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1 Titelfolie International Geothermal Center Hochschule Bochum Lehrveranstaltung Bohrtechnik Kap. 5 Antrieb Prof. Rolf Bracke Dipl.-Ing. Volker Wittig.

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1 1 Titelfolie International Geothermal Center Hochschule Bochum Lehrveranstaltung Bohrtechnik Kap. 5 Antrieb Prof. Rolf Bracke Dipl.-Ing. Volker Wittig WS 2012/13

2 2 Übersicht 1. Aufgaben einer Bohrabteilung 2.Überblick über den Bohrprozess 3.Bohrwerkzeuge 4.Bohrstrang / Hakenlast 5. Antrieb (Kelly / Topdrive/ PDM/ Turbine) 6. Verrohrungskonzept 7. Kontrolle des Bohrlochverlaufs / Richtbohren 8. Spülungssystem, -typen und Verlustbekämpfung 9. Preventer und Kickbekämpfung 10.Technische Messungen 11. Zementation 12.Auswahl des Bohrturmes/ Anforderungen an den Bohrplatz 13. Aufbau eines Zeit- Teufendiagramms 14.Neue Technologien

3 Antriebsmöglichkeiten Prime Movers - Kelly Drive - Top Drive 3 Downhole Movers - Positive Displacement Motor - Turbine

4 4 Haken / Spülkopf

5 5 Spülkopf ROTATING

6 Quadratisches Profil: kleinere Bohrung bei gleichem NenndurchmesserDruckverlust Hexagonales Profil: Mehrfache Lagerungruhigerer Lauf 6 Kellystange Aufbau:  Eigentliche Kellystange (quadratisches o. sechseckiges Profil)  Kellyhähne  Schonstück

7 7 Kellystange - Drehmomentübertragung Drehtischhaupteinsatz (master bushing) Mitnehmereinsatz (drive bushing) Drehtisch (rotary table)

8 8 Kellystange - Handling

9 9 Kellystange - Arbeitsgänge Nachsetzen von Gestänge

10 10 Kellystange - Arbeitsgänge Absetzen der Kellystange für round trip

11 11 Kellyhähne Aufgaben:  Rückschlagventil zum Schutz von Spülkopf und Spülschlauch (oberer Kellyhahn)  Absperrhahn zum Abriegeln des Bohrlochdrucks (unterer Kellyhahn)

12 12 Kellyhähne

13 13 Topdrive

14 14 Topdrive

15 Bohrlochmotoren Richtbohrtechnik wird in Kombi- nation mit Bohrlochmotoren benutzt Optimierung der Bohrparametern Antrieb durch Spülung  kein Betrieb bei Spülungsstopp Prozedur für Richtbohren: - Bohrstrangrotation wird gestoppt (bei RSS) - Toolface eingestellt - Bohrlochmotor wird angefahren - Bohrgarnitur wird auf die Bohrlochsohle gefahren 15

16 Bohrlochmotoren 16 Wandelt die hydraulische Energie der Spülung in hohe Drehmomente zum Bohrkopf um Wandelt die kinetische Energie der Spülung (hoher Durchfluß) in mechanische Energie  hohe Drehzahl (ca. > 200 RPM) um Hohe RPM Geringes Drehmoment RPM Drehmoment

17 Positive Displacement Motor (PDM) PDM - Hydraulischer Betrieb mit Hilfe des Moineau Prinzips - Rotiert den Bohrmeißel unabhängig von der Bohrstrangrotation - Besteht aus folgenden Elementen: Bypass Ventil Motor Sektion (exzentrisch) Knick Verbinder (BUR) Universal Verbinder Lagersektion mit Antriebswelle (zentrsich) 17

18 PDM Konfigurationen Exzentrische Rotorbewegung muss von Antriebswelle korrigiert werden 18 Positive Displacement Motor (PDM) Drehmoment RPM

19 Turbinenmotor Rotor & Motor 19

20 Axiallagerung 20 Turbinenmotor

21 Turbine - high RPM - RPM depends on Torque - High durability (steel) - qualified personal - Hydrodynamic principle 21 Turbinenmotor vs. PDM PDM - Low RPM - high performance - very robust - Hydrostatic principle

22 22 Bohrgerüstkalkulation F f = Zugseillast F s = Totseillast F d = Turmlast W = Hakenlast n = Anzahl der Seile

23 23 Gleichungen I Flaschenzugsystem:W = n * F f Effektive Leistung:P i = F f * v f Leistung am Haken:P h = W * v h = m g * g * v h WHakenlast[kN] nAnzahl der Seile[ - ] F f Zugseillast[kN] P i Leistung am Hebewerk[kW] v f Zugseilgeschwindigkeit[m/s] P h Leistung am Haken[kW] m g Stranggewicht[kN] v h Fahrgeschwindigkeit Haken[m/s]

24 24 Gleichungen II Hebevorrichtung kein ideales, reibungsloses System -> Leistungsverluste abhängig von der Anzahl der eingescherten Seile Effizinsfaktor η für Bohranlagen beträgt K = 0,9615 Anzahl n der Seile Effizienz  60,874 80, , , ,754

25 25 Belastung Bohrgerüst

26 26 Übung III Die Masse eines einzusetzenden Bohrstranges beträgt 136,2 t. Die Ausgangsleistung des Hebewerkes beträgt 500 PS (373 kW), der Flaschenzug ist vierfach eingeschert (8 Seile). Berechne: a) die Zugseillast F f b) die effektive Ausgangsleistung am Haken P h c) die maximale Hakengeschwindigkeit v h d) den Zeitbedarf, um den ersten Gestängezug (dreizügig; 27 m) aus dem Bohrloch zu heben e) die Gesamtbelastung des Bohrgerüstes Fd


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