Tiefbohrtechnik

I. Einleitung.- II. Der Bohrvorgang beim Rotarybohren.- A. Allgemeines.- B. Für den Bohrfortschritt maßgebende Faktoren.- 1. Art und Charakter des zu durchteufenden Gesteins.- 2. Meißeltypen.- a) Blattmeißel.- b) Rollenmeißel.- ?) Die Rollenverlagerung.- ?) Die Lebensdauer der Rollenzähne.- ?) Die Zahnhöhe.- ?) Der „Chert bit“.- ?) Der Zublinmeißel.- 3. Der Bohrlochdurchmesser.- 4. Der Bohrdruck.- a) Allgemeines.- b) Schwerstangen mit übernormalem Durchmesser.- c) Kontrolle des Bohrdruckes.- ?) Gewichtsanzeiger.- ?) Der Hild-Antrieb.- ?) Hydraulische Bohrdruck-Regelung.- ?) Elektrische Bohrdruck-Regelung.- ?) Die Micromatic-Bohrdruck-Regelung.- 5. Die Drehzahl/Min. und ihr Einfluß auf den Bohrfortschritt.- a) Allgemeines.- b) Drehmoment-Anzeigegeräte.- c) Drehmoment-Regelung nach Firma Salzgitter Maschinen-A.G.- 6. Einfluß des hydrostatischen Druckes und der Spülstrahlgeschwindigkeit auf den Bohrfortschritt.- a) Allgemeines.- b) Der Bohrfortschritt, eine Funktion des Bohrdruckes und des hydrostatischen Druckes.- c) Einfluß der Spülstrahlgeschwindigkeit auf den Bohrfortschritt.- ?) Wirkungsgrade verschiedener Düsenformen.- ?) Wirtschaftlichkeit beim Bohren mit Düsenmeißeln.- ?) Spülstrahlrichtung.- ?) Wirkung der Pulsation der Spülpumpe.- 7. Bohrausrüstung, Ausbildungsgrad des Bohrpersonals.- III. Methode zur Beurteilung der Bohrleistung eines Rollenmeißels.- 1. Kostenberechnung.- 2. Anzeigegeräte zur Ermittlung des jeweiligen Bohrfortschrittes.- IV. Beanspruchung des Bohrgestänges.- A. Allgemeines.- B. Beanspruchung während der Bohrarbeit.- 1. Die Normalspannungen.- 2. Die kombinierten Spannungen.- Bestimmung der einzelnen Spannungen.- 3. Die Vergleichsspannung.- Die Beanspruchung des Bohrgestänges ober Tage (Verbindung zur Mitnehmerstange).- Die Beanspruchung des Gestänges bei 170 m, wo eine Biegung des Bohrstranges erfolgt.- 4. Verdrillung des Bohrgestänges während der Bohrarbeit.- 5. Vergleich der Verdrillung von Wellen, die in Lagern laufen, mit jener der Bohrgestänge.- 6. Ermittlung des Teufenpunktes, in welchem der Bohrstrang im Bohrloch festsitzt.- V. Das Verbiegen des Bohrstranges im Bohrloch als Folge des Bohrdruckes. Buckeln der Schwerstangen.- Allgemeines.- 1. Der Tangentenpunkt.- Konstanten der Tangentenpunkte.- 2. Der Bohrdruck, der dem Tangentenpunkt entspricht.- 3. Art der Verformung, Lage der Tangentenpunkte.- 4. Spannungen im Strang.- 5. Meißelstellung bei Verformung des Bohrstranges ersten Grades.- 6. Zu wählender Bohrdruck.- VI. Die Ursachen von Brüchen beim Rotary-Bohrgestänge.- A. Allgemeines.- 1. Der Verdrehungsbruch.- 2. Der Bruch durch zu hohe Zugbeanspruchung.- 3. Der Bruch im letzten tragenden Gewinde.- 4. Undichtigkeiten der Gewinde.- 5. Ermüdungsbrüche.- 6. Brüche durch Kerb- bzw. Rißwirkung, Kerbermüdung.- 7. Eigenschaften und Gütegrade des Stahles für Rotary-Bohrgestänge.- 8. Ermüdungsbrüche durch Korrosion.- 9. Abnützung der Gestänge.- 10. Krummes Bohrgestänge.- 11. Eindrücken der Gestänge.- 12. Innere Erosion.- B. Maßnahmen zur Verhütung von Brüchen im Bohrgestänge.- VII. Die Gestängeverbinder, Tool joints, und deren Beanspruchung.- A. Allgemeines.- 1. Materialgüte der Tool joints, Nachbehandlung der Gewinde.- 2. Schmierung der Tool-joints-Gewinde.- 3. Verletzung der Tool-joints-Gewinde.- 4. Wackelschäden.- 5. Spülungsdurchbruch im Tool-joints-Gewinde.- 6. Äußere Abnützung der Tool joints.- 7. Korrosions-Ermüdungsbrüche bei Tool joints.- B. Maßnahmen zur Verhinderung von Tool-Joints-Schäden.- Kostenvergleich eines Bohrstranges in USA 1941 und 1948.- VIII. Auswechselbare und halbpermanente Schwerstangen-Verbindungen.- 1. Auswechselbare Verbindungsstücke.- 2. Konstruktion der Firma Reed Roller Bit Co..- IX. Bohrspülungen.- A. Allgemeines.- 1. Die Bohrspülungs-Technik.- Folgeerscheinungen einer ungeeigneten Ton-Wasserspülung.- Anforderungen, die an eine gute Bohrspülung gestellt werden.- 2. Erläuterung der in Fachkreisen üblichen Begriffe.- a) Dispersion.- b) Brownsche Bewegung.- c) Peptisation.- d) Ausflockung der festen Teilchen.- e) PH-Wert.- f) Viskosität (Zähigkeit).- g) Versteifung der Spülung, die Gelwerte.- h) Thixotropie.- 3. Aufbau und Eigenschaften einer guten Ton-Wasserspülung.- a) Das Ausspülen des Bohrschmantes von der Sohle und Hochtragen im Ringraum zu Tage.- b) Abfuhr der Wärme, Einfluß der Temperatur.- c) Vermötteln der Bohrlochwand.- d) In-Schwebe-Halten des Bohrkleins.- e) Spezifisches Gewicht der Spülung.- f) Abgabe des Bohrkleins und der Gase ober Tage.- g) Verschlämmung von Öl oder Gas führenden Formationen.- h) Einfluß auf die elektrische Bohrlochmessung.- 4. Kontrollgeräte zur Bestimmung der wichtigsten Charakteristiken von Bohrspülungen.- a) Beschreibung und Funktion der Geräte zur Bestimmung der Viskosität.- ?) Das Stormer-Viskosimeter.- ?) Der Marsh-Trichter.- ?) Das Fann-Viskosimeter.- b) Messung der Gelstärke und Thixotropie.- c) Bestimmung des spezifischen Gewichtes.- d) Filterprobe.- e) Wasserabgabe.- f) PH-Wert.- g) Sandgehalt.- h) Filtrat-Analysen.- B. Allgemeines über den Feststoffgehalt einer Ton-Wasserspülung.- Feststoffe einer Ton-Wasserspülung.- 1. Der Naturton.- 2. Bentonit für Bohrspülungen.- C. Das Spülungsprogramm, allgemeine Erwägungen.- 1. Spezifisches Gewicht.- 2. Maßnahmen zur Behebung von Spülungsverlusten.- 3. Rheologische Eigenschaften einer Spülung und deren Beeinflussung durch chemische Zusätze.- a) Viskosität, Gelstärke, Thixotropie.- b) Filtration und Preßwasser.- c) Geeignete chemische Zusätze für das Durchteufen von Schichten, welche die Spülung ungünstig beeinflussen.- 4. Beeinflussung des elektrischen Widerstandes einer Ton- oder BentonitWasserspülung durch die chemischen Zusätze.- D. Häufig auftretende Verunreinigungen einer Ton-Wasserspülung und die mögliche Ausschaltung der dadurch verursachten ungünstigen Einflüsse.- 1. Ausbohren von Zement.- 2. Bohren in Anhydrit und Gips (CaSO4 und CaSO4 . 2 H2O).- 3. Verunreinigung der Spülung durch Salz (NaC1).- 4. Einfluß hoher Temperatur.- E. Besondere Spülungen mit Wasserbasis.- 1. Die Salzwasserspülungen.- 2. Die Kalkrotspülung.- 3. Die Kohlespülung.- F. Schlußfolgerung bezüglich Verwendung von chemischen Zusätzen.- G. Aufbereitung einer Ton-Wasserspülung.- H. Richtlinien für die Charakteristiken einer Ton-Wasserspülung.- J. Besondere Bohrspülungen.- 1. Die Öl-Emulsionsspülung mit Wasscrbasis.- Aufbereitung einer Öl-Emulsionsspülung.- 2. Ölspülungen.- 3. Emulsionsspülung auf Ölbasis.- 4. Weitere Spezial-Spülungen.- K. Druckluft und Druckgase als spülende Medien.- 1. Allgemeines.- 2. Volumetrischer Bedarf an Luft bzw. Gas.- 3. Bohrlochabschluß ober Tage.- 4. Einbau der Futterrohre bei Bohrungen, die mit Druckgas bzw. Druckluft abgeteuft werden.- 5. Umgekehrte Zirkulation.- 6. Vor- und Nachteile bei Verwendung gasförmiger Spülungsmedien.- L. Belüftete Ton-Wasserspülung.- M. Schlußfolgerung, betreffend Wahl und Kontrolle der Bohrspülungen.- X. Der Kreislauf der Bohrspülung.- A. Grundlegendes der Strömungslehre.- 1. Dynamische Beziehung reibungsloser Flüssigkeiten.- 2. Einfluß der Reibung bei durchströmten Körpern.- 3. Das Ähnlichkeitsgesetz, die Reynoldssche Zahl.- 4. Laminare und turbulente Strömung in kreisrunden Rohren.- 5. Druckabfall in geraden, kreisrunden Rohren.- 6. Der Proportionalitäts- oder Reibungsfaktor beim Fluß durch Rohrleitungen.- 7. Beeinflussung des Proportionalitätsfaktors durch Rohrrauhigkeit.- B. Widerstand beim Kreislauf der Bohrspülung.- 1. Allgemeines.- 2. Prinzip des Rechnungsvorganges zur Ermittlung des Druckverlustes.- C. Austragen des Bohrschmantes von der Bohrlochsohle.- 1. Allgemeines.- 2. Theoretische Grundlagen.- XI. Gerader und gekrümmter Bohrlochverlauf.- A. Allgemeines.- B. Der Pendeleffekt.- 1. Ein Beispiel für die Wirkung des Pendeleffektes.- 2. Verwertung der Abweichungs-Tendenzen benachbarter Bohrungen.- 3. Schwerstangen-Führungen, Stabiliser.- 4. Maßnahmen, die die Erzielung eines relativ geraden Bohrlochverlaufes erleichtern.- XII. Meßgeräte zur Bestimmung der Bohrlochabweichung.- Geschichtlicher Überblick.- 1. Die Säureflasche.- 2. Gerät mit mechanischer Markierung.- 3. Photometrische Geräte.- a) Gerät der Bataafschen Petroleum Maatschappij.- b) Geräte nach Alexander Anderson.- c) Das Fiedlersche Meßgerät.- 4. Neue Geräte zur Messung der Lotabweichung und des Azimuts mit mechanischer Markierung.- a) Gerät der Technical Oil Tool Corp. Ltd.- b) Gerät der Firma Gräfe.- c) Neigungsmeßgerät nach Passler.- 5. Neigungsmeßgerät mit Induktionskompaß.- 6. Durchführung und Auswertung der Messungen.- XIII. Gerichtetes Bohren.- A. Allgemeines.- B. Ablenkgeräte.- 1. Der Ablenkkeil.- 2. Das Kniegelenk oder „Knuckle joint“.- C. Der orientierte Einbau des Ablenkkeiles bzw. Ablenkknies.- 1. Orientierung am Bohrgestänge ober Tage.- 2. Orientierung unter Tage nach Firma Eastman.- 3. Ablenken in sehr hartem Gestein.- 4. Kontrolle des weiteren Bohrlochverlaufes nach Firma Eastman.- 5. Planung bei Bohrungen mit erzwungenem Abweichen.- 6. Mögliche Richtungsänderung mit dem Ablenkkei1.- 7. Plattform-Bohrungen.- 8. Verrohrung der abgelenkten Bohrungen.- 9. Erzwungenes Ablenken zur Verbesserung der Drainierung von Erdöllagerstätten.- 10. Ablenken im verrohrten Bohrloch.- XIV. Futterrohre für Tiefbohrungen.- A. Allgemeines.- 1. Futterrohr-Standard.- 2. Rohr-Qualitäten.- 3. Rohr-Gütegrade.- 4. Längengruppen.- 5. Rohrverbindungen.- 6. Gewinde bei Futterrohren.- B. Beanspruchung der Futterrohre.- 1. Beanspruchung auf Außendruck.- 2. Außendruck, beeinflußt durch axiale Belastung.- 3. Die Abstreiffestigkeit bzw. Gewindezugfestigkeit.- 4. Zugfestigkeit des schwächsten metallischen Rohrquerschnittes.- 5. Beanspruchung auf Innendruck.- 6. Verbiegen der Rohre im Bohrloch.- 7. Scheuerung an der Innenwand der Rohre durch den drehenden Bohrstrang.- 8. Beanspruchung der Rohre auf Knickung.- 9. Korrosion bei Futterrohren in Tiefbohrungen und deren Verhütung.- C. Verrohrungsprogramme.- Allgemeines.- 1. Ermittlung der Einbauteufe eines kombinierten Futterrohrstranges 258 Ermittlung der Verrohrung, berücksichtigend die Abstreiffestigkeit der Gewindeverbindungen.- 2. Längung des frei hängenden Stranges durch Temperaturerhöhung.- 3. Längung des Futterrohrstranges durch sein Eigengewicht.- D. Verhältnisse der Futterrohr-, Bohrloch-, Melßel- und Gestängedurchmesser zueinander.- E. Verrohrungsprogramme aus USA, Deutschland und Österreich.- 1. Louisiana.- 2. Golfküste.- 3. West-Texas.- 4. Paloma-Feld, Californien.- 5. Deutschland.- 6. Österreich.- F. Behandlung der Futterrohre im Ölfeld.- G. Bemerkung zu den Sicherheitsfaktoren bei Futterrohren.- H. Der Futterrohr-Schuh.- J. Futterrohr-Flanschen.- XV. Sicherheits-Einrichtungen am Bohrlochmund (Blow out preventer).- Allgemeines.- 1. Sicherheits-Schieber.- 2. Stopfbüchsen-Konstruktionen.- 3. Konstruktion der Firma Baash Ross Tool Co..- XVI. Zemente für Abdichtungsarbeiten bei Tiefbohrungen.- A. Zweck der Abdichtungsarbeiten im allgemeinen.- B. Zement für die Tiefbohrindustrie.- 1. Die physikalischen Eigenschaften des Zementes für Tiefbohrungen.- 2. Eigenschaften der Zementschlämme.- a) Raumbeständigkeit.- b) Normensteife.- c) Erstarrungsbeginn.- d) Erstarrungsende.- e) Versteifungszeit.- f) Bestimmung des spezifischen Gewichtes der Zementschlämme.- g) Das Mischwasser für die Untersuchungen.- 3. Zementqualitäten für Tiefbohrungen.- 4. Charakteristik von Zementschlämmen.- 5. Der Einfluß von NaCl im Anmischwasser.- 6. Einfluß der Bohrspülung.- 7. Zusatzmaterialien für Portland-Zementschlämmen zur Beeinflussung der Abbindezeit.- a) Abbindebeschleuniger.- b) Abbindeverzögerer.- 8. Zusätze zum Abdichten saugender Gesteinsschichten.- C. Spezielle Zementschlämmen.- 1. Gel- oder Bentonitzement.- 2. Dieselölzement.- 3. Zemente mit Puzzolanerde.- 4. Neues Zementiermaterial mit Puzzolan.- 5. Zementschlämmen mit Öl-Wasseremulsion.- 6. Gipszement.- XVII. Einbau und Zementierung von Futterrohren.- A. Allgemeines.- 1. Feststellung der zu zementierenden Teufenstrecken.- 2. Erforderliches Zementschlämm-Volumen, Kaliber-Meßgeräte.- 3. Einzubauende Rohrwandstärken, Zementierschuhe.- 4. Maßnahmen, um eine gute Abdichtung des Ringraumes zwischen Futterrohren und der Bohrlochwand durch die Zementschlämme zu gewährleisten.- Der Futterrohr-Zentrierkorb.- Reinigung der Bohrlochwand vom angesetzten Spülungs-Filterkuchen.- B. Zementiereinrichtungen.- Allgemeines.- 1. Aufbereitung von Zementschlämmen bei der Bohrung. Pumpentypen.- a) Die Mischwasserpumpe.- b) Der Mischtrichter.- c) Zement-Antransport.- d) Zusammensetzung der normalen Zementschlämme.- e) Zementschlämmpumpe.- 2. Der Zementierkopf.- 3. Die Zementierpfropfen.- C. Besondere Hinweise beim Einbau und Zementieren von Futterrohren.- D. Neuere Rohrschuhkonstruktionen.- XVIII. Zementierung der Futterrohre in Stufen.- A. Allgemeines.- B. Spezial-Einrichtungen für Stufen-Zementierungen.- XIX. Druckzementation (Squeeze cementing operation).- A. Begriff der Druckzementation.- B. Höhe des Druckes bei Druckzementationen.- C. Aufbrechen der zu zementierenden Schichte.- D. Verteilung der Zementschlämme nach dem Aufbrechen der Schichte.- E. Hilfseinrichtung für Druckzementationen.- XX. Fangarbeiten beim Rotarybohren.- A. Allgemeines.- 1. Ursachen von Fangarbeiten.- 2. Gestängebruch während der Bohrarbeit.- Das Modell.- 3. Fangarbeiten mit dem Fangdorn (Tap).- Der Richthaken.- Fangoperation mit Dorn und Sicherheitsverbinder (Tap with safety joint) 353 Der lösbare Fangdorn (Releasing spear).- 4. Fangarbeiten mit der Fangmuffe (Die collar).- 5. Fangarbeiten mit der Fangglocke (Overshot).- Lösbare Fangglocke.- 6. Fangarbeit mit lösbarer Fangglocke und Kniestück (Overshot and Knuckle j oint).- 7. Fangarbeiten nach Bohrstrangteilen, die sich während der Bohrarbeit abschraubten und im Bohrloch verblieben.- B. Das Freispülen des festgefahrenen Bohrstranges mit Rohöl.- C. Fangarbeiten, wenn der Bohrstrang oder Teile davon im Bohrloch festgeklemmt sind.- 1. Abschrauben mit linksgängigem Rettungsgestänge.- Überwaschen.- 2. Außen-Schneidegerät für Bohrgestänge (External cutting tool).- 3. Innen-Schneidegerät für Bohrgestänge (Internal cutting tool).- 4. Die Schlagscheren (Rotary jars).- D. Besondere Einrichtungen für Fangarbeiten.- Lösen der Gewindeverbindungen durch Detonation, Apparatur der Firma The Dia-Log Co..- E. Fangarbeiten nach kleineren Eisenteilen, die auf die Bohrlochsohle fielen.- 1. Das Magnetgerät.- 2. Hydraulische Apparate zum Fangen von Kleineisenteilen.- F. Fangarbeiten mit einem hydraulischen Spezialgerät.- G. Behebung geringer Schäden in Futterrohren.- 1. Allgemeines.- 2. Schneiden und Ziehen von Futterrohren.- XXI. Geräte zur Bestimmung der Ausbeute-Kapazität durchteufter Öl- und Gashorizonte (Formation test tools).- 1. Allgemeines über den Zweck dieser Geräte und ihre Funktion.- 2. Das Testgerät der Firma M. O. Johnston Oil Field Service Corp.- Der Kautschuk-Packer.- Druckregistrierapparate.- 3. Durchführung des Testes im offenen Bohrloch mit Standrohr.- 4. Konstruktion mit besonderer Verankerungseinrichtung.- 5. Geräte für Probenahme innerhalb perforierter Futterrohre.- 6. Der Obertage-Abschluß des Bohrstranges während der Operation mit dem Testgerät nach Firma Johnston.- 7. Auswertung der Druckdiagramme, die bei der Probenahme im Registrierapparat aufgezeichnet wurden.- 8. Druckregistrierapparate.- XXII. Apparate zum Perforieren von Futterrohren.- 1. Zweck des Perforierens.- 2. Die Kugel-Schußapparate.- 3. Der Koneshot-Perforier-Apparat (Jet-Apparat).- 4. Neueste Konstruktion der Koneshot-Apparatur.- 5. Letzte Angaben aus USA über Kugel-Schuß- und Koneshot-PerforierApparate von J. Lebus.- XXIII. Neue Konstruktionen von Kernapparaten.- 1. Kernapparate, die am Gestänge eingebaut werden.- 2. Das Seilkernrohr der Firma Reed Roller Bit Co..- 3. Das Seilkernrohr mit Diamantbohrkrone der Firma Christensen.- 4. Kerngewinnung aus der Bohrlochwand.- a) Bohrlochwand-Kernapparatur der Firma Houston Oil Field Material Co Inc..- b) Das Schießen von Kernen aus der Bohrlochwand.- Firmenverzeichnis.- Namen- und Sachverzeichnis.