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Bohrspülung

Kreislauf der Bohrspülung bei einer Tiefbohrung. Quelle: Alamy.

Die Bohrspülung hat mehrere Aufgaben. Sie soll das Bohrwerkzeug kühlen, die Bohrklein (Cuttings) austragen helfen, das Bohrloch stabilisieren und vieles mehr.

In der Tiefengeothermie werden in der Regel Bohrspülungen auf Wasserbasis eingesetzt. Daneben gibt es jedoch auch für spezielle Einsatzbedingungen Ölbasierte Bohrspülungen oder Bohrspülungen auf Schaum-Basis.

Das Thema Bohrspülung ist in jedem Fall sehr komplex und erfordert Spezialisten. Spülungsunternehmen liefern die Materialien, die der Bohrspülung zugesetzt werden. Ein Spülungsingenieur überwacht den Betrieb. Die Art und Zusammensetzung der Spülung sind auch vom Gebirge, das durchteuft werden soll, abhängig. Ton-Wasser-Suspensionen werden im oberflächennahen Bereich häufig zum Schutz des Grundwassers verwendet und im „Top Hole“ wegen guter Bohrfortschritte bei geringer Spülungsdichte. Bei höher permeablen Formationen werden Polymere zugegeben, damit sich die Tragfähigkeit (Viskosität) der Bohrspülung erhöht oder eine gute Abdichtung zur Formation durch den Filterkuchen aufgebaut werden kann. In druckstarken Formationen werden Spülungen mit Schwerspat beschwert. Die Spülung wird über Tage gereinigt, bevor sie nach einer Konditionierung erneut im Bohrloch eingesetzt wird.

Letzlich sind Bohrspülungen ordnungsgemäß zu entsorgen.

Eine weitere wichtige Eigenschaft der Spülung ist das Übertragen von Signalen und Messwerten in Form von Druckimpulsen (MWD - Measurement While Drilling). Das sog. Mudlogging-Unternehmen zeichnet wichtige Parameter wie Bohrfortschritt, aktuelle Tiefe, Gewicht auf der Bohrkrone, Drehmoment, Umdrehungszahl, Spülungsgewicht, Spülungsdurchfluss u. a. auf.

Aufgaben und Eigenschaften der Bohrspülung

  • Freihalten und Reinigen der Bohrlochsohle von Bohrklein (Cuttings, Bohrgut), Inschwebehalten des Bohrkleins bei Bohrpausen in der Spülung.Unterstützung des Bohrvorgangs,

    • Beschleunigen des Bohrfortschritts,
    • Übertragen von hydraulischer Energie.

  • Schonen der Bohrausrüstung

  • Kühlen und Schmieren der Untertageausrüstung
  • Kompensation des Lagerstättendrucks

    • Offenhalten eines kalibergemäßen Bohrlochs
    • Kontrolle der Lagerstättendrücke aus hydro- oder petrostatischen Bedingungen
    • Vermeiden von Bohrlochein- oder -ausbrüchen

  • Abdichten der Bohrlochwandung bei GW-Zutritt,

    • kein Spülungsverlust
    • Schonung der Lagerstättenformation
    • kein dauerhaftes Abdichten gegen Lagerstätteninhalte

  • Verträglichkeit mit ausstehenden Gebirgen

    • Stabilität gegen biologische, chemische, thermische Schereinflüsse und Temperatureinflüsse

  • Gutes Austragsverhalten und leichtes Abscheiden von Bohrgut und Gasen aus der Spülung übertage

    • Langzeitstabilität
    • Wirtschaftlichkeit

  • Geologische Ansprache des Bohrgutes und der durchteuften Schichten

  • Erhöhen der Wirtschaftlichkeit,

    • Kostenminimierung

  • Keine negative Einwirkungen auf das Grundwasser

    • keine Verschlechterung von Tiefenwassern, keine verschlechternden Einflüsse auf den Untergrund
    • biologische, biochemische Abbaubarkeit
    • Deponiefähigkeit

Die Bedeutung der Bohrspülungen für das einwandfreie Abteufen einer Tiefbohrung wird besonders deutlich, wenn man sich das Verhältnis der Tiefe eines Bohrloches zu seinem Durchmesser vor Augen hält, das oft mehr als 10.000 : 1 beträgt. Bohrlochsstrecken von 2.000 m und mehr werden häufig in einem Abschnitt, d. h. unverrohrt abgebohrt. Dabei können Gesteinsarten sehr unterschiedlicher Beschaffenheit wie plastische Tone, harter Kalkstein, Sandsteine, Salze u. a. gleichzeitig offen anstehen. Für jede Gesteinsart mag es eine optimale Bohrspülung geben, deren Anforderungen leicht zu erfüllen wären. Sollen jedoch aus wirtschaftlichen Gründen möglichst wenig Futterrohrtouren eingebracht werden, so müssen lange Strecken recht unterschiedlichen Gebirges unverrohrt gebohrt werden, die auch bei einem zweckmäßig gewählten Verrohrungsprogramm an die Bohrspülung noch so vielfältige Anforderungen stellen, daß diese aus physikalischen und chemischen Gründen nicht alle gleichzeitig erfüllbar sind. Es werden dann Kompromißentscheidungen nötig, die Risiken beim Abteufen einschließen, Zugeständnisse von geologischer Seite nötig machen, höhere Kosten verursachen oder gar zu einer Änderung des Verrohrungsschemas führen.

Literatur

Stober I., und Bucher, K.P.: Geothermie. Berlin – Heidelberg: Springer Verlag/ Springer Geology, 2012. S. 209ff.