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

Weitere Infos

Sonderhefte

Physics' Best und Best of
Sonderausgaben

Physics' Best und Best of

Die Sonder­ausgaben präsentieren kompakt und übersichtlich neue Produkt­informationen und ihre Anwendungen und bieten für Nutzer wie Unternehmen ein zusätzliches Forum.

Anbieter des Monats

Quantum Design GmbH

Quantum Design GmbH

Forschung lebt von Präzision. Seit über 40 Jahren steht Quantum Design für innovative Messtechnik auf höchstem Niveau – entwickelt in Kalifornien, betreut weltweit. Unsere Systeme sind der Goldstandard in der Materialcharakterisierung und ermöglichen tiefe Einblicke in die magnetischen, thermischen und optischen Eigenschaften von neuen Materialien.

Meist gelesen

Themen