Im Richtbohrstrang sitzen hinter dem Bohrmeißel auf etwa 50 m Teile aus nichtrostendem Edelstahl: Hier finden sich die Drill Collars, die kontinuierlich Spülflüssigkeit zuführen, um das durch den Bohrkopf zerkleinerte Gestein an die Erdoberfläche zu spülen.

Bild: I-Stockphoto

Grundlage für die DEW-Stahlproduktion ist Schrott. Hierbei handelt es sich um hochwertige Sekundär-Rohstoffe, die sortenrein in einem 130-t-Elektrolichtbogenofen chargiert werden.

Bild: DEW

Mechanisch bearbeitet werden die Drill Collar bei den DEW mit einer Tiefloch-Bohrmaschine. Dabei handelt es sich um Bohrungen zwischen 50 mm und 80 mm auf einer Länge von 9,5 m.

Bild: DEW

Durch Richtbohrungen werden heute Erdölfelder erschlossen, die bis zu 5 km tief über 10 km entfernt vom Bohrturm liegen können. In der Offshore-Förderung ist dies die übliche Form der Erschließung.

Bild: I-Stockphoto

Mit Spezialstahl auf Ölsuche

PDF

Zurück

Durch Richtbohrungen – dem Directional Drilling – werden heute Erdölfelder erschlossen, die bis zu 5 km tief und mehr als 10 km entfernt vom Bohrturm liegen können. In der Offshore-Förderung ist das Richtbohren die übliche Form der Erschließung, da so von wenigen Bohrinseln aus die oft weitläufigen Lagerstätten erreicht werden. Auch an Land setzt sich das Directional Drilling zunehmend durch. Mit dem Verfahren können Lagerstätten unter besiedeltem und unzugänglichem Gelände erreicht oder Naturschutzgebiete geschont werden.
Im Richtbohrstrang sitzen hinter dem Bohrmeißel auf etwa 50 m Bauteile aus hochentwickeltem nichtrostendem Edelstahl: Zum einen finden sich hier Drill Collars, die kontinuierlich Spülflüssigkeit zuführen, um das durch den Bohrkopf zerkleinerte Gestein an die Erdoberfläche zu spülen. Zum anderen werden in den MWD/LWD – Kürzel für Messurement While Drilling/Logging While Drilling – genannten Strangsegmenten geometrische Instrumente gelagert, die einerseits Daten über Gesteinsinformationen sammeln sowie andererseits Messungen am Erdmagnetfeld vornehmen, um Lage und Richtung der Bohrung detailliert zu bestimmen. Daher müssen die Bohrstrangteile, insbesondere in unmittelbarer Nähe der Messgeräte, amagnetisch sein. Das heißt: Sie müssen eine magnetische Durchlässigkeit aufweisen, die keine Kompassabweichungen erzeugt. Nur wenn das Erdmagnetfeld nicht durch den Stahl der Strangelemente abgelenkt wird, sind präzise Messungen möglich.

„Ein wesentliches Kriterium für den wirtschaftlichen Einsatz von amagnetischen Edelstahllegierungen in diesem Bereich ist die Langlebigkeit der Legierungen“, erklärt Peter Grüneberg, Leiter Vertrieb und technische Kundenberatung für Spezialprodukte bei der Deutschen Edelstahlwerke GmbH in Witten. Um den starken mechanischen Beanspruchungen durch Zug- und Druckspannungen von bis zu 1500 MPa sowie der Torsion durch die Drehung des Bohrkopfs und des Stranges standzuhalten, müssen die Stähle eine hohe Festigkeit aufweisen. Ein ebenfalls zentraler Punkt ist die Korrosionsbeständigkeit, da die Spülflüssigkeit korrosive Inhaltsstoffe wie mehrprozentige Natriumchlorid-, Kaliumchlorid- oder Magnesiumchlorid-Lösungen enthält, die das noch nicht verrohrte Bohrloch stabilisieren sollen. „Die MWD werden im Vergleich zu den Drill Collars sehr viel aufwändiger und teilweise auch dünnwandig angearbeitet. Dann können die hochempfindlichen Messgeräte optimal im Bauteil platziert werden. Daher muss diese Legierung noch beständiger gegen Lochfraß sein, soll sich aber dennoch gut mechanisch bearbeiten lassen“, führt Grüneberg aus. Die Entwicklung und Herstellung solcher Lösungen in Spezialstahl zählt zu den Kernkompetenzen der Deutsche Edelstahlwerke.
Grundlage für die Stahlproduktion des Unternehmens ist Schrott. Hierbei handelt es sich um hochwertige Sekundär-Rohstoffe, die sortenrein in einem 130-t-Elektrolichtbogenofen chargiert werden. Hat der flüssige Stahl die Abstichtemperatur erreicht, wird die Schmelze zur Weiterverarbeitung in eine bereitstehende Pfanne entleert. Hier findet anschließend die sekundärmetallurgische Behandlung des Stahls statt.
Um amagnetische Stähle herzustellen, muss eine spezielle, stabile austenische Kristallstruktur erzeugt werden. Diese wird durch eine Zugabe von ungefähr 20 % Mangan sowie Nickel und Stickstoff erreicht. Die für die MWD benötigte Legierung des Magnadur 601 unterscheidet sich von dem Magnadur 501, aus dem die Bohrstangen gefertigt werden, durch die höheren Zugaben von Chrom, Nickel, Stickstoff und Molybdän. Dadurch werden eine gesteigerte Beständigkeit gegen Lochfraß und höhere Festigkeit nach der Kaltverfestigung erreicht. Anschließend werden beide Legierungen stickstofflegiert. „Hierzu wird das Gas über eine sogenannte Lanze in die Schmelze gespült, ähnlich wie Sauerstoff einem Aquarium zugeführt wird“, veranschaulicht Grüneberg.

Im Anschluss wird der Stahl im Strangguss senkrecht vergossen. Das flüssige Metall läuft dabei abwärts durch wassergekühlte Kupferkokillen. „Dieses von uns in Witten entwickelte Verfahren ist in dieser Form weltweit einmalig. So sind wir in der Lage, auch hochlegierte Stähle wie die Amagnite 501 und 601 senkrecht zu gießen, und vermeiden damit die Gefahr der Rissbildung, die beim bekannteren Kreisbogenguss eher besteht“, führt Grüneberg aus. Der geschliffene Strangguss wird anschließend vorgeschmiedet, im Wasserbad zu einem gewissen Grad abgekühlt und schließlich auf einer Rotations-Schmiedemaschine kaltverfestigt. Hierbei schiebt sich der Stahl mit einer kontinuierlichen Drehung durch ein mit vier Hämmern ausgestattetes Joch, um eine gleichmäßige Verformung des Stabes zu erreichen. Dieser aufwändige, mehrstufige Schmiedeprozess ist notwendig, um dem Gefüge eine größtmögliche Härte und Festigkeit zu verleihen.
Anschließend werden die Stäbe geschält, auf Länge gesägt und feingerichtet. Die Anarbeitung der MWD übernehmen in der Regel hoch spezialisierte Zulieferer der Ölkonzerne, um die Bauteile optimal an die verwendeten Instrumente anzupassen. Die mechanische Bearbeitung der Drill Collar hingegen erfolgt bei den Deutschen Edelstahlwerken mittels einer hochmodernen Tiefloch-Bohrmaschine. Dabei handelt es sich um Bohrungen zwischen 50 mm und 80 mm auf einer Länge von 9,5 m. „In einem letzten Schritt führen wir eine Verfestigung der Bohrungsinnenfläche der Drill Collar durch. Über das Rollieren der Rohr-Innenwände erzielen wir eine Veränderung der Druckeigenspannung, vermeiden so Spannungsrisskorrosion und erreichen eine deutlich gesteigerte Haltbarkeit“, erklärt Stahlexperte Grüneberg. „Vor dem Versand werden unsere Produkte noch eingehend auf Materialfehler und Fremdeinschlüsse geprüft, die die magnetische Permeabilität beeinflussen könnten.“

Um den extremen Bedingungen bei der Erdölexploration standzuhalten, sind individuelle Lösungen aus Edelstahl notwendig. In aufwändigen Produktions- und Weiterverarbeitungsprozessen entwickeln und realisieren die Deutschen Edelstahlwerke Werkstoffe mit genau definierten Eigenschaften. Voraussetzung sind Hightech-Produktionsanlagen und ein umfassendes Ingenieur-Know-how. „In den nächsten Jahren bereiten wir uns darauf vor, dass die Anforderungen an unsere Stähle noch weiter steigen. Denn die Suche nach neuen Lagerstätten der knapper werdenden Ressource Erdöl gestaltet sich immer schwieriger“, so Grüneberg. „Daher sind wir mit unserer Entwicklungskompetenz als Partner einer hochspezialisierten Branche ständig gefordert.“
Die Deutsche Edelstahlwerke GmbH ist einer der führenden Hersteller von Edelstahl-Langprodukten. Das Unternehmen entstand durch die Fusion der Edelstahl Witten Krefeld GmbH und der Edelstahlwerke Südwestfalen GmbH zum Januar 2007. Insgesamt verfügt der Edelstahlexperte über 150 Jahre Erfahrung in der Produktion hochwertiger Edelstahlerzeugnisse. Das Lieferspektrum umfasst Werkzeug- und Schnellarbeitsstähle, rost-, säure- und hitzebeständige Stähle – so genannte RSH-Stähle – sowie Edelbau- und Wälzlagerstähle nebst Sonderwerkstoffe wie Ferro-Titanit. Die Produktpalette reicht vom gezogenen Draht mit 0,8 mm Durchmesser bis hin zu geschmiedeten Produkten mit einem Durchmesser von 1100 mm. Die Kunden der Deutschen Edelstahlwerke erhalten die komplette Fertigungskette aus einer Hand: von der Erzeugung über die Anarbeitung bis hin zur Wärme- und Oberflächenbehandlung.
Der Mutterkonzern Schmolz+Bickenbach AG ist weltweit ein führender Anbieter für spezielle Lösungen im Bereich hochwertiger Stähle. Bei der Produktion von rostfreien Langprodukten und Werkzeugstahl ist das Unternehmen weltweit die Nummer 1. Schmolz+Bickenbach war 1919 als Vertriebsfirma für Edelstahlerzeugnisse in Düsseldorf gegründet worden. Der Stahlkonzern bietet seinen Kunden heute ein komplettes Portfolio aus Produktion, Verarbeitung sowie Distribution und Services. Mit eigenen Produktions- und Distributionsgesellschaften auf fünf Kontinenten gewährleistet das Unternehmen die globale Betreuung und Versorgung seiner Kunden.