Bohrspülung und Wasser
In der Horizontalbohrtechnik ist entweder Leitungswasser oder Oberflächenwasser Ausgangsstoff für das Herstellen der Bohrspülungen. Dieses Wasser liegt in sehr unterschiedlicher Beschaffenheit vor und muss deshalb für eine optimale Spülungsqualität teilweise aufbereitet bzw. konditioniert werden. Bentonite benötigen einen pH-Wert von mindestens 7 – 9 und nicht zu hartes Wasser, um optimal zu quellen.
pH-Wert
Der pH-Wert kann auf der Baustelle mit einfachen Papier-Teststreifen gemessen werden:
- pH-Teststreifen für mindestens 30 sek in das zu prüfende Wasser halten
- anhaftende Flüssigkeit vom Teststreifen abschütteln und die Farbveränderung der Indikatorfelder mit der Skala auf der Packung vergleichen
- Farbskala mit der größten Übereinstimmung entspricht dem pH-Wert des Wassers
Bei einem pH-Wert unter 7 muss das Wasser durch Zugabe von Soda in den alkalischen Bereich gebracht werden. In der Regel reichen 0,2 bis 0,4 kg/m³. Nach Zugabe pH-Wert kontrollieren!
Hartes Wasser
Hartes Wasser behindert durch die vorhandenen Calcium-Ionen die Hydratation und Dispersion der Bentonite. Dies äußert sich in höherem Bentonitverbrauch, höherem Polymerbedarf, geringerem Viskositätsaufbau und zum Teil auch im Ausflocken des Bentonits. Darüber hinaus verschlechtert die Calciumkonzentration die Filtrationseigenschaften der Spülung. Auch hier kann durch Zugabe von Soda Abhilfe geschaffen werden. Die freien Calcium-Ionen werden durch das Soda gebunden und als unlösliches Calciumcarbonat ausgefällt.
Die Bestimmung der Wasserhärte kann auf der Baustelle ebenfalls mit Papier-Teststreifen erfolgen.
- Teststreifen für die auf der Packung angegebene Zeit (in der Regel 1 Sekunde) in das zu prüfende Wasser halten
- anhaftende Flüssigkeit vom Teststreifen abschütteln und nach 1 Minute das Farbmuster der Indikatorzone auf dem Teststreifen mit der Farbskala bzw. den Farbfeldern auf der Packung vergleichen
- Farbskala mit der größten Übereinstimmung entspricht dem Gesamthärte bzw. Carbonathärte des Wassers
Sinnvoll ist entweder die Bestimmung der Gesamthärte und der Carbonathärte des Wassers oder nur der Carbonathärte des Wassers.
Zur Reduzierung der Carbonathärte um 1 °d sind etwa 20 g Soda pro m³ erforderlich.
Wasserhärte
- Wasserhärte < 10° d ideales Anmischwasser
- Wasserhärte 10° d bis 20° d - Zugabe von Soda dringend zu empfehlen
- Wasserhärte > 20° d kritisch, in jedem Fall Soda zugeben
Unterschied zur Vertikalbohrung
Die Bohrspülung in der Vertikal- und in der Horizontalbohrtechnik
Die Aufgaben der Bohrspülung beim Vertikalbohren und Horizontalbohren sind im Grunde gleich. In der Praxis zeigt es sich jedoch, daß ein großer Unterschied in der Spülungsanforderung zwischen diesen beiden Bohrtechniken besteht. Es wird oft angenommen, daß man mit einer guten Spülung für Vertikalbohrungen, wie Tiefbohrungen nach Gas oder Öl, auch Horizontalbohrungen durchführen kann, dies ist unserer Meinung nach aber nicht richtig.
Ein wichtiger Unterschied in den Bohrparametern wird verursacht durch die Zeit, die man zur Verfügung hat. In Tiefbohrungen hat man im allgemeinen ausreichend Zeit, die Bohrspülung auf auftretende Probleme einzustellen und zu korrigieren; im horizontalen Bohren steht diese Zeit nicht zur Verfügung.
Wenn in einer vertikalen Bohrung die Tragfähigkeit der Spülung nicht ausreichend ist, fällt das Bohrgut vielleicht 100 m zurück, wird aber gleich wieder hochgespült, wenn die Pumpen wieder arbeiten.
Wenn in einer horizontalen Bohrung die Tragfähigkeit nicht ausreichend ist, sinkt das Bohrgut nach unten, selbst wenn die Pumpen nur kurzzeitig stillstehen. Wenn das geschehen ist, ist es sehr schwierig, oft sogar unmöglich, das Bohrgut aus dem Bohrloch zu fördern. Dies bedeutet auch, daß jedesmal, wenn die Pumpen zum Stillstand kommen, die Menge Bohrklein auf dem Boden zunimmt.
Dies führt zu einem verengten Bohrloch, verlangt dadurch höheren Pumpdruck und kann zu wesentlichen Problemen führen wie Ausbläsern oder sogar zum Festfahren von Gestänge und Produktrohren.
Beim Durchbohren von Tonhorizonten in der Vertikalbohrtechnik werden neben Polymerspülungen auch Spezialspülungen (KCl Kalk, Gips-Spülungen) zur Toninhibierung eingesetzt.
In der Horizontalbohrtechnik haben sich Polymerspülungen auf Polyacrylamidbasis bewährt; die Rezeptur und Handhabung von Spezialspülungen erweist sich bei normalen Bohrungen als zu kompliziert.
Hohe Filtrate in der Vertikalbohrtechnik werden durch einen stabilen, elastischen Filterkuchen verhindert. Dieser Filterkuchen wird vom Bentonit auf der Formation gebildet. Es ist abhängig von der Bentonitqualität und den zugegebenen Additiven, wie gut dieser Filterkuchen ist. Schleichende und totale Spülungsverluste werden durch Zementation oder Stopfmittel wie Sägespäne, Nußschalen, Glimmer bekämpft.
In der Horizontalbohrtechnik werden wegen des geringeren hydrostatischen Überdrucks nicht so undurchlässige Filterkuchen wie in der Tiefbohrtechnik erreicht. In der Regel sind aber Bentonitspülungen mit einer Dichte von 1.05 kg/dm³ ausreichend. Stopfmittel aus der Tiefbohrtechnik lassen sich in der Regel nicht einsetzen wegen zu kleiner Querschnitte der Düsen, Spüllanzen, Backreamern, Schläuchen, etc. Bei Spülungsverlusten sollten als erstes Viskosität und Gelstärke bis zur Grenze der Pumpbarkeit angehoben werden. Falls das nicht ausreichend ist, hat sich der Einsatz von Dolomit, Kreide und einem speziellen Stopfmittel von Phrikolat, MODISTOP bewährt.