Bohrspülungsservice
Eine auf den jeweiligen Baugrund angepasste Bohrspülung ist bei jeder Horizontalbohrung eine unverzichtbare Notwendigkeit und in den meisten Fällen der Schlüssel zum Erfolg.
Eine ihre Aufgaben nicht vollständig erfüllende Bohrflüssigkeit kann das gesamte Projekt gefährden.
Viele bei gesteuerten Horizontalbohrungen auftretende Probleme, wie Spülungsaustritte an die Geländeoberfläche entlang der Trasse, zu hohe Drehmomente oder Zugkräfte oder festgezogene Rohre sind auf Fehler bei der Zusammensetzung der Bohrspülung und ungenügenden Bohrkleinaustrag zurückzuführen. Insbesondere die nicht korrekte Anpassung der zulässigen Bohr- bzw. Räumgeschwindigkeit an die Tragfähigkeit der Bohrspülung, den damit einhergehenden zulässigen Feststoffgehalt der Suspension und die zur Verfügung stehende Pumpenleistung kann zu erheblichen bohrtechnischen Problemen führen.
Die ständige Kontrolle und Überwachung der Spülungsparameter und deren Anpassung an die jeweils angetroffenen Bodenverhältnisse ist nur durch einen erfahrenen Spülungstechniker oder Spülungsingenieur möglich.
Es ist deshalb dringend anzuraten, bei komplizierten HDD-Projekten einen permanenten Spülungsservice mit Feldlabor vorzusehen.
Um sicherzustellen, daß der eingesetzte Fachmann neben den Kenntnissen der Spülungstechnik auch das notwendige bohrtechnische und verfahrenstechnische Know-how besitzt, sollte je nach Projekt für diese Aufgaben z.B. auf nach DVGW GW 329 zertifiziertes Personal (Fachaufsicht) zurückgegriffen werden.
Grundlagen Bohrspülung
Aufgaben der Bohrspülung sind
- Stabilisierung und Abdichtung der Bohrlochwand
- Austrag des Bohrkleins
- Verhinderung der Sedimentation von Bohrklein bei Unterbrechungen und Stillständen
- Reinigung des Bohrloches
- Schmierung, Kühlung von Bohrstrang, Sonde
- Antrieb von Bohrlochmotoren
Stabilisierung und Abdichtung der Bohrlochwand
Beim Spülbohrverfahren erfüllt diese Aufgabe die Bohrspülung. Bentonitbohrspülungen mit einem spezifischen Gewicht von 1.02 – 1.06 haben in der Regel ausreichende Werte. Durch den geringen überdruck auf das Gebirge kommt es zu einem Filtrationsvorgang an der Bohrlochwand, wo sich feinstes Bohrklein und Spülungszusätze ablagern. Diese Ablagerungen werden als Filterkuchen bezeichnet.
Ziel ist es, eine möglichst undurchlässige Schicht zu bilden. Die Durchlässigkeit des Filterkuchens ist abhängig von der Art des Bentonits und der Additive, dem Feststoffgehalt und der Dichte der Spülung. Hochwertige Bentonite ergeben geringere Filtrate als minderwertige.
Bei sehr grobkörnigen Böden ist damit zu rechnen, dass die Spülung in die Poren eindringt und die Poren auffüllt, wodurch es zu Spülungsverlusten kommen kann.
Die Filtratmenge sollte möglichst gering sein, um ein Quellen von anstehenden Tonen zu vermeiden. Tone saugen das Wasser aus dem Filtrat auf; bei quellenden Tonen führt dies zu Verengungen des Bohrlochs. Eine Unterbrechung der Zirkulation ist möglich, es kann auch zum Ausbrechen von Tonteilen führen (Nachfall).
Um einer Wasseraufnahme der Tongesteine entgegenzuwirken, werden meist toninhibierende Polymere zugesetzt. Die Polymere überziehen die Oberfläche mit einer dünnen Schicht, dadurch wird das Eindringen von Wasser stark vermindert.
Austrag des Bohrkleins
Verhinderung von Sedimentation des Bohrkleins
Durch den bei Horizontalbohrungen überwiegend waagerechten Bohrachsenverlauf hat das Bohrklein sehr kurze Sedimentationswege. Darum müssen Bohrspülungen eine hohe Tragfähigkeit besitzen, um ein Absinken des Bohrkleins zu verhindern.
Das Absinken während der Zirkulation wird durch höhere Viskositäten verhindert, das Absinken während der Stillstände (Gestänge wechseln, Anmischen der Bohrspülung) durch den Aufbau eines thixotropen Strukturgerüstes in der Bohrspülung, dessen Festigkeit bzw. Tragfähigkeit als Gelstärke gemessen werden kann.
Der Austrag wird umso vollständiger
- je größer die Fließgeschwindigkeit ist
- je geringer die Dichtdifferenz zwischen Bohrspülung und Bohrklein ist
- je höher Viskosität und Gelstärken sind
Schmierung und Kühlung
Die auf der Bohrlochsohle entstehende Wärme wird durch den Spülstrom abtransportiert, um für Lanzen, Rollenmeissel und Aufweitköpfe eine möglichst lange Standzeit zu erzielen. Spülungsadditive lagern sich auf dem Bohrgestänge und an der Bohrlochwand ab und reduzieren so die Reibung.
Antrieb von Bohrlochmotoren
Die Bohrspülung treibt durch den Spülungsdruck Bohrlochmotoren (Mudmotor) an. Diese werden bei Felsbohrungen eingesetzt.