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Die Bohrung Mit dem Bohrmeissel durch die Gesteinsschichten

Erdöl und Erdgas zu finden, ist keine leichte Aufgabe – die beiden Rohstoffe dann aber auch noch an die Erdoberfläche zu befördern, erst recht nicht: Die meisten Lagerstätten sind tief unter der Erde, und der Weg dorthin führt durch harte Schichten aus Gestein.

Um dorthin gelangen zu können, muss gebohrt werden. Aber schon bevor mit der Produktion der Rohstoffe begonnen werden kann, sind erste Bohrungen notwendig. Denn wenn die geologischen Untersuchungen und geophysikalischen Messungen höchstwahrscheinlich auf eine Erdöl- oder Erdgaslagerstätte hinweisen, muss diese Vermutung zunächst einmal bestätigt werden. Hierzu wird eine Erkundungsbohrung durchgeführt.

Bei dieser Art Bohrung werden von der Zielformation Bohrkerne an die Oberfläche gebracht, die einen vollständigen Querschnitt durch die Gesteinsschichten der möglichen Lagerstätte abbilden und den Geologen wichtige Informationen aus dem Erdinneren liefern – besonders, ob an dieser Stelle wirklich Öl und Gas vorhanden sind.

 

Frode Nygård
Senior Drilling Supervisor

Bestätigen die Ergebnisse der Erkundungsbohrungen einen Fund, werden sogenannte Erweiterungsbohrungen durchgeführt. Das Ziel dieser Bohrungen ist es, die Größe der Lagerstätte genauer zu bestimmen.

Denn nicht nur die Frage, ob Öl oder Gas vorhanden sind, ist entscheidend für die Planung der Förderung – sondern auch, in welchem Umfang die Rohstoffe vorhanden sind. Je größer und komplexer die Lagerstätte, desto mehr Erweiterungsbohrungen sind notwendig.

Wenn wir bohren, geht es nur selten senkrecht in
die Erde. Die meisten Bohrungen sind abgelenkt und verlaufen sogar horizontal. Die Bohrmeißel erreichen dabei Tiefen von bis zu sieben- oder achttausend Metern – keine einfache Aufgabe! Mit zahlreichen Sicherheitsmaßnahmen verhindern wir aber, dass Öl und Gas unkontrolliert austreten können.

Frode Nygård
Senior Drilling Supervisor

Von der Produktion bis zur Injektion Für jeden Zweck die richtige Bohrung

Haben die Wintershall-Experten den Fund einer Lagerstätte bestätigt und genaue Informationen über deren Größe und Verlauf gesammelt, beginnt das Bohr-Team mit dem Abteufen von Produktionsbohrungen: Die Lagerstätte wird so angebohrt, dass mit einer wirtschaftlichen Förderung begonnen werden kann.

Jetzt endlich strömen Erdöl und Erdgas an die Oberfläche. Damit sie nicht unkontrolliert aus dem Bohrloch austreten, wird über diesem ein mit Ventilen und Druckmessern ausgestattetes Eruptionskreuz angebracht.
Die Produktionsbohrung ist jedoch nicht die einzige Bohrung, die für das Fördern der Kohlenwasserstoffe notwendig ist. Denn bei der Erdölförderung gelangt neben dem Öl auch salzhaltiges Lagerstättenwasser mit nach oben. Dieses Wasser wird vom Erdöl getrennt und zurück in die Lagerstätte geleitet. Dazu werden sogenannte Versenkbohrungen abgeteuft.

Aber auch für die Sekundär- und Tertiärphase der Erdölförderung werden diese Bohrungen benötigt. Durch sie leiten die Förder-Spezialisten von Wintershall beispielsweise Wasser oder heißen Dampf in die Lagerstätte, um das Erdöl zum Bohrloch zu drücken oder es durch Erhitzen dünnflüssiger zu machen.

Abteufen

Abteufen oder Teufen ist ein Begriff aus der Bergmannssprache.

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Der Bohrturm das Herz einer Bohrung

Über der Erde erkennt man eine Bohrung vor allem an einem: dem weithin sichtbaren Bohrturm.

Von hier aus wird das Bohrgestänge eingebaut, an dessen Ende sich der Meißel in den Erdboden gräbt. Die einzelnen Rohre des Gestänges bestehen aus extrem festem Stahl und sind etwa neun Meter lang – ist der Meißel um diese Strecke vorangekommen, muss ein neues Rohr ans Gestänge geschraubt werden. Um den Meißel nach dessen Abnutzung austauschen zu können, muss das gesamte Bohrgestänge aus dem Bohrloch herausgezogen werden.

 

Damit der Aus- und anschließende Einbau schneller vorangeht, bleiben immer drei Stangen verschraubt und werden im Bohrturm abgestellt – und das ist der Grund für dessen Höhe.

Auf See sind Bohrplattformen oder Bohrschiffe notwendig, von denen aus die Bohrungen abgeteuft werden können. Hochmoderne Bohrschiffe haben sogar zwei Bohrtürme, um parallel zu arbeiten.
Während der Bohrung pumpen die Bohrspezialisten durch das Gestänge eine Bohrspülung nach unten zum Meißel, die den Bohrer kühlt und schmiert. Anschließend steigt sie an der Außenseite des Gestänges wieder nach oben und transportiert dabei das Bohrklein ab – also das vom Bohrer zerkleinerte Gestein.

Die Bohrspülung wird am Bohrturm gefiltert und ihre Zusammensetzung regelmäßig von Geologen genau analysiert. So können diese schon während der Bohrung Informationen über die durchbohrten Gesteinsschichten sammeln.

Auf die richtige Drehung kommt es an Verschiedene Verfahren für Tiefbohrungen

Beim weit verbreiteten „Rotary-Verfahren“ wird der Meißel vom Bohrturm aus in Bewegung versetzt. Ein Diesel- oder Elektromotor bringt das gesamte Bohrgestänge und somit auch den Bohrmeißel zum Rotieren. Durch diese Drehbewegung und das enorme Gewicht des Bohrgestänges trägt der Bohrmeißel das Gestein Zentimeter um Zentimeter ab.

Eine Alternative zum Rotary-Verfahren ist das Turbinenbohren. Dabei wird der Meißel von einer direkt über ihm angebrachten Turbine angetrieben. Für die Rotation ist die Bohrspülung verantwortlich, die mit großem Druck ins Bohrloch gepresst wird und Turbine und Meißel in Bewegung versetzt. Beim Turbinenbohren ist man nicht auf die Vertikale beschränkt – die Bohrung kann dank eines elektronischen Steuergeräts in alle Richtungen abgelenkt werden.

Das Gerät bestimmt Neigung und Richtung der Bohrung und liefert dazu Daten über das gerade durchbohrte Gestein.
Dank hochmoderner Technik lassen sich heute auch Lagerstätten erschließen, die weit vom Standort des Bohrturms entfernt sind. Vor allem durch das Turbinenbohren können Bohrungen stark abgelenkt werden – eine Technik, die mittlerweile zum internationalen Standard gehört. Bei der sogenannten Horizontalbohrung wird sogar waagerecht innerhalb einer Lagerstätte gebohrt. Eines jedoch hat sich trotz der Veränderungen in der Bohrtechnik seit Beginn der Erdöl- und Erdgasförderung nicht verändert: Der Bohrturm ist und bleibt das Herz einer jeden Bohrung.

Der Bohrmeissel Schwergewicht für hartes Gestein

Um eine Lagerstätte zu erkunden und zu erschließen, sind die Bohrmeißel das wichtigste Werkzeug.

Dabei kommt nicht immer derselbe Meißel zum Einsatz – schließlich hat auch nicht jede Bohrung dasselbe Ziel. Meist sind es Rollenmeißel, die sich durch die Erde bohren. Bei besonders hartem Gestein kommen Diamant- oder PDC-Meißel (Polycrystalline Diamond Compact, synthetischer Diamant) zum Einsatz. Sie halten länger als die Rollmeißel, sind aber auch deutlich teurer: Ein solcher Meißel kostet bis zu 100.000 Euro.

Eine besondere Meißel-Variante sind Kernbohrer – sie dienen dazu, während einer Erkundungsbohrung Bohrkerne zutage zu fördern.

Damit diese Bohrkerne nicht zermahlen werden, sind die Meißel in der Mittel hohl. So entsteht vom ersten Meter der Bohrung an ein stabförmiger Querschnitt durch den Erdboden. Anhand dieser Bohrkerne sehen die Geologen erstmals direkt, welche Gesteinsarten sich unter ihren Füßen befinden und welche Merkmale diese aufweisen: Sind sie so porös wie gedacht und enthalten die Poren wirklich den gesuchten Rohstoff? Dabei sammeln die Experten Wissen, dass sie später auch bei anderen Projekten anwenden können. Deswegen bewahrt Wintershall die Bohrkerne in einem Lager auf, um auch zukünftig darauf zurückgreifen zu können.

Eine sichere Bohrung Unsere höchste Priorität

Wintershall arbeitet mit höchsten Standards, insbesondere was Sicherheit und Umweltschutz betrifft. Das gilt selbstverständlich auch für das Durchführen von Bohrungen. Zentral für die Sicherheit jeder Bohrung ist das Casing, im Deutschen Rohrtour genannt. Mit ihm wird das Bohrloch abgestützt und von den umliegenden Gesteinsschichten abgedichtet. So wird verhindert, dass Flüssigkeiten aus der Bohrung in die umliegenden Gesteinsschichten geraten oder der äußere Druck auf das Bohrloch dieses zusammenbrechen lässt.

Sobald sich der Bohrmeißel ein gewisses Stück in den Erdboden vorgearbeitet hat, zieht das Bohr-Team das Bohrgestänge zusammen mit dem Meißel heraus und verbaut anschließend eine Rohrtour. Diese besteht aus mehreren einzelnen Rohren von rund 10 Metern Länge, welche ineinander verschraubt werden.

Um die Rohrtour herum wird eine Schicht Zement gelegt: Der Zement wird vom unteren Ende der Rohrtour aus an ihren Außenseite entlang nach oben gedrückt. Die Zementschicht reicht vom Ende des jeweiligen Casings bis zur Erdoberfläche – so ist die Bohrung absolut dicht. Erst wenn die Rohrtour fest im Boden verankert ist, wird weitergebohrt.

Da das Rohr und die Zementschicht einen Teil des bisherigen Bohrlochs ausfüllen, muss für die nächste Bohrstrecke ein Bohrmeißel mit kleinerem Durchmesser verwendet werden. So werden mehrere Rohrtouren teleskopartig ineinander verbaut, wodurch die Bohrung mit jeder neuen Rohrtour schmaler wird. Wie viele Casings in welchen Größen angebracht werden, hängt dabei von der Art der Bohrung, der Bohrtiefe und den örtlichen Gegebenheiten ab.

Die Verrohrung (Casing) Sicher und dicht für tausende Meter

Das Conductor Pipe

Das Conductor Pipe, im Deutschen Standrohr genannt, ist die erste Rohrtour einer Bohrung. Es verhindert, dass der lockere Boden an der Erdoberfläche das Bohrloch zusammenstürzen lässt und das Fundament des Bohrplatzes durch die Bohrspülung aufgeweicht wird. Außerdem trennt es das Bohrloch von den grundwasserführenden Erdschichten ab, die nahe der Oberfläche verlaufen. 

Das Surface Casing

Um das Bohrloch gegen die tieferliegenden Grundwasserschichten abzudichten und die Bohrung zu stabilisieren, wird das Surface Casing errichtet. 

Das Surface Casing dient außerdem als Fundament für den sogenannten Blowout-Preventer, eine mehrere Tonnen schwere Einrichtung mit Sicherheitsventilen. Diese wird über dem Bohrloch angebracht und verhindert das unkontrollierte Austreten von Öl und Gas, sollte der Druck im Bohrloch nicht ausreichen, um die Rohstoffe zurückzudrängen. 

Das Intermediate Casing

Intermediate Casings verhindern auf der gesamten Bohrstrecke, dass der Druckunterschied zwischen dem Gestein und dem Bohrloch zu groß wird und das Bohrloch einstürzt oder die Bohrspülung austritt.

Abhängig von der Tiefe der Bohrung und den geologischen Gegebenheiten kann auf ein Intermediate Casing auch verzichtet werden oder aber es sind gleich mehrere dieser Casings notwendig.

Das Production Casing

Wenn die Bohrung die Lagerstätte erreicht hat, wird das Production Casing verbaut. Es trennt die umliegenden Gesteinsschichten vom Produktionsbereich.

In dem Production Casing wird das Steigrohr verlegt. Durch dieses Rohr gelangen das Erdöl oder Erdgas schließlich an die Oberfläche. Das Production Casing ist somit der Abschluss jeder Produktionsbohrung.

DCI – Drilling Complexity Index

Der von Wintershall entwickelte Drilling Complexity Index (DCI) gibt den Schwierigkeitsgrad einer Bohrung auf einer Skala von 1 bis 10 an – je komplexer die Bohrung, desto höher der Wert.

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