Bohrmeißel

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Arbeitsweise eines Bohrmeißels beim direkten Spülbohren. Die Pfeile deuten den Spülungsstrom an.

Bohrmeißel (englisch: drill bits) sind in Tiefbohrungen eingesetzte Werkzeuge, um den Bohrstrang durch Gesteinsformationen voranzutreiben und unterirdische Lagerstätten zu erschließen. Dabei zerkleinern sie mittels Rotation des Bohrstranges den Fels, welcher dann im Spülbohrverfahren durch eine Bohrspülung oder Druckluft übertage befördert wird. Zu diesem Zweck besitzen Bohrmeißel Düsen, aus denen im direkten Bohrverfahren die Bohrspülung oder die Druckluft mit hoher Geschwindigkeit und hohem Druck austritt oder eine zentrale Öffnung, durch diese im indirekten Bohrverfahren die Bohrspülung zusammen mit dem erbohrten Bohrklein in das Bohrgestänge und damit nach oben gelangt.

Für die verschiedenen Bohrverfahren gibt es mehrere unterschiedliche Bohrmeißel, die auf die Eigenschaften und die Bohrbarkeit des zu durchbohrenden Untergrundes angepasst sind.

Meißeltypen für Tiefbohrungen[Bearbeiten]

Für Tiefbohrungen wird das direkte Bohrverfahren angewendet.

Fischschwanzmeißel[Bearbeiten]

Der heute nicht mehr eingesetzte, aus einem flachen Stahlblatt hergestellte Fischschwanzmeißel hat seinen Namen von der fischschwanzartig in der Mitte geteilten Schneide, von welcher der eine Teil nach vorn und der andere nach hinten abgebogen ist. Aus einer Öffnung tritt die Bohrspülung aus. Er wurde bei weichen Formationen verwendet und übt durch seine Form eine schneidende Wirkung auf das zu erbohrende Gestein aus. [1]

Rollenmeißel[Bearbeiten]

Links: Warzen-Rollenmeißel; rechts: Zahn-Rollenmeißel.

Der Rollenmeißel ist eine Erfindung von Howard Robard Hughes Sr. aus dem Jahr 1909.[2]

Ein Rollenmeißel besitzt in der Regel drei bewegliche Rollen. Als Schneideelemente werden ihnen für weicheres Gestein Zahnreihen herausgefräst oder sie werden für härteres Gestein mit Hartmetallstiften (Warzen) besetzt. Der Gesteinsabtrag erfolgt durch den Andruck der sich drehenden Rollen, wodurch die lokale Druckfestigkeit des Gesteins überschritten wird und Gesteinsteilchen aus dem Verband herausgebrochen werden.[3] Zwischen den Rollen am Meißelkörper befinden sich die Düsen, aus denen die Bohrspülung tritt.

PDC-Meißel[Bearbeiten]

PDC-Meißel mit sechs Rippen.

Polycrystalline-Diamond-Compact (PDC)-Meißel wurden ab 1976 in der Erdöl- und Erdgasexploration in der Nordsee eingesetzt.

PDC-Meißel besitzen im Gegensatz zu Rollenmeißel keine beweglichen Teile. Sie haben mehrere Rippen, in denen polykristalline Diamantplättchen als Schneideelemente eingebettet sind. Der Gesteinsabtrag erfolgt hierbei schälend-spanabhebend oder zersplitternd-abscherend,[4] wobei sich die Schneiden pflügend in die Gesteinsoberfläche arbeiten. Zwischen den Rippen befinden sich die Düsen, aus denen die Bohrspülung tritt.

Diamantmeißel[Bearbeiten]

In einem Diamantmeißel sind natürliche oder künstliche Diamantsplitter in einer Matrix, einem Körper aus Wolframcarbid-Pulver, eingearbeitet. Beim Bohren verschleißt diese Matrix und lässt dadurch immer neue Diamantsplitter hervortreten, welche dann das Gestein bearbeiten können. Dieser Meißeltyp wird bei sehr hartem, abrasivem Gestein eingesetzt. Hierbei wird das zu durchbohrende Gestein abgeschleift bzw. abgeschmirgelt. In der Mitte befindet sich eine Düse, aus der die Bohrspülung tritt.

Meißeltypen für Flach- und Brunnenbohrungen[Bearbeiten]

Für Flach- und Brunnenbohrungen wird häufig das indirekte Bohrverfahren angewendet.

Exzenterrollenmeißel[Bearbeiten]

Der Exzenterrollenmeißel besitzt streifenartige Schneidmesser am Bohrkopf, welche sich in das Lockergestein wühlen, ohne dass dabei eine Gesteinszerstörung erfolgt. Der Schaft ist leicht gekrümmt und durch Kugellager mit dem Bohrkopf verbunden. In der Mitte liegt die Eintrittsöffnung für die Bohrspülung.

Großlochrollenmeißel[Bearbeiten]

Großlochrollenmeißel sind schwere, kreisförmige mit mehreren Meißelrollen bestückte Bohrköpfe, in mehreren Ebenen auch stufenförmig ausgebildet. Diese werden für härteres Gestein oder stark verfestigtes Lockergestein verwendet.[5] In der Mitte liegt die Eintrittsöffnung für die Bohrspülung.

Flügelmeißel[Bearbeiten]

Dreiflügelmeißel.

Flügelmeißel besitzen an ihren (häufig drei) Flügeln hartmetallvergütete Schneidmesser, mit denen er sich gut in bindige Lockersedimente wie Ton oder Schluff graben können. Für ein verbessertes Eindringen in die bindigen Bodenschichten sind diese Meißel mit einer Spitze am unteren Ende vor der Eintrittsöffnung für die Bohrspülung versehen.

Schlagbohrmeißel[Bearbeiten]

Imlochhammer: links mit, rechts ohne Meißel.

Beim Schlagbohrverfahren wird ein Bohrmeißel auf die Bohrlochsohle durch Auf- und Abwärtsbewegungen des Bohrstranges geschlagen und damit das Gestein zertrümmert. Ein spezielles drehschlagendes Verfahren ist das Imlochhammerbohren, bei dem sich der Schlagantrieb im Bohrloch, direkt oberhalb des Meißels befindet, wodurch keine Energie im Bohrstrang verloren geht. Der Druckluft-betriebene Schlagkolben lässt den Meißel bis zu 3000 Mal pro Minute auf die Bohrlochsohle schlagen.[6] Durch Düsen im Meißel tritt die als Antriebsenergie genutzte Druckluft aus und reinigt das Bohrloch.

Bohrkronen[Bearbeiten]

PDC-Bohrkrone zur Gewinnung von Bohrkernen

Zur Gewinnung eines Bohrkernes wird eine Ringbohrkrone verwendet. Diese gibt es im Tiefbohrbereich sowohl als Rollenmeißel, PDC-Meißel oder Diamantmeißel.

Siehe auch: Hohlkernbohrer

Weblinks[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Elektrotechnische Zeitschrift: Beihefte, Band 64,Ausgaben 1-6, VDE Verlag 1943, S. 147
  2. Rollenmeißel-Patent
  3. Martin Kaltschmitt, Ernst Huenges, Helmut Wolff: Energie aus Erdwärme. Dt. Verl. für Grundstoffindustrie, Stuttgart 1999, ISBN 3-342-00685-4 S. 116
  4. Heinrich-Otto Buja: Handbuch der Tief-, Flach-, Geothermie und Horizontalbohrtechnik. Vieweg & Teubner, Wiesbaden 2011, ISBN 978-3-8348-1278-0 S. 439
  5. Niedersächsisches Landesamt für Ökologie, Niedersächsisches Landesamt für Bodenforschung: Materialien zum Altlastenhandbuch Niedersachsen - Geologische Erkundungsmethoden. Springer, Heidelberg 1997, ISBN 978-3-642-64386-6 S. 111
  6. Ingrid Stober & Kurt Bucher: Geothermie. Springer, Heidelberg 2012, ISBN 978-3-642-24331-8 S. 91