14
Wohl kaum!
Aber diese
Vorstellung
hilft, um sich
die LängenDurchmesserRelationen von
Bohrsträngen
vorzustellen,
wie sie bei
Tiefbohrungen
nach Öl- und
Gasvorkommen ins
Erdreich
getrieben
werden.
Im Maschinenraum
Bohren ohne ins Trudeln zu geraten
Bis zu 10 000 Meter lang und nur etwa zehn Zentimeter im Durchmesser ist der
aus Stahlrohren zusammengesetzte Bohrstrang. Die Abmessungen verhalten sich
unterirdisch wie bei einem bis zu zehn Meter langen Haar. Es entwickeln sich folgenschwere Verdrillungen von mehr als zehn Umdrehungen zwischen den Endpunkten: Dann springt der Bohrkopf, es rüttelt und vibriert das Gestänge – immer
wieder kommt es zu ungewollten und unkontrollierten Schwingungszuständen. Im
Extremfall frisst sich der Bohrkopf irgendwo tief unten im Gestein fest, während
sich oben der Antriebsmotor solange weiter dreht, bis sich der Bohrer mit enormer
Wucht losreißt oder schlimmstenfalls das Gestänge bricht. Mit anderen Worten:
Tiefbohrungen sind ein idealtypisches nichtlineares dynamisches System. Und
teuer. Die Miete einer Bohranlage ist also Grund genug, für eine Lösung des Phänomens zu forschen. „Was unten in der Tiefe passiert, war oben als Information
nicht verfügbar.“ So beschrieb Edwin Kreuzer, bis zu seinem Ruhestand 2012 Leiter des Instituts für Mechanik und Meerestechnik, das Kernproblem. Am Anfang
war es reine Grundlagenforschung. Zwanzig Jahre später ist die in Teams aus Doktoranden und technischen Mitarbeitern entwickelte Schwingungsdämpfung in
Bohrsträngen in der angewandten Forschung angelangt, patentiert und Objekt der
Begierde von Ölfirmen, vorgestellt zuletzt im Mai 2016 während der Offshore Technology Conference in Houston, Texas. Zwei überirdisch angebrachte Sensoren
senden Informationen über die Vorgänge in die Tiefe direkt an den Motor, so dass
folgenschwere Verdrillungen vermieden werden. Der Doktorand Ludwig Krumm
beschreibt in der vierten Doktorarbeit auf diesem Forschungsgebiet, worum es in
seiner Arbeit geht.
Ludwig Krumm (32) aus Hamburg hat an der TUHH Maschinenbau im Diplomstudiengang studiert und promoviert am Institut für Mechanik und Meerestechnik bei Professor
Edwin Kreuzer über:
Sensoren für die Schwingungsdämpfung
er Clou unserer Technik hat noch einen kleinen Haken. Die beiden für die Technologie benötigten Drehzahlsensoren müssen einen möglichst geringen Abstand zueinander haben,
abhängig von der Sensorauflösung und der Abtastrate. Noch ist dieser Abstand zu groß. An
einem Versuchsstand mit real großem Bohrgestänge testen wir, wie weit wir beim Verringern
des Abstands gehen können und erproben verschiedene Sensortypen, um für den Prototyp
die optimale Konstellation der einzelnen Komponenten (Sensoren, Motor) zu vereinen.
Soweit so gut, doch noch lange nicht serienreif. Auch wenn die Ölfirmen aktuell Investitionen
in neue Technologien wegen der niedrigen Ölpreise eher scheuen, arbeiten die Ingenieurwissenschaftler dem Ziel nahe mit Hochdruck an ihrer Entwicklung zum Produkt. In der vierten
Doktorarbeit zum Thema muss ein technisches Problem gelöst werden, um Kosten zu
reduzieren.
D