Zum Einfluss von Räumwerkzeugen auf die Dynamik von Tiefbohrsträngen

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Beim Einsatz von Räumwerkzeugen in Tiefbohrsträngen greifen Schnittkräfte aus Bohrprozessen gleichzeitig an Meiÿel und Räumwerkzeug an. Die Erfahrungen der Öl- und Gasindustrie zeigen, dass der zweite Scheideingriff am Räumwerkzeug zusätzliche Schwingungen des Bohrstranges verursacht, die zu erhöhten Ausfallraten der Werkzeuge führen. Es existieren in der Literatur bis zum Ende der Forschungsarbeiten keine mechanischen Modelle, die Untersuchungen dieses Phänomens ermöglichen. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, Modelle bereit zu stellen, die in der Lage sind den Einfluss von Räumwerkzeugen auf die Dynamik von Tiefbohrsträngen abzubilden. Einleitend sind Grundlagen des Drehbohrverfahrens sowie Funktion und Bauformen von Räumwerkzeugen erläutert. In der Literatur bekannte Phänomene und Problemstellungen die beim Einsatz von Räumwerkzeugen beobachtet wurden, sowie übliche Vorgehensweisen werden vorgestellt. Anschließend wird auf den Stand der Simulationstechnik zur Dynamik von Tiefbohrsträngen und von Diamantmeißeln eingegangen. Eine Finite-Elemente-Modellierung von Tiefbohrsträngen und ein Meißelsimulationsprogramm, die im Weiteren verwendet werden, sind im Detail beschrieben. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein neues Konzept zur Aggressivität von Diamantmeißeln und Räumwerkzeugen entwickelt, die Schneidenaggressivität. Sie erlaubt es, die stationäre Lastverteilung im Bohrstrang auch bei Bohrgarnituren mit Räumwerkzeug zu berechnen. Der Einfluss wechselnder Gesteinsformationen auf den Bohrvorschub wird untersucht und für Räumwerkzeuge schadhafte Bohrsituationen identifiziert. Untersuchungen unter Berücksichtigung einer Schnitttiefenbegrenzung am Meißel zeigen, wie diese eingesetzt werden können, um Überlastungen des Räumwerkzeuges zu verhindern.