Bohrmeißel

Zur Erschließung von Erdöl und Erdgaslagerstätten oder um geothermische Energie aus dem warmen Wasser in tiefen Gesteinsschichten gewinnen zu können, sind tiefe Bohrungen von oftmals mehreren Kilometern nötig. Dazu wird in einem Bohrturm ein Bohrgestänge mit Hilfe eines Elektro- oder Dieselmotors in Rotation versetzt. Am unteren Ende des Bohrgestänges ist das wichtigste Werkzeug, der Bohrmeißel, verschraubt. Durch diese Drehbewegung und das enorme Gewicht des Bohrgestänges trägt der Bohrmeißel das Gestein Zentimeter um Zentimeter ab.

Man unterscheidet Bohrmeißel in rollende Werkzeuge (Rollenmeißel) und schabende Werkzeuge (PDC-Meißel – Polycystalline Diamond Compact, synthetischer Diamand). Sie unterscheiden sich im Aufbau und in der Art und Weise, wie sie das Gestein zerstören. Rollenmeißel erzeugen einen Riss im Gestein und kleine Gesteinsstückchen werden herausgebrochen, wohingegen das Gestein von PDC-Meißeln schabend/scherend abgetragen wird.

Rollenmeißel haben zwei oder drei Rollen, die sich auf der Bohrlochsohle um die eigene Achse drehen. Die Schneidstruktur ist entweder aus Metall gefräst, ein sog. Zahnmeißel, der für weiche Formationen geeignet ist, oder sie ist mit Hartmetallwarzen (TCI, Tungsten Carbid Inserts) bestückt, ein sog. Warzenmeißel, der härtere Gesteinsschichten erbohren kann. Die Rollen werden auf Kugellagern geführt, die mit Dichtungen vor der Bohrspülung geschützt werden. Rollenmeißel können in anspruchsvollen Formationen aufgrund der vielen beweglichen Teile beschädigt werden, so dass der Meißel ggf. nach einigen hundert Metern ausgewechselt werden muss.

Heutzutage werden immer mehr PDC-Meißel eingesetzt. Diese haben keine bewegliche Bauteile, sondern bestehen aus einem Grundkörper aus Stahl oder einer Matrix mit Rippen am Meißelkopf. In diesen Rippen sind Inserts mit künstlichen Diamantscheiben eingelassen, die das Gestein abscheren. PDC-Meißel haben den großen Vorteil, dass sie auf der einen Seite eine deutlich höhere Lebensdauer aufzuweisen und auf der anderen Seite mehr Meter pro Stunde bohren können, also eine viel höhere Bohrgeschwindigkeit gegenüber Rollenmeißel erreichen können.

Bohrstrang

Tiefbohrungen werden zur Erschließung von Erdöl - und Erdgaslagerstätten sowie der Nutzung von tiefer Geothermie in geeignete, geologische Formationen niedergebracht.

Der Bohrstrang gehört neben einer Tiefbohranlage zu den zentralen technischen Komponenten, um den Erfolg einer Bohrung sicherzustellen. Ein Bohrstrang besteht im Wesentlichen aus einem Bohrwerkzeug, d.h. dem Bohrmeißel, einer Steuerungs- und Messeinheit, den Schwerstangen und dem Bohrgestänge. Das hier vorliegende Exponat besteht aus einem 8 ½" PDC-Bohrmeißel mit polykristallinen Einsätzen, einem 6 ¾" Steuerungssystem vom Typ Autotrak, einem 8 ½" Stabilisator, einer 6 ½" spiraligen Schwerstange und einem 5" API Bohrgestänge.

Mit Hilfe dieses Bohrstrangs können Bohrungen über 5.000 Meter tief und zusätzlich mehrere Hundert Meter horizontal in die geologische Formation abgeteuft werden.

Drilling Bit

For exploration of reservoirs of crude oil and natural gas or for the production of geothermal energy from warm water in deep rock layers, deep drilling of often several kilometres into the depth is necessary. The reservoirs are deep in the ground and access goes through hard rock formations. For thi, drilling rods in a rig are put into rotation by means of an electric or diesel motor. The most important tool is the drill bit, which is screwed at the lower bottom of the drilling rods. By this rotation and the enormous weight of the drilling rods the drill bit removes the rock inch by inch.

There are different types of drilling bits: rolling tools ( roller bits ) and shaving tools ( PDC bits – Polycrystalline Diamond Compact, synthetic diamonds ).They differ in the structure and the way they destroy the rock. Roller bits make a crack in the rock and small pieces of rock are broken off whereas with the PDC bit the rock is removed by scraping/shaving.

Roller bits have two or three rolls that rotate on the bore hole bottom around their own axes. The cutting structure is either milled from metal, a so called tooth bit suitable for soft rock formations, or otherwise it is equipped with hard metal inserts ( TCI Tungsten Carbide Inserts ), a so called insert bit which can drill through hardest rock layers. The rolls are on ball bearings and are protected from fluids with seals. Due to the many movable parts roller bits can be damaged in difficult formations so the drilling bit may have to be exchanged after some hundreds of metres.

Nowadays more and more PDC bits are used. They have no movable parts but consist of a basis from steel or a matrix with webs at the drill top. There are inserts in these webs with artificial diamond discs, which shave the rock. PDC bits have the great advantage that they have a considerably longer life-time on the one hand, and on the other hand they can drill more metres per hour, i.e. they can reach a much higher drilling speed in comparison to roller bits.