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ERKUNDUNG

2. April 2020

Richtungsbohren mit Wireline Core Barrels

Das Richtungsbohren ist seit vielen Jahren eine Herausforderung für die Industrie, die durch die Entwicklung vieler verschiedener Werkzeuglösungen und Bohrpraktiken bewältigt wird. Von einfachen, neu konfigurierten Drahtkernfässern und modifizierten Bohrparametern bis hin zu lenkbaren Werkzeugen und Bohrlochmotoren wird der Erfolg durch Erreichen des gewünschten Ziels unter Verwendung einer ausreichend allmählichen Abweichung (en) definiert, um eine „übermäßige Stangenbelastung“ zu vermeiden.

Der Widerstand des Bohrstrangs gegen Abweichungen - auch als "Steifheit" bezeichnet - kann durch sein Material und seine mechanischen Eigenschaften bestimmt werden. Da alle drahtgebundenen Rohrkomponenten aus kaltgezogenem Stahlrohr bestehen, haben sie alle die gleichen grundlegenden Eigenschaften. Speziell, unabhängig von Chemie, Wärmebehandlung oder HärteAlle Stahlsorten reagieren mit der gleichen Biegung auf eine bestimmte Last (das Verhältnis von Spannung (Last) zu Dehnung (Biegung) wird als „Elastizitätsmodul“ bezeichnet). Darüber hinaus weisen zwei Stahlrohrkomponenten mit gleichen Abmessungen die gleiche Steifigkeit auf, selbst wenn sie von verschiedenen Lieferanten hergestellt werden, unabhängig von der Stahlsorte, der Wärmebehandlung oder der Härte.

Das Richtungsverhalten oder die Empfindlichkeit des Bohrstrangs gegenüber Änderungen der Bohrlasten oder -geschwindigkeiten oder der Formationsänderungen hängt stark von der Steifigkeit des Bohrstrangs ab. Die Steifigkeit von drahtgebundenen Bohrstangen verdoppelt sich beim Übergang zum nächstgrößeren System (z. B. BQ zu NQ, NQ zu HQ usw.) mehr als. Infolgedessen bohren größere Systeme gerader, weisen jedoch beim Bohren durch Bohrlochabweichungen einen viel höheren Widerstand und eine größere seitliche Belastung auf. Bei einem typischen imprägnierten Bohrer und konstanten Bohrparametern (unter der Annahme, dass sich die Formation nicht ändert) neigt das Bohrloch dazu, eine langsame Helix zu bilden, die hauptsächlich durch die Steifheit des Bohrstrangs bestimmt wird. Bei Bohrlochreibung kann der Bohrstrang selbst instabil werden und sich in eine spiralförmige Form knicken, die sich bei Änderungen der Bohrlasten und -geschwindigkeiten festzieht oder lockert, beim Entladen jedoch elastisch gerade zurückkehrt.

Das Q ™ Wireline Core Barrel wurde ursprünglich entwickelt, um ein Außenrohr mit einem wesentlich größeren Durchmesser und einer wesentlich größeren Wandstärke als die dahinter stehende instabile Reihe von Bohrstangen zu verwenden. Standardaußenrohre bieten eine um ca. 40% höhere Steifigkeit, und Vollrohr-Außenrohre bieten eine um ca. 70% höhere Steifigkeit! Das Außenrohr kann dann als stabilisierendes Lager oder Bund dienen. Je größer die Zunahme der Steifheit ist, desto wirksamer ist eine Richtungssteuerung, um Änderungen der Formation, der Bohrparameter oder der Stabilität des Bohrstrangs zu widerstehen. Diese Steuerung kann durch stabilisierte Reibschalen, stabilisierte Adapterkupplungen und stabilisierte Verriegelungskupplungen verbessert werden.

Berücksichtigen Sie den Richtungsaufprall, wenn das Außenrohr durch eine andere Bohrstange ersetzt wird, wodurch Unterschiede in der Steifigkeit des Bohrstrangs und der damit verbundenen Richtungssteuerung vollständig beseitigt werden. Ursprünglich in den 1980er Jahren entwickelt, um Bohrlochabweichungen zu beseitigen, ersetzen Kernrohrkonfigurationen, die als „Flexi-Zylinder“ bezeichnet werden, das Außenrohr durch eine Baugruppe aus Bohrstange und Adaptern gleicher Länge. Das Fehlen einer Richtungssteuerung in Kombination mit dem Fehlen einer Richtungsvorhersagbarkeit führt jedoch typischerweise zu unregelmäßigen Abweichungen, die entweder Korrekturabweichungsversuche oder Reiben erfordern, um übermäßige Abweichungen zu verringern. Daher wird die Verwendung von Flexi-Fässern nicht empfohlen.

Berücksichtigen Sie bei der Planung von Löchern die möglichen Auswirkungen von Stababweichungen. Die Steifheit von Stahlrohren ist relativ hoch und nimmt, wie bereits erwähnt, mit der Systemgröße und der Querschnittsdicke zu. Infolgedessen reagiert der Bohrstrang mit hohen Seitenlasten gegen die Bohrlochwand, insbesondere kurz vor und nach einer Abweichung. Beispielsweise erzeugt eine Bohrstange der Größe NQ ™, die auf die empfohlene maximale Abweichung von 1,0 Grad über ihre Länge ausgelenkt wird, eine Seitenlast von ungefähr 9 kN (2.000 lb), und eine HQ ™ erzeugt 18 kN (4.000 lb) bei nur 0,8 Grad pro Stablänge. Abhängig von der Formation können diese hohen Seitenlasten ein hohes Drehmoment, starken Stangenverschleiß oder sogar "Heat Check Cracking" erzeugen. Darüber hinaus erzeugen diese Kontaktpunkte Widerstands- und Stick-Slip-Bedingungen, die eine dynamische Reaktion erzeugen können, die ausreicht, um den Bohrstrang dauerhaft in eine spiralförmige Form zu verformen. In extremen Fällen, in denen der Bohrstrang genügend Umdrehungen ausführt, die sich der maximalen Abweichung nähern oder diese überschreiten, treten Ermüdungsfehler auf. Die Verwendung der minimal möglichen Abweichung, die möglich ist, um das Ziel zu treffen, und das Festhalten an der Stange der Größe NQ verringert die Seitenlasten, das Drehmoment und die Wahrscheinlichkeit, dass sich die Stange verdreht oder reißt.


Ursprünglich veröffentlicht in Australasian Drilling Magazine, Februar / März 2020

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Chris Drenth

TREFFEN SIE DEN AUTOR Chris Drenth Als technischer Direktor für Leistungswerkzeuge von Boart Longyear ist Chris Drenth seit über 25 Jahren maßgeblich an der Entwicklung und Innovation von Bohrstangen und drahtgebundenen Werkzeugen für die Mineralexploration beteiligt. Er ist ein Erfinder, der in mehr als 25 Patenten genannt wurde, für die Boart Longyear Schutz betrieben hat. Als angesehener und geschätzter Mitwirkender und Innovator in der Branche ist Drenth auch dafür bekannt, junge Talente bei Boart Longyear zu fördern. Mit einer Erfolgsbilanz in der innovativen Produktentwicklung und der technischen Führung hat Chris erfolgreich ein globales Engineering-Team entwickelt und geleitet, das sich auf das 'Performance Tooling'-Angebot von Boart Longyear für Explorations- und Produktionsbohrungen konzentriert. Chris erhielt einen "Bachelor of Science in Maschinenbau mit Auszeichnung" von der Queen's University und wurde kürzlich vom Mining Magazine mit dem "2017 Innovation Award" ausgezeichnet. Chris erhielt 2011 auch den 'Utah Genius Award' als Top-Ten-Patentnominierter. Chris leitet derzeit die Design Engineering-Teams von 'Performance Tooling' in Mississauga, Ontario. Wuxi, China; und in Salt Lake City, Utah. Chris ist ein Maschinenbauingenieur mit über 20 Jahren internationaler Erfahrung im Ingenieurwesen in Bezug auf Bergbau- und Bohrausrüstung und Werkzeuge.

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