DE102011013112A1

DE102011013112A1 - Drilling rig, particularly horizontal drilling rig, has drilling rod, which carries drilling tool and is driven by drill drive, and modular pump station consisting of two pump units for conveying drilling fluid

Info

Publication number: DE102011013112A1
Application number: DE102011013112A
Authority: DE
Inventors: Markus Hörmann
Original assignee: MAX WILD GmbH
Current assignee: MAX WILD GmbH
Priority date: 2011-03-04
Filing date: 2011-03-04
Publication date: 2012-09-06

Abstract

The drilling rig has a drilling rod, which carries a drilling tool and is driven by a drill drive (5), and a modular pump station (4) consisting of two pump units for conveying the drilling fluid. Each pump unit has an electric motor as a drive for the pump of the pump unit. The drilling rig has a controller (1), particularly a pump station-controller.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bohranlage, insbesondere Horizontalbohranlage, zumindest bestehend aus einem von einem Bohrantrieb antreibbaren, ein Bohrwerkzeug tragenden Bohrgestänge.The invention relates to a drilling rig, in particular horizontal drilling rig, at least consisting of a drivable by a drill drive, a drilling tool-bearing drill pipe.

Gattungsgemäße Bohranlagen, insbesondere Horizontalbohranlagen werden beispielsweise dann eingesetzt, wenn auf verhältnismäßig kurzen Distanzen (wenigstens 100 m bis ca. 2 oder 4 km) zum Beispiel ein Telekommunikationskabel, eine Gasleitung oder sonstige Versorgungsleitungen usw. unterirdisch einzubauen ist und das Ausheben eines Grabens und so weiter nicht möglich oder zu teuer ist. Die gattungsgemäße Bohranlage umfasst dabei zumindest einen von einem Bohrantrieb antreibbaren, ein Bohrwerkzeug tragendes Bohrgestänge. Der Bohrantrieb hat dabei die Aufgabe, das Bohrgestänge zum Einen in Rotation zu versetzen und zum anderen auch longitudinal voranzubringen, um so die Bohrung durchzuführen. Gegebenenfalls umfasst die Bohranlage aber auch weitere Bestandteile, nämlich eine Mischanlage für das Vorbereiten der Bohrflüssigkeit oder auch eine Recyclinganlage, in welcher die wiedergewonnene, aus der Bohröffnung ausgetretene verunreinigte Bohrflüssigkeit aufbereitet und dann wieder der Mischanlage zugleitet wird. Die Bohrflüssigkeit hat dabei die Aufgabe, den von dem Bohrwerkzeug zerkleinerten Abraum abzutransportieren. Die Bohrflüssigkeit dient aber auch zu einer Kühlung beziehungsweise Schmierung des Bohrwerkzeuges beziehungsweise Bohrgestänges. Dabei wird die Bohrflüssigkeit durch das Bohrgestänge zum Kopf des Bohrgestänges, welches dem Antrieb abgewandt ist, gepumpt. Am Kopf des Bohrgestänges befindet sich das Bohrwerkzeug.Generic drilling rigs, in particular horizontal drilling rigs are used, for example, when at relatively short distances (at least 100 m to about 2 or 4 km), for example, a telecommunications cable, a gas line or other supply lines, etc. is underground to install and digging a trench and so on not possible or too expensive. The generic drilling rig comprises at least one drill string which can be driven by a drill drive and carries a drilling tool. The drill drive has the task to put the drill pipe on the one hand in rotation and on the other also to advance longitudinally so as to perform the drilling. Optionally, the drilling rig also includes other components, namely a mixing plant for preparing the drilling fluid or a recycling plant in which the recovered, leaked from the drilling hole contaminated drilling fluid processed and then zugleitet the mixing plant. The drilling fluid has the task of removing the crushed by the drilling tool overburden. But the drilling fluid also serves to cool or lubricate the drilling tool or drill pipe. The drilling fluid is pumped through the drill pipe to the head of the drill pipe, which faces away from the drive. At the head of the drill string is the drill.

In gattungsgemäßen Bohranlagen werden Pumpen nicht nur für das Fördern der Bohrflüssigkeit durch das Bohrgestänge zum Bohrwerkzeug hin eingesetzt, sondern es sind auch Pumpen vorgesehen, die die aus dem Bohrloch austretende Bohrflüssigkeit zu einer Recyclinganlage pumpen. Des weiteren sind natürlich auch zwischen der Recyclinganlage und der Mischanlage Pumpen für das Fördern der Bohrflüssigkeit vorgesehen.In generic drilling rigs, pumps are not only used for conveying the drilling fluid through the drill pipe to the drilling tool, but pumps are also provided which pump the drilling fluid emerging from the wellbore to a recycling plant. Furthermore, of course, pumps are provided for conveying the drilling fluid between the recycling plant and the mixing plant.

Für das Fördern der Bohrflüssigkeit ist der Einsatz einer entsprechend dimensionierten Pumpe bekannt. üblicherweise werden hierfür zum Beispiel Kolbenpumpen eingesetzt. Diese werden hydraulisch angetrieben, und die Hydraulikpumpe ihrerseits wird von einem Dieselgenerator oder ähnlichem angetrieben. Die gattungsgemäße Bohranlage ist nicht auf eine Horizontalbohranlage beschränkt, sie ist erfindungsgemäß auch als Vertikalbohranlage verwendbar und realisierbar. Die Anordnung ist dabei so gewählt, dass der Bohrantrieb und die Klemm- beziehungsweise Brecheinrichtung, die für das Verbinden der einzelnen Gestängeteile des Bohrgestänges vorgesehen ist, auf einer verfahrbaren Bohrlafette angeordnet sind, wohingegen die anderen Elemente der Bohranlage an der Baustelle ortsfest sind. Sie werden bei Bedarf von Baustelle zu Baustelle transportiert. Natürlich sind auch Anordnungen der Bohranlage möglich, bei welchen auch der Bohrantrieb im Wesentlichen ortsfest ist.For the promotion of drilling fluid, the use of a suitably sized pump is known. Usually piston pumps are used for this purpose, for example. These are hydraulically driven, and the hydraulic pump in turn is powered by a diesel generator or the like. The generic drilling rig is not limited to a horizontal drilling rig, it is inventively also used as a vertical drilling rig and feasible. The arrangement is chosen so that the drill drive and the clamping or crushing device, which is provided for connecting the individual linkage parts of the drill string, are arranged on a movable drill carriage, whereas the other elements of the drilling rig are stationary at the construction site. If necessary, they are transported from construction site to construction site. Of course, arrangements of the drilling rig are possible, in which also the drilling drive is substantially stationary.

Die im Stand der Technik bekannte Auslegung der gattungsgemäßen Bohranlagen mit nur einer Pumpe hat den Nachteil, dass diese Pumpe in der Regel für die eigentliche Bohraufgabe überdimensioniert ist. Die Pumpe ist nämlich für die Spitzenbeanspruchung der gesamten Bohranlage ausgelegt, Höchstbeanspruchungen einer Bohranlage sind jedoch nicht der Normalfall, weswegen bei einer Vielzahl von Bohraufgaben eine zu große Pumpe zum Einsatz kommt, was zu entsprechenden vermeidbaren Betriebskosten führt.The well-known in the art design of the generic drilling rigs with only one pump has the disadvantage that this pump is oversized usually for the actual drilling task. The pump is designed for the peak load of the entire drilling rig, but maximum loads on a rig are not the norm, which is why a large pump is used in a large number of drilling jobs, resulting in corresponding avoidable operating costs.

Des Weiteren ist zu beachten, dass der Ausfall der (einzigen) Pumpe bei den bekannten Bohranlagen zum Gesamtausfall der Bohranlage führt, da ohne eine Unterstützung mit Bohrflüssigkeit eine Bohrung nicht möglich ist. Das Herbeischaffen und Wechseln der Pumpe ist entsprechend aufwändig und führt zu einem Ausfall der gesamten Bohranlage mit entsprechenden Kosten.Furthermore, it should be noted that the failure of the (single) pump in the known drilling rigs leads to the total failure of the rig, as without a support with drilling fluid drilling is not possible. Fetching and changing the pump is correspondingly complex and leads to a failure of the entire drilling rig with corresponding costs.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Bohranlage so weiterzuentwickeln, dass diese möglichst kostengünstig betreibbar ist.Based on this prior art, it is an object of the invention to further develop a drilling rig so that it can be operated as inexpensively as possible.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einer Bohranlage wie eingangs beschrieben und schlägt vor, dass die Bohranlage eine aus mindestens zwei Pumpeinheiten modular aufgebaute Pumpstation für das Fördern der Bohrflüssigkeit aufweist, wobei jede Pumpeinheit mindestens einen Elektromotor als Antrieb für die Pumpe der Pumpeinheit aufweist. Der Pfiff der Erfindung liegt darin, dass ein konsequenter modularer Aufbau der Pumpstation vorgeschlagen wird. Die Pumpstation besteht gemäß der Erfindung aus mindestens zwei Pumpeinheiten. Die Pumpeinheiten können entweder gleichartig oder in ihren technischen Parametern (Leistungsaufnahme, Pumpenkonzept, Fördermenge beziehungsweise Förderstrom und so weiter) unterschiedlich sein.To achieve this object, the invention is based on a drilling rig as described above and suggests that the drilling rig has a pumping station for pumping the drilling fluid, which is modularly constructed from at least two pumping units, wherein each pumping unit has at least one electric motor as a drive for the pump of the pumping unit , The trick of the invention is that a consistent modular design of the pumping station is proposed. The pumping station according to the invention consists of at least two pumping units. The pumping units may be either the same or different in their technical parameters (power consumption, pump concept, delivery rate or delivery rate, and so on).

Die Pumpeinheit ihrerseits besteht aus einem als Elektromotor ausgebildeten Pumpantrieb und der eigentlichen Pumpe, die zum Beispiel als mechanisch wirkende Kolbenpumpe oder ähnliches realisierbar ist.The pump unit in turn consists of a designed as an electric pump drive and the actual pump, which can be realized, for example, as a mechanically acting piston pump or the like.

Die Pumpeinheit beschränkt sich dabei nicht darauf, dass diese nur genau einen Elektromotor und nur genau eine Pumpe besitzt. Es ist grundsätzlich möglich, dass die Pumpeinheit mehr als einen Elektromotor umfasst. Auch ist es möglich, dass die Pumpeinheit eine oder mehrere Pumpen besitzt.The pump unit is not limited to the fact that these only exactly one electric motor and only one pump has. It is basically possible for the pumping unit to comprise more than one electric motor. It is also possible that the pump unit has one or more pumps.

Durch den modularen Aufbau ist es möglich, die gewünschte Förderleistung von Bohrflüssigkeit genau an die jeweilige Baustelle anzupassen. Daraus resultiert, dass die Pumpeinheit genau entsprechend der gewünschten Förderleistung auslegbar ist, mit dem positiven Effekt, dass die Kosten für den Betrieb der Pumpstation optimiert werden.Due to the modular design, it is possible to adapt the desired delivery rate of drilling fluid precisely to the respective construction site. As a result, the pumping unit can be designed precisely according to the desired delivery rate, with the positive effect of optimizing the costs of operating the pumping station.

Das modulare Konzept der Pumpstation impliziert gleichzeitig eine redundante Ausgestaltung der einzelnen Pumpeinheiten. Das bedeutet, der Ausfall einer Pumpeinheit der Pumpstation führt nicht sofort zum Ausfall der gesamten Bohranlage, sondern die Bohranlage kann mit verminderter Leistung weiterbetrieben werden. Da die Pumpstation eine Mehrzahl von Anschlussplätzen für die Pumpeinheiten aufweist, kann in der Pumpstation bereits eine im Normalfall nicht eingesetzte Pumpeinheit als Reserveeinheit vorgehalten werden, die bei Bedarf kurzfristig zugeschaltet wird, wenn eine andere Pumpeinheit ausfällt. Wartungs- oder Reparaturfälle an der einzelnen Pumpeinheit führen daher nur zu einem kurzfristigen Abfall der Förder- beziehungsweise Bohrleistung, jedoch nicht zu einem Gesamtausfall der Bohranlage. Dementsprechend fallen keine Stillstandkosten mehr an, der Betrieb einer entsprechenden Bohranlage erfolgt erheblich ökonomischer.The modular concept of the pumping station simultaneously implies a redundant configuration of the individual pumping units. This means that the failure of a pump unit of the pumping station does not immediately lead to the failure of the entire drilling rig, but the drilling rig can continue to operate with reduced power. Since the pumping station has a plurality of connection points for the pumping units, a pumping unit which is not normally used can already be provided as a reserve unit in the pumping station, which is switched on briefly if required, if another pumping unit fails. Maintenance or repair cases on the individual pump unit therefore only lead to a short-term drop in the production or drilling capacity, but not to a total failure of the drilling rig. Accordingly, no downtime costs more, the operation of a corresponding drilling rig is considerably more economical.

Im Stand der Technik war ein Antrieb der Pumpen mit Hydraulikmotoren vorgesehen, die ihrerseits durch Dieselaggregate angetrieben wurden. Der erfindungsgemäße Vorschlag sieht in der Pumpeinheit einen Elektromotor vor, der emissionsfrei mit Strom betrieben werden kann. Der notwendige Strom wird entweder dem öffentlichen Netz oder einer zentralen Stromversorgungsquelle entnommen. Das nach der Erfindung eingesetzte Antriebskonzept ist daher ausgesprochen geräuscharm beziehungsweise geräuschreduziert realisierbar, wordurch die erfindungsgemäße Bohranlage zum Beispiel auch in Stadt- oder Wohngebieten einsetzbar ist, in welchen unter Umständen eine entsprechende Lärmbelästigung nicht erwünscht ist. Dadurch erschließt sich für die erfindungsgemäße Bohranlage ein entsprechender zusätzlicher Einsatzbereich, aber auch die Betriebszeiten werden nicht durch lärmschutzbedingte Arbeitspausen beschränkt, da die Bohranlage verhältnismäßig geräuscharm betrieben wird (es läuft kein Dieselaggregat für den Antrieb), so können diese zum Beispiel auch in der Mittagspause weiterbetrieben werden.In the prior art, a drive of the pumps was provided with hydraulic motors, which in turn were driven by diesel engines. The proposal according to the invention provides in the pumping unit an electric motor which can be operated with zero emissions with electricity. The necessary electricity is taken from either the public grid or a central power source. The drive concept used according to the invention is therefore extremely low noise or noise reduced feasible, wordurch drilling system according to the invention, for example, in urban or residential areas can be used, in which under certain circumstances, a corresponding noise is not desirable. This opens up a corresponding additional area of use for the drilling rig according to the invention, but also the operating times are not limited by noise-induced work breaks, since the drilling rig is operated relatively quietly (there is no diesel engine for propulsion), so they can continue to operate during the lunch break, for example become.

Der Einsatz eines Elektromotors als Antrieb für die Pumpe führt auch zu einem hydraulikfreien Pumpantrieb mit dem Vorzug, dass Leckagen in der Hydraulikzuleitung und so weiter nicht mit einer entsprechenden Verschmutzung des Erdreiches einhergehen.The use of an electric motor as the drive for the pump also leads to a hydraulic pump drive with the advantage that leaks in the hydraulic supply and so on are not accompanied by a corresponding contamination of the soil.

Durch eine Verbesserung der Ökologie, die durch die erfindungsgemäße Bohranlage möglich ist, werden auch die Betriebskosten für die erfindungsgemäße Bohranlage abgesenkt, da ansonsten notwendige Schutzmaßnahmen im Leckagefall der (Öl-)Hydraulikaggregate vermieden werden.By improving the ecology, which is possible by the drilling rig according to the invention, the operating costs for the drilling rig according to the invention are lowered, since otherwise necessary protective measures in the event of leakage of (hydraulic) hydraulic units are avoided.

Ein weiterer Vorzug des erfindungsgemäßen Konzepts liegt darin, dass durch die modulare Ausgestaltung ein homogenerer Pumpstrom möglich ist. Bei der Lösung zum Stand der Technik erzeugt die Kolbenpumpe periodisch eine entsprechende Druckwelle. Aus den im Stand der Technik verhältnismäßig großen Kolbenpumpen resultiert eine entsprechend große Druckwelle. Der gesamte hydraulische Apparat, die Rohrleitungen und das Bohrgestänge, muss auf diese Druckspitzen ausgelegt sein, was zu entsprechendem Aufwand führt. Bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag ist es möglich, einen homogeneren Verlauf des Pumpstroms, das heißt eine geringere Fluktuation in dem Pumpdruck zu realisieren, wodurch die Bauteile weniger belastet werden und daher länger einsetzbar sind, was die Unterhaltskosten senkt.Another advantage of the inventive concept is that a more homogeneous pumping current is possible due to the modular design. In the solution to the prior art, the piston pump periodically generates a corresponding pressure wave. From the relatively large piston pumps in the prior art results in a correspondingly large pressure wave. The entire hydraulic apparatus, the piping and the drill string, must be designed for these pressure peaks, which leads to a corresponding expense. In the proposal according to the invention, it is possible to realize a more homogeneous course of the pumping current, that is, a smaller fluctuation in the pumping pressure, whereby the components are less stressed and therefore longer usable, which reduces the maintenance costs.

Der erfindungsgemäße Vorschlag sieht vor, dass die modular aufgebaute Pumpstation für jede verschiedene Pumpaufgabe in einer gattungsgemäßen Bohranlage einsetzbar ist. So kann sowohl das Fördern der Bohrflüssigkeit in das Bohrgestänge, zum Bohrwerkzeug, wie auch das Abpumpen der aus der Bohrflüssigkeit austretenden, mit Abraum versetzten Bohrflüssigkeit zu einer Recyclinganlage, wie auch das Umpumpen von der Recyclinganlage zur Mischanlage jeweils mit einer Pumpstation wie beschrieben durchgeführt werden. Dabei ist es nicht einmal zwingend vorgesehen, dass für jede einzelne Pumpstation eine redundante Pumpeinheit vorgehalten wird, es reicht völlig aus, mit einer oder zwei Reservepumpeinheiten die gesamte Bohranlage zu betreiben, die bei Bedarf dann in der jeweiligen Pumpstation eingesetzt wird. Das modulare Konzept erlaubt eine grundsätzliche Austauschbarkeit der verschiedenen Pumpeinheiten der verschiedenen Pumpstationen, da diese alle untereinander grundsätzlich gleich sind.The inventive proposal provides that the modular pumping station can be used for each different pumping task in a generic drilling rig. Thus, both the conveying of the drilling fluid into the drill string, the drilling tool, as well as the pumping out of the drilling fluid, offset with spoilage drilling fluid to a recycling plant, as well as the pumping of the recycling plant to the mixing plant are each carried out with a pumping station as described. It is not even mandatory that a redundant pump unit is kept for each pumping station, it is sufficient to operate with one or two reserve pump units, the entire rig, which is then used in the respective pumping station when needed. The modular concept allows a fundamental interchangeability of the various pumping units of the different pumping stations, as they are basically the same as each other.

Geschickterweise ist die Bohranlage mit einer Steuerung, insbesondere einer Pumpstation-Steuerung ausgestattet beziehungsweise die Pumpeinheit selber besitzt eine Pumpeinheit-Steuerung. Für den Einsatz einer Steuerung ist es einfach möglich, die verschiedenen Pumpstationen beziehungsweise die einzelnen Pumpeinheiten der Pumpstation individuell zu steuern und den jeweiligen Gegebenenheiten optimal anzupassen. Hieraus resultiert eine entsprechende Effizienzsteigerung beziehungsweise Betriebskostenreduktion. Das Steuerungskonzept kann dabei zentral oder modular aufgebaut sein, auch hier ist der Vorschlag offen. Es ist zum Beispiel vorgesehen, dass die Pumpstation-Steuerung eigenständig realisiert, oder als Teil der Gesamtsteuerung ausgebildet ist. Gleiches ist auch für die Pumpeinheit-Steuerung vorgesehen, die modular realisierbar ist oder in geschickter Weise in einer zentralen Steuerung zusammengefasst ist.Cleverly, the drilling rig is equipped with a controller, in particular a pump station controller, or the pump unit itself has a pump unit controller. For the use of a controller, it is easily possible to individually control the various pumping stations or the individual pumping units of the pumping station and optimally adapt them to the respective circumstances. This results a corresponding increase in efficiency or operating cost reduction. The control concept can be of a central or modular design; the proposal is also open here. It is provided, for example, that the pumping station control is implemented independently, or is designed as part of the overall control. The same is also provided for the pumping unit control, which can be realized in a modular manner or is skilfully combined in a central control.

Des Weiteren sieht der Vorschlag vor, dass in der Zu- beziehungsweise Ableitung der Bohrflüssigkeit, vor und/oder nach der Pumpstation beziehungsweise vor und/oder nach jeder Pumpeinheit, je mindestens ein Sensor, insbesondere ein Druck-, Pulsations- oder Mengensensor, angeordnet ist, und der Sensor beziehungsweise die Sensoren mit der Pumpstation-Steuerung beziehungsweise der Pumpeinheit-Steuerung verbunden ist beziehungsweise sind und an diese von dem oder den Sensor(en) erfasste(n) Messwerte übermittelt/übermitteln. Mit dem Einsatz von Sensoren ist die Wirkung der Pumpstation optimal überwachbar: Mit einem Drucksensor ist es möglich, das Druckniveau in der Bohrflüssigkeit zu überwachen, ein Pulsationssensor zeichnet die Druckschwankungen auf, die aufgrund des Pumpkonzeptes (zum Beispiel mit Kolbenpumpen) auftreten können. Aufgrund dieser Pulsationsinformation ist es möglich, die Arbeitsphase der verschiedenen Pumpeinheiten einer Pumpstation so aufeinander abzustimmen, dass ein möglichst homogener, gleichbleibender, pulsationsarmer Betrieb erfolgt. Der Einsatz eines Mengensensors erlaubt es, die geförderte Strom- oder Förderleistung zu bestimmen und daraus resultierend natürlich auch das Vorhalten von aufgearbeiteter Bohrflüssigkeit zu steuern, da die zum Beispiel in die Bohrgestänge eingeförderte Bohrflüssigkeit dauerhaft zur Verfügung gestellt werden muss, ohne dass es zu Engpässen kommt, die zu einer Bohrunterbrechung führen könnten. Dabei ist zu beachten, dass sowohl in der Recyclinganlage wie auch in der Mischanlage ein entsprechender Pufferspeicher für Bohrflüssigkeit besteht, aus welchem dann entsprechende Spitzenverbräuche an Bohrflüssigkeit versorgt werden können, wodurch eine entsprechend intelligente Auslegung der Mengensteuerung für den laufenden Betrieb optimal und resourcenschonend geplant wird.Furthermore, the proposal provides that in the supply and discharge of the drilling fluid, before and / or after the pumping station or before and / or after each pumping unit, at least one sensor, in particular a pressure, pulsation or quantity sensor, is arranged , and the sensor or the sensors are or are connected to the pump station controller or the pump unit controller and transmit / transmit to them measured values acquired by the sensor (s). With the use of sensors, the effect of the pumping station can be optimally monitored: With a pressure sensor it is possible to monitor the pressure level in the drilling fluid; a pulsation sensor records the pressure fluctuations which can occur due to the pumping concept (for example with piston pumps). Because of this pulsation information, it is possible to match the working phase of the various pumping units of a pumping station to one another in such a way that the most homogeneous, constant, low-pulsation operation takes place. The use of a quantity sensor makes it possible to determine the subsidized flow or capacity and, of course, to control the provision of refurbished drilling fluid, since the drilling fluid delivered to the drill string, for example, must be made permanently available without causing bottlenecks that could lead to a drill interruption. It should be noted that both in the recycling plant as well as in the mixing plant, a corresponding buffer storage for drilling fluid, from which then peak consumption can be supplied to drilling fluid, whereby a correspondingly intelligent design of the flow control for ongoing operation is planned optimally and resource-friendly.

Neben der Überwachung der hydraulischen Kreisläufe und Ströme wird auch die Stromaufnahme, der elektrische Energieverbrauch, durch den Einsatz von Strommesssensoren überwacht. Hier ist vorgesehen, dass für den Elektromotor zumindest ein Strommesssensor vorgesehen ist, wobei der Strommesssensor mit der Steuerung beziehungsweise Pumpeinheit-Steuerung verbunden ist und an diese von dem Strommesssensor erfasste Messwerte übermittelt. Durch das Verhalten des Elektromotores, das heißt seiner Stromaufnahme und daraus resultierend der Leistungsaufnahme des Elektromotors, und der Überwachung der Wirkung der jeweiligen Pumpeinheit, zum Beispiel durch einen Druck- oder Mengensensor auf der Ausgangsseite der Pumpeinheit, können wertvolle Steuer- und Regelungsdaten für den Betrieb der Bohranlage abgeleitet werden und so der gesamte Betrieb optimiert werden. In analoger Weise ist anstelle eines Strommesssensors auch ein Leistungssensor einsetzbar.In addition to monitoring the hydraulic circuits and currents, the current consumption, the electrical energy consumption, is monitored by the use of current measuring sensors. Here, it is provided that at least one current measuring sensor is provided for the electric motor, wherein the current measuring sensor is connected to the control or pump unit controller and transmits to these measured values detected by the current measuring sensor. By the behavior of the electric motor, that is, its current consumption and consequently the power consumption of the electric motor, and the monitoring of the effect of the respective pumping unit, for example by a pressure or quantity sensor on the output side of the pumping unit, can valuable control and regulation data for the operation derived from the drilling rig and so the entire operation can be optimized. In an analogous manner, a power sensor can also be used instead of a current measuring sensor.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Bohranlage ist vorgesehen, dass die Pumpeinheit durch insbesondere von der Steuerung betätigbaren Absperrventilen von der Zu- beziehungsweise Ableitung abtrennbar oder anschließbar ist. Durch die zum Beispiel durch elektrische Stellantriebe (zum Beispiel Elektromotor, Elektromagnet und so weiter) betätigbaren Absperrventile ist es möglich, durch die Steuerung eine Pumpeinheit einer Pumpstation zuzuschalten oder von dieser abzuziehen. Im Wartungsfalle zum Beispiel ist die Pumpeinheit durch das Schließen der Absperrventile von Zu- und Ableitung abgetrennt und kann dann problemlos gewechselt werden.In an advantageous embodiment of the drilling rig is provided that the pump unit can be separated or connected by in particular actuatable by the control valves on the inlet and outlet. By the example, by electric actuators (for example, electric motor, solenoid and so on) operable shut-off valves, it is possible to switch on or off by the control of a pump unit of a pumping station. In the case of maintenance, for example, the pump unit is separated by closing the shut-off valves of supply and discharge and can then be easily replaced.

Geschickterweise besitzt die Pumpeinheit auch einen Umrichter, der auf die Rotationsgeschwindigkeit des Elektromotores einwirkt und die Steuerung beziehungsweise Pumpeinheit-Steuerung auf den Umrichter wirkt. Von dieser Ausgestaltung ist es einfach möglich, die Förderleistung der Pumpeinheit zu regeln.Cleverly, the pump unit also has a converter which acts on the rotational speed of the electric motor and the control or pump unit control acts on the inverter. From this configuration, it is easily possible to control the flow rate of the pumping unit.

In einem weiteren Verbesserungsvorschlag ist eine phasensensible Pumpregelung der Steuerung vorgesehen, wodurch erreicht wird, dass in der Ableitung ein möglichst homogener, druckspitzenarmer Bohrflüssigkeitsstrom entsteht. Die einzelnen Pumpeinheiten der Pumpstation werden in geeigneter Weise phasenversetzt betrieben, das bedeutet, dass zum Beispiel bei dem Einsatz von Kolbenpumpen bei den Pumpeinheiten der Arbeitszyklus der Kolbenpumpen zueinander so versetzt ist, dass sich nicht alle gleichzeitig in der Pump- beziehungsweise Pressbewegung befinden, sondern diese Phasen jeweils zeitlich voneinander versetzt durchlaufen. Hierdurch werden entsprechende Druckspitzen in dem Bohrleitungssystem vermieden, was das Rohrleitungssystem und zum Beispiel auch das Bohrgestänge entsprechend schont.In a further improvement proposal, a phase-sensitive pump control of the control is provided, whereby it is achieved that in the discharge of a homogeneous as possible, low-pressure drilling fluid flow is formed. The individual pumping units of the pumping station are operated in a phase-shifted manner in a suitable manner, which means that, for example, with the use of piston pumps in the pumping units, the working cycle of the piston pumps is offset from each other so that not all of them are in the pumping or pressing movement at the same time Phases in each case temporally offset from each other. As a result, corresponding pressure peaks are avoided in the Bohrleitungssystem, which protects the piping system and, for example, the drill pipe accordingly.

Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die Steuerung mit einer Pumpeinheit-Datenbank verbunden ist und in Abhängigkeit der einzelnen, in der Pumpstation eingesetzten Pumpeinheiten Betriebsparameter, insbesondere im Hinblick auf Wirkungsgrad und/oder Förderleistung der Pumpeinheit und/oder Geschwindigkeit der Pumpe, für die jeweilige Pumpeinheit vorgibt und diese an die Pumpeinheit-Steuerung übermittelt. Die Anordnung ist dabei so gewählt, dass im Austauschfall die modular ausgestaltete Pumpeinheit einen automatisch auslesbaren Datenträger, wie zum beispiel einen Barcode oder einen RFID-Chip (Transponder), trägt, wodurch die Pumpeinheit eindeutig identifizierbar ist. Dieser Datenträger ist zum Beispiel in der Pumpeinheit-Steuerung integriert oder eben, wie beschrieben, als separater Datenträger ausgebildet. Mit Anschluss der Pumpeinheit in der Pumpstation, also dem mechanischen Verbinden der jeweiligen Rohrleitungen, ist es dann auch notwendig, die Pumpeinheit-Steuerung an die Pumpstation-Steuerung beziehungsweise die Steuerung der gesamten Bohranlage anzumelden oder anzuschließen. In diesem Zusammenhang dann identifiziert sich die Pumpeinheit an der Bohranlage beziehungsweise der Steuerung der Bohranlage und die entsprechenden pumpeinheitspezifischen Parameter werden übertragen und für den Betrieb der Pumpeinheit eingesetzt. Der Vorzug liegt insbesondere in einer vollautomatischen Identifikation der jeweiligen Pumpeinheit und dem Zurverfügungstellen der Betriebsparameter der Pumpeinheit.Advantageously, it is provided that the controller is connected to a pumping unit database and defines operating parameters, in particular with regard to efficiency and / or delivery rate of the pumping unit and / or speed of the pump, depending on the individual pumping units used in the pumping unit for the respective pumping unit and transmitted to the pump unit controller. The arrangement is like this chosen that in case of replacement, the modular pump unit carries an automatically readable data carrier, such as a bar code or an RFID chip (transponder), wearing, whereby the pump unit is uniquely identifiable. This data carrier is integrated, for example, in the pump unit control or just, as described, designed as a separate disk. With the connection of the pumping unit in the pumping station, ie the mechanical connection of the respective pipelines, it is then also necessary to register or connect the pumping unit control to the pumping station control or the control of the entire drilling rig. In this connection, the pump unit then identifies itself at the drilling rig or the control of the drilling rig and the corresponding pump-unit-specific parameters are transmitted and used for the operation of the pump unit. The advantage lies in particular in a fully automatic identification of the respective pump unit and the provision of the operating parameters of the pump unit.

Geschickterweise ist ein Direktantrieb der Pumpe durch den Elektromotor vorgesehen, wodurch der Einsatz eines aufwendigen Getriebes vermieden wird.Cleverly, a direct drive of the pump is provided by the electric motor, whereby the use of a complex transmission is avoided.

Ein weitergehender Vorschlag sieht vor, dass sämtliche Antriebe der Bohranlage als Elektromotoren ausgeführt sind und die Bohranlage eine zentrale Stromversorgung, zum Beispiel durch einen Netzanschluss oder einen Generator aufweist. Der konsequente Einsatz von Elektromotoren als Antriebe in der Bohranlage reduziert Emissionen wie Abgase oder Krach.A further proposal provides that all drives of the drilling rig are designed as electric motors and the drilling rig has a central power supply, for example by a mains connection or a generator. The consistent use of electric motors as drives in the drilling rig reduces emissions such as exhaust fumes or noise.

Eine solche Ausgestaltung hat aber auch im Betrieb entsprechende Vorzüge, da die Steuerung der Bohranlage den Energie beziehungsweise Strombedarf und/oder den Energie- beziehungsweise Stromverbrauch der einzelnen Elektromotorantriebe der Bohranlage überwacht und in Abhängigkeit der Bohrgeschwindigkeit den Förderstrom an Bohrflüssigkeit beziehungsweise die Pumpleistungen der einzelnen Pumpeinheiten beziehungsweise Pumpstationen sowie die jeweiligen Betriebsparameter bestimmt und diese an die Pumpeinheit-Steuerung überträgt. Durch das durchgängige Einsetzen von Elektromotoren wird der Regelungs- und Steuerungsaufwand entsprechend reduziert und gleichzeitig beherrschbar.However, such an embodiment also has corresponding advantages in operation, since the control of the drilling rig monitors the energy or power consumption and / or the energy or power consumption of the individual electric motor drives of the drilling rig and depending on the drilling speed, the flow of drilling fluid or the pumping power of the individual pumping units or Determined pumping stations and the respective operating parameters and transmits them to the pumping unit control. Through the continuous use of electric motors, the control and control effort is reduced accordingly and simultaneously controllable.

In der Zeichnung ist die Erfindung insbesondere in einem Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt. Es zeigen:In the drawing, the invention is shown schematically in particular in one embodiment. Show it:

1 in einem Blockschaltbild schematisch die Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Bohranlage 1 in a block diagram schematically the embodiment of a drilling rig according to the invention

2 und 3 je in einem Blockschaltbild ein Detail der erfindungsgemäßen Bohranlage In den Figuren sind gleiche oder einander entsprechende Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden daher, sofern nicht zweckmäßig, nicht erneut beschrieben. 2 and 3 each in a block diagram a detail of the drilling rig according to the invention in the figures, the same or corresponding elements are each denoted by the same reference numerals and therefore, if not appropriate, not described again.

In 1 ist eine Bohranlage, wie sie zum Beispiel erfindungsgemäß ausgebildet ist, schemitisch, in einem Blockschaltbild gezeigt. Eine Bohranlage besteht aus mehreren verschiedenen Elementen, die in geeigneter Weise zusammenzuwirken haben. Das Bohrloch wird mit einem aus mehreren Teilen bestehenden Bohrgestänge hergestellt, welches an seinem vorderen Kopf ein Bohrwerkzeug trägt. Die einzelnen Teile des Bohrgestänges sind zum Beispiel durch Schraubverbindungen oder ähnliches miteinander verbindbar, wofür die Bohranlage, insbesondere eine ortsfeste oder mobile Bohrlafette 3, eine Klemm- und Brecheinrichtung aufweist. Mit Hilfe dieser Klemm- und Brecheinrichtung ist es möglich, die entsprechenden Drehmomente aufzubieten, die für das Lösen der Bohrgestänge beim Zerlegen des Bohrgestänges notwendig sind. Im Bohrloch steckend, am vorderen Ende des Bohrgestänges, befindet sich das Bohrwerkzeug. Auf der Bohrlafette 3 ist der Bohrantrieb 5 vorgesehen. Der Bohrantrieb 5 sorgt für die für das Bohren typischen Drehbewegungen des Bohrwerkzeuges sowie für deren Vortrieb. Hierzu ist je ein Antrieb für den Vortrieb 7 und die Rotation 8 vorgesehen, die geschickter Weise als Elektromotoren ausgebildet sind und somit ebenfalls in dem effizienten Energiemanagement mit eingebunden sind, um die zur Verfügung stehende Energie optimal zu nutzen. Vortrieb 7 und Rotation 8 sind je über Steuerleitungen 20a, 20b mit einer Steuerung 1 verbunden, die Energiezufuhr erfolgt über die Stromleitung 21a. Die Stromleitung 21a verbindet die Antriebe 7, 8 mit einem Generator beziehungsweise Netzanschluss 12.In 1 is a drilling rig, as formed, for example, according to the invention, shown schematically, in a block diagram. A drilling rig consists of several different elements that have to work together in a suitable way. The borehole is made with a multi-part drill pipe which carries a drilling tool on its front head. The individual parts of the drill string can be connected to one another, for example by screw connections or the like, for which the drilling rig, in particular a fixed or mobile drill rig, can be connected 3 , comprising a clamping and breaking device. With the help of this clamping and crushing device, it is possible to provide the corresponding torques that are necessary for the release of the drill string when disassembling the drill string. In the hole, at the front end of the drill string, is the drill. On the drill rig 3 is the drill drive 5 intended. The drill drive 5 provides for the drilling of the drilling tool typical for drilling and for their propulsion. For this is ever a drive for propulsion 7 and the rotation 8th provided, which are cleverly designed as electric motors and are therefore also involved in the efficient energy management, in order to make optimal use of the available energy. jacking 7 and rotation 8th are ever on control lines 20a . 20b with a controller 1 connected, the power is supplied via the power line 21a , The power line 21a connects the drives 7 . 8th with a generator or mains connection 12 ,

Über den Steuerstand 2 der Bohranlage wird die gesamte Bohranlage geführt. Insbesondere wird über den Steuerstand 2 zum Beispiel der Vortrieb 7 beziehungsweise die Rotation 8 des Bohrgestängeantriebes auf der Bohrlafette 3 gesteuert, aber auch die anderen Einheiten (Pumpstation 4, Mischanlage 10, Recyclinganlage 11 und weitere, hier nicht genannte Elemente) geführt und gesteuert.About the helmstand 2 the drilling rig is being run the entire drilling rig. In particular, is about the helm 2 for example, the propulsion 7 or the rotation 8th of the drill pipe drive on the drill carriage 3 controlled, but also the other units (pumping station 4 , Mixing plant 10 , Recycling plant 11 and further, not mentioned here elements) led and controlled.

Als zentrales Element der Bohranlage ist die Steuerung 1 anzusehen. Sie ist über eine Vielzahl von einzelnen Steuerleitungen 19, 20a, 20b, 20c, 20d mit den einzelnen Elementen der Bohranlage steuerungstechnisch verbunden und zwar derart, dass in geeigneter Weise zum Einen Messwerte der einzelnen Einheiten an die Steuerungen zurückgegeben werden oder entsprechende Steuerungsbefehle an diese gegeben werden können.The central element of the drilling rig is the control system 1 to watch. It is over a variety of individual control lines 19 . 20a . 20b . 20c . 20d connected with the individual elements of the drilling rig control technology in such a way that in a suitable manner for a measured values of the individual units are returned to the controls or corresponding control commands can be given to this.

So ist zum Beispiel die Steuerung 1 über die Steuerleitung 20c datentechnisch beziehungsweise steuerungstechnisch mit der Mischanlage 10 verbunden, die Recyclinganlage 11 ist über die Steuerleitung 20d mit der Steuerung verbunden. Die Energieinsbesondere Stromversorgung der Mischanlage 10 erfolgt über die Stromleitung 21b, die Energie- und Stromversorgung der Recyclinganlage 11 erfolgt über die Stromleitung 21c. Sowohl die Stromleitung 21b wie auch die Stromleitung 21c verbinden die Mischanlage 10 beziehungsweise Recyclinganlage 11 mit dem Generator-Netzanschluss 12. In der Recyclinganlage 11 wird die Bohrflüssigkeit, die aus dem Bohrloch austritt und aufgefangen wird, aufbereitet, das heißt gereinigt und dem weiteren Bohrprozess zur Verfügung gestellt. In einer Mischanlage 10 wird die Bohrflüssigkeit entsprechend vorbereitet und gegebenenfalls mit speziellen Additiven versetzt. Aus der Mischanlage 10 wird dann die verarbeitungsfertige Bohrflüssigkeit in das Bohrloch gepumpt. Sowohl für das Umpumpen der Bohrflüssigkeit zwischen der Recyclinganlage 11 und der Mischanlage 10 wie auch für das Einfordern der Bohrflüssigkeit in das Bohrloch ist eine Vielzahl von Pumpen vorgesehen, wobei mindestens eine aus mehreren Pumpeinheiten modular aufgebaute Pumpstation 4 vorgesehen ist, die zumindest entweder für das Umpumpen der Bohrflüssigkeit zwischen der Recyclinganlage und der Mischanlage angeordnet ist oder zum Einpumpen der Bohrflüssigkeit in das Bohrloch dient oder die aus dem Bohrloch austretende, wieder aufgefangene Bohrflüssigkeit wieder zurück in die Recyclinganlage pumpt. Such is the control, for example 1 over the control line 20c in terms of data technology or control technology with the mixing plant 10 connected, the recycling plant 11 is via the control line 20d connected to the controller. The energy in particular power supply of the mixing plant 10 via the power line 21b , the energy and electricity supply of the recycling plant 11 via the power line 21c , Both the power line 21b as well as the power line 21c connect the mixing plant 10 or recycling plant 11 with the generator mains connection 12 , In the recycling plant 11 For example, the drilling fluid that emerges from the wellbore is collected, ie, cleaned, and made available to the further drilling process. In a mixing plant 10 the drilling fluid is prepared accordingly and optionally mixed with special additives. From the mixing plant 10 The ready-to-use drilling fluid is then pumped into the borehole. Both for pumping the drilling fluid between the recycling plant 11 and the mixing plant 10 As well as for the demand of the drilling fluid in the wellbore, a plurality of pumps is provided, wherein at least one of a plurality of pumping units modular pumping station 4 is provided, which is arranged at least either for the pumping of the drilling fluid between the recycling plant and the mixing plant or for pumping the drilling fluid into the well or the emerging from the borehole, again collected drilling fluid pumping back into the recycling plant.

Eine nach der Erfindung ausgebildete Bohranlage weist zumindest eine aus mehreren Pumpeinheiten modular aufgebaute Pumpstation auf, gegebenenfalls werden aber alle Pumpaufgaben je durch eine entsprechend ausgebildete, jeweils aus mehreren Pumpeinheiten modular aufgebauten Pumpstation 4 erbracht, wobei die einzelne Pumpstation 4 wie auch die in ihr angeordneten Pumpeinheiten bevorzugt gleichartig ausgebildet sind, um durch diese Redundanz im Wartungs- oder Instandsetzungsfall einfach reagieren zu können.A drilling system designed according to the invention has at least one pumping unit of modular design pumping station, but possibly all pumping tasks are each by a suitably trained, each consisting of several pumping units modular pumping station 4 provided, with the single pumping station 4 as well as the pumping units arranged in it are preferably formed similar, in order to be able to react easily by this redundancy in the maintenance or repair case.

Auch wenn nachfolgend nur von einer Pumpstation 4 gesprochen wird, beschränkt dies die Erfindung in keinster Weise auf die Anwesenheit nur einer Pumpstation in einer entsprechenden Bohranlage. Die Vorzüge des Vorschlages treten in gleicher Weise auch bei der mehrfachen Anordnung einer entsprechend aus mehreren Pumpeinheiten modular aufgebauten Pumpstation 4 zu Tage.Even if below only one pumping station 4 This does not in any way limit the invention to the presence of only one pumping station in a corresponding drilling rig. The advantages of the proposal occur in the same way even with the multiple arrangement of a correspondingly constructed of several pumping units modular pumping station 4 to day.

Auch die Pumpstation 4 ist mit der Steuerung 1 verbunden, hierfür ist eine Steuerleitung 19 vorgesehen. Über eine Stromleitung 15 sind die Antriebe, namentlich die elektrisch wirkenden Antriebe als Elektromotoren der Pumpeinheiten der Pumpstation 4 über eine Stromleitung 15 verbunden.Also the pumping station 4 is with the controller 1 connected, this is a control line 19 intended. Via a power line 15 are the drives, namely the electrically acting drives as electric motors of the pumping units of the pumping station 4 via a power line 15 connected.

In 2 ist die Pumpstation 4 detailliert gezeigt. Die Bohrflüssigkeit wird über die Zuleitung 6 an die Pumpstation 4 herangeführt und über die Ableitung 9 abgeführt. Es ist gut zu erkennen, dass die Pumpstation 4 mit einer Vielzahl von Pumpeinheiten 40 aufgebaut ist. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind zumindest drei Pumpeinheiten 40a, 40b und 40x vorgesehen, die alle im Wesentlichen gleichartig ausgebildet sind. Es können beliebig viele (mindestens zwei) Pumpeinheiten 40 in einer Pumpstation 4 vorgesehen sein. Die einzelnen Pumpeinheiten 40a, 40b, 40x besitzen je, neben anderen Elementen, ein Pumpelement 45, 45a, 45b, 45x, welches im Wesentlichen besteht aus einem Elektromotor 41 als Antrieb für eine Pumpe 42 (vgl. 3). Das Pumpelement 45, 45a, 45b, 45x ist über die Stromleitung 15 mit Energie verbunden. Steuerungstechnisch ist eine Steuerleitung 19 zwischen der Steuerung 1 und den jeweiligen Pumpeinheiten 40, 40a, 40b, 40x vorgesehen, die in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel zum Beispiel durch Funk mit Hilfe der Sende- und Empfangsantenne 51 erfolgt. Daher sind die einzelnen Pumpeinheiten 40 mit Sende- und Empfangsantennen 46, 46a, 46b ausgestattet, wie auch die Pumpstation 4 eine Sende- und Empfangsantenne besitzt und über diese Steuerleitung 19 wirkt die Steuerung 1 auf die jeweilige Pumpeinheit 40. Dabei ist die Kommunikation über die Steuerleitung 19 bidirektional, das heißt, es werden nicht nur Steuerungsinformationen von der Steuerung 1 auf die Pumpeinheit 40, 40a, 40b, 40x übertragen; gegebenenfalls werden auch Messwerte, die von Sensoren der Pumpeinheit erfasst werden, über die Steuerleitung 19 an die Steuerung 1 zu Auswertungs- und Steuerungszwecken zurückgeschrieben. Neben Messwerten ist es aber auch möglich, zum Beispiel entsprechende Zustandsinformationen über die Steuerleitung 19 zurückzuschreiben, hierzu zählen zum Beispiel die Informationen ”Pumpeinheit einsatzbereit” oder ”Pumpeinheit fehlerhaft” oder ”Absperrventil 17, 18 geöffnet/geschlossen” und so weiter.In 2 is the pumping station 4 shown in detail. The drilling fluid is supplied via the supply line 6 to the pumping station 4 introduced and about the derivation 9 dissipated. It is good to see that the pumping station 4 with a variety of pumping units 40 is constructed. In the embodiment shown here are at least three pumping units 40a . 40b and 40x provided, all of which are substantially similar. There can be any number of (at least two) pumping units 40 in a pumping station 4 be provided. The individual pumping units 40a . 40b . 40x have ever, among other elements, a pumping element 45 . 45a . 45b . 45x which essentially consists of an electric motor 41 as a drive for a pump 42 (see. 3 ). The pumping element 45 . 45a . 45b . 45x is over the power line 15 connected to energy. Control technology is a control line 19 between the controller 1 and the respective pumping units 40 . 40a . 40b . 40x provided, in the embodiment shown here, for example by radio using the transmitting and receiving antenna 51 he follows. Therefore, the individual pumping units 40 with transmitting and receiving antennas 46 . 46a . 46b equipped, as well as the pumping station 4 has a transmitting and receiving antenna and via this control line 19 the controller works 1 to the respective pump unit 40 , Here is the communication via the control line 19 bidirectional, that is, not just control information from the controller 1 on the pump unit 40 . 40a . 40b . 40x transfer; If necessary, measured values which are detected by sensors of the pumping unit are also transmitted via the control line 19 to the controller 1 written back for evaluation and control purposes. In addition to measured values, it is also possible, for example, corresponding status information via the control line 19 For example, the information "pump unit ready" or "pump unit faulty" or "shut-off valve 17 . 18 opened / closed "and so on.

Ein Vorzug des Vorschlages besteht insbesondere darin, dass im Wartungs- oder Instandsetzungsfall einer Pumpeinheit 40a, diese einfach durch Schließen des zuleitungsseitigen Absperrventils 17 und ableitungsseitigen Absperrventils 18 die Pumpeinheit 40 aus dem hydraulischen Kreislauf ausschließbar ist und dann zum Beispiel abgebaut werden kann. Die Pumpstation 4 besitzt dabei eine größere Anzahl bevorzugt identisch aufgebauter Pumpeinheiten 40a, 40b, 40x, durch welche zum Einen die Pumpleistung, also Förderleistung, der Pumpstation problemlos den jeweiligen Baustellengegebenheiten anpassbar ist, aber auch die redundant vorgehaltene Reservepumpeinheit 40x bei Bedarf (zum Beispiel bei Ausfall der Pumpeinheit 40a) sofort zuschaltbar ist und so die Wirkung der Leistung der Pumpstation in keinster Weise reduziert ist. Der Vorschlag vereint somit eine hohe Betriebssicherheit mit hoher Effizienz, da die schadhafte Pumpeinheit 40a dann bei abgeschlossenen Absperrventilen 17, 18 abgebaut und repariert werden kann, ohne dabei bei der gesamten Pumpstation 4 einen merklichen Leistungsverlust hinnehmen zu müssen.An advantage of the proposal is in particular that in case of maintenance or repair of a pumping unit 40a Simply by closing the supply-side shut-off valve 17 and discharge-side shut-off valve 18 the pump unit 40 can be excluded from the hydraulic circuit and then can be dismantled, for example. The pumping station 4 has a larger number of preferably identical pump units 40a . 40b . 40x , by which on the one hand the pumping capacity, so capacity, the pumping station easily adaptable to the particular site conditions, but also the redundant reserved reserve pump unit 40x if necessary (for example, if the pump unit fails 40a ) is immediately switchable and so the effect of the performance of the pumping station is in no way reduced. The proposal thus combines a high degree of operational reliability high efficiency, because the defective pump unit 40a then with closed shut-off valves 17 . 18 can be dismantled and repaired without affecting the entire pumping station 4 to suffer a noticeable loss of performance.

Es ist klar, dass alle einzelnen Pumpeinheiten 40a, 40b, 40x mit jeweils eingangsseitigen Absperrventilen 17a, 17b, 17x beziehungsweise ausgangsseitigen Absperrventilen 18a, 18b, 18x in gleicher Weise ausgestattet sind.It is clear that all individual pumping units 40a . 40b . 40x each with inlet-side shut-off valves 17a . 17b . 17x or output-side shut-off valves 18a . 18b . 18x Equipped in the same way.

In einer weiteren Variante wird vorgeschlagen, dass die Pumpstation 4 und/oder jede Pumpeinheit 40, 40a, 40b, 40x mit mindestens einem Sensor 13, 13a, 13b, 13x, 14 ausgestattet ist. Dieser Sensor 13, 13a, 13b, 13x ist zum Beispiel vor oder nach dem ausgangsseitigen Absperrventil 18 an der Bohrflüssigkeitsleitung angeordnet. Es kann sich hierbei entweder um einen Pulsationssensor, einen Drucksensor, einen Fluss- oder Mengensensor oder andere Sensoren handeln. Natürlich können einer oder mehrere der vorgenannten Typen von Sensoren hier realisiert werden. Durch den Einsatz der Sensoren 13, 13a, 13b, 13x, 14 ist insbesondere ableitungsseitig die Effizienz beziehungsweise Wirkung der Pumpstation 4 im Ganzen beziehungsweise der einzelnen Pumpeinheiten 40, 40a, 40b, 40x detailliert überwachbar. Dabei werden diese Messwerte der Sensoren 13, 13a, 13b, 13x, 14 kombiniert mit entsprechenden elektrischen Leistungsziffern, die von entsprechenden Sensoren (vgl. 3) aufgenommen werden, wodurch in einfacher Weise auf den Wirkungsgrad der jeweiligen Pumpeinheit zurückzuschließen ist und frühzeitig, zum Beispiel durch entsprechendes Gerätemanagement, Wartungs- oder Instandsetzungsfälle diagnostiziert werden können.In a further variant, it is proposed that the pumping station 4 and / or each pumping unit 40 . 40a . 40b . 40x with at least one sensor 13 . 13a . 13b . 13x . 14 Is provided. This sensor 13 . 13a . 13b . 13x is for example before or after the output-side shut-off valve 18 arranged on the Bohrflüssigkeitsleitung. It can either be a pulsation sensor, a pressure sensor, a flow or quantity sensor or other sensors. Of course, one or more of the aforementioned types of sensors can be implemented here. By using the sensors 13 . 13a . 13b . 13x . 14 In particular, on the discharge side, the efficiency or effect of the pumping station 4 in the whole or the individual pumping units 40 . 40a . 40b . 40x monitored in detail. In the process, these measured values of the sensors become 13 . 13a . 13b . 13x . 14 combined with corresponding electrical performance figures obtained from corresponding sensors (cf. 3 ), which can easily be deduced on the efficiency of the respective pump unit and early, for example, by appropriate device management, maintenance or repair cases can be diagnosed.

Geschickter Weise sind auch diese Sensoren 13, 13a, 13b, 13x, 14 mit jeweiligen Sende- und/oder Empfangsantennen 47, 47a, 47b, 47x, 48 ausgestattet, durch welche eine Kommunikation mit der Steuerung 1 oder einem anderen zur Steuerung gehörigen Element möglich ist.Clever way are these sensors 13 . 13a . 13b . 13x . 14 with respective transmitting and / or receiving antennas 47 . 47a . 47b . 47x . 48 equipped, through which a communication with the controller 1 or another element belonging to the control is possible.

In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass die Kommunikation beziehungsweise Verbindung über die Steuerleitung 20a, 20b, 19, 20c, 20d im Sinne dieser Anmeldung gleichwertig entweder drahtgebunden oder drahtlos, also über Funk, erfolgt und ebenfalls gleichwertig unidirektional oder bidirektional durchführbar ist.In this context it should be mentioned that the communication or connection via the control line 20a . 20b . 19 . 20c . 20d in the sense of this application equivalent either wired or wireless, that is via radio, and equally equally unidirectional or bidirectional feasible.

Insbesondere ist durch den Einsatz von Pulsationssensoren als Sensoren 13, 13a, 13b, 13x, 14 möglich, den phaseweisen Betrieb der einzelnen Pumpelemente 45, 45a, 45b, 45x so zu steuern, dass ein möglichst druckspitzenarmer Betrieb möglich ist. Zu beachten ist, dass in der (gesamt) Ableitung 9 ebenfalls ein Sensor 14 (mit einer Sende- und/oder Empfangsantenne 48) vorgesehen ist, in dem der Gesamtstrom an Bohrflüssigkeit überwacht wird und je nach Ausgestaltung des Sensors 14 entsprechende Messwerte ermittelt werden, wohingegen in den einzelnen Ableitungen der Pumpeinheiten 40, 40a, 40b, 40x, nach dem abflussseitigen Absperrventil 18, 18a, 18b, 18x noch vor der Einmündung dieses Teilstromes in die Gesamtableitung 9 die einzelnen, insbesondere der Pumpeinheit 40, 40a, 40b, 40x zugeordneten Sensoren 13, 13a, 13b, 13x vorgesehen sind. Durch entsprechendes zeitspezifisches Aufzeichnen der Messwerte gelangt man zu einem Phasenabbild der einzelnen Pumpen, die durch entsprechende Steuerung der Befehle der Steuerung 1 zueinander verschiebbar und entsprechend ausgleichbar sind, mit dem Ziel, einen druckspitzenarmen Betrieb zu erreichen. Natürlich ist klar, dass mit jedwedigen anderen Sensoren unterschiedliche Strategien verfolgt werden können.In particular, by the use of pulsation sensors as sensors 13 . 13a . 13b . 13x . 14 possible, the phaseweisen operation of the individual pumping elements 45 . 45a . 45b . 45x be controlled so that a possible low-pressure operation is possible. It should be noted that in the (total) derivative 9 also a sensor 14 (with a transmitting and / or receiving antenna 48 ) is provided, in which the total flow of drilling fluid is monitored and depending on the design of the sensor 14 corresponding measured values are determined, whereas in the individual derivatives of the pumping units 40 . 40a . 40b . 40x , after the drain-side shut-off valve 18 . 18a . 18b . 18x even before the confluence of this partial flow in the total derivation 9 the individual, in particular the pump unit 40 . 40a . 40b . 40x associated sensors 13 . 13a . 13b . 13x are provided. By correspondingly recording the measured values on a time-specific basis, a phase image of the individual pumps can be obtained by appropriate control of the commands of the control 1 mutually displaceable and be compensated accordingly, with the aim to achieve a low-pressure operation. Of course, it is clear that different strategies can be followed with any other sensor.

3 zeigt in einem vergrößerten Detail die Pumpeinheit 40, die modular ausgebildet, mit mehreren bevorzugt identischen oder ähnlichen Pumpeinheiten die Pumpstation 4 bilden. 3 shows in an enlarged detail the pump unit 40 , the modular design, with several preferably identical or similar pumping units the pumping station 4 form.

Es ist gut zu erkennen, dass sich die Pumpeinheit 40 zwischen der eingangsseitigen Zuleitung 6 und der ausgangsseitigen Ableitung 9 befindet. Eingangsseitig wie auch ausgangsseitig sind je ein Absperrventil 17, 18 vorgesehen. Die Pumpeinheit 40 besteht im hier gezeigten Ausführungsbeispiel aus den vier einzelnen Elementen Pumpeinheitssteuerung 44, Umrichter 43, Elektromotor 41 und mechanisch wirkende Pumpe 42.It is good to see that the pump unit 40 between the input-side supply line 6 and the output-side derivative 9 located. On the input side as well as the output side are each a shut-off valve 17 . 18 intended. The pump unit 40 consists in the embodiment shown here of the four individual elements Pumpeinheitssteuerung 44 , Inverter 43 , Electric motor 41 and mechanically acting pump 42 ,

Die Einheit von Elektromotor 41 und Pumpe 42 wird als Pumpelement 45 gekennzeichnet und ist mit einer gestrichelten Linie eingefasst. Die Pumpeinheit 40 beziehungsweise die Pumpeinheitssteuerung 44 ist datentechnisch zum Beispiel über die Sende- und Empfangsantenne 46 mit der Steuerung 1 verbunden. Es wird hier ein dezentrales Steuerungskonzept vorgeschlagen, ohne hierauf die Erfindung begrenzen zu wollen. Durch die Pumpeinheitssteuerung 44 werden Pumpeinheit relevante Ereignisse gesteuert und somit die Steuerung 1, die als Gesamtsteuerung ausgebildet ist, entsprechend entlastet. Natürlich ist auch ein zentrales Steuerungskonzept im Sinne dieser Erfindung möglich.The unit of electric motor 41 and pump 42 becomes as a pumping element 45 and is enclosed by a dashed line. The pump unit 40 or the pump unit control 44 is data technology, for example, via the transmitting and receiving antenna 46 with the controller 1 connected. A decentralized control concept is proposed here, without wishing to limit the invention to this. Through the pump unit control 44 pumping unit relevant events are controlled and thus the control 1 , which is designed as a total control, relieved accordingly. Of course, a central control concept within the meaning of this invention is possible.

Daher ist die Pumpeinheitssteuerung 44 durch verschiedene Datenleitungen (drahtgebunden oder drahtlos, durch Funk) mit den einzelnen Elementen der Pumpeinheit 40 verbunden. So wirkt die Pumpeinheitssteuerung 44 über die Datenleitung 49a, 49b auf die Absperrventile 17, 18, wobei auch hier die Datenleitung 49 nicht nur als drahtgebundene Leitung beschränkt ausgebildet ist, sondern in gleicher Weise als funkgestützte Datenleitung realisiert ist.Therefore, the pump unit control is 44 through various data lines (wired or wireless, by radio) with the individual elements of the pumping unit 40 connected. This is how the pump unit control works 44 over the data line 49a . 49b on the shut-off valves 17 . 18 , whereby also here the data line 49 not only limited as a wired line is formed, but is realized in the same way as a radio-based data line.

Des Weiteren wirkt die Pumpeinheitssteuerung 44 über die Datenleitung 49c auf einen Umrichter 43, um über den Umrichter 43 zum Beispiel auf die Rotationsgeschwindigkeit des Elektromotors 41 und somit auch auf die Förderleistung der Pumpe 42 Einfluss zu nehmen. Die Pumpe 42 wird von der Welle des Elektromotors 41 angetrieben. Zum Beispiel ist der Umrichter als Frequenzumwandler ausgebildet und steuert so den Elektromotor 41. An dem Umrichter 43 endet die Stromleitung 15. Ein Strommesssensor 16 ist eingangsseitig an der Stromleitung 15, vor dem Umrichter 43 vorgesehen und misst die von dem Umrichter 43 beziehungsweise von dem Elektromotor 41 aufgenommene elektrische Leistung und leitet diese Information über die Antenne 50 oder eine andere Datenleitung entweder an die Pumpeinheitssteuerung 44 oder an die Steuerung 1 weiter.Furthermore, the Pumpeinheitsteuerung acts 44 over the data line 49c to an inverter 43 to go over the inverter 43 For example, on the rotational speed of the electric motor 41 and thus also on the delivery rate of the pump 42 To influence. The pump 42 gets off the shaft of the electric motor 41 driven. For example, the inverter is designed as a frequency converter and thus controls the electric motor 41 , At the inverter 43 ends the power line 15 , A current measuring sensor 16 is on the input side of the power line 15 , in front of the inverter 43 provided and measures that of the inverter 43 or from the electric motor 41 recorded electrical power and passes this information through the antenna 50 or another data line either to the pump unit controller 44 or to the controller 1 further.

Die jetzt mit der Anmeldung und später eingereichten Ansprüche sind Versuche zur Formulierung ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Schutzes.The claims now filed with the application and later are attempts to formulate without prejudice to the attainment of further protection.

Sollte sich hier bei näherer Prüfung, insbesondere auch des einschlägigen Standes der Technik, ergeben, dass das eine oder andere Merkmal für das Ziel der Erfindung zwar günstig, nicht aber entscheidend wichtig ist, so wird selbstverständlich schon jetzt eine Formulierung angestrebt, die ein solches Merkmal, insbesondere im Hauptanspruch, nicht mehr aufweist.If, on closer examination, in particular also of the relevant prior art, it emerges that one or the other feature is favorable for the purpose of the invention, but not decisive, then it is of course already desired to formulate such a feature , in particular in the main claim, no longer having.

Es ist weiter zu beachten, dass die in den verschiedenen Ausführungsformen beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausgestaltungen und Varianten der Erfindung beliebig untereinander kombinierbar sind. Dabei sind einzelne oder mehrere Merkmale beliebig gegeneinander austauschbar. Diese Merkmalskombinationen sind ebenso mit offenbart.It should further be noted that the embodiments and variants of the invention described in the various embodiments and shown in the figures can be combined with one another as desired. Here, one or more features are arbitrarily interchangeable. These feature combinations are also disclosed with.

Die in den abhängigen Ansprüchen angeführten Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin. Jedoch sind diese nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.The references cited in the dependent claims indicate the further development of the subject matter of the main claim by the features of the respective subclaim. However, these are not to be understood as a waiver of obtaining independent, objective protection for the features of the dependent claims.

Merkmale, die bislang nur in der Beschreibung offenbart wurden, können im Laufe des Verfahrens als von erfindungswesentlicher Bedeutung, zum Beispiel zur Abgrenzung vom Stand der Technik beansprucht werden.Features that have hitherto been disclosed only in the description may be claimed in the course of the method as of essential importance to the invention, for example to distinguish from the prior art.

Merkmale, die nur in der Beschreibung offenbart wurden, oder auch Einzelmerkmale aus Ansprüchen, die eine Mehrzahl von Merkmalen umfassen, können jederzeit zur Abgrenzung vom Stande der Technik in den ersten Anspruch übernommen werden, und zwar auch dann, wenn solche Merkmale im Zusammenhang mit anderen Merkmalen erwähnt wurden beziehungsweise im Zusammenhang mit anderen Merkmalen besonders günstige Ergebnisse erreichen.Features which have been disclosed only in the description, or also individual features of claims comprising a plurality of features, may at any time be included in the first claim for distinction from the prior art, even if such features are associated with others Characteristics were mentioned or achieve particularly favorable results in connection with other features.

Claims

Drilling rig, in particular horizontal drilling rig, at least consisting of one, from a drill drive ( 5 ) drivable drilling tool carrying a drilling tool and one of at least two pumping units ( 40 . 40a . 40b ) modular pump station ( 4 ) for conveying the drilling fluid, each pumping unit ( 40 . 40a . 40b ) at least one electric motor ( 41 ) as a drive for the pump ( 42 ) of the pump unit.

Drilling rig according to claim 1, characterized in that the drilling rig is a controller ( 1 ), in particular a pump station controller and / or the pump unit ( 40 ) a pumping unit controller ( 44 ) having.

Drilling rig according to claim 1 or 2, characterized in that in the supply or discharge ( 6 . 9 ) of the drilling fluid, before and / or after the pumping station ( 4 ) or before and / or after each pumping unit ( 40 . 40a . 40b ) at least one sensor ( 13 ), in particular a pressure, pulsation or quantity sensor, and the sensor (s) with the controller ( 1 ), Pump station controller or pump unit controller ( 44 ) and are connected to it by the sensor (s) ( 13 ) recorded measurements.

Drilling rig according to one or more of the preceding claims, characterized by a current measuring sensor ( 16 ) for the electric motor ( 41 ) wherein the current measuring sensor ( 16 ) with the controller ( 1 ) or pumping unit control ( 44 ) and connected to it by the current measuring sensor ( 16 ) transmitted measured values.

Drilling rig according to one or more of the preceding claims, characterized in that the pump unit ( 40 ), in particular by the controller ( 1 ) or the pumping unit control ( 44 ) operable shut-off valves ( 17 . 18 ) of the supply or discharge ( 6 . 9 ) is separable or connectable.

Drilling rig according to one or more of the preceding claims, characterized in that the pump unit ( 40 ) an inverter ( 43 ), which depends on the rotational speed of the electric motor ( 41 ) and the control ( 1 ) or pumping unit control ( 44 ) on the inverter ( 43 ) acts.

Drilling rig according to one or more of the preceding claims, characterized in that a phase-sensitive pumping control of the control ( 1 ) or pumping unit control ( 44 ) on the inverter ( 43 ) acts in such a way that in the derivative ( 9 ) there is a homogeneous as possible, low-pressure drilling fluid flow.

Drilling rig according to one or more of the preceding claims, characterized in that the control ( 1 ) is connected to a pump unit database and, depending on the individual, in the pumping station ( 4 ) used pump unit ( 40 ) Operating parameters, in particular with regard to efficiency and / or delivery rate or delivery pressure of the pump unit ( 40 ) and / or speed of the pump ( 42 ) for the respective pump unit ( 40 ) and send them to the pump unit controller ( 44 ) transmitted.

Drilling rig according to one or more of the preceding claims, characterized by a direct drive of the pump ( 42 ) by the electric motor ( 41 ) and / or that all drives of the drilling rig are designed as electric motors and the drilling rig has a central power supply ( 12 ), for example by a mains connection or a generator.

Drilling rig according to one or more of the preceding claims, characterized in that the control ( 1 ) of the drilling rig monitors the energy or the power requirement and / or energy or the power consumption of the individual electric motor drives of the drilling rig and depending on the drilling speed, the flow of drilling fluid or the pumping power of the individual pumping units ( 40 . 40a . 40b ) and the respective operating parameters and send these to the pump unit controller ( 44 ) transmits.