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

Übersicht Aufgaben einer Bohrabteilung Überblick über den Bohrprozess Bohrwerkzeuge Bohrstrang / Hakenlast Antrieb (Kelly / Topdrive/ PDM/ Turbine) Verrohrungskonzept Kontrolle des Bohrlochverlaufs / Richtbohren Spülungssystem, -typen und Verlustbekämpfung Preventer und Kickbekämpfung Technische Messungen Zementation Auswahl des Bohrturmes/ Anforderungen an den Bohrplatz Aufbau eines Zeit- Teufendiagramms Neue Technologien

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

Haken / Spülkopf

Spülkopf ROTATING

Kellystange Aufbau: Eigentliche Kellystange (quadratisches o. sechseckiges Profil) Kellyhähne Schonstück Quadratisches Profil: kleinere Bohrung bei gleichem Nenndurchmesser Druckverlust Hexagonales Profil: Mehrfache Lagerung ruhigerer Lauf

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

Kellystange - Handling

Kellystange - Arbeitsgänge Nachsetzen von Gestänge

Kellystange - Arbeitsgänge Absetzen der Kellystange für round trip

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

Kellyhähne

Topdrive

Topdrive

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

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

Positive Displacement Motor (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)

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

Turbinenmotor Rotor & Motor

Turbinenmotor Axiallagerung

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

Bohrgerüstkalkulation Ff = Zugseillast Fs = Totseillast Fd = Turmlast W = Hakenlast n = Anzahl der Seile

Gleichungen I Flaschenzugsystem: W = n * Ff Effektive Leistung: Pi = Ff * vf Leistung am Haken: Ph = W * vh = mg * g * vh W Hakenlast [kN] n Anzahl der Seile [ - ] Ff Zugseillast [kN] Pi Leistung am Hebewerk [kW] vf Zugseilgeschwindigkeit [m/s] Ph Leistung am Haken [kW] mg Stranggewicht [kN] vh Fahrgeschwindigkeit Haken [m/s]

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  6 0,874 8 0,841 10 0,810 12 0,872 14 0,754

Belastung Bohrgerüst

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 Ff b) die effektive Ausgangsleistung am Haken Ph c) die maximale Hakengeschwindigkeit vh d) den Zeitbedarf, um den ersten Gestängezug (dreizügig; 27 m) aus dem Bohrloch zu heben e) die Gesamtbelastung des Bohrgerüstes Fd