Bohrtechnik

Rollenmeißel als Werkzeug für eine geologische Bohrung

Geologische Bohrungen dienen dazu, Regionen der Erdoberfläche zu erreichen, die mit anderen Methoden nicht zugänglich sind. Zum einen werden mit ihrer Hilfe die geologischen Verhältnisse dieser Erdschichten untersucht, zum anderen können sie als Transportweg benutzt werden, um Stoffe an die Erdoberfläche zu holen (z. B. Erdöl) oder darin zu versenken (z. B. Erdgas in Erdgasspeichern).

Anwendungsbereiche

• Erkundungsbohrungen oder Probebohrungen dienen primär der Informationsbeschaffung aus dem Untergrund:
  • zur Untersuchung der geologischen Verhältnisse im Allgemeinen: Gesteinstypen, Klüftungsverhältnisse, Gegebenheiten des Baugrundes etc.
  • zur Erkundung potentieller Lagerstätten (Erdöl, Kohle, Erze, Salz, Grundwasser).

In der Regel werden die dabei gewonnenen Erkenntnisse in wirtschaftlich nutzbare Projekte umgesetzt (Rohstoffgewinnung, Tunnelbau etc.) und dienen nur selten rein wissenschaftlicher Informationsbeschaffung (Bohrungen sind teuer).

• Förderbohrungen dienen dem Transport meist flüssiger Stoffe. Bei entsprechenden Voraussetzungen können primäre Erkundungsbohrungen dazu ausgebaut werden:
  • Förderung aus der Tiefe an die Erdoberfläche (Beispiele):
    • Erdöl und Erdgas,
    • Grundwasser.

• • Förderung von der Erdoberfläche ins Erdinnere (Beispiele):
    • unterirdische Zwischenspeicherung von Erdgas,
    • Verbesserung der Erdölförderleistung durch Einpressen von Wasser und chemischen Substanzen in die ölhaltigen Erdschichten.

Für die meisten Anwendungen genügen Flachbohrungen mit Bohrtiefen von wenigen Metern (Baugrunduntersuchungen) bis einigen hundert Metern (Grundwasser, Lagerstättenerkundung). Oft genügt bereits mobiles Bohrgerät zu ihrer Durchführung.

Tiefbohrungen bis ca. 12.000 Meter sind selten, technisch extrem anspruchsvoll und sehr teuer (Beispiele: die sowjetisch-russische Kola-Bohrung und die Kontinentale Tiefbohrung in Windisch-Eschenbach). Tiefbohrungen benötigen stabile, dauerhafte Bohrtürme und zu ihrer Durchführung teils mehrere Jahre.

Zwar liegen die meisten Bohrungen auf dem Festland, doch findet Erdölexploration zunehmend auch im Meer in den ölreichen Schelfbereichen statt. Die hierzu verwendeten Bohrplattformen zählen zu den größten technischen Anlagen überhaupt. Zu wissenschaftlichen Zwecken werden Bohrungen im Meeresboden vom IODP, dem Nachfolgeprogramm des ODP, vorgenommen.

Technik und Methoden

Die verwendete Bohrtechnik hängt vom Gesteinsuntergrund und der zu erreichenden Bohrtiefe ab, für das die Bohrtechnik eine Vielzahl von Geräten entwickelt hat.

Grundsätzlich finden zwei Verfahren Anwendung:

• schlagendes Bohren: das Gesteinsmaterial wird durch Keilwirkung zertrümmert
• drehendes Bohren: das Gestein wird durch sich drehende Bohrmeißel zerspant, z. B. mit dem Rotary-Bohrverfahren.

  Bei geologischen Bohrungen verwendete Werkzeuge sind z. B.

  • Rollenmeißel
  • Bohrkronen, zur Härtung teils mit Industriediamanten besetzt

    Um zu raschen Verschleiß und Überhitzung der Bohrkrone zu vermeiden, wird im Bohrloch während des Bohrvorgangs meist eine Spülflüssigkeit umgepumpt, deren Druck auch der Stabilisierung des Bohrloches dient.

Vertikalbohrungen sind die „normale“ Form der Bohrung - mehr oder weniger senkrecht nach unten. Es gibt aber auch Anwendungen, bei denen Horizontalbohrungen nötig sind, z. B. beim Tunnelbau. Moderne Techniken erlauben bei Tiefbohrungen weiträumiges, richtungsgenaues Abweichen von der Vertikalen („Um die Ecke bohren“).

Wissenschaftliche Bohrungen benötigen unzerstörtes Gesteinsmaterial, von dem auch die Herkunftstiefe bekannt sein muss. Zu diesem Zweck wurden Techniken entwickelt (das so genannte Kernbohren), die die Förderung von Bohrkernen aus dem Bohrloch erlauben. Die mit ihrer Hilfe gewonnenen Bohrprofile geben die geologischen Verhältnisse des Untergrundes metergenau wider. Auch das in der Spülung herausgeförderte Bohrklein dient dem Geologen als Hilfsmittel, erlaubt jedoch nur die grobe Abschätzung ihrer Herkunftstiefe (berechnet aus Aufstiegsgeschwindigkeit und der dazu benötigten Zeit).