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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Bohrgestänges, welches mindestens eine Stange aufweist, welche durch eine Drehbewegung in eine erste Richtung axial fixierbar und durch eine Drehbewegung in Gegenrichtung lösbar ist, wobei die Stange über einen Bohrantrieb angetrieben wird.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich dabei zum einen auf den Einsatz einer Einzelstange, welche in einer ersten Drehstellung gegenüber dem Bohrantrieb axial verschiebbar und an diesem durch die Drehbewegung in die erste Richtung axial festlegbar ist, sowie auf Bohrgestänge mit mindestens zwei in axialer Richtung teleskopierbaren Stangen, welche untereinander und/oder gegenüber dem Bohrantrieb in einer ersten Drehstellung in axialer Richtung verschiebbar und durch die Drehbewegungen axial festlegbar bzw. lösbar sind.
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Ein solches Bohrgestänge wird üblicherweise als Kelly-Stange bezeichnet und erlaubt relativ große Bohrtiefen. Die äußere Stange wird auch als Außen-Kelly bezeichnet, die innere Stange, wenn vorhanden, als Innen-Kelly. Die einzelnen Stangen werden auch als Kelly-Rohre bezeichnet.
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Durch Drehen des Bohrantriebs kann dieser durch Eingriff von Riegelelementen am Außenumfang der Außen-Kelly verriegelt und axial festgelegt werden. Ist eine Innen-Kelly vorhanden, kann durch Drehen der Außen-Kelly mit Hilfe des Bohrantriebs diese wiederum durch Eingriff von Riegelelementen am Außenumfang der inneren Stange verriegelt und axial festgelegt werden, so dass über den Bohrantrieb eine axiale Druckkraft auf das Bohrgestänge und somit auf das Bohrwerkzeug aufgebracht werden kann.
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Zum Anheben des Bohrwerkzeugs aus dem Bohrloch müssen die teleskopierten, miteinander verriegelten Stangen wieder ineinandergezogen werden. Hierzu wird zunächst die Außen-Kelly über den Bohrantrieb in entgegengesetzter Richtung gedreht, so dass sich die einzelnen Stangen voneinander und vom Bohrantrieb entriegeln. Weiterhin wird die innerste Stange über ein Seil nach oben gezogen und nimmt nacheinander die anderen Stangen mit.
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Beim Hochziehen der Stangen kann jedoch der Fall eintreten, dass sich die nächst äußere Stange mit der inneren Stange, die gerade angehoben wird, verdreht und daher verriegelt und somit bereits hochgezogen wird, obwohl die innere Stange noch nicht am axialen Endanschlag der umgebenden Stange anliegt. Hierdurch besteht die Gefahr, dass die entsprechende Stange sich plötzlich löst und bis zum jeweiligen Anschlag herabfällt. Dieses Durchfallen kann zu Schäden am Bohrantrieb sowie am Bohrgestänge führen, weil eine Stange dabei mehrere Meter im freien Fall bis zum untersten Anschlag durchfällt und dieser gewichtsbedingte Impuls über die Kelly-Stange direkt auf den Bohrantrieb übertragen wird.
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Zum Verhindern von Schäden in Folge dieses Durchfallens von Stangen ist es aus dem Stand der Technik bekannt, den untersten Anschlag der Innen-Kelly sowie den Kelly-Topf, mit welchem die Außen-Kelly auf dem Bohrantrieb aufliegt, mit Federpaketen auszustatten, welche Stöße beim Herabfallen von Kelly-Rohren dämpfen sollen.
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Weiterhin ist es aus der
EP 947 664 B1 bekannt, durch Messen der Kraft im Hubseil sowie einem Vergleich des Kräfteverlaufes mit dem Hubweg der Kelly-Winde zu ermitteln, ob die Kelly-Rohre in der richtigen Reihenfolge hochgezogen wurden. Dieses Verfahren ist jedoch zum einen aufwendig, da die gemessene Kraft im Hubseil nicht nur vom jeweils verwendeten Kelly-Rohr, sondern auch vom konkret verwendeten Bohrwerkzeug abhängt, und zum anderen fehleranfällig, da Störgrößen wie der Füllgrad des Werkzeugs sowie Flüssigkeit im Bohrloch die Messung erheblich verfälschen können.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein einfacheres und sichereres Verfahren zur Überwachung eines Bohrgestänges zur Verfügung zu stellen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Die vorliegende Erfindung umfasst ein Verfahren zur Überwachung eines Bohrgestänges mit mindestens einer Stange, welche durch eine Drehbewegung in einer ersten Richtung axial fixierbar und durch eine Drehbewegung in Gegenrichtung lösbar ist, wobei die Stange über einen Bohrantrieb angetrieben wird. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass vor und/oder beim axialen Verschieben des Bohrgestänges eine Drehstellung der Stange überprüft wird. Durch diese Überprüfung lässt sich ermitteln, ob die Stange noch am Bohrantrieb und/oder an einer anderen Stange fixiert ist, weil sich die Stange bei der Drehbewegung in Gegenrichtung nicht gelöst hatte, oder bereits komplett gelöst ist. Hierdurch kann ein unbeabsichtigtes Heraufziehen einer noch nicht komplett gelösten Stange sicher vermieden werden.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei bereits vor dem Hochziehen des Bohrgestänges überprüft werden, ob sich die Stange in einer Drehstellung befindet, welche ein ordnungsgemäßes Verschieben gegenüber dem Bohrantrieb und/oder Einteleskopieren des Bohrgestänges erlaubt. Eine solche Überprüfung kann erfindungsgemäß jedoch bspw. auch vor dem Ablassen oder Austeleskopieren des Bohrgestänges stattfinden, indem ebenfalls überprüft wird, ob die Drehstellung der Stange ein Verschieben in axialer Richtung erlaubt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren hat gegenüber dem oben beschriebenen Verfahren, bei welchem die Kraft im Hubseil gemessen wird, erhebliche Vorteile. Zum einen wird die gefährliche Situation bereits vor dem Eintritt des Fehlers erkannt, und kann hierdurch komplett vermieden werden. Weiterhin ist die Überwachung unabhängig von äußeren Störeinflüssen wie dem Gewicht des Werkzeugs, dem Füllgrad des Werkzeugs, Flüssigkeit im Bohrloch, etc.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich dabei zum einen auf den Einsatz einer Einzelstange, welche in einer ersten Drehstellung gegenüber dem Bohrantrieb axial verschiebbar und an diesem durch die Drehbewegung in die erste Richtung axial festlegbar ist, wobei erfindungsgemäß vor und/oder beim Verschieben des Bohrgestänges relativ zum Bohrantrieb eine Drehstellung der Stange überprüft wird.
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Weiterhin bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Bohrgestänge mit mindestens zwei in axialer Richtung teleskopierbaren Stangen, welche untereinander und/oder gegenüber dem Bohrantrieb in einer ersten Drehstellung in axialer Richtung verschiebbar und durch die Drehbewegungen axial festlegbar bzw. lösbar sind, wobei vor und/oder beim Verschieben der Stangen untereinander und/oder relativ zum Bohrantrieb eine Drehstellung mindestens einer Stange überprüft wird.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nun im folgenden näher dargestellt.
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In einer ersten Ausführung kann die erfindungsgemäße Überprüfung der Drehstellung eine Bestimmung der Drehstellung einer Stange anhand eines Signals eines ersten Sensors umfassen. Insbesondere kann dabei die Drehstellung der innersten Stange des teleskopierbaren Bohrgestänges gemessen werden.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Drehstellung der Stange mit einer Drehstellung einer äußeren Stange und/oder des Bohrantriebs verglichen wird.
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Insbesondere umfasst die vorliegende Erfindung damit die Bestimmung einer absoluten Drehstellung einer inneren Stange, die Bestimmung einer absoluten Drehstellung einer äußeren Stange und/oder des Bohrantriebs, sowie einen Vergleich der beiden Drehstellungen. Durch diesen Vergleich kann ermittelt werden, ob die Stange noch am Bohrantrieb oder der äußeren Stange fixiert ist, oder komplett von diesen gelöst ist.
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Insbesondere kann die vorliegende Erfindung dabei einen Vergleich der Drehstellung der innersten Stange des Bohrgestänges mit der Drehstellung des Bohrantriebs umfassen. Vorteilhafterweise wird dabei die Differenz der beiden Drehstellungen dann mit dem Drehwinkel verglichen, bei welchem die Stangen komplett voneinander gelöst sind.
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Erfindungsgemäß kann die Bestimmung der Drehstellung der äußeren Stange und/oder des Bohrantriebs anhand eines Signals eines zweiten Sensors erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass diese Bestimmung der Drehstellung der äußeren Stange und/oder des Bohrantriebs anhand von Daten der Maschinensteuerung des Bohrgerätes erfolgt. Besonders bevorzugt wird die Drehstellung des Bohrantriebes jedoch anhand eines Signals eines Drehzahlgebers des Bohrantriebs ermittelt.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Überprüfung der Drehstellung der Stangen anhand eines Signals eines Sensors erfolgt, welcher an der innersten Stange des Bohrgestänges angeordnet ist. Insbesondere kann der Sensor dabei im oberen Bereich der innersten Stange und/oder an der Aufhängung der innersten Stange angeordnet sein.
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Vorteilhafterweise wird anhand des Signals dieses Sensors die Drehstellung der innersten Stange bestimmt.
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Insbesondere kann der Sensor dabei eine Drehung zwischen der innersten Stange und dem Hubseil messen, so dass aus der bekannten Stellung des Hubseils die Drehstellung der innersten Stange bestimmt werden kann. Besonders bevorzugt kann ein solcher Sensor, welcher die Drehung zwischen der innersten Stange und dem Hubseil bestimmt, am Drallfänger angeordnet sein und die Verdrehung des Drallfängers messen.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Überprüfung der Drehstellung der Stange anhand eines Signals eines Gyroskop-Sensors erfolgt. Auch der Gyroskop-Sensor ist vorteilhafterweise an der innersten Stange des Bohrgestänges angeordnet, insbesondere im oberen Bereich der innersten Stange und/oder an der Aufhängung der innersten Stange.
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In einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann über den Gyroskop-Sensor direkt die Drehstellung der innersten Stange bestimmt werden.
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Insbesondere kann der Gyroskop-Sensor am stangen-seitigen Element des Drallfängers angeordnet sein, da der Sensor so bei einem Wechsel der Stangen am Seil verbleibt und daher nicht an jeder Stange separat angeordnet werden muss.
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Alternativ kann der Gyroskop-Sensor auch am seil-seitigen Element des Drallfängers angeordnet sein und dessen Drehstellung bestimmen, wobei die Drehstellung der innersten Stange dann über einen zweiten Sensor ermittelt wird, welcher eine Drehung zwischen dem seil-seitigen Element und dem stangen-seitigen Element des Drallfängers bestimmt.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Überprüfung der Drehstellung der Stangen auch anhand der Überprüfung des Anliegens von Anschlagbereichen der Stange erfolgen.
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Insbesondere kann dabei mindestens ein Kontaktsensor in mindestens einem Anschlagbereich der Stange vorgesehen sein, welcher in der komplett gelösten Stellung der Stange anliegt. Damit überwacht der Sensor über den Kontakt des Anschlagbereichs, ob sich die Stange in einer Drehstellung befindet, welche ein ein- bzw. austeleskopieren bzw. verschieben gegenüber dem Bohrantrieb erlaubt.
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Erfindungsgemäß kann damit in einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens die Drehstellung zwischen dem Bohrantrieb und der innersten Stange überprüft werden, und/oder die Drehstellung zwischen der äußersten Stange und der innersten Stange. Eine solche Überprüfung bietet sich insbesondere dann an, wenn die absolute Drehstellung der innersten Stange bestimmt wird.
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Alternativ können jedoch auch die Drehstellungen zwischen allen beteiligten Stangen separat überprüft werden. Eine solche Lösung bietet sich an, wenn die jeweiligen Drehstellungen über Kontaktsensoren überprüft werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann dabei vorgesehen sein, dass eine Auswerteeinheit dem Maschinenführer signalisiert, dass die Überprüfung eine noch nicht vollständige Loslösung der Stange ergeben hat, beispielsweise durch eine Anzeige oder einen Warnton.
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Wenn die Überwachung eine Drehstellung ergibt, welche kein sicheres axiales Verschieben des Gestänges ermöglicht, kann nochmals eine Drehbewegung des Bohrantriebs erzeugt werden, welche die Stange komplett löst.
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Alternativ oder zusätzlich kann das Ergebnis der Überprüfung auch direkt der Maschinensteuerung übermittelt werden, welche hierauf automatisch reagieren kann, insbesondere durch Einleitung einer Drehbewegung oder durch Sperrung des Hubseils, bis die Überprüfung eine komplette Lösung der Stange ergibt.
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Die vorliegende Erfindung umfasst weiterhin eine Vorrichtung zur Überwachung eines Bohrgestänges mit mindestens einer Stange, welche durch eine Drehbewegung in einer erste Richtung axial fixierbar und durch eine Drehbewegung in Gegenrichtung lösbar ist, wobei die Stange über einen Bohrantrieb angetrieben wird, wobei die Vorrichtung eine Auswerteeinheit umfasst, welche Signale mindestens eines Sensors auswertet. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Auswerteeinheit anhand der Signale des Sensors die Drehstellung der Stange überprüft.
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Vorteilhafterweise kann die Auswerteeinheit dabei anhand der Daten des Sensors die Drehstellung einer inneren Stange bestimmen, insbesondere die Drehstellung der innersten Stange, wobei die Auswerteeinheit diese vorteilhafterweise mit einer Drehstellung einer äußeren Stange und/oder des Bohrantriebs vergleicht. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Drehstellung der äußeren Stange und/oder des Bohrantriebs durch die Auswerteeinheit anhand der Daten eines zweiten Sensors und/oder anhand der Daten der Maschinensteuerung des Bohrgerätes erfolgt. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Auswerteeinheit die Drehstellung des Bohrantriebs über die Auswertung eines Signals des Drehzahlgebers des Bohrantriebs bestimmt.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Sensor im oberen Bereich der innersten Stange und/oder an der Aufhängung der innersten Stange angeordnet ist, wobei die Auswerteeinheit anhand der Daten des Sensors vorteilhafterweise die Drehstellung der innersten Stange bestimmt. Insbesondere kann der Sensor dabei eine Drehung zwischen der innersten Stange und einem Hubseil messen, wofür der Sensor bevorzugt am Drallfänger angeordnet ist.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Überprüfung der Drehstellung der Stangen auch anhand der Daten eines Gyroskop-Sensors erfolgen. Insbesondere kann der Gyroskop-Sensor dabei wiederum im oberen Bereich der innersten Stange und/oder an der Aufhängung der innersten Stange angeordnet sein. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass der Gyroskop-Sensor am stangen-seitigen Elment des Drallfängers angeordnet sein. Alternativ ist auch eine Anordnung am seil-seitigen Element des Drallfängers möglich, wobei die Auswerteeinheit in diesem Fall vorteilhafterweise sowohl die Daten des Gyroskop-Sensors, als auch eines Sensors, welcher die Drehung zwischen der innersten Stange und dem Hubseil misst, auswertet.
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Alternativ kann die Auswerteeinheit die Überprüfung der Drehstellung der Stange auch anhand der Überprüfung des Anliegens mindestens eines Anschlagbereiches der Stange vornehmen. Insbesondere kann die Auswerteeinheit dabei Signale eines oder mehrerer Kontaktsensoren auswerten.
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Beispielswiese kann die Bestimmung der Drehstellung der Stange automatisiert immer dann erfolgen, wenn die Hubwinde zum Anheben des innersten Rohres für eine Hubbewegung angesteuert werden soll. Insbesondere steht die Auswerteeinheit hierfür mit der Maschinensteuerung des Bohrgerätes in Verbindung.
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Die Auswertung bzw. Überwachung kann jedoch auch auf eine Anfrage des Bedieners erfolgen, beispielsweise indem dieser an einem Eingabeelement eine entsprechende Überprüfung anfordert.
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Das von der erfindungsgemäß vorgesehenen Auswerteeinheit ermittelte Ergebnis wird dann vorteilhafterweise dem Bediener signalisiert und/oder der Maschinensteuerung zur Verfügung gestellt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit der erfindungsgemäßen Auswerteeinheit arbeitet dabei bevorzugt so, wie dies oben bereits näher im Hinblick auf das erfindungsgemäße Verfahren dargestellt wurde.
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Die vorliegende Erfindung umfasst weiterhin eine Sensoranordnung für ein Bohrgestänge mit mindestens einer Stange, welche durch eine Drehbewegung in eine erste Richtung axial fixierbar und durch eine Drehbewegung in Gegenrichtung lösbar ist, wobei die Sensoranordnung mindestens einen Sensor zur Überprüfung der Drehstellung der Stangen umfasst. Insbesondere kann der Sensor dabei so ausgeführt sein, wie dies oben beschrieben wurde. Besonders bevorzugt dient die Sensoranordnung dabei zur Durchführung eines Verfahrens, wie es oben beschrieben wurde. Weiterhin vorteilhafterweise können die Daten der Sensoranordnung dabei durch die erfindungsgemäße Auswerteeinheit, welche ebenfalls oben näher beschrieben wurde, ausgewertet werden.
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Die vorliegende Erfindung umfasst weiterhin ein Bohrgestänge mit mindestens einer Stange, welche durch eine Drehbewegung in einer erste Richtung axial fixierbar und durch eine Drehbewegung in Gegenrichtung lösbar ist, wobei das Bohrgestänge einen Sensor zur Überprüfung der Drehstellung der Stangen aufweist. Vorteilhafterweise sind dabei das teleskopierbare Bohrgestänge sowie der Sensor so ausgestaltet, wie dies oben bereits näher beschrieben wurde. Insbesondere kann das erfindungsgemäße teleskopierbare Bohrgestänge dabei mit einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung ausgestattet sein. Vorteilhafterweise eignet sich das erfindungsgemäße teleskopierbare Bohrgestänge dabei zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die vorliegende Erfindung umfasst weiterhin ein Bohrgerät mit einem Bohrgestänge mit mindestens einer Stange, welche durch eine Drehbewegung in einer erste Richtung axial fixierbar und durch eine Drehbewegung in Gegenrichtung lösbar ist, wobei die Stange über einen Bohrantrieb angetrieben wird. Erfindungsgemäß weist das Bohrgerät dabei eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Überwachung auf, und/oder eine erfindungsgemäße Sensoranordnung und/oder ein Bohrgestänge, wie diese oben beschrieben wurden.
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Die vorliegende Erfindung kann dabei bei Bohrgestängen zum Einsatz kommen, welche mindestens eine Stange aufweisen, wobei die Stange am Bohrantrieb axial beweglich geführt ist. Bohrantrieb und Stange weisen ineinander greifende Mitnehmerbereiche zur Übertragung des Drehmomentes auf.
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Vorteilhafterweise sind dabei am Bohrantrieb und an der Stange Riegelelemente bzw. Verriegelungstaschen angeordnet, welche durch eine Drehung des Bohrantriebs in Bohrrichtung ineinander eingreifen und hierdurch eine axiale Verriegelung der Stange und des Bohrantriebs bewirken, während sie bei einer Drehung entgegen der Bohrrichtung voneinander gelöst werden.
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Dabei kann es sich bei einer solchen Stange um die einzige Stange des Bohrgestänges handeln.
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Die vorliegende Erfindung kommt weiterhin auch bei Bohrgestängen zum Einsatz, welche mindestens eine äußere Stange und eine innere Stange aufweisen, wobei die innere Stange zwischen zwei Anschlägen der äußeren Stange axial beweglich geführt ist. Innere und äußere Stange weisen ineinander greifende Mitnehmerbereiche zur Übertragung des Drehmomentes auf.
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Vorteilhafterweise sind dabei an der inneren und äußeren Stange Riegelelemente bzw. Verriegelungstaschen angeordnet, welche durch eine Drehung der äußeren Stange in Bohrrichtung ineinander eingreifen und hierdurch eine axiale Verriegelung der beiden Stangen bewirken, während sie bei einer Drehung entgegen der Bohrrichtung voneinander gelöst werden.
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Das Bohrgestänge kann dabei auch mehr als zwei solcher ineinandergeführten Stangen, welche jeweils miteinander verriegelbar sind, aufweisen, insbesondere auch drei oder vier Stangen.
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Weiterhin vorteilhafterweise ist die (innerste) Stange über ein Hubseil an einer Hub- bzw. Kelly-Winde des Bohrgerätes befestigt und über diese anhebbar und absenkbar.
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Vorteilhafterweise ist die äußerste Stange von oben in den Bohrantrieb einfädelbar und liegt über einem sogenannten Kelly-Topf auf diesem auf.
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Vorteilhafterweise sind auch der Bohrantrieb und die äußerste Stange durch eine entsprechende Drehbewegung in axialer Richtung aneinander fixierbar, wie dies oben beschrieben wurde.
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Am unteren Ende der innersten Stange, welche auch massiv ausgeführt sein kann, ist vorteilhafterweise eine Verbindungsanordnung zur Verbindung mit einem Bohrwerkzeug vorgesehen.
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Der Bohrantrieb ist vorteilhafterweise an einem Schlitten angeordnet, welcher entlang eines Mäklers in vertikaler Richtung bewegbar ist. Der Mäkler ist dabei vorteilhafterweise an einem Grundgerät angeordnet, vorteilhafterweise verstellbar an diesem angeordnet. Bei dem Grundgerät kann es sich dabei um ein Gerät mit einem Unterwagen und einem drehbar am Unterwagen angeordneten Oberwagen handeln. Bevorzugt weist das Grundgerät einen Raupenantrieb auf.
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Die vorliegende Erfindung soll nun anhand von Ausführungsbeispielen sowie Zeichnungen näher dargestellt werden. Dabei zeigen:
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1: ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bohrgerätes mit einem erfindungsgemäßen Bohrgestänge,
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2: Schnittansichten des Bohrantriebs einer äußeren Stange sowie einer inneren Stange und
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3: unterschiedliche Positionen zwischen dem Bohrantrieb und dem äußersten Rohr, wobei das Rohr in Positionen 1 bis 3 in axialer Richtung vom Bohrantrieb gelöst ist, in Position 4 dagegen noch teilweise an diesem fixiert ist.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bohrgerätes mit einem erfindungsgemäßen Bohrgestänge gezeigt. Das Bohrgerät weist dabei ein Grundgerät 1 auf, an welchem eine Mäkleranordnung 2 angeordnet ist. Am Mäkler 2 ist ein Schlitten 3 über die Seilwinde 4 in vertikaler Richtung bewegbar. Alternativ oder zusätzlich könnte auch ein hydraulischer Antrieb des Schlittens 3 vorgesehen sein.
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Der Schlitten 3 trägt den Bohrantrieb, welcher das Bohrgestänge in Drehbewegung versetzen kann. Das Bohrgestänge weist dabei eine äußere Stange 5 und eine innere Stange 6 auf, welche aus der äußeren Stange nach unten austeleskopierbar ist. Die innere Stange 6 trägt dabei das Bohrwerkzeug 7.
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Am oberen Ende der äußeren Stange 5 ist ein sogenannter Kelly-Topf 8 angeordnet, mit welchem die äußere Stange auf dem Bohrantrieb 4 aufliegt. Am oberen Ende der inneren Stange 6 ist dagegen das Kelly-Seil 9 angeordnet, welches über den am oberen Ende des Mäklers angeordneten Kelly-Galgen 19 zur Kelly-Winde 18 läuft. Über das Kelly-Seil kann die innere Stange 6 und über diese das gesamte Bohrgestänge nach oben gezogen werden. Dabei können auch mehr als zwei solcher Stangen vorgesehen sein, welche ineinander angeordnet sind und auseinander austeleskopierbar sind.
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Die Stangen sind dabei jeweils mit durchlaufenden Mitnehmerleisten zur Übertragung des Drehmomentes untereinander versehen. An diesen Mitnehmerleisten sind Aussparungen angebracht, welche bei einem Drehen in eine erste Richtung eine Längsverriegelung der Stangen untereinander ermöglichen, um so nach unten gerichtete Vorschubkräfte übertragen zu können. Durch eine Drehbewegung in Gegenrichtung können die Stangen dagegen voneinander gelöst werden. Die Längsverriegelung der Bohrstangen kann dabei sowohl im eingefahrenen, als auch im ausgefahrenen Zustand der einzelnen Bohrstangen erfolgen. So werden Drehmoment und Vorschubkraft beim Bohren formschlüssig wie bei einer einzigen starren Bohrstange übertragen.
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Beim Aufrüsten des Bohrgerätes wird das Paket der ineinander geschobenen und verriegelten Bohrstangen von oben in den Bohrantrieb eingefädelt. Das Hubseil 9 ist dabei über einen speziellen Drallfänger, den Kelly-Wirbel am oberen Ende der inneren Stange 6, auch Innen-Kelly genannt, befestigt.
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In 2 ist dabei eine Schnittansicht durch den Bohrantrieb 4, die Außen-Kelly 5 und die Innen-Kelly 6 gezeigt. Die Außen-Kelly 5 weist an ihrem äußeren Umfang in Längsrichtung verlaufende Aussparungen 14 auf, welche an entsprechende Mitnehmerleisten 13 des Bohrantriebes angepasst sind und über welche das Drehmoment vom Bohrantrieb an die Außen-Kelly 5 übertragen wird. Die Außen-Kelly weist auf seiner Innenseite Mitnehmerleisten 15 auf, welche mit entsprechenden Mitnehmerleisten 16 auf der Außenseite der Innen-Kelly 6 zusammenwirken und ebenfalls Drehmomente übertragen.
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In 3 ist eine Tasche 17 an der Außen-Kelly gezeigt, in welche die Mitnehmerleiste 13 des Bohrantriebs durch eine Drehung des Bohrantriebs 13 in Eingriff gebracht werden kann, um so die Außen-Kelly mit dem Bohrantrieb auch in axialer Richtung zu verriegeln. In Positionen 1 und 3 befindet sich die Außen-Kelly dabei in einer unverriegelten Stellung, so dass eine axiale Bewegung der Außen-Kelly gegenüber dem Bohrantrieb möglich ist.
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In Position 2 befindet sich die Außen-Kelly ebenfalls noch in einer unverriegelten Drehstellung, jedoch in einer axialen Stellung, in welcher eine Verriegelung möglich ist. Diese wurde bei der in Position 4 gezeigten Stellung bereits teilweise eingeleitet, indem der Bohrantrieb im Uhrzeigersinn in die Aussparung 17 hinein bewegt wurde. Bei der in Position 4 gezeigten Stellung ist daher bereits keine axiale Relativbewegung mehr möglich.
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Das Verriegeln und Entriegeln zwischen den einzelnen Stangen des Bohrgestänges erfolgt in gleicher Art und Weise.
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Sowohl beim Ablassen der Rohre, als auch beim Anheben des Bohrgestänges wird der Bohrantrieb damit jeweils so gedreht, dass sich die einzelnen Stangen voneinander sowie vom Bohrantrieb lösen. Beim Ablassen des Bohrgestänges laufen dann die ineinander gesteckten Bohrstangen auseinander, sobald sich die äußere Stange auf dem Bohrantrieb abstützt. Beim Anheben der Stangen wird dagegen die innerste Stange über das Hubseil 9 angehoben und nimmt dann nacheinander die äußeren Stangen mit.
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Hierfür weisen die Stangen des Gestänges jeweils untere und obere Anschläge auf, über welche sie sich in der auseinander gezogenen bzw. eingeschobenen Position aufeinander abstützen.
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Die vorliegende Erfindung verhindert nun, dass beim Einfahren der Innen-Kelly einzelne Sektionen unbeabsichtigt mit hochgeschleppt werden, da die Verriegelung nicht vollständig gelöst wurde.
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Erfindungsgemäß wird hierfür die Drehstellung der Stangen überprüft, bevor das Bohrgestänge ein- oder austeleskopiert wird. Hierdurch kann überprüft werden, ob sich die Stangen in einer Drehstellung befinden, in welcher sie noch verriegelt sind, oder in einer Drehstellung, in welcher sie vollständig entriegelt sind.
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Erfindungsgemäß kann dabei beispielsweise der Verdrehwinkel der Innen-Kelly zur Außen-Kelly bzw. zum Bohrantrieb gemessen und entsprechend ausgewertet werden. Beispielsweise können dabei Sensorwerte gemessen und an die Gerätesteuerung übertragen werden. Wenn dabei alle Teil-Kellys vollständig in ihre entriegelte Position verdreht sind und an einer entsprechenden Leiste anstehen, entspricht dies einem spezifischen Drehwinkel. Ist dieser erreicht, weiß die Auswerteeinheit, dass die Stangen vollständig entriegelt sind und ein Hochschleppen damit ausgeschlossen ist.
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Der Verdrehwinkel kann dabei in einem ersten Ausführungsbeispiel direkt zwischen Innen- und Außen-Kelly gemessen werden, beispielsweise anhand eines am unteren Ende der Außen-Kelly angeordneten Sensors. Dieser Ort ist aber sehr exponiert, so dass leicht Beschädigungen auftreten können.
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Alternativ kann daher vorgesehen sein, die Position der Innen-Kelly über einen Sensor zu bestimmen und mit dem Verdrehwinkel der Außen-Kelly oder des Bohrantriebes zu vergleichen. Insbesondere kann dabei am Drallfänger 12 die Verdrehung der Innen-Kelly gegenüber dem Hubseil 9 gemessen werden, wobei dieser Winkel mit dem Signal eines Drehzahlgebers des Bohrantriebes verglichen wird. Durch Subtraktion dieser beiden Winkel kann dann der Verdrehwinkel der Teilsektionen zueinander berechnet werden.
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Beispielsweise kann dabei ein entsprechender Sensor in den Drallfänger 12 integriert und z. B. zum Kelly-Galgen 19 übertragen werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, einen Gyroskop-Sensor einzusetzen, um die Drehposition der Innen-Kelly zu bestimmen. In einer ersten Variante kann der Gyroskop-Sensor an der Innen-Kelly oder am stangen-seitigen Element des Drallfängers 12 angeordnet werden und die Drehstellung der Innen-Kelly damit direkt messen.
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Alternativ kann der Gyroskop-Sensor auch am seil-seitigen Teil des Drallfängers 12 angeordnet werden, und dessen Position überwachen. Die Bestimmung der Position des Innen-Kelly erfolgt dann wie oben beschrieben über die Winkelmessung am Drallfänger.
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Das erfindungsgemäße Messsystem kann dabei jeweils im Bohrbetrieb kalibriert werden, da die dabei eingenommene, der Verriegelungsstellung entsprechende Relativposition zwischen den Stangen bekannt ist. Durch einen Vergleich eines Signals eines Sensors, welcher die absolute Drehstellung der Innenstange bestimmt, mit der Position des Bohrantriebs während dem Bohren kann so eine Kalibrierung durchgeführt werden. Messfehler bei der Bestimmung der Position der Stangen können damit nur noch im Hinblick auf die Drehung in Gegenrichtung zum Lösen der Stange entstehen.
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Alternativ oder zusätzlich kann die jeweilige rotative Stellung der einzelnen teleskopierbaren Teile der Kelly-Stange zueinander auch über einen oder mehrere Kontaktsensoren erfolgen. Vorteilhafterweise sind die Kontaktsensoren dabei in Anschlagbereichen der Stangen vorgesehen, welche im komplett entriegelten Zustand aneinander anliegen sollen. Hierdurch kann überwacht werden, ob die für das Ineinanderteleskopieren notwendige Winkellage eingenommen wurde. Insbesondere können dabei induktive Sensoren zum Einsatz kommen, da diese mechanisch besonders unempfindlich sind.
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Die vorliegende Erfindung ist in gleicher Weise auch bei einem Bohrgestänge mit nur einer Stange einsetzbar, was im Hinblick auf die obigen Ausführungsbeispiele einer Kombination der Außen- und der Innen-Kelly zu einer Stange entspricht.
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Die vorliegende Erfindung erlaubt so eine einfache und störungssichere Vorab-Überprüfung, ob ein Verschieben der Stangen in axialer Richtung untereinander oder zum Bohrantrieb in axialer Richtung sicher möglich ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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