde eine besonders hohe und andauernde Sonnenbestrahlung vorhanden ist. Deren Energie kann sinnvoll genutzt werden. Weiter vorteilhaft zeichnet sich das Verfahren dadurch aus, daß als Antenne eine Hohlleiterantenne Verwendung findet. Zweckmäßig besitzt die Hohlleiterantenne ein am unteren Ende angeordnetes Anpaßeiement für die optimale Mikrowellenenergieübertragung in die Erd- oder Gesteinsschicht. Dabei wird verfahrensgemäß das Inne- re der Hohlleiterantenne für die Förderung der verdampften Flüssigkeiten und/oder Stoffe verwendet. Dazu sind in weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung am unteren und am oberen Ende der Hohlleiterantenne durchlässige Bereiche für den Ein- bzw, Austritt der verdampften Flüssigkeiten und/oder Stoffe in das bzw. aus dem Inneren der Hohlleiterantenne vorgesehen und an dem durchlässigen Bereich des oberen Endes der Hohlleiterantenne wird ein Unterdruck angelegt. Für die Erzeugung des Unterdrucks wird ein geeignetes Pumpgeräi verwendet. Aus oben erläuterten Gründen ist es (gleichfalls) besonders günstig, daß das Pumpgerät mit Solarenergie betrieben wird.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Vorrichtung besteht die Hohlleiterantenne aus einem Rohr aus Metall oder aus einer Metallegierung, dessen oberes Ende durch eine Kurzschlußplatte verschlossen ist und dessen unteres Ende eine Verjün-i gung aufweist, in der das Anpaßelement befestigt ist. Dabei ist zweckmäßig das Anpaßelement als dielektrischer Einsatz ausgeführt. Besonders günstig besteht das Anpaßelement aus Teflon oder einem ähnlichen dielektrischen Kunststoffwerkstoff. Zur Realisierung einer optimalen Mikrowellenenergieübertragung in die Erd- oder Gesteinsschicht besitzt zweckmäßigerweise das Anpaßelement die Form eines zylindrischen Grundkörpers, der in Richtung auf das Innere des Rohrs der Hohlleiterantenne wahlweise ein- oder mehrfach zylindrisch abgesetzt ist. Weiterhin sind am unteren Ende der Hohlleiterantenne vor und an deren Verjüngung durchlässige Bereiche in Form einer Perforation des Rohrs vorgesehen. Das obere Ende der Hohlleiterantenne ist mit einer Anschlußstelle für das Verbindungskabel versehen, welche einen Einkoppelstift besitzt, der quer zur Längsachse der Hohlleiterantenne in deren Inneres hineinragt. Weiterhin ist die am oberen Ende der Hohlleiterantenne angeord- nete Kurzschlußplatte mit einem für verdampfte Flüssigkeiten und/oder Stoffe durchlässigen Bereich in Form einer für Mikrowellen undurchlässigen Perforation versehen. ln weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung der Vorrichtung ist am oberen Ende der Hohlleiterantenne und konzentrisch zu dieser eine der perforierten Kurzschlußplatte nachgeordnete Aspirationsglocke befestigt. Dieser ist ausgangsseitig ein Pumpgerät für die Erzeugung eines Unterdrucks im Inneren des Rohrs der Hohlleiterantenne nachgeschaltet, dessen Ausgang mit dem Kondensator verbunden ist. Zweckmäßig wird ein luftgekühlter Schraubenröhrenkondensator verwendet, jedoch ist auch der Einsatz eines anderen geeigneten Kondensators möglich.
Weiterhin ist im Inneren des Rohrs der Hohlleiterantenne oder parallel zu dieser eine Belüftungsverbindung zwecks Druckausgleichs zwischen der Absaugstelle am unteren Ende der Hohlleiterantenne und der äußeren Atmosphäre vorgesehen.
Die elektrischen Antriebsaggregate des Mikrowellengenerators und/oder des Pumpgeräts erhalten in vorteilhafter Ausgestaltung der Vorrichtung ihre elektrische Energie von einer vorgeschalteten Solarenergieanlage.
Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine im Einsatz befindliche Vorrichtung zum Ausbringen von in Erd- oder Ge- Steinsschichten gehaltenen Flüssigkeiten oder Nutzstoffen,
Fig. 2 den Axialschnitt durch eine zweckmäßig ausgestaltete Hohlleiterantenne in Querdarstellung.
In einer als Grundwasserleiter wirksamen Erdschicht 1 in einer Tiefe T von etwa 1 m sickert beispielsgemäß ein die Hohlräume der Erdschicht 1 ausfüllender Grundwasserstrom unter der Wirkung der Schwerkraft in Richtung des Pfeiles „A" (s. Fig. 1). Dieses Grundwasser soll mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung für die Nutzung gewonnen werden.
Verfahrensgemäß wird zunächst unter Verwendung eines geeigneten Bohrgeräts (nicht gezeichnet) ein etwa senkrechtes Bohrloch 2 mit einem Durchmesser von ca. 100 mm bis in die Tiefe T gebohrt, nachdem die Lage der den Grundwasserstrom führenden Erdschicht 1 durch Gebrauch beispielsweise eines handbewegten Bodenradargeräts (nicht dargestellt) hinreichend genau lokalisiert wurde. In das Bohrloch 2 wird eine Antenne 3 eingeführt und mit ihrem unteren Ende 3.1 bis in das Bereich der Erdschicht 1 in der Tiefe T geschoben. Die Antenne 3 ist über ein Koaxialkabel 4 mit einem Mikrowellengenerator 5 verbunden, der u. a. ein nicht dar- gestelltes Magnetron enthält. Dem Mikrowellengenerator 5 ist eine Solarenergieanlage 6 vorgeschaltet, weiche u. a. aus einem Sonnenkoliektor, einem Regler und einem Akkumulator besteht.
Die Antenne 3 ist als Hohlleiterantenne 3 ausgeführt (s. Fig. 2) und besteht in ihrer geometrischen Grundform aus einem zylindrischen Rohr 3.4 aus einer Kupferlegierung und mit einem Durchmesser von ca. 90 mm. Das obere Ende 3.2 ist durch eine Kurzschlußplatte 7 verschlossen, im Bereich des oberen Endes 3.2 ist des weiteren eine Anschlußstelle 8 für das Koaxialkabel 4 vorgesehen, deren Außengewindeteil für die Aufnahme einer Überwurfmutter des Koaxialkabels 4 elektrisch mit dem Rohr 3.4 der Hohlleiterantenne 3 verbunden ist. Ein Kontaktstift ist gegen das Rohr 3.4 isoliert mit einem in das Innere des Rohrs 3.4 der Hohlleiterantenne 3 hineinragenden Einkoppelstift 9 verbunden.
Das untere Ende 3.1 des Rohrs 3.4 der Hohlleiterantenne 3 weist eine Verjüngung 3.3 auf, in welcher ein Anpaßelement 10 befestigt ist. Dieses Anpaßelement 10 dient einer optimalen Mikrowellenenergieübertragung in die Erdschicht 1. Es ist als dielektrischer Einsatz ausgeführt und besteht im Beispiel aus Teflon mit einer zylindrischen Grundform, die in Richtung auf das Innere des Rohrs 3.4 einen zylindrischen Absatz 10.1 besitzt
Am unteren Ende 3.1 der Hohlleiterantenne 3 sind weiterhin vor und an der Verjüngung 3.3 durchlässige Bereiche vorgesehen, die als Perforation 11 des Rohrs 3.4 ausgeführt sind. In analoger Weise besitzt die Kurzschlußplatte 7 eine Perforation 12, welche allerdings für Mikrowellen weitgehend undurchlässig ist. Nach der perfo- rierten Kurzschlußplatte 7 ist konzentrisch zu dieser eine Aspirationsglocke 13 vorgesehen, welche auf den Saugeingang eines elektromotorisch angetriebenen Pumpgeräts 14 führt. Dessen Druckausgang ist mit einem luftgekühlten Schraubenröhren- kondensator 15 verbunden, dem ausgangsseitig ein Kondensatbehälter 16 zugeordnet ist. lm Inneren des Rohrs 3.4 der Hohlleiterantenne 3 ist des weiteren eine Belüftungsverbindung 17 in Form eines entsprechenden Rohrs 17 vorgesehen, welches einerseits im Bereich der Verjüngung 3.3 am unteren Ende 3.1 und andererseits im Be- reich des oberen Endes 3.2 der Hohlleiterantenne 3 mündet und dem Druckausgleich zwischen der Absaugsteile und der äußeren Atmosphäre dient.
Bei Inbetriebnahme des Mikrowellengenerators 5 erzeugt dessen Magnetron mit einer Leistung von 1 KW und bei einer Arbeitsfrequenz von 2,45 GH eine hochfre- quente elektromagnetische Schwingung, welche über das Koaxialkabel 4 auf die Hohlleiterantenne 3 übertragen wird. Dabei werden die Mikrowellen durch den Einkoppelstift 9 in die Luftsäule des Rohrs 3.4 der Hohlleiterantenne 3 eingekoppelt. Sie breiten sich in der Luftsäule in Richtung auf das untere Ende 3.1 der Hohlleiterantenne 3 aus und werden durch Wirkung des Anpaßelements 10 in die Erdschicht 1 ein- geleitet, wobei sich die Mikrowellen etwa kugelförmig um das untere Ende 3.1 der Hohlleiterantenne 3 am Anpaßelement 10 ausbilden.
Bei einer Einwirkungszeit von ca. 1 - 2 Std. werden im Bereich des unteren Endes 3.1 der Hohlleiterantenne 3 bzw. des Anpaßelerrieήts 10 Temperaturen in Höhe von ca. 250° C erreicht. Dadurch wird das in der Erdschicht 1 vorhandene Grundwasser im Umfeld des unteren Endes 3.1 verdampft. Bei gleichzeitiger Inbetriebnahme des Pumpgeräts 14 wird im inneren des Rohrs 3.4 der Hohlleiterantenne 3 ein geeigneter Unterdruck gegenüber dem äußeren Atmosphärendruck erzeugt. Unter dessen Wirkung und bei geeignetem Druckausgleich über die Belüftungsverbindung 17 kann der Dampf durch die Perforation 11 in das innere des Rohrs 3.4 eindringen. Er wird nach oben über die Perforation 12 der Kurzschlußplatte 7 und über die Aspirationsglocke 13 abgesaugt und dem luftgekühlten Schraubenröhrenkondensator 15 zugeleitet. Hier kondensiert der Dampf zu reinem Wasser, welches im Kondensatbehälter 16 gesammelt wird.
Die Erfindung ist nicht durch Einzelheiten des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels beschränkt. Insbesondere kann sowohl das Verfahren als auch die Vorrichtung für das Ausbringen von schmelz- bzw. verdampfbaren Nutzstoffen, die analog zum Wassermolekül bipolar strukturierte Moleküle besitzen, verwendet wer- den. Das trifft beispielsweise auf organische Stoffe zu, die Hydroxylgruppen im Molekül enthalten, Demgemäß sind Verfahren und Vorrichtung auch für das Ausbringen von z. B. tiefgefrorenen Kohlenwasserstoffgasen geeignet.
Bezugszeichenliste
1 Erdschicht
2 Bohrloch
3 Antenne, Hohlleiterantenne
3.1 unteres Ende
3.2 oberes Ende
3.3 Verjüngung
3.4 Rohr
4 Kabel, Koaxialkabel
5 Mikrowellengenerator
6 Solarenergieanlage
7 Kurzschlußplatte
8 Anschlußstelle
9 Einkoppelstift
10 Anpaßelement
10.1 Absatz
11 durchlässiger Bereich, Perforation
12 durchlässiger Bereich, Perforation
13 Aspirationsglocke
14 Pumpgerät
15 Kondensator, Schraubenröhrenkondensator
16 Kondensatbehälter
17 Belüftungsverbindung, Rohr
Tiefe

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren ziim Ausbringen von in Erd- oder Gesteinsschichten gehaltenen, flüssigen oder gefrorenen Flüssigkeiten und/oder schmelz- bzw. verdampfbaren Stoffen, insbesondere von Wasser, gefrorenen oder flüssigen Gasen, wobei ein Bohrloch bis in den Bereich der in der Erd- oder Gesteinsschicht ge- haltenen Flüssigkeiten und/oder Stoffe eingebracht wird, in welches eine mit einem Mikrowellengenerator verbundene Antenne bis etwa in den Bereich der in der Erd- oder Gesteinsschicht gehaltenen Flüssigkeiten und/oder Stoffe eingeführt und Mikrowellenenergie über die Antenne in den Bereich der in der Erd- oder Gesteinsschicht gehaltenen Flüssigkeiten und/oder Stoffe abge- strahlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Abstrahlung von Mikrowellenenergie über die Antenne (3) die in der Erd- oder Gesteinsschicht (1) gehaltenen Flüssigkeiten und/oder Stoffe in die Dampfphase überführt werden, anschließend die verdampften Flüssigkeiten und/oder Stoffe aus dem Bohrloch (2) abge- saugt und im Anschluß daran kondensiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellenenergie aus Solarenergie gewonnen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Antenne (3) eine Hohlleiterantenne (3) Verwendung findet.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlleiterantenne (3) ein am unteren Ende (3.1) angeordnetes Anpaßelement (10) für die optimale Mikrowellenenergieübertragung in die Erd- oder Gesteinsschicht (1) aufweist.
5. Verfahren nach Anspruch 1 und 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere der Hohlleiterantenne (3) für die Förderung der verdampften Flüssigkeiten und/oder Stoffe verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren (3.1) und am oberen Ende (3.2) der Hohlleiterantenne (3) durchlässige Bereiche (11; 12) für den Ein- bzw. Austritt der verdampften Flüssigkeiten und/oder Stoffe in das bzw. aus dem Inneren der Hohlleiterantenne (3) vorgesehen sind und daß an dem durchlässigen Bereich (12) des oberen Endes (3.2) der Hohlleiterantenne (3) ein Unterdruck angelegt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erzeugung des Unterdrucks ein geeignetes Pumpgerät (14) verwendet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpgerät (14) mit Solarenergie betrieben wird.
9. Vorrichtung zum Ausbringen von in Erd- oder Gesteinsschichten gehaltenen, flüssigen oder gefrorenen Flüssigkeiten und/oder schmelz- bzw. verdampfba- ren Stoffen, insbesondere von Wasser, gefrorenen oder flüssigen Gasen, wobei ein Mikrowellengenerator über eine Verbindung mit einer röhrenförmigen Antenne für die Abstrahlung von Mikrowellenenergie verbunden ist, welche in ein in das Bereich der in der Erd- oder Gesteinsschicht gehaltenen Flüssigkeiten und/oder Stoffe eingebrachtes Bohrloch einführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die röhrenförmige Antenne (3) als Hohlleiterantenne (3) ausgebildet und am unteren Ende (3.1) ein Anpaßelement (10) für eine optimale Mikrowellenenergieübertragung in die Erd- oder Gesteinsschicht (1) aufweist sowie am unteren (3.1) und oberen Ende (3.2) durchlässige Bereiche (11; 12) für verdampfte Flüssigkeiten und/oder Stoffe besitzt, und wobei das obere Ende (3.2) der Hohlleiterantenne (3) nach dem durchlässigen Bereich (12) mit einem Pumpgerät (14) und einem Kondensator (15) verbunden ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlleiterantenne (3) aus einem Rohr (3.4) aus Metall oder aus einer Metallegierung besteht, dessen oberes Ende (3.2) durch eine Kurzschlußplatte (7) verschlossen ist und dessen unteres Ende (3.1) eine Verjüngung (3.3) aufweist, in der das Anpaßelement (10) befestigt ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Anpaßelement (10) als dielektrischer Einsatz ausgeführt ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anpaßelement (10) aus Teflon oder einem ähnlichen dielektrischen Kunststoffwerkstoff besteht.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Anpaßele- ment (10) die Form eines zylindrischen Grundkörpers besitzt, der in Richtung auf das Innere des Rohrs (3.4) der Hohlleiterantenne (3) wahlweise ein- oder mehrfach zylindrisch abgesetzt (10.1) ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß am unte- ren Ende (3.1) der Hohlleiterantenne (3) vor und an deren Verjüngung (3.3) durchlässige Bereiche (11) in Form einer Perforation (11) des Rohrs (3.4) vorgesehen sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende (3.2) der Hohlleiterantenne (3) mit einer Anschlußstelle (8) für das Verbindungskabel (4) versehen ist, welche einen Einkoppelstift (9) besitzt, der quer zur Längsachse der Hohlleiterantenne (3) in deren Inneres hineinragt.
16. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die am oberen Ende (3.2) der Hohlleiterantenne (3) angeordnete Kurzschlußplatte (7) mit einem für verdampfte Flüssigkeiten und/oder Stoffe durchlässigen Bereich (12) in Form einer für Mikrowellen undurchlässigen Perforation (12) versehen ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Ende (3.2) der Hohlleiterantenne (3) und konzentrisch zu dieser eine der perforierten Kurzschlußplatte (7) nachgeordnete Aspirationsglocke (13) befestigt ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Aspirationsglocke (13) ausgangsseitig ein Pumpgerät (14) für die Erzeugung eines Unterdrucks im Inneren des Rohrs (3.4) der Hohlleiterantenne (3) nachgeschaltet ist, dessen Ausgang mit dem Kondensator (15) verbunden ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 18, gekennzeichnet durch die Verwendung eines luftgekühlten Schraubenröhrenkondensators (15).
20. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Rohrs (3.4) der Hohlleiterantenne (3) oder parallel zu dieser eine Belüftungsverbindung (17) zwecks Druckausgleichs zwischen der Absaugstelle am unteren Ende (3.1) der Hohlleiterantenne (3) und der äußeren Atmosphäre vorgesehen ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Antriebsaggregate des Mikrowellengenerators (5) und/oder des Pumpgeräts (14) ihre elektrische Energie von einer vorgeschalteten Solarenergieanlage (6) erhalfen.
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