Betriebsregeln für Diamantbohrkronen: Fünf Fehler, die eine Bohrkrone auf den ersten zehn Metern zerstören

Diamantbohrkronen verschleißen nicht. Sie werden zerstört. Durch Bediener, die sie mit voller Drehzahl auf den Bohrlochgrund fallen lassen. Durch Bohrer, die weiterdrücken, sobald die Spitze zu polieren beginnt. Durch Teams, die das Bohrgestänge so schnell aus einem tiefen Bohrloch ziehen, dass die Gesteinsformation einstürzt. Jede Diamantbohrkrone hat eine potenzielle Lebensdauer von mehreren hundert Metern. Die meisten erreichen diese nicht, weil auf den ersten und letzten fünf Metern jedes Bohrvorgangs Fehler gemacht werden.

Wenn Sie mit Diamantbohrkronen arbeiten – sei es für Wasserbrunnen, Erkundungsarbeiten oder geotechnische Untersuchungen – entscheiden diese Regeln darüber, ob die Bohrkrone lange hält oder nicht.

Regel Nummer eins: Diamantbohrer schneiden. Sie hämmern, schaben oder planieren nicht.

Ein Diamantbohrer funktioniert durch Schleifen. Die freiliegenden Diamantpartikel an der Schneidfläche – ob natürliche Diamanten in einer Matrix oder synthetische Diamanten in einer Imprägnierungsschicht – tragen das Gestein Mikrometer für Mikrometer ab. Der Bohrer zerkleinert das Gestein nicht wie ein Rollenkegel und auch nicht wie ein PDC-Bohrer. Er schleift und benötigt dafür spezifische Bedingungen.

Die erste Regel beim Diamantbohren lautet: Wenn der Bohrer nicht schneidet, darf er nicht mit Gewalt vorgehen. Fällt die Bohrgeschwindigkeit plötzlich ab – nicht allmählich, sondern abrupt –, hat sich am Bohrlochgrund etwas verändert. Der Bohrer könnte auf einen harten Einschluss gestoßen sein, den die Diamantkörnung nicht effektiv abtragen kann. Möglicherweise blockiert loses Gestein die Bohrkopffläche. Oder ein Stück abgelöstes Nebengestein verstopft den Ringraum.

Die Reaktion ist in allen Fällen dieselbe: Bohren stoppen und den Faden ziehen. Kein zusätzliches Gewicht verwenden. Drehzahl nicht erhöhen. Die Pumpe nicht stärker laufen lassen, in der Hoffnung, die Verstopfung zu lösen. Ein Diamantbohrer, der gegen etwas stößt, das er nicht schneiden kann, poliert lediglich seine eigene Schneidfläche. Die Diamanten verglasen, der Matrixkörper erhitzt sich, und der Bohrer ist funktional stumpf, obwohl er äußerlich intakt aussieht. Verglaste Diamanten lassen sich nicht vor Ort wiederherstellen. Der Bohrer ist unbrauchbar.

Dasselbe gilt für das Aufweiten und Reinigen. Verwenden Sie keinen Diamantbohrer, um ein enges, vom vorherigen Bohrer hinterlassenes Loch aufzuweiten. Verwenden Sie ihn nicht, um verbliebene Kernfragmente vom Bohrlochgrund zu entfernen. Versuchen Sie nicht, damit ein Stahlwerkzeug oder ein ins Bohrloch gefallenes Verbindungsstück zu durchbohren. Diamantbohrer sind zum Schneiden von unberührtem Gestein bestimmt. Jede andere Verwendung ist Missbrauch.

Regel zwei: Neue Teile benötigen eine Einlaufphase

Ein brandneuer Diamantbohrer, direkt aus der Verpackung, ist noch nicht für den vollen Bohrbetrieb geeignet. Die Schneidkante weist scharfe Kanten auf, die Diamantfreilegung kann ungleichmäßig sein, und der Bohrer ist nicht auf das spezifische Gestein abgestimmt, auf das er treffen soll.

Das Einlaufverfahren – auch "dressing" oder "initial grinding" genannt – ist einfach, aber unabdingbar:

Senken Sie den Bohrer vorsichtig bis zum Bohrlochgrund ab. Verwenden Sie ein geringes Gewicht – etwa ein Drittel des normalen Bohrgewichts. Drehen Sie langsam – etwa 100 U/min. Bohren Sie mit diesen reduzierten Parametern etwa 0,2 bis 0,3 Meter (ungefähr einen Fuß). Erhöhen Sie dann Gewicht und Drehzahl schrittweise über die nächsten 0,5 Meter, bis Sie Ihre normale Bohrtiefe erreicht haben.

Was geschieht in den ersten Dezimetern? Die Diamantpartikel an der Kronenfläche werden unterschiedlich schnell freigelegt. Das Matrixmetall, das die Diamanten hält, erodiert leicht, sodass die Diamanten bis zu ihrer optimalen Schnitthöhe hervortreten. Die Kronenfläche passt sich dem Profil des Bohrlochgrundes an. Und jegliche mikroskopische Unregelmäßigkeiten in der Geometrie des Bohrers – leichte Unrundheit an der Messlehre, geringfügige Oberflächenrauheit durch die Fertigung – werden am Gestein glattgeschliffen.

Der erste Durchgang mit einem neuen Bohrer sollte kurz sein – ziehen Sie ihn nach ein bis zwei Metern heraus und prüfen Sie die Kronenfläche. Achten Sie auf gleichmäßigen Abrieb, durchgehend freiliegende Diamanten und ein Kronenprofil, das zum Bohrloch passt. Bei ungleichmäßigem Abrieb passen Sie die Parameter für den nächsten Durchgang an. Ist der Bohrer in Ordnung, können Sie die Durchgangslänge bei den folgenden Durchgängen erhöhen.

Regel Drei: Beginnen Sie die Rotation, bevor der Bohrer den Boden berührt.

Dieser Fehler führt zu mehr Bohrmeißelverlusten als jeder andere einzelne Fehler. Der Bohrmeißel wird bei abgeschalteter Rotation zum Bohrlochgrund abgesenkt, der Bohrmeister schaltet den Antrieb ein, und der Bohrmeißel – der unter dem vollen Gewicht des Bohrgestänges am Grund stillsteht – soll aus dem Stillstand heraus gegen das Gestein rotieren.

Das Drehmoment, das zur Überwindung der Haftreibung zwischen einem Diamantbohrer und dem Gestein erforderlich ist, kann ein Vielfaches des normalen Betriebsdrehmoments betragen. Dieser plötzliche Drehmomentanstieg kann Diamanten aus dem Gestein herauslösen, die Bohrkrone beschädigen oder die Verbindung zwischen Bohrer und Bohrkörper überlasten.

Die korrekte Vorgehensweise: Den Bohrmeißel bis auf wenige Zentimeter an den Bohrlochgrund absenken. Die Pumpe starten und für einen Spülfluss sorgen. Die Rotation mit niedriger Drehzahl beginnen. Erst dann den Bohrmeißel die letzten Zentimeter absenken, bis er das Gestein berührt. Der Bohrmeißel dringt bereits rotierend in den Schnitt ein, der Spülfluss ist bereits hergestellt und das Bohrgestänge steht unter Zug statt unter Druck. Vom ersten Kontakt an ist alles dynamisch und ausbalanciert.

Regel Vier: Keine Ruten während des Betriebs hinzufügen, ohne vorher den Grund zu lösen.

Im Idealfall würde man das Bohrgestänge so dimensionieren, dass man den gesamten Kernbohrvorgang ohne zusätzliche Gestänge durchführen kann. In der Realität ist es jedoch manchmal notwendig, mitten im Bohrvorgang ein Gestänge hinzuzufügen, weil das Bohrloch tiefer ist als erwartet.

Wenn Sie eine Bohrstange hinzufügen müssen, ziehen Sie den Bohrmeißel zuerst vom Bohrlochgrund ab. Lassen Sie den Bohrmeißel nicht auf dem Bohrlochgrund liegen, während Sie die Verbindung am Bohrgestänge lösen und eine neue Bohrstange einsetzen. Ein Bohrmeißel, der während des Einsetzens von Bohrstangen auf dem Bohrlochgrund liegt, kann sich im Bohrkleinbett absenken, sich um den Bohrkronenrand herum verdichten und entweder gar nicht oder nur unter zu hoher Belastung wieder anlaufen.

Ziehen Sie den Bohrer etwa einen Meter vom Grund ab, setzen Sie die Angelstange ein, senken Sie ihn dann wieder ab und beginnen Sie von vorn gemäß Regel Drei.

Regel Fünf: Langsam herausziehen und weiterpumpen

Das Herausziehen aus einem Tiefbohrloch ist nicht einfach die Umkehrung des Hineinziehens. Beim Hochziehen des Bohrgestänges wirkt dieses wie ein Kolben im Bohrloch – die Aufwärtsbewegung erzeugt einen Sog unterhalb des Bohrers, wodurch der Druck im Bohrloch sinkt und möglicherweise Formationsflüssigkeit, loses Gestein oder unverfestigtes Material in das Bohrloch gesaugt wird. Dieser Saugeffekt ist im unteren Bereich des Bohrlochs am stärksten, wo der Ringspalt am engsten ist und Bohrer und Kernrohr den größten Widerstand bieten.

In brüchigen, lockeren oder quellfähigen Gesteinsformationen kann das Spülen die Bohrlochwand nach innen ziehen und das Bohrloch hinter dem Bohrgestänge einstürzen lassen. Das Bohrgestänge bleibt unbeschädigt, zurück bleibt jedoch ein eingestürztes Bohrloch, das neu gebohrt werden muss.

Die Lösung: Ziehen Sie das Bohrgestänge langsam heraus – langsamer als Sie denken – und lassen Sie die Spülpumpe während des gesamten Vorgangs laufen. Der kontinuierliche Spülstrom füllt den durch das aufsteigende Bohrgestänge entstehenden Raum und verhindert so den Druckabfall, der zum Verstopfen des Bohrgestänges führen kann. In besonders empfindlichen Formationen ziehen Sie mit halber Geschwindigkeit und pumpen Sie weiter, bis der Bohrmeißel am Bohrlochkopf anliegt.