Wie lässt sich das Festklemmen des Bohrgestänges (Gewichtsverlust am Bohrmeißel) beim Bohren verhindern?

Der Begriff „Gewichtsverlust am Bohrmeißel“ (LWB) bezeichnet ein Szenario beim Bohren, in dem das vorgesehene Gewicht am Bohrmeißel (WOB) nicht auf diesen wirkt. Stattdessen wird aufgrund übermäßiger Reibung zwischen dem Bohrgestänge und der Bohrlochwand das gesamte aufgebrachte Gewicht vom Bohrgestänge absorbiert.

Bei der Anwendung von WOB führt die Schrumpfung des Bohrlochs häufig dazu, dass das Gewicht vollständig auf den... wirkt.Bohrstrangoder Stabilisatoren. Dies erfordert kontinuierliches Aufbringen von Gewicht, wobei die Druckfestigkeit des Bohrgestänges berücksichtigt werden muss. Jede Gewichtszunahme kann eine geringfügige Abwärtsbewegung des Bohrgestänges bewirken; wiederholtes Aufbringen von Gewicht ermöglicht es dem Bohrgestänge, den verengten Bohrlochabschnitt zu passieren. Sobald das Bohrgestänge diesen Abschnitt verlässt, berührt der Bohrmeißel schnell den Bohrlochgrund. Da das Gewicht auf dem Bohrmeißel (WOB) an diesem Punkt höher ist als beim normalen Bohren, dringt der Meißel tiefer in die Formation ein, was zu einem plötzlichen Drehmomentanstieg führt. Dies kann zum Stillstand des Drehtisches oder des Top Drives führen. Sollte es zum Stillstand kommen, heben Sie das Bohrgestänge nicht abrupt an – reduzieren Sie zuerst das Drehmoment. Nach einigen Korrekturen kann das normale Bohren fortgesetzt werden.

Gewichtsverlust am Bohrmeißel tritt typischerweise in folgenden Fällen auf: Richtbohrungen vertikaler Bohrungen mit Aufweitung oder mehrfacher Aufweitung, Richtbohrungen mit Fensterfräsen und Ablenkung sowie Richtbohrungen horizontaler Bohrungen. Aufgrund des Bohrlochverlaufs und verschiedener Widerstandsfaktoren wird die Übertragung des auf das Bohrgestänge ausgeübten Drucks auf den Bohrmeißel erschwert. Mithilfe umfassender Schlammprotokollierungsinstrumente und Gewichtsanzeigen lässt sich dies wie folgt darstellen: Die Position des Bohrmeißels bleibt unverändert und es wird trotz kontinuierlicher Gewichtszunahme am Bohrmeißel kein Bohrfortschritt erzielt; der Pumpendruck steigt nicht an und es kommt nicht zu einer Pumpenblockade. Eine weitere Gewichtszunahme am Bohrmeißel kann jedoch zu einer plötzlichen Pumpenblockade führen. Bei Richtbohrungen stört Gewichtsverlust am Bohrmeißel nicht nur den normalen Richtvorgang, sondern birgt bei unsachgemäßer Bedienung auch das Risiko eines Festbohrens des Bohrgestänges.

1. Verbesserung der Bohrlochverlaufskontrolle und Optimierung der Bohrstrangkonfiguration

Um den durch eine ungenaue Bohrlochgeometrie bedingten Gewichtsverlust am Bohrmeißel zu beheben, besteht die wichtigste technische Maßnahme in der Verbesserung der Bohrlochgeometriekontrolle. Bei Richtbohrungen mit hohem Einfallswinkel und großer Reichweite sollte eine bohrlochgeführte Steuerung eingesetzt werden, um die Bohrlochabweichung und den Azimut im Einklang mit der Planung zu halten und ein Aufweiten aufgrund von Abweichungen von der Planung zu vermeiden.

Bei durch ungünstige Bohrlochverläufe bedingtem Gewichtsverlust am Bohrmeißel ist die effektivste Lösung die Vereinfachung der Bohrstrangkonfiguration: Reduzierung der Anzahl der Bohrgestänge und Erhöhung der Anzahl der Schwerlastbohrrohre. Dies verringert die Steifigkeit des Bohrstrangs, reduziert die Kontaktfläche zwischen Bohrstrang und Filterkuchen und verhindert sowohl Gewichtsverlust am Bohrmeißel als auch Differentialklemmen.

Bei der Reduzierung des Gewichtsverlusts am Bohrmeißel in Horizontalbohrungen sollten die Maßnahmen auf die Reinigung des Bohrlochs, die Schmierung und die Betriebstechniken des Bohrers abzielen.

2. Verbesserte Reinigung

Die verbesserte Reinigung umfasst die Bohrlochreinigung und die Oberflächenspülungsreinigung mithilfe von Oberflächenfeststoffkontrollgeräten.

Verbesserung der Förderkapazität des Spülungsschlamms

Bei aktuellen Richtbohrprojekten werden häufig PDC-Meißel in Kombination mit steuerbarer Motortechnologie eingesetzt, die einen relativ schnellen Bohrfortschritt ermöglichen und das Bohrklein in feine Partikel zerkleinern – was gewisse Herausforderungen für die Bohrlochreinigung mit sich bringt.

Verdrängungsanforderungen für verschiedene Bohrlochabschnitte:Für den Bohrlochabschnitt φ311 mm muss die Verdrängung größer als 3,4 m³/min sein; für den Bohrlochabschnitt φ216 mm muss sie größer als 1,1 m³/min sein.

Anpassung der rheologischen Parameter der Spülung basierend auf der Rückführung von Bohrklein:Bei polymerbasierten Bohrflüssigkeiten mit niedrigem Feststoffgehalt sollte das dynamische Plastizitätsverhältnis zwischen 0,42 und 0,50 liegen, um eine gute Förderwirkung des Bohrkleins zu gewährleisten. Hinsichtlich der Viskosität und Gelstärke der Spülung sollte die Viskosität bei Richtbohrungen mit hohem Einfallswinkel über 48 Sekunden liegen – eine hohe Viskosität und Gelstärke verhindern das vertikale Absetzen des Bohrkleins.

Bei einem Bohrprojekt mit einer Bohrlochabweichung von 50–60 Grad führte die Zugabe eines organischen Positivgels zu einer Verringerung der Spülungsviskosität auf etwa 42 Sekunden. Dies verursachte einen unzureichenden Rückfluss des Bohrkleins und einen Gewichtsverlust am Bohrmeißel während des Richtbohrens. Normale Bohrlochbedingungen wurden wiederhergestellt, nachdem die Spülungsviskosität auf 50 Sekunden erhöht wurde.

Bei Bohrungen mit einer Tiefe von über 200–300 Metern können Horizontalbohrungen mit einer Abweichung von 20–30 Grad bis zum Bohrlochabschnitt gezogen werden. In der Bohrstrangkonfiguration für Richtbohrungen werden üblicherweise mehrere Bohrgestänge verwendet. In neu gebohrten Bohrlöchern erhöht das Vorhandensein von Bohrgestängen die Rücklaufgeschwindigkeit der Spülflüssigkeit im Ringraum, sodass sich Bohrkleinablagerungen üblicherweise im alten Bohrloch absetzen. Daher ziehen manche Bohrteams nur den neu gebohrten Abschnitt, was die Auflockerung der Bohrkleinablagerungen kaum beeinflusst.

3. Verbesserung der Schmierfähigkeit des Bohrschlamms und der Qualität des Bohrkuchens

Verbesserung der Schlammschmierfähigkeit

Zu den konkreten Maßnahmen zur Verbesserung der Schmierfähigkeit des Bohrschlamms gehören erstens die Erhöhung der Schmiermittelmenge und zweitens die Verwendung einer Kombination verschiedener Schmiermittel.

Beim Richtbohren wird dem Bohrschlamm üblicherweise Rohöl beigemischt. Obwohl Rohöl gute Schmiereigenschaften besitzt, verschlechtert seine Zugabe die Qualität des Filterkuchens. Daher sollte Rohöl beim Richtbohren in Kombination mit wasserbasierten Schmierstoffen verwendet werden. Dies löst nicht nur das Schmierproblem, sondern verhindert auch die Bildung dicker Filterkuchen durch zu hohe Rohöldosierung.

Die Gleitreibung nimmt mit dem Reibungskoeffizienten zu. Um dem entgegenzuwirken, können dem Bohrschlamm etwa 3–5 Tonnen Rohöl beigemischt werden, wobei der Rohölgehalt 9–10 % nicht überschreiten sollte.

Verbesserung der Schlammkuchenqualität

Zur Verbesserung der Filterkuchenqualität können Filterkuchenmaterialien wie sulfoniertes Asphalt und Phenolharz hinzugefügt werden. Ein hochwertiger Filterkuchen verringert das Risiko von Differenzialverklemmungen durch Gewichtsverlust am Bohrmeißel.

Neben flüssigen Schmierstoffen sind auch Festschmierstoffe und Hochdruckschmierstoffe wirksam, um den Gewichtsverlust am Bohrmeißel zu reduzieren. Tritt Gewichtsverlust am Bohrmeißel beim Richtbohren in harten Gesteinsformationen auf, hat die Zugabe von 200–300 kg expandiertem Graphit auf einmal eine gute Wirkung, um den durch mangelnde Schmierfähigkeit verursachten Gewichtsverlust zu beheben.

Kontakt: May Ye

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