DE102015209378A1 - Method for operating a working device of a drilling rig, working device operating according to the method, computer program for implementing the method, control device with an implementation of the method and drilling rig with such a working device - Google Patents
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Abstract
Angegeben werden ein Verfahren zum Betrieb eines Arbeitsgeräts (10) – „Iron Roughneck“ – sowie ein nach dem Verfahren arbeitendes Arbeitsgerät (10), bei dem nach einer anfänglichen Positionierung eines Zangensystems (18) mittels einer Positioniervorrichtung (20) und einer anschließenden Fixierung des Zangensystems (18) an mittels des Zangensystems (18) zu verbindenden Bohrgestängeelementen (14, 16) eine resultierende Lage – „Ist-Lage“ – des Zangensystems (18) erfasst wird, sodann das Zangensystem (18) mittels einer erneuten Bewegung der Positioniervorrichtung (20) ausgerichtet wird, bis eine Soll-Lage des Zangensystems (18) erreicht ist, und schließlich eine sich dabei ergebende Position der Positioniervorrichtung (20) als zukünftige Soll-Position für weitere Bewegungszyklen des Arbeitsgeräts (10) gespeichert wird.Disclosed are a method for operating an implement (10) - "Iron Roughneck" - and a working according to the method implement (10), wherein after an initial positioning of a tong system (18) by means of a positioning device (20) and a subsequent fixation of Pliers system (18) to be connected by means of the pliers system (18) drill string elements (14, 16) a resulting position - "actual position" - the pliers system (18) is detected, then the pliers system (18) by means of a renewed movement of the positioning device ( 20) is aligned until a desired position of the pliers system (18) is reached, and finally a resulting position of the positioning device (20) as a future target position for further movement cycles of the implement (10) is stored.
Description
Die Erfindung betrifft zuvorderst ein Verfahren zum Betrieb eines Arbeitsgeräts auf einer Bohranlage. Bei dem Arbeitsgerät handelt es sich um eine Vorrichtung zum Verbinden und Verschrauben von Bohrgestängeelementen. Vorrichtungen zum Verbinden und Verschrauben von Bohrgestängeelementen sowie zum Trennen dabei hergestellter Schraubverbindungen, sogenannte Roughnecks oder Iron Roughnecks – im Deutschen mitunter als Gestängeverschraubungsvorrichtung, Kraftverschraubungsvorrichtung und dergleichen bezeichnet –, sind an sich bekannt. Zum Beleg des Standes der Technik kann beispielhaft auf die
Ein solches Arbeitsgerät wird auf einer Arbeitsplattform einer Bohranlage oberhalb des Bohrlochs (drill hole; bore well) verwendet. Im Bereich des Bohrlochs muss aber neben anderem auch eine Hantierung der Bohrgestängeelemente beim Ein- und Ausbauen des Bohrgestänges erfolgen. Deshalb kann sich das Arbeitsgerät nicht dauerhaft in der Position oberhalb des Bohrlochs befinden. Es ist daher üblich, dass das Arbeitsgerät eine Positioniervorrichtung umfasst. Mittels der Positioniervorrichtung ist ein ebenfalls von dem Arbeitsgerät umfasstes Zangensystem in eine Position im Bereich des Bohrlochs (Arbeitsposition) sowie in eine von der Arbeitsposition entfernte Ruheposition beweglich.Such a tool is used on a working platform of a drilling rig above the wellbore (bore well). In the area of the borehole, however, handling of the drill pipe elements during installation and removal of the drill string must also take place, among other things. Therefore, the implement can not be permanently in the position above the borehole. It is therefore usual for the implement to include a positioning device. By means of the positioning device, a pliers system likewise encompassed by the working device is movable into a position in the region of the borehole (working position) as well as into a rest position remote from the working position.
Insoweit kommt zum Beispiel ein System mit Schienen in Betracht, bei dem das Zangensystem auf den Schienen von der Ruheposition in die Arbeitsposition und umgekehrt beweglich ist. Solche Schienen sind aber mitunter in der Umgebung des Bohrlochs störend. Andere Positioniervorrichtungen arbeiten mit einem beweglichen Arm. Eine derartige Positioniervorrichtung ist zum Beispiel aus der
Eine besonders einfache Form einer Positioniervorrichtung umfasst einen translatorisch und/oder rotatorisch beweglichen Arm, so dass das Zangensystem mittels einer translatorischen Bewegung bzw. einer Schwenkbewegung von der Ruheposition zur Arbeitsposition und von der Arbeitsposition zurück zur Ruheposition beweglich ist. A particularly simple form of a positioning device comprises a translationally and / or rotationally movable arm, so that the forceps system is movable by means of a translatory movement or a pivoting movement from the rest position to the working position and from the working position back to the rest position.
Das Zangensystem ist dabei am freien Ende der Positioniervorrichtung, nämlich an dem von der Positioniervorrichtung umfassten Arm, angebracht. Eine besonders platzsparende Form einer solchen Positioniervorrichtung besteht darin, dass der schwenkbewegliche Arm eine im weitesten Sinne C-förmige Kontur aufweist, so dass sich das Zangensystem in der Ruheposition und bei eingeschwenktem Art im Bereich einer Hüllkontur um den Arm befindet. Der von dem Arbeitsgerät auf der Arbeitsplattform der Bohranlage belegte Raum wird damit im Wesentlichen von den ohnehin feststehenden Abmessungen des Zangensystems bestimmt und der zusätzliche Platzbedarf der Positioniervorrichtung fällt demgegenüber kaum ins Gewicht.The pliers system is attached to the free end of the positioning device, namely on the arm encompassed by the positioning device. A particularly space-saving form of such a positioning device is that the pivoting arm has a C-shaped contour in the broadest sense, so that the forceps system is in the rest position and in eingeschwenktem type in the region of a Hüllkontur to the arm. The occupied by the implement on the working platform of the drilling rig is thus essentially determined by the already fixed dimensions of the pliers system and the additional space required by the positioning falls in contrast hardly significant.
Eine solche Positioniervorrichtung, bei der deren Arm zum Bewegen des Zangensystems zwischen der Ruheposition und der Arbeitsposition verschwenkt wird, erfordert allerdings, dass das Zangensystem beweglich, also schwenkbeweglich, am freien Ende des Arms der Positioniervorrichtung angelenkt ist. Das Arbeitsgerät hängt dabei wie ein Pendel am freien Ende der Positioniervorrichtung. Dies gewährleistet grundsätzlich, dass das Zangensystem bei jeder Schwenkkonfiguration des Arms ausreichend gerade hängt, dass also eine im Folgenden als Zangensystemachse bezeichnete relevante Achse des Zangensystems im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse durch die mittels des Zangensystems zu verbindenden oder zu trennenden Bohrgestängeelemente (Bohrgestängeachse) bleibt. Such a positioning device, in which the arm is pivoted to move the forceps system between the rest position and the working position, however, requires that the forceps system is articulated, so pivotally, at the free end of the arm of the positioning device. The implement hangs like a pendulum at the free end of the positioning device. This ensures, in principle, that the pincer system remains sufficiently straight for each swivel configuration of the arm, ie that a relevant axis of the pincer system referred to below as the pincer axis remains substantially parallel to a longitudinal axis through the drill string elements (drill string axis) to be connected or disconnected by the pincer system.
Die während des Bewegungsvorgangs notwendige Verschwenkbarkeit des Arbeitsgeräts relativ zum Arm der Positioniervorrichtung ermöglicht allerdings auch eine Schiefstellung des Zangensystems, wenn zum Beispiel mittels des Zangensystems zumindest ein Bohrgestängeelement erfasst wird, obwohl sich das Zangensystem nicht in einem optimalen Abstand von dem Bohrgestängeelement befindet. Wenn während einer solchen Schiefstellung das Zangensystem zum Verbinden oder zum Trennen zweier Bohrgestängeelemente aktiviert wird, ergeben sich sogenannte Exzenterkräfte, die zu einem erhöhten Verschleiß relevanter Teile des Zangensystems und der jeweils erfassten Bereiche der Bohrgestängeelemente führen.However, the necessary during the movement process pivoting of the implement relative to the arm of the positioning device also allows a misalignment of the pliers system when, for example by means of the pliers system at least one drill string element is detected, although the pliers system is not located at an optimal distance from the drill string element. If during such a misalignment the pliers system is activated for connecting or disconnecting two drill string elements, so-called eccentric forces result, which lead to increased wear of relevant parts of the pliers system and the respectively detected areas of the drill string elements.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht entsprechend darin, ein Verfahren zum Betrieb eines Arbeitsgeräts der eingangs genannten Art sowie ein nach dem Verfahren arbeitendes Arbeitsgerät anzugeben, das die oben skizzierten Nachteile, insbesondere Exzenterkräfte beim Aktivieren des Zangensystems, vermeidet oder zumindest deren Auswirkungen reduziert.An object of the present invention is accordingly to provide a method for operating a working device of the type mentioned above and working according to the method implement which avoids the disadvantages outlined above, in particular eccentric forces when activating the pliers system, or at least reduces their effects.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels eines Verfahrens zum Betrieb eines solchen Arbeitsgeräts mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dazu ist bei einem Verfahren zum Betrieb eines Arbeitsgeräts der eingangs genannten Art (Iron Roughneck) auf einer Bohranlage, wobei das Arbeitsgerät ein Zangensystem sowie eine Positioniervorrichtung mit einem Arm zum Positionieren des an einem freien Ende des Arms schwenkbeweglich angebrachten Zangensystems umfasst und wobei das Arbeitsgerät und dessen Zangensystem zum Verbinden oder Trennen zweier Bohrgestängeelemente bestimmt sind, Folgendes vorgesehen: In einem ersten Verfahrensschritt wird das Zangensystem mittels des Arms in Richtung auf die Bohrgestängeelemente bewegt und das Arbeitsgerät wird in eine Kontaktposition gebracht. In einem zweiten Verfahrensschritt wird in der Kontaktposition und bei Stillstand des Arms eine Ist-Lage des Zangensystems ermittelt. In einem dritten Verfahrensschritt wird das Zangensystem mittels des Arms erneut bewegt, bis eine vorgegebene Soll-Lage des Zangensystems erreicht ist.This object is achieved by means of a method for operating such Working device solved with the features of claim 1. This is in a method for operating a working device of the type mentioned (Iron Roughneck) on a drilling rig, wherein the implement comprises a tong system and a positioning device with an arm for positioning the pivotally mounted at a free end of the arm pliers system and wherein the working device and the pliers system are intended for connecting or disconnecting two drill string elements, the following is provided: In a first method step, the pliers system is moved by means of the arm in the direction of the drill string elements and the implement is brought into a contact position. In a second method step, an actual position of the pliers system is determined in the contact position and at standstill of the arm. In a third method step, the forceps system is moved by means of the arm again until a predetermined desired position of the forceps system is reached.
Die oben genannte Aufgabe wird ebenfalls mittels eines Arbeitsgeräts mit den Merkmalen des parallelen unabhängigen Vorrichtungsanspruchs gelöst. Dazu ist bei einem Arbeitsgerät der eingangs genannten Art (Iron Roughneck), das zur Verwendung auf einer Bohranlage bestimmt ist, wobei das Arbeitsgerät ein Zangensystem sowie eine Positioniervorrichtung mit einem Arm zum Positionieren des an einem freien Ende des Arms schwenkbeweglich angebrachten Zangensystems umfasst und wobei das Arbeitsgerät und dessen Zangensystem zum Verbinden oder Trennen zweier Bohrgestängeelemente bestimmt sind, Folgendes vorgesehen: Das Zangensystem ist mittels des Arms in Richtung auf die Bohrgestängeelemente bewegbar und das Arbeitsgerät ist in eine Kontaktposition manövrierbar. In der Kontaktposition und bei Stillstand des Arms ist eine Ist-Lage des Zangensystems ermittelbar. Schließlich ist das Zangensystem mittels des Arms derart beweglich, das mittels der Bewegung des Arms eine vorgegebene Soll-Lage des Zangensystems erreichbar ist.The above object is also achieved by means of a working device with the features of the parallel independent device claim. This is in a working device of the type mentioned (Iron Roughneck), which is intended for use on a drilling rig, wherein the implement comprises a forceps system and a positioning device with an arm for positioning the pivotally mounted at a free end of the arm pliers system and wherein Working tool and its tong system are intended for connecting or disconnecting two drill string elements, provided the following: The pliers system is movable by means of the arm in the direction of the drill string elements and the implement is maneuverable in a contact position. In the contact position and at standstill of the arm an actual position of the pliers system can be determined. Finally, the forceps system is movable by means of the arm, which is reached by means of the movement of the arm a predetermined desired position of the forceps system.
Der Vorteil der hier vorgeschlagenen Neuerung besteht vor allem darin, dass mittels der Ausrichtung des Zangensystems zum Erhalt von dessen Soll-Lage eine Position des Zangensystems relativ zu den beiden Bohrgestängeelementen erreicht ist, bei der beide Bohrgestängeelemente mittels des Zangensystems jeweils auf Stangenmitte, also zentriert, erfassbar sind oder erfasst werden. Bei einem Angreifen sowohl einer von dem Zangensystem umfassten Unterzange sowie einer ebenfalls von dem Zangensystem umfassten Oberzange jeweils auf Stangenmitte des betreffenden Bohrgestängeelements ergeben sich bei einer späteren Aktivierung des Zangensystems und einer Bewegung der Oberzange relativ zur Unterzange keine Exzenterkräfte (Scherkräfte) und keine Verschleißerscheinungen der eingangs beschriebenen Art. Dadurch, dass die Bohrgestängeelemente jeweils genau auf Stangenmitte erfasst werden und keine Exzenterkräfte auftreten, wird auch ein genaueres Erreichen des notwendigen Drehmoments beim Verbinden der Bohrgestängeelemente möglich und gewährleistet.The advantage of the innovation proposed here is, above all, that a position of the pliers system relative to the two drill string elements is achieved by means of the alignment of the pliers system to obtain its desired position, in which both drill string elements centered on the rod center, ie centered, by means of the pliers system. can be detected or recorded. Upon engagement of both a pair of pliers enclosed by the lower nipper pliers as well as an upper pliers also on the middle of the respective drill string element resulting in a later activation of the pliers system and a movement of the upper nipper relative to the lower nipper no eccentric forces (shear forces) and no signs of wear of the beginning As a result of the fact that the drill string elements are respectively detected exactly on the middle of the rod and no eccentric forces occur, more accurate achievement of the necessary torque when connecting the drill pipe elements is possible and ensured.
Mit dem Bewegen des Zangensystems mittels des Arms der Positioniervorrichtung in die Kontaktposition – also eine Position, in der das Zangensystem des Arbeitsgeräts mit zumindest einem Gestängeelement in Kontakt ist – liegen zum einen eine anfängliche Position des Arms und zum anderen eine definierte Position des Zangensystems relativ zu zumindest einem Bohrgestängeelement vor. Die anfängliche Position des Arms ergibt sich zum Beispiel aufgrund einer entsprechenden Vorgabe anhand eines jeweiligen Schwenkbereichs des Arms, zum Beispiel derart, dass die anfängliche Position einem prozentualen Anteil, zum Beispiel 90%, der maximalen Ausschwenkbarkeit des Arms entspricht.With the movement of the pliers system by means of the arm of the positioning device in the contact position - ie a position in which the pliers system of the implement with at least one linkage element in contact - are on the one hand an initial position of the arm and on the other hand, a defined position of the pliers system relative to at least one drill string element. For example, the initial position of the arm results from a respective default of a respective pivoting range of the arm, for example, such that the initial position corresponds to a percentage, for example 90%, of the maximum swing-out of the arm.
In dieser Kontaktposition wird – bei Stillstand des Arms, also angehaltener Positioniervorrichtung – als Ist-Lage eine aktuelle Lage des Zangensystems ermittelt. Sollte sich in dieser Situation bereits eine gewünschte Lage des Zangensystems ergeben, ist die anfängliche Position des Arms bereits die für eine spätere Aktivierung des Zangensystems optimale Position des Arms. Üblicherweise ergibt sich aber in der Kontaktposition zunächst eine „Schiefstellung“ des Zangensystems. Eine Aktivierung des Zangensystems zum Verbinden oder Trennen zweier Bohrgestängeelemente führt in einer solchen Lage zu den eingangs genannten Problemen. Die anfängliche Position des Arms ist also noch nicht die für eine derartige spätere Aktivierung des Zangensystems optimale Position. Daher wird die anfängliche Position des Arms korrigiert. Dies geschieht, indem in der Kontaktposition und bei Stillstand des Arms eine Ist-Lage des Zangensystems ermittelbar ist und im Rahmen einer Ausführung des Verfahrens ermittelt wird. Die Ist-Lage ist gewissermaßen ein Maß für die tatsächliche Schiefstellung des Zangensystems. Zum Erhalt der optimalen Position des Arms ist das Zangensystem mittels der Positioniervorrichtung derart beweglich, das mittels der Bewegung des Arms eine vorgegebene Soll-Lage des Zangensystems erreichbar ist und bei einer Ausführung des Verfahrens auf Basis eines kontinuierlichen Vergleichs einer jeweiligen Ist-Lage mit der Soll-Lage erreicht wird. Die Soll-Lage des Zangensystems ist die Lage, bei der mittels des Zangensystems beide Bohrgestängeelemente in optimaler Art und Weise, insbesondere also ohne dass bei einer Aktivierung des Zangensystems Scherkräfte auftreten, erfassbar sind oder erfasst werden. Kurz gefasst ist das Zangensystem in der Soll-Lage „gerade“ zu den Bohrgestängeelementen oder zumindest einem Bohrgestängeelement ausgerichtet (Zangensystemachse und Bohrgestängeachse sind parallel oder zumindest im Wesentlichen parallel). Sobald aufgrund der erneuten Bewegung des Arms die gewünschte Ausrichtung des Zangensystems erreicht ist, ist mit der dann jeweils gegebenen Position des Arms auch die optimale Position des Arms und der damit korrelierte Abstand des Zangensystems zu den Bohrgestängeelementen zum nachfolgenden Aktivieren des Zangensystems gefunden. Bei einem nächsten Bewegungszyklus des Arbeitsgeräts kann unmittelbar die so ermittelte optimale Position des Arms genutzt werden. Dies bedeutet, dass der Arm der Positioniervorrichtung zu Beginn nachfolgender Bewegungszyklen jeweils bis in die optimale Position bewegt wird. In dieser Position wird jetzt in üblicher Art und Weise das Zangensystem aktiviert, zum Beispiel derart, dass zunächst ein unteres Bohrgestängeelement mittels einer Unterzange des Zangensystems und anschließend ein oberes Bohrgestängeelement mittels einer Oberzange des Zangensystems erfasst wird. Aufgrund der wie oben beschrieben ermittelten optimalen Position des Arms befinden sich das Zangensystem und deren Unter- und Oberzange dabei in Positionen, in denen die jeweiligen Bohrgestängeelemente auf Stangenmitte erfassbar sind und bei der Ausführung des Verfahrens erfasst werden. Ungünstige Scherkräfte und sonstige Nachteile werden dabei vermieden.In this contact position is - at standstill of the arm, so halted positioning - determined as an actual position a current position of the pliers system. Should a desired position of the forceps system already result in this situation, the initial position of the arm is already the optimum position of the arm for a later activation of the forceps system. Usually, however, a "skewing" of the pliers system initially results in the contact position. An activation of the pliers system for connecting or disconnecting two drill string elements leads in such a situation to the problems mentioned above. The initial position of the arm is thus not yet the optimal position for such a later activation of the forceps system. Therefore, the initial position of the arm is corrected. This is done by an actual position of the pliers system can be determined in the contact position and at standstill of the arm and is determined within the scope of an embodiment of the method. The actual position is a measure of the actual misalignment of the pliers system. To obtain the optimum position of the arm, the pliers system is movable by means of the positioning device, which is reached by the movement of the arm a predetermined desired position of the pliers system and in an embodiment of the method based on a continuous comparison of a respective actual position with the target Situation is reached. The desired position of the pliers system is the position in which by means of the pliers system both drill string elements in an optimal manner, in particular without the occurrence of shear forces upon activation of the pliers system, are detectable or detected. In short, the tong system is "straight" in the desired position to the drill pipe elements or at least one drill pipe element aligned (pliers system axis and drill pipe axis are parallel or at least substantially parallel). As soon as due to the renewed movement of the arm, the desired orientation of the forceps system is reached, then with the then given position of the arm and the optimal position of the arm and the correlated distance of the forceps system to the drill string elements for subsequent activation of the forceps system found. In a next cycle of motion of the implement can be used directly the thus determined optimal position of the arm. This means that the arm of the positioning device is moved to the optimum position at the beginning of subsequent movement cycles. In this position, the pliers system is now activated in the usual way, for example, such that first a lower drill string element is detected by means of a lower nipper of the pliers system and then an upper drill string element by means of a collet of the pliers system. Due to the optimal position of the arm determined as described above, the pliers system and its lower and upper pliers are in positions in which the respective drill string elements can be detected on the middle of the bar and are detected during the execution of the method. Unfavorable shear forces and other disadvantages are avoided.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche oder ergeben sich aus einer Umsetzung einzelner oder mehrerer Merkmale der Verfahrensansprüche. In den Ansprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin. Sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Des Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem nachgeordneten Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen nicht vorhanden ist. Schließlich ist darauf hinzuweisen, dass das hier angegebene Verfahren auch entsprechend der abhängigen Vorrichtungsansprüche weitergebildet sein kann und umgekehrt.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims or result from an implementation of one or more features of the method claims. In the claims used in the claims point to the further development of the subject of the main claim by the features of the respective subclaim. They should not be construed as a waiver of obtaining independent, objective protection for the feature combinations of the dependent claims. Furthermore, with a view to an interpretation of the claims in a closer specification of a feature in a subordinate claim, it is to be assumed that such a restriction does not exist in the respective preceding claims. Finally, it should be noted that the method specified here can also be developed according to the dependent device claims and vice versa.
Da die Gegenstände der Unteransprüche im Hinblick auf den Stand der Technik am Prioritätstag eigene und unabhängige Erfindungen bilden können, behält die Anmelderin sich vor, sie zum Gegenstand unabhängiger Ansprüche oder Teilungserklärungen zu machen. Sie können weiterhin auch selbständige Erfindungen enthalten, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteransprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.Since the subject-matter of the subclaims can form separate and independent inventions with regard to the prior art on the priority date, the Applicant reserves the right to make them the subject of independent claims or statements of division. They may further contain independent inventions having an independent of the subjects of the preceding sub-claims design.
Vorteilhafte Ausführungsformen des Arbeitsgeräts weisen Mittel zur Ausführung des Verfahrens sowie einzelner oder mehrerer hier und im Folgenden beschriebener Ausführungsvarianten auf, zum Beispiel eine als Mittel zur Ausführung des Verfahrens oder einer oder mehrerer Verfahrensvarianten fungierende Steuerungseinrichtung sowie eine Sensorik zum Erhalt von mittels der Steuerungseinrichtung verarbeitbaren Messwerten.Advantageous embodiments of the working device have means for carrying out the method and one or more embodiments described here and below, for example a control device functioning as a means for carrying out the method or one or more method variants, and a sensor system for obtaining measured values that can be processed by the control device.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird nach der Ausrichtung des Zangensystems im dritten Verfahrensschritt als Soll-Position ein Maß für eine Position des Arms, nämlich die beim Erreichen der Soll-Position des Zangensystems aktuelle Position des Arms, erfasst und abgespeichert, so dass diese für zukünftige Bewegungsvorgänge der Positioniervorrichtung zur Verfügung steht. Auf eine Bedienhandlung eines Bedieners des Arbeitsgeräts, zum Beispiel eine Betätigung eines dafür vorgesehenen Bedienelements, insbesondere eines Tasters oder dergleichen, wird in einem nachfolgenden Bewegungszyklus des Arbeitsgeräts, insbesondere einer Bewegung des Arbeitsgeräts aus seiner Ruheposition in Richtung auf die Arbeitsposition, beim Bewegen des Zangensystems mittels der Positioniervorrichtung in Richtung auf die Bohrgestängeelemente der Arm automatisch in eine Position entsprechend der im dritten Verfahrensschritt erfassten Soll-Position bewegt. Im Rahmen der Ausführung des ersten, zweiten und dritten Verfahrensschritts wird also als Soll-Position des Arms eine Position erfasst, bei welcher sich das schwenkbeweglich an dem Arm angebrachte Zangensystem aufgrund der Schwenkbeweglichkeit und der Richtung der Gravitationskraft in der Soll-Lage befindet. Am Ende des dritten Verfahrensschritts wird diese Soll-Position erfasst und für eine spätere Verwendung gespeichert („teach-Vorgang“). Bei nachfolgenden Bewegungszyklen des Arbeitsgeräts, also zumindest Bewegungen des Zangensystems mittels des Arms in Richtung auf die Bohrgestängeelemente, wird die so „gelernte“ Soll-Position jeweils für eine optimale, insbesondere automatische Positionierung der Positioniervorrichtung und deren Arm verwendet. Anstelle einer automatischen Bewegung des Arms in die gelernte Soll-Position kommt auch eine entsprechende Positionierung aufgrund von Bedienhandlungen eines Bedieners des Arbeitsgeräts in Betracht. Dabei werden dem Bediener zum Beispiel die Soll-Position und eine aktuelle Position des Arms angezeigt und der Bediener kann die Bewegung des Arms anhalten, wenn die aktuelle Position und die Soll-Position ausreichend übereinstimmen. Wenn die aktuelle Position des Arms in Form eines prozentualen Anteils der Soll-Position angezeigt wird, braucht der Bediener nur einen angezeigten Wert, nämlich den jeweiligen Prozentwert, überwachen und die Bewegung des Arms kann angehalten werden, wenn der angezeigte Prozentwert ausreichend genau einen Wert im Bereich von 100% erreicht hat.In an embodiment of the method, after the orientation of the tong system in the third method step, a measure of a position of the arm, namely the position of the arm when the desired position of the tong system is reached, is detected and stored, so that these are for future use Movements of the positioning device is available. In a subsequent operation cycle of the working device, in particular a movement of the working device from its rest position in the direction of the working position when moving the pliers system by means of an operating action of an operator of the working device, for example an operation of a designated operating element, in particular a button or the like the positioning device in the direction of the drill string elements of the arm automatically moves to a position corresponding to the detected in the third method step target position. In the context of the execution of the first, second and third method step, therefore, a position is detected as the desired position of the arm, in which the pivotally mounted on the arm pliers system is due to the pivoting movement and the direction of gravitational force in the desired position. At the end of the third process step, this desired position is detected and stored for later use ("teach process"). During subsequent movement cycles of the working device, ie at least movements of the forceps system by means of the arm in the direction of the drill string elements, the "learned" desired position is used in each case for optimal, in particular automatic positioning of the positioning device and its arm. Instead of an automatic movement of the arm in the learned target position is also a corresponding positioning due to operator actions of an operator of the implement into consideration. For example, the operator is shown the desired position and a current position of the arm and the operator can stop the movement of the arm if the current position and the target position match sufficiently. When the current position of the arm is displayed as a percentage of the desired position, the operator only needs to monitor one displayed value, namely the respective percentage, and the movement of the arm can be halted if the displayed percentage value is sufficiently precisely one value in the Range of 100%.
Die eingelernte Soll-Position des Arms kann für weitere Bewegungszyklen zumindest solange verwendet werden, solange sich der Durchmesser der verwendeten Bohrgestängeelemente nicht ändert. Im Falle einer solchen Änderung wird mittels einer erneuten anfänglichen Positionierung des Arms in eine Kontaktposition und eine nachfolgende Bewegung mit dem Ziel des Erhalts der Soll-Lage des Zangensystems eine für die neuen Bohrgestängeelemente gültige optimale Position des Arms für nachfolgende Bewegungszyklen ermittelt. Im Falle eines Zangensystems mit Zentriermitteln wie in der
Bei einer automatischen Positionierung des Arms wird mittels einer Sensorik, zum Beispiel eines Inkrementalgebers oder dergleichen, ein automatisch auswertbares Maß für eine jeweilige Ist-Position des Arms aufgenommen. Dieses wird automatisch, zum Beispiel mittels einer dafür vorgesehenen Steuerungseinrichtung sowie mittels eines von der Steuerungseinrichtung umfassten, in Software oder in Hardware ausgeführten Vergleichers, kontinuierlich oder zyklisch mit der Soll-Position verglichen. Das Bewegen des Zangensystems mittels des Arms wird schließlich automatisch beendet, zum Beispiel mittels eines entsprechenden und durch die Steuerungseinrichtung aufgrund des Ergebnisses des Vergleichs generierten Steuersignals, wenn die Ist-Position und die Soll-Position innerhalb vorgegebener oder vorgebbarer Grenzen übereinstimmen.In the case of an automatic positioning of the arm, an automatically evaluable measure for a respective actual position of the arm is recorded by means of a sensor system, for example an incremental encoder or the like. This is compared automatically, for example by means of a control device provided for this purpose and by means of a controller comprised by the controller, executed in software or in hardware comparator, continuously or cyclically with the desired position. The movement of the forceps system by means of the arm is finally terminated automatically, for example by means of a corresponding control signal generated by the control device on the basis of the result of the comparison, if the actual position and the desired position coincide within predefined or predefinable limits.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das erneute Bewegen des Arms zur Ausrichtung des Zangensystems im dritten Verfahrensschritt automatisch. Dabei wird mittels einer Sensorik ein automatisch auswertbares Maß für die jeweilige Ist-Lage des Zangensystems aufgenommen. Die Ist-Lage wird automatisch, zum Beispiel mittels der oder einer dafür vorgesehenen Steuerungseinrichtung sowie mittels eines von der Steuerungseinrichtung umfassten, in Software oder in Hardware ausgeführten Vergleichers, kontinuierlich oder zyklisch mit der Soll-Lage verglichen. Aufgrund eines jeweiligen Ergebnisses des Vergleichs wird die erneute Bewegung des Arms automatisch beendet, zum Beispiel mittels eines entsprechenden und durch die Steuerungseinrichtung aufgrund des Ergebnisses des Vergleichs generierten Steuersignals, wenn die Ist-Lage und die Soll-Lage innerhalb vorgegebener oder vorgebbarer Grenzen übereinstimmen. Das Ausrichten des Zangensystems, also das Anfahren der Soll-Lage des Zangensystems, kann demnach automatisch erfolgen und ein Bediener des Arbeitsgeräts muss keine Anzeigeelemente oder dergleichen ablesen und in Abhängigkeit von dem Ableseergebnis in den Prozess eingreifen.In a further embodiment of the method, the renewed movement of the arm for aligning the tong system in the third method step is carried out automatically. In this case, an automatically evaluable measure of the respective actual position of the forceps system is recorded by means of a sensor. The actual position is compared automatically, for example by means of the control device provided therefor or by means of a comparator included in the software or in hardware by the control device, continuously or cyclically with the desired position. On the basis of a respective result of the comparison, the renewed movement of the arm is automatically ended, for example by means of a corresponding control signal generated by the control device on the basis of the result of the comparison, if the actual position and the desired position coincide within predefined or predefinable limits. The alignment of the pliers system, ie the approach of the desired position of the pliers system, can therefore be done automatically and an operator of the implement must read no display elements or the like and intervene in dependence on the reading result in the process.
Insgesamt können auf dieser Basis der erste, der zweite und der dritte Verfahrensschritt automatisch ablaufen, also zum Beispiel unter Kontrolle der Steuerungseinrichtung, indem zunächst automatisch die Kontaktposition angefahren wird, sodann automatisch die Ist-Lage des Zangensystems und davon abhängig ein eventueller Bedarf für eine Korrektur der Ausrichtung des Zangensystems ermittelt werden und schließlich automatisch die Ausrichtung des Zangensystems korrigiert wird, bis eine vorgegebene Soll-Lage erreicht ist. Beim Betrieb des Arbeitsgeräts kann ein Bediener einen derartigen automatischen Ablauf durch eine entsprechende Bedienhandlung, zum Beispiel eine Betätigung eines dafür vorgesehenen Bedienelements, wie zum Beispiel eines Tasters oder dergleichen, abrufen. Ein derartiger automatischer Ablauf kann auch in teilautomatische Abläufe unterteilt werden, zum Beispiel derart, dass aufgrund einer entsprechenden Bedienhandlung automatisch die Kontaktposition angefahren wird und aufgrund einer späteren Bedienhandlung automatisch die Ist-Lage des Zangensystems ermittelt und anschließend dessen Ausrichtung korrigiert wird.On the whole, the first, the second and the third method step can be carried out automatically on this basis, for example under the control of the control device, by automatically approaching the contact position, then automatically the actual position of the clamp system and depending on this a possible need for a correction the orientation of the forceps system are determined and finally automatically the orientation of the forceps system is corrected until a predetermined target position is reached. During operation of the working device, an operator can retrieve such an automatic sequence by a corresponding operator action, for example an actuation of a control element provided for this purpose, such as a pushbutton or the like. Such an automatic sequence can also be subdivided into semi-automatic sequences, for example in such a way that the contact position is automatically approached on the basis of a corresponding operator action and the actual position of the forceps system is automatically determined on the basis of a later operator action and then its orientation is corrected.
Bei einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens ergibt sich die im Rahmen des ersten Verfahrensschritts angestrebte Kontaktposition, indem das untere Bohrgestängeelement mittels einer Unterzange des Zangensystems erfasst und die Unterzange dabei relativ zu dem erfassten Bohrgestängeelement zentriert wird. Die Unterzange umfasst dafür Zentriermittel, die eine solche Zentrierung bewirken oder dem Zangensystem oder der Unterzange sind solche Zentriermittel zugeordnet. Als Beispiel für von der Unterzange umfasste Zentriermittel kann auf die in der
Aufgrund der Zentrierung der Unterzange relativ zu dem unteren Bohrgestängeelement ergibt sich eine Kontaktposition, bei der das Zangensystem bereits in Bezug auf die Unterzange korrekt positioniert ist. In Bezug auf diese Position erfolgt die Ausrichtung des Zangensystems bis zum Erhalt von dessen Soll-Lage. Bei der Ausrichtung des Zangensystems mittels der erneuten Bewegung des Arms wird das Zangensystem um die Position, an der die Unterzange das untere Bohrgestängeelement erfasst hat, verschwenkt. Die Zentrierung der Unterzange am unteren Bohrgestängeelement bleibt während der Ausrichtung des Zangensystems erhalten. Sobald die Soll-Lage des Zangensystems erreicht ist, befindet sich auch die Oberzange in einer Position, in der diese das obere Bohrgestängeelement auf Stangenmitte erfassen kann.Due to the centering of the lower nipper relative to the lower drill string element results in a contact position in which the pincer system is already positioned correctly with respect to the lower nipper. With regard to this position, the alignment of the tong system is carried out until it reaches its desired position. In aligning the forceps system by re-moving the arm, the forceps system is pivoted about the position where the lower jaw has engaged the lower drill string member. The centering of the lower tongs on the lower drill string member is maintained during alignment of the tongs system. Once the desired position of the pliers system is reached, is located Also, the upper nipper in a position in which this can detect the upper drill string element on rod center.
Das Erfassen des unteren Bohrgestängeelements mittels der Unterzange und die damit bewirkte Fixierung des Zangensystems relativ zu dem unteren Bohrgestängeelement erfolgt bevorzugt mit einer geringeren Kraft als beim späteren Aktivieren des Zangensystems zum Verbinden oder Trennen zweier Bohrgestängeelemente. Zur Gewährleistung einer geringeren Verschlusskraft wird zum Beispiel bei einer hydraulisch betätigten Unterzange ein beim Erfassen des unteren Bohrgestängeelements resultierender Druck in Bezug auf einen vorgegebenen oder vorgebbaren Schwellwert überwacht und bei Erreichen des Schwellwerts das weitere Schließen der Unterzange gestoppt. Dies gewährleistet, dass das Zangensystem relativ zu dem unteren Bohrgestängeelement ausreichend fixiert ist und eine anschließende Ausrichtung des Zangensystems in Form zumindest einer Drehung um den Punkt, an dem die Unterzange am unteren Bohrgestängeelement angreift, ggf. auch eine Verschiebung der Unterzange in axialer Richtung des unteren Bohrgestängeelements, ohne unnötigen mechanischen Kraftaufwand und ohne unnötige Beschädigungen der Unterzange und der erfassten Oberflächenabschnitte des unteren Bohrgestängeelements erfolgen kann. Die Begrenzung der Verschlusskraft der Unterzange erfolgt dabei zum Beispiel unter Kontrolle der bereits erwähnten Steuerungseinrichtung. Bei einem Zangensystem wie in der
Bei einer weiteren besonderen Ausführungsform des Verfahrens ergibt sich die im Rahmen des ersten Verfahrensschritts angestrebte Kontaktposition wie folgt: Das Zangensystem umfasst einen Anschlag. Das Erreichen der Kontaktposition im ersten Verfahrensschritt wird mittels eines Kontakts des Anschlags mit einem der Bohrgestängeelemente sensiert. Aufgrund der Kontaktierung des Anschlags wird das untere Bohrgestängeelement mittels einer Unterzange des Zangensystems erfasst und das Zangensystem am unteren Bohrgestängeelement fixiert. Die (veränderliche) Position des Anschlags gewährleistet dabei, dass die Unterzange relativ zu dem erfassten Bohrgestängeelement zentriert ist. Die nachfolgende Ausrichtung des Zangensystems zum Erhalt von dessen Soll-Lage erfolgt wie oben bereits beschrieben.In a further particular embodiment of the method, the contact position sought in the context of the first method step results as follows: The pliers system comprises a stop. The reaching of the contact position in the first method step is sensed by means of a contact of the stop with one of the drill string elements. Due to the contacting of the stop, the lower drill string element is detected by means of a lower nipper of the pliers system and fixed the pliers system on the lower drill string element. The (variable) position of the stop ensures that the lower nipper is centered relative to the detected drill string element. The subsequent alignment of the pliers system to obtain its desired position is carried out as already described above.
Die oben genannte Aufgabe wird auch mit einer Steuerungseinrichtung gelöst, die zur Ausführung des hier und im Folgenden beschriebenen Verfahrens sowie zur Ansteuerung des Arbeitsgeräts insgesamt, dessen Positioniervorrichtung und speziell dessen Arms bestimmt und eingerichtet ist. Die Steuerungseinrichtung umfasst als Mittel zur Ausführung des Verfahrens zum Beispiel ein entsprechendes Steuerungsprogramm. Die Erfindung ist insoweit bevorzugt in Software implementiert. Die Erfindung ist damit einerseits auch ein Steuerungsprogramm in Form eines Computerprogramms mit durch einen Computer ausführbaren Programmcodeanweisungen und andererseits ein Speichermedium mit einem derartigen Computerprogramm, also ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, sowie schließlich auch eine Steuerungseinrichtung, in deren Speicher als Mittel zur Durchführung des Verfahrens und seiner Ausgestaltungen ein solches Computerprogramm geladen oder ladbar ist.The above-mentioned object is also achieved with a control device which is intended and arranged for carrying out the method described here and below and for controlling the working device as a whole, its positioning device and especially its arm. The control device comprises as means for carrying out the method, for example, a corresponding control program. The invention is insofar preferably implemented in software. The invention is thus on the one hand also a control program in the form of a computer program with executable by a computer program code instructions and on the other hand, a storage medium with such a computer program, ie a computer program product with program code means, and finally also a control device, in the memory as means for carrying out the method and its Embodiments such a computer program is loaded or loadable.
Insgesamt ist die Erfindung damit auch eine Bohranlage, insbesondere eine Bohranlage für Tiefbohrungen, mit einem Arbeitsgerät (Iron Roughneck) wie hier und im Folgenden beschrieben, insbesondere einem solchen Arbeitsgerät mit einer Steuerungseinrichtung der oben skizzierten Art.Overall, the invention thus also a drilling rig, in particular a drilling rig for deep drilling, with a working device (Iron Roughneck) as described here and below, in particular such a working device with a control device of the type outlined above.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. Corresponding objects or elements are provided in all figures with the same reference numerals.
Das oder jedes Ausführungsbeispiel ist nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung auch Abänderungen und Modifikationen möglich, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den im allgemeinen oder speziellen Beschreibungsteil beschriebenen sowie in den Ansprüchen und/oder der Zeichnung enthaltenen Merkmalen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Arbeitsverfahren betreffen.The or each embodiment is not to be understood as limiting the invention. Rather, in the context of the present disclosure, modifications and modifications are possible, for example, by combining or modifying individual in combination with the described in the general or specific description part and in the claims and / or the drawings features or method steps in the art can be removed to the solution of the problem and lead by combinable features to a new subject or to new process steps or process steps, even as far as they relate to work processes.
Es zeigenShow it
Bei dem Arbeitsgerät
Das Arbeitsgerät
Mittels der Unterzange
Ein solches Zangensystem
Das Zangensystem
Bei der dargestellten Ausführungsform umfasst die Positioniervorrichtung
In der Darstellung in
Bei der dargestellten Positioniervorrichtung
Das Zangensystem
Das Verbinden oder Trennen zweier Bohrgestängeelemente
Im Folgenden wird – allerdings ohne Verzicht auf eine weitergehende Allgemeingültigkeit und zunächst vor allem zur Illustration der der hier vorgeschlagenen Neuerung zugrundeliegenden Problematik – von einem Zangensystem
Aufgrund dieser Zentrierung fällt eine Drehachse der Unterzange
Für einfache Verhältnisse wird im weiteren Verlauf der Beschreibung davon ausgegangen, dass die Bohrgestängeachse B mit der Richtung der Schwerebeschleunigung zusammenfällt (lotrechte Bohrgestängeachse B). Bei einem schwenkbeweglich an dem Arm
Dies kann aber im Betrieb durchaus vorkommen. Aufgrund der Zentrierung der Unterzange
Das Vorstehende wird nachfolgend anhand der schematisch vereinfachten Darstellungen in
Die Darstellung in
Die Darstellung in
Wenn in dieser Situation das Zangensystem
Durch das Erfassen des unteren Bohrgestängeelements
Auf die bei der gezeigten Situation bereits erfolgte zumindest anfängliche Aktivierung der Unterzange
Zur Vermeidung solcher Exzenterkräfte wird das Zangensystem
Anschließend wird (dritter Verfahrensschritt) der Arm
Die Soll-Lage des Zangensystems
In der Darstellung in
Die beim Erhalt der Soll-Lage des Zangensystems
Beim Einbau von Bohrgestänge
Die Darstellung in
Bei einer automatischen Ausführung des Verfahrens wird beim Erreichen der Kontaktposition die jeweilige Ist-Lage des Zangensystems
Wesentliche Aspekte der hier vorgelegten Beschreibung lassen sich damit kurz wie folgt zusammenfassen: Es werden ein Verfahren zum Betrieb eines Arbeitsgeräts
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Arbeitsgerät implement
- 1212
- Arbeitsplattform working platform
- 1414
- Bohrgestänge / Bohrgestängeelement Drill pipe / drill pipe element
- 1616
- Bohrgestänge / Bohrgestängeelement Drill pipe / drill pipe element
- 1818
- Zangensystem (Teil des Arbeitsgeräts) Pliers system (part of the implement)
- 2020
- Positioniervorrichtung (Teil des Arbeitsgeräts) Positioning device (part of the working device)
- 2222
- Spinner (Teil des Arbeitsgeräts) Spinner (part of the implement)
- 2424
- Unterzange (Teil des Zangensystems) Lower tongs (part of the tongs system)
- 2626
- Oberzange (Teil des Zangensystems) Upper pliers (part of the pliers system)
- 2828
- (frei) (free)
- 3030
- Arm (Teil der Positioniervorrichtung) Arm (part of the positioning device)
- 3232
- Antriebselement (zum Verschwenken des Arms) Drive element (for pivoting the arm)
- 3434
- Säulensystem column system
- 3636
- Hydraulikzylinder hydraulic cylinders
- 3838
- Mittel zum Verhindern von Pendelbewegungen des Zangensystems Means for preventing pendulum movements of the forceps system
- 4040
- Steuerungseinrichtung control device
- 4242
- Verarbeitungseinheit processing unit
- 4444
- Speicher Storage
- 4646
- Steuerungsprogramm control program
- 48, 5248, 52
- Messwert reading
- 50, 5450, 54
- Steuersignal / Sollwert Control signal / setpoint
- AA
- Anbringungspunkt attachment point
- BB
- Bohrgestängeachse Bohrgestängeachse
- DD
- Drehpunkt / Drehachse Pivot / rotation axis
- ZZ
- Zangensystemachse Pliers system axis
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- WO 2005/024169 A [0003] WO 2005/024169 A [0003]
- DE 102014208113 [0018, 0022, 0024, 0039, 0046, 0046, 0053, 0061] DE 102014208113 [0018, 0022, 0024, 0039, 0046, 0046, 0053, 0061]
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2016
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---|---|---|---|
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