Häufige Spülungsverluste und Bohrlochausbrüche beim Bohren? Haben Sie die wahren Ursachen identifiziert?
Bohrungen sind ein zentraler Arbeitsschritt in der geologischen Erkundung, im Bergbau, im Pfahlgründungsbau und anderen Ingenieurdisziplinen. Projekte stoßen jedoch häufig auf das Problem von Bohrlochausbrüchen und Spülungsverlusten (schneller Spülungsverlust). Dies führt nicht nur zu großen Spülungsverlusten und Bohrlocheinstürzen, sondern auch zu Verzögerungen, Kostensteigerungen und kann die Bohrlochqualität sowie die nachfolgende Bausicherheit beeinträchtigen. Basierend auf praktischen Erfahrungen analysiert dieser Artikel die Hauptursachen von Spülungsverlusten und schlägt gezielte Gegenmaßnahmen für ähnliche Projekte vor.
Hauptursachen für Zirkulationsverluste Zirkulationsverluste werden selten durch einen einzigen Faktor verursacht; sie resultieren typischerweise aus dem Zusammenspiel von Formationsbedingungen und Betriebspraktiken. Die Ursachen lassen sich in zwei Hauptkategorien einteilen:
Geologische Faktoren – inhärente Formationsbeschränkungen Die Formation selbst ist der primäre prädisponierende Faktor für Spülungsverluste. Beim Durchbohren bestimmter geologischer Einheiten steigt das Risiko von Spülungsverlusten rapide an:
Lockere Sandschichten: Große intergranulare Porosität und schwache Zementierung begünstigen das schnelle Versickern von Bohrflüssigkeit durch die Porenräume. Diese Verluste sind in Feinsanden und schluffigen Schichten besonders ausgeprägt.
Gesteinsmassen mit Bruch: Karbonate, Granite und andere Gesteine mit ausgeprägten Brüchen, Klüften oder Lösungshohlräumen enthalten unregelmäßige Wege, durch die Bohrschlamm schnell entweichen kann, was zum Phänomen der „Verluste beim Bohren“ führt.
Weitere ungünstige Einheiten: Konglomerate, Verwerfungs- und Zerkleinerungszonen weisen lockere, instabile Strukturen auf, die nicht nur den Flüssigkeitsverlust begünstigen, sondern auch das Risiko des Bohrlocheinsturzes erhöhen und somit die Bauschwierigkeiten noch verschärfen.
Betriebliche Faktoren – kontrollierbare Einflüsse auf die Bauausführung: Selbst bei günstigen geologischen Bedingungen können unsachgemäße Betriebsabläufe zu Zirkulationsverlusten führen. Zwei betriebliche Aspekte sind dabei besonders kritisch:
Übermäßige Bohrgeschwindigkeit: Das Streben nach schnellem Vortrieb durch übermäßig hohe Rotations- oder Eindringgeschwindigkeiten führt zu starken Störungen der Bohrlochwand, zerstört deren Nahfeldstabilität, verursacht Risse oder Abplatzungen und ermöglicht das Austreten von Bohrflüssigkeit.
Unzureichende Eigenschaften der Bohrflüssigkeit: Die Bohrflüssigkeit bildet die wichtigste Barriere zum Schutz des Bohrlochs. Ist die Viskosität zu niedrig, kann sich kein wirksamer Filterkuchen bilden; ist die Dichte unzureichend, kann der Formationsdruck nicht ausgeglichen werden. Beide Zustände verhindern eine effektive Abdichtung von Poren und Klüften und führen zu Verlusten.
Gezielte Gegenmaßnahmen Die Behandlung von Durchblutungsstörungen erfordert einen Ansatz nach dem Motto „Erst vorbeugen, dann beheben“ mit gestaffelten und abgestuften Behandlungen, die das Problem an der Wurzel packen.
Optimierung der Bohrspülungseigenschaften zur Verbesserung des Bohrlochschutzes. Bohrspülung ist die erste Verteidigungslinie gegen Verluste. Durch Anpassung der Spülungszusammensetzung lassen sich Abdichtung und strukturelle Unterstützung deutlich verbessern.
Erhöhung der Viskosität und Dichte: Durch Zugabe von Bentonit, Cellulosederivaten, Polyacrylamid und ähnlichen Additiven wird die Viskosität erhöht, damit die Flüssigkeit besser an der Bohrlochwand haftet und einen Filterkuchen bildet; die Dichte wird mäßig erhöht, um einen höheren Dichtungsdruck gegen Poren und Klüfte in der Formation zu erzielen.
Gezielte Modifizierung: In lockeren Sandzonen werden faserige Materialien wie Sägemehl oder Reishülsen hinzugefügt, um die Suspensions- und Verstopfungsfähigkeit zu verbessern; in geklüfteten Zonen werden schnellhärtende Mittel (Zement, Natriumsilikat) hinzugefügt, damit die Flüssigkeit in den Klüften schnell gelieren und eine Abdichtung bilden kann.
Um aktive Verluststellen abzudichten, müssen Dichtungsmittel eingebracht werden. Bei auftretenden Verlusten müssen umgehend Dichtungsmaterialien in die Bohrung eingebracht werden, um Poren und Risse direkt zu füllen und die Flüssigkeitswege zu blockieren:
Gängige Abdichtungsmaterialien: Ton (Bentonit), Sägemehl, Zement, Baumwollfasern, Walnussschalen usw. Die Materialwahl richtet sich nach dem Ausmaß des Schadens. Bei geringen Schäden genügen Ton oder Sägemehl; bei mittleren Schäden sorgt eine Zement-Ton-Mischung durch die Aushärtung des Zements für eine dauerhafte Abdichtung.
Platzierungsmethode: Verwenden Sie die Stufenplatzierung und die „Drill-and-Stop“-Technik – führen Sie die Materialien langsam in die Verlustzone ein und halten Sie die Spülungszirkulation aufrecht, damit die Materialien zu den Leckagewegen transportiert werden, Hohlräume füllen und einen stabilen Stopfen bilden, der weiteren Verlust verhindert.
Kontrollierte Bohrparameter zur Reduzierung von Bohrlochstörungen. Eine korrekte Betriebspraxis ist unerlässlich, um Spülungsverluste durch Minimierung von Schäden an der Bohrlochwand zu verhindern:
Reduzieren Sie die Bohrgeschwindigkeit: Senken Sie die Drehzahl und den Vorschub, insbesondere beim Durchfahren von lockerem Sand oder geklüfteten Gesteinsschichten; wenden Sie eine „niedrige Drehzahl, geringer Vorschub“-Methode an, um den Aufprall des Bohrers auf die Wand zu verringern und Störungen zu begrenzen.
Durch das langsame Bohren erhält die Flüssigkeit Zeit, einen gleichmäßigen, dichten Filterkuchen an der Bohrlochwand abzulagern, wodurch die Wand weiter verfestigt und Mikroporen abgedichtet werden, um das Verlustrisiko zu verringern.
Wiederauffüllen und erneutes Bohren bei schweren Verlusten Wenn die Verluste schwerwiegend sind und das routinemäßige Verfüllen fehlschlägt – oder wenn es zu einem großflächigen Bohrlocheinsturz kommt – kann ein Wiederauffüllen des Intervalls und ein erneutes Bohren erforderlich sein:
Wahl des Verfüllmaterials: Ton, Zementsuspension oder ein Ton-Zement-Gemisch sind vorzuziehen. Ton ist kostengünstig und eignet sich gut zur Abdichtung; Zementsuspension härtet aus und sorgt für eine hochfeste Verstärkung der Bohrlochwand.
Nachfüll- und Nachbohrverfahren: Füllen Sie das ausgefallene Intervall und einen Sicherheitsabstand darüber mit dem gewählten Material, bis der betroffene Abschnitt vollständig gefüllt ist. Lassen Sie das Material ausreichend aushärten (in der Regel 24–48 Stunden, abhängig von Material- und Formationsbedingungen), um eine stabile Abdichtung zu gewährleisten. Setzen Sie anschließend die Bohrung fort. Optimieren Sie beim Nachbohren erneut die Spülflüssigkeit und kontrollieren Sie den Bohrvorgang, um ein erneutes Auftreten des Schadens zu verhindern.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Bohrlochausbrüche und -verluste beim Bohren häufig auftreten und sowohl auf die geologischen Gegebenheiten (lockerer Sand, Kluftzonen) als auch auf beeinflussbare Faktoren (zu hohe Bohrgeschwindigkeit, unzureichende Spülungsleistung) zurückzuführen sind. Um das Risiko effektiv zu minimieren, sollten vor Baubeginn geologische Untersuchungen durchgeführt werden, um verlustgefährdete Zonen zu identifizieren. Während der Bauphase lassen sich Verluste durch Optimierung der Spülungseigenschaften und Kontrolle der Bohrparameter verhindern. Treten Verluste auf, ist ein abgestuftes Vorgehen erforderlich, das das Verfüllen, Nachfüllen und gegebenenfalls Nachbohren umfasst. Die konsequente Anwendung des Prinzips „Prävention zuerst, Sanierung zweitens“ und die Anpassung der Maßnahmen an die geologischen Gegebenheiten und die Realitäten vor Ort sind entscheidend, um Spülungsverluste zu vermeiden, einen reibungslosen Bohrvorgang zu gewährleisten und die Bauqualität und -effizienz zu verbessern.
