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Bohrtechnik

Bohrtechnik. Geophysik / Geothermie A. Flückiger Mat.Nr . 2710155. Prüfer: Prof. Dr. M. Koch 07.08.2008. Inhalt Besonder-heiten Auswahl der Bohranlage BohrerTypen Bohrungs- auslegung Bohrtechnik . Inhalt. 1) Besonderheiten von Geothermie-Bohrungen 2) Auswahl der Bohranlage

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  1. Bohrtechnik Geophysik / Geothermie A. Flückiger Mat.Nr. 2710155 Prüfer: Prof. Dr. M. Koch 07.08.2008

  2. Inhalt Besonder-heiten Auswahl der Bohranlage BohrerTypen Bohrungs-auslegung Bohrtechnik .... Inhalt 1) Besonderheiten von Geothermie-Bohrungen 2) Auswahl der Bohranlage 3) BohrerTypen 4) Bohrungsauslegung 5) Bohrtechnik

  3. Inhalt Besonder-heiten Auswahl der Bohranlage BohrerTypen Bohrungs-auslegung Bohrtechnik .... Besonderheiten von Geothermie- Bohrungen • Bohrungen überwiegend in Siedlungsnähe • Schallemissionen • Platzbedarf der Bohranlage • Einhaltung von Sicherheitsabständen • Zufahrt für Schwerlast-Fzg. / Kräne / Feuerwehr • Unterirdische Versorgungsleitungen • Wasserschutz

  4. Inhalt Besonder-heiten Auswahl der Bohranlage BohrerTypen Bohrungs-auslegung Bohrtechnik .... Auswahl der Bohranlage Planungsdaten • Bohrlochdurchmesser • Bohrungsverlauf • Bohrstrang-Dimensionierung • Erwartete Drehmomente und Zuglasten bei Richtbohrungen • Maximale Pumpendrücke und Strömungsraten gemäß Hydraulikprogramm • Spülungsdichte und Meißelhydraulik • Zirkulationsraten • Hakenlast • Gestängeabstellasten • Erforderliche Gesamtleistung • Tankkapazität

  5. Inhalt Besonder-heiten Auswahl der Bohranlage BohrerTypen Bohrungs-auslegung Bohrtechnik .... Auswahl der Bohranlage Bohranlagen-Vergleich

  6. Inhalt Besonder-heiten Auswahl der Bohranlage BohrerTypen Bohrungs-auslegung Bohrtechnik .... Auswahl der Bohranlage Antriebe • Hauptverbraucher: • Hebewerk • Spülpumpen • Drehtisch bzw. Topdrive

  7. Inhalt Besonder-heiten Auswahl der Bohranlage BohrerTypen Bohrungs-auslegung Bohrtechnik .... Auswahl der Bohranlage 2000PS Bohreinheit Erreichbare Teufe: • 6000m

  8. Inhalt Besonder-heiten Auswahl der Bohranlage BohrerTypen Bohrungs-auslegung Bohrtechnik .... Auswahl der Bohranlage < 100PS Bohreinheit Erreichbare Teufe: • ca. 100m

  9. Inhalt Besonder-heiten Auswahl der Bohranlage BohrerTypen Bohrungs-auslegung Bohrtechnik .... BohrerTypen Überblick • Trockenbohrverfahren • Schneckenbohren • (Pennsylvanisches) Seilbohren • Vibrationsbohren • Rammen (Schlagbohren) • Bohrverfahren mit zirkulierender Spülung • Imlochbohrer • Rotarybohren • Lufthebebohren • Saugbohren • Überlagerungsbohren • Kern- und Probengewinnungsverfahren • Hohlkernbohrer

  10. Inhalt Besonder-heiten Auswahl der Bohranlage BohrerTypen Bohrungs-auslegung Bohrtechnik .... BohrerTypen Überblick • Trockenbohrverfahren • Schneckenbohren • (Pennsylvanisches) Seilbohren • Vibrationsbohren • Rammen (Schlagbohren) • Bohrverfahren mit zirkulierender Spülung • Imlochbohrer • Rotarybohren • Lufthebebohren • Saugbohren • Überlagerungsbohren • Kern- und Probengewinnungsverfahren • Hohlkernbohrer

  11. Inhalt Besonder-heiten Auswahl der Bohranlage BohrerTypen Bohrungs-auslegung Bohrtechnik .... BohrerTypen Methodenwahl 15 - 30m (d= <900mm) 20m (d= <90mm) Schneckenbohrer ca. 300m (d= 150mm) Hohlkernbohrer 300- 400m (d= <300mm)*4500m Rotarybohrer > 250m (d= <216mm) Imlochhammer <70m (d= <115mm) Schlagbohrer Sand Lehm Gestein medium hart Gestein hart bis sehr hart

  12. Inhalt Besonder-heiten Auswahl der Bohranlage BohrerTypen Bohrungs-auslegung Bohrtechnik .... BohrerTypen Hohlkernbohrer • Zerspant ähnlich wie eine Lochsäge • Erhalten von Bohrkernen • Geringer Bohraufwand im Vergleich zur Vollbohrung • Kopf bildet eine Diamantbohrkrohne • Muss auf das zu bearbeitende Material abgestimmt sein • Durchmesser 8- 1.500mm serienmäßig Einsatzbebiet: Wissenschaftliche Auswertung des Gesteins

  13. Inhalt Besonder-heiten Auswahl der Bohranlage BohrerTypen Bohrungs-auslegung Bohrtechnik .... BohrerTypen Rotarybohrer (drehend) • Spülbohrverfahren • Für mittel- bis hartes Gestein • Zerkleinerung des Bohrguts (BG) durch Rollen- und Kronenmeißel (Warzenmeißel) • Rollmeißel: drei gegeneinander angeordete, gezahnte Kegelrollen • Kronenmeißel: Besatz mit Diamanten, Schneidekeramik oder Hartmetall, keine bewegliche Teile • Zerkleinerte Gestein wird über eine durch das Bohrgestänge zugeführte und am Meißel austretende Spülflüssigkeit kontinuierlich entfernt und gelangt im Ringraum zwischen Bohrloch und Bohrgestänge an die Erdoberfläche. • Flüßigkeitsgeschwindigkeit mit 100 m/s aus Düsen im Bohrmeißel tragen zum Gesteinsabtrag bei • Bohrstangenelementlänge 9m , Wechseldauer ca. 4min.

  14. Inhalt Besonder-heiten Auswahl der Bohranlage BohrerTypen Bohrungs-auslegung Bohrtechnik .... BohrerTypen Schneckenbohrer (drehend) Größen: • 30 bis 90 mm Durchmesser: mittelharte bis harte Formation -> Kontinuierliche (Bergbau, Sprenglochbohrungen) • 45 bis 900 mm Durchmesser (Sondergrößen bis ca. 2000 mm) : weiche, bindige oder lockere, kohäsionslose Gesteine -> Diskontinuierlich Vorteile: • kontinuierlicher Austrag des Bohrkleins ohne Umlaufspülung • Kombination der Einfachheit des Trockenbohrens mit der Effizienz des Spülbohrens • Keine Kontamination des Erdreichs mit Spülung • keine Kosten für die Spülung (keine Spülbecken, Pumpen etc. erforderlich) Nachteile: • Reichweite ca. 20m (max. 100 m, Reibung) • ungünstig für inhomogenes, mit Hindernissen durchsetztes Boden • im Lockergebirge unterhalb des Grundwasserspiegels ungünstig

  15. Inhalt Besonder-heiten Auswahl der Bohranlage BohrerTypen Bohrungs-auslegung Bohrtechnik .... BohrerTypen Schneckenbohrer (drehend) Diskontinuierliches Schneckenbohren • bei großen Bohrlochdurchmessern (meist 300 bis 600 mm) und kleinen Bohrtiefen • (z.B. Setzen eines Standrohres für eine Tiefbohrung) • Bohrwerkzeug: mehrflügelige Schneiden. Darüber 0,5 bis 2 m Schnecke, darüber Gestängerohre. • Feststoffaustrag: Ausbauen und entleeren • nur oberhalb des Grundwasserspiegels und in bindigen Böden möglich

  16. Inhalt Besonder-heiten Auswahl der Bohranlage BohrerTypen Bohrungs-auslegung Bohrtechnik .... BohrerTypen Imlochhammer (drehschlagend) • Imlochhammer wird auch Tauchhammer, Unterflurhammer, Versenkhammer genannt • Hydraulischer Bohrhammer mit direkter Wirkung • Schließen erzeugt hydraulischen Stoß („Wasserhammer“) • Schlagbolzen / Amboss • Hydraulischer Impuls wird in Bewegungsenergie / Schlag umgesetzt 1 Ventil, 2 Schlagbolzen, 3 Feder, 4 Amboß, 5 Spülungsöffung, 6 Feder, 7 Kolben

  17. Inhalt Besonder-heiten Auswahl der Bohranlage BohrerTypen Bohrungs-auslegung Bohrtechnik .... BohrerTypen Imlochhammer (drehschlagend) Funktion: • Off bottom: freier Durchgang der Spülung, keine Hammerwirkung • On bottom: • Amboss und Schlagbolzen bewegen sich nach oben gegen Ventil →Strömungsweg verschlossen, Schlagbolzen und Amboss noch nicht in Kontakt • „Hydraulischer Hammer“ drückt Ventil / Schlagbolzen schlagartig nach unten • Ventilhub ist kurz, daher öffnet es wieder und bewegt sich in die Ausgangslage zurück • Schlagbolzen bewegt sich aufgrund seiner Trägheit weiter, komprimiert Feder und schlägt auf Amboss auf • Feder entspannt sich wieder und drückt Schlagbolzen zurück an das Ventil • nächster Zyklus beginnt 1 Ventil, 2 Schlagbolzen, 3 Feder, 4 Amboß, 5 Spülungsöffung, 6 Feder, 7 Kolben

  18. Inhalt Besonder-heiten Auswahl der Bohranlage BohrerTypen Bohrungs-auslegung Bohrtechnik .... BohrerTypen Imlochhammer (drehschlagend) Vorteile: • einfache Konstruktion und Wirkungsweise • stabiles Arbeiten, auch bei leichten Schwankungen des Spülungsregimes • Kleine Durchmesser konstruktiv kein Problem Nachteile: • Verlust an Schlagenergie durch Kompression der Feder vor dem Schlag • dadurch relativ geringer Wirkungsgrad

  19. Inhalt Besonder-heiten Auswahl der Bohranlage BohrerTypen Bohrungs-auslegung Bohrtechnik .... BohrerTypen Schlagbohrer • Schlagwerkzeug auf dem Bohrer montiert • Schläge werden durch das Bohrgestänge übertragen Vorteil • Sehr schnell im harten Gestein • Geringe Betriebskosten Nachteil • Max. 70m • Durchmesser < 115mm • Starker Lärm- und Vibrationsentwicklung

  20. Inhalt Besonder-heiten Auswahl der Bohranlage BohrerTypen Bohrungs-auslegung Bohrtechnik .... Bohrungsauslegung Bohrlochdurchmesser Bohrfortschritt: V2= (Ø1²/ Ø2²)• V1

  21. Inhalt Besonder-heiten Auswahl der Bohranlage BohrerTypen Bohrungs-auslegung Bohrtechnik .... Bohrungsauslegung BohrDruck (Bsp. RotaryBohrer)

  22. Inhalt Besonder-heiten Auswahl der Bohranlage BohrerTypen Bohrungs-auslegung Bohrtechnik .... Bohrungsauslegung Meißeldrehzahl (Bsp. RotaryBohrer)

  23. Inhalt Besonder-heiten Auswahl der Bohranlage BohrerTypen Bohrungs-auslegung Bohrtechnik .... Bohrungsauslegung Düsengeschwindigkeit (Bsp. RotaryBohrer)

  24. Inhalt Besonder-heiten Auswahl der Bohranlage BohrerTypen Bohrungs-auslegung Bohrtechnik .... Bohrungsauslegung Spülungseigenschaften

  25. Inhalt Besonder-heiten Auswahl der Bohranlage BohrerTypen Bohrungs-auslegung Bohrtechnik .... Bohrungsauslegung Quintessenz Maximaler Bohrfortschritt wird durch Optimierung der Betriebsparameter erzielt • Bohrandruck • Drehzahl (Leistung) • Spülrate/ Bohrlochhydraulik

  26. Inhalt Besonder-heiten Auswahl der Bohranlage BohrerTypen Bohrungs-auslegung Bohrtechnik .... Bohrtechniken Senkrechte Bohrungen Monobore Conventional

  27. Inhalt Besonder-heiten Auswahl der Bohranlage BohrerTypen Bohrungs-auslegung Bohrtechnik .... Bohrtechniken Zwei Vertikalbohrungen Vertikalbohrungen mit 2km Abstand • Zwei Bohrplätze • Lange Verbindungsleitung übertage • Kurze Gesamtbohrstrecke • Keine Richtbohrkosten 2km

  28. Inhalt Besonder-heiten Auswahl der Bohranlage BohrerTypen Bohrungs-auslegung Bohrtechnik .... Bohrtechniken Vertikal- und Ablenkbohrung Vertikal- und Ablenkbohrungmit 2km Ablenkung • Ein Bohrplatz • kurze Verbindungsleitung übertage • lange Gesamtbohrstrecke • 1 x Richtbohrkosten 2km

  29. Inhalt Besonder-heiten Auswahl der Bohranlage BohrerTypen Bohrungs-auslegung Bohrtechnik .... Bohrtechniken Zwei Ablenkbohrungen Ablenkbohrungen mit jeweils 1km Ablenkung • Ein Bohrplatz • kurze Verbindungsleitung übertage • mittlere Gesamtbohrstrecke • 2 x moderate Richtbohrkosten 2km

  30. Inhalt Besonder-heiten Auswahl der Bohranlage BohrerTypen Bohrungs-auslegung Bohrtechnik .... Bohrtechniken Ablenkbohrungen Innovation gegenüber konventioneller Bohrtechnik: • Nur ein Bohrloch, zwei oder mehrere Bohrungen • Pumpen, Steuerung, Generator usw. an einer Stelle • Können bei einer Teufe von 2600m, 2000m auseinander liegen • Genaue Positionierung in den gewünschten Zonen • Vergrößerung der „aktiv“ genutzten Schicht • Reduzierte Kosten • Flexible Aufstellung der Fördereinrichtung

  31. Inhalt Besonder-heiten Auswahl der Bohranlage BohrerTypen Bohrungs-auslegung Bohrtechnik .... Bohrtechniken Festwerden Fest wird man wegen: • Permeabler Formationen • Dicker Filterkuchen • Hohe Reibungsfaktor • Hoher Spülungsdichte (hoher Differenzdruck) Anzeigen für ein anstehendes Festwerden: • Drehmoment/Schleiflast • Geringer Austrag von Bohrgut

  32. Inhalt Besonder-heiten Auswahl der Bohranlage BohrerTypen Bohrungs-auslegung Bohrtechnik .... Bohrtechniken Festwerden Vermeiden von Festwerden: • Bohrstrang in Bewegung haltennur beim Nachsetzen darf der Strang stehen bleiben (24h- Betrieb) • Geeignetes Spülungsgewicht • Einsatz von Brückenmitteln • Kontrolle über das Filtrat • …auch bei hohen Temperaturen! • Schmiermittel • Verpumpen von „Sweeps“ zur Säuberung des Bohrloches

  33. Inhalt Besonder-heiten Auswahl der Bohranlage BohrerTypen Bohrungs-auslegung Bohrtechnik .... Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit .... noch Fragen???

  34. Bohrtechniken Ablenkbohrungen Bohrteufe beeinflusst von: • Der Seigerteufe (Vertikalteufe) des Zielhorizontes • Der Teufe des Ablenkbeginns (Kick-off-Punkt = KOP) • Der Aufbaurate • Dem Endwinkel

  35. Bohrtechniken Multifrac well design

  36. Bohrtechniken „Qne well- two layer“ well design

  37. Bohrtechniken Multilateral well design

  38. Bohrtechnik CTD

  39. Energiegewinnung

  40. Bohrungsauslegung Bohrfortschrittsvergleich

  41. Bohrungsauslegung Hydraulische Mindestleistung am Meißel

  42. BohrerTypen Schneckenbohrer • Entsprechend den Einsatzbedingungen Bohrwerkzeuge für schneidend-schälende, aufreißende und aufbrechende Hereingewinnung • auswechselbare Schneidzähne (verschiedene Form und Richtung)

  43. Bodenarten nach DIN 1054 Geschütterter BodenGeschütteter Boden ist durch Aufschüttung oder Aufspülung entstanden. Man unterscheidet zwischen unverdichteter Schüttung in beliebiger Zusammensetzung und verdichteter Schüttung aus gewachsenem Boden. Organische BödenOrganische Böden sind Humus, Torf und Faulschlamm. Torf entsteht durch die Zersetzung von Pflanzen und Tieren, Humus nennt man die organischen Stoffe im und auf dem Boden, die von abgestorbenen Pflanzen und Tieren herrühren. Organische Böden haben eine Faserstruktur. Bindige BödenBindiger Boden hat plättchenartigen Aufbau. Durch die Beschaffenheit der Plättchen kann bindiger Boden Wasser aufnehmen und halten. Dabei weicht die Oberfläche der Plättchen auf, wodurch sich die Reibung zwischen den Plättchen verringert. Zu bindigen Böden zählen Schluffe, Tone und Gemische daraus wie Lehm oder Mergel. Sie können auch einen nichtbindigen Anteil von bis zu 15% enthalten. Eine Kornstruktur ist mit dem bloßen Auge nicht mehr zu erkennen Nichtbindige Böden / Rollige BödenNichtbindiger bzw. rollige Böden bestehen aus Körnern unterschiedlicher Größe, die sich gegenseitig berühren. Der Boden hält kein Wasser und die Reibung zwischen den Körnern wird beim Vorhandensein von Wasser kaum beeinflusst. Diese Böden können nicht aufweichen. Nichtbindige Böden bestehen aus Geröll, Schotter, Kies und Sanden sowie Gemischen daraus, auch mit einem bindigen Anteil von bis zu 15%. Das Korn ist mit bloßem Auge leicht erkennbar. Gewachsener FelsFestgestein, das dicht und fest gelagert oder locker und zerklüftet ist. Alle Gesteinsarten wie Kalkstein, Sandstein, Granit, Basalt oder Porphyr werden als Fels bezeichnet. Aufgrund der Dichte und Härte nur schwer zu bearbeiten.

  44. Bohrschichten 3D-Modell 2D-Modell Vertikalschnitt Explosionszeichnung

  45. Verfestigen 1 2 3 4

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