Die Erfindung betrifft zuvorderst eine Handhabungsvorrichtung, welche zur Verwendung im Mast einer Bohranlage sowie zum Bewegen von Bohrstangen oder Bohrgestängeelementen bestimmt und eingerichtet ist. Die Erfindung betrifft im Weiteren eine Bohranlage mit einer solchen Handhabungsvorrichtung, ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Handhabungsvorrichtung sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Bohranlage mit einer solchen Handhabungsvorrichtung. Schließlich betrifft die Erfindung auch eine Bohranlage mit einer solchen Handhabungsvorrichtung.The invention relates in the first place to a handling device which is intended and arranged for use in the mast of a drilling rig and for moving drill rods or drill pipe elements. The invention further relates to a drilling rig with such a handling device, a method for operating such a handling device and a method for operating a drilling rig with such a handling device. Finally, the invention also relates to a drilling rig with such a handling device.
Aus der US 7,246,983 B ist eine gattungsgemäße Handhabungsvorrichtung zur Verwendung im Mast einer Bohranlage bekannt, bei der mittels einer Scherenhubmechanik ein Greifer zwischen Bohrlochmitte und einer Position über einer zum Abstellen von Bohrgestängeelementen bestimmten, sogenannten Fingerbühne verschwenkbar ist. Aufgrund der Schwenkbewegung ergeben sich unterschiedliche Höhen des freien Endes der Scherenhubmechanik, so dass der Greifer zum Ausgleich dieser Höhenunterschiede mittels einer dafür vorgesehenen Einrichtung in vertikaler Richtung verfahrbar ist. Zum Erreichen unterschiedlicher Positionen innerhalb der Fingerbühne ist eine weitere axiale Positionierbarkeit des Greifers, nämlich in horizontaler Richtung, notwendig. Dafür umfasst die Vorrichtung der US 7,246,983 B am freien Ende der Scherenhubmechanik eine entlang des freien Endes der Scherenhubmechanik bewegliche Vorrichtung nach Art einer Laufkatze, welche die die Vertikalbewegung des Greifers ermöglichende Einheit trägt.From the US 7,246,983 B is a generic handling device for use in the mast of a drilling rig is known in which by means of a scissor lift a gripper between the center of the hole and a position on a particular for the shutdown of drill string elements, so-called finger stage is pivoted. Due to the pivoting movement, different heights of the free end of the scissor lift mechanism, so that the gripper to compensate for these differences in height by means of a device provided for this purpose in the vertical direction can be moved. To achieve different positions within the finger stage further axial positioning of the gripper, namely in the horizontal direction, is necessary. For this, the device includes the US 7,246,983 B at the free end of the scissor lift mechanism along the free end of the scissor lift mechanism movable device in the manner of a trolley, which carries the vertical movement of the gripper enabling unit.
Eine solche Ausführungsform einer zur Verwendung im Mast einer Bohranlage bestimmten Handhabungsvorrichtung ist vergleichsweise aufwendig und weist zudem ungünstige Beschränkungen hinsichtlich ihres Bewegungsumfangs auf.Such an embodiment of a handling device intended for use in the mast of a drilling rig is comparatively complicated and also has unfavorable limitations with respect to its range of motion.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht entsprechend darin, eine weitere Ausführungsform einer zur Verwendung im Mast einer Bohranlage vorgesehenen und zum Bewegen von Bohrgestängeelementen bestimmten Handhabungsvorrichtung anzugeben, insbesondere eine solche Handhabungsvorrichtung, welche zumindest einzelne Nachteile der im Stand der Technik bekannten Handhabungsvorrichtung vermeidet. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein einfaches und effizientes Verfahren zum Betrieb einer Handhabungsvorrichtung der hier vorgeschlagenen Art anzugeben.Accordingly, it is an object of the invention to provide a further embodiment of a handling device intended for use in the mast of a drilling rig and intended for moving drill pipe elements, in particular such a handling device which avoids at least individual disadvantages of the handling device known in the prior art. Another object of the invention is to provide a simple and efficient method for operating a handling device of the type proposed here.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels einer zur Verwendung im Mast einer Bohranlage vorgesehenen und zum Bewegen von Bohrstangen oder Bohrgestängeelementen bestimmten und im Folgenden als Handhabungsvorrichtung bezeichneten Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dazu ist bei einer solchen Handhabungsvorrichtung Folgendes vorgesehen: Die Handhabungsvorrichtung ist im oder am Mast vertikal beweglich und umfasst einen beweglichen Arm sowie am freien Ende des Arms ein Werkzeug zum Erfassen eines Abschnitts eines Bohrgestängeelements, zum Beispiel ein Werkzeug in Form eines sogenannten Elevators oder ein Werkzeug in Form eines Greifers. Der Arm ist an einer im Folgenden als Basis bezeichneten Einheit der Handhabungsvorrichtung angebracht. Aufgrund der Beweglichkeit der Handhabungsvorrichtung einerseits vertikal im oder am Mast und andererseits der Beweglichkeit des Arms der Handhabungsvorrichtung besitzt die Handhabungsvorrichtung zumindest drei Freiheitsgrade. Der erste Freiheitsgrad ist die vertikale Beweglichkeit der gesamten Handhabungsvorrichtung im oder am Mast. Der zweite Freiheitsgrad ist eine Drehbeweglichkeit des Arms der Handhabungsvorrichtung relativ zu deren Basis. Der dritte Freiheitsgrad ist eine Schwenkbeweglichkeit des Arms relativ zur Basis. Die Handhabungsvorrichtung umfasst also die im oder am Mast vertikal bewegliche Basis und den an der Basis um eine Drehachse beweglichen sowie um eine Schwenkachse schwenkbeweglichen Arm. Die Drehachse ist parallel oder zumindest im Wesentlichen parallel zum Mast oder zu einer Bewegungsbahn der Handhabungsvorrichtung im oder am Mast. Die Schwenkachse liegt in einer Ebene, welche senkrecht oder zumindest im Wesentlichen senkrecht zum Mast oder zu einer Bewegungsbahn der Handhabungsvorrichtung im oder am Mast steht.This object is achieved by means of a provided for use in the mast of a drilling rig and intended for moving boring bars or drill string elements and hereinafter referred to as handling device machine with the features of claim 1. The handling device is vertically movable in or on the mast and comprises a movable arm and at the free end of the arm a tool for detecting a portion of a drill string element, for example a tool in the form of a so-called elevator or a tool in the form of a gripper. The arm is attached to a hereinafter referred to as a base unit of the handling device. Due to the mobility of the handling device on the one hand vertically in or on the mast and on the other hand, the mobility of the arm of the handling device, the handling device has at least three degrees of freedom. The first degree of freedom is the vertical mobility of the entire handling device in or on the mast. The second degree of freedom is a rotational mobility of the arm of the handling device relative to its base. The third degree of freedom is pivotal mobility of the arm relative to the base. The handling device thus comprises the base which is vertically movable in or on the mast and the arm which can be moved on the base about an axis of rotation and is pivotable about a pivot axis. The axis of rotation is parallel or at least substantially parallel to the mast or to a movement path of the handling device in or on the mast. The pivot axis lies in a plane which is perpendicular or at least substantially perpendicular to the mast or to a movement path of the handling device in or on the mast.
Mittels einer vergleichsweise einfachen Kinematik ergibt sich damit eine Handhabungsvorrichtung, die sich durch äußerst flexible Bewegungsmöglichkeiten auszeichnet. Wenn man als z-Achse eines kartesischen Koordinatensystems eine Achse annimmt, die von Bohrlochmitte zur Mastkrone zeigt, kann der Arm das Werkzeug in im Wesentlichen jede x- und y-Position bewegen. Mittels der vertikalen Beweglichkeit der Handhabungsvorrichtung kommt noch die Erreichbarkeit verschiedenster z-Positionen hinzu. Mittels der hier vorgeschlagenen einfachen Kinematik der Handhabungsvorrichtung kann also deren Werkzeug beinahe jeden Raumpunkt des kartesischen Koordinatensystems erreichen, wobei sich Beschränkungen in z-Richtung aufgrund des Umfangs der vertikalen Beweglichkeit im oder am Mast und Beschränkungen in x-, y-Richtung im Wesentlichen aufgrund der wirksamen Länge des Arms ergeben.By means of a comparatively simple kinematics, this results in a handling device which is characterized by extremely flexible movement possibilities. By assuming as the z-axis of a Cartesian coordinate system an axis pointing from the center of the hole to the mast crown, the arm can move the tool to essentially any x and y position. By means of the vertical mobility of the handling device is still the accessibility of various z-positions added. Thus, by means of the simple kinematics of the handling device proposed here, its tool can reach almost every spatial point of the Cartesian coordinate system, whereby restrictions in the z direction due to the amount of vertical mobility in or on the mast and restrictions in the x, y direction essentially due to the effective length of the arm.
Mittels der Handhabungsvorrichtung ist - aufgrund der vertikalen Beweglichkeit - einerseits eine Bohrstange oder ein Bohrgestängeelement in einer horizontalen oder im Wesentlichen horizontalen Orientierung auf Höhe des sogenannten Drillfloor der Bohranlage übernehmbar, in eine vertikale Orientierung aufrichtbar und in der vertikalen Orientierung auf Höhe der sogenannten Fingerbühne der Bohranlage anhebbar. Mittels derselben Handhabungsvorrichtung ist andererseits - aufgrund der Beweglichkeit des Werkzeugs in x- und y-Richtung - eine Bohrstange oder ein Bohrgestängeelement in einer vertikalen oder im Wesentlichen vertikalen Orientierung aus einer Position im Bereich der Fingerbühne in eine Position im Bereich des Bohrlochs beweglich, insbesondere in die als Bohrlochmitte bezeichnete Position beweglich, und umgekehrt. Weiter ist mittels derselben Handhabungsvorrichtung eine Bohrstange oder ein Bohrgestängeelement in vertikaler Orientierung in eine Position über dem sogenannten Mauseloch oder vom Mauseloch in eine Position über dem Bohrloch, insbesondere in die Position Bohrlochmitte, oder vom Mauseloch in eine Position im Bereich der Fingerbühne beweglich. Ein und dieselbe Maschine, nämlich die hier und im Folgenden als Handhabungsvorrichtung bezeichnete Maschine, übernimmt damit eine Mehrzahl von Funktionen, für die bisher einzelne Maschinen vorgesehen waren, nämlich soweit die Bewegung von oder zur Fingerbühne und von oder zur Bohrlochmitte betroffen ist, die Funktion eines unter der Fingerbühne angebrachten Pipehandlers, und soweit die Funktion des Aufrichtens einer Bohrstange oder eines Bohrgestängeelements in eine vertikale Orientierung betroffen ist, die Funktion eines Topdrive Elevators. Die Besonderheit der gegenständlichen Handhabungsvorrichtung besteht dabei auch darin, dass die beschriebenen Handhabungsvorgänge zeitlich parallel zum laufenden Bohrbetrieb erfolgen können und dass zum Beispiel der Bohrbetrieb zum Füllen der Fingerbühne mit Bohrgestängeelementen nicht unterbrochen werden muss. Des Weiteren muss der Bohrbetrieb zum Kombinieren mehrerer Bohrstangen zum Erhalt eines in der Fachterminologie als Double (zwei Bohrstangen) oder als Triple oder Stand (drei Bohrstangen) bezeichneten Bohrgestängeelements nicht unterbrochen werden. Die beschriebenen Handhabungsvorgänge erfolgen nicht nur optional zeitlich parallel zum laufenden Bohrbetrieb, sondern auch räumlich parallel zu einem Bewegungsbereich eines im Mast zum Drehen des Bohrstrangs im Bohrloch vorgesehenen Topdrive oder dergleichen, denn der vertikale Bewegungsbereich eines solchen Topdrive oder dergleichen im Mast und der vertikale Bewegungsbereich der gegenständlichen Handhabungsvorrichtung im oder am Mast liegt in parallelen oder zumindest im Wesentlichen parallelen, aber voneinander beabstandeten Ebenen. Der vertikale Bewegungsbereich des Topdrive oder dergleichen liegt über der Bohrlochmitte und entlang einer in der Fachterminologie als Centerline bezeichneten Bohrlochmittelachse. Der vertikale Bewegungsbereich der gegenständlichen Handhabungsvorrichtung verläuft entlang einer zur Bohrlochmittelachse parallelen oder zumindest im Wesentlichen parallelen, aber von der Bohrlochmittelachse beabstandeten gedachten Linie.By means of the handling device is - due to the vertical mobility - on the one hand a boring bar or a drill string element in a horizontal or substantially horizontal orientation at the level of the so-called drill floor of the rig accepted, in a vertical Orientation can be raised and raised in the vertical orientation at the level of the so-called finger stage of the drilling rig. By means of the same handling device, on the other hand, due to the movement of the tool in the x and y directions, a boring bar or drill string element is movable in a vertical or substantially vertical orientation from a position in the area of the finger stage to a position in the area of the borehole, in particular the position called hole center movable, and vice versa. Further, by means of the same handling device, a boring bar or drill string element is vertically movable to a position above the so-called mouse hole or from the mouse hole to a position above the borehole, in particular to the borehole center position, or from the mouse hole to a position in the area of the finger stage. One and the same machine, namely here and hereinafter referred to as a handling device machine, thus assumes a plurality of functions for which individual machines were previously provided, namely as far as the movement is affected by or to the finger stage and from or to the center of the hole, the function of under the finger stage attached pipehandler, and as far as the function of erecting a boring bar or drill pipe element in a vertical orientation is concerned, the function of a Topdrive Elevator. The peculiarity of the subject handling device is also that the described handling operations can be done in parallel to the current drilling operation and that, for example, the drilling operation for filling the finger platform with drill string elements need not be interrupted. Furthermore, the drilling operation for combining multiple boring bars to obtain a drill string member referred to in the terminology as a double (two boring bars) or as a triple or stand (three boring bars) must not be interrupted. The handling operations described are not only optionally temporally parallel to the current drilling operation, but also spatially parallel to a range of movement of a mast for rotating the drill string in the borehole top drive or the like, because the vertical range of motion of such Topdrive or the like in the mast and the vertical range of motion representational handling device in or on the mast is in parallel or at least substantially parallel, but spaced-apart planes. The vertical range of motion of the topdrive or the like is above the center of the wellbore and along a wellbore centerline designated in the trade terminology as a centerline. The vertical range of motion of the subject handling device is along an imaginary line parallel or at least substantially parallel to the wellbore centerline but spaced from the wellbore centerline.
Aus der US 2016 312 548 A ist eine Vorrichtung nach Art einer Laufkatze bekannt, die im Mast einer Bohranlage in vertikaler Richtung beweglich ist. An der Vorrichtung ist ein Topdrive angebracht, der mittels der Vorrichtung in ansonsten grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise beweglich ist. Die Vorrichtung tritt damit an die Stelle eines sonst zur Vertikalbewegung des Topdrive vorgesehenen Hebewerks.From the US 2016 312 548 A a device in the manner of a trolley is known, which is movable in the mast of a rig in the vertical direction. Attached to the device is a topdrive, which is movable by means of the device in a manner otherwise generally known per se. The device thus takes the place of an otherwise provided for vertical movement of the top drive elevator.
Aus der WO 2014 179 727 A1 ist eine Handhabungsvorrichtung („Stand Builder“) bekannt, die in vertikaler Richtung entlang einer Führung beweglich ist und ein quer zur Ebene der Führung drehbares Werkzeug aufweist. Auf diese Weise kann mittels der Handhabungsvorrichtung eine auf Ebene des Drillfloor im Wesentlichen horizontale Bohrstange übernommen und mittels einer Aufwärtsbewegung entlang der Führung aufgerichtet werden. Beim Aufrichten ändert sich die Neigung der Bohrstange und ausgehend von der anfänglich horizontalen Position gelangt die Bohrstange mehr und mehr in eine vertikale Position. Durch die Drehbarkeit des Werkzeugs kann dieses der Änderung der Neigung der Bohrstange folgen und die Bohrstange während des Aufrichtens halten. Eine mittels der Handhabungsvorrichtung aufgenommene Bohrstange kann anschließend in dem sogenannten Mauseloch („Mouse Hole“) abgestellt werden. Dann ist die Handhabungsvorrichtung wieder frei, um eine weitere Bohrstange aufzunehmen und aufzurichten. In aufgerichteter Konfiguration kann diese Bohrstange mit der im Mauseloch platzierten Bohrstange verbunden werden. Eine solche Kombination zweier Bohrstangen ist ein Bohrgestängeelement, das in der Fachterminologie als Double bezeichnet wird. Das Bohrgestängeelement (Double) kann mittels der Handhabungsvorrichtung aus dem Mauseloch herausgezogen und insgesamt mit einer zuvor mittels der Handhabungsvorrichtung in einem zweiten Mauseloch abgestellten Bohrstange verbunden werden. Eine solche Kombination von drei Bohrstangen ist ein Bohrgestängeelement, das in der Fachterminologie als Triple oder Stand bezeichnet wird. Die Handhabungsvorrichtung der WO 2014 179 727 A1 fungiert damit als Vorrichtung zum Kombinieren von Bohrstangen zu Doubles oder Stands („Stand Builder“).From the WO 2014 179 727 A1 For example, a "stand builder" is known which is movable in the vertical direction along a guide and has a tool which can be rotated transversely to the plane of the guide. In this way, by means of the handling device, a drill rod which is substantially horizontal on the level of the drill floor can be taken over and erected by means of an upward movement along the guide. When erecting, the inclination of the boring bar changes, and starting from the initially horizontal position, the boring bar more and more enters a vertical position. The rotatability of the tool allows it to follow the change in inclination of the boring bar and hold the boring bar during erection. A boring bar accommodated by means of the handling device can subsequently be parked in the so-called mouse hole ("mouse hole"). Then the handling device is free again to receive and erect another boring bar. In an upright configuration, this drill rod can be connected to the drill rod placed in the mouse hole. Such a combination of two boring bars is a drill string element which in technical terminology is referred to as double. The drill string element (double) can be pulled out of the mouse hole by means of the handling device and connected in total to a boring bar previously parked in a second mouse hole by means of the handling device. Such a combination of three boring bars is a drill string element referred to in technical terminology as a triple or a stand. The handling device of WO 2014 179 727 A1 thus acts as a device for combining drill rods into doubles or stands ("stand builder").
Aus der US 7,967,540 ist ebenfalls eine Handhabungsvorrichtung zum Kombinieren von Bohrstangen bekannt. Diese ist mittels eines Seilzugsystems vertikal im Mast beweglich und umfasst eine schwenkbewegliche Manschette, mittels derer der Gewindeabschnitt einer Bohrstange kontaktiert werden kann. Eine horizontal ankommende Bohrstange wird mittels der Manschette erfasst und durch Hochziehen der Handhabungsvorrichtung im Mast mittels der Handhabungsvorrichtung aufgerichtet. Eine aufgerichtete Bohrstange kann an eine in der Fachterminologie als Travelling Block bezeichnete sogenannte Unterflasche (Kloben) einer zur Vertikalbewegung des Bohrstrangs bestimmten Flaschenzugmechanik übergeben werden. Die Bohrstange wird dort ebenfalls mittels einer Manschette wie an der Handhabungsvorrichtung gehalten. Danach kann mittels der Handhabungsvorrichtung eine weitere Bohrstange aufgerichtet und die zuvor an den Travelling Block übergebene Bohrstange zur Oberkante der mittels der Handhabungsvorrichtung aufgerichteten Bohrstange hochgezogen werden. Jetzt können die ersten beiden Bohrstangen miteinander verbunden werden (Double) und im verbundenen Zustand mittels des Travelling Block weiter im Mast hochgezogen werden. Anschließend werden diese mit einer mittels der Handhabungsvorrichtung aufgerichteten dritten Bohrstange verbunden. Die Handhabungsvorrichtung richtet die einzelnen Bohrstangen auf. Zum Kombinieren der Bohrstangen zum Erhalt von Doubles oder Stands ist das zum Aufziehen und Ablassen des gesamten Bohrstrangs vorgesehene Hebewerk mit dem damit bewegten Travelling Block notwendig. Weil damit beim Zusammenfügen von Doubles oder Stands das Hebewerk nicht für den eigentlichen Bohrbetrieb und das Halten des Bohrstrangs im Bohrloch zur Verfügung steht, kann nicht von einem „Offline Stand Building“ gesprochen werden.From the US 7,967,540 Also, a handling device for combining drill rods is known. This is by means of a cable system vertically movable in the mast and includes a pivoting sleeve, by means of which the threaded portion of a drill rod can be contacted. A horizontally arriving drill rod is detected by means of the sleeve and erected by pulling up the handling device in the mast by means of the handling device. An erected boring bar may be referred to as a traveling block in the trade terminology so-called lower block (block) of a specified for vertical movement of the drill string pulley mechanics are passed. The drill rod is also held there by means of a collar as on the handling device. Thereafter, by means of the handling device, a further boring bar can be erected and the boring bar previously transferred to the traveling block can be pulled up to the upper edge of the boring bar erected by means of the handling device. Now the first two boring bars can be connected to each other (Double) and in the connected state by means of the traveling block further up in the mast. Subsequently, these are connected to a raised by means of the handling device third boring bar. The handling device straightens the individual drill rods. To combine the drill rods to obtain doubles or stalls, the hoist with the moving traveling block provided for raising and lowering the entire drill string is necessary. Because the lift is not available for actual drilling and holding the drill string downhole when joining doubles or stalls, it is not possible to speak of an offline stand building.
Aus der US 6,997,265 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum „Off-line Stand Building“ (Kombinieren von Bohrstangen zu Doubles oder Stands, während parallel der Bohrbetrieb fortgesetzt wird) bekannt. Hier ist zusätzlich zum Bohrmast ein weiterer Mast erforderlich, an dem zwei Handhabungseinrichtungen vertikal beweglich sind. Mittels jeder Handhabungseinrichtung lässt sich eine Bohrstange aufrichten. Durch Drehung des Masts mit der Handhabungseinrichtung kann eine aufgerichtete Bohrstange in eine Position über dem Mauseloch gebracht und durch Absenken der Handhabungseinrichtung dort abgestellt werden. Weitere mittels der Handhabungseinrichtung aufgerichtete Bohrstangen können mit der im Mauseloch befindlichen Bohrstange verbunden werden, so dass sich ein Double und schließlich ein Stand ergibt. Ein Bohrgestängeelement in Form eines Stands wird mittels der Handhabungseinrichtungen aus dem Mauseloch hochgezogen und durch Drehen des Masts an einen im Bohrmast angebrachten Pipehandler übergeben, welcher das Bohrgestängeelement entweder in einer Fingerbühne abstellt oder zur Kombination mit dem Bohrstrang auf Bohrlochmitte bringt.From the US 6,997,265 For example, a method and apparatus for "off-line stand building" (combining drill rods into doubles or stalls while continuing to drill in parallel) is known. Here, in addition to the drilling mast, another mast is required, on which two handling devices are vertically movable. By means of each handling device, a boring bar can be erected. By rotating the mast with the handling device, an erected drill rod can be brought into a position above the mouse hole and parked there by lowering the handling device. Further erected by means of the handling device boring bars can be connected to the drill hole located in the mouse hole, so that there is a double and finally a stand. A stand-up drill string member is hoisted out of the mouse hole by means of the handling means and transferred by rotation of the mast to a drill-mounted pipe handler which either stops the drill string member in a finger stage or brings it to well center for combination with the drill string.
Bezüglich des Verfahrens zum Betrieb einer Handhabungsvorrichtung wie hier und im Folgenden beschrieben wird die oben formulierte Aufgabe mittels einer Verfahrens mit den Merkmalen des zum Anspruch 1 korrespondierenden unabhängigen Verfahrensanspruchs gelöst. Bei einem solchen Betriebsverfahren ist vorgesehen, dass die Handhabungsvorrichtung zum Bewegen von Bohrstangen oder Bohrgestängeelementen in vertikaler Richtung im oder am Mast verfahren wird und/oder der Arm der Handhabungsvorrichtung um die Drehachse gedreht und/oder um die Schwenkachse verschwenkt wird. Zweckmäßige Weiterbildungen dieses Verfahrens sind Gegenstand der auf diesen rückbezogenen Unteransprüche.With regard to the method for operating a handling device as described here and below, the object formulated above is achieved by means of a method having the features of the independent method claim corresponding to claim 1. In such an operating method it is provided that the handling device for moving boring bars or drill string elements in the vertical direction is moved in or on the mast and / or the arm of the handling device is rotated about the axis of rotation and / or pivoted about the pivot axis. Expedient developments of this method are the subject of the dependent claims.
Für die weitere Beschreibung gilt zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen, dass Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem genannten und im Folgenden mit weiteren, mitunter optionalen Details erläuterten Verfahren zum Betrieb einer Handhabungsvorrichtung sowie eventueller Ausgestaltungen beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit und im Hinblick auf die zur Durchführung des Verfahrens eingerichtete Handhabungsvorrichtung und umgekehrt gelten, so dass das Verfahren auch mittels einzelner oder mehrerer Verfahrensmerkmale fortgebildet sein kann, die sich auf von oder mittels der Handhabungsvorrichtung ausgeführte Verfahrensschritte beziehen, und die Handhabungsvorrichtung entsprechend auch durch Mittel zur Ausführung von im Rahmen des Verfahrens ausgeführten Verfahrensschritten fortgebildet sein kann. Entsprechend gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem genannten Verfahren zum Betrieb der Handhabungsvorrichtung und eventueller Ausgestaltungen beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit und im Hinblick auf die zur Durchführung des Verfahrens bestimmte Handhabungsvorrichtung und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Aspekten der Erfindung stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.For the purpose of further description, in order to avoid unnecessary repetitions, features and details which are described in connection with the method mentioned above and with further, sometimes optional details for operating a handling device and any possible embodiments are of course also in connection with and with regard to apply to the handling device set up for carrying out the method and vice versa, so that the method can also be developed by means of individual or several process features, which relate to executed by or by means of the handling device method steps, and the handling device accordingly by means for execution of the frame the process steps executed can be trained. Accordingly, features and details described in connection with the said method for operating the handling device and possible embodiments apply, of course, also in connection with and with regard to the handling device for the particular handling device and vice versa, so that with respect to the disclosure of the individual aspects of the invention is always mutually referenced or can be.
Der Vorteil der Erfindung besteht zuvorderst in der einfachen und dennoch leistungsfähigen Kinematik der Handhabungsvorrichtung. Die Handhabungsvorrichtung ist in drei Freiheitsgraden beweglich, nämlich translatorisch entlang des Mast sowie rotatorisch einerseits um die Drehachse und andererseits um die Schwenkachse. Damit wird für ein am Ende des Arms der Handhabungsvorrichtung angebrachtes Werkzeug jeder Punkt in einem gedachten Zylinder erreichbar, dessen Hochachse parallel zur Hochachse des Masts der Bohranlage verläuft und dessen Radius durch die wirksame Länge des Arms der Handhabungsvorrichtung bestimmt ist.The advantage of the invention lies first and foremost in the simple yet powerful kinematics of the handling device. The handling device is movable in three degrees of freedom, namely translationally along the mast and rotationally on the one hand about the axis of rotation and on the other hand about the pivot axis. Thus, for a tool attached to the end of the arm of the handling device, each point in an imaginary cylinder can be reached whose vertical axis is parallel to the vertical axis of the rig and whose radius is determined by the effective length of the arm of the handling device.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei verwendete Rückbeziehungen innerhalb der Ansprüche weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des in Bezug genommenen Anspruchs durch die Merkmale des jeweiligen abhängigen Anspruchs hin. Sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale oder Merkmalskombinationen eines abhängigen Anspruchs zu verstehen. Des Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche sowie der Beschreibung bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem abhängigen Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen sowie einer allgemeineren Ausführungsform des gegenständlichen Verfahrens / der gegenständlichen Handhabungsvorrichtung nicht vorhanden ist. Jede Bezugnahme in der Beschreibung auf Aspekte abhängiger Ansprüche ist demnach auch ohne speziellen Hinweis ausdrücklich als Beschreibung optionaler Merkmale zu lesen. 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. Relationships used within the claims indicate the further development of the subject-matter of the claimed claim by the features of the respective dependent claim. They are not to be understood as a waiver of obtaining independent, objective protection for the features or feature combinations of a dependent claim. Furthermore With regard to an interpretation of the claims and the description in a more detailed specification of a feature in a dependent claim, it is to be assumed that such a restriction does not exist in the respectively preceding claims and in a more general embodiment of the subject method / apparatus. Each reference in the description to aspects of dependent claims is therefore to be read even without specific reference expressly as a description of optional features. Finally, it should be noted that the method specified here can also be developed according to the dependent device claims and vice versa.
Darüber hinaus ist darauf hinzuweisen, dass es sich bei den mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüchen um Formulierungsvorschläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes handelt. Da speziell die Merkmale der abhängigen Ansprüche im Hinblick auf den Stand der Technik am Prioritätstag eigene und unabhängige Erfindungen bilden können, behält die Anmelderin sich vor, diese oder noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarte Merkmalskombinationen zum Gegenstand unabhängiger Ansprüche oder Teilungserklärungen zu machen. Sie können weiterhin auch selbständige Erfindungen enthalten, die eine von den Gegenständen der jeweils in Bezug genommenen Ansprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.In addition, it should be noted that the claims filed with the application are formulation proposals without prejudice to the achievement of further patent protection. Since, in particular, the features of the dependent claims can form separate and independent inventions with regard to the prior art on the priority date, the Applicant reserves the right to make these or other combinations of features previously disclosed only in the description and / or drawing independent subject matter or claims To make divisional statements. They may also contain independent inventions having an independent of the objects of the respective claims in each case related design.
Bei einer Ausführungsform der Handhabungsvorrichtung ist deren Basis im oder am Mast zwischen einer Position, bei der das Werkzeug eine im Bereich eines Drillfloor der Bohranlage in horizontaler oder im Wesentlichen horizontaler Orientierung zugeführte Bohrstange oder zu einem Bohrgestängeelement kombinierte Bohrstangen erfassen kann, und einer Position, bei der kombinierte Bohrstangen mittels des Werkzeugs in einer Fingerbühne der Bohranlage abstellbar sind, beweglich. Die hier vorgeschlagene Handhabungsvorrichtung unterscheidet sich demnach von einer in der Fachterminologie mitunter als Iron Derrikman bezeichneten und unter der Fingerbühne angebrachten Maschine durch die Bewegungsmöglichkeit in vertikaler Richtung. Erst durch die besondere Bewegungsmöglichkeit in vertikaler Richtung, insbesondere die Bewegungsmöglichkeit bis hinab zum Drillfloor, wird mit ein und derselben Maschine, nämlich der hier vorgeschlagenen Handhabungsvorrichtung, das Aufnehmen von zum Drillfloor zugeführten Bohrstangen und das Abstellen von aus mehreren Bohrstangen gebildeten Bohrgestängeelementen in der Fingerbühne möglich.In one embodiment of the handling device, its base is in or on the mast between a position where the tool can grasp a boring bar or boring bars combined in a horizontal or substantially horizontal orientation in the area of a drill floor of the drilling rig and a position at the combined boring bars can be turned off by means of the tool in a finger stage of the drilling rig. The handling device proposed here differs accordingly from a machine in the terminology sometimes referred to as Iron Derrikman and mounted under the finger stage machine by the possibility of movement in the vertical direction. Only by the special possibility of movement in the vertical direction, in particular the possibility of movement down to the Drillfloor, with one and the same machine, namely the handling device proposed here, the inclusion of supplied to Drillfloor boring bars and the setting off of drill rods formed Bohrstängeelementen in the finger stage possible ,
Bei einer besonderen Ausführungsform der Handhabungsvorrichtung ist diese in vertikaler Richtung entlang des Masts auf einer von einer Bohrlochmittelachse beabstandeten und zur Bohrlochmittelachse parallelen oder zumindest im Wesentlichen parallelen Handhabungsvorrichtungsmittelachse beweglich. Die Beweglichkeit entlang der von der Bohrlochmittelachse beabstandeten Handhabungsvorrichtungsmittelachse erlaubt einen vom sonstigen Bohrbetrieb zeitlich und räumlich unabhängigen Betrieb der Handhabungsvorrichtung. Durch diese zeitliche und räumliche Unabhängigkeit können zum Beispiel mittels der Handhabungsvorrichtung (zeitlich und räumlich) parallel zum laufenden Bohrbetrieb Bohrstangen zu zwei oder mehr Bohrstangen umfassenden Bohrgestängeelementen zur Verwendung beim Bohrbetrieb kombiniert und für die Verwendung beim Bohrbetrieb vorgehalten werden.In a particular embodiment of the handling device it is movable in the vertical direction along the mast on a distance from a Bohrlochmittelachse and parallel to the borehole center axis or at least substantially parallel handling device center line. The mobility along the spaced apart from the Bohrlochmittelachse handling device means axis allows a time and space independent of the other drilling operation of the handling device. By this temporal and spatial independence, for example, by means of the handling device (temporally and spatially) parallel to the current drilling operation boring bars to two or more drill rods comprehensive drill string elements for use in drilling operation combined and maintained for use in drilling operations.
Die oben genannte Aufgabe wird auch mittels einer Steuerungseinrichtung zur Steuerung einer Handhabungsvorrichtung wie hier und im Folgenden beschrieben gelöst, wobei die Steuerungseinrichtung nach dem hier und im Folgenden beschriebenen Verfahren arbeitet und dazu Mittel zur Durchführung des Verfahrens umfasst. Das im Folgenden beschriebene Verfahren ist zur automatischen oder teilautomatischen Ausführung oder auch zur Ausführung in einem sogenannten Handbetrieb bevorzugt in Form eines Computerprogramms realisiert. Die Erfindung ist damit einerseits auch ein Computerprogramm 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 object is also achieved by means of a control device for controlling a handling device as described here and in the following, wherein the control device operates according to the method described here and below and, for this purpose, comprises means for carrying out the method. The method described below is preferably implemented in the form of a computer program for automatic or semi-automatic execution or also for execution in a so-called manual mode. The invention is thus on the one hand also a computer program with program code instructions executable by a computer and on the other hand a storage medium with such a computer program, ie a computer program product with program code means, as well as finally also a control device in whose memory such a computer program is used as means for carrying out the method and its embodiments loaded or loadable.
Wenn im Folgenden Verfahrensschritte oder Verfahrensschrittfolgen beschrieben werden, bezieht sich dies auf Aktionen, die aufgrund des Computerprogramms oder unter Kontrolle des Computerprogramms erfolgen, sofern nicht ausdrücklich darauf hingewiesen ist, dass einzelne Aktionen durch einen Verwender der Handhabungsvorrichtung veranlasst werden. Zumindest bedeutet jede Verwendung des Begriffs „automatisch“, dass die betreffende Aktion aufgrund des Computerprogramms oder unter Kontrolle des Computerprogramms erfolgt.If in the following method steps or method step sequences are described, this refers to actions that take place on the basis of the computer program or under the control of the computer program, unless it is expressly pointed out that individual actions are initiated by a user of the handling device. At a minimum, any use of the term "automatic" means that the action in question is due to the computer program or under the control of the computer program.
Anstelle eines Computerprogramms mit einzelnen Programmcodeanweisungen kann die Implementierung des hier und im Folgenden beschriebenen Verfahrens auch in Form von Firmware erfolgen. Dem Fachmann ist klar, dass anstelle einer Implementation eines Verfahrens in Software stets auch eine Implementation in Firmware oder in Firm- und Software oder in Firm- und Hardware möglich ist. Daher soll für die hier vorgelegte Beschreibung gelten, dass von dem Begriff Software oder den Begriffen Steuerungsprogramm und Computerprogramm auch andere Implementationsmöglichkeiten, nämlich insbesondere eine Implementation in Firmware oder in Firm- und Software oder in Firm- und Hardware, umfasst sind.Instead of a computer program with individual program code instructions, the implementation of the method described here and below can also take the form of firmware. It is clear to the person skilled in the art that, instead of implementing a method in software, implementation in firmware or in firmware and software or in firmware and hardware is always possible. Therefore, for the description presented here, the term software or the terms Control program and computer program also other implementation options, namely in particular an implementation in firmware or in firmware and software or in firmware and hardware, are included.
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 Ausführungsbeispiel ist nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung durchaus auch Ergänzungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche, 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.The embodiment is not to be understood as limiting the invention. Rather, additions and modifications are quite possible in the context of the present disclosure, in particular those, for example, by combination or modification of individual in combination with the described in the general or specific part of the description and in the claims and / or the drawings features or method steps for those skilled in the art with regard to the solution of the problem can be removed and lead by combinable features to a new subject or to new process steps or process steps.
Es zeigen
- 1 eine zur Verwendung im Mast einer Bohranlage vorgesehene und zum Bewegen von Bohrgestängeelementen bestimmte Handhabungsvorrichtung,
- 2 den Mast einer Bohranlage mit einer daran beweglichen Handhabungsvorrichtung gemäß 1,
- 3 einen Schnitt durch den Mast quer zu dessen Hochachse mit einem Blick auf die am Mast in vertikaler Richtung (entlang der Hochachse des Masts) bewegliche Handhabungsvorrichtung gemäß 1,
- 4 die Handhabungsvorrichtung gemäß 1 ohne den Mast,
- 5 die Handhabungsvorrichtung gemäß 4 in einer Seitenansicht und mit unterschiedlichen Schwenkpositionen eines Arms der Handhabungsvorrichtung,
- 6 unterschiedliche Vertikalpositionen der Handhabungsvorrichtung gemäß 1 und 4 am Mast,
- 7 und
8 Momentaufnahmen beim Aufnehmen einer Bohrstange mittels der Handhabungsvorrichtung,
- 9 eine Momentaufnahme beim Verbinden einer Bohrstange mit einer weiteren Bohrstange zum Erhalt eines Bohrgestängeelements zeitlich und räumlich parallel zum und unabhängig vom Bohrbetrieb,
- 10 die Handhabungsvorrichtung gemäß 1 und 4 oberhalb einer am Mast angebrachten Fingerbühne.
- 11,
12 und
13 Momentaufnahmen beim Entnehmen eines Bohrgestängeelements aus einer Fingerbühne am Mast sowie
- FIg. 14 eine Steuerungseinrichtung zum automatischen oder teilautomatischen Betrieb der Handhabungsvorrichtung.
Show it - 1 a handling device intended for use in the mast of a drilling rig and intended for moving drill string elements,
- 2 the mast of a drilling rig with a handling device movable thereon according to 1 .
- 3 a section through the mast transverse to its vertical axis with a view of the mast in the vertical direction (along the vertical axis of the mast) movable handling device according to 1 .
- 4 the handling device according to 1 without the mast,
- 5 the handling device according to 4 in a side view and with different pivot positions of an arm of the handling device,
- 6 different vertical positions of the handling device according to 1 and 4 on the mast,
- 7 and 8th Snapshots when picking up a boring bar by means of the handling device,
- 9 a snapshot when connecting a drill rod with another drill rod to obtain a drill string element temporally and spatially parallel to and independent of the drilling operation,
- 10 the handling device according to 1 and 4 above a finger stage attached to the mast.
- 11 . 12 and 13 Snapshots when removing a drill string element from a finger stage on the mast and
- FIG. 14 a control device for automatic or semi-automatic operation of the handling device.
Die Darstellung in 1 zeigt eine Ausführungsform einer zur Verwendung in einem Mast 10 einer Bohranlage vorgesehenen und zum Bewegen von Bohrstangen 12 (6, 7 und 8) oder Bohrgestängeelementen 14 (9) bestimmten Handhabungsvorrichtung 20 der hier vorgeschlagenen Art.The representation in 1 shows an embodiment of one for use in a mast 10 a drilling rig provided and for moving boring bars 12 ( 6 . 7 and 8th ) or drill string elements 14 (FIG. 9 ) Certain handling device 20 of the type proposed here.
Die Handhabungsvorrichtung 20 ist insgesamt im oder am Mast 10 vertikal beweglich. In der Darstellung in 1 und in den weiteren Figuren ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der die Handhabungsvorrichtung 20 am Mast 10 vertikal beweglich ist, nämlich an den sogenannten vorderen Eckstielen 22, 24 des Masts 10 (Masteckstiele 22, 24). Dafür ist die Handhabungsvorrichtung 20 an den Masteckstielen 22, 24 geführt, zum Beispiel, indem an den Masteckstielen 22, 24 jeweils ein Führungsprofil 26, 28 (3) angebracht ist. Die Führungsprofile 26, 28 sind mittels korrespondierender Führungsgegenprofile 30, 32 der Handhabungsvorrichtung 20 formschlüssig kontaktierbar.The handling device 20 Total is in or on the mast 10 vertically movable. In the illustration in 1 and in the further figures an embodiment is shown in which the handling device 20 on the mast 10 is vertically movable, namely at the so-called front corner stems 22 . 24 of the mast 10 (Masteckstiele 22 . 24 ). For this, the handling device 20 on the Masteckstielen 22 . 24 led, for example, by at the Masteckstielen 22 . 24 each a guide profile 26, 28 ( 3 ) is attached. The guide profiles 26, 28 are by means of corresponding guide counter profiles 30, 32 of the handling device 20 positively contactable.
Alternativ zu einer solchen Führung im oder am Mast 10 kommt zum Beispiel auch ein mit dem Mast 10 verbundener Adapterrahmen (nicht gezeigt) in Betracht. Ein solcher Adapterrahmen ist - zum Beispiel im Rahmen einer Nachrüstung - am Mast 10 montierbar und ist zum Betrieb der Handhabungsvorrichtung 20 am Mast 10 montiert, zum Beispiel indem der Adapterrahmen mit dem Mast 10 verschweißt und/oder verschraubt wird bzw. ist. Der Adapterrahmen wird zum Beispiel mittelbar oder unmittelbar am Mast 10, insbesondere an den vorderen Masteckstielen 22, 24, montiert, zum Beispiel mittels einer Mehrzahl von Distanzstücken zwischen Mast 10 und Adapterrahmen. Der Adapterrahmen bildet dann eine zu einer Seite einer Hüllfläche des Masts 10 parallele Ebene. Ein solcher Adapterrahmen ist auf die Breite der Handhabungsvorrichtung 20 abgestellt, so dass die Handhabungsvorrichtung 20 entlang des Adapterrahmens parallel zum Mast 10 in vertikaler Richtung am Mast 10 beweglich ist. Ein solcher Adapterrahmen ist im weitesten Sinne ein rechteckiges Strukturelement, dessen Breite durch die Breite der Handhabungsvorrichtung 20 bestimmt ist und das mit seiner größten Längsachse parallel oder zumindest im Wesentlichen parallel zur Hochachse des Masts 10 ausgerichtet ist. Für die Vertikalbewegung der Handhabungsvorrichtung 20 umfasst der Adapterrahmen entlang der im montierten Zustand vertikalen Abschnitte ein Führungsprofil 26, 28 der oben beschriebenen Art oder zumindest eine Zahnstange oder dergleichen oder zumindest ein vertikaler Abschnitt des Adapterrahmens fungiert als ein derartiges Führungsprofil 26, 28.Alternatively to such a guide in or on the mast 10 For example, comes with the mast 10 connected adapter frame (not shown) into consideration. Such an adapter frame is - for example as part of a retrofit - on the mast 10 mountable and is for operation of the handling device 20 on the mast 10 mounted, for example, by the adapter frame with the mast 10 welded and / or screwed is or is. The adapter frame becomes, for example, directly or indirectly on the mast 10 , especially at the front Masteckstielen 22 . 24 , mounted, for example by means of a plurality of spacers between mast 10 and adapter frame. The adapter frame then forms one side of an envelope surface of the mast 10 parallel plane. Such an adapter frame is based on the width of the handling device 20 turned off, so that the handling device 20 along the adapter frame parallel to the mast 10 in the vertical direction on the mast 10 is mobile. Such an adapter frame is in the broadest sense a rectangular structural element whose width is determined by the width of handling device 20 is determined and with its largest longitudinal axis parallel or at least substantially parallel to the vertical axis of the mast 10 is aligned. For the vertical movement of the handling device 20 For example, the adapter frame includes a guide profile along the vertical sections when mounted 26 . 28 The above-described type or at least one rack or the like or at least one vertical portion of the adapter frame functions as such a guide profile 26 . 28 ,
Die Darstellung in 2 zeigt den oberen Abschnitt eines Masts 10 einer Bohranlage mit weiteren Details. Im Mast 10 ist in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise mittels eines nicht gezeigten Hebewerks ein sogenannter Travelling Block 34 beweglich. An diesem hängt ein sogenannter Topdrive 36, mit dem in an sich bekannter Art und Weise das Bohrgestänge im Bohrloch gedreht wird. Im unteren Bereich des gezeigten Abschnitts des Masts 10 ist eine sogenannte Fingerbühne 38 gezeigt. Hier werden in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise Bohrgestängeelemente 14 abgestellt, zum Beispiel beim Ausbauen des Bohrstrangs oder zum Kombinieren mit dem Bohrstrang beim Abteufen der Bohrung. Oberhalb der Fingerbühne 38 ist die Handhabungsvorrichtung 20 erkennbar. Bei der gezeigten Ausführungsform ist die Handhabungsvorrichtung 20 mittels einer zum Beispiel in der Mastkrone angebrachten Winde 40 am Mast 10 vertikal beweglich. Die Winde 40 treibt eine Seilzugmechanik an, an welcher die Handhabungsvorrichtung 20 mittels einer Umlenkrolle 42 hängt. Die Darstellung in 2 zeigt lediglich eine Momentaufnahme und die dargestellte Vertikalposition ist ausschließlich beispielhaft zu verstehen. Die Handhabungsvorrichtung 20 kann entlang des Masts 10 verschiedene Vertikalpositionen einnehmen. Anstelle einer vertikalen Beweglichkeit der Handhabungsvorrichtung 20 mittels der Winde 40 kommt alternativ genauso eine Ausführungsform in Betracht, bei der die Handhabungsvorrichtung 20 selbst einen Antrieb für die Vertikalbewegung im oder am Mast 10 umfasst. Hierfür kommt zum Beispiel in Betracht, dass im oder am Mast 10, insbesondere an einem der vorderen Masteckstiele 22, 24 oder an den vorderen Masteckstielen 22, 24, eine Zahnstange oder dergleichen angebracht ist, in welche ein mittels eines Motors auf oder an der Handhabungsvorrichtung 20, insbesondere eines Hydraulikmotors oder Elektromotors, angetriebenes Ritzel eingreift, um die Handhabungsvorrichtung 20 im oder am Mast 10 nach oben oder nach unten zu bewegen. Bei einem Antrieb der Vertikalbewegung der Handhabungsvorrichtung 20 mittels einer Winde 40 kann diese auch am Mastfuß, entfernt zum Mast 10 (zum Beispiel am Ort eines sogenannten Hebewerks) oder auf der Handhabungsvorrichtung 20 selbst angebracht sein.The representation in 2 shows the upper portion of a mast 10 of a drilling rig with further details. In the mast 10 is in a basically known manner by means of a lifting mechanism, not shown, a so-called traveling block 34 movable. At this hangs a so-called Topdrive 36 , with which in a known manner, the drill string is rotated in the borehole. In the lower part of the section of the mast shown 10 a so-called finger stage 38 is shown. Here are in principle known per se drill string elements 14 For example, when removing the drill string or for combining with the drill string when drilling the hole. Above the finger stage 38 is the handling device 20 recognizable. In the embodiment shown, the handling device 20 is by means of, for example, a winch mounted in the mast crown 40 on the mast 10 vertically movable. The winds 40 drives a cable pull mechanism on which the handling device 20 by means of a deflection roller 42 hangs. The representation in 2 shows only a snapshot and the illustrated vertical position is to be understood as an example only. The handling device 20 can along the mast 10 occupy different vertical positions. Instead of a vertical mobility of the handling device 20 by means of the winch 40 Alternatively, an embodiment is considered, in which the handling device 20 itself a drive for the vertical movement in or on the mast 10 includes. This can be considered, for example, that in or on the mast 10 , in particular on one of the front Masteckstiele 22 . 24 or to the front Masteckstielen 22, 24, a rack or the like is mounted, in which a by means of a motor on or on the handling device 20, in particular a hydraulic motor or electric motor, driven pinion engages the handling device 20 in or on the mast 10 move up or down. In a drive of the vertical movement of the handling device 20 by means of a winch 40 This can also be at the foot of the mast, away from the mast 10 (For example, at the location of a so-called elevator) or be mounted on the handling device 20 itself.
Die Darstellung in 3 zeigt in schematisch vereinfachter Art und Weise einen Schnitt durch den Mast 10 quer zu dessen Hochachse. In der Darstellung ist die spezielle Ausführungsform gezeigt, bei der die Handhabungsvorrichtung 20 an den vorderen Masteckstielen 22, 24 geführt ist, indem an jedem vorderen Masteckstiel 22, 24 ein Führungsprofil 26, 28 angebracht ist, in das die Handhabungsvorrichtung 20 mittels korrespondierender Führungsgegenprofile 30, 32 eingreift. Anstelle der gezeigten Ausführungsform, bei der die Handhabungsvorrichtung 20 mittels ihrer Führungsgegenprofile 30, 32 jedes Führungsprofil 26, 28 U-förmig umschließt, kommt selbstverständlich auch eine Ausführungsform in Betracht, bei der das Führungsprofil 26, 28 im Querschnitt U-förmig ist und die Handhabungsvorrichtung 20 als Führungsgegenprofil 30, 32 Gleitschuhe oder dergleichen aufweist, die in ein solches Führungsprofil 26, 28 eingreifen. Generell kommt es bezüglich der Führung der Handhabungsvorrichtung 20 im oder am Mast 10 nur darauf an, dass sich im oder am Mast 10 entlang des für die Handhabungsvorrichtung 20 vorgesehenen Bewegungsbereichs zumindest ein als Führungsprofil 26, 28 fungierendes erstes Profil und an der Handhabungsvorrichtung 20 ein als Führungsgegenprofil 30, 32 fungierendes korrespondierendes zweites Profil oder jeweils ein korrespondierendes zweites Profil befindet und dass das oder jedes erste Profil mit dem oder jeweils einem zweiten Profil im Eingriff ist.The representation in 3 shows in a schematically simplified manner a section through the mast 10 across to its vertical axis. In the illustration, the special embodiment is shown in which the handling device 20 at the front Masteck stalks 22 . 24 is guided by at each front Masteckstiel 22 . 24 a leadership profile 26 . 28 is mounted, in which the handling device 20 by means of corresponding guide counter profiles 30 . 32 intervenes. Instead of the embodiment shown, in which the handling device 20 by means of their guide counter profiles 30 . 32 every leadership profile 26 . 28 U-shaped encloses, of course, an embodiment into consideration, in which the guide profile 26 . 28 is U-shaped in cross-section and the handling device 20 as a guide counter profile 30 . 32 Sliding shoes or the like, which engage in such a guide profile 26, 28. Generally, it comes with respect to the leadership of the handling device 20 in or on the mast 10 just a matter of being in or on the mast 10 along the for the handling device 20 provided movement range at least one as a leadership profile 26 . 28 acting first profile and on the handling device 20 a corresponding second profile acting as a guide counter-profile 30, 32 or in each case a corresponding second profile is located, and in that the or each first profile is in engagement with the or each a second profile.
Die Darstellung in 3 zeigt im Zentrum des Masts 10 die Position der Bohrlochöffnung 50. Die Position der Bohrlochöffnung 50 definiert die Bohrlochmittelachse (siehe auch 6: A1), nämlich eine gedachte vertikale Linie auf Bohrlochmitte. Für die weitere Beschreibung werden die Achsen eines gedachten kartesischen Koordinatensystems wie folgt definiert: Die z-Achse verläuft parallel zur Bohrlochmittelachse und zeigt vom Mastfuß zur Mastkrone. Die zugehörigen Richtungen der x-Achse und der y-Achse sind in 3 gezeigt. Das gesamte Koordinatensystem ist in 1 und 2 gezeigt. Die vertikale Beweglichkeit der Handhabungsvorrichtung 20 bedeutet entsprechend eine Beweglichkeit entlang der z-Achse und parallel zur Bohrlochmittelachse. Die Vertikalbewegung der Handhabungseinrichtung 20 findet dabei in einem konstantem Abstand d1 von der Bohrlochmittelachse statt und die Vertikalbewegung der Handhabungseinrichtung 20 definiert entsprechend eine zusätzliche Linie parallel zur und mit Abstand von der Bohrlochmittelachse.The representation in 3 shows in the center of the mast 10 the position of the hole opening 50 , The location of the wellbore 50 defines the wellbore centerline (see also FIG 6 : A1), namely an imaginary vertical line at the center of the borehole. For the further description, the axes of an imaginary Cartesian coordinate system are defined as follows: The z-axis runs parallel to the borehole center axis and points from the mast base to the mast crown. The corresponding directions of the x-axis and the y-axis are in 3 shown. The entire coordinate system is in 1 and 2 shown. The vertical mobility of the handling device 20 accordingly means a mobility along the z-axis and parallel to the borehole center axis. The vertical movement of the handling device 20 takes place at a constant distance d1 from the borehole center axis and the vertical movement of the handling device 20 accordingly defines an additional line parallel to and spaced from the borehole center axis.
Die Darstellung in 4 zeigt eine isometrische Ansicht der Handhabungsvorrichtung 20 ohne den Mast 10. Seitlich sind die beiden Führungsgegenprofile 30, 32 und oben ist die Umlenkrolle 42 erkennbar, mit welcher die Handhabungsvorrichtung 20 beim gezeigten Ausführungsbeispiel in der zur Mastkrone geführten Seilzugmechanik hängt. Die Handhabungsvorrichtung 20 kann als Kombination eines Ober- oder Basisteils 52 und eines Unterteils 54 angesehen werden. Das Basisteil 52 trägt das Unterteil 54. Bei dem Unterteil 54 handelt es sich um einen gelenkig beweglichen Arm und das Unterteil 54 wird im Folgenden entsprechend als Gelenkarm 54 oder kurz als Arm 54 bezeichnet. Das Basisteil 52 kann darüber hinaus als Plattform oder Träger für weitere Vorrichtungen oder Aggregate dienen. Gezeigt ist bei der in den Figuren dargestellten Ausführungsform eine am Basisteil 52 angebrachte Winch 56, mittels derer sich zum Beispiel außerhalb des Masts 10 Lasten bewegen und anheben lassen. Des Weiteren ist in 4 ein am Basisteil 52 angebrachtes Hydraulikaggregat 58 gezeigt, mittels dessen die Kraft für die im Folgenden beschriebene gelenkige Beweglichkeit des Arms 54 erzeugt wird.The representation in 4 shows an isometric view of the handling device 20 without the mast 10 , Laterally, the two guide counter profiles 30 . 32 and above, the guide roller 42 can be seen, with which the handling device 20 hangs in the embodiment shown in the guided to the mast crown pull-wire mechanism. The Handling device 20 may be a combination of a top or base part 52 and a lower part 54 be considered. The base part 52 carries the lower part 54 , At the lower part 54 it is a hinged arm and the lower part 54 is hereinafter referred to as articulated arm 54 or briefly as an arm 54 designated. The base part 52 may also serve as a platform or support for other devices or aggregates. Shown in the embodiment shown in the figures one on the base part 52 attached Winch 56 , by means of which, for example, outside the mast 10 Move loads and lift. Furthermore, in 4 one at the base part 52 attached hydraulic power unit 58 shown, by means of which the force for the articulated mobility of the arm described below 54 is produced.
Die Darstellung in 5 zeigt die Handhabungsvorrichtung 20 gemäß 4 in einer Seitenansicht und mit unterschiedlichen Schwenkpositionen des Arms 54. Der Arm 54 umfasst ein drehbares Schultersegment 60, ein am Schultersegment 60 schwenkbewegliches Armsegment 62 sowie am freien Ende des Armsegments 62 ein Werkzeug 64. Das Armsegment 62 umfasst bei der gezeigten Ausführungsform zwei parallel angeordnete Bügel in Form von oder nach Art sogenannter Elevatorbügel, wie sie von einem Topdrive 36 bekannt sind. Am freien Ende der Bügel ist das Werkzeug 64 schwenkbeweglich angebracht, insbesondere in einer Art und Weise, bei der sich das Werkzeug 64 unter Gravitationseinfluss selbsttätig in eine horizontale oder im Wesentlichen horizontale Orientierung ausrichtet. Zum Toleranzausgleich beim Aufnehmen eines Bohrstangenendes weist das Armsegment 62 unterhalb des Angriffspunkts des Aktors 66 in jedem Bügel eine quer zur Schwenkachse R2 wirksame gelenkige Verbindung auf. Das Werkzeug 64 wird beim Aufnehmen des Bohrstangenendes manuell durch einen Bediener oder automatisch oder ferngesteuert durch einen Bediener geschlossen und zum Freigeben des Bohrstangenendes manuell, automatisch oder ferngesteuert geöffnet.The representation in 5 shows the handling device 20 according to 4 in a side view and with different pivoting positions of the arm 54 , The arm 54 includes a rotatable shoulder segment 60 , one on the shoulder segment 60 pivoting arm segment 62 and at the free end of the arm segment 62 a tool 64 , The arm segment 62 comprises in the embodiment shown, two parallel arranged bracket in the form of or after the type of so-called elevator hoop, as they are from a Topdrive 36 are known. At the free end of the strap is the tool 64 pivotally mounted, in particular in a manner in which the tool 64 under gravitational influence automatically aligns in a horizontal or substantially horizontal orientation. For tolerance compensation when receiving a boring bar end, the arm segment 62 below the point of application of the actuator 66 in each bracket on an effective transversely to the pivot axis R2 articulated connection. The tool 64 is manually closed by an operator or automatically or remotely by an operator when picking up the drill rod end and manually, automatically or remotely opened to release the end of the drill rod.
Zum Verschwenken des Armsegments 62 ist in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise ein Aktor 66 vorgesehen, der - jeweils mit Abstand von der Schwenkachse R2 (4) - einerseits am Schultersegment 60 und andererseits am Armsegment 62 angelenkt ist. Als Aktor 66 kommt zum Beispiel ein Hydraulikzylinder in Betracht. In der Darstellung in 5 sind unterschiedliche Schwenkpositionen des Armsegments 62 gezeigt und mit Bezug auf das bereits erwähnte Koordinatensystem (siehe 1, 2 und 3) ergibt sich, dass die Schwenkbeweglichkeit des Armsegments 62 eine Positionierung des Werkzeugs 64 quer zur z-Achse ermöglicht. Bei der gezeigten Orientierung der Schwenkachse R2 des Armsegments 62 (quer zur Blattebene) ist mittels Verschwenken des Armsegments 62 eine Positionierung des Werkzeugs 64 entlang der y-Achse möglich. Allerdings ist die Orientierung der Schwenkachse des Armsegments 62 aufgrund der Drehbarkeit des Schultersegments 60 um eine Drehachse R1 (4) verstellbar, so dass bei einer Drehung des Schultersegments 60 um +90° oder -90° im Vergleich zu der in 5 gezeigten Situation (bei einem Schwenkbereich von zum Beispiel ca. +120° bis ca. -120°) eine Positionierung des Werkzeugs 64 entlang der x-Achse möglich ist. Die Drehbarkeit des Schultersegments 60 ist zum Beispiel mittels einer mittels eines Zahnkranzes motorisch, insbesondere mittels eines Hydraulikmotors oder eines Elektromotors, antreibbaren Drehverbindung realisiert.For pivoting the arm segment 62 is in principle known per se, an actor 66 provided, which - in each case at a distance from the pivot axis R2 ( 4 ) - on the one hand on the shoulder segment 60 and on the other hand on the arm segment 62 is articulated. As an actor 66 For example, a hydraulic cylinder is considered. In the illustration in 5 are different pivoting positions of the arm segment 62 shown and with reference to the already mentioned coordinate system (see 1 . 2 and 3 ) shows that the pivoting mobility of the arm segment 62 allows positioning of the tool 64 across the z-axis. In the illustrated orientation of the pivot axis R2 of the arm segment 62 (across the sheet) is by pivoting the arm segment 62 a positioning of the tool 64 possible along the y-axis. However, the orientation of the pivot axis of the arm segment 62 is due to the rotatability of the shoulder segment 60 about a rotation axis R1 ( 4 ) adjustable so that upon rotation of the shoulder segment 60 by + 90 ° or -90 ° compared to the in 5 shown situation (with a pivoting range of, for example, about + 120 ° to about -120 °) positioning of the tool 64 along the x-axis is possible. The rotation of the shoulder segment 60 is realized for example by means of a motorized by means of a ring gear, in particular by means of a hydraulic motor or an electric motor, rotatable connection.
Die Drehachse R1 verläuft parallel oder zumindest im Wesentlichen parallel zum Mast 10 (zu einer Hochachse durch den Mast 10) oder zu einer Bewegungsbahn (siehe 6: Handhabungsvorrichtungsmittelachse A2) der Handhabungsvorrichtung 20 im oder am Mast 10. Die Schwenkachse R2 liegt in einer Ebene senkrecht oder zumindest im Wesentlichen senkrecht zum Mast 10 (zu einer Hochachse durch den Mast 10) oder zu der Bewegungsbahn der Handhabungsvorrichtung 20 im oder am Mast 10.The rotation axis R1 runs parallel or at least substantially parallel to the mast 10 (to a vertical axis through the mast 10) or to a trajectory (see 6 : Handling device center axis A2) of the handling device 20 in or on the mast 10 , The pivot axis R2 lies in a plane perpendicular or at least substantially perpendicular to the mast 10 (to a vertical axis through the mast 10 ) or to the trajectory of the handling device 20 in or on the mast 10 ,
Abhängig von der jeweiligen Drehung des Schultersegments 60 und einer Schwenkpositionen des Armsegments 62 sind damit - begrenzt durch die Länge des Armsegments 62 und die maximale Auslenkung des Armsegments 62 - mit dem Werkzeugs 64 beliebige x- und y-Positionen erreichbar. Mit der Beweglichkeit der Handhabungsvorrichtung 20 auch entlang der z-Achse kann damit mit dem Werkzeug 64 in einem gedachten Zylinder jeder Raumpunkt innerhalb des Zylinders und auf dessen Mantelfläche erreicht werden. Der erwähnte gedachte Zylinder hat eine Hochachse parallel oder im Wesentlichen parallel zur Hochachse des Masts 10, einen Radius, der durch die Länge des Armsegments 62 und die maximale Auslenkung des Armsegments 62 bestimmt ist, und eine Höhe, die durch den Bewegungsbereich der Handhabungsvorrichtung 20 im oder am Mast 10 bestimmt ist. Die Beweglichkeit der Handhabungsvorrichtung 20 ist im unteren Bereich der Darstellung in 5 mittels der dortigen drei Doppelpfeile nochmals separat illustriert. Die Handhabungsvorrichtung 20 ist demnach eine Maschine mit einem translatorischen Freiheitsgrad (Bewegung vertikal im oder am Mast) und zwei rotatorischen Freiheitsgraden (Drehbarkeit des Schultersegments 60 um die Drehachse R1; Schwenkbeweglichkeit des Armsegments 62 um die Schwenkachse R2). Die Drehachse R1 und die Schwenkachse R2 sind in der Darstellung in 4 eingezeichnet. Die Schwenkachse R2 ist hier vor allem zur Unterscheidung von der Drehachse R1 als Schwenkachse bezeichnet. Tatsächlich kann auch die Schwenkachse R2 als Drehachse aufgefasst werden, nämlich als Drehachse mit einem beschränkten Drehbereich.Depending on the respective rotation of the shoulder segment 60 and a pivotal position of the arm segment 62 are with it - limited by the length of the arm segment 62 and the maximum deflection of the arm segment 62 - with the tool 64 any x and y positions can be reached. With the mobility of the handling device 20 also along the z-axis can thus with the tool 64 In an imaginary cylinder every point in space within the cylinder and on its lateral surface can be achieved. The mentioned imaginary cylinder has a vertical axis parallel or substantially parallel to the vertical axis of the mast 10 , a radius defined by the length of the arm segment 62 and the maximum deflection of the arm segment 62 is determined, and a height by the range of movement of the handling device 20 in or on the mast 10 is determined. The mobility of the handling device 20 is in the lower part of the illustration in 5 illustrated separately by means of the three double arrows there. The handling device 20 is accordingly a machine with a translatory degree of freedom (vertical movement in or on the mast) and two rotational degrees of freedom (rotatability of the shoulder segment 60 about the axis of rotation R1, pivoting mobility of the arm segment 62 around the pivot axis R2). The axis of rotation R1 and the pivot axis R2 are shown in FIG 4 located. The pivot axis R2 is referred to above all as a pivot axis to distinguish it from the rotation axis R1. In fact, the pivot axis R2 can be understood as a rotation axis be, namely as a rotation axis with a limited range of rotation.
Als Werkzeug 64 fungiert zum Beispiel ein grundsätzlich an sich bekannter Elevator, jedenfalls eine Vorrichtung, mittels derer ein Ende einer Bohrstange 12 erfasst und bewegt werden kann, also zum Beispiel eine Vorrichtung in Form von oder nach Art einer Zange oder eines Greifers. Das Werkzeug 64 greift dabei bevorzugt in einem Bereich an der Bohrstange 12 an, in dem sich deren Durchmesser von einem Stangendurchmesser hin zu einem größeren Durchmesser einer sogenannten Box (das ein Innengewinde aufweisendes Ende der Bohrstange wird als Box bezeichnet) ändert. Mit der aufgrund des größeren Boxdurchmessers resultierenden Schulter in der Außenoberfläche der Bohrstange 12 kann diese an dem Werkzeug 64 hängen und ist in axialer Richtung fixiert.As a tool 64 For example, an elevator known per se, in any case a device, by means of which one end of a boring bar acts 12 can be detected and moved, so for example, a device in the form of or in the manner of a pair of pliers or a gripper. The tool 64 preferably engages in an area on the drill rod 12 on, in which the diameter of a rod diameter changes to a larger diameter of a so-called box (the female threaded end of the drill rod is referred to as a box) changes. With the resulting due to the larger box diameter shoulder in the outer surface of the drill rod 12 Can this be done on the tool 64 hang and is fixed in the axial direction.
In der Darstellung in 3 ist im Bereich der Handhabungsvorrichtung 20 auch das Werkzeug 64 unter der Handhabungsvorrichtung 20 gezeigt. Bei einer vertikalen Bewegung der Handhabungsvorrichtung 20 im Mast 10 hängt der Arm 54 - insbesondere aufgrund eines deaktivierten Aktors 66 und ausschließlich unter Gravitationseinfluss oder aufgrund einer entsprechenden Ansteuerung des Aktors 66 - lotrecht unter der Handhabungsvorrichtung 20. Wenn mittels der Handhabungsvorrichtung 20 eine Bohrstange 12 oder ein Bohrgestängeelement 14 im oder am Mast 10 angehoben oder abgesenkt wird, hängt diese (zumindest nach dem Aufrichten mittels der Handhabungsvorrichtung 20) bzw. dieses ebenfalls lotrecht unter der Handhabungsvorrichtung 20. Insofern kann die in 3 gezeigte Position des Werkzeugs 64 auch als Position einer unter der Handhabungsvorrichtung 20 hängenden Bohrstange 12 oder eines unter der Handhabungsvorrichtung 20 hängenden Bohrgestängeelements 14 angesehen werden. Eine Hochachse (parallel zur Bohrlochmittelachse) durch diese Position wird im Folgenden als Handhabungsvorrichtungsmittelachse (siehe auch 6: A2) bezeichnet und der Abstand von der Handhabungsvorrichtungsmittelachse zur Bohrlochmittelachse ist in der Darstellung in 3 mit d2 bezeichnet.In the illustration in 3 is in the field of handling device 20 and the tool 64 shown under the handling device 20. In a vertical movement of the handling device 20 in the mast 10 hangs the arm 54 - Especially due to a deactivated actuator 66 and exclusively under the influence of gravity or due to a corresponding activation of the actuator 66 - vertically under the handling device 20. If by means of the handling device 20 a boring bar 12 or a drill pipe element 14 in or on the mast 10 is raised or lowered, this depends (at least after erecting by means of the handling device 20) or this also vertically under the handling device 20. Insofern, the in 3 shown position of the tool 64 also as a position of a hanging under the handling device 20 boring bar 12 or one under the handling device 20 hanging drill pipe element 14 are considered. A vertical axis (parallel to the borehole center axis) through this position will be referred to hereinafter as the handling device centerline (see also FIG 6 A2) and the distance from the handling device centerline to the borehole center axis is shown in FIG 3 denoted by d2.
Bisher stand die Beweglichkeit der Handhabungsvorrichtung 20 im Vordergrund. Im Folgenden wendet sich die Beschreibung der Verwendung der Handhabungsvorrichtung 20 beim Betrieb der Bohranlage zu. Die Handhabungsvorrichtung 20 ist für verschiedene Funktionen beim Bohrbetrieb verwendbar. Dazu gehört das Aufrichten von Bohrstangen 12 oder Bohrgestängeelementen 14 aus einer horizontalen oder im Wesentlichen horizontalen Position in eine für den Bohrbetrieb oder zum Abstellen in der Fingerbühne 38 notwendige vertikale Position. Des Weiteren gehört dazu das Zuführen von Bohrgestängeelementen 14 auf Bohrlochmitte beim Abteufen der Bohrung oder das Aufnehmen von Bohrgestängeelementen 14 auf Bohrlochmitte und das Zwischenlagern aufgenommener Bohrgestängeelemente 14 zum Beispiel in der Fingerbühne 38. Schließlich gehört zur Funktion der Handhabungsvorrichtung 20 auch das Kombinieren von Bohrstangen 12 zum Erhalt sogenannter Doubles oder Stands („Stand Building“).So far, the mobility of the handling device was 20 in the foreground. In the following, the description will turn to the use of the handling device 20 during operation of the rig. The handling device 20 is usable for various functions during drilling operation. This includes the erection of drill rods 12 or drill pipe elements 14 from a horizontal or substantially horizontal position to one for drilling or parking in the finger stage 38 necessary vertical position. Furthermore, this includes the supply of drill string elements 14 at the center of the borehole when drilling the hole or when picking up drill pipe elements 14 on borehole center and the intermediate storage recorded Bohrgestängeelemente 14 for example in the finger stage 38 , Finally, part of the function of the handling device 20 also combining drill rods 12 to obtain so-called doubles or stands ("stand building").
In der Darstellung in 6 ist insoweit zunächst der sich in an sich bekannter Art und Weise auf einem Unterbau erhebende Mast 10 in einer Seitenansicht und mit unterschiedlichen Positionen der bei der gezeigten Ausführungsform am Mast 10 beweglichen und bei einer anderen Ausführungsform gegebenenfalls auch im Mast 10 beweglichen Handhabungsvorrichtung 20 gezeigt. Entlang des Masts 10 ist die Handhabungsvorrichtung 20 zur Veranschaulichung von deren vertikaler Beweglichkeit von unten nach oben - also vom Mastfuß in Richtung auf die Mastkrone gesehen - in unterschiedlichen Positionen gezeigt, nämlich in einer unteren Position (U), einer mittleren Position (M) in einer Position auf Höhe der Fingerbühne 38 (F) und einer oberen Position (0). Unterhalb des Unterbaus und oberhalb der Mastkrone sind mit parallelen und aufeinander weisenden Pfeilen die Bohrlochmittelachse A1 und die Handhabungsvorrichtungsmittelachse A2 eingezeichnet.In the illustration in 6 In that regard, first of all, the mast rising in a manner known per se on a substructure 10 in a side view and with different positions of the mast in the embodiment shown 10 movable and in another embodiment optionally also in the mast 10 movable handling device 20 shown. Along the mast 10 is the handling device 20 for illustrating their vertical mobility from bottom to top - so seen from the mast base towards the mast crown - shown in different positions, namely in a lower position (U), a middle position (M) in a position at height the finger stage 38 (F) and an upper position (0). Below the substructure and above the mast crown, the borehole center axis A1 and the handling device center line A2 are drawn with parallel and successive arrows.
In der unteren Position U befindet sich das Werkzeug 64 auf der sogenannten Drillfloorebene (Drillfloor 70) oder im Wesentlichen auf der Drillfloorebene. Hier wird eine Bohrstange 12 zugeführt und von der Handhabungseinrichtung 20 mittels des Werkzeugs 64 aufgenommen. Kurz wird bezüglich dieser Position auch davon gesprochen, dass sich die Handhabungsvorrichtung 20 auf Drillfloorebene befindet, auch wenn dies eher auf das Werkzeug 64 der Handhabungsvorrichtung 20 zutrifft. Die Handhabungsvorrichtung 20 ist entlang des Masts 10 zwischen der unteren Position U und der oberen Position O sowie zwischen jeder Position oberhalb der unteren Position U und unterhalb der oberen Position O beweglich und passiert dabei ggf. auch die Fingerbühne 38. Die Fingerbühne 38 ist dafür mit einem ausreichenden Abstand vom Mast 10 am Mast 10 angebracht und bei einer speziellen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Fingerbühne 38 eine Ausnehmung 74 (11) aufweist, welche es ermöglicht, dass die Handhabungsvorrichtung 20 bei ihrer Vertikalbewegung entlang des Masts 10 die Fingerbühne 38 passieren kann.In the lower position U is the tool 64 on the so-called Drillfloorebene (Drillfloor 70 ) or essentially at the drill floor level. Here is a boring bar 12 supplied and from the handling device 20 by means of the tool 64 added. Briefly, with respect to this position, it is also referred to that the handling device 20 is located on the drill floor level, even if this is more likely to be the tool 64 the handling device 20 true. The handling device 20 is along the mast 10 between the lower position U and the upper position O and between each position above the lower position U and below the upper position O movable and possibly also passes the finger stage 38 , The finger stage 38 is for this with a sufficient distance from the mast 10 on the mast 10 attached and in a special embodiment it is provided that the finger stage 38 a recess 74 ( 11 ), which allows the handling device 20 to move vertically along the mast 10 the finger stage 38 can happen.
In der Darstellung in 6 ist zu der Handhabungsvorrichtung 20 in der unteren Position U eine seitlich zugeführte und mittels des Werkzeugs 64 aufgenommene Bohrstange 12 (Längsachse der Bohrstange 12 quer zur Blattebene) gezeigt. Zu der Handhabungsvorrichtung 20 in der mittleren Position M ist in 6 eine unter der Handhabungsvorrichtung 20 (am Werkzeug 64) hängende Bohrstange 12 gezeigt. Zu der Handhabungsvorrichtung 20 in der Fingerbühnenposition F ist ein in Richtung auf die Fingerbühne 38 ausgeschwenkter (vom Mast 10 weg) Arm 54 gezeigt, um zu veranschaulichen, dass mittels der Handhabungsvorrichtung 20 Bohrgestängeelemente 14 in der Fingerbühne 38 abgestellt werden können oder aus der Fingerbühne 38 entnommen werden können. Darüber hinaus kann in grundsätzlich jeder Vertikalposition der Handhabungsvorrichtung 20 (abhängig von der Vertikalposition des Topdrive 36 oder einer vergleichbaren Vorrichtung) das Werkzeug 64 in Richtung auf die Bohrlochmittelachse A1 oder zur Bohrlochmittelachse A1 verschwenkt werden.In the illustration in 6 is to the handling device 20 in the lower position U a laterally supplied and by means of the tool 64 recorded boring bar 12 (Longitudinal axis of the drill rod 12 across the page). To the handling device 20 in the middle position M is in 6 one under the handling device 20 (on the tool 64) hanging drill rod 12 shown. To the handling device 20 in the finger stage position F is toward the finger stage 38 swung out (from the mast 10 away) arm 54 shown to illustrate that by means of the handling device 20 drill string elements 14 can be parked in the finger stage 38 or from the finger stage 38 can be removed. In addition, in principle any vertical position of the handling device 20 (depending on the vertical position of the Topdrive 36 or a comparable device) the tool 64 be pivoted in the direction of the borehole center axis A1 or the borehole center axis A1.
Der Bewegungsbereich der Handhabungsvorrichtung 20 in vertikaler Richtung entlang des Masts 10 umfasst zumindest die untere Position U und eine Position im Bereich der Fingerbühne 38, also zum Beispiel die in 6 gezeigte Fingerbühnenposition F. Zumindest in diesem Bereich ist im oder am Mast 10 zumindest ein Führungsprofil 26, 28 oder - wie exemplarisch gezeigt - zwei Führungsprofile 26, 28 jeweils an den vorderen Masteckstielen 22, 24 angebracht.The range of movement of the handling device 20 in a vertical direction along the mast 10 comprises at least the lower position U and a position in the region of the finger stage 38 So for example the in 6 shown finger stage position F. At least in this area is in or on the mast 10 at least one leadership profile 26 . 28 or - as shown by way of example - two guide profiles 26 . 28 each attached to the front Masteckstielen 22, 24.
In den Darstellungen in 7 und 8 ist das Aufnehmen einer von außerhalb zum Drillfloor 70 zugeführten Bohrstange 12 mittels der Handhabungsvorrichtung 20 gezeigt. Die Bohrstange 12 wird optional seitlich zugeführt, weil sich vor und/oder hinter der Bohranlage weitere Bohrlöcher befinden können (seitlich zur Bohranlage meint dabei eine Richtung quer zu einer Ebene durch die Bohrlochmittelachse A1 und die Handhabungsvorrichtungsmittelachse A2; vor oder hinter der Bohranlage meint entsprechend eine Richtung parallel zu der Ebene durch die Bohrlochmittelachse A1 und die Handhabungsvorrichtungsmittelachse A2). Andere Zuführrichtungen sind ebenso denkbar. Das Zuführen der Bohrstange 12 erfolgt zum Beispiel mittels einer dafür vorgesehenen Maschine, insbesondere einer sogenannten PULD-Maschine (Pull-Up-and-Lay-Down Maschine). Auf die Art der Zuführung kommt es aber nicht an und andere Zuführungsarten sind ebenfalls denkbar und sollen als von der hier vorgelegten Beschreibung umfasst gelten. Wesentlich ist, dass die Bohrstange 12 in einer horizontalen oder im Wesentlichen horizontalen Orientierung zum Drillfloor 70 gelangt und dort in dieser Orientierung durch die Handhabungsvorrichtung 20 aufgenommen wird. Die Darstellung in 8 zeigt das Aufnehmen der Bohrstange 12 in Form eines vergrößerten Ausschnitts aus der Darstellung in 7. Zum Aufnehmen der Bohrstange 12 wird die Handhabungsvorrichtung 20 an den Führungsprofilen 26, 28 in die untere Position U (vgl. 6) verfahren. Spätestens in der unteren Position U wird das Schultersegment 60 um die Drehachse R1 in Richtung auf die aufzunehmende Bohrstange 12 gedreht (das Drehen des Schultersegments 60 kann grundsätzlich bereits vor Erreichen der unteren Position U beginnen). Spätestens in der unteren Position U wird zum Aufnehmen der Bohrstange 12 das Armsegment 62 um die Schwenkachse R2 in Richtung auf die aufzunehmende Bohrstange 12 verschwenkt (auch das Verschwenken des Armsegments 62 kann grundsätzlich bereits vor Erreichen der unteren Position U beginnen). Sobald das Werkzeug 64 durch eine geeignete Positionierung des Arms 54 (Drehen um R1, Schwenken um R2) das Ende der Bohrstange 12 und die dortige sogenannte Box erfassen kann, wird das Werkzeug 64 (automatisch und/oder manuell) geschlossen und die Bohrstange 12 ist so an der Handhabungsvorrichtung 20 fixiert. Anschließend wird die Handhabungsvorrichtung 20 entlang des Masts 10 in Richtung auf die Mastkrone verfahren. Dabei wird die Bohrstange 12 aufgerichtet (die Bohrstange 12 gelangt in eine vertikale Orientierung), bis die Bohrstange 12 schließlich am Werkzeug 64 und lotrecht unter der Handhabungsvorrichtung 20 hängt. Beim Aufwärtsfahren der Handhabungsvorrichtung 20 kann der Aktor 66 deaktiviert sein (ein zum Beispiel als Aktor 66 fungierender Hydraulikzylinder wird „gefloatet“), so dass der Arm 54 frei beweglich ist und schließlich ebenfalls lotrecht unter der Basis 52 der Handhabungsvorrichtung 20 hängt. Genauso kann vorgesehen sein, dass beim Aufwärtsfahren der Arm 54 mittels des Aktors 66 aktiv in eine lotrechte Position verschwenkt wird.In the illustrations in 7 and 8th is taking one from outside to the drillfloor 70 fed boring bar 12 by means of the handling device 20 shown. The boring bar 12 is optionally supplied laterally because there may be further wells in front of and / or behind the rig (lateral to the rig means a direction transverse to a plane through the borehole center axis A1 and the operator center axis A2; Direction parallel to the plane through the borehole center axis A1 and the handling device axis A2). Other directions of delivery are also conceivable. Feeding the boring bar 12 takes place for example by means of a dedicated machine, in particular a so-called PULD machine (pull-up-and-lay-down machine). However, the type of delivery is not important and other types of delivery are also conceivable and should be considered as encompassed by the description presented here. It is essential that the boring bar 12 in a horizontal or substantially horizontal orientation to the drillfloor 70 passes and is received there in this orientation by the handling device 20. The representation in 8th shows picking up the boring bar 12 in the form of an enlarged section from the illustration in 7 , To pick up the boring bar 12 becomes the handling device 20 on the guide profiles 26 . 28 in the lower position U (see. 6 ). At the latest in the lower position U, the shoulder segment 60 about the axis of rotation R1 in the direction of the male boring bar 12 rotated (the rotation of the shoulder segment 60 can basically begin before reaching the lower position U). At the latest in the lower position U is for receiving the boring bar 12 the arm segment 62 about the pivot axis R2 in the direction of the male boring bar 12 pivoted (even the pivoting of the arm segment 62 can in principle begin before reaching the lower position U). Once the tool 64 by a suitable positioning of the arm 54 (Rotate around R1, pan around R2) the end of the drill rod 12 and the local so-called box can capture, becomes the tool 64 (automatically and / or manually) closed and the drill rod 12 is so on the handling device 20 fixed. Subsequently, the handling device 20 along the mast 10 in the direction of the mast crown. The drill rod 12 is erected (the drill rod 12 gets into a vertical orientation) until the boring bar 12 finally on the tool 64 and perpendicular under the handling device 20 hangs. When driving up the handling device 20 can the actor 66 be deactivated (for example, as an actor 66 acting hydraulic cylinder is "floated"), so that the arm 54 is free to move and finally also vertically below the base 52 the handling device 20 hangs. Similarly, it can be provided that when driving up the arm 54 by means of the actuator 66 is actively pivoted in a vertical position.
Nach dem Aufrichten der Bohrstange 12 kann diese mittels der Handhabungsvorrichtung 20 im sogenannten Mauseloch 72 abgestellt werden. Die Darstellung in 8 zeigt eine im Mauseloch 72 abgestellte Bohrstange 12, von der entsprechend nur noch das obere Ende mit der dortigen Box erkennbar ist. Wenn das Mauseloch 72 in Verlängerung der Handhabungsvorrichtungsmittelachse A2 liegt, kann das Abstellen der Bohrstange 12 im Mauseloch 72 durch einfaches Abwärtsfahren der Handhabungsvorrichtung 20 erfolgen. Allerdings ist nicht erforderlich, dass sich das Mauseloch 72 in Verlängerung der Handhabungsvorrichtungsmittelachse A2 befindet und wenn dieses von der Handhabungsvorrichtungsmittelachse A2 beabstandet ist (zum Beispiel bei mehr als einem Mauseloch 72), wird die Bohrstange 12 durch geeignete Positionierung des Arms 54 (Drehen um R1 und/oder Schwenken um R2; immer wenn hier und im Folgenden von einem Drehen und/oder Schwenken um die Achsen R1 bzw. R2 gesprochen wird, ist ein eventuelles gleichzeitiges, voreilendes oder anschließendes Bewegen der Handhabungsvorrichtung 20 entlang der z-Achse zur Höhenanpassung mitzulesen) über dem Mauseloch 72 positioniert und schließlich im Mauseloch 72 abgestellt. Wenn die zuerst aufgenommene Bohrstange 12 (erste Bohrstange 12) im Mauseloch 72 abgestellt ist, kann mittels der Handhabungsvorrichtung 20 eine weitere Bohrstange 12 (zweite Bohrstange 12) aufgenommen und aufgerichtet werden. Dies erfolgt genauso, wie dies weiter oben bereits erläutert wurde.After raising the boring bar 12 this can be done by means of the handling device 20 in the so-called mouse hole 72 be turned off. The representation in 8th shows a parked in the mouse hole 72 boring bar 12 , from the corresponding only the upper end with the local box is recognizable. When the mouse hole 72 is in extension of the handling device center axis A2, the shutdown of the drill rod 12 in the mouse hole 72 by simply driving down the handling device 20 done. However, that does not require that mouse hole 72 is located in extension of the handling device center axis A2 and when it is spaced from the handling device center axis A2 (for example, at more than one mouse hole 72 ), the drill rod 12 by suitable positioning of the arm 54 (Turning around R1 and / or pivoting about R2, whenever it is referred to here and below by a rotation and / or pivoting about the axes R1 and R2, is a possible simultaneous, leading or subsequent movement of the handling device 20 read along the z-axis for height adjustment) above the mouse hole 72 positioned and finally in the mouse hole 72 switched off. When the first taken drill rod 12 (first boring bar 12) in the mouse hole 72 is parked, can by means of the handling device 20 another boring bar 12 (second boring bar 12 ) be picked up and erected. This is done exactly as explained above.
Die Darstellung in 9 zeigt eine Momentaufnahme beim Verbinden der zweiten Bohrstange 12 mit der im Mauseloch 72 befindlichen ersten Bohrstange 12 zum Erhalt eines Bohrgestängeelements 14 zeitlich und räumlich parallel zum und unabhängig vom Bohrbetrieb. Dafür fährt die Handhabungsvorrichtung 20 mit der zweiten Bohrstange 12 entlang des Masts 10 zumindest so weit in Richtung auf die Mastkrone, bis die zweite Bohrstange 12 frei unter der Handhabungsvorrichtung 20 hängt. Je nach Position des Mauselochs 72 oder des jeweiligen Mauselochs 72, also des Mauselochs 72, in dem die erste Bohrstange 12 abgestellt wurde, kann die Handhabungsvorrichtung 20 zum Verbinden der zweiten Bohrstange 12 mit der ersten Bohrstange 12 entweder mit der lotrecht unter der Handhabungsvorrichtung 20 hängenden zweiten Bohrstange 12 abwärts und in Richtung auf das aus dem Mauseloch 72 ragende Ende der ersten Bohrstange 12 fahren oder es ist zuvor eine Positionierung des Arms 54 (Drehen um R1 und/oder Schwenken um R2) notwendig, um die zweite Bohrstange 12 in eine Position über der ersten Bohrstange 12 zu bringen.The representation in 9 shows a snapshot when connecting the second boring bar 12 with the mouse hole 72 located first boring bar 12 to obtain a drill string member 14 in time and space parallel to and independent of the drilling operation. For the handling device 20 moves with the second boring bar 12 along the mast 10 at least as far in the direction of the mast crown, until the second boring bar 12 free under the handling device 20 hangs. Depending on the position of the mouse hole 72 or the respective mouse hole 72, so the mouse hole 72 , in which the first drill rod 12 has been turned off, the handling device 20 for connecting the second boring bar 12 with the first boring bar 12 either with the second boring bar hanging vertically under the handling device 20 12 down and towards the out of the mouse hole 72 projecting end of the first boring bar 12 drive or it is previously a positioning of the arm 54 (Turning around R1 and / or panning by R2) is necessary to the second boring bar 12 in a position above the first boring bar 12 bring to.
Das Verbinden der zweiten Bohrstange 12 mit der ersten Bohrstange 12 (Gewindeverbindung von Pin und Box) erfolgt mittels einer dafür vorgesehenen, grundsätzlich an sich bekannten und in den Figuren nicht gezeigten Maschine, zum Beispiel einer Maschine in Form von oder nach Art eines sogenannten Iron Roughneck. Die im Werkzeug 64 hängende Bohrstange 12 ist dabei relativ zum Werkzeug 64 drehbar, weil keine kraftschlüssige Verbindung zwischen Werkzeug 64 und Bohrstange 12 vorliegt oder eine solche kraftschlüssige Verbindung ggf. während des Vorgangs des Verbindens gelöst wird. Durch das Verbinden der zweiten Bohrstange 12 mit der ersten Bohrstange 12 ist ein in der Fachterminologie als Double bezeichnetes Bohrgestängeelement 14 entstanden.Connecting the second boring bar 12 with the first boring bar 12 (threaded connection of pin and box) takes place by means of a machine provided therefor, basically known per se and not shown in the figures, for example a machine in the form of or in the manner of a so-called Iron Roughneck. The tool 64 hanging boring bar 12 is relative to the tool 64 rotatable because no frictional connection between tool 64 and boring bar 12 or such a positive connection is possibly dissolved during the process of joining. By connecting the second boring bar 12 with the first boring bar 12 is a designated in the technical terminology as a double drill pipe element 14 emerged.
Das Erstellen solcher Bohrgestängeelemente 14 kann unabhängig vom laufenden Bohrbetrieb erfolgen, weil sich die Handhabungsvorrichtung 20 dabei entlang der Handhabungsvorrichtungsmittelachse A2 bewegt, während sich ein Topdrive 36 oder dergleichen entlang der Bohrlochmittelachse A1 bewegt, so dass sich beide kollisionsfrei und unabhängig voneinander bewegen können. In der Darstellung in 9 ist der Topdrive 36 über der Bohrlochöffnung 50 im Drillfloor 70 erkennbar. Der Topdrive 36 bewegt sich entlang der durch die Bohrlochöffnung 50 und den Bohrstrang definierten Bohrlochmittelachse A1 (6). Die Handhabungsvorrichtung 20 bewegt sich entlang der von der Bohrlochmittelachse A1 beabstandeten und zur Bohrlochmittelachse A1 parallelen oder zumindest im Wesentlichen parallelen Handhabungsvorrichtungsmittelachse A2. Bei der Darstellung in Figur 9 fällt die Handhabungsvorrichtungsmittelachse A2 mit der Längsachse des gezeigten Bohrgestängeelements 14 zusammen. Aufgrund des Abstands zwischen Bohrlochmittelachse A1 und Handhabungsvorrichtungsmittelachse A2 kann das Erstellen von Bohrgestängeelementen 14 zeitlich und räumlich parallel zum und unabhängig vom Bohrbetrieb erfolgen.Creating such drill pipe elements 14 can be done independently of the current drilling operation, because the handling device 20 thereby moves along the handling device center axis A2, while a Topdrive 36 or the like are moved along the borehole center axis A1, so that both can move without collision and independently of each other. In the illustration in 9 is the top driver 36 above the borehole opening 50 in the drillfloor 70 recognizable. The topdrive 36 moves along the well center axis A1 defined by the wellbore 50 and the drillstring 6 ). The handling device 20 moves along the spaced apart from the borehole center axis A1 and to the borehole center axis A1 parallel or at least substantially parallel handling device center axis A2. In the illustration in FIG. 9, the handling device center axis A2 coincides with the longitudinal axis of the drill pipe element 14 shown. Due to the distance between the wellbore center line A1 and the handling device axis axis A2, it is possible to create wellbore elements 14 temporally and spatially parallel to and independently of the drilling operation.
Zum optionalen Erstellen eines drei Bohrstangen 12 umfassenden Bohrgestängeelements 14 (Triple oder Stand) wird das bisher zwei Bohrstangen 12 umfassende Bohrgestängeelement 14 mittels der Handhabungsvorrichtung 20 aus dem Mauseloch 72 herausgezogen und mittels der Handhabungsvorrichtung 20 und durch geeignete Positionierung des Arms 54 (Drehen um R1 und/oder Schwenken um R2) im oder neben dem Mast 10 abgestellt. Für ein solches Abstellen steht in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise eine Abstellposition (nicht gezeigt) zur Verfügung, in der das Bohrgestängeelement 14 zumindest oben, optional oben und unten, mittels einer Klaue oder dergleichen gehalten wird. Nachdem durch Abstellen des bisher zwei Bohrstangen 12 umfassenden Bohrgestängeelements 14 das Mauseloch 72 wieder frei geworden ist, kann mittels der Handhabungsvorrichtung 20 eine weitere Bohrstange 12 (dritte Bohrstange 12) - wie oben beschrieben - geholt, aufgerichtet und im Mauseloch 72 abgestellt werden. Anschließend wird mittels der Handhabungsvorrichtung 20 das zuvor in der Abstellposition abgestellte Bohrgestängeelement 14 wieder aufgenommen und mittels der Handhabungsvorrichtung 20 - wie oben beschrieben - oberhalb des aus dem Mauseloch 72 herausragenden Endes der dritten Bohrstange 12 platziert werden. Das Verbinden des bisher zwei Bohrstangen 12 umfassenden Bohrgestängeelements 14 mit der dritten Bohrstange 12 erfolgt erneut mittels der oben erwähnten, zum Herstellen einer solchen Gewindeverbindung vorgesehenen Maschine. Durch das Verbinden der dritten Bohrstange 12 mit dem bisher zwei Bohrstangen 12 (erste Bohrstange 12, zweite Bohrstange 12) umfassenden Bohrgestängeelement 14 ist ein in der Fachterminologie als Triple oder Stand bezeichnetes Bohrgestängeelement 14 entstanden.To optionally create a three boring bars 12 comprehensive drill pipe element 14 (Triple or Stand) is the previously two drill rods 12 comprehensive drill pipe element 14 by means of the handling device 20 from the mouse hole 72 pulled out and by means of the handling device 20 and by appropriate positioning of the arm 54 (Rotate around R1 and / or pan around R2) in or next to the mast 10 switched off. For such a parking is in principle known per se, a parking position (not shown) available, in which the drill string element 14 is held at least above, optionally up and down, by means of a claw or the like. After turning off the previously two drill rods 12 comprehensive drill pipe element 14 the mouse hole 72 has become free again, by means of the handling device 20 another boring bar 12 (third boring bar 12 ) - as described above - brought, straightened and in the mouse hole 72 be turned off. Subsequently, by means of the handling device 20 the previously parked in the parking position drill string element 14 picked up again and by means of the handling device 20 - as described above - above the mouse hole 72 outstanding end of the third boring bar 12 to be placed. Connecting the previously two drill rods 12 comprehensive drill pipe element 14 with the third boring bar 12 is again by means of the above-mentioned, provided for producing such a threaded connection machine. By connecting the third boring bar 12 with the previously two boring bars 12 (first boring bar 12 , second boring bar 12 ) comprising a drill pipe element 14 is a drill string element referred to in technical terminology as a triple or a stand 14 emerged.
Alternativ ist ein Erstellen eines drei Bohrstangen 12 umfassenden Bohrgestängeelements 14 (Triple oder Stand) auch mittels eines weiteren Mauselochs 72 möglich. Zur Unterscheidung wird dabei das Mauseloch 72, in welchem sich nach dem Verbinden einer zweiten Bohrstange 12 mit einer ersten Bohrstange 12 das zwei Bohrstangen 12 umfassende Bohrgestängeelement 14 befindet, als erstes Mauseloch 72 und das weitere Mauseloch (nicht gezeigt) als zweites Mauseloch bezeichnet. Dann wird mittels der Handhabungsvorrichtung 20 - wie oben beschrieben - eine dritte Bohrstange 12 geholt und aufgerichtet und anschließend im zweiten Mauseloch abgestellt. Dann wird mittels der Handhabungsvorrichtung 20 das im ersten Mauseloch 72 befindliche Bohrgestängeelement 14 zumindest bis auf die Höhe des aus dem zweiten Mauseloch ragenden Endes der dritten Bohrstange 12 angehoben und anschließend mittels der Handhabungsvorrichtung 20 über dem zweiten Mauseloch positioniert. Dort erfolgt jetzt - wie oben beschrieben - die Herstellung der Gewindeverbindung zwischen dem lotrecht an der Handhabungsvorrichtung 20 hängenden Bohrgestängeelement 14 (Kombination aus erster Bohrstange 12 und zweiter Bohrstange 12) und der im zweiten Mauseloch befindlichen dritten Bohrstange 12. Das Ergebnis ist wiederum ein drei Bohrstangen 12 umfassendes Bohrgestängeelement 14 (Stand).Alternatively, create a three boring bars 12 comprehensive drill pipe element 14 (Triple or Stand) also by means of another mouse hole 72 possible. To distinguish this is the mouse hole 72 in which after connecting a second boring bar 12 with a first boring bar 12 the two boring bars 12 comprehensive drill pipe element 14 is the first mouse hole 72 and the other mouse hole (not shown) is called a second mouse hole. Then by means of the handling device 20 - As described above - a third boring bar 12 brought and set up and then parked in the second mouse hole. Then by means of the handling device 20 in the first mouse hole 72 located drill pipe element 14 lifted at least up to the height of the protruding from the second mouse hole end of the third boring bar 12 and then positioned by means of the handling device 20 on the second mouse hole. There takes place now - as described above - the preparation of the threaded connection between the perpendicular to the handling device 20 hanging drill pipe element 14 (Combination of first boring bar 12 and second boring bar 12 ) and the third boring bar located in the second mouse hole 12 , The result is again a three drill rods 12 comprehensive drill pipe element 14 (Was standing).
Das Erstellen solcher Stands kann vollständig unabhängig vom laufenden Bohrbetrieb erfolgen, weil sich die Handhabungsvorrichtung 20 dabei weiterhin nur entlang der Handhabungsvorrichtungsmittelachse A2 bewegt, während sich ein Topdrive 36 oder dergleichen entlang der Bohrlochmittelachse A1 bewegt, so dass sich beide kollisionsfrei und unabhängig voneinander bewegen können. Das vom laufenden Bohrbetrieb unabhängige Erstellen von Bohrgestängeelementen 14 in Form von Stands wird auch als Offline-Stand-Building bezeichnet und entsprechend fungiert die gegenständliche Handhabungsvorrichtung 20 als Offline-Stand-Builder.The creation of such stalls can be done completely independently of the current drilling operation, because the handling device 20 continues to move only along the handling device center axis A2, while a top drive 36 or the like are moved along the borehole center axis A1, so that both can move without collision and independently of each other. The creation of drill string elements independent of the current drilling operation 14 In the form of Stands is also referred to as offline stand-building and accordingly acts the subject handling device 20 as an offline stand builder.
Mittels der Handhabungsvorrichtung 20 ist selbstverständlich - nämlich in umgekehrter Reihenfolge wie oben beschrieben - auch ein Auflösen eines mehrere Bohrstangen 12 umfassenden Bohrgestängeelements 14 möglich. Zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen wird entsprechend auf die obige Beschreibung sowie darauf verwiesen, dass die beschriebenen Verfahrensschritte beim Auflösen eines mehrere Bohrstangen 12 umfassenden Bohrgestängeelements 14 in umgekehrter Reihenfolge ablaufen.By means of the handling device 20 is of course - namely in reverse order as described above - also a dissolution of a plurality of drill rods 12 comprehensive drill pipe element 14 possible. To avoid unnecessary repetition, reference is made to the above description and to the fact that the method steps described when dissolving a plurality of drill rods 12 comprehensive drill pipe element 14 expire in reverse order.
Ein mittels der Handhabungsvorrichtung 20 erstelltes Bohrgestängeelement 14, nämlich ein zwei Bohrstangen 12 umfassendes Bohrgestängeelement 14 (Double) oder ein drei Bohrstangen 12 umfassendes Bohrgestängeelement 14 (Triple, Stand), kann mittels der Handhabungsvorrichtung 20 unmittelbar dem Bohrprozess zugeführt werden. Dafür wird der Topdrive 36 vom auf Drillfloorebene endenden Kopf des Bohrstrangs gelöst und im Mast 10 zur Mastkrone verfahren. Dann kann mittels der Handhabungsvorrichtung 20 durch geeignete Positionierung des Arms 54 (Drehen um R1; Schwenken um R2) das Bohrgestängeelement 14 auf Bohrlochmitte gebracht und dort in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise einerseits mit dem Topdrive 36 und andererseits mit dem Kopf des Bohrstrangs verbunden werden. Dabei kommt der Arm 54 der Handhabungsvorrichtung 20 kontrolliert in den Bewegungsbereich (Bohrlochmittelachse A1) des Topdrive 36 oder einer sonstigen zum Antrieb des Bohrstrangs vorgesehenen Vorrichtung. Dies ist kollisionsfrei möglich, indem dieser bzw. diese zuvor in eine ausreichende Höhe im Mast 10 verfahren wurde. Die Darstellung in 1 zeigt die Handhabungsvorrichtung 20 mit einem in Richtung auf Bohrlochmitte geschwenkten Arm 54, allerdings (im Interesse der Übersichtlichkeit der Darstellung) ohne ein am Werkzeug 64 hängendes Bohrgestängeelement 14.One by means of the handling device 20 created drill string element 14, namely a two boring bars 12 comprehensive drill pipe element 14 (double) or a three boring bars 12 comprehensive drill pipe element 14 (Triple, Stand), by means of the handling device 20 be fed directly to the drilling process. This is the top drive 36 detached from the drill floor level ending head of the drill string and moved in the mast 10 to the mast crown. Then, by means of the handling device 20 by suitable positioning of the arm 54 (Rotate around R1; pivot about R2) the drill pipe element 14 placed on the center of the hole and there in a basically known manner on the one hand with the Topdrive 36 and on the other hand connected to the head of the drill string. Here comes the arm 54 the handling device 20 controlled in the range of movement (borehole center axis A1) of the Topdrive 36 or other device provided for driving the drill string. This is possible without collision by this or this was previously moved to a sufficient height in the mast 10. The representation in 1 shows the handling device 20 with a tilted toward the center of the hole arm 54 , but (for the sake of clarity of presentation) without one on the tool 64 hanging drill pipe element 14 ,
Ein mittels der Handhabungsvorrichtung 20 erstelltes Bohrgestängeelement 14, nämlich ein zwei Bohrstangen 12 umfassendes Bohrgestängeelement 14 (Double) oder ein drei Bohrstangen 12 umfassendes Bohrgestängeelement 14 (Triple, Stand), kann mittels der Handhabungsvorrichtung 20 auch in der Fingerbühne 38 oder einer vergleichbaren Vorrichtung abgestellt werden. Ob in der Fingerbühne 38 Doubles oder Stands abgestellt werden können, hängt von der Länge einer einzelnen Bohrstange 12 sowie von der Höhe der Fingerbühne 38 am Mast 10 ab. Oftmals befindet sich die Fingerbühne 38 am Mast 10 in einer Höhe, welche ein Abstellen von drei Bohrstangen 12 umfassenden Bohrgestängeelementen 14 (Stands) erlaubt. Dies wird im Folgenden für die weitere Beschreibung - allerdings ohne Verzicht auf eine weitergehende Allgemeingültigkeit - angenommen, so dass entsprechend mitunter auch nur kurz von einem Abstellen von Stands in der Fingerbühne 38 gesprochen wird (oder umgekehrt einem Abholen von Stands aus der Fingerbühne 38) .One by means of the handling device 20 created drill string element 14, namely a two boring bars 12 comprehensive drill pipe element 14 (double) or a three boring bars 12 comprehensive drill pipe element 14 (Triple, Stand), by means of the handling device 20 also in the finger stage 38 or a similar device are turned off. Whether in the finger stage 38 Doubles or stands can depend on the length of a single boring bar 12 as well as the height of the finger stage 38 on the mast 10 from. Often there is the finger stage 38 on the mast 10 at a height, which is a parking of three boring bars 12 comprehensive drill pipe elements 14 (Stands) allowed. This is assumed in the following for the further description - but without waiving any further generality - so that sometimes only a short time of a stalls in the finger stage 38 is spoken (or vice versa, a picking up stalls from the finger stage 38 ).
Die Darstellung in 10 zeigt die gegenständliche Handhabungsvorrichtung 20 in einer Position oberhalb der Fingerbühne 38 (siehe 6: Position F). Die Handhabungsvorrichtung 20 ist mit einem in Richtung auf Bohrlochmitte verschwenktem Arm 54 gezeigt. Genauso kann der Arm 54 (durch Drehen um R1 und/oder Schwenken um R2) über die Fingerbühne 38 verschwenkt werden, um dort in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise zwischen den Fingern der Fingerbühne 38 Bohrgestängeelemente 14 abzustellen oder dort abgestellte Bohrgestängeelement 14 abzuholen.The representation in 10 shows the subject handling device 20 in a position above the finger stage 38 (see 6 : Position F). The handling device 20 is shown with an arm 54 pivoted in the direction of the borehole center. The same is true of the arm 54 (rotate around R1 and / or pan around R2) across the finger stage 38 be pivoted to there in a basically known manner between the fingers of the finger stage 38 Stop drill pipe elements 14 or pick up the drill pipe element 14 parked there.
Die Darstellung in 11 zeigt eine Momentaufnahme beim Abstellen eines Bohrgestängeelements 14 mittels der Handhabungsvorrichtung 20 in der Fingerbühne 38 (oder beim Abholen eines Bohrgestängeelements 14 aus der Fingerbühne 38). Man erkennt, dass das Schultersegment 60 (5) gedreht und das Armsegment 62 verschwenkt ist, um das mittels des Werkzeugs 64 erfasste Bohrgestängeelement 14 in der momentanen Position zu halten.The representation in 11 shows a snapshot when parking a drill string element 14 by means of the handling device 20 in the finger stage 38 (or when picking up a drill pipe element 14 from the finger stage 38 ). It can be seen that the shoulder segment 60 ( 5 ) and the arm segment 62 is pivoted to the means of the tool 64 recorded drill pipe element 14 to hold in the current position.
Die beiden rotatorischen Freiheitsgrade der Handhabungsvorrichtung 20 (des Arms 54 der Handhabungsvorrichtung 20) erlauben in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise durch gleichzeitige Aktivierung beider Freiheitsgrade auch lineare Bewegungen in der xy-Ebene. Die mit zunehmender Auslenkung des Arms 54 (Schwenken um R2) resultierende wirksame Höhe des Arms 54 kann durch eine Vertikalbewegung (Bewegung entlang der z-Achse) ausgeglichen werden, so dass das Werkzeug 64 der Handhabungsvorrichtung 20 vorgegebenen oder vorgebbaren linearen Bewegungsbahnen in der xy-Ebene folgt. Damit kann die Handhabungsvorrichtung 20 automatisch ein Bohrgestängeelement 14 zwischen zwei vorgegebenen oder vorgebbaren Fingern der Fingerbühne 38 abstellen (anfängliche lineare Bewegung quer zu den Fingern der Fingerbühne 38 und in die Fingerbühne 38 hinein durch Schwenken um R2; anschließende lineare Bewegung parallel zu den Fingern der Fingerbühne 38 und in den Zwischenraum zwischen zwei Fingern hinein durch Drehen um R1 und Schwenken um R2) oder ein Bohrgestängeelement 14 dort abholen. Auch dieses Abstellen eines Bohrgestängeelements 14 in der Fingerbühne 38 oder das Abholen eines Bohrgestängeelements 14 aus der Fingerbühne 38 kann (zeitlich und räumlich) parallel zum laufenden Bohrbetrieb und unabhängig vom laufenden Bohrbetrieb erfolgen, weil sich die Handhabungsvorrichtung 20 in vertikaler Richtung nur entlang der Handhabungsvorrichtungsmittelachse A2 bewegt und dabei nicht in den Bewegungsbereich eines Topdrive oder dergleichen gelangt, so dass sich beide kollisionsfrei unabhängig voneinander bewegen können.The two rotational degrees of freedom of the handling device 20 (of the arm 54 the handling device 20 ) allow in principle known per se by simultaneous Activation of both degrees of freedom also linear movements in the xy plane. The with increasing deflection of the arm 54 (Swinging about R2) resulting effective height of the arm 54 can be compensated by a vertical movement (movement along the z-axis), so that the tool 64 the handling device 20 follows predetermined or predefinable linear trajectories in the xy plane. Thus, the handling device 20 automatically a drill string element 14 Park between two predetermined or predeterminable fingers of the finger stage 38 (initial linear movement transverse to the fingers of the finger stage 38 and in the finger stage 38 into it by turning around R2; subsequent linear movement parallel to the fingers of the finger stage 38 and into the space between two fingers by rotating around R1 and pivoting about R2) or a drill string member 14 pick up there. Also this off a drill pipe element 14 in the finger stage 38 or the retrieval of a drill string element 14 from the finger stage 38 can take place (temporally and spatially) parallel to the current drilling operation and independent of the current drilling operation, because the handling device 20 moves in the vertical direction only along the handling device center axis A2 and does not get into the range of motion of a top drive or the like, so that both collision-free independently can move.
Speziell ist daher mittels der Handhabungsvorrichtung 20 durch kontinuierliches Aufnehmen neuer Bohrstangen 12 - wie oben beschrieben - und Kombinieren einzelner Bohrstangen 12 zu Bohrgestängeelementen 14 - wie ebenfalls oben beschrieben - ein sukzessives Füllen der Fingerbühne 38 mit Stands möglich und zwar komplett unabhängig vom ansonsten fortgesetzten Bohrbetrieb. Während des Füllens der Fingerbühne 38 kann mittels der Handhabungsvorrichtung 20 bedarfsweise ein Bohrgestängeelement 14 aus der Fingerbühne 38 entnommen und dem Bohrprozess zugeführt werden - wie oben beschrieben - oder unmittelbar nach dem Kombinieren einzelner Bohrstangen 12 das resultierende Bohrgestängeelement 14 dem Bohrprozess zugeführt werden - wie ebenfalls oben beschrieben.Specifically, therefore, by means of the handling device 20 by continuously picking up new boring bars 12 - As described above - and combining individual drill rods 12 to drill pipe elements 14 - As also described above - a successive filling the finger stage 38 with stands possible and completely independent of the otherwise continued drilling operation. While filling the finger stage 38 can by means of the handling device 20 If necessary, a drill pipe element 14 from the finger stage 38 removed and fed to the drilling process - as described above - or immediately after combining individual drill rods 12 the resulting drill string element 14 fed to the drilling process - as also described above.
Die Darstellung in 12 zeigt eine Momentaufnahme, bei der mittels der Handhabungsvorrichtung 20 ein Bohrgestängeelement 14 aus der Fingerbühne 38 entnommen wurde und lotrecht unter der Handhabungsvorrichtung 20 in deren Werkzeug 64 hängt. Das aufgenommene Bohrgestängeelement 14 soll dem Bohrprozess zugeführt werden. Die Handhabungsvorrichtung 20 befindet sich entsprechend in einer Warteposition und es wird abgewartet, bis der Topdrive 36 in Mast 10 ausreichend weit in Richtung auf die Mastkrone nach oben gefahren ist, bis das aufgenommene Bohrgestängeelement 14 mittels der Handhabungsvorrichtung 20 unter dem Topdrive 36 auf Bohrlochmitte gebracht werden kann, wie dies in der in 13 dargestellten Momentaufnahme gezeigt ist. Das so positionierte Bohrgestängeelement 14 wird in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise am unteren Ende (auf Drillfloorebene) mittels einer dafür vorgesehenen Maschine, insbesondere einer Maschine in Form von oder nach Art eines sogenannten Iron Roughneck, mit dem oberen Ende des Bohrstrangs verbunden. Das obere Ende des Bohrgestängeelements 14 wird zuvor oder anschließend in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise an den Topdrive 36 gekoppelt. Dann kann das Werkzeug 64 (manuell, automatisch oder durch einen Bediener ferngesteuert) geöffnet und das Bohrgestängeelement 14 aus der Handhabungsvorrichtung 20 gelöst werden.The representation in 12 shows a snapshot, in which by means of the handling device 20 a drill pipe element 14 from the finger stage 38 was taken and perpendicular under the handling device 20 in whose tool 64 hangs. The recorded drill pipe element 14 should be fed to the drilling process. The handling device 20 is accordingly in a waiting position and it is waited until the Topdrive 36 in mast 10 moved sufficiently far towards the mast crown, until the recorded Bohrgestängeelement 14 by means of the handling device 20 under the top drive 36 can be brought to the center of the hole, as in the 13 shown snapshot is shown. The thus positioned drill pipe element 14 is connected in a basically known manner at the lower end (on the drill floor level) by means of a dedicated machine, in particular a machine in the form of or in the manner of a so-called Iron Roughneck, with the upper end of the drill string. The upper end of the drill pipe element 14 is previously or subsequently in basically known manner to the Topdrive 36 coupled. Then the tool can 64 (Remote controlled manually, automatically or remotely by an operator) and the drill pipe element 14 from the handling device 20 be solved.
In den Darstellungen in 11, 12 und 13 ist eine dem Mast 10 zugewandte Ausnehmung 74 in der Fingerbühne 38 erkennbar, welche eine Vertikalbewegung der Handhabungsvorrichtung 20 von einer Position oberhalb der Fingerbühne 38 zu einer Position unterhalb der Fingerbühne 38 und umgekehrt - also gewissermaßen ein „Durchfahren“ der Fingerbühne 38, erlaubt.In the illustrations in 11 . 12 and 13 is one of the mast 10 facing recess 74 in the finger stage 38 recognizable, which is a vertical movement of the handling device 20 from a position above the finger stage 38 to a position below the finger stage 38 and vice versa - so to speak a "passing through" the finger stage 38 , allowed.
Die Ermittlung der Bewegungsbahnen für das Werkzeug 64 erfolgt in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise zum Beispiel mittels einer Koordinatentransformation aus einem kartesischen Koordinatensystem in ein Zylinderkoordinatensystem. In dem kartesischen Koordinatensystem werden der Start- und Endpunkt einer geplanten Bewegungsbahn und ggf. einzelne Stützpunkte auf einer solchen Bewegungsbahn oder eine Vielzahl von solchen Stützpunkten vorgegeben. Zu jedem derartigen Punkt und dessen kartesischen Koordinaten (x, y, z) ergibt sich mittels der Koordinatentransformation ein Äquivalent im Zylinderkoordinatensystem. Aus den resultierenden Koordinaten (r, φ, h) im Zylinderkoordinatensystem ergeben sich direkt die zugehörigen Positionen der einzelnen Freiheitsgrade der Handhabungsvorrichtung 20, nämlich die vertikale Position h entlang der z-Achse (h = z), das Verschwenken des Armsegments 62 um den Winkel α um die Schwenkachse R2 (α = arc sin (r/l); l = Länge des Armsegments 62, r = √[x2+ y2]) und das Drehen des Schultersegments 60 um den Winkel φ um die Drehachse R1 (φ = arc sin (y/r). Die Berechnung der jeweils notwendigen Positionen der einzelnen Freiheitsgrade der Handhabungsvorrichtung 20 und die Generierung entsprechender Steuersignale 80 zur Ansteuerung der zur Bewegung der Handhabungsvorrichtung vorgesehenen Aggregate (zum Beispiel: Winde 40 zur Beeinflussung der Vertikalposition; Aktor 66 zur Beeinflussung der Schwenkposition des Armsegments 62; Elektro- oder Hydraulikmotor zum Antrieb der Drehverbindung zur Beeinflussung der Drehposition des Schultersegments 60) erfolgt mittels einer zum automatischen oder teilautomatischen Betrieb der Handhabungsvorrichtung 20 vorgesehenen Steuerungseinrichtung 76 (14), zum Beispiel einer Steuerungseinrichtung 76 in Form einer speicherprogrammierbaren Steuerung oder dergleichen.The determination of the trajectories for the tool 64 takes place in a basically known manner, for example by means of a coordinate transformation from a Cartesian coordinate system into a cylindrical coordinate system. In the Cartesian coordinate system, the start and end points of a planned trajectory and possibly individual bases on such a trajectory or a plurality of such bases are given. For each such point and its Cartesian coordinates (x, y, z), the coordinate transformation yields one equivalent in the cylindrical coordinate system. From the resulting coordinates (r, φ, h) in the cylindrical coordinate system, the corresponding positions of the individual degrees of freedom of the handling device 20, namely the vertical position h along the z-axis (h = z), result directly from the pivoting of the arm segment 62 by the angle α about the pivot axis R2 (α = arc sin (r / l); l = length of the arm segment 62 , r = √ [x 2 + y 2 ]) and turning the shoulder segment 60 by the angle φ about the rotation axis R1 (φ = arc sin (y / r).) The calculation of the respectively necessary positions of the individual degrees of freedom of the handling device 20 and the generation of corresponding control signals 80 for controlling the units provided for moving the handling device (for example: winch 40 for influencing the vertical position; actuator 66 for influencing the pivoting position of the arm segment 62 ; Electric or hydraulic motor for driving the rotary joint for influencing the rotational position of the shoulder segment 60 ) by means of a for automatic or semi-automatic operation of the handling device 20 provided control device 76 ( 14 ), for example a control device 76 in the form of a programmable logic controller or the like.
Die Darstellung in 14 zeigt abschließend in schematisch stark vereinfachter Form die erwähnte Steuerungseinrichtung 76, die in an sich bekannter Art und Weise eine Verarbeitungseinheit in Form von oder nach Art eines Mikroprozessors und einen Speicher aufweist, in den ein beim und zum Betrieb der Handhabungsvorrichtung 20 ausgeführtes und als Steuerungsprogramm der Handhabungsvorrichtung 20 fungierendes Computerprogramm 78 geladen ist. Unter Kontrolle der Steuerungseinrichtung 76 bzw. des mittels der Steuerungseinrichtung 76 ausgeführten Computerprogramms 78 werden Steuersignale 80 zur Ansteuerung der zum Bewegen der Handhabungsvorrichtung 20 bestimmten Aggregate generiert und diese werden in an sich bekannter Art und Weise mit dem jeweiligen Steuersignal 80 oder den jeweiligen Steuersignalen 80 beaufschlagt. Dabei handelt es sich zum Beispiel um die folgenden Aggregate: Winde 40, Hydraulikaggregat 58 und Motor 82. Die Winde 40 oder ein vergleichbares Aggregat ist zum vertikalen Bewegen der Handhabungsvorrichtung 20 im oder am Mast 10 vorgesehen. Das Hydraulikaggregat 58 ist zum Erzeugen eines Drucks zum Bewegen des Aktors 66 und entsprechend zum Verschwenken des Armsegments 62 um die Schwenkachse R2 vorgesehen. Der Motor 82, zum Beispiel ein Motor 82 in Form eines Hydraulik- oder Elektromotors, ist dem Drehantrieb zum Drehen des Schultersegments 60 um die Drehachse R1 zugeordnet. Die Bewegung der Handhabungsvorrichtung 20 kann automatisch, teilautomatisch oder im sogenannten Handbetrieb erfolgen. Im Handbetrieb fährt ein Bediener die Handhabungsvorrichtung 20 gewissermaßen „auf Sicht“ und betätigt dafür in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise einzelne oder mehrere Bedienelemente an einer Bedieneinrichtung, zum Beispiel einem Steuerpult oder dergleichen. Eine Betätigung eines Bedienelements wird mittels der Steuerungseinrichtung 76 erkannt und ausgewertet und mittels der Steuerungseinrichtung 76 werden automatisch Steuersignale generiert, welche eine Aktivierung des oder jedes für die jeweils notwendige Bewegung der Handhabungsvorrichtung 20 notwendigen Aggregats bewirken. Beim teilautomatischen Betrieb kann zum Beispiel durch das Betätigen eines Bedienelements das Verfahren der Handhabungsvorrichtung 20 in eine bestimmte Position, zum Beispiel die untere Position U oder die Fingerbühnenposition, ausgelöst werden. Im Rahmen der Teilautomatik wird dann zum Beispiel vor oder im Zusammenhang mit einer Vertikalbewegung der Arm 54 in eine lotrechte Stellung gebracht oder die Vertikalbewegung bleibt solange gesperrt, bis der Arm 54 lotrecht hängt. Bei einem automatischen Betrieb können unterschiedlich umfangreiche Bewegungssequenzen automatisch und grundsätzlich ohne die Notwendigkeit eines Benutzereingriffs ablaufen, zum Beispiel das Abstellen einer Bohrstange 12 im Mauseloch 72, das Aufnehmen einer extern zugeführten Bohrstange 12 und ein anschließendes Abstellen im Mauseloch 72, das Verbinden mehrerer extern zugeführter Bohrstangen 12 zu einem Bohrgestängeelement 14, das Verbinden mehrerer extern zugeführter Bohrstangen 12 zu einem Bohrgestängeelement 14 und das abschließende Abstellen in der Fingerbühne 38 und so weiter.The representation in 14 finally shows in schematically greatly simplified form the mentioned control device 76 comprising, in a manner known per se, a processing unit in the form of or in the nature of a microprocessor, and a memory in which a and during operation of the handling device 20 executed and as a control program of the handling device 20 functioning computer program 78 is loaded. Under the control of the control device 76 or by means of the control device 76 executed computer program 78 become control signals 80 for controlling the movement of the handling device 20 generated specific aggregates and these are in a conventional manner with the respective control signal 80 or the respective control signals 80 applied. These are, for example, the following aggregates: winch 40 , Hydraulic unit 58 and motor 82 , The winds 40 or a similar aggregate is for vertically moving the handling device 20 in or on the mast 10 intended. The hydraulic unit 58 is for generating a pressure for moving the actuator 66 and provided in accordance with the pivoting of the arm segment 62 about the pivot axis R2. The motor 82 , for example, a motor 82 in the form of a hydraulic or electric motor, is the rotary drive for rotating the shoulder segment 60 assigned to the rotation axis R1. The movement of the handling device 20 can be automatic, semi-automatic or in the so-called manual mode. In manual mode, an operator drives the handling device 20 as it were "on sight" and actuates it in principle known per se one or more controls on an operating device, for example a control panel or the like. An actuation of a control element is by means of the control device 76 recognized and evaluated and by means of the control device 76 Control signals are generated automatically, which is an activation of the or each for the respectively necessary movement of the handling device 20 effect necessary aggregate. In semi-automatic operation, for example, by operating an operating element, the method of the handling device 20 in a certain position, for example, the lower position U or the finger stage position, are triggered. In the context of the semi-automatic then, for example, before or in connection with a vertical movement of the arm 54 placed in a vertical position or the vertical movement remains locked until the arm 54 vertically depends. In an automatic operation, different levels of motion sequences can be performed automatically and, in principle, without the need for user intervention, for example, placing a drill rod 12 in the mouse hole 72 , picking up an externally fed boring bar 12 and then placing it in the mouse hole 72, connecting a plurality of externally supplied drill rods 12 to a drill string member 14 , connecting several externally fed boring bars 12 to a drill string member 14 and the final shutdown in the finger stage 38 and so on.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch das oder die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.While the invention has been further illustrated and described in detail by the exemplary embodiment, the invention is not limited by the disclosed or disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.
Einzelne im Vordergrund stehende Aspekte der hier eingereichten Beschreibung lassen sich damit kurz wie folgt zusammenfassen: Es werden eine Handhabungsvorrichtung 20 zur Verwendung im Mast 10 einer Bohranlage und zum Bewegen von Bohrstangen 12 oder Bohrgestängeelementen 14 sowie ein Verfahren zu deren Betrieb angegeben. Die Handhabungsvorrichtung 20 umfasst eine im oder am Mast 10 vertikal bewegliche Basis 52 und an der Basis 52 einen um eine Drehachse R1 beweglichen Arm 54. Die Drehachse R1 verläuft parallel oder zumindest im Wesentlichen parallel zum Mast 10 oder einer Bewegungsbahn (Handhabungsvorrichtungsmittelachse A2) der Handhabungsvorrichtung 20 im oder am Mast 10. Der um die Drehachse R1 drehbewegliche Arm 54 ist zusätzlich schwenkbeweglich, nämlich um zumindest eine Schwenkachse R2 schwenkbar. Die Schwenkachse R2 liegt in einer Ebene senkrecht oder zumindest im Wesentlichen senkrecht zum Mast 10 oder der Bewegungsbahn (Handhabungsvorrichtungsmittelachse A2) der Handhabungsvorrichtung 20 im oder am Mast 10. Am freien Ende des Arms 54 umfasst die Handhabungsvorrichtung 20 ein insbesondere bewegliches Werkzeug 64 zum Erfassen eines Abschnitts eines Endes einer Bohrstange 12 oder eines Endes eines Bohrgestängeelements 14.Individual aspects in the foreground of the description submitted here can thus be briefly summarized as follows: There will be a handling device 20 for use in the mast 10 a drilling rig and for moving boring bars 12 or drill pipe elements 14 and a method for their operation specified. The handling device 20 includes one in or on the mast 10 vertically movable base 52 and at the base 52 an arm 54 which is movable about an axis of rotation R1. The axis of rotation R1 runs parallel or at least substantially parallel to the mast 10 or a trajectory (handling device center axis A2) of the handling device 20 in or on the mast 10 , The rotatable about the rotation axis R1 arm 54 is additionally pivotable, namely pivotable about at least one pivot axis R2. The pivot axis R2 lies in a plane perpendicular or at least substantially perpendicular to the mast 10 or the trajectory (handling device center axis A2) of the handling device 20 in or on the mast 10 , At the free end of the arm 54 For example, the handling device 20 includes a particularly movable tool 64 for engaging a portion of one end of a drill rod 12 or one end of a drill string member 14 ,
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
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1010
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Mastmast
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1212
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Bohrstangedrill rod
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1414
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Bohrgestängeelementdrill string
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16, 1816, 18
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(frei)(free)
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2020
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Handhabungsvorrichtunghandling device
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22, 2422, 24
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(Mast-) Eckstiel(Mast) cornerstalk
-
26, 28 26, 28
-
Führungsprofilguide profile
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30, 3230, 32
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FührungsgegenprofilComplementary guide profile
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3434
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Travelling BlockTraveling Block
-
3636
-
TopdriveTopdrive
-
3838
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Fingerbühneracking
-
4040
-
Windewinch
-
4242
-
Umlenkrolleidler pulley
-
44, 46, 4844, 46, 48
-
(frei)(free)
-
5050
-
Bohrlochöffnungdrill hole opening
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5252
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Ober-/BasisteilUpper / base
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5454
-
Unterteil, Gelenkarm, ArmLower part, articulated arm, arm
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5656
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WinchWinch
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5858
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Hydraulikaggregathydraulic power unit
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6060
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Schultersegmentshoulder segment
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6262
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Armsegmentarm segment
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6464
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WerkzeugTool
-
6666
-
Aktoractuator
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6868
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(frei)(free)
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7070
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DrillfloorDrill Floor
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7272
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Mauselochmouse hole
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7474
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Ausnehmungrecess
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7676
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Steuerungseinrichtungcontrol device
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7878
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Computerprogrammcomputer program
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8080
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Steuersignalcontrol signal
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8282
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Motorengine
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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US 7246983 [0002]US 7246983 [0002]
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US 2016312548 A [0008]US 2016312548 A [0008]
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WO 2014179727 A1 [0009]WO 2014179727 A1 [0009]
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US 7967540 [0010]US 7967540 [0010]
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US 6997265 [0011]US 6997265 [0011]
