Vier wichtige Erkennungsdimensionen und praktische Maßnahmen zur Erkennung von Bohrerüberhitzung (Bohrerbrand)
Überhitzung des Bohrmeißels (auch als „Bohrmeißelbrand“ bekannt) ist eine häufige und potenziell schwerwiegende Fehlerursache bei Bohrarbeiten. Sie entsteht typischerweise durch übermäßige Reibung zwischen dem Bohrmeißel und dem Bohrlochgrund oder durch einen Zirkulationsausfall der Spülflüssigkeit, was zu einem raschen Temperaturanstieg im Bohrloch führt. Zu den Folgen gehören Beschädigungen des Bohrmeißels, Bohrlochverlust und Folgeprobleme wie Bohrlocheinsturz. Das frühzeitige Erkennen von Anzeichen an der Oberfläche verschafft Zeit für Korrekturmaßnahmen und reduziert Verluste. Im Folgenden werden praktische Erkennungsmethoden und Vorsichtsmaßnahmen für die Praxis in vier zentralen Bereichen beschrieben: Bohrparameter, Rückflüsse am Bohrlochkopf, Bohrgeräusche und die Inspektion des Bohrmeißels nach dem Bohren.
Überwachen Sie anormale Änderungen der Bohrparameter genau. Die Stabilität der Bohrparameter spiegelt direkt die Bedingungen im Bohrloch wider. Vor und während der frühen Phase der Überhitzung des Bohrers weisen Schlüsselparameter wie Gewicht auf dem Bohrer, Drehzahl und Pumpendruck typischerweise deutliche Anomalien auf. Die Echtzeit-Überwachung mittels Instrumenten in Kombination mit der Erfahrung des Bedieners ist unerlässlich.
Gekoppelte Anomalien von Gewicht auf dem Bohrmeißel und Drehzahl: Beim normalen Bohren werden Gewicht auf dem Bohrmeißel (WOB) und Drehzahl (RPM) an die Formation angepasst und bleiben relativ stabil, um einen effizienten Bohrvorgang zu gewährleisten. Bei übermäßiger Reibung oder partieller Adhäsion zwischen Bohrmeißel und Bohrlochgrund tritt eine charakteristische gekoppelte Anomalie auf: Das Gewicht auf dem Bohrmeißel steigt sprunghaft an, während die Drehzahl deutlich abfällt. Das Gewicht auf dem Bohrmeißel kann um 30 % oder mehr gegenüber dem Normalwert ansteigen, und die Drehzahl kann abrupt sinken oder zum Stillstand kommen. Dies deutet auf einen plötzlichen Anstieg des Widerstands gegen die Bohrmeißelbewegung hin; wird dieser nicht korrigiert, kann er schnell zu Überhitzung führen. Es handelt sich hierbei um ein plötzliches Ungleichgewicht der Parameter und nicht um die allmähliche Änderung, die bei einem lithologischen Übergang zu erwarten ist.
Plötzliche Änderungen und Instabilität des Pumpendrucks: Eine ordnungsgemäße Zirkulation der Bohrflüssigkeit (Bohrschlamm, Frischwasser usw.) ist entscheidend für die Kontrolle der Bohrlochtemperatur und den Abtransport des Bohrkleins. Eine Überhitzung des Bohrmeißels führt zu Bohrkleinansammlungen und einer Ausdehnung der Meißelmatrix. Dies kann die Strömungswege blockieren und die Zirkulation stören, was zu einem anormalen Pumpendruckverhalten führt. Unter normalen Bedingungen bleibt der Pumpendruck in einem festgelegten Bereich mit minimalen Schwankungen. Ein plötzlicher Anstieg des Pumpendrucks, begleitet von häufigen Oszillationen, oder ein Zustand, bei dem der Druck sprunghaft ansteigt und nicht wieder abfällt (Pumpenstillstand), deutet stark auf eine eingeschränkte Zirkulation und einen Anstieg der Bohrlochtemperatur hin. In solchen Fällen muss das Bohren sofort gestoppt und das Zirkulationssystem überprüft werden – versuchen Sie nicht, das Problem durch Erhöhung des Drucks zu beheben.
Achten Sie genau auf den Rücklauf am Bohrlochkopf. Der Rücklauf am Bohrlochkopf ermöglicht einen direkten Einblick in die Bedingungen im Bohrloch. Hohe Temperaturen und Veränderungen in der Zusammensetzung des Bohrkleins aufgrund von Überhitzung des Bohrers spiegeln sich in Temperatur, Farbe und Sandgehalt des Rücklaufs wider. Kombinieren Sie sensorische Prüfungen mit einfachen Messungen, um Probleme zu identifizieren.
Ungewöhnlicher Anstieg der Rücklauftemperatur: Im Normalbetrieb ist der Rücklauf aufgrund von Reibungswärme etwas wärmer als die Umgebungstemperatur, aber nicht unangenehm heiß. Bei Überhitzung des Bohrers können die Temperaturen im Bohrloch lokal Hunderte von Grad Celsius erreichen, was zu einem starken Anstieg der Rücklauftemperatur führt. Die Berührung der Rücklaufleitung oder die Entnahme einer kleinen Probe kann ein deutliches Brennen verursachen; ein Thermometer kann einen Anstieg von 15 °C oder mehr über die normale Betriebstemperatur anzeigen, mit einem anhaltenden Aufwärtstrend. Ein solches Muster deutet auf eine ungewöhnlich hohe Temperatur im Bohrloch und ein sehr hohes Risiko von Bohrerüberhitzung hin. Vergleichen Sie die Temperatur stets mit der Umgebungstemperatur, um Fehlalarme zu vermeiden, und vermeiden Sie direkten Kontakt mit sehr heißem Rücklauf – verwenden Sie geeignete Schutzausrüstung.
Veränderungen der Rücklauffarbe und des Sand-/Bohrgutanteils: Die normale Rücklauffarbe entspricht der Lithologie des durchbohrten Gesteins (z. B. hellgelb für Sandstein, graubraun für Schiefer) und enthält nur wenig Sand mit geringer oder keiner sichtbaren Ablagerung. Durch Überhitzung des Bohrers gelangt Matrixmaterial (oft Hartmetall, polykristalliner Diamant oder ähnliche Materialien), das thermisch verändert und mit Gesteinsfeinanteilen vermischt wurde, in den Rücklauf. Dies führt zu dunkleren Rückläufen – schwarz, dunkelgrau oder dunkelbraun –, deren Farbe mit zunehmender Überhitzung intensiver wird. Der Anteil an Sand und Feinfragmenten nimmt deutlich zu; lässt man eine Probe kurz absetzen, zeigen sich starke Ablagerungen feiner schwarzer Partikel (Matrixpulver), vermischt mit Gesteinssand und -grit mit rauer Textur. Die gleichzeitige Farbveränderung und die erhöhte Sedimentmenge sind charakteristische Anzeichen für eine Überhitzung des Bohrers.
Achten Sie auf Veränderungen der Bohrgeräusche. Die Geräusche, die durch die Interaktion des Bohrmeißels mit dem Gestein entstehen, liefern wichtige Diagnoseinformationen. Erfahrene Bohrmeister können Anomalien anhand des Geräusches erkennen: Normales Bohren erzeugt ein gleichmäßiges, gleichmäßiges Schneidgeräusch – oft als Summen oder rhythmisches Poltern beschrieben – ohne Nebengeräusche. Bei zunehmender Überhitzung ändert sich die Interaktion von Schneiden mit Reibungsschmierung zu trockenem oder halbtrockenem Schleifen; die akustische Signatur verändert sich deutlich. Ein beginnendes Durchbrennen kann scharfe, zischende oder quietschende Reibungsgeräusche in Verbindung mit verstärkten Vibrationen des Bohrgestänges verursachen. Fortgeschritteneres Durchbrennen, bei dem die Bohrmeißelmatrix am Gestein haftet oder sich dagegen verformt, erzeugt dumpfe Aufprallgeräusche – dumpfe Schläge oder laute Stöße – und verstärkte Vibrationen, die sich bis zum Bohrplatz übertragen können. Bei solchen Veränderungen sollten Sie das Bohren stoppen und den Bohrmeißel überprüfen, um weitere Schäden zu verhindern.
Führen Sie nach dem Ausfahren des Bohrers standardisierte Inspektionen des Bohrers durch. Deuten Oberflächenindikatoren auf eine Überhitzung des Bohrers hin oder treten während des Bohrvorgangs weiterhin ungelöste Anomalien auf, ziehen Sie den Bohrer zur direkten Inspektion heraus. Die Untersuchung des Aussehens und der Verschleißmuster des Bohrers ist die sicherste Methode, um Verbrennungen zu bestätigen und die weiteren Abhilfemaßnahmen festzulegen.
Sichtbare Anzeichen von Hitzeschäden: Ein intakter Bohrmeißel weist eine gleichmäßige Farbe und intaktes Matrixmaterial ohne Verfärbungen oder Verformungen auf. Ein verbrannter Bohrmeißel zeigt deutliche Anzeichen von Hitzeschäden: Oberflächenverfärbungen (typischerweise blauschwarz oder dunkelrot durch Oxidation bei hohen Temperaturen), lokale Verformungen oder Verzerrungen, Delaminationen oder Risse an der Verbindungsstelle zwischen Matrixmaterial und Bohrmeißelkörper sowie in schweren Fällen unregelmäßige, verschmolzene und erstarrte Auswüchse durch lokales Schmelzen. Bei Diamantbohrmeißeln ist auf Diamantkornverlust und verkohltes, geschwärztes Matrixmaterial zu achten. Das Vorhandensein dieser Merkmale bestätigt direkt die Überhitzung des Bohrmeißels.
Abnormale Verschleißmuster: Bei normalem Bohren ist der Verschleiß gleichmäßig und korreliert mit der Bohrtiefe und der Härte des Gesteins (geringer Verschleiß in weichem Gestein, normaler Verschleiß in härteren Gesteinen). Überhitzung des Bohrers führt zu deutlich abnormalem Verschleiß: beschleunigter Verschleiß, bei dem der Bohrer bereits nach relativ geringer Eindringtiefe starke Abnutzungserscheinungen zeigt – was auf eine deutlich über dem Normalwert liegende Verschleißrate hindeutet – und stark ungleichmäßiger Verschleiß, der sich einseitig oder in Form von lokalisierten Vertiefungen oder Ausbrüchen konzentriert (einseitige Abnutzung oder Lochfraß). Dieses Missverhältnis zwischen Bohrtiefe und Verschleißgrad sowie das Vorhandensein lokalisierter Schäden sprechen stark für die Diagnose einer Überhitzung des Bohrers, insbesondere wenn die sichtbare Verfärbung durch Hitzeeinwirkung minimal ist.
Integrierte Diagnose und Reaktion: Die Anzeichen einer Überhitzung des Bohrmeißels hängen miteinander zusammen und verstärken sich. Kombinieren Sie mehrdimensionale Beobachtungen – beispielsweise Parameteranomalien in Verbindung mit steigender Rücklauftemperatur und veränderten Bohrgeräuschen – für eine frühzeitige Diagnose. Bestätigen Sie diese durch das Absenken und die Inspektion des Bohrmeißels. Rechtzeitige Maßnahmen wie das Anhalten der Bohranlage, das Spülen der Spülkanäle und der Austausch des Bohrmeißels können Anlagenschäden und Projektverzögerungen deutlich reduzieren und zur Aufrechterhaltung der Bohrsicherheit und -effizienz beitragen. Regelmäßige Betriebsabläufe – die korrekte Einstellung der Bohrparameter, die Sicherstellung einer zuverlässigen Spülflüssigkeitszirkulation und die Einhaltung der Inspektionsverfahren – minimieren das Risiko einer Überhitzung des Bohrmeißels von vornherein.
