Der Bohrgestänge ist ein wesentlicher Bestandteil beim Bohren von Wasser-, Geothermie- und Öl- und Gasbohrungen. Es überträgt Gewicht und Drehbewegung vom Bohrturm auf den Bohrmeißel, wodurch es möglich wird, verschiedene unterirdische Formationen zu durchtrennen. Die vielen Teile, aus denen das Bohrgestänge besteht, sind entscheidend für die Sicherheit, Stabilität und Effizienz beim Bohren. Dieser Artikel gibt einen Überblick über die wichtigsten Komponenten des Bohrgestänges, ihre Verwendung, Zusammensetzung und Wartungsbedürfnisse.

Was ist ein Bohrgestänge?

Bohrrohre und verwandte Teile sind zu einer Säule zusammengestellt, die als Bohrgestänge bezeichnet wird und den Bohrmeißel mit der Oberfläche des Bohrturms verbindet. Es ist entscheidend für die Stabilisierung des Bohrlochs, die Zirkulation des Bohrspülmittels und die Energieübertragung.

Hochwertige Materialien und eine angemessene Wartung sind für die Langlebigkeit und Leistung des Bohrgestänges unerlässlich, da es hohen Druck, Temperaturen und mechanischer Belastung standhalten muss.

Wesentliche Elemente eines Bohrrohrs 

Im Folgenden werde ich die folgenden wesentlichen Elemente eines Bohrrohrs beschreiben:

1. Bohrgestänge

Das Bohrrohr, das den größten Teil des Bohrgestänges ausmacht, überträgt die Drehkraft von der Oberfläche auf den Bohrmeißel und dient als Leitung für das Bohrspülmittel.

Eigenschaften des Bohrrohrs umfassen:

• Hergestellt aus Aluminium oder hochfestem Stahl
• verfügbar in verschiedenen Längen, meist zwischen 9 und 10 Metern
• Werkzeugverbindungen mit Gewindeverbindungen zum Verbinden
• Hergestellt, um hohem Druck, Drehmoment und Zug zu widerstehen

Die Wandstärke, Materialqualität und Verbindungstyp des Bohrrohrs bestimmen seine Klassifizierung. Für die Vermeidung von Problemen während der Bohrarbeiten sind richtige Handhabung und Inspektion entscheidend.

2. Bohrkronen

Direkt über dem Bohrmeißel befinden sich dickwandige, robuste Rohrabschnitte, sogenannte Bohrkronen. Ihr Hauptzweck ist es, dem Bohrmeißel mehr Gewicht zu verleihen, um komplexe Gesteinsformationen effektiver zu durchdringen.

Merkmale der Bohrkronen umfassen:

• Hergestellt aus nicht-magnetischen Materialien oder Vollstahl.
• Deutlich schwerer als gewöhnliche Bohrrohre
• Minimieren Vibrationen und Biegungen des Bohrgestänges.
• Unterstützung bei der Richtungskontrolle und Stabilität.

Spiralförmige Nuten werden häufig in Bohrgestängen verwendet, um die Wahrscheinlichkeit von Differentialhaftung im 

Bohrloch zu verringern.

3. HWDP oder Schwergewicht-Bohrgestänge

Ein schweres Bohrrohr ist ein schweres Bohrrohr (Har-Bohrrohr). Es verringert die Belastung des Bohrstrangs und bietet gleichzeitig erhöhte Festigkeit und Flexibilität.

Eigenschaften des HWDP:

• Schwerer und dicker als Standard-Bohrrohre
• Dient als Brücke zwischen starren Bohrstrangkomponenten und flexiblen Bohrrohren.
• Verringert Ermüdungsbrüche durch Stoßdämpfung
• Hilft bei der Kontrolle der Bohrlochabweichung

Sowohl horizontale als auch gerichtete Bohrarbeiten verwenden häufig HWDP.

4. Der Bohrmeißel

Das Schneidinstrument am Ende des Bohrstrangs wird als Bohrmeißel bezeichnet. Während des Bohrens ist er für das Zerkleinern und Zermalmen von Gesteinsformationen verantwortlich.

Bohrmeißel gibt es in verschiedenen Ausführungen, wie zum Beispiel:

• Rollenmeißel (Tricone-Meißel) – Tricone- oder Rollenmeißel werden für milde bis mittelharte Formationen verwendet.
• PDC-Meißel (Polykristalliner Diamant Compact) – Für komplexe Formationen werden PDC-Meißel (Polykristalliner Diamant Compact) eingesetzt.
• Diamantmeißel – Diamantmeißel werden verwendet, um durch robustes Gestein zu bohren.

Die Härte der Formation, die Bohrgeschwindigkeit und die Betriebsbedingungen müssen bei der Auswahl der Bohrmeißel berücksichtigt werden.

5. Gelenke und Verbindungen von Werkzeugen

Die Gewindeverbindungen an den Enden von Bohrkronen, HWDP und Bohrgestängen werden Werkzeugverbindungen genannt. Sie bieten robuste, zuverlässige Verbinder, die es ermöglichen, das Bohrgestänge zusammenzusetzen und zu zerlegen.

Typische Arten von Werkzeugverbindungen:

• API-Rotations-Schulterverbindungen (RSC): Standardisierte Branchenverbinder sind als API-Rotations-Schulterverbindungen (RSC) bekannt.
• Premium-Verbindungen: Werden beim Richtbohren oder Hochdruckbohren eingesetzt

Um Ausfälle zu vermeiden, müssen Werkzeugverbindungen ordnungsgemäß geschmiert und angezogen werden.

6. Top-Antriebssystem oder Kelly

Das Bohrgestänge erhält Drehmoment vom Kelly (bei Drehbohrungen mit Drehkranz) oder vom Top-Antriebssystem (bei modernen Bohrgeräten).

• Kelly-Antrieb: Ein Rohr, das durch eine rotierende Tischplatte geführt wird, die quadratisch oder hexagonal ist.
• Top-Antrieb: Ein motorisiertes Verfahren, das menschlichen Aufwand reduziert und die Bohrleistung erhöht

Top-Antriebssysteme sind das Rückgrat moderner Bohrgeräte für erhöhte Leistung und Sicherheit.

7. Stabilisierende Mittel

Das Bottom-Hole-Assembly (BHA) verfügt über Stabilisatoren, um das Bohrgestänge vor Biegen und Abweichen zu schützen. Funktionen des Stabilisators umfassen:

• Verbesserte Kontrolle über die Richtung
• Verringern den Verschleiß an Bohrkronen und Verbindungsstücken.
• Reduzieren die Größe des Bohrlochs.

Je nach Bedarf beim Bohren können Stabilisatoren feststehende Klingen, Ersatzklingen oder verstellbare Klingen sein.

Bedeutung der Wartung des Bohrgestänges

Da Komponenten des Bohrgestänges hohen mechanischen Belastungen, Hitze und Druck ausgesetzt sind, müssen sie regelmäßig gewartet und inspiziert werden, um ihre Leistung und Sicherheit zu gewährleisten.

Typische Probleme des Bohrgestänges:

• Ermüdungsversagen –Die Ursache für Ermüdungsversagen ist zyklische Belastung.
• Korrosion und Verschleiß –Schwere Bedingungen und Bohrflüssigkeiten verursachen Verschleiß und Korrosion.
• Gewindeschäden –Schäden am Gewinde durch unsachgemäße Handhabung oder zu viel Drehmoment
• Differenzsticking –Wenn das Bohrgestänge im Bohrloch feststeckt, spricht man von Differenzsticking.

Wartungsverfahren:

• Regelmäßig auf Risse, Gewindeschliff und Materialverschlechterung prüfen.
• Um Korrosion zu verhindern, Additive in die Bohrflüssigkeit verwenden.
• Um Verschleiß gleichmäßig zu verteilen, Bohrgestänge häufig rotieren.
• Beim Herstellen von Verbindungen die richtigen Drehmomentvorgaben einhalten.

Die Lebensdauer des Bohrgestänges kann durch richtige Wartung verlängert werden, und teure Ausfälle während des Bohrbetriebs können vermieden werden.

FAQ 

1. Welche Rolle spielt das Bohrgestänge bei Bohrarbeiten?

Das Bohrgestänge hat mehrere Verwendungszwecke, darunter:

• Drehmoment vom Bohrgestänge auf den Bohrmeißel übertragen
• Gewicht auf den Meißel (WOB) ausüben, um die Formation zu schneiden
• Bohrspülung (Schlamm) zum Kühlen und Reinigen des Bohrmeißels transportieren
• Das Bohrloch stabil halten, um einen Einsturz zu vermeiden

2. Aus welchem Material werden Bohrgestänge hergestellt?

Hochfester Legierungsstahl oder Aluminium werden häufig für leichte Anwendungen bei Bohrgestängen verwendet. Bohrtiefe, Druck und Umweltfaktoren beeinflussen die Materialwahl.

2. Wie häufig sollten die Teile eines Bohrgestänges geprüft werden?

Vor jedem Bohrvorgang sollten die Komponenten des Bohrgestänges inspiziert werden, und nach einer festgelegten Betriebszeit sollten sie gründlichen Prüfungen unterzogen werden. Ultraschallprüfung (UT) und Magnetpulverprüfung (MPI) sind zwei verbreitete zerstörungsfreie Prüfverfahren (ZfP).

4. Was unterscheidet Heavy-Weight-Drillpipes (HWDP) von Bohrkronen?

Bohrkronen werden hauptsächlich verwendet, um Gewicht auf den Bohrmeißel auszuüben, und sind steifer und schwerer als HWDP. Im Gegensatz dazu bietet HWDP einen flexiblen Übergang zwischen den Bohrkronen und dem Rohr, was Abweichungen im Bohrloch und Ermüdung verringert.

Fazit

Das Bohrgestänge, bestehend aus Bohrgestängen, Bohrkronen, HWDP, Werkzeugverbindungen, Stabilisatoren und einem Bohrmeißel, ist ein entscheidender Bestandteil der Bohrarbeiten. Jedes Bauteil ist wesentlich für die Betriebssicherheit, die Stabilität des Bohrlochs und die Bohrleistung.

Die Bohrleistung kann durch die richtige Auswahl, Handhabung und Wartung der Komponenten des Bohrgestänges erheblich verbessert, Kosten reduziert und Ausfälle vermieden werden. Das Wissen um die Komponenten eines Bohrgestänges ist für erfolgreiche Bohrarbeiten unerlässlich, sei es bei Wasserbohrungen, geothermischer Erkundung oder Öl- und Gasbohrungen.

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