Die Probleme mit Bohrgestängen, die niemand bemerkt, bis etwas kaputt geht: Ein Leitfaden für HDD-Praxis
Beim Horizontalbohren werden die Bohrgestänge einer Belastung ausgesetzt, die beim Vertikalbohren nicht auftritt. Die Gestänge verbringen ihre gesamte Lebensdauer im Kontakt mit der Bohrlochwand und werden unter Zug-, Drehmoment- und Biegebeanspruchung durch Erdreich und Gestein gezogen. Sie kommen mit Bohrschlamm bedeckt heraus. Sie werden wieder hineingebohrt. Immer und immer wieder, über Tausende von Metern. Und die Teile, die zuerst ausfallen, sind fast nie die, die regelmäßig überprüft werden.
Hier erfahren Sie, was bei HDD-Bohrgestängen tatsächlich schiefgeht, wo Sie suchen sollten und was Sie tun können, bevor es zum Ausfall kommt, der die Bohrung zum Stillstand bringt.
Die Gelenke verschleißen zuerst – und niemand sieht es kommen.
Das Werkzeuggelenk – das dicke, gestauchte Ende, an dem die Gestänge verbunden werden – ist der Abschnitt mit dem größten Durchmesser des Bohrstrangs. Es steht außerdem in ständigem Kontakt mit der Bohrlochwand. Während sich der Strang dreht und vorrückt, reibt das Gelenk an Erdreich, Gestein und Bohrklein. Der Gestängekörper mit seinem kleineren Durchmesser bewegt sich frei im Bohrloch. Das Gelenk trägt den gesamten Abrieb.
Der Verschleiß der Gelenkverbindung zeigt sich durch eine Verringerung des Außendurchmessers und eine Abnahme der Schulterdicke am Kolbenhals. Diese beiden Werte bestimmen die Güteklasse der Verbindung. Sobald der Außendurchmesser unter den Mindestwert der Güteklasse sinkt oder die Schulterdicke die Ausmusterungsgrenze überschreitet, ist die Verbindung verschlissen – selbst wenn der Kolbenkörper noch in gutem Zustand ist.
Eine häufige Komplikation: unterschiedliche Stahlsorten an derselben Baustelle. Eine G-105- und eine S-135-Verbindung mit gleicher Nennweite können unterschiedliche Mindest-Außendurchmesser aufweisen. Bei der Bewertung einer gemischten Strangverbindung ist der niedrigere Standard maßgeblich. Eine Verbindung, die die S-135-Kriterien erfüllt, kann bereits unter dem Mindestdurchmesser für G-105 liegen. Konsequentes Arbeiten ist wichtig, Raten hingegen nicht.
Was ist dagegen zu tun?Vor Inbetriebnahme des Gestänges sollte die Außenfläche der Verbindung mit einer Hartmetallbeschichtung – einer verschleißfesten Schweißauflage – versehen werden. Die Hartmetallbeschichtung verschleißt durch die Bohrlochwand und nicht durch den Stahl der Verbindung. Bei Verschleiß der Hartmetallbeschichtung muss diese erneuert werden. Allein durch diese Maßnahme kann die Lebensdauer der Verbindung verdoppelt oder verdreifacht werden. Sollte die Festigkeit einer Verbindung unter die Güteklasse 2 fallen, empfiehlt es sich, diese abzutrennen und zu ersetzen, sofern der Rohrkörper noch intakt ist. Eine neue Verbindung an einem intakten Rohr ist kostengünstiger als ein neues Gestänge, und der Großteil des Anlageguts kann erhalten werden.
Gewindeverschleiß: Das Drehmomentproblem, das niemand zugibt
Die Gewindestangen von Festplatten versagen auf zwei Arten. Die offensichtlichste ist mechanische Beschädigung – gequetschte Gewindegänge, abgeplatzte Gewindespitzen, durch Überlastung verformte Gewindeprofile. Diese Schäden werden bei der Inspektion erkannt, da sie sichtbar sind.
Die heimtückische Ursache ist das Kaltverschweißen – die Verbindung der Gewindeflächen beim Anziehen. Die Gewindegänge verbinden sich auf mikroskopischer Ebene. Beim Versuch, diese Verbindung zu lösen, reißt das Metall, anstatt zu gleiten. Die Gewindegänge werden beschädigt, ausgerissen oder festgefressen.
Die Hauptursache beim HDD-Bohrverfahren ist fast immer dieselbe: unzureichendes Anzugsmoment auf der gegenüberliegenden Seite der Kreuzung. Auf der Eintrittsseite wird das Gestänge mit dem richtigen Werkzeug und dem korrekten Drehmoment angezogen. Auf der Austrittsseite, wo die Aufweitbohr- oder Rückzugsvorrichtung angeschlossen wird, arbeitet das Team mit dem jeweils verfügbaren Werkzeug. Das angewendete Drehmoment beträgt nur einen Bruchteil des Sollwerts. Beim Einsetzen des Rückzugs und der Belastung des Gestänges zieht sich die unterdrehte Verbindung weiter fest – ein zweites Anziehen mit unkontrolliertem, übermäßigem Drehmoment. Genau dann kommt es zum Fressen.
Die Lösung:Verwenden Sie auf beiden Seiten der Kreuzungsstelle spezielles Anziehwerkzeug. Ausnahmslos. Tragen Sie Gewindedichtmittel mit 40–60 % Zinkanteil auf – diese spezielle Zusammensetzung bietet die richtigen Reibungseigenschaften, um Fressen beim Anziehen und Lösen zu verhindern. Zinkbasierte Dichtmittel sind zudem unter feuchten HDD-Bedingungen auswaschbeständiger als graphitbasierte Alternativen. Sollte eine Verbindung bereits gefressen haben, versuchen Sie nicht, sie zu retten. Schneiden Sie sie ab und schneiden Sie ein neues Gewinde. Der Preis für eine gefressene Verbindung, die sich beim Lösen festfrisst, ist ein verlorenes Bohrloch.
Die Risse, die man nicht sehen kann
Risse im Gestänge von HDD-Bohranlagen konzentrieren sich an einer vorhersehbaren Stelle: der Übergangszone. Dies ist der sich verjüngende Abschnitt, in dem sich das Gestänge verdickt, um auf die Werkzeugverbindung zu treffen. Es handelt sich um die Zone mit der höchsten Spannung im Gestänge, da sich hier der Querschnitt ändert und somit eine natürliche Spannungskonzentration entsteht.
Die Ursache ist Biegung. Ein Gestänge für HDD-Bohrungen folgt einem gekrümmten Bohrverlauf. Ist die tatsächliche Krümmung des Pilotlochs enger als geplant – beispielsweise durch einen Knick, eine abrupte Korrektur oder eine starre Biegung –, erfahren die Gestänge in diesem Abschnitt Biegemomente, die weit über ihre Auslegungsgrenze hinausgehen. Dasselbe geschieht beim Aufreiben, wenn das erweiterte Bohrloch unregelmäßig ist und einen Winkel zwischen Aufreiber, Gestänge und Bohrlochachse bildet.
Biegeermüdungsrisse entstehen an der Oberfläche der Übergangszone und wachsen mit jedem Zyklus nach innen. Sobald sie mit bloßem Auge sichtbar sind, sind sie bereits so tief, dass sie gefährlich werden.
Erkennung:Die Magnetflussleckprüfung (MFL) ist das wichtigste Verfahren zur Erkennung von Rohrrissen. Jede Stange sollte nach jeder Hauptbohrung oder nach einem festgelegten Zeitplan einer MFL-Prüfung unterzogen werden. Die MFL-Prüfung weist jedoch auch Schwachstellen auf – die Übergangszone der Stauchung, die Schulterfläche und der Außendurchmesser der Verbindung. Diese Bereiche erfordern eine ergänzende Magnetpulverprüfung (MT). Die Stangen müssen vor der Prüfung gründlich gereinigt werden, da Schlamm, Zunder und Rost falsche Signale erzeugen, die tatsächliche Defekte verdecken.
Robbengesichter: Weniger kritisch, aber immer noch relevant
Die HDD-Technologie arbeitet im Vergleich zur Tiefbohrung in der Öl- und Gasindustrie mit relativ niedrigem Spülungsdruck – typischerweise 15–30 Meter hydrostatischer Druck bei Umgebungstemperatur. Die Dichtflächen der HDD-Werkzeugverbindungen müssen daher keinen Druck von mehreren tausend PSI aushalten.
Das bedeutet, dass kleinere Beschädigungen der Dichtfläche – kleine Erhebungen, oberflächliche Poren – mit einer Feile ausgebessert und die Dichtfläche wiederverwendet werden kann. Tiefe Poren oder Risse, die sich von der Innen- zur Außendurchmesserseite über die Dichtfläche erstrecken, müssen aussortiert und repariert werden. Der Standard ist niedriger als im Ölfeld, aber nicht null. Eine Dichtfläche, die während des Bohrens Bohrschlamm durchlässt, reduziert die Strömungsgeschwindigkeit im Ringraum am Bohrmeißel, beeinträchtigt die Bohrlochreinigung und kann zu einem verstopften Ringraum und festsitzendem Bohrgestänge führen.
Ein spezifisches Problem beim HDD-Bohrverfahren: Bohrschlammreste im Bohrgestänge nach Abschluss der Arbeiten. Anders als bei vertikalen Bohrungen, wo das Rohr durch Schwerkraft entleert wird, sammelt sich in horizontalen Bohrgestängen Restschlamm an. Dieser trocknet und verhärtet sich über Wochen. Das Wiederanfahren einer Bohrung mit einem teilweise verstopften Bohrgestänge behindert den Durchfluss, erhöht den Pumpendruck und kann zu einem Bruch der Verbindung führen. Spülen Sie daher jedes Bohrgestänge nach Abschluss der Arbeiten mit Druckluft und Frischwasser durch. Verschließen Sie die Enden.
Die Zuteilungsregel
Nicht alle Pleuelstangen sind gleich. Einige haben eine größere Länge. Einige wurden durch härtere Bohrungen geführt. Einige weisen Verbindungen auf, die sich ihrer Festigkeitsgrenze nähern.
Bei der Bohrplanung sollten Sie Ihre besten Gestänge für die am stärksten beanspruchten Arbeitsgänge – Reiben und Zurückziehen – verwenden. In diesen Phasen treten die höchsten kombinierten Zug-, Drehmoment- und Biegebelastungen auf. Die Gestänge am vorderen Ende des Bohrstrangs – in der Nähe der Reibahle – sind am stärksten beansprucht. Setzen Sie Ihre Premium-Gestänge an diesen Stellen ein. Verwenden Sie Ihre brauchbaren, aber älteren Gestänge für das Pilotloch, wo die Belastungen geringer und die Folgen eines Versagens weniger gravierend sind.
Hier geht es nicht darum, einzelne Stangen zu bevorzugen. Es geht darum, den Zustand der Stangen an die Belastung anzupassen, damit die gesamte Flotte annähernd gleich schnell altert. Jede Stange muss erfasst und ihre Güteklasse ermittelt werden. Die Zuteilung erfolgt entsprechend.
