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.

When planning holes, consider the potential impact of rod deviation. The stiffness of steel tubes is relatively high, and as mentioned before, increases with system size and section thickness. As a result, the drill string will respond with high side loads against the borehole wall, especially just before and after a deviation. For example, an NQ size drill rod deflected to the recommended maximum deviation of 1.0 degrees over its length produces approximately 9kN (2,000lb) of side load, and an HQ produces 18kN (4,000lb) at only 0.8deg per rod length. Depending on the formation, these high side loads can produce high torque, heavy rod wear or even ‘heat check cracking.’ Additionally, these contact points generate drag and ‘stick-slip’ conditions, which can produce a dynamic response sufficient to permanently deform the drill string into a helical shape. In extreme cases, where the drill string completes enough rotations approaching or exceeding maximum deviation, fatigue failures will occur. Using the minimum deviation possible to hit target and sticking to NQ size rod will reduce the side loads, torque and chances of twisting or cracking rod.

Ursprünglich veröffentlicht in Australasian Drilling Magazine, Februar / März 2020