Bohrung (Geologie)

Geologische Bohrungen dienen dazu, Regionen unterhalb der Erdoberfläche zu erreichen, die mit anderen Methoden nicht zugänglich sind. Anhand des geförderten Bohrkleins sowie von Bohrkernen können die geologischen Verhältnisse im Untergrund untersucht werden. Auch kann die Bohrung als Transportweg benutzt werden, um Stoffe an die Erdoberfläche zu holen (z. B. Erdöl oder Erdgas) oder darin zu versenken (z. B. in Untergrundspeichern). Abhängig von der Endteufe unterscheidet man bei geologischen Bohrungen zwischen Flachbohrungen (< 500 m), Tiefbohrungen (500–5000 m) und übertiefen Bohrungen (> 5000 m).

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

Übertiefe Bohrungen (etwas mehr als 12 km Tiefe wurde erreicht) sind technisch äußerst anspruchsvoll, also sehr teuer und deshalb sehr selten (Beispiele: die sowjetisch-russische Kola-Bohrung und die Kontinentale Tiefbohrung in Windisch-Eschenbach). Übertiefe Bohrungen benötigen stabile, dauerhafte Bohrtürme und zu ihrer Durchführung mehrere Jahre Zeit.

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 (ab 2013), dem Nachfolgeprogramm des ODP, vorgenommen.

Geschichte

Der Amerikaner Edwin L. Drake war der Erste der für die Bohrung nach Erdöl im Jahr 1859 eiserne Rohre für den Vortrieb einsetzte. Howard Robard Hughes Sr. entwickelte die Bohrtechnik weiter und erhielt Patente auf Bohrköpfe und Bohrmeißel. Weitere technisches Fortschritte machten Pattillo Higgins und die erfolgreiche Bohrungen „Spindletop“ von Anthony Francis Lucas in Beaumont, Texas.

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, mineralische Rohstoffe).

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 (sogenannte fossile Kohlenwasserstoffe)
- Erdwärme
- Grundwasser
Förderung von der Erdoberfläche ins Erdinnere (Beispiele):
- unterirdische Zwischenspeicherung von Erdgas
- Verbesserung der Leistung von Kohlenwasserstoff-Förderbohrungen durch Einpressen von Wasser oder anderer Substanzen in die entsprechenden Gesteinsschichten (Spezialfall: Hydraulic Fracturing)
- Versenkung von problematischen Abfallstoffen

Durch Rettungsbohrungen lassen sich in einem Bergwerk Verschüttete finden, mit Atemluft, Wasser, Nahrung und Kommunikationsmitteln versorgen und schließlich mit einer Dahlbusch-Bombe retten.

Technik und Methoden

Rollenmeißel als Werkzeug für eine *geologische Bohrung*

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

schlagendes Bohren: das Gesteinsmaterial wird durch Keilwirkung zertrümmert
drehendes Bohren: das Gestein wird durch sich drehende Bohrmeißel zerspant^[Beleg?], z. B. mit dem Rotary-Bohrverfahren.
Hochfrequenz-Bohrtechnik (SONIC): Das Bohrwerkzeug wird über einen Oszillator im Bohrkopf in Schwingung versetzt. Gleichzeitig kann das Bohrwerkzeug rotiert werden (ROTOSONIC). Der Vorteil besteht darin, dass durch die erzeugte Schwingung die Mantelreibung am Bohrgestänge auf ein Minimum reduziert wird. Das Gestein wird bei diesem Verfahren sowohl zerspant als auch zertrümmert.

Als Bohrkopf verwendete Werkzeuge:

Rollenmeißel
PDC-Meißel
Bohrkronen, teils mit Industriediamanten besetzt

Um Verschleiß und Erwärmung der Bohrkrone zu reduzieren und das Bohrklein an die Oberfläche zu befördern, wird im Bohrloch während des Bohrvorgangs meist eine Spülflüssigkeit umgepumpt, deren Druck auch das Bohrloch stabilisiert. Das in der Spülung herausgeförderte Bohrklein erlaubt eine Abschätzung der Herkunftstiefe der entnommenen Probe (berechnet aus Aufstiegsgeschwindigkeit und der dazu benötigten Zeit).

Neben Vertikalbohrungen werden in Sonderfällen auch Horizontalbohrungen durchgeführt, z. B. beim Tunnelbau. Techniken des Richtbohrens erlauben es, die Bewegungsrichtung des Bohrkopfes im Bohrloch zu steuern. Bei Tiefbohrungen ist es sogar möglich, den Verlauf in einem großen Radius von der Vertikalen in die Horizontale umzulenken.

Durch das so genannte Kernbohren lassen sich Bohrprofile in Form zylindrischer Gesteinsblöcke gewinnen, die als Bohrkerne bezeichnet werden und weitergehende Erkenntnisse über Lagerungsbedingungen, Schichtung und Bankung erlauben, etwa über die Neigung der vorgefundenen Schichten.

Literatur

Fachbücher oder Artikel

Bill D. Berger, Kenneth E. Anderson: Modern Petroleum. A Basic Primer of the Industry. 2nd Auflage. PennWell Books, Tulsa, Oklahoma 1981, ISBN 0-87814-172-3 (archive.org).
Horst Albrecht, Friedrich Bender: Angewandte Geowissenschaften. Band III: Geologie der Kohlenwasserstoffe, Hydrogeologie, Ingenieurgeologie, Angewandte Geowissenschaften in Raumplanung und Umweltschutz. 3 v. 4. Enke, Stuttgart 1984, ISBN 978-3-432-91031-4.
Peter K. Link: Basic Petroleum Geology. 2nd Auflage. Oil & Gas Consultants International, Tulsa 1987, ISBN 978-0-930972-10-3 (englisch, archive.org).
Australian Drilling Industry Training Committee Limited (Hrsg.): Drilling: The Manual of Methods, Applications, and Management. 4th Auflage. CRC Press, Boca Raton, FL 1997, ISBN 978-1-56670-242-3 (englisch).
Frank Jahn, Mark Cook, Mark Graham: Hydrocarbon Exploration and Production (= Developments in Petroleum Science. Band 46). Elsevier, Amsterdam ; New York 1998, ISBN 978-0-444-82883-5 (englisch, archive.org).
Deutsches Institut für Normung e. V. (Hrsg.): Bohrtechnik: Normen. 1. Aufl., Beuth, Berlin/Zürich 1998, ISBN 3-410-14386-6.
Ron Baker: A Primer of Oilwell Drilling. A Basic Text of Oil and Gas Drilling. 6th Auflage. Petroleum Extension Service, Continuing & Extended Education, University of Texas at Austin, Austin, TX 2001, ISBN 978-0-88698-194-5 (archive.org).
Friedrich P. Springer: Zur Geschichte der Tiefbohrtechnik aus der Perspektive von Lehr- und Fachbüchern. In: Erdöl-Erdgas-Kohle. Heft 7/8, 125. Jahrgang 2009.
Frank Jahn, Mark Cook, Mark Graham: Hydrocarbon Exploration and Production (= Developments in Petroleum Science. Band 55). 2nd Auflage. Elsevier, Amsterdam 2010, ISBN 978-0-444-53236-7.
Matthias Reich: Tiefbohrtechnik: Eine Einführung in die Erschließung von Kohlenwasserstoff- und Erdwärme-Lagerstätten. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg 2025, ISBN 978-3-662-70634-3, doi:10.1007/978-3-662-70635-0.

Historisch

Boverton Redwood: Petroleum: Its Production and Use. D. Van Nostrand, New York 1887 (englisch, archive.org).
Gottfried Schneiders: Die Gewinnung von Erdöl mit besonderer Berücksichtigung der bergmännischen Gewinnung. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg 1927, ISBN 978-3-642-90370-0, doi:10.1007/978-3-642-92227-5.
Graham B. Moody (Hrsg.): Petroleum Exploration Handbook (= McGraw-Hill Handbooks). McGraw-Hill Book Company, New York 1961 (englisch, archive.org).

Weblinks

Commons: Bohrungen – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Wiktionary: Bohrung – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen