Ölbohrgestänge vs. DTH-Bohrstange: Sie sehen ähnlich aus, sind aber nicht verwandt.

Ein neuer Mitarbeiter in einem Bergbauteam griff sich einmal ein vermeintliches Ersatzbohrgestänge aus dem Gestell und versuchte, es in einen DTH-Hammer einzuspannen. Das Gestänge passte einigermaßen ins Bohrfutter. Das Gewinde griff auch irgendwie. Der Kompressor sprang an, der Hammer begann zu arbeiten, und innerhalb von etwa zwanzig Minuten hatte sich das Gestänge an der ersten Gewindeverbindung spiralförmig verdreht. Das Gestänge war nicht defekt. Es handelte sich um ein Ölbohrrohr – für Rotation, nicht für Schlagarbeit ausgelegt – und es war für eine Aufgabe verwendet worden, für die es nie gebaut worden war.

Wer in der Bergbau- und Öl- und Gasindustrie arbeitet oder im Einkauf Werkzeuge für verschiedene Baustellen beschafft, hat wahrscheinlich schon einmal Bohrgestänge und DTH-Bohrstangen auf demselben Lagerplatz gesehen und sich gefragt, ob sie austauschbar sind. Die Antwort lautet: Nein. Hier sind die vier Gründe, warum sie sich grundlegend unterscheiden.

Unterschied eins: Wozu sie eigentlich dienen

Ölbohrrohre haben genau eine Aufgabe: Sie bringen den Bohrmeißel bis zum Grund eines mehrere tausend Meter tiefen Bohrlochs, erzeugen genügend Rotation, um den Meißel zu drehen, und pumpen Bohrflüssigkeit durch das Rohr, um das Bohrklein wieder nach oben zu befördern. Das ist alles. Ihre gesamte Konstruktion basiert auf den Gegebenheiten tiefer, unter hohem Druck stehender Bohrlöcher, wo die größten Gefahren interne Korrosion durch Bohrschlamm, externer Verschleiß durch Reibung am Bohrrohr und Materialermüdung durch die zyklische Belastung beim Ein- und Ausfahren sind.

DTH-Bohrgestänge arbeiten in einer völlig anderen Welt. Ihre Aufgabe ist es, zwischen dem DTH-Hammer und dem Bohrgerät zu sitzen und Rotation und Vorschubdruck auf den Hammer zu übertragen, während gleichzeitig Druckluft durch das Zentrum geleitet wird, um den Kolben des Hammers anzutreiben und das Bohrgut aus dem Bohrloch zu befördern. Sie erzeugen keine Schläge – das übernimmt der Hammer –, müssen aber in der vibrationsreichen und abrasiven Umgebung direkt über dem Hammer bestehen, wo jeder Schlag eine Stoßwelle im Stahl erzeugt und Gesteinsspäne mit nahezu Schallgeschwindigkeit vorbeifliegen.

Ölbohrgestänge: Tausende von Metern, Rotation, Spülungszirkulation. DTH-Bohrgestänge: Zehn bis Hunderte von Metern, Rotation plus Vibration, Druckluft. Zwei völlig verschiedene Welten.

Zweiter Unterschied: Wie sie aus der Nähe aussehen

Nimmt man ein Ölbohrrohr in die Hand, fällt als Erstes das Gewicht auf. Es handelt sich um ein nahtloses Stahlrohr mit einer Wandstärke von üblicherweise 9 bis 11 Millimetern und einem durchgehend glatten, kreisförmigen Querschnitt. Die Enden sind mit API-konformen Gewindeanschlüssen versehen – IF, FH, NC oder ähnlichen Bezeichnungen, die auf in der Ölindustrie standardisierte Gewindeprofile verweisen. Die Gewinde werden mit engen Toleranzen gefertigt, da sie einem Innendruck von mehreren tausend PSI standhalten und gleichzeitig ein Drehmoment von mehreren zehntausend Fuß-Pfund übertragen müssen.

Nehmen Sie nun ein DTH-Bohrgestänge zur Hand. Es ist im Verhältnis zu seiner Länge leichter und hat anstelle eines glatten, runden Rohrs meist einen sechseckigen Querschnitt. Die Sechskantform ist nicht nur optischer Natur – sie bietet dem Auslöseschlüssel der Bohranlage beim Gestängewechsel ebene Auflageflächen und verleiht dem Gestänge in den für das Schlagbohren relevanten Richtungen eine höhere Biegesteifigkeit. Die Mittelbohrung dient der Druckluftzufuhr, nicht der Spülung, daher ist der Innendurchmesser auf das Luftvolumen und nicht auf den Flüssigkeitsdurchfluss ausgelegt. Die Endverbindungen sind typischerweise als abgeschrägte, flache Ausführung ausgeführt, die die Schlagenergie des Hammers auf das Gestänge überträgt, ohne die Gewindegänge zu belasten – ganz anders als die API-Gewindeprofile an Ölleitungen.

Wenn Sie im Garten stehen und versuchen, die Rohre zu unterscheiden, achten Sie auf den sechseckigen Schaft. Rund, schwer, mit präzisem Kegelgewinde? Ölrohr. Sechseckig, leichter pro Meter, mit flachen Anschlüssen? DTH-Stange. Das ist die Antwort.

Dritter Unterschied: Wie sie unter Last funktionieren

Genau dieser Unterschied erklärt, warum man das eine niemals durch das andere ersetzen kann.

Ein Ölbohrgestänge rotiert während seiner gesamten Lebensdauer. Der Top Drive oder Drehtisch versetzt das gesamte Bohrgestänge in Rotation, und die Aufgabe des Gestänges besteht darin, das Drehmoment effizient zu übertragen, ohne sich zu verdrehen. Die Belastung besteht hauptsächlich aus Torsionsscherung, ergänzt durch eine Zugkraft aufgrund des Gewichts des darunterliegenden Bohrgestänges. Stoßbelastungen treten nicht auf. Das Gestänge rotiert gleichmäßig, zumindest so gleichmäßig, wie es die Bedingungen im Bohrloch zulassen, und ist für Millionen von Rotationszyklen während seiner Lebensdauer ausgelegt.

Ein DTH-Bohrgestänge arbeitet unter völlig anderen Belastungsbedingungen. Der Hammer am unteren Ende des Gestänges trifft dutzende Male pro Sekunde auf den Bohrmeißel – jeder Schlag erzeugt einen Stoß, der eine Kompressionswelle im Gestänge nach oben sendet. Zusätzlich wirkt die Rotation der Bohranlage – deutlich langsamer als bei einer Ölbohranlage, üblicherweise 20 bis 60 U/min – und der Vorschubdruck. Das Gestänge ist gleichzeitig Torsion, axialer Kompression und hochfrequenten Vibrationen ausgesetzt, sowie abrasivem Verschleiß durch das Gesteinsbohrgut, das im Ringspalt an der Außenfläche vorbeiströmt.

Setzt man ein Ölbohrgestänge in eine DTH-Anwendung ein, so erleiden die Gewindeverbindungen – die für eine reibungslose Rotation ausgelegt sind – bereits im ersten Arbeitsgang durch die Stoßvibrationen Materialermüdungsrisse. Der für Torsion ausgelegte Rohrkörper knickt unter der kombinierten Kompression und Vibration ein. Und die glatte, runde Außenfläche ohne griffige Auflageflächen rutscht beim Löseschlüssel ab und erschwert jeden Gestängewechsel.

Setzt man eine DTH-Gestänge in ein Ölbohrloch ein, so verursacht der sechseckige Körper Turbulenzen im Bohrschlamm, die planparallelen Verbindungen dichten nicht gegen den Formationsdruck ab, und das Gestänge – das nie für tausende Meter Rotation ausgelegt war – verdreht sich bei einem Bruchteil des Drehmoments, dem ein Ölrohr routinemäßig standhält.

Unterschied vier: Woraus sie bestehen und wie sie bewertet werden

Ölbohrrohre werden nach Stahlgüte spezifiziert – E75, X95, G105, S135 – wobei die Zahl die Mindeststreckgrenze in Tausend PSI angibt. S135-Rohre weisen eine Streckgrenze von 135.000 PSI auf. Es handelt sich um hochfeste und zähe Stähle, die mit Chrom und Molybdän legiert sind, um Korrosionsbeständigkeit gegenüber Bohrschlamm und Formationsflüssigkeiten zu gewährleisten. Die Wärmebehandlung erfolgt durch Abschrecken und Anlassen, wodurch ein gleichmäßiges Mikrogefüge über die gesamte Wandstärke entsteht, das hohen Torsionskräften ohne Sprödbruch standhält.

DTH-Bohrgestänge werden aus verschiedenen Legierungen mit unterschiedlichen Anforderungen gefertigt. Der Stahl benötigt eine hohe Oberflächenhärte, um dem abrasiven Verschleiß durch Bohrklein zu widerstehen – typischerweise erreicht durch Aufkohlen oder Induktionshärten der Außenfläche –, während der Kern zäh bleiben muss, um Stöße ohne Rissbildung abzufangen. Diese oberflächengehärtete Struktur unterscheidet sich grundlegend von der durchgehärteten Struktur von Ölrohren. Der Legierungsgehalt ist typischerweise niedriger an Nickel und höher an Mangan und Silizium, optimiert für Verschleißfestigkeit anstatt für Korrosionsbeständigkeit in Tiefbohrungen.

Auch die Klassifizierungssysteme unterscheiden sich. Ölrohre folgen den API-Spezifikationen mit klar definierten Güteklassen. DTH-Gestänge werden üblicherweise nach dem herstellereigenen Klassifizierungssystem spezifiziert, das auf die Gesteinsbeschaffenheit und die Kompatibilität mit Hämmern abgestimmt ist. Man kauft kein DTH-Gestänge mit der Güteklasse "grade S135", sondern ein Gestänge, das für eine bestimmte Hammergröße und Gesteinsabriebklasse spezifiziert ist.

Fazit

Ölbohrrohre und DTH-Bohrstangen ähneln sich in etwa so sehr, wie ein Lkw und ein Geländewagen vier Räder haben. Es handelt sich in beiden Fällen um lange, hohle Stahlrohre, die mit Bohrgeräten verbunden werden. Doch damit enden die Gemeinsamkeiten auch schon.

Wenn Sie eine Bohrstelle im Bergbau oder auf Baustellen ausstatten, benötigen Sie DTH-Bohrgestänge – sechseckig, einsatzgehärtet und für Schlag- und Abriebbelastung ausgelegt. Sollten Sie versehentlich Ölleitungen auf die Baustelle bekommen, verwenden Sie diese nicht. Die Folge wären ein verdrehter, ermüdungsbedingter Bruch und eine Mannschaft, die zusehen muss, wie die Bohranlage stillsteht. Das richtige Werkzeug für die jeweilige Aufgabe ist keine bloße Empfehlung – beim Bohren entscheidet es darüber, ob ein Bohrloch entsteht oder Schrott produziert wird.