Simulation und Evaluation eines drahtlosen Sensorsystems zur Erfassung der Bohrstrangdynamik über Tage

Am Fachgebiet „Architekturen und Systeme“ des Instituts für Mikroelektronische Systeme werden VLSI-Architekturen für Algorithmen der digitalen Signalverarbeitung mit besonderen Anforderungen an Echtzeitfähigkeit und Verlustleistung konzipiert und implementiert. Ein Forschungsschwerpunkt ist dabei die Signalverarbeitung für geothermische Anwendungen in der Tiefbohrtechnik. In diesem Forschungsschwerpunkt besteht eine langjährige Kooperation mit der Firma Baker Hughes GmbH.

Die Automatisierung von Abläufen bei der Erstellung von geologischen Tiefbohrungen erlangt in zunehmende Maße an Bedeutung. Unfälle auf Bohranlagen, die meist katastrophale Konsequenzen haben, sind meist, zu einem beträchtlichen Teil, auf menschliches Versagen zurückzuführen. Höhere Sicherheit ist deshalb ohne konsequenten Einsatz von Automatisierung in diesem Bereich nicht zu erreichen.

In dieser Arbeit soll daher die Anwendbarkeit eines drahtlosen Inertial-Sensorsystems für
das Beobachten des Bohrstrangs über Tage erforscht werden. In ersten Versuchen konnte ein solches System bereits erfolgreich zur Rotationserfassung zylindrischer Körper verwendet werden, sodass dieser Ansatz vielversprechend erscheint.

Daher erhält Herr Mörschbach zunächst die Aufgabe, ein geeignetes Simulationsmodell
eines Systems zur drahtlosen, sensorbasierten Erfassung der Bohrstrangdynamik im Hinblick auf Rotationsgeschwindigkeit, Vibration und Vorschub zu erstellen. Für die Abbildung der Verarbeitung und Kommunikation steht das Simulationsframework OMNeT++ zur Verfügung. Für die Auswertung der Sensordaten sollen alternative Algorithmen und Systemkompositionen evaluiert werden. Als Zielplattform dient die am Institut erarbeitete drahtlose Sensorplattform (IM)²SU, welche ggf. zu erweitern ist. Besonderes Augenmerk muss in diesem Zusammenhang auch auf den erforderlichen Explosionsschutz gelegt werden, der insbesondere bei Gasbohrungen einen hohen Stellenwert hat.

Die Ergebnisse dieser Untersuchungen, insbesondere hinsichtlich des zeitlichen Verhaltens, sollen in das zuvor erstellte Simulationsmodell einfließen.
Ein weiterer Bestandteil der Arbeit ist die Durchführung einer Messkampagne an der Tiefbohr-Versuchsanlage der Firma Bauer in Schrobenhausen. Mit den gewonnenen Messdaten soll anschließend die Qualität des Simulationsmodells bewertet werden. Auftretende Abweichungen sind zu diskutieren bzw. im Simulationsmodell zu ergänzen.