Grundlagen Bohrspülung

Aufgaben der Bohrspülung sind

  1. Stabilisierung und Abdichtung der Bohrlochwand
  2. Austrag des Bohrkleins
  3. Verhinderung der Sedimentation von Bohrklein bei Unterbrechungen und Stillständen
  4. Reinigung des Bohrloches
  5. Schmierung, Kühlung von Bohrstrang, Sonde
  6. 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

Bohrkleinaustrag bei Bohrspülungen

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.

 

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