Entwicklung eines Advisors zur Berechnung von Stabilitätskarten für laterale Schwingungen in Tiefbohrsträngen

In der Bohrindustrie sind laterale Bohrstrangschwingungen die Hauptursache für eine Begrenzung der Bohrgeschwindigkeit. Dabei führen insbesondere Kontakte mit der Bohrlochwand zu kritischen Phänomenen. Über Tage können die Bohreingangsparameter Drehzahl und Meißelaufstandskraft eingestellt werden, um die auftretenden Schwingungen zu reduzieren. In der vorliegenden Arbeit wird ein modellgestützter Algorithmus vorgestellt, um dem Bohrmeister eine Empfehlung zum Einstellen der Eingangsgrößen zu geben. Dieser sogenannte Advisor berechnet die möglichen stabilen Lösungen eines mechanischen Ersatzmodells der Bohranlage und zeigt diese grafisch in Form einer Stabilitätskarte. Grundlage des Advisors ist ein neu entwickeltes Minimalmodell, welches die Bewegung einer Schwerstangensektion beschreibt. Das Modell basiert auf bereits existierenden Ansätzen die so erweitert wurden, dass auch der Schlag, die anisotrope Steifigkeit und die elastische Ausbiegung des Bohrstrangs berücksichtigt werden. In dem Algorithmus wird das entwickelte Mehrkörpermodell in einer reduzierten Form mit Hilfe einer Pfadverfolgungstechnik gelöst. Die Erprobung des Advisors erfolgt an einem Versuchsstand, welcher die Nachbildung von lateralen Bohrstrangschwingungen im Labormaßstab erlaubt. Die experimentelle Validierung zeigt, dass die Stabilitätsgrenzen erfolgreich vorausgesagt werden können.