12.12.2018

Besser Bohren

Neues Nanokomposit stabilisiert Bohr­flüssig­keiten.

Bei der Bohrung nach Rohstoffen im Boden oder beim Brunnen­bau unter­stützen Bohr­spülungen den Bohr­prozess. Um die Eigen­schaften der wasser­basierten Spülung des Bohr­lochs zu ver­bessern, haben Wissen­schaftler der TU Braun­schweig um Goshtasp Chera­ghian zusammen mit einem inter­natio­nalen Team ein neues Nano­komposit ent­wickelt.

Abb.: Nanopartikel haben die Fähig­keit, Mikro­kanäle in der...
Abb.: Nanopartikel haben die Fähig­keit, Mikro­kanäle in der Bohr­loch­wand zu füllen (elek­tronen­mikro­sko­pische Auf­nahmen, links). Dabei ent­steht eine Struktur, ver­gleich­bar mit persischen Muqarnas (rechts; Bild: G. Chera­ghian, TU Braun­schweig).

Bohrspülungen führen Reibungswärme ab, schützen das Bohr­werk­zeug vor Korro­sion und redu­zieren Schwin­gungen. Eine Bohr­spülung ist zunächst ein Gemisch aus Wasser und Bentonit, das bei Bohrungen in das Bohr­loch gepumpt wird. Um die rheolo­gischen Eigen­schaften zu steuern, werden der Bohr­flüssig­keit weitere Stoffe wie Feld­spat, Baryt und Poly­mere hin­zu­ge­geben. Die wich­tigste Auf­gabe neben dem Trans­port des Bohr­guts ist die Stabil­isie­rung der unver­rohrten Bohr­loch­wand durch den Filter­kuchen, der sich an der Wand im Laufe des Bohrens absetzt. Um Forma­tions­drücke im Gestein aus­zu­gleichen, wird die Dichte der Bohr­spülung je nach Bohr­tiefe und Druck ange­passt. Damit kann zum einen ver­hin­dert werden, dass es zu einem Blowout durch ein­strö­mende Gase, Öle oder Wasser kommt. Zum anderen wird ver­mieden, dass durch zu hohen Druck Spül­flüssig­keit in das umge­bende Gestein ver­presst wird, das in der Folge aus­ge­waschen und instabil wird.

Um die Undurchlässigkeit von Flüssigkeiten im Filter­kuchen – gegen­über Spül­flüssig­keit und Grund­wasser – zu opti­mieren, hat das Forschungs­team die Bohr­flüssig­keit mit Nano­partikeln impräg­niert. Die Nano­partikel füllen beim Spül­vor­gang die Mikro­kanäle in der Bohr­wand. Auf diese Weise ent­steht eine Muqarnas-Struktur auf der Ober­fläche, die an Stalak­titen­gewölbe in der persischen Archi­tektur erinnert.

„Die Nanopartikel sind von besonderem Wert für die Industrie, da sie leicht synthe­ti­siert werden und auch die rheo­lo­gische Stabi­lität von Bohr­schlamm bei höheren Tempe­ra­turen ver­bessern können“, sagt Chera­ghian. Bohr­flüssig­keiten stellen einen großen Kosten­faktor bei Bohr­auf­trägen dar. Nano­partikel erlaubten es, gleich­zeitig Kosten zu redu­zieren und umwelt­schonen­dere Zusammen­setzungen von Bohr­flüssig­keiten her­zu­stellen.

TU Braunschweig / RK

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