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D. Oppitz:
"Gesteuertes und gerichtetes Bohren - Technologieüberblick und Verfahrensanalyse";
Supervisor: D. Adam, P. Nagy; Institut für Geotechnik, 2018; final examination: 2018-04-27.

By using directed and directional drilling methods, the length of boreholes can be increased without losing accuracy. For the
efficiency of these drilling technologies, process related aspects and geological conditions must be considered carefully. The stability of borehole walls is essential for most directional drilling methods.
This thesis contains an extensive literature research, to gain a better understanding of different drilling techniques. This research includes not only a detailed description of the various drilling methods and their basic principles but also the description of flushing technologies. Furthermore, various influence factors on the drilling speed, the geological as well as the process- related aspects that may cause boreholes to deviate from their intended course, are shown. After that, the terms directed as well as directional drilling are defined and the procedures currently available are described.
In the third part of the thesis, drilling data from a construction project are analysed. Therefore, drilling and surveying data from 18 boreholes, located in six different areas are evaluated. The survey data includes recordings from camera surveys, which were carried out in each of this six areas.
Data analysis starts with a separation of sections with successful control manoeuvers. Drilling and surveying data are used combined during this process. Three zones are defined, based on the quality of the borehole wall using the camera survey data. Subsequently, the previously filtered drilling data is assigned to these defined zones.
Finally, an evaluation is performed that contains those areas, in which the drillings could be controlled with the most significant success. This evaluation showed that there are two different ways possible to control drillings. The first option is the intentional up-hole control, which seems to be possible in areas of low drilling progress and high mud pressure. Whereas, the second option is to form wedges under the casing as a result of material collapsing into the borehole. However, this behaviour cannot be influenced directly by the operator. It has also been recognised that high drilling rates in combination with low mud pressure indicating very soft formations. In this formations is the widening of the borehole due to multiple outbreaks possible.

Durch den Einsatz von gerichteten sowie von gesteuerten Bohrungen ist es möglich, die erzielbaren Reichweiten von Bohrungen bei gleichbleibender Genauigkeit um ein Vielfaches zu erhöhen. Oftmals wird jedoch der Umstand vernachlässigt, dass der sinnvolle sowie effektive Einsatz dieser Verfahren an gewisse geologische sowie verfahrensbedingte Randbedingungen geknüpft ist. Die wichtigste Randbedingung für den Einsatz derartiger Verfahren ist die vorherrschende Geologie. Für die Anwendung der meisten gesteuerten Bohrverfahren ist eine stabile Bohrlochwand unerlässlich.
Zum Erlangen eines besseren Verständnisses für die unterschiedlichen zum Einsatz kommenden Verfahren beginnt diese Arbeit mit einer umfangreichen Literaturrecherche. Diese Recherche beinhaltet nicht nur die verschiedenen Bohrverfahren sowie deren Wirkprinzipien sondern auch die Spülungstechnologie, vor allem die Anwendbarkeit der unterschiedlichen Spülungen wird behandelt. Des weiteren werden die Einflüsse auf die Bohrgeschwindigkeit sowie die geologischen, als auch die verfahrensbedingten Ursachen, aufgrund derer Bohrungen von ihrem geplanten Verlauf abweichen können, behandelt. Im Anschluss daran werden die Begriffe des Richtens sowie des Steuerns von Bohrungen klar voneinander abgegrenzt und die im Moment zur Verfügung stehenden Verfahren beschrieben.
Abschließend werden Bohrdaten eines Bauvorhabens hinsichtlich ihrer Aussagekraft auf die geologischen Eigenschaften des Gebirges analysiert. Hierfür werden die Bohr- und Vermessungsdaten von 18 Bohrungen, die sich in sechs Abschnitten, zu je drei Bohrungen befinden, untersucht und ausgewertet. Die Vermessungsdaten beinhalten zudem die Daten der Kamerabefahrung, die an je einer Bohrung des jeweiligen Abschnitts durchgeführt wurde. Durch die kombinierte Analyse der Bohr- und Vermessungsdaten ist es möglich die Bohrdaten jenen Bereichen zuzuordnen, in denen erfolgreiche Steuermanöver ausgeführt wurden. Anhand der Daten aus den Kamerabefahrungen werden für jeden Abschnitt drei Gebirgsbereiche definiert, denen die gefilterten Bohrdaten zugeordnet werden. Daraus lassen sich Aussagen hinsichtlich des Steuerverhaltens in den unterschiedlichen Bereichen treffen. Anhand dieser Aussagen ist ersichtlich, dass es zwei Möglichkeiten dafür gibt, dass die Steigung von Bohrungen zunimmt. Die Erste ist die beabsichtigte
Steuerung der Bohrung nach oben. Dies ist in Bereichen mit geringem Bohrfortschritt und einem hohen Spülungsdruck möglich. Die zweite mögliche Ursache für eine Ablenkung der Bohrung ist die Ausbildung von Keilen unter der Verrohrung. Diese Art der Ablenkung von Bohrungen kann jedoch nicht beeinflusst werden. Des Weiteren wird erkannt, dass ein hoher Bohrfortschritt gepaart mit einem niedrigen Spülungsdruck ein Anzeichen für sehr weiche Formationen ist. In derartigen Abschnitten kommt es zu Aufweitungen des Bohrlochs und zu Mehrausbrüchen.

Bohrverfahren, gerichtete Bohrung, gesteuerte Bohrung, Steuerung

https://publik.tuwien.ac.at/files/publik_269501.pdf