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Entwicklung von Referenzflüssigkeiten und Sensoren zur Charakterisierung der Transporteigenschaften von Schmierstoffen für Tiefbohrungen

29.05.2015

In der PTB werden für die Mineralölindustrie im Rahmen des EMRP-Projektes
ENG59 NNL Referenzflüssigkeiten mit nicht-newtonschem Verhalten entwickelt. Diese Flüssigkeiten sollen zur Kalibrierung von Rheometern dienen, die zur Prozesskontrolle im Kühl/Schmier-Kreislauf bei Tiefbohrungen eingesetzt werden.


Bei Erdbohrungen zur Gas- und Ölförderung werden Bohrflüssigkeiten eingesetzt, die sowohl zum Kühlen und Schmieren des Bohrkopfes dienen als auch den Abtransport von Abraum übernehmen. Die Effizienz dieser Flüssigkeiten lässt sich wesentlich steigern, wenn ihr rheologisches Verhalten entsprechend der Bedingungen vor Ort eingestellt werden kann. Besonders geeignet sind Flüssigkeiten, die nicht-newtonsches Fließverhalten zeigen, vor allem soll die Bohrflüssigkeit bei Bohr-Stillstand schnell gelieren und bereits gelockertes und abtransportiertes Material im unter Umständen mehrere Tausend Meter tiefen Bohrloch in der Schwebe halten und verhindern, dass dieser Abraum wieder absinkt. Bisher werden in der Praxis die Rheometer, mit deren Hilfe dieses Fließverhalten charakterisiert wird, mit newtonschen Flüssigkeiten, das sind Flüssigkeiten mit scherraten-unabhängiger Viskosität, kalibriert.


Zur Validierung von Rheometern stellt die AG 3.32 seit über zehn Jahren auch nicht-newtonsche Testflüssigkeiten bereit. Zusammen mit Partnern aus der erdölfördernden Industrie, Universitäten und Metrologieinstituten werden die rheologischen Eigenschaften der Testflüssigkeiten an die Bohrbedingungen angepasst und Sensoren zur inline-Ermittlung auch weiterer Transporteigenschaften der Bohrflüssigkeiten entwickelt. Hintergrund für diese Arbeiten sind verschärfte Anforderungen an Energie- und Zeiteinsparung, an die Sicherheit des Bohrprozesses und Umweltaspekte.  Die Arbeiten finden im Rahmen des EMRP-Projektes ENG59 NNL „Sensor development and calibration method for inline detection of viscosity and solids content of non-Newtonian fluids“ statt, das im Mai dieses Jahres startete.