Bohrgestänge

Was ist ein Bohrrohr?

Bohrgestänge ist eine wichtige Komponente des Bohrstrangs, der bei der Öl- und Gasförderung verwendet wird. Es handelt sich um ein langes Rohr, das von der Oberfläche bis zum Bohrmeißel reicht und Bohrflüssigkeit (Schlamm) sowie mechanische Kraft an den Meißel überträgt und gleichzeitig strukturelle Unterstützung bietet.

Welche Funktionen hat ein Bohrgestänge?

Übertragung von Bohrflüssigkeiten: Das Bohrgestänge dient als Leitung für Bohrflüssigkeiten, die für die Kühlung und Schmierung des Bohrmeißels, den Abtransport von Gesteinsspänen und die Aufrechterhaltung des Bohrlochdrucks unerlässlich sind.

Übertragung von Drehbewegungen: Das Bohrgestänge überträgt die Drehbewegung vom Drehtisch oder Top Drive an der Oberfläche auf den Bohrer und ermöglicht es dem Bohrer, in den Fels zu bohren.

Strukturelle Unterstützung leisten: Es verleiht dem Bohrstrang Festigkeit und Stabilität und unterstützt den Bohrer und andere Komponenten beim Eindringen in die unterirdischen Formationen.

Komponenten anschließen: Das Bohrrohr verbindet verschiedene Teile des Bohrstrangs, einschließlich Bohrkragen, Stabilisatoren und andere Bohrlochwerkzeuge, und bildet eine durchgehende Baugruppe, die von der Oberfläche bis zum Boden des Bohrlochs reicht.

Wie viele Arten von Bohrgestängen gibt es?

Standard-Bohrgestänge

• Material: Normalerweise aus hochfestem Stahl wie AISI 4145H oder ähnlichen Güten.
• Design: Verfügt im Vergleich zu Bohrkragen über eine dünne Wand mit hoher Zugfestigkeit, um axialen und Torsionsspannungen standzuhalten.

Schwergewichtige Bohrgestänge (HWDP)

• Material: Ähnlich wie ein Standard-Bohrgestänge, jedoch mit dickerer Wand und höherem Gewicht.
• Design: Wird als Übergang zwischen Standard-Bohrgestänge und Bohrkragen verwendet, um zusätzliches Gewicht und Stabilität zu bieten.

Premium-Bohrgestänge

• Material: Hergestellt aus hochwertigem Stahl oder einer Legierung mit verbesserten mechanischen Eigenschaften.
• Design: Beinhaltet fortschrittliche Herstellungsverfahren und Behandlungen für verbesserte Leistung und Haltbarkeit.

Nicht magnetisches Bohrgestänge

• Material: Hergestellt aus nichtmagnetischen Legierungen, um Interferenzen mit magnetischen Bohrlochwerkzeugen zu vermeiden.
• Design: Wird in Anwendungen verwendet, bei denen magnetische Interferenzen minimiert werden müssen.

Was sind die Spezifikationen und das Design eines Bohrgestänges?

Außendurchmesser (OD): Normalerweise zwischen 2 7/8 und 5 1/2 Zoll, abhängig von den Anforderungen des Brunnens und den Bohrbedingungen.

Innendurchmesser (ID): Der Innendurchmesser ermöglicht die Zirkulation von Bohrflüssigkeiten.

Wandstärke: Entwickelt, um den beim Bohren auftretenden Belastungen standzuhalten und gleichzeitig ein Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Gewicht aufrechtzuerhalten.

Länge: Die Standardlängen betragen normalerweise 30 bis 40 Fuß pro Verbindung, je nach Betriebsanforderungen können jedoch auch benutzerdefinierte Längen verwendet werden.

Gewindeanschlüsse: Bohrrohre werden über Gewindeverbindungen, wie beispielsweise API-Gewinde (American Petroleum Institute) oder Premium-Gewinde, verbunden, wodurch eine sichere und dichte Montage gewährleistet wird.

Was sind die Verbindungen eines Bohrgestänges?

1. REG (Regular Style Connection)

Die Regular Style Connection (REG) ist speziell für die Verbindung von innen gestauchten Bohrrohren konzipiert. Diese Verbindung weist den kleinsten Außendurchmesser auf und führt dazu, dass der Innendurchmesser des Bohrrohrs kleiner ist als der verdickte Teil des Bohrrohrs und der Innendurchmesser des verdickten Teils des Bohrrohrs kleiner ist als der Innendurchmesser. Die REG-Verbindung wird für Meißelverbindungen bei Bohrvorgängen verwendet.

Das American Petroleum Institute (API 5CT) hat aufgrund seiner speziellen Anwendung und Eignung für Bitverbindungen alle Spezifikationen für die REG-Verbindung beibehalten.

Sein Design ist auf die besonderen Anforderungen und Herausforderungen im Zusammenhang mit Bohrmeißelverbindungen zugeschnitten und ist daher für viele Bohrprofis die bevorzugte Wahl.

Da sich der Bohrmeißel am Ende des Bohrstrangs befindet, ist die Spannungskonzentration im Bohrrohrgewinde bei der REG-Verbindung im Vergleich zu anderen Verbindungsarten geringer. Dadurch wird das Risiko eines Ermüdungsbruchs verringert und die Gesamtzuverlässigkeit verbessert.

Der REG-Anschluss ist in erster Linie für Bohrerverbindungen gedacht und ist daher möglicherweise nicht für andere Bohranwendungen oder Gerätekonfigurationen geeignet. Sein spezielles Design schränkt seine Vielseitigkeit im Vergleich zu einigen anderen Anschlusstypen ein.

Bei Verwendung von REG-Verbindungen ist der Bohrrohrdurchmesser aufgrund der Verbindungskonfiguration kleiner als der Innendurchmesser des verdickten Teils. Dies ist bei Bohrmeißelverbindungen möglicherweise kein großes Problem, kann sich jedoch in bestimmten Bohrszenarien auf die Flüssigkeitsdurchflussraten und Druckwerte auswirken.

2. IF (Innenbündiger Anschluss)

Die interne Spülverbindung (IF) hat einen größeren Außendurchmesser und verbindet externe gestauchte oder innen und außen verdickte Bohrrohre. Diese Verbindung bildet eine Bohrrohrverbindung mit einem Innendurchmesser, der identisch oder fast gleich dem Durchmesser des Rohrkörpers ist.

Einer der Hauptvorteile der IF-Verbindung ist der gleichbleibende Innendurchmesser, der einen höheren Flüssigkeitsdurchfluss gewährleistet und das Risiko von Einschränkungen oder Verstopfungen während des Bohrvorgangs verringert, wodurch die Effizienz erhöht wird.

Ein erheblicher Nachteil der IF-Verbindung ist jedoch das Potenzial für Spannungskonzentrationen. Das Design der Verbindung, insbesondere das dreieckige Zahndesign, kann zu lokal hohen Spannungsbereichen führen. Dies kann das Risiko eines Ermüdungsbruchs im Laufe der Zeit erhöhen und die Integrität und Zuverlässigkeit der Verbindung beeinträchtigen.

Aufgrund der mit der IF-Verbindung verbundenen Spannungskonzentrationsprobleme und der Entwicklung neuerer, verbesserter Verbindungsdesigns hat das American Petroleum Institute (API) IF-Verbindungen ersetzt.

3. FH (Volllochverbindung)

Die Volllochverbindung (FH) verbindet das innere und äußere verdickte Bohrrohr und bildet eine Bohrrohrverbindung mit einem Innendurchmesser, der dem Durchmesser des verdickten Endes entspricht. Sowohl der Innen- als auch der Außendurchmesser der Verbindung sind kleiner als der Innendurchmesser des Bohrrohrs.

Die FH-Verbindung bietet drei verschiedene Gewindespezifikationen, nämlich V-0,065, V-0,05 und V-0,040, und bietet damit Optionen für unterschiedliche Bohranforderungen und -bedingungen. Diese Vielseitigkeit ermöglicht eine breite Anwendung bei verschiedenen Bohrvorgängen und ermöglicht Flexibilität und Anpassungsfähigkeit, beispielsweise bei Bohrkragen und Bohrern.

Eine der Einschränkungen der FH-Verbindung ist ihr kleinerer Innendurchmesser im Vergleich zum Innendurchmesser des Rohrs. Dies ist zwar bei vielen Bohrvorgängen kein großes Problem, kann jedoch die Durchflussrate der Bohrflüssigkeit beeinträchtigen.

Außerdem verfügt der FH-Anschluss, obwohl er in drei verschiedenen Modellen angeboten wird, im Vergleich zu anderen Bohrrohranschlüssen über weniger Gewindespezifikationen. Dies kann seine Anpassungsfähigkeit an bestimmte Bohrbedingungen oder Gerätekonfigurationen einschränken und erfordert eine sorgfältige Auswahl, um Kompatibilität und Leistung sicherzustellen.

4. NC (Nummerierte Verbindung)

Die nummerierte Verbindung (NC) ist für Bohrrohre mit einer Streckgrenze von mindestens 75.000 PSI oder mehr vorgesehen, die oft als hochfeste Bohrrohre bezeichnet werden. Die API empfiehlt die Verwendung von NC-Verbindungen für hochfeste Bohrrohre aufgrund ihrer robusten Konstruktion und Kompatibilitätsanforderungen.

NCs sind so konstruiert, dass sie Stifte und Kästen mit gleichen Gewindebezeichnungen verbinden und so eine sichere und zuverlässige Verbindung gewährleisten. Sie sind austauschbar, wenn die Güteklassen übereinstimmen, d. h. wenn die Gewindesteigung ähnlich ist und die verschiedenen Gewinde kompatibel sind.

Die NC-Verbindungen sind in verschiedenen Größen und Konfigurationen erhältlich, um verschiedenen Bohranforderungen und -bedingungen gerecht zu werden, von NC10 bis NC77. Sie sind für Torsion, Druck und verschiedene Bewegungen der Bohranlage geeignet und gewährleisten Haltbarkeit und Zuverlässigkeit bei anspruchsvollen Bohrarbeiten.

Allerdings können nicht übereinstimmende Gewindetypen oder Steigungen zu Verbindungsproblemen führen und die Integrität und Zuverlässigkeit der Verbindung beeinträchtigen. Daher ist es wichtig, beim Hersteller der Werkzeugverbindung nachzufragen, um die Kompatibilität von NC-Verbindungen und Gewindetypen sicherzustellen.

NC-Verbindungen sind zwar vielseitig und weit verbreitet, sind jedoch für hochfeste Bohrrohre mit einer Mindeststreckgrenze von 75.000 PSI oder mehr ausgelegt. Dies beschränkt ihre Anwendung auf bestimmte Bohrvorgänge, die hochfeste Ausrüstung erfordern.

Was sind die Anwendungen von Bohrgestängen?

Öl- und Gasbohrungen: Wird bei Rotationsbohrvorgängen verwendet, um durch Felsformationen zu bohren und Kohlenwasserstofflagerstätten zu erreichen.

Geotechnische Bohrungen: Wird bei geotechnischen Untersuchungen zur Erkundung der Boden- und Gesteinsverhältnisse eingesetzt.

Brunnenbohrungen: Wird beim Bau von Wasserbrunnen zur Erschließung des Grundwassers verwendet.