Heinrich-QUa Buja

Handbuch derTief-, Flach-, Geothermie­und HorizontalbohrtechnikBohrtechnik in Grundlagen und Anwendung

Mit 792 Abbildungen und 119 Tabellen

PRAXIS

11VIEWEG+TEUBNER

Inhaltsverzeichnis

Teil I

A Bohrtechnik im Wandel der Zeiten

Allgemeines 2

2 Einführung .., , , , , " __ 3

3 Werkzeuge der Jungsteinzeit 4

4 Bohrtechnik in der Bronze- und Eisenzeit 5

5 SeiJschlagbohren in China 6

6 Mittelalter bis zur Neuzeit 7

7 Bohrtechnik der Neuzeit 9

8 Chronik der Bohrtechnik 12

B Geologische Grundlagen

1 Allgemeines 18

2 Die Gesteine 22

3 Die Festgesteine 26

3.1 Tiefen- und Ganggesteine 273.2 Ergussgesteine oder Vulkanite 273.3 Die Schichtgesteine 30

3.3.1 Allgemeines 303.3.2 Mechanische Schichtgesteine 31

3.4 Lagerungsformen der Festgesteine 373.4.1 Allgemeines 373.4.2 Lagerungsformen der Erstarrungsgesteine 373.4.3 Lagerungsformen der Schichtgesteine (Sedimente) 38

4 Die Böden (Lockergesteine) 43

4.1 Allgemeines 434.2 Der Wasserkreislauf.. 464.3 Das Grundwasser 484.4 Die Quellen 49

5 Allgemeines 51

5.1 Erdgeschichtliche Zeit- und Formationstafeln 515.2 Kreislauf der Gesteine 555.3 Klassifizierung und Eigenschaften der Gesteine 56

C Mechanische Gesteinszerstörung beim Bohren

Gesteinszerstörung verschiedener Werkzeuge 59

1.1 Elementarvorgänge der mechanischen Gesteinszerstörung 591.2 Schematische Darstellung mechanischer Gesteinszerstörung 60

Inhaltsverzeichnis

1.3 Belastungsarten 611.4 Schlagend arbeitende Bohrwerkzeuge '" 621.5 Gesteinszerstörende Schneidelemente 621.6 Kraterbildung beim schlagenden Bohren 631.7 Gesteinsablösung durch Spanen 631.8 Drehschlagend arbeitende Bohrwerkzeuge 641.9 Drehschlagende Gesteinszerstörung mit Drehschlagbohr-köpfen 641.10 Drehschlagende Gesteinszerstörung mit Rollenmeißel 651.11 Drehend arbeitende Bohrwerkzeuge 65

1.11.1 Werkzeuge mit festen Schneiden oder Schneidkörpern 65I.11.2 Bohrschneidkörper 661.11.3 Darstellung des Bohrfortschritts 661.11.4 Geometrische Verhältnisse beim Bohren mir Diamanten 671.11.5 Gesteinszerkleinerung durch ein Diamantkorn 671.11.6 Rillen- (Furchen-) bildung 681.11.7 Bohrfortschritt beim Bohren mit Fischschwanz, Blatt- und Flügelmeißel 681.11.8 Bohrfortschritt mit Diamantmeißeln 69

2 Rollenbohrwerkzeuge 70

2.1 Kraterbildung unter Andruck 702.2 Kraterbildung unter Sprödbruch 712.3 Gesteinszerstörung beim Einsatz von Disken-Schneidrollen 712.4 Kraterbildung in harten und weichen Formationen 722.5 Gesteinszerstörung beim Einsatz von Diskenschneidrollen 72

3 Bohrbarkeit der verschiedenen Gesteine 73

3.\ Relative Härteskalen 753.2 Gesteinsfestigkeiten und Bohrbarkeit 763.3 Faktoren für den Bohrfortschritt... 803.4 Hydraulische Einflussgrößen auf den Bohrvorgang 823.5 Einfluss von Gebirgsdruckfestigkeiten beim Einsatz unterschiedlicher Bohrwerkzeuge 833.6 Grenzwerte für die Wirtschaftlichkeit verschiedener Bohrwerkzeuge 843.7 Klassifikation von Gesteinen nach ihrer Härte 85

o Aufgaben der Bohrtechnik

I Allgemeines 86

2 Arten von Bohrungen 87

2.1 Bohrungen auf Erdöl und Erdgas 872.2 Bohrungen in der Bauindustrie 882.3 Bohrungen im Bergbau, Tunnel- und Stollenbau 902.4 Bohrungen für Bergbau und Steinbruchbetriebe 912.5 Bohrungen für die Wasserversorgung, Brunnenbau 932.6 Bohrungen für Entsorgung von Abfallen und Altlasten 942.7 Bohrungen auf Erdöl und Erdgas 952.8 Unterscheidungsmerkmale der Bohrverfahren 96

2.8.1 Das Spülbohrverfahren 962.8.2 Das Trockenbohrverfahren 96

2.9 Unterscheidungsmerkmale der Bohrverfahren 972.10 Übersicht über die Bohrverfahren 98

Inhaltsverzeichnis

Teil 11

E Bohrplatzeinrichtung und Gerätetechnik

I Allgerneines 100

2 Der Bohrplatz 102

2.1 AlIgemeines 1022.2 Örtliche Festlegung des Bohrplatzes 1092.3 Sonstige vorbereitende Arbeiten III

2.3.1 Gründung und Verkehrsbereiche 1112.3.2 Der Fundamentbereich 1112.3.3 Einbringen des Standrohres 1112.3.4 Anlagen außerhalb des Bohrplatzes 1142.3.5 Kostensituation 1162.3.6 Kostenbeispiele für den Onshorebereich 117

3 Gerätetechnik 118

3.1 AlIgcmcines 1183.2 Bohranlagen 118

3.2.1 AlIgemeines 1183.2.2 Begriffsbestimmung 1193.2.3 Entwicklung 1193.2.4 Organisation des Auf- und Abbaus 1313.2.5 Derzeitiger Stand der deutschen Tiefbohrgeräteindustrie 1323.2.6 Neue Entwicklungen von Tiefbohrgeräten 140

3.3 Auswahl der Bohranlagen 1493.4 Kraftmaschinen und Kraftübertragung 150

3.4.l Allgemein 1503.4.2 Verbrennungsmotoren 1513.4.3 Dieselmotoren 1523.4.4 Elektromotoren 1543.4.5 Hydrostatischer Antrieb 155

3.5 Antriebskonzepte für Tiefbohranlagen 1553.5.1 Allgemeines 1553.5.2 Mechanisches Kraftübertragungssystem 1563.5.3 Dieselelektrisches Kraftübertragungssystem 1573.5.4 Vol1elektrisches Kraftübertragungssystem 1613.5.5 Diesel-hydraulisches Kraftübertragungssystem 162

3.6 Hebe- und Verschraubeinrichtung 1633.6.1 Allgemeines 1633.6.2 Hebewerke 1653.6.3 Moderne Hebewerkskonstruktionen 1783.6.4 Seilspulsysteme 1813.6.5 Automatische Nachlassvorrichtung 1843.6.6 Elevatoren 1853.6.7 Traveling Block, Kronenlager und Haken 1893.6.8 Pipe Handling Systeme 1903.6.9 Verschraubeinrichtung 195

4 Fahrseile 200

4.1 Einleitung 200

Inhaltsverzeichnis

4.2 Seilkonstruktionen 2004.2.1 Materialien 2004.2.2 Seilaufbau 201

4.3 Berechnung von Fahrseilen 2084.4 Hakenlast, Seilzug und Wirkungsgrade 21 I4.5 Seilkürzungsprogramme 218

4.5.1 Allgemeines 2184.5.2 Belastungen von Bohrseilen im Flaschenzugsystem 2194.5.3 Wartung und Pflege von Fahrseilen 2194.5.4 Seilarbeit. 2214.5.5 Kürzungsprogramme 225

4.6 Seilverschleiß 2304.6.1 Ablegereife von Seilen 2304.6.2 Kritische Verschleißerscheinungen 231

5 Anschlagmittel 232

5.1 Einleitung 2325.2 Arten von Anschlagmitteln 233

5.2.1 Drahtseile 2335.2.2 Seilendformen 2335.2.3 Ketten 2365.2.4 Tragfähigkeit von Anschlagmitteln 2385.2.5 Prüfungen und Schäden von Anschlagmitteln 239

6 Rotationseinrichtungen 241

6.1 Einleitung 2416.2 Drehtisch 242

6.2.1 Allgemeines 2426.2.2 Aufbau des Drehtisches 2426.2.3 Drehtischeinsätze 2446.2.4 Abfangkeile 2476.2.5 Drehtisch-Antrieb 249

6.3 Topdrives 2506.3.1 Allgemeines 2506.3.2 Kelly Spinner 2516.3.3 Anwendungsbereiche und Vorteile des Topdrives 2516.3.4 Aufbau von Topdrive Systemen 2536.3.5 Antrieb von Topdrive Systemen 2586.3.6 Arbeiten mit dem Topdrive System 2606.3.7 Topdrive Layout 2636.3.8 Portable Topdrive Systeme 2646.3.9 Zusammenfassende Betrachtung 2646.3.10 Beispiele für moderne Topdrive 265

7 Geräte der Spülungstechnik 266

7.1 Einleitung 2667.2 Spülpumpen 267

7.2.1 Allgemeines 2677.2.2 Aufbau und Arbeitsweise von Spülpumpen 2677.2.3 doppelt wirkende Duplexpumpe 2707.2.4 einfach wirkende Triplexpumpe 2737.2.5 Vergleich zwischen Duplex- und Triplexpumpen 2757.2.6 Saugseitige Maßnahmen 276

Inhaltsverzeichnis

7.2.7 Druckseitige Maßnahmen 2827.2.8 Volumetrischer Wirkungsgrad 2847.2.9 Mechanischer Wirkungsgrad 2867.2.1 0 Schluss betrachtung 287

8 Feststoffkontrolle 287

8.1 Allgemeines 2878.2 Grundlagen der Feststoffkontrolle und Korngrößenverteilung 288

8.2.1 Allgemeine Grundlagen der Feststoffkontrolle 2888.2.2 Korngrößenverteilung 2898.2.3 Kornverteilungskurven 2928.2.4 Ziel der Feststoffkontrolle 296

8.3 Feststoffkontrolltechnik 2978.3.1 Allgemeines 2978.3.2 Geräte der Feststoffkontrolle 2988.3.3 Schüttelsicbc 2998.3.4 Sand fallen 3148.3.5 Desander und Desilter 3158.3.6 Desander 3248.3.7 Desilter 3258.3.8 Installation von Desandern und Desiltern 3268.3.9 Mud Cleaner 3278.3.10 Zentrifugen 329

8.4 Feststoffkontroll-Systeme 3368.4.1 Allgemeines 3368.4.2 Feststoffkontrollsysteme für unbeschwerte Spülungen 3378.4.3 Feststoffkontrollsysteme für beschwerte Spülungen 338

8.5 Degasser 3408.5.1 Aufgabe und Installation von Degassern 3408.5.2 Grundlagen der Spülungsentgasung 3428.5.3 Arten von Degassern 3438.5.4 Ermittlung der Abfuhrkosten 347

9 Instrumentierung von Bohranlagen 348

9.1 Allgemeines 3489.2 Bohrdaten 350

9.2.1 Allgemeines 3509.2.2 Hakenlast / Meißel belastung (weight indicator) 3529.2.3 Drehtisch-Drehmoment, Verschraubmoment und Drehtischdrehzahl 3559.2.4 Pumpen- und Steigleitungsdruck sowie Casingdruck 3579.2.5 Pumpenhubzähler 358

9.3 Spülungsdaten 3599.3.1 Allgemeines 3599.3.2 Tankstandsmessung 3599.3.3 Rückflussmessung 3619.3.4 Differenzflussmessung 362

9.4 Sonstige Daten 3639.5 Datenaufzeichnung 364

9.5.1 Allgemeines 3649.5.2 Mehrkanalschreiber 3659.5.3 Kreisblattschreiber 3669.5.4 Data Akquisitionssystem 366

Inhaltsverzeichnis

F Drehbohrverfahren

I Allgemeines 367

2 Rotary-Bohrverfahren 367

2.1 Entwicklung des Rotary-Bohrverfahren 3672.2 Das Prinzip des Rotarybohrens 368

3 Lufthebe-Bohrverfahren 373

3.1 Allgemeines 3733.2 Die Arbeitsweise der Lufthebe-Pumpe 3733.3 Schema des Lufthebesystems 3753.4 Vereinfachte Darstellung der Förderhöhe 3763.5 Prinzip des Lufthebeverfahrens 3773.6 Lufthebebohrtechnik - Daten und Hinweise 378

3.6.1 Berechnungen, Richtgrößen und Faustformeln 3783.6.2 Optimale Luftvolumenströme, Drücke und Teufen für unterschiedliche

Gestängedurchmesser 3793.6.3 Erforderlicher Volumenstrom für das Austragen 3803.6.4 Aufstiegsgeschwindigkeit im Gestänge 3803.6.5 Radiale Strömungsgeschwindigkeit unter dem Meißel 3803.6.6 Berechnung der Sinkgeschwindigkeit im Ringraum Bohrloch - Gestänge

Schwerstangendurchmesser 3803.6.7 Änderung von Bohrparametern 3803.6.8 Einfluss von geänderten Bohrparametern auf den Förderstrom und

die Bohrpraxis 3823.7 Bedeutung der Förderkennlinie 3833.8 Der Bohrfortschritt 3853.9 Bohrlochsicherheit 3863.10 Spülungszirkulation 387

4 Saugbohrverfahren 388

4.1 Systembeschreibung 3884.2 Schema des Saugbohrverfahrens 389

5 Saugstrahlverfahren 390

6 Sicherung des Bohrloches beim Bohren 39\

G Gestänge und Werkzeuge

I Allgemeines 393

2 Bohrstrang beim Rotary-Bohrverfahren 394

2.1 Zusammensetzung des Bohrstranges 3942.2 Mitnehmerstange 3962.3 Bohrgestänge 396

2.3.\ Allgemeines 3962.3.2 Schraubbohrgestänge 397

2.4 Schwerstangen 40 I2.5 Heavy- Weight-Drill-Pipe 4022.6 Übergänge und Passstücke 4032.7 Hinweise zu API 4042.8 Stabilisatoren 404

Inhaltsverzeichnis

2.9 Stoßdämpfer 4062.10 Schlagschere 407

3 Bohrgestängeantrieb , 407

3.1 Drehtisch 4073.2 Der Topdrive - [Kraftdrehkopf]. 4093.3 Der Bohrmotor - (Downhole Motor) 4\ 03.5 Neue Downho\e-Systcmc 4\\

3.5.1 Entwicklung 4\\3.5.2 Das AutoI'rak-System 4123.5.3 Forschung in der Tiefe 4\33.5.4 AutoTrak-Funktions-System 4\43.5.5 Vertikalbohrsystem 4\53.5.6 Ein weiteres neues System in der Tiefbohrtechnik 4163.5.7 Wired Drill Pipe 41g

4 Drehbohrwerkzeuge 4\8

4.\ Allgemeines 4\84.2 Bohrwerkzeuge für das Bohren mit direkter Spülung - Rotary-Bohrverfahrcn 4\9

4.2.1 Rollenbohrwerkzeuge/Rollenmeißel 4194.2.2 IADC - Code für Rollenmeißel... 4284.2.3 Gesteinszerstörung durch Rollenmeißel 4284.2.4 Klassifizierung von Rollenbohrwerkzeugen 4294.2.5 Verschleißbeurteilung von Rollenbohrwerkzeugen 4304.2.6 Diamantbohrwerkzeuge 4324.2.7 Meißelkostenberechnung 4374.2.8 Arbeitsweise von Diamantbohrwerkzeugen 438

4.3 Gestänge und Werkzeuge für das Bohren mit indirekter Spülung 4394.3.\ Allgemeines 4394.3.2 Schraubgestänge für das Lufthebeverfahren 4404.3.3 Flanschbohrgestänge 44\4.3.4 Stabilisatoren und Übergänge 4444.3.5 Sehwerstangen 4454.3.6 Bohrmeißel für das indirekte Spülbohrverfahren 4464.3.7 Fangwerkzeuge 4514.3.8 Spülkopf (Rotary swivels) 453

H Spülung - Verrohrung - Zementation

Spülung 455

I .1 Allgemeines 4551.2 Spülungskreislauf und Autbereitung 4551.3 Spülungsbestandteile 4621.4 Fließverhalten von Bohrspülungen u. Bohrlochhydraulik 4661.5 Spülungsuntersuchungen 468

2 Verrohrung (Futterrohre, Casing) 473

2. I Bohrlochkonstruktion 4732.2 Arten von Rohrtouren (Casing String) 4742.3 Futterrohrverbinder 4762.4 Berechnung von Futterrohren 479

2.4.1 Allgemeines 479

Inhaltsverzeichnis

2.4.2 Durchzuführenden Berechnungen 4802.4.3 Ein- und Anbauteile 481

3 Zementation 481

3.1 Zementationsverfahren 4813.2 Tiefbohrzemente 4853.3 Zementationskontrolle 486

Bohrlochkontrolle

I Allgemeines 487

2 Kick-Entstehung 489

2.1 Drucksituation 4892.2 Unzureichende Spülungsdichte 4902.3 Unzureichend gefülltes Bohrloch 4932.4 Spülungsverluste 4952.5 Vergaste Spülung 5002.6 Menschliches Versagen 502

3 Kickerkennung 502

3.1 Kickanzeichen während des Bohrens 5033.1.1 Warnzeichen 5033.1.2 Positive Kick-Anzeichen 507

3.2 Anzeichen während des Roundtrips 5093.2.1 Das Bohrloch nimmt während des Roundtrips nicht das

berechnete Spülungsvolumen auf 5093.2.2 Das Bohrloch läuft während des Einbauens stark über 509

3.3 Anzeichen, wenn sich kein Gestänge im Bohrloch befindet 5093.4 Der Flowcheck 510

4 Bohrlochbeherrschung 51 I

4.1 Primäre Bohrlochbeherrschung 5114.2 Sekundäre Bohrlochbeherrschung 512

4.2.1 Allgemeines 5124.2.2 Einschließverfahren beim Bohren 5134.2.3 Einschließen während des Roundtrips 5164.2.4 Einschließen, wenn sich kein Bohrstrang im Bohrloch befindet 5164.2.5 Grenzen beim Einschließen einer Bohrung 517

4.3 Identität des Kicks 519

5 Konventionelle Totpumpverfahren 520

6 Warte- und Beschwere-Methode 526

6.1 Allgemeines 5266.2 Vorgehensweise bei der Warte- und Beschwere-Methode 5276.3 Druckverläufe 528

7 Die Bohrmeistermethode 529

7.1 Allgemeines 5297.2 Vorgehensweise bei der Bohrmeistermethode 530

8 Gleichzeitige Methode 532

9 Beschweren der Spülung 533

10 Unkonventionelle Totpumpverfahren 534

Inhaltsverzeichnis

11 Die Volumetrische Methode 535

12 Die Low Choke Methode 537

13 Dic dynamische Totpumpmethode 538

14 Die Über-Kopf- Totpumpmethode 539

15 Totpumpmethode mit linksläufigem Spülungsumlauf.. 540

16 Vergleich der Verfahren 541

17 Drücke im Bohrloch 543

17.1 Einschließdrücke 54317.2 Bohrlochsohlendruck 54517.3 Drücke im Ringraum 54617.4 Der MAASP 551

18 Spezielle Probleme der Bohrlochkontrolle 556

18.1 Untertage-Blowouts 55618.1.1 Entstehung von Untertage-Blowouts 55618.1.2 Anzeichen für Untertage-Blowouts 55718.1.3 Bekämpfungsmaßnahmen 558

18.2 Kicks nach der Zementation 56018.3 Gestänge-Ausbrüche 56118.4 Sauergas - Kicks 56118.5 Behinderung der Zirkulation 562

18.5.1 Durchspüler 56318.5.2 Verstopfter Strang 564

18.6 Shallow Kicks 56518.7 Spülungsverluste 56618.8 Stripping und Snubbing 567

18.8.1 Allgemeines 56718.8.2 Stripping (Abpumpen) 56818.8.3 Strippen mittels zwei Preventern 56918.R.4 Druck-Kontrolle beim Strippen 56918.8.5 Snubbing (Einschleusen) 570

19 Bohrlochkontro lle 571

19.1 Allgemeines 57119.2 Bohrlochkontrolle in stark geneigten und Horizontalbohrungen 57119.3 Bohrlochkontrolle in Slimhole Bohrungen 57719.4 Bohrlochkontrolle beim Underbalanced Drilling 581

20 Vorbeugende Maßnahmen 583

20.1 Allgemeines 5R320.2 Die Erkennung abnormaler Druckhorizonte 584

20.2.1 Definition 58420.2.2 Erkennen von abnormalen Drücken vor Bohrbeginn 58720.2.3 Erkennen von abnormalen Drücken beim Bohren 587

20.3 Ermittlung von Rohrabsetzteufen 58920.3.1 Allgemeines 58920.3.2 Ermittlung von Rohrabsetzteufen bei gegebenem Verlauf von Poren-

und Formationsdrücken 59020.4 Swab- und Surge-Drücke 592

21 Abkürzungen 594

Inhaltsverzeichnis

J Bohrlochabsperrungen (Preventer)

Allgemeines 595

2 Rechtliche Grundlagen und Vorschriften 595

3 Bohrlochverflanschungen 597

4 Bohrloch-Absperreinrichtungen 603

4.1 Allgemeines 6034.2 Backenpreventer. 605

4.2.1 Allgemeines 6054.2.2 Aufbau und Funktion der Backenpreventer.. 6064.2.3 Preventerbacken 6104.2.4 Arretieren von Preventerbacken 614

4.3 Ringpreventer 6\54.3.1 Allgemeines 6154.3.2 Aufbau und Funktion der Ringpreventer 6164.3.3 Diverter.. 6194.3.4 Stripper 6194.3.5 Rotationspreventer 619

4.4 Preventer für Workoverarbeiten 6214.5 Gestänge-Preventer 622

5 Preventer-Schließanlagen 625

5.1 Allgemeines 6255.2 Schließanlage 625

5.2.2 Pumpen 6265.2.3 Druckspeicher (Akkumulatoren) 6275.2.4 Manifold 6305.2.5 Steuerventile 630

5.3 Femsteuerstand 6325.4 Hydraulikleitungen 6355.5 Auslegung der Druckspeicherbehälter 635

6 Preventeranordnungen 638

7 Choke- und Kill-Lines, Chokemanifold, Düsen 642

7.1 Allgemeines 6427.2 Choke-Lines und Chokemanifold 6427.3 Düsen (Chokes) 6467.4 Kill-Lines 6487.5 Düsen-Fernsteuerstand 6497.6 Druck- und Funktionsprüfungen von Druckkontrolleinrichtungen 651

7.6.1 Funktionsprüfungen 6517.6.2 Druckprüfungen , 651

8 Messgeräte für die Bohrlochkontrolle 657

8.1 Auslaufmessgerät 6588.2 Tankstandsanzeige 6588.3 Moderne Kick-Früherkennungssyteme 659

9 Ölunfall im Golfvon Mexiko 659

9.1 Allgemeines 6599.2 Die Bohrplaltform 660

Inhaltsverzeichnis

9.3 Der Unfallhergang 6619.4 Versagen des Blowout-Preventers 6639.5 Auslaufendes Öl und Ölkatastrophe 6649.6 Maßnahmen zur Schadensbegrenzung 6649.7 Gründe für Bohrungen in großen Meerestiefen 6679.8 Schlussfolgerung des Autors 668

K Besonderheiten der Offshore-Bohrtechnik

Offshore- (Meeres-) Bohrtechnik 669

1.1 Allgemeines 6691.2 Entwicklung der Offshore-Bohrtechnik 6691.3 Besonderheiten der Offshore-Bohrtechnik 6701.4 Gruppen von Offshore Bohranlagen 6731.5 Offshore-Bohrungen in der Nordsee 6791.6 Erdgas aus dem "Entenschnabel" 6801.7 Erdöl- und Erdgasgewinnung in der Tiefsee 6811.8 Die Geschichte eines "Giganten" 6831.9 Erdöl und Erdgas in der Nordsee 684

2 Offshore-Tiefbohranjage aus deutscher Produktion 685

2.1 Allgemeines 6852.2 Aufbau und Kenndaten 685

L Onshore Bohrtechnik

Aufbau und Einrichtung 690

1.1 Arbeitsvorbereitungen 6901.2 Einrichtung und Aufbau 6911.3 Probelauf... 6921.4 Setzen der Ankerrohrtour 6921.5 Voruntersuchungen 693

1.5.1 Allgemeines 6931.5.2 Geowissenschaftliehe Untersuchungen 694

1.6 Gewinnung von Bohrkemen 6991.6. \ Allgemeines 6991.6.2 Beschreibung des Seilkernrohr-Verfahrens 699

1.7 Technische Rohrtouren 7031.8 Festlegung des Anfangsdurchmessers 7041.9 Senkrechte Bohrungen 7041.10 Bohrmotoren, Bohrturbinen und MWD-Antriebe 705

1.10.1 Allgemeines 7051.10.2 Beschreibung des Verfahrens 7051. 10.3 Datenübertragung durch Schlamm 706I. \0.4 Bohrmotoren und -turbinen für das Senkrechtbohren 7071.10.5 Anwendung, Bedienung und Auswertung 708

1.11 Horizontalbohrtechnik 7091.12 Weiterer Verlauf der Bohrurig 711

1.12. I Einbau der Produktionstour und Produktionsstrang 7111.12.2 Abschluss der Bohrung 7 J \

Inhaltsverzeichnis

2 Neue Verfahren in der Bohrtechnik 712

2.1 Allgemeines 7122.2 Dehnbare Futterrohre 7122.3 Bohr-Futterrohre mit Elastomere 713

3 Einsatzbericht über eine moderne Tiefbohranlage 714

3.1 Allgemeines 7143.2 Beschreibung des Projektes 7143.3 Beschreibung der Bohranlage 7153.4 Unterbau, Rigfloor und Pipehandler 7183.5 Bohrmast 7183.6 Top-Drive mit integriertem Hebewerk 7193.7 Driller-Kabine 7203.8 Hydraulische Power-Packs 7203.9 Spülungspumpen 7213.10 Feststoffkontrolle 7213.11 Tankanlage 7223.12 Energieversorgung 7223.13 Besondere Features im Zusammenhang mit dem Projekt 7233.14 Ergänzungen zu den STREICHER Tiefbohranlagen 725

M Erdöl- und Erdgas-Gewinnung in Deutschland

1 Übersicht 727

2 Überwindung ungünstiger geol. Verhältnisse 727

3 ÖI- und Gasreserven 728

4 Förderung 728

5 Horizontalbohrtechnik und Multi-Frac-Technik 729

6 Erdöl-Förderung 730

7 Sekundär- und Tertiärverfahren 732

8 Offshore - Förderung in der Nordsee 733

9 Erdölförderung im Wattenmeer 733

10 Erdöl-Aufbereitung 735

11 Exploration und Produktion 2007 735

11.\ Kurzfassung 73511.2 Einleitung 73611.3 Bohrtätigkeit 73611.4 Explorationsbohrungen 73611.5 Aufschlussbohrungen 73711.6 Teilfeldsuchbohrungen im Gebiet Elbe-Weser 73711.7 Feldesentwicklungsbohrungen 73811.8 Bohrmeter 73911.9 Aktuelle Kennzahlen der Erdöl- und Gasförderung 739

12 Historik der ÖI- und Gasgewinnung in Deutschland 740

Inhaltsverzeichnis

N Erdöl· und Erdgasspeicherung

Untertage-Speichertechnik 743

1.1 Allgemeines 7431.2 Grundzüge der Untertage-Gasspeicherung 7451.3 Bohrarbeiten 7461.4 Komplettieren 7461.5 Einspeicherung 7461.6 Entnahme 7471.7 Sicherheitseinrichtungen 7481.8 Lage und Kenndaten der Erdgas und Erdölspeicher 7481.9 Speicher aus der Solegewinnung 7511.10 Untertage-Kavemen-Speicheranlage Epe) 752\.11 Näheres zum Salzbergwerk Epe 7531.12 Bedeutung der Anlage 7531.13 Geologie der Salzlagerstätte Epe 7531.14 Gewinnung 7541.15 Erdölspeicherung im Kavernenfeld Epe 7561.16 I:::rdgasspeicherung im Kavernenfeld Epe 7561.17 Übersicht über die Kavernenspeicher in Epe 758

Teil 11I

o Bohrungen in der Bautechnik

I Allgemeines 760

2 Geräte 760

2.1 Seilbagger 7602.l.1 Baugruppen 7602.1.2 Mobilseilbagger. 7622.1.3 Raupenseilbagger 764

2.2 Hydraulikbagger 7692.2.1 Allgemeines 7692.2.2 Mobil-Hydraulikbagger 7702.2.3 Raupen-Hydraulikbagger 771

2.3 Drehbohrgeräte 7722.3.1 Allgemeines 7722.3.2 Drehbohreinrichtungen ohne Führung 7722.3.3 Drehbohrgeräte mit feststehenden Drehantrieben 7732.3.4 Drehbohrgeräte mit geführten Drehantrieben 775

2.4 Spülbohrgeräte 7952.4.1 Allgemeines 7952.4.2 Spülbohranlagen 795

2.5 Verrohrungseinrichtungen 7972.5.1 Allgemeines 7972.5.2 Statische Auflast.. 7972.5.3 Hydraulische Verrohrungsmaschinen - oszillierend 7982.5.4 Hydraulische Verrohrungsmaschinen - durchdrehend 804

Inhaltsverzeichnis

2.5.5 Verrohrung über den Kraftdrehkopf (Primärverrohrung) 8062.5.6 HW-Verfahren (pneumatisches System) 8092.5.7 Vibrationsverfahren 810

2.6 Sondergeräte 8122.6.1 Allgemeines 8122.6.2 Bohrarbeiten bei geringer Arbeitshöhe 812

2.7 Verrohrung 8132.7.1 Allgemeines 8132.7.2 Bohrrohre ohne Verbindungselemente 8132.7.3 Nietbohrrohre (Brunnenrohre) 8142.7.4 Bohrrohre mit Gewindeverbindung 8142.7.5 Bohrrohre mit Bajonettverschluss 8142.7.6 Bohrrohre mit Schnellverbindung (Nippelbohrrohre) 8152.7.7 Schneidschuhe 8192.7.8 Schneidschuhbestückung 8202.7.9 Zubehör 8232.7.10 Grundsätzliche Hinweise 8242.7.1 I Sicherheitstechnische Hinweise 824

2.8 Schlagbohrwerkzeuge 8252.8.1 Allgemeines 8252.8.2 Mechanische Seilbohrgrei fer 8252.8.3 Bohrgreifer-Einseilbetrieb 8252.8.4 Bohrgreifer-Zweiseilbetrieb 8252.8.5 Greifersysteme 8262.8.6 Seilbohrgreifer System Leffer 8262.8.7 Kiespumpen 8302.8.8 Schlamm- und Schlagbüchsen 8312.8.9 Bohrmeißel 832

3 Drehbohrwerkzeuge 835

3.1 Allgemeines 8353.2 Meißel und Pilotbohrer für Drehbohrwerkzeuge 836

3.2.1 Allgemeines 8363.2.2 Schneidenausbildung für rollige Böden 8373.2.3 Schneidenausbildung für bindige Böden 8383.2.4 Meißel bestückung für Fels und felsähnliche Böden 8393.2.5 Wahl der Piloten 8393.2.6 Sonderformen 8393.2.7 Normalbohrschnecken 840

3.3 Bohrverfahren mit durchgehenden Bohrschnecken 8523.3.1 Allgemeines 8523.3.2 Teilverdrängungsbohrschnecken 8523.3.3 Vollverdrängungsbohrschnecken 8553.3.4 Automatische Bohrrohrkupplung 8603.3.5 Schneckenabstreifer 861

3.4 Tiefloch-Bohrhämmer 8623.4.1 Allgemeines 8623.4.2 System der Tieflochhammerbohrung 8633.4.3 Nutzungshinweise für Imloch-Bohrhämmer 865

3.5 Spülbohrverfahren mit Rolienmeißel-Flachbohrköpfen 8713.6 Sonstige Geräte 872

Inhaltsverzeichnis

P Baugrunderkundungsbohrungen

Allgemeines 875

2 Bohrgeräte 875

2.1 Allgemeines 11752.2 Drehbohrgeräte für die Baugrunderkundung 876

2.2.1 Baugruppen der Drehbohrgeräte 8762.2.2 Fahrwerke und Trägergeräte 8762.2.3 Gerätekomponenten 8812.2.4 Antrieb der Bohrwerkzeuge 8852.2.5 Verrohrungseinrichtungen 111192.2.6 Seilschlagwerk 8922.2.7 Winden 8932.2.8 Pumpen 8942.2.9 Antriebsmotor 8972.2.1 0 Hydraulikaggregat., 8982.2.1 1 Kompressoren 8992.2.12 Steuerstand 9002.2.13 Sonstige Ausstattungen 901

2.3 Verschiedene Bohrgeräte neuer Bauart.. 9062.3. J Geräte der Fa. Nordmeyer GmbH & Co. KG, Peine 9062.3.2 Bohrgeräte der Geotec Bohrtechnik GmbH, Nordkirchen 9122.3.3 Bohrgeräte der SATVIA Maschinen- und Bohrgerätebau GmbH 9222.3.4 Vertikal- Flachbohranlage der Prakla Bohrtechnik GmbH, Peine 927

3 Bohrtechnik in der Baugrunderkundung 931

3.1 Allgemeines 9313.2 Unterscheidungsmerkmale der Bohrverfahren 9323.3 Beschreibung der Bohrverfahren 933

3.3.1 Allgemeines 9333.3.2 Schlagbohrverfahren 933

3.4 Drehbohrverfahren ohne Spülung 9363.4.1 Allgemeines 9363.4.2 Schneckenbohrverfahren 9363.4.3 Bohren mit Verdrängungsbohrschnecken 9393.4.4 Bohren mit Hohlbohrschnecke 9393.4.5 Bohren mit Drehbohrschappen 9403.4.6 Bohren mit Trockenkernrohre 9403.4.7 Rammkernbohrverfahren 941

3.5 Drehbohrverfahren mit Spülung 9443.5.1 Allgemeines 9443.5.2 Bohrverfahren 9443.5.3 Kernbohrungen mit dem Einfachkernrohr 9453.5.4 Kernbohrungen mit dem Doppelkemrohr 9473.5.5 Kernbohrungen mit dem Seilkemrohr 9483.5.6 Diamantbohrkronen für das Kernspülverfahren 9513.5.7 Bohrkronensystem 9573.5.8 Bohrgestänge 969

Inhaltsverzeichnis

Q Bohrungen im Bergbau und Ölfeld

Erkundungsbohrungen 97\

1.1 Exploration in den Steinkohlenlagerstätten 97\1.\ .l Vorbemerkungen 971\.\.2 Exploration 97\\.\.3 Exploration über Tage 972I . I .4 Bohrexploration 9721.1.5 Exploration unter Tage 972\ .1.6 Sondervermessungen 9721.1.7 Stereo Photogrammetrie 9721.1.8 Bohrexploration 973

\.2 Bohrtechnik 973\.2.\ AJlgemeines 9731.2.2 Horizontalbohrtechnik im Gestein 9731.2.3 Horizontalbohrtechnik in der Kohle 9731.2.4 Vertikalbohrtechnik 973

1.3 Seismik 974\.3.1 Allgemeines 9741.3.2 Flözwellenseismik 974

1.4 Zusammenfassung 974

2 Schachtbohrungen 975

2.1 Allgemeines 9752.2 Großloch-Bohrtechnik. 976

2.2.1 Großbohrungen für Schächte 9762.2.2 Großbohranlage der Fa. Herrenknecht 9772.2.3 Schachtbohrsystem (SBS) der Herrenknecht AG 980

2.2.4 Beschreibung einer Schachtbohrung mit der GroßbohranlageVSM 2500 von Herrenknecht 983

2.2.5 Ausblick 9882.3 Aufsatzbohranlagen 989

3 Bohrungen im Salzbergbau 995

3.1 Allgemeines 9953.2 Bohrverfahren 9953.3 100ste Bohrung für Solvay hergestellt 9963.4 Neues Verfahren reduziert Flächenverbrauch 996

4 Rohstoffsituation und Vorräte in Deutschland 997

Teil IV

R Geothermiebohrungen

1 Die Geothermie 1000

2 Geothermiequellen 1001

2.1 Allgemeines 100\2.2 Niedertemperatur-Geothermiequellen 100 I

Inhaltsverzeichnis

2.3 Mitteltemperatur-GeOlhermiequcllen 10022.4 Hochtemperatur-Geothermiequellen 1002

3 Gewinnungsarten 1003

3.1 Erdwärmesonden 10043.1.1 Allgemeine 10043.1.2 Systembeschreibungen 10043.1.3 Funktion einer erdgekoppelten Wärmepumpe 10053.1.4 Erdwärmesonden-Felder 1007

3.2 Bohr- und Einbautechnik für Erdwärmesonden 10083.2.1 Allgemeines 10083.3.2 Bohrverfahren 10083.3.3 Einbau der Sondenrohre 10093.3.4 Verpressung der Sondenbohrung 10093.3.5 Bohrdurchmesser und Sondenrohre \0 103.3.6 Bohrrohre. Innengestänge und Bohrköpfe 10113.3.7 Auswahl der Bohranlage für die Oberflächennahe Geothcrmie 1012

3.4 Erdberührte Bauteile 10 183.4.1 Allgemeines 10183.4.2 Energiepfähle 10183.4.3 Energie-Spiralkörbe 10213.4.4 Erdwärmekörbe 10213.4.5 Erdwärmekollektoren 1023

3.5 Neuere Entwicklungen 10233.6 Energie aus dem Grundwasser 1027

3.6.1 Voraussetzungen 10273.6.2 Lage der Brunnen 1027

3.7 Saisonale Wärmespeicher 1028

4 Tiefengeothermie 1029

4.1 Allgemeines 10294.2 Entstehung und Vorrat der Erdwärme 10304.3 Tiefe Erdwärmesonde 10304.4 Petrothermale Systeme J032

4.4.1 Allgemeines 10324.4.2 Allgemeines zu Tietbohranlagen im Bereich der Erdwärmeerschließung 1034

4.5 Geräte für Geotherrnie-Tiefbohrungen 10344.5.1 Allgemeines 10344.5.2 Technische Daten, Beschreibungen und Details 10364.5.3 Platzbedarf 10384.5.4 Fahrerstand (Driller's Cabin) 10384.5.5 Pipe Handling Systeme 10384.5.6 Top Drive 10394.5.7 Elevator und Verschraubeinheit 10394.5.8 Schall schutz 10404.5.9 Vorteile des Zylinderhebewerkes gegcn Seilhebewerk 10404.5.10 Gestängelager + PipeHandler 10404.5.11 Antriebssysteme 1041

5 Genehm igungsverfahren 1041

6 Zusammenfassung 1041

Inhaltsverzeichnis

5 Horizontalbohrungen

Horizontalbohrsysteme 1043

1.1 Allgemeines 10431.2 Baugrundverhältnisse 1044

1.2.1 Allgemeines 10441.2.2 Das Baugrundrisiko 1047

2 Horizontal-Schneckenbohrverfahren 1049

2.1 Allgemeines 10492.2 Langrahmenmaschinen System Bohrtee 10492.3 Kompaktmaschinen System Bohrtee 10502.4 Ungesteuerter Vortrieb 10512.5 Gesteuertes Vortriebsverfahren 1052

2.5.1 Pilotvortrieb 10522.5.2 Messtechnik.. 10532.5.3 Dreistufiges Gesteuertes Pilotverfahren mit Aufweitung 10532.5.4 Zweistufiges Gesteuertes Pilotverfahren 10562.5.5 Zweistufiges Gesteuertes Pilotverfahren mit Stahlrohreinbau 10572.5.6 Pilotrohrvortrieb mit aktiver Aufweitung 10582.5.7 Gesteuertes Front-Steer-Verfahren 10582.5.8 Aktive Aufweitung mit Innenverrohrung 10592.5.9 Aufweitung mit Backreamer und Einzug von Kunststoffrohren 10602.5.10 Produktrohre 1061

3 Horizontalbohrungen nach dem AVN-Verfahren 1062

3.1 Allgemeines 10623.2 Start- und Zielschächte 10623.3 Dehnerstationen 10633.4 Schmierung 10633.5 Rohrmaterial. 10653.6 Mess- und Navigationstechnik 10653.7 Microtunnelbau 1066

3.7.1 Allgemeines 10663.7.2 Microtunnelbau mit Schneckenförderung 10673.7.3 Microtunnelbau mit Spülförderung 10693.7.4 Microtunnelbau mit Spülförderung und Druckluftpolster 10703.7.5 Microtunnelbau mit Dickstoffförderung und Erddruckstützung (EPB) 10703.7.6 Microtunnelbau mit pneumatischer Förderung 10703.7.7 Vorteile des Minitunnelverfahrens 1071

4 Horizontal-Spülbohrtechnik (HDD) 1072

4.1 Allgemeines 10724.2 Vorteile des Verfahrens 10734.3 Pilotbohrung (Arbeitsschritt I) 10734.4 Räumen des Bohrkanals (Arbeitsschritt 2) 10744.5 Einziehvorgang (Arbeitsschritt 3) 10754.6 Anwendungsgebiete des HDD Verfahrens 10754.7 Geräte und Werkzeuge 1076

4.7.1 Allgemeines 10764.7.2 HDD-Bohranlagen 10774.7.3 Details der HDD-Anlagen 10874.7.4 Einsatzbeispiel 1089

Inhaltsverzeichnis

4.7.5 Komponenten der Bohranlage 10904.7.6 Bohrspülungen 10974.7.7 Sohrstrang und Bohrwerkzeuge 11134.7.8 Steuerungs- und Ortungstechnik 11264.7.9 Bedienpult 11304.7.10 Transport- und Versorgungsvorrichtung 11314.7.11 IIDD-Kompaktanlagen mit Mischanlage 11324.7.12 Recycling-Anlage (optional) ll334.7.13 IIDD-Zubehör 1133

4.8 HDD-Felshohrteehnik mit spülungsarmen Mud-Motoren 11334.8.1 Allgemeines 11334.8.2 Grundsätzliche Eigenheiten von Mud-Motoren 11344.8.3 HDD- Einsatzfelder von Mud-Motoren 11344.8.4 Arbeitsweise von Mud-Motoren 11354.8.5 Leistungseharakteristik.. 11374.8.6 Besonderheiten von HDD -Mud- Motoren 11374.8.7 HDD-Motoren für kleine Bohrgeräte 1138

4.9 Beispiele für interessante Baurnaßnahmen im HDD-Verfahren 11404.9.1 Allgemeines 11404.9.2 Unterführung der Eibe zwischen Freiburg und Brunsbütiel 11404.9.3 Grabenlose Auswechslung von Erdkabelleitungen 1143

4.10 Grabenlose Rohrleitungsverlegungen in massivem Fels, Geröll und Blockmaterial ] 1464.10.1 Geröllbohrungen unter den Alpenflüssen l1474.10.3 Unterbohrung des Orco-Flusses bei Turin 11484.10.3 Verbindungsleitungen in steiler Hanglage 11484.10.4 Steilhangunterbohrung am Albtrauf.. 11484.10.5 Mit HDD durch die Beige 11504.10.6 Bohrung durch einen Bergrücken im Schweizer Jura 11504.10.7 HDD-Einsätze im Hochgebirge \ 1514.10.8 Bohrungen unter Verkehrswegen mit felsigem Untergrund 11514.10.9 Autobahnunterbohrung in Tieflage bei Münzenberg/Wetterau 11514.10.10 Unterbohrung eines Schifffahrtsweges und eines Weinberges hei

Bernkastel-Kucs 11524. J0.11 Heutige Möglichkeiten mit HDD-Mudmotoren 11554.10.12 HDD-Einsätze in Mittelgebirgen. im Alpenraum und Voralpenraum 11554.10.13 Fazit.. 1155

4.11 Werkzeugtechnik für das HDD-Bohren in schwierigen Formationen I 1564.]2 Resümee 11584.13 Beispiel für ein HDD Großprojekt in Russland 56" Pipelineverlegung erstmals

jenseits der 1000 m 11584.13.1 Vorbemerkungen 11584.13.2 BauausfLihrung 1160

Anhang

Literaturverzeichnis '" 1]63

Verzeichnis der Infonnationsunterlagen 1164

Fachbegriffe in der Bohrtechnik 1166

Technische Richtlinien, Merkblätter und Empfehlungen für die Erdöl- und Erdgasindustrie 1174

Inhaltsverzeichnis

Technische Regeln und D1N-Vorschriften I 175

Sachwortverzeichnis 1179