EP2470747B1 - Handling device for drill pipes, especially devices known as pipe handlers or top drives with pipe handlers, and operating method therefor - Google Patents

Handling device for drill pipes, especially devices known as pipe handlers or top drives with pipe handlers, and operating method therefor Download PDF

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EP2470747B1
EP2470747B1 EP10748058.4A EP10748058A EP2470747B1 EP 2470747 B1 EP2470747 B1 EP 2470747B1 EP 10748058 A EP10748058 A EP 10748058A EP 2470747 B1 EP2470747 B1 EP 2470747B1
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EP
European Patent Office
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top drive
elevator
elevator bail
deflection
measuring cylinder
Prior art date
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Active
Application number
EP10748058.4A
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German (de)
French (fr)
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EP2470747A1 (en
Inventor
Bernd Hofste
Jürgen VOLKERS
Johannes Moss
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Bentec Drilling and Oilfield Systems GmbH
Original Assignee
Bentec Drilling and Oilfield Systems GmbH
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Publication date
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B19/00Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables
    • E21B19/02Rod or cable suspensions
    • E21B19/06Elevators, i.e. rod- or tube-gripping devices
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B19/00Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables
    • E21B19/08Apparatus for feeding the rods or cables; Apparatus for increasing or decreasing the pressure on the drilling tool; Apparatus for counterbalancing the weight of the rods
    • E21B19/087Apparatus for feeding the rods or cables; Apparatus for increasing or decreasing the pressure on the drilling tool; Apparatus for counterbalancing the weight of the rods by means of a swinging arm

Definitions

  • the invention relates to a handling device for drill pipe in deep wells, z. B. for oil and Erdgasexploration.
  • a handling device for drill pipe in deep wells, z. B. for oil and Erdgasexploration.
  • the term "pipe handler” has prevailed in specialist terminology and accordingly, the term “pipe handler” is used interchangeably with the term “handling unit for drill pipe” in the following.
  • a pipe handler is part of a so-called top drive, that is to say the drive unit which is vertically movable in the mast of a drilling rig and which rotates with a drive unit, usually a motor, which rotates the drill pipe for the drilling operation.
  • the Topdrive is divided into a fixed and a rotatable part.
  • the fixed part comprises the drive unit and via the fixed part, the supply of electrical energy and the connection for receiving or delivering electrical signals to control and / or monitoring of the top drive.
  • the rotatable part is the pipehandler and the aggregates of the pipehandler are supplied via a hydraulic rotary feedthrough between fixed and rotatable part of the top drive, namely by hydraulic actuators, in particular pressure cylinder, and the like are pressurized with a hydraulic fluid, for. B. for moving so-called elevator bracket or to activate a provided on a so-called Torquearm holding pliers for drill pipe.
  • top drive with two swiveling elevators known, with the top drive a rotational orientation is detected.
  • the detection of a rotational orientation of the top drive can be used to allow a pivoting of the elevator bracket only in a suitable rotational orientation.
  • Pivoting mobility is provided especially for the elevator hanger of the pipe handler, because the elevator hanger (usually two) carries at its end a so-called boom elevator to remove drill string members from a bearing and to feed the removed drill string member to the holding tongs at the end of the torque arm.
  • a certain amount of drill string elements is normally stored for storage vertically adjacent to or on the mast of the drilling rig and for this purpose a so-called finger platform is provided which is located on the mast in the region of the upper end of the stored drill string elements. So far, the removal of drill string elements takes place from its storage position or the reverse path, namely the placement of drill string elements in one
  • the Topdrive is moved to a corresponding vertical position in the mast, which allows a recording or shutdown of drill string elements.
  • the or each elevator bar is pivoted and a drill pipe element is picked up or stored with the boom elevator.
  • Unfavorable in previous implementations is that it is essentially left to the attention of the operating personnel to carry out necessary control operations for initiating and concluding such handling operations.
  • z. B. after the shutdown of a drill pipe element, the elevators remain pivoted, a downward movement of the top drive is usually not possible without doing touching the ends of an elevator arm with the finger stage or other elements in or on the mast of the rig should be obtained.
  • Particularly critical is when it causes damage to the mast of the rig or parts of the same, which can lead to personal injury in the worst case, for. By damaging the finger stage that is normally entered by operating personnel to pick up or place drill pipe elements.
  • a pipehandler as a drill pipe handling unit, a topdrive with such a pipehandler, and a method of operating or using these units, wherein the above mentioned. Disadvantages are avoided, in particular to provide appropriate devices and methods with which a position monitoring of the pipe handler or for the pipe handler and / or the top drive with pipehandler is possible.
  • the handling unit in addition to a fixed drive unit, are on the part of the pipehandler means for detecting a position of the at least one Elevatorbügels and means for forwarding a related position information and on the part of the fixed part of the Topdrives with better ways to receive and forward signals, in particular electrical Signals, for controlling and / or monitoring of the top drive means for obtaining the position information and means for deriving a forwardable signal from the position information provided.
  • the term “the elevator bar” is used and reference is made to the currently used embodiment with two elevator bars.
  • the term “the elevator bar” means in each case “at least one or more, in particular two elevator bars” but also “the elevator bar, each elevator bar or at least one of the elevator bars”.
  • the means for detecting the position of the elevator bracket is a first measuring cylinder.
  • the forwarding of the position information acquired with the first measuring cylinder is then carried out by the rotatable part of the top drive, that is from the handling unit - the pipe handler - to the fixed part of the top drive, ie beyond the center of rotation located between the two parts of the top drive.
  • the advantage of the invention is that with the inclusion of information about the position of the elevator bracket (position information), a signal can be derived, by which it can be seen whether a vertical movement of the top drive or a rotational movement of the pipe handler is certainly possible. Automatic, but also manually triggered or triggerable movement processes in the mast of the drilling rig can then be linked to this information in order to reliably avoid dangerous states.
  • a pipe handler normally comprises a pivotable, so-called tilt arm, the pivoting movement of which is transmitted to the elevators; the Elevatorbügel are pivotable by the tilt arm under the influence of or each actuator.
  • the detection of a position of the elevator bracket on the tilt arm because on the one hand the deflection is proportional to the deflection of the elevator bracket and on the other hand with only one position detection position information for the z.
  • the pipehandler elevator bracket there is two included by the pipehandler elevator bracket.
  • the pipe handler acts as a rotatable member in a top drive with a fixed and a rotatable part, said fixed means that the relevant part of the Topdrives is rotationally fixed after a vertical mobility, such as when lowering or Raising the drill pipe is possible and necessary at any time.
  • the position information can manifest itself in various forms. There are electrical signals and electrical signals a leadless or wired transmission, generally signals in electromagnetic form, ie z. As well as light signals in the visible or non-visible area and the like, into consideration, which are also transferable or lead-bound transferable, acoustic signals or signals that are transferable by hydraulic or pneumatic means or the like and combinations of all the above. If the position information is an electrical signal, preferably a forwarding via a slip ring arrangement from the rotatable part to the stationary part of the top drive comes into consideration. Alternatively or additionally, the position information can be transmitted wirelessly by a transmitter on the rotatable part of the top drive to a receiver, in particular a receiver on the fixed part of the top drive.
  • the wireless transmission in particular radio signals, infrared signals, but also a electromagnetic signal transmission using conventional protocols, eg. As Bluetooth, GSM, etc., into consideration.
  • a transmitter / receiver combination for the wireless transmission of position information is preferably a local power supply into consideration.
  • the wireless transmission of position information obviates the need to provide a slip ring transmission over the pivot point between the two parts of the top drive. Then it is favorable if not the necessary power supply of the transmitter requires the slip ring transmission again. Accordingly, it can be provided that the transmitter is assigned a local energy source, for. As a battery or the like.
  • the data transmission between transmitter and receiver comprises not only the position information but also a so-called sign of life which is output by the transmitter at predefined or predefinable times or cyclically and to which the receiver with regular receipt, the intact communication relationship is registered and forwarded. If the sign of life fails an error message or the like is triggered, on the one hand makes the staff aware of a necessary maintenance intervention and / or on the other hand with regard to plant safety as an indication of possibly maximally pivoted elevator bracket in the plant control, after no more positional information is present in an interrupted communication relationship and, accordingly, to avoid damage to property or personal injury, a potentially critical deflection of the elevator hanger should be assumed.
  • Other options for local energy supply consist in the use of solar cells or in the generation of the electrical energy necessary for the operation of the transmitter with the deflection of the elevator bracket itself.
  • the first measuring cylinder is a hydraulic measuring cylinder and the position information can be forwarded via a hydraulic rotary feedthrough existing between stationary and rotatable part of the top drive, one or more free ones being used for forwarding the position information so-called ports of the hydraulic rotary feedthrough can be used.
  • This hydraulic forwarding of the position information is particularly advantageous because special conditions apply to the field of application on a drilling rig, especially if explosion protection is to be ensured.
  • sparking is never be completely excluded, so that for explosive areas only special, so-called "ex" devices are used, which are in some cases many times more expensive compared to corresponding conventional devices. With a hydraulic signal transmission no sparking is to be obtained. Accordingly, the hydraulic signal transmission is not critical for hazardous areas and a use of expensive special equipment is unnecessary.
  • a second measuring cylinder for receiving the position information from the first measuring cylinder is provided on the stationary part of the top drive. From a respective position of the second measuring cylinder can then, z. B. with a displacement measuring system, the z. B. detects the position of a movable piston in the second measuring cylinder, derive an electrical signal that is a measure of the position (deflection) of the elevator bracket recorded position information.
  • first and second measuring cylinders are hydraulically connected in two channels, ie from a bottom side of the first measuring cylinder to a bottom side of the second measuring cylinder and from a side of the first measuring cylinder to a side of the second measuring cylinder. Then any disruptions of the forwarding of the position information, in contrast to a single-channel forwarding, ie a connection z. B. only between the two bottom sides, recognized and optionally even compensated directly. The position information thus reaches with significantly increased security to the second measuring cylinder.
  • a cylinder comes with a rod both on the bottom side and also on the rod side into consideration, wherein in each case a distance measuring system is assigned to each one rod.
  • the derivation of an electrical signal from a flow rate through a hydraulic connecting line from the first measuring cylinder does not necessarily require a second measuring cylinder with piston and the like, but instead of the second measuring cylinder can also occur a surge tank.
  • An alternative, preferred embodiment of means for detecting a position of the elevator bracket on Pipehandler and forwarding a related position information is in a Topdrive for handling drill pipe elements with a fixed and a rotatable part, the pipehandler, wherein the rotatable part under the influence of at least one actuating element in that the or each actuator is acting as a slave hydraulic cylinder, that the or each acts as a slave hydraulic cylinder directly or indirectly, namely by one or more acting as a donor hydraulic cylinder, is operable and that for detecting a Position of the Elevatorbügel and for forwarding a related position information means for deriving an electrical signal from a respective position of at least one encoder and / or from a flow rate through ei ne hydraulic connection line between the encoder and slave, so at least one encoder and a slave, or a hydraulic connection line to the slave are provided.
  • a limit switch is sufficient to provide positional information that the elevator bar or an elevator bar is pivoted about at least one particular deflection that allows unwanted contact with parts in or on the mast of the rig.
  • a pair of limit switches it is possible to detect at least two positions with respect to the deflection of the elevator bracket, z. B. a position in which hang the elevator bracket vertically or substantially vertically from the pipe handler and insofar no risk of contact of parts in or on the mast is to get, and another position in which a related "danger zone" begins. With other limit switches, a possible maximum deflection of the elevator bracket can be detected.
  • a limit switch for detecting the rest position, may be provided, which makes preferably minor deflections next to the rest position still recognizable as a rest position, or there are two limit switches provided which respond at each minor deflections, so that it can be assumed that when occupying none of these Limit switch and a preceding corresponding assignment order of the other limit switch, the elevator bracket in the area defined by these two limit switches as rest position.
  • a displacement measuring system can be considered as means for deriving an electrical signal from a respective position of the second measuring cylinder or the encoder.
  • the position measuring system supplies an analog signal as a measure of a position of the elevator bracket and is so much more accurate than a derivative of an electrical signal with one or more limit switches.
  • an electrical signal is a flow sensor into consideration, which monitors a flow rate through the hydraulic connection line between the encoder and slave and z. B. integrated.
  • the signal supplied by the flow sensor is thus, just as in the derivation of an electrical signal from the flow rate through a hydraulic connecting line between the first and second measuring cylinder, an analog signal that is a measure of a position of the elevator bracket.
  • the object is also achieved by a method for operating a top drive as described here and below by a detected position of the elevator bracket for releasing or blocking a vertical movement of the top drive in a mast of a drilling rig, in particular for releasing or blocking an electrical signal to trigger a Vertical movement of the topdrive is used.
  • the detected position is used for a logical combination of signals that can lead to a vertical movement of the top drive. Such a signal can result in a manual, set-up or automatic mode and in every situation should be ensured that no vertical movement of the top drive is possible, if due to the position of the elevator bracket unwanted contact with parts in or on the mast is possible.
  • the release or blocking of the vertical movement takes place as a function of a vertical position of the top drive.
  • This aspect of the invention takes into account that certain vertical positions or -positions Schemee the top drive for a vertical movement are not critical even with pivoted elevator arms, while for other positions or position ranges, the desired with the invention monitoring is advantageous This is taken into account when the release or Locked the vertical movement in response to a vertical position of the top drive.
  • a release or lock a pivoting movement of the elevator bracket takes place in dependence on a vertical position of the top drive. This makes it possible to ensure that in a basically collision-prone vertical position of the top drive, no or only limited pivoting of the elevator arms or at least only pivoting of the elevator arms in the direction of their rest position is possible.
  • a particularly preferred embodiment combines the mutual locks and releases for the elevator hanger and the topdrive.
  • a maximum value for the pivotability of the elevator arms can be specified for each vertical position or for certain vertical position ranges.
  • Around the range of motion of the top drive results in an imaginary envelope ("envelope") up to which the elevator arms may be pivoted maximum.
  • envelope an imaginary envelope
  • the envelope surface or a quantity of individual interpolation points on the enveloping surface provided for its electronic processing, the collision-free activation of the elevator hoop and the top drive can be achieved. If, in a vertical position of the top drive, the elevator bows are only pivoted so far that the envelope is not reached, further pivoting of the elevator bails and / or vertical movement of the top drive is possible.
  • the envelope can also be used to derive allowable intermediate positions in a composite movement, ie a vertical movement of the top drive and a simultaneous pivoting of the elevator arms.
  • a composite movement ie a vertical movement of the top drive and a simultaneous pivoting of the elevator arms.
  • the elevator bar should be pivoted maximum, a maximum allowable value for the deflection of the elevator bracket is determined in the downward movement of the top drive on the basis of the envelope and the elevator bracket are pivoted during the movement of the top drive accordingly.
  • the ends of the elevator arms then "glide" along the imaginary envelope, and as soon as the target position for the Topdrive has been reached, the elevator arms have already reached or at least largely reached their target position.
  • a current position of the elevator arm for later starting detectable (teach)
  • a later start-up of the position of the pivoted elevator arm stored in this way becomes possible on account of the position detection of the elevator hanger, which is initially provided for avoiding danger.
  • a stored position of the elevator bracket is to be restarted at a later time, by actuating a second control element or by a second operation of a control element in an operating sequence, the first provided for pivoting the elevator arm actuator can be activated so that the pivoting of the elevator bracket begins.
  • This pivoting process can be monitored by the now available position information and the stored value can be compared as a Elevatorbügelsollwert with a respective instantaneous value (Elevatorbügelistwert) in a conventional manner.
  • a deactivation of the Actuating element ie a termination of the pivoting movement when the elevator arm setpoint and Elevatorbügelistwert match within predetermined or predeterminable tolerances.
  • any other suitable form of control may be used (eg, PI, PID, etc.) to achieve even more repeatability in approaching the stored elevator bar position.
  • topdrive target position that upon actuation of the first operating element (or in a first actuation of a control element) and a current vertical position of the top drive is stored as Topdrive target position that upon actuation of the second control element (or the second actuation of the control element) and an aggregate is activated for the vertical movement of the top drive, that a vertical position which changes with a vertical movement of the top drive is compared with the topdrive setpoint position as topdrive actual position and the unit is deactivated for vertical movement of the topdrive, if topdrive setpoint and actual position are within predefined or predefinable tolerances match.
  • This aspect of the invention is an extension of the possibility for approaching stored positions in connection with a pivoting of the elevator bracket also on the top drive itself, so that by appropriate operations a composite or combined movement can be triggered, which relieves the operating staff for recurring tasks to a considerable extent ,
  • activation of the unit for vertical movement of the top drive and activation of the actuating element triggering the pivoting movement of the elevator bracket take place simultaneously or successively, in particular in such succession that initially the vertical movement of the top drive and then the pivoting movement of the elevator bracket takes place.
  • a sequence of movements, in which the vertical movement of the Topdrives is first triggered, has the advantage that the Topdrive (usually) is in a position after the completion of this movement, which allows a pivoting of the Elevatorbügel otherwise difficult to achieve coordination of the two Movements can then remain under.
  • a simple possibility for coordinating the movement sequences consists in determining specific position ranges for the vertical position of the top drive and associating with each such position range in a control program a maximum deflection of the at least one elevator bracket, eg the envelope described above.
  • the coordinated movement can then be done so that z. B. when lifting the Topdrives and simultaneous pivoting of the elevator bracket in each achieved when lifting the top drive range of motion pivoting or further pivoting of the elevator bracket up to each set for this range of motion maximum position takes place.
  • the elevator bars are already pivoted by an initial value and reaching the predetermined target position for the elevator bar is correspondingly faster.
  • approachable positions are in particular a position above a so-called mouse hole for receiving there drill pipe elements, a so-called overdrive position in which the elevator bar are pivoted laterally to allow a maximum lowering of the top drive, so that a lifting of downhole located BohrgestShe is possible and a finger stage position, as it is necessary for receiving placed there drill pipe elements.
  • FIG. 1 shows as part of a drilling rig a mast 10 with associated substructure 12 on the mast 10 is in a conventional manner, a so-called finger stage 14, the finger covered metal bars or metal profiles are, for upright, so vertical storage of cut off there drill pipe elements are provided.
  • a so-called Topdrive 16 is mounted in the mast 10 in a manner known per se, which (not shown, only indicated by dashed lines) during operation of the drilling rig for lowering or raising the drill string 18 and for rotating the drill string 18 is provided for effecting the drilling operation ,
  • the top drive 16 hangs on a roller block 20.
  • the roller block 20 and a crown block 22 located in the area of a mast crown act together like a block and tackle.
  • a pull rope (not shown) for a vertical movement of the top drive 16 to an intended in the field of drilling rig unit, z. B. a driven by an electric motor winch 23.
  • For the vertical movement of the top drive 16 is held in guide rails 24.
  • FIG. 2 shows the Topdrive 16 FIG. 1 with more details.
  • the top drive 16 includes a fixed portion 26 and a rotatable portion 28.
  • the fixed portion 26 includes the drive for moving the rotatable portion 28, e.g. B. in the form of a motor.
  • the fixed part 26 of the top drive 16 is also referred to as a drive unit and means fixed that it is the non-rotatable Teit the top drive 16th acts, which is vertically movable in total in the guide rails 24.
  • the rotatable part 28 of the top drive 16 is referred to in the technical terminology and accordingly also as a pipehandler and comprises at least one pivotable elevator bracket 30 and at least one actuating element 32 for effecting the pivoting operation of the or each elevator bracket 30.
  • two elevator bracket 30 and Each elevator bar 30, an actuator 32 (only one visible) available.
  • the use of the input explained "elevator buckle" with the defined scope of meaning is continued accordingly.
  • the elevator bars 30 are oriented substantially vertically, ie the elevator bars 30 hang vertically downwards. At least in such a position, a vertical movement of the top drive 16 on the guide rails 24 in the mast 10 is possible without the risk of collision with parts in or on the mast 10 to be obtained for the elevator bar 30, z. B. with the finger stage 14 ( FIG. 1 ) or one of the guide rails 24.
  • the actuator 32 does not act directly on the Elevatorbügel30, but first on a so-called Tiltarm 34, which in turn acts on the buckles 30 so that a triggered by the at least one actuator 32 pivoting the Tiltarms 34 pivoting the Elevator bracket 30 pulls.
  • the actuator 32 is often referred to in the terminology as Tiltzylinder.
  • Topdrives 16 or its Pipehandler - for the invention are a so-called Torquearm 36 and provided at the lower end holding pliers 38 for drill pipe.
  • a first and second measuring cylinder 40, 42 are provided in the illustrated embodiment of the top drive 16.
  • the first measuring cylinder 40 is actuated with each movement of the tilt arm 34 and a hydraulic connection between first and second measuring cylinders 40, 42, such that an actuation of the first measuring cylinder 40 by the tilt arm 34 affects a position of the second measuring cylinder 42 via a hydraulic rotary feedthrough 44 between stationary Part 26 and rotatable part 28 of the top drive 16 out.
  • This hydraulic rotary feedthrough 44 reaches z.
  • hydraulic fluid from the fixed part 26 of the Topdrives 16 for pivoting the elevator bracket 30 to the or each designated actuator 32 As well as hydraulic fluid from the fixed part 26 of the Topdrives 16 for pivoting the elevator bracket 30 to the or each designated actuator 32.
  • hydraulic rotary feedthrough 44 is for each such hydraulic connection between the two parts 26, 28 of the Topdrives 16 a known per se , so-called port provided, and for the connection between the first and second measuring cylinder 40, 42 an additional port (or ports) is provided or a previously free port (or ports) is used.
  • FIG. 3 2 shows a schematically simplified representation of the operative relationship between the first and second measuring cylinders 40, 42.
  • the two measuring cylinders 40, 42 are cylinders, in particular hydraulic or pneumatic cylinders, with a piston 48 guided in a manner known per se on a rod 46
  • the first measuring cylinder 40 is actuated by the tilt arm 34 during a pivoting movement of the elevator bracket 30.
  • the arrow on the right side of the rod 46 of the first measuring cylinder 40 is intended to indicate this influence.
  • First and second measuring cylinder 40, 42 are connected for this purpose by a line 52, in particular hydraulic line, and the connection effected in this way also includes the in FIG. 3 only shown as a dashed line hydraulic rotary feedthrough 44 (see also FIG. 2 ).
  • the hydraulic connection between the first and second measuring cylinders 40, 42 can also take place from the bottom side 50 of the first measuring cylinder 40 to a rod side 54 of the second measuring cylinder 42 or from the rod side 54 of the first measuring cylinder 40 to the bottom side 50 of the second measuring cylinder 42.
  • the illustrated line 52 is so far only one of several possible, basically equivalent connections.
  • the representation in FIG. 3 but also shows a particularly preferred embodiment in the (hydraulic) connection between the first and second measuring cylinder 40, 42, namely a two-channel connection, which in addition to the first line 52 comprises a further line 56
  • the illustrated another line-56 connects via the hydraulic rotary feedthrough 44, the two rod sides 54 of the first and second measuring cylinder 40, 42.
  • the two-channel connection causes both pistons 48 of the extent in a z. B. hydraulic circuit connected measuring cylinder 40, 42 are loaded at a caused by the tilt arm 34 position change of the piston 48 in the first measuring cylinder 40 both by train as well as by pressure, so that a possibly disturbed forwarding a position information on the first or second line 52nd , 56 is supported by a corresponding position information on the remaining line 52, 56.
  • the position information forwarded in relation to the position of the elevator bracket 30 is thus the volume of a medium (eg hydraulic fluid) provided therein that is moved by the piston 48 of the first measuring cylinder 40.
  • the forwarding of the position information namely in the form of a volumetric flow can be done via the rotary feedthrough 44 between fixed and rotatable member 26, 28 of the top drive 16, after this rotary feedthrough 44 in previously known top drives a supply of z.
  • B. hydraulic fluid for deflecting the elevator bracket 30 takes place.
  • volumetric flow resulting from the first to the second measuring cylinder 40, 42 is so far only one more through the rotary leadthrough 44 guided volume flow, which is still under significantly lower pressure or can stand, as in a or each actuator 32 for pivoting the elevator bracket 30 supplied volume flow is the case.
  • the position of the second measuring cylinder 42 is detected by a sensor, not shown.
  • a sensor comes a limit switch or a group of limit switches, z. B. a limit switch pair, into consideration.
  • a limit switch can, for. B. be arranged so that a certain deflection of the second measuring cylinder 42 is detected, wherein the selected position of this limit switch corresponds to a monitored deflection of the elevator bracket 30.
  • An actuation of this limit switch then means that the elevator bar 30 have reached at least the predetermined deflection, and at the predetermined deflection may be a deflection in which a contact of the elevator bar 30 with parts in or on the mast 10 is to get.
  • the recorded path is for the in FIG. 3 illustrated embodiment, the deflection of the piston 48 of the second measuring cylinder 42, which is detected either directly on the piston 48 or on the rod 46.
  • Wegmesssensoren known displacement sensors come into consideration, for.
  • incremental encoder and as the analog sensor on the underlying measuring principle is any known measuring principle into consideration, for. B. ohmic, inductive, capacitive, piezoelectric base, etc ..
  • FIG. 4a Another embodiment for detecting a position of the elevator bracket 30 and for forwarding a related position information is in 4a and 4b shown.
  • 4a and 4b show in the upper region as an actuating element 32 for pivoting the elevator bracket 30 each one (possibly two) hydraulic cylinder.
  • the or each actuator 32 acts as a slave with respect to a flow direction of the hydraulic fluid and is fed via a transmitter (master cylinder) 58 located on the non-rotatable part 26 of the top drive 16, ie on the other side of the rotary feedthrough 44.
  • a pivoting movement of the elevator bracket 30 is thereby triggered by a located on an input side of the sensor 58 valve 60 (directional control valve) is suitably controlled to a pressurized hydraulic fluid reservoir or a hydraulic unit. Due to the hydraulic fluid flow caused by the actuation of the valve 60, there is a movement in the transmitter 58, which causes a movement of the receiver, that is, in the or each actuator 32, and thus the intended pivotal movement of the elevator bracket 30.
  • the transmitter 58 is located in a working line (line 52, symbol "P" on FIG Valve).
  • a unit in the manner of the sensor 58 can also be provided in a venting or drainage line (line 56, symbol "T" on the valve) and a position detection there.
  • the position detection comes in the manner described in both lines 52, 56 into consideration so that again results in a two-channel position detection.
  • FIG. 4b shows a substantially the embodiment according to FIG. 4a corresponding variant.
  • a flow sensor 61 is provided instead of the encoder 58 ( FIG. 4a ). This is provided for measuring a flow rate through the line 52 between the valve 60 and actuator 32 (slave). Additionally or alternatively, a flow sensor 61 may also be provided in the further line 56. A flow sensor 61 in both lines 52, 56 makes the position detection with flow sensor 61 to a two-channel position detection. For flow rate measurement, that is, for the derivation of a signal proportional to the respective volume flow, each flow meter or each flow sensor comes into consideration. The use of flowmeters or flow sensors also occurs in the embodiment FIG. 3 into consideration, whereby possibly a displacement measuring system is replaceable
  • the advantage of the variants according to FIGS. 4a and 4b is that additional components such as the first and second measuring cylinders 40, 42 ( FIG. 3 ) are not required.
  • the measurement under high-pressure influence while in the variant according to FIG. 3 the pressure conditions in the first and second measuring cylinders 40, 42 can be lower, possibly even orders of magnitude lower, than applies to the actuating element 32 and its supply-side supply.
  • the two-channel version of the position detection becomes clear.
  • the two-channel design increases the reliability of the measured value acquisition with regard to safety-related monitoring and, if necessary, downstream control of the deflection of the elevator bracket 30.
  • the two-channel design can be supplemented and, if necessary, improved by diversifying the measured value.
  • FIG. 3 comes z.
  • the idea underlying the invention namely the detection of a position of the elevator bracket 30 and the forwarding of a relevant position information can be done redundantly and / or diversified in various ways.
  • the embodiment according to FIG. 3 is redundantly designed on the side of the detection of the position information by both position information from the bottom side 50 as well as from the rod side 54 of the first measuring cylinder 40 as a measure of a deflection of the elevator bracket 30 emanates.
  • the forwarding of the relevant position information is redundant after the first and second connection (line 52, 56) are provided by the hydraulic rotary feedthrough 44 to the second measuring cylinder 42 for the forwarding of the position information.
  • the second measuring cylinder 42 is coupled both on its bottom side 50 as well as on its rod side 54 with the first measuring cylinder 40, the recording of the position information from the first measuring cylinder 40 is redundant.
  • the recording of the position information from the first measuring cylinder 40 is redundant.
  • the electrical signal generation is redundant or possibly even here even diversified.
  • a transmitter may be provided which emits an electromagnetic signal in dependence on the position of the first measuring cylinder 40 (or the position of the tilt arm 34) and which is received on the side of the fixed part 26 of the top drive 16 by a corresponding receiver.
  • the dual-channel detection of the position of the elevator bracket 30 and the two-channel transmission of a related position information is retained.
  • dual-channeling in such an embodiment is not only a redundant two-channel system, but already a diversified two-channel system, so that the overall reliability of the solution is increased.
  • z. B. electrical or electromagnetic detection of a position of the elevator bracket 30 may additionally or alternatively a variety of measurement and detection principles are used: z. B. on the stationary part 26 of the Topdrives 16 vertically or substantially vertically downwardly directed photosensitive elements for mounting a "light curtain", which is interrupted at pivoted Elevatorbügeln 30 so that a position information with respect to the elevator bracket 30 can be derived on the basis of such an interruption ; a detection of a caused by the pivoting of the elevator bracket 30 change in an electromagnetic field below the fixed part 26 of the top drive 16, wherein limit or threshold values are stored or stored for recorded characteristic values of the electromagnetic field, with the achievement or exceeding certain pivoting positions of the elevator bracket 30 associated are, so that it can derive position information with respect to the elevator bracket 30.
  • each mentioned possibility for detecting the position of the elevator bracket 30 may be provided in duplicate or multiple execution for redundant, two- or multi-channel detection and transmission of position information.
  • any combination of mentioned sensors for two- or multi-channel redundant, diverse position detection and forwarding of position information can be provided.
  • FIG. 5 shows by way of example a network 62 with logic operations, as this can be used in a control program for controlling the vertical movement of the top drive 16, taking into account the detected position of the elevator bracket 30.
  • the network 62 has a first and second input 64, 66, possibly a further, third input 68 and an output 70.
  • a signal is supplied to the network 62, with which an activation of an aggregate for vertical movement of the top drive 16 is to take place.
  • the network 62 or a similar logic operation is not required and the first Input 64 is forwarded directly as output 70 for controlling the respective unit.
  • the network 62 provides an AND gate 72 with a logical AND connection of the first input 64, so that a signal only results at the output 70 when a signal is present at the first input 64 and at the same time the position of the elevator bracket 30 Switching through the first input 64 to the output 70 allowed.
  • the AND gate 72 in addition to the first input 64 comprises a negating input 74 and the logical AND operation, which is realized by the AND gate 72, can only be fulfilled if no signal is present at the negating input 74, ie no critical position the elevator bracket 30 is reported.
  • the second input 66 can be led directly to the negating input 74 of the AND gate 72 for this purpose. Is shown in FIG.
  • OR gate 76 causes a signal to be present at its output when either a critical position of elevator bar 30 is signaled at either the second or third input 66, 68.
  • the output of the OR gate 76 is inverted at the negative input 74, so that at least one critical position signaling input 66, 68 realized with the AND gate 72 logic operation is no longer feasible and accordingly a signal at the output 70 is suppressed , In a critical position of the elevator bracket 30 so provided for the vertical movement of the top drive 16 unit can no longer be activated.
  • the OR gate 76 allows for a redundant or diversified generation of electrical signals for position information from the elevator bracket 30, the separate consideration of two or more signals (in other signals receives the OR gate 76 additional inputs), so that in only one critical signal activatability of a Vertical movement of Topdrives 16 is prevented.
  • FIG. 3 shows a flowchart for clarifying the aspect of the invention, according to which position information is recorded for later approaching the underlying position.
  • the control program 78 runs essentially in an endless loop, and to illustrate the addressed aspect of the invention, only two branch blocks, 80, 82 are shown, wherein is checked with a first branch block 80, if z. B. a first control element or within a control action, a control element is pressed a first time.
  • a branch is made to a first function block 84, with which the respective position information, ie, for. B. the position information with respect to a deflection of the elevator bracket 30 is stored. Thereafter, a branch is made back to the loop of the control program 78. With the second branch block 82 is checked whether z. B. a second control or within a control action, a control is operated a second time. If the condition defined so far is satisfied, a branch is made to a subroutine 86, with which, for example, in a second function block 88. B. the actuator 32 is activated for pivoting the elevator bracket 30.
  • a detected position of the elevator hanger 30, which changes when the activation element 32 is activated is compared as an actual elevator-lift value with an elevator-arm setpoint value stored by the first function block 84.
  • the program execution loops back to a position before the second function block 88.
  • the actuator 32 is deactivated when the condition is met, when the elevator arm setpoint and actual value within predetermined or predetermined tolerances match, and accordingly the otherwise effective loop is left.
  • the predetermined elevator bow target position is reached and the system branches back to the infinite loop of the control program 78.
  • the flowchart shown can also be a "teaching" - as storage - a vertical position of the top drive 16 and their subsequent startup done.
  • a functionality as implemented by the network 62 according to FIG. 5 is realized, taken into account, so that when starting a Topdrive target position is monitored at any time, whether the current deflection of the elevator bracket 30 allows vertical movement or further vertical movement of the Topdrive 16.
  • the invention can be represented as follows: There are a handling device for drill pipe 18 and this handling device as a so-called pipe handler comprehensive, so-called top drive 16 with means for detecting a position of an encompassed by the manipulator / pipehandler elevator arm 30 and for forwarding a related position information specified, the position information from the pipehandler z. B. forwarded to Topdrive 16 and is converted into an electrical signal for detecting and avoiding possibly critical situations due to a position / deflection of the Elevatorbügels 30. For the forwarding of the position information from the pipe handler different variants are proposed. Combining individual variants results in two-channel solutions that are favorable in terms of error safety.
  • Topdrive part 60 Valve 28 rotatable Topdrive part 61 Flow Sensor 30 Elevator Ironing 62 network 32 actuator 64 first entrance 34 Tiltarm 66 second entrance 36 Torquearm 68 third entrance 38 holding forceps 70 output 40 first measuring cylinder 72 AND gate 74 negating input 84 first functional block 76 OR gate 86 subroutine 78 control program 88 second function block 80 first branch block 0 90 third branch block 82 second branching block

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Description

Die Erfindung betrifft ein Handhabungsgerät für Bohrgestänge bei Tiefbohrungen, z. B. zur Erdöl- und Erdgasexploration. Für ein solches Handhabungsgerät hat sich in der Fachterminologie die Bezeichnung "Pipehandler" durchgesetzt und entsprechend wird im Folgenden der Begriff "Pipehandler" synonym mit dem Ausdruck "Handhabungseinheit für Bohrgestänge" verwendet. Ein Pipehandler ist Bestandteil eines so genannten Topdrives, also der im Mast einer Bohranlage vertikal beweglichen Antriebseinheit, die mit einem davon umfassten Antriebsaggregat, üblicherweise einem Motor, das Bohrgestänge für den Bohrvorgang in Drehbewegung versetzt. Der Topdrive ist in einen feststehenden und einen drehbaren Teil aufgeteilt. Der feststehende Teil umfasst das Antriebsaggregat und über den feststehenden Teil erfolgt die Zuführung elektrischer Energie und der Anschluss zum Erhalt oder zur Abgabe elektrischer Signale zur Steuerung und/oder Überwachung des Topdrives. Der drehbare Teil ist der Pipehandler und die Aggregate des Pipehandlers werden über eine hydraulische Drehdurchführung zwischen feststehendem und drehbarem Teil des Topdrives versorgt, nämlich indem hydraulische Betätigungselemente, insbesondere Druckzylinder, und dergleichen mit einer Hydraulikflüssigkeit mit einem Druck beaufschlagt werden, z. B. zur Bewegung so genannter Elevatorbügel oder zur Aktivierung einer an einem so genannten Torquearm vorgesehenen Haltezange für Bohrgestänge.The invention relates to a handling device for drill pipe in deep wells, z. B. for oil and Erdgasexploration. For such a handling device, the term "pipe handler" has prevailed in specialist terminology and accordingly, the term "pipe handler" is used interchangeably with the term "handling unit for drill pipe" in the following. A pipe handler is part of a so-called top drive, that is to say the drive unit which is vertically movable in the mast of a drilling rig and which rotates with a drive unit, usually a motor, which rotates the drill pipe for the drilling operation. The Topdrive is divided into a fixed and a rotatable part. The fixed part comprises the drive unit and via the fixed part, the supply of electrical energy and the connection for receiving or delivering electrical signals to control and / or monitoring of the top drive. The rotatable part is the pipehandler and the aggregates of the pipehandler are supplied via a hydraulic rotary feedthrough between fixed and rotatable part of the top drive, namely by hydraulic actuators, in particular pressure cylinder, and the like are pressurized with a hydraulic fluid, for. B. for moving so-called elevator bracket or to activate a provided on a so-called Torquearm holding pliers for drill pipe.

Aus der US 4,800,968 ist ein sogenannter Topdrive mit zwei verschwenkbaren Elevatorbügeln bekannt, wobei für den Topdrive eine rotatorische Orientierung erfasst wird. Die Erfassung einer rotatorische Orientierung des Topdrives kann dafür verwendet werden, ein Verschwenken der Elevatorbügel nur bei einer geeigneten rotatorischen Orientierung zuzulassen.From the US 4,800,968 is a so-called top drive with two swiveling elevators known, with the top drive a rotational orientation is detected. The detection of a rotational orientation of the top drive can be used to allow a pivoting of the elevator bracket only in a suitable rotational orientation.

Speziell für die Elevatorbügel des Pipehandlers ist eine Schwenkbeweglichkeit vorgesehen, denn die Elevatorbügel (üblicherweise zwei) tragen an ihrem Ende einen so genannten Gestängeelevator, um Bohrgestängeelemente aus einem Lager zu entnehmen und das entnommene Bohrgestängeelement der Haltezange am Ende des Torquearms zuzuführen. Eine gewisse Menge von Bohrgestängeelementen wird normalerweise zur Lagerung vertikal neben oder an dem Mast der Bohranlage vorgehalten und zu diesem Zweck ist eine so genannte Fingerbühne vorgesehen, die sich am Mast im Bereich des oberen Endes der gelagerten Bohrgestängeelemente befindet. Bisher erfolgt das Entnehmen von Bohrgestängeelementen aus seiner Lagerposition oder auch der umgekehrte Weg, nämlich das Abstellen von Bohrgestängeelementen in einerPivoting mobility is provided especially for the elevator hanger of the pipe handler, because the elevator hanger (usually two) carries at its end a so-called boom elevator to remove drill string members from a bearing and to feed the removed drill string member to the holding tongs at the end of the torque arm. A certain amount of drill string elements is normally stored for storage vertically adjacent to or on the mast of the drilling rig and for this purpose a so-called finger platform is provided which is located on the mast in the region of the upper end of the stored drill string elements. So far, the removal of drill string elements takes place from its storage position or the reverse path, namely the placement of drill string elements in one

Lagerposition, durch manuelle Steuerung. Dazu wird der Topdrive in eine entsprechende Vertikalposition im Mast gefahren, die ein Aufnehmen oder Abstellen von Bohrgestängeelementen erlaubt. Sobald sich der Topdrive in dieser Position befindet, wird der oder jeder Elevatorbügel verschwenkt und mit dem Gestängeelevator ein Bohrgestängeelement abgeholt oder abgelegt. Ungünstig bei bisherigen Realisierungen ist allerdings, dass es im Wesentlichen der Aufmerksamkeit des Bedienpersonals überlassen bleibt, notwendige Steuerungsvorgänge zum Einleiten und Abschließen solcher Handhabungsvorgänge vorzunehmen. Wenn z. B. nach dem Abstellen eines Bohrgestängeelements die Elevatorbügel verschwenkt bleiben, ist eine Abwärtsbewegung des Topdrives normalerweise nicht möglich, ohne dass dabei Berührungen der Enden eines Elevatorbügels mit der Fingerbühne oder anderen Elementen im oder am Mast der Bohranlage zu besorgen wären. Besonders kritisch ist, wenn auf diese Weise Beschädigungen am Mast der Bohranlage oder Teilen desselben verursacht werden, die im ungünstigsten Fall zu Personenschäden führen können, z. B. indem die Fingerbühne beschädigt wird, die normalerweise zum Aufnehmen oder Abstellen von Bohrgestängeelementen von Bedienpersonal betreten wird.Storage position, by manual control. For this purpose, the Topdrive is moved to a corresponding vertical position in the mast, which allows a recording or shutdown of drill string elements. As soon as the Topdrive is in this position, the or each elevator bar is pivoted and a drill pipe element is picked up or stored with the boom elevator. Unfavorable in previous implementations, however, is that it is essentially left to the attention of the operating personnel to carry out necessary control operations for initiating and concluding such handling operations. If z. B. after the shutdown of a drill pipe element, the elevators remain pivoted, a downward movement of the top drive is usually not possible without doing touching the ends of an elevator arm with the finger stage or other elements in or on the mast of the rig should be obtained. Particularly critical is when it causes damage to the mast of the rig or parts of the same, which can lead to personal injury in the worst case, for. By damaging the finger stage that is normally entered by operating personnel to pick up or place drill pipe elements.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht entsprechend darin, einen Pipehandler als Handhabungseinheit für Bohrgestänge, einen Topdrive mit einem solchen Pipehandler und ein Verfahren zum Betrieb oder zur Verwendung dieser Einheiten anzugeben, bei dem die o.g. Nachteile vermieden werden, insbesondere darin, entsprechende Vorrichtungen und Verfahren anzugeben, mit denen eine Positionsüberwachung des Pipehandlers oder für den Pipehandler und/oder des Topdrives mit Pipehandler möglich ist.Accordingly, it is an object of the invention to provide a pipehandler as a drill pipe handling unit, a topdrive with such a pipehandler, and a method of operating or using these units, wherein the above mentioned. Disadvantages are avoided, in particular to provide appropriate devices and methods with which a position monitoring of the pipe handler or for the pipe handler and / or the top drive with pipehandler is possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Vorrichtungen mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 3 gelöst. Soweit ein Pipehandler als Handhabungseinheit für Bohrgestänge, also als Teil eines Topdrives, mit mindestens einem unter Einfluss mindestens eines Betätigungselements verschwenkbaren Elevatorbügel, wobei der oder die Elevatorbügel einen Gestängeelevator oder einen ähnlichen Adapters zur Aufnahme von Bohrgestängeelementen oder dergleichen halten, betroffen ist, sind dazu Mittel zur Erfassung einer Position des mindestens einen Elevatorbügels und Mittel zur Weiterleitung einer diesbezüglichen Positionsinformation vorgesehen. Soweit ein Topdrive, der neben einem feststehenden Antriebsaggregat die erfindungsgemäße Handhabungseinheit als drehbaren Pipehandler umfasst, betroffen ist, sind auf Seiten des Pipehandlers Mittel zur Erfassung einer Position des mindestens einen Elevatorbügels und Mittel zur Weiterleitung einer diesbezüglichen Positionsinformation und auf Seiten des feststehenden Teils des Topdrives mit besseren Möglichkeiten zum Erhalt und zur Weiterleitung von Signalen, insbesondere elektrischen Signalen, zur Steuerung und/oder Überwachung des Topdrives Mittel zum Erhalt der Positionsinformation und Mittel zur Ableitung eines weiterleitbaren Signals aus der Positionsinformation vorgesehen.This object is achieved by devices with the features of claims 1 and 3. As far as a pipehandler as a handling unit for drill pipe, so as part of a top drive, with at least one under the influence of at least one actuating element pivotable elevator bracket, the or the elevator bracket hold a linkage elevator or similar adapter for receiving drill pipe elements or the like, is concerned, are means for detecting a position of the at least one Elevatorbügels and means for forwarding a related position information provided. As far as a Topdrive, in addition to a fixed drive unit, the handling unit according to the invention As a rotatable pipehandler is concerned, are on the part of the pipehandler means for detecting a position of the at least one Elevatorbügels and means for forwarding a related position information and on the part of the fixed part of the Topdrives with better ways to receive and forward signals, in particular electrical Signals, for controlling and / or monitoring of the top drive means for obtaining the position information and means for deriving a forwardable signal from the position information provided.

Zur Vereinfachung der weiteren Beschreibung wird anstelle des Ausdrucks "mindestens ein Elevatorbügel" im Folgenden und damit auch in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Ausdruck "die Elevatorbügel" verwendet und dabei auf die derzeit gebräuchliche Ausführungsform mit zwei Elevatorbügeln Bezug genommen. Der Ausdruck "die Elevatorbügel" meint aber jeweils "mindestens einen oder mehrere, insbesondere zwei Elevatorbügel" aber auch "der Elevatorbügel, jeder Elevatorbügel oder mindestens einer der Elevatorbügel".In order to simplify the further description, instead of the expression "at least one elevator bar" below, and thus also in the following description of an exemplary embodiment, the term "the elevator bar" is used and reference is made to the currently used embodiment with two elevator bars. However, the term "the elevator bar" means in each case "at least one or more, in particular two elevator bars" but also "the elevator bar, each elevator bar or at least one of the elevator bars".

Bei einer Ausführungsform des Topdrives handelt es sich bei dem Mittel zur Positionserfassung der Elevatorbügel um einen ersten Messzylinder. Die Weiterleitung der mit dem ersten Messzylinder erfassten Positionsinformation erfolgt dann vom drehbaren Teil des Topdrives, also von der Handhabungseinheit - dem Pipehandler -, zum feststehenden Teil des Topdrives, also über den zwischen beiden Teilen des Topdrives befindlichen Drehpunkt hinweg.In one embodiment of the top drive, the means for detecting the position of the elevator bracket is a first measuring cylinder. The forwarding of the position information acquired with the first measuring cylinder is then carried out by the rotatable part of the top drive, that is from the handling unit - the pipe handler - to the fixed part of the top drive, ie beyond the center of rotation located between the two parts of the top drive.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass mit der Aufnahme einer Information zur Position der Elevatorbügel (Positionsinformation) ein Signal ableitbar ist, anhand dessen erkennbar ist, ob eine Vertikalbewegung des Topdrives oder eine Rotationsbewegung des Pipehandlers sicher möglich ist. Automatische, aber auch manuell ausgelöste oder auslösbare Bewegungsvorgänge im Mast der Bohranlage können dann mit dieser Information verknüpft werden, um gefährliche Zustände sicher zu vermeiden.The advantage of the invention is that with the inclusion of information about the position of the elevator bracket (position information), a signal can be derived, by which it can be seen whether a vertical movement of the top drive or a rotational movement of the pipe handler is certainly possible. Automatic, but also manually triggered or triggerable movement processes in the mast of the drilling rig can then be linked to this information in order to reliably avoid dangerous states.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Des Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem nachgeordneten Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen nicht vorhanden ist.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims. This used backlinks point to the further development of the subject matter of the main claim by the features of the respective subclaim; they are not as a renunciation of the achievement of an independent, objective protection for the To understand feature combinations of the related subclaims. Furthermore, with a view to an interpretation of the claims in a closer specification of a feature in a subordinate claim, it is to be assumed that such a restriction does not exist in the respective preceding claims.

Ein Pipehandler umfasst normalerweise einen verschwenkbaren, so genannten Tiltarm, dessen Schwenkbewegung auf die Elevatorbügel übertragen wird; die Elevatorbügel sind durch den Tiltarm unter Einfluss des oder jedes Betätigungselements verschwenkbar. Bevorzugt ist entsprechend vorgesehen, dass die Erfassung einer Position der Elevatorbügel an dem Tiltarm erfolgt, weil einerseits dessen Auslenkung proportional zur Auslenkung der Elevatorbügel ist und andererseits mit nur einer Positionserfassung eine Positionsinformation für die z. B. zwei von dem Pipehandler umfassten Elevatorbügel vorliegt.A pipe handler normally comprises a pivotable, so-called tilt arm, the pivoting movement of which is transmitted to the elevators; the Elevatorbügel are pivotable by the tilt arm under the influence of or each actuator. Preferably, it is accordingly provided that the detection of a position of the elevator bracket on the tilt arm, because on the one hand the deflection is proportional to the deflection of the elevator bracket and on the other hand with only one position detection position information for the z. B. there is two included by the pipehandler elevator bracket.

Für die Handhabungseinheit, also den Pipehandler, ist vorgesehen, dass diese in einem Topdrive mit einem feststehenden und einem drehbaren Teil als drehbarer Teil fungiert, wobei feststehend meint, dass der betreffende Teil des Topdrives drehfest ist, nachdem eine vertikale Beweglichkeit, etwa beim Absenken oder Anheben des Bohrgestänges, jederzeit möglich und erforderlich ist.For the handling unit, so the pipe handler, it is provided that it acts as a rotatable member in a top drive with a fixed and a rotatable part, said fixed means that the relevant part of the Topdrives is rotationally fixed after a vertical mobility, such as when lowering or Raising the drill pipe is possible and necessary at any time.

Die Positionsinformation kann sich in unterschiedlichster Form manifestieren. Es kommen elektrische Signale und bei elektrischen Signalen eine leitungslose oder leitungsgebundene Übertragung, allgemein Signale in elektromagnetischer Form, also z. B. auch Lichtsignale im sichtbaren oder nicht sichtbaren Bereich und dergleichen, in Betracht, die ebenfalls leitungslos oder leitungsgebunden übertragbar sind, akustische Signale oder auch Signale, die auf hydraulischem oder pneumatischem Wege oder dergleichen übertragbar sind und Kombinationen aus allem Vorstehenden. Wenn die Positionsinformation ein elektrisches Signal ist, kommt bevorzugt eine Weiterleitung über eine Schleifringanordnung vom drehbaren Teil zum feststehenden Teil des Topdrives in Betracht. Alternativ oder zusätzlich kann die Positionsinformation drahtlos durch einen Sender am drehbaren Teil des Topdrives zu einem Empfänger, insbesondere einem Empfänger am feststehenden Teil des Topdrives, weitergeleitet werden. Für die drahtlose Übermittlung kommen insbesondere Funksignale, Infrarotsignate, aber auch eine elektromagnetische Signalübermittlung unter Verwendung dafür gebräuchlicher Protokolle, z. B. Bluetooth, GSM usw., in Betracht. Bei einer Verwendung einer Sender-/Empfängerkombination zur leitungslosen Übermittlung der Positionsinformation kommt bevorzugt eine lokale Energieversorgung in Betracht. Die leitungslose Übermittlung der Positionsinformation umgeht die Notwendigkeit, eine Schleifringübertragung über den Drehpunkt zwischen den beiden Teilen des Topdrives vorsehen zu müssen. Dann ist günstig, wenn nicht die notwendige Energieversorgung des Senders die Schleifringübertragung wieder erfordert. Entsprechend kann vorgesehen sein, dass dem Sender eine lokale Energiequelle zugeordnet wird, z. B. eine Batterie oder dergleichen. Um einen evtl. Ausfall der lokalen Energieversorgung sicher erkennen und überwachen zu können, umfasst die Datenübertragung zwischen Sender und Empfänger nicht nur die Positionsinformation sondern auch ein so genanntes Lebenszeichen, das zu vorgegebenen oder vorgebbaren Zeitpunkten oder zyklisch vom Sender ausgegeben wird und zu dem der Empfänger bei regelmäßigem Empfang jeweils die intakte Kommunikationsbeziehung registriert und weitermeldet. Unterbleibt das Lebenszeichen wird eine Fehlermeldung oder dergleichen ausgelöst, die einerseits das Personal auf einen notwendigen Wartungseingriff aufmerksam macht und/oder andererseits im Hinblick auf die Anlagensicherheit als Hinweis auf evtl. maximal verschwenkte Elevatorbügel in die Anlagensteuerung einfließt, nachdem bei unterbrochener Kommunikationsbeziehung keine Positionsinformation mehr vorliegt und entsprechend zur Vermeidung von Sach- oder Personenschäden von einer potentiell kritischen Auslenkung der Elevatorbügel auszugehen ist. Weitere Möglichkeiten zur lokalen Energieversorgung bestehen in der Verwendung von Solarzellen oder in der Erzeugung der zum Betrieb des Senders notwendigen elektrischen Energie mit dem Auslenkvorgang der Elevatorbügel selbst.The position information can manifest itself in various forms. There are electrical signals and electrical signals a leadless or wired transmission, generally signals in electromagnetic form, ie z. As well as light signals in the visible or non-visible area and the like, into consideration, which are also transferable or lead-bound transferable, acoustic signals or signals that are transferable by hydraulic or pneumatic means or the like and combinations of all the above. If the position information is an electrical signal, preferably a forwarding via a slip ring arrangement from the rotatable part to the stationary part of the top drive comes into consideration. Alternatively or additionally, the position information can be transmitted wirelessly by a transmitter on the rotatable part of the top drive to a receiver, in particular a receiver on the fixed part of the top drive. For the wireless transmission in particular radio signals, infrared signals, but also a electromagnetic signal transmission using conventional protocols, eg. As Bluetooth, GSM, etc., into consideration. When using a transmitter / receiver combination for the wireless transmission of position information is preferably a local power supply into consideration. The wireless transmission of position information obviates the need to provide a slip ring transmission over the pivot point between the two parts of the top drive. Then it is favorable if not the necessary power supply of the transmitter requires the slip ring transmission again. Accordingly, it can be provided that the transmitter is assigned a local energy source, for. As a battery or the like. In order to be able to reliably detect and monitor a possible failure of the local energy supply, the data transmission between transmitter and receiver comprises not only the position information but also a so-called sign of life which is output by the transmitter at predefined or predefinable times or cyclically and to which the receiver with regular receipt, the intact communication relationship is registered and forwarded. If the sign of life fails an error message or the like is triggered, on the one hand makes the staff aware of a necessary maintenance intervention and / or on the other hand with regard to plant safety as an indication of possibly maximally pivoted elevator bracket in the plant control, after no more positional information is present in an interrupted communication relationship and, accordingly, to avoid damage to property or personal injury, a potentially critical deflection of the elevator hanger should be assumed. Other options for local energy supply consist in the use of solar cells or in the generation of the electrical energy necessary for the operation of the transmitter with the deflection of the elevator bracket itself.

Bei der Ausführungsform des Pipehandlers/Topdrives mit einem ersten Messzylinder ist bevorzugt vorgesehen, dass der erste Messzylinder ein hydraulischer Messzylinder ist und die Positionsinformation über eine zwischen feststehendem und drehbarem Teil des Topdrives bestehende hydraulische Drehdurchführung weiterleitbar ist, wobei zur Weiterleitung der Positionsinformation ein oder mehrere freie so genannte Ports der hydraulischen Drehdurchführung verwendet werden. Diese hydraulische Weiterleitung der Positionsinformation ist vor allem deshalb vorteilhaft, weil für den Anwendungsbereich auf einer Bohranlage spezielle Bedingungen gelten, besonders soweit ein Explosionsschutz zu gewährleisten ist. Bei einer elektrischen Signalübertragung ist eine Funkenbildung niemals vollständig auszuschließen, so dass für explosionsgefahrdete Bereiche nur spezielle, so genannte "ex" Geräte verwendbar sind, die im Vergleich zu entsprechenden herkömmlichen Geräten teilweise um ein Vielfaches teurer sind. Bei einer hydraulischen Signalübertragung ist keine Funkenbildung zu besorgen. Entsprechend ist die hydraulische Signalübertragung auch für explosionsgefährdete Bereiche unkritisch und eine Verwendung teuerer Spezialgeräte ist unnötig.In the embodiment of the pipehandler / top drive with a first measuring cylinder, it is preferably provided that the first measuring cylinder is a hydraulic measuring cylinder and the position information can be forwarded via a hydraulic rotary feedthrough existing between stationary and rotatable part of the top drive, one or more free ones being used for forwarding the position information so-called ports of the hydraulic rotary feedthrough can be used. This hydraulic forwarding of the position information is particularly advantageous because special conditions apply to the field of application on a drilling rig, especially if explosion protection is to be ensured. In electrical signal transmission, sparking is never be completely excluded, so that for explosive areas only special, so-called "ex" devices are used, which are in some cases many times more expensive compared to corresponding conventional devices. With a hydraulic signal transmission no sparking is to be obtained. Accordingly, the hydraulic signal transmission is not critical for hazardous areas and a use of expensive special equipment is unnecessary.

Bei einer hydraulischen Signalübertragung ist bevorzugt vorgesehen, dass am feststehenden Teil des Topdrives ein zweiter Messzylinder zur Aufnahme der Positionsinformation vom ersten Messzylinder vorgesehen ist. Aus einer jeweiligen Position des zweiten Messzylinders lässt sich dann, z. B. mit einem Wegmesssystem, der z. B. die Position eines im zweiten Messzylinder beweglichen Kolbens erfasst, ein elektrisches Signal ableiten, das ein Maß für die als Position (Auslenkung) der Elevatorbügel aufgenommene Positionsinformation ist.In the case of a hydraulic signal transmission, it is preferably provided that a second measuring cylinder for receiving the position information from the first measuring cylinder is provided on the stationary part of the top drive. From a respective position of the second measuring cylinder can then, z. B. with a displacement measuring system, the z. B. detects the position of a movable piston in the second measuring cylinder, derive an electrical signal that is a measure of the position (deflection) of the elevator bracket recorded position information.

Als Alternative zu einem Wegmesssystem oder Ähnlichem kommen auch Mittel zur Ableitung eines elektrischen Signals aus einer Durchflussmenge durch eine Verbindungsleitung zwischen erstem und zweitem Messzylinder in Betracht.As an alternative to a displacement measuring system or the like are also means for deriving an electrical signal from a flow rate through a connecting line between the first and second measuring cylinder into consideration.

Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass erster und zweiter Messzylinder zweikanalig, also von einer Bodenseite des ersten Messzylinders zu einer Bodenseite des zweiten Messzylinders und von einer Stangenseite des ersten Messzylinders zu einer Stangenseite des zweiten Messzylinders, hydraulisch verbunden sind. Dann können eventuelle Störungen der Weiterleitung der Positionsinformation, im Gegensatz zu einer lediglich einkanaligen Weiterleitung, also einer Verbindung z. B. nur zwischen den beiden Bodenseiten, erkannt und gegebenenfalls sogar unmittelbar kompensiert werden. Die Positionsinformation gelangt also mit erheblich gesteigerter Sicherheit zum zweiten Messzylinder. Für die Mittel zur Ableitung eines elektrischen Signals aus einer Durchflussmenge durch eine hydraulische Verbindungsleitung zwischen erstem und zweitem Messzylinder kommt dann auch die zweikanalige Ermittlung der Durchflussmenge in jeder Verbindungsleitung in Betracht, wobei auf diese Weise dann auch die Ableitung des elektrischen Signals zweikanalig ist. Für eine zweikanalige Generierung des elektrischen Signals mit einem Wegmesssystem kommt ein Zylinder mit einer Stange sowohl auf der Bodenseite wie auch auf der Stangenseite in Betracht, wobei jeweils ein Wegmesssystem jeweils einer Stange zugeordnet ist.It is particularly preferably provided that the first and second measuring cylinders are hydraulically connected in two channels, ie from a bottom side of the first measuring cylinder to a bottom side of the second measuring cylinder and from a side of the first measuring cylinder to a side of the second measuring cylinder. Then any disruptions of the forwarding of the position information, in contrast to a single-channel forwarding, ie a connection z. B. only between the two bottom sides, recognized and optionally even compensated directly. The position information thus reaches with significantly increased security to the second measuring cylinder. For the means for deriving an electrical signal from a flow rate through a hydraulic connecting line between the first and second measuring cylinder is then also the two-channel determination of the flow rate in each connecting line into consideration, in which case the derivative of the electrical signal is also two channels. For a dual-channel generation of the electrical signal with a displacement encoder, a cylinder comes with a rod both on the bottom side and also on the rod side into consideration, wherein in each case a distance measuring system is assigned to each one rod.

Die Ableitung eines elektrischen Signals aus einer Durchflussmenge durch eine hydraulische Verbindungsleitung vom ersten Messzylinder erfordert nicht notwendig einen zweiten Messzylinder mit Kolben und dergleichen, sondern an die Stelle des zweiten Messzylinders kann auch ein Ausgleichsbehälter treten.The derivation of an electrical signal from a flow rate through a hydraulic connecting line from the first measuring cylinder does not necessarily require a second measuring cylinder with piston and the like, but instead of the second measuring cylinder can also occur a surge tank.

Eine alternative, bevorzugte Ausführungsform von Mitteln zur Erfassung einer Position der Elevatorbügel am Pipehandler und zur Weiterleitung einer diesbezüglichen Positionsinformation besteht bei einem Topdrive zur Handhabung von Bohrgestängeelementen mit einem feststehenden und einem drehbaren Teil, dem Pipehandler, wobei der drehbare Teil die unter Einfluss mindestens eines Betätigungselements verschwenkbaren Elevatorbügel umfasst, darin, dass das oder jedes Betätigungselement ein als Nehmer fungierender Hydraulikzylinder ist, dass der oder jeder als Nehmer fungierende Hydraulikzylinder unmittelbar oder mittelbar, nämlich durch einen oder mehrere als Geber fungierende Hydraulikzylinder, betätigbar ist bzw. sind und dass zur Erfassung einer Position der Elevatorbügels und zur Weiterleitung einer diesbezüglichen Positionsinformation Mittel zum Ableiten eines elektrischen Signals aus einer jeweiligen Position mindestens eines Gebers und/oder aus einer Durchflussmenge durch eine hydraulische Verbindungsleitung zwischen Geber und Nehmer, also mindestens einem Geber und einem Nehmer, oder eine hydraulische Verbindungsleitung zum Nehmer vorgesehen sind. Diese Alternative der Positionserfassung erfolgt im Hoch- oder Arbeitsdruckbereich. Speziell die Durchflussmenge wird in einem unter dem für das Verschwenken der Elevatorbügel notwendigen Arbeitssdruck stehenden Element, z. B. einer hydraulischen Verbindungsleitung, ermittelt. Demgegenüber sind bei Verwendung des ersten Messzylinders und ggf. eines zweiten Messzylinders im Vergleich zu diesem Arbeitsdruck sehr viel niedrigere Druckverhältnisse involviert, die im Vergleich zu dem Arbeitsdruck als näherungsweise "drucklos" aufgefasst werden können, so dass erster und/oder zweiter Messzylinder und dazwischen bestehende Verbindungen entsprechend geringeren Anforderungen genügen müssen. Die alternative Ausführungsform, bei der die Positionserfassung mit Bezug auf unter Arbeitsdruck stehende Komponenten erfolgt, bringt ggf. hinsichtlich der zu verwendenden Sensorik höhere Anforderungen mit sich, allerdings werden zusätzliche Komponenten wie der erste und der evtl. zweite Messzylinder und deren Verbindung entbehrlich, so dass sich beide Varianten je für sich durch ganz erhebliche Vorteile auszeichnen.An alternative, preferred embodiment of means for detecting a position of the elevator bracket on Pipehandler and forwarding a related position information is in a Topdrive for handling drill pipe elements with a fixed and a rotatable part, the pipehandler, wherein the rotatable part under the influence of at least one actuating element in that the or each actuator is acting as a slave hydraulic cylinder, that the or each acts as a slave hydraulic cylinder directly or indirectly, namely by one or more acting as a donor hydraulic cylinder, is operable and that for detecting a Position of the Elevatorbügel and for forwarding a related position information means for deriving an electrical signal from a respective position of at least one encoder and / or from a flow rate through ei ne hydraulic connection line between the encoder and slave, so at least one encoder and a slave, or a hydraulic connection line to the slave are provided. This alternative of position detection takes place in the high or working pressure range. Specifically, the flow rate is in a below the necessary for the pivoting of the elevator arm working pressure element, for. B. a hydraulic connection line determined. In contrast, much lower pressure ratios are involved when using the first measuring cylinder and possibly a second measuring cylinder in comparison to this working pressure, which can be regarded as approximately "pressure-less" compared to the working pressure, so that first and / or second measuring cylinder and existing therebetween Compounds must meet according to lower requirements. The alternative embodiment, in which the position detection takes place with respect to components under working pressure, possibly imposes higher requirements with regard to the sensors to be used, but additional components are required as the first and the possibly second measuring cylinder and their connection unnecessary, so that both variants are each characterized by quite considerable advantages.

Als Mittel zum Ableiten eines elektrischen Signals aus einer jeweiligen Position des zweiten Messzylinders oder aus einer jeweiligen Position des Gebers fungiert bevorzugt ein Endschalter oder ein Endschalterpaar. Ein Endschalter ist ausreichend, um eine Positionsinformation dahingehend zu liefern, dass die Elevatorbügel oder ein Elevatorbügel um mindestens eine bestimmte Auslenkung verschwenkt ist, bei der ein unerwünschter Kontakt mit Teilen im oder am Mast der Bohranlage möglich ist. Mit einem Endschalterpaar besteht die Möglichkeit, zumindest zwei Positionen hinsichtlich der Auslenkung der Elevatorbügel zu erfassen, z. B. eine Position, in der die Elevatorbügel senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht vom Pipehandler herabhängen und insoweit keine Gefahr einer Berührung von Teilen im oder am Mast zu besorgen ist, und eine andere Position, bei der ein diesbezüglicher "Gefahrenbereich" beginnt. Mit weiteren Endschaltern kann auch eine evtl. maximale Auslenkung der Elevatorbügel erkannt werden.As a means for deriving an electrical signal from a respective position of the second measuring cylinder or from a respective position of the encoder acts preferably a limit switch or a pair of limit switches. A limit switch is sufficient to provide positional information that the elevator bar or an elevator bar is pivoted about at least one particular deflection that allows unwanted contact with parts in or on the mast of the rig. With a pair of limit switches, it is possible to detect at least two positions with respect to the deflection of the elevator bracket, z. B. a position in which hang the elevator bracket vertically or substantially vertically from the pipe handler and insofar no risk of contact of parts in or on the mast is to get, and another position in which a related "danger zone" begins. With other limit switches, a possible maximum deflection of the elevator bracket can be detected.

Wenn hier von einem Endschalter oder einem Endschalterpaar die Rede ist, sind bei Elevatorbügeln, die ausgehend von einer im Wesentlichen vertikalen Ruheposition sowohl mit als auch gegen den Uhrzeigersinn verschwenkbar sind, zwei Endschalter für jede Bewegungsrichtung zum Erkennen eines Eintritts in einen evtl. Gefahrenbereich und evtl. zwei zusätzliche Endschalter zum Erkennen einer maximalen Auslenkung in jede Bewegungsrichtung vorgesehen. Auch zur Erkennung der Ruheposition kann ein Endschalter vorgesehen sein, der bevorzugt geringfügige Auslenkungen neben der Ruheposition noch als Ruheposition erkennbar macht, oder es sind zwei Endschalter vorgesehen, die bei jeweils geringfügigen Auslenkungen ansprechen, so dass angenommen werden kann, dass sich bei Belegung keines dieser Endschalter und einer vorangehenden entsprechenden Belegungsreihenfolge der anderen Endschalter die Elevatorbügel in dem durch diese beiden Endschalter als Ruheposition definierten Bereich befinden.If this is a limit switch or a pair of limit switches, there are two limit switches for each direction of movement for detecting an entry into a possible danger area and evtl. Elevator buckles, which are pivotable starting from a substantially vertical rest position both clockwise and counterclockwise Two additional limit switches are provided for detecting a maximum deflection in each direction of movement. Also, for detecting the rest position, a limit switch may be provided, which makes preferably minor deflections next to the rest position still recognizable as a rest position, or there are two limit switches provided which respond at each minor deflections, so that it can be assumed that when occupying none of these Limit switch and a preceding corresponding assignment order of the other limit switch, the elevator bracket in the area defined by these two limit switches as rest position.

Alternativ oder zusätzlich zu einer Erfassung einzelner Positionen der Elevatorbügel kommt als Mittel zum Ableiten eines elektrischen Signals aus einer jeweiligen Position des zweiten Messzylinders bzw. des Gebers ein Wegmesssystem in Betracht. Das Wegmesssystem liefert ein analoges Signal als Maß für eine Position der Elevatorbügel und ist insofern also erheblich genauer als eine Ableitung eines elektrischen Signals mit einem oder mehreren Endschaltern.As an alternative or in addition to detecting individual positions of the elevator stirrups, a displacement measuring system can be considered as means for deriving an electrical signal from a respective position of the second measuring cylinder or the encoder. The position measuring system supplies an analog signal as a measure of a position of the elevator bracket and is so much more accurate than a derivative of an electrical signal with one or more limit switches.

Als weitere Alternative zur Ableitung eines elektrischen Signals kommt ein Durchflusssensor in Betracht, der eine Durchflussmenge durch die hydraulische Verbindungsleitung zwischen Geber und Nehmer überwacht und z. B. integriert. Das vom Durchflusssensor gelieferte Signal ist also, genau wie bei der Ableitung eines elektrischen Signals aus der Durchflussmenge durch eine hydraulische Verbindungsleitung zwischen erstem und zweitem Messzylinder, ein Analogsignal, das ein Maß für eine Position der Elevatorbügel ist.As a further alternative for the derivation of an electrical signal is a flow sensor into consideration, which monitors a flow rate through the hydraulic connection line between the encoder and slave and z. B. integrated. The signal supplied by the flow sensor is thus, just as in the derivation of an electrical signal from the flow rate through a hydraulic connecting line between the first and second measuring cylinder, an analog signal that is a measure of a position of the elevator bracket.

Allen vorgenannten Konfigurationen und Ausführungsvarianten ist gemeinsam, dass die Positionsinformation - durch (Flüssigkeits-)Massenstrom, elektrisch oder elektromagnetisch und dabei leitungslos oder leitungsgebunden - über den zwischen feststehendem und drehbarem Teil des Topdrives befindlichen Drehpunkt hinweg übertragen wird.All the aforementioned configurations and variants have in common that the position information - by (liquid) mass flow, electrically or electromagnetically and thereby conduction-less or conduction-bound - is transmitted over the fixed between the rotating and rotatable part of the top drive pivot point.

Die o. g. Aufgabe wird auch mit einem Verfahren zum Betrieb eines Topdrives wie hier und nachfolgend beschrieben gelöst, indem eine erfasste Position der Elevatorbügel zur Freigabe oder zur Sperre einer Vertikalbewegung des Topdrives in einem Mast einer Bohranlage, insbesondere zur Freigabe oder zur Sperre eines elektrischen Signals zur Auslösung einer Vertikalbewegung des Topdrives, verwendet wird. Gemäß diesem Aspekt der Erfindung wird also die erfasste Position für eine logische Verknüpfung von Signalen, die zu einer Vertikalbewegung des Topdrives führen können, verwendet. Ein solches Signal kann sich in einem Hand-, Einricht- oder Automatikbetrieb ergeben und in jeder Situation soll sichergestellt sein, dass keine Vertikalbewegung des Topdrives möglich ist, wenn aufgrund der Position der Elevatorbügel ein unerwünschter Kontakt mit Teilen im oder am Mast möglich ist.The o. G. The object is also achieved by a method for operating a top drive as described here and below by a detected position of the elevator bracket for releasing or blocking a vertical movement of the top drive in a mast of a drilling rig, in particular for releasing or blocking an electrical signal to trigger a Vertical movement of the topdrive is used. In accordance with this aspect of the invention, therefore, the detected position is used for a logical combination of signals that can lead to a vertical movement of the top drive. Such a signal can result in a manual, set-up or automatic mode and in every situation should be ensured that no vertical movement of the top drive is possible, if due to the position of the elevator bracket unwanted contact with parts in or on the mast is possible.

Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Freigabe oder Sperre der Vertikalbewegung in Abhängigkeit von einer Vertikalposition des Topdrives erfolgt. Dieser Aspekt der Erfindung berücksichtigt, dass bestimmte Vertikalpositionen oder -positionsbereiche des Topdrives für eine Vertikalbewegung auch bei verschwenkten Elevatorarmen unkritisch sind, während für andere Positionen oder Positionsbereiche die mit der Erfindung angestrebte Überwachbarkeit vorteilhaft ist Dies wird berücksichtigt, wenn die Freigabe oder Sperre der Vertikalbewegung in Abhängigkeit von einer Vertikalposition des Topdrives erfolgt.Particularly preferably, it is provided that the release or blocking of the vertical movement takes place as a function of a vertical position of the top drive. This aspect of the invention takes into account that certain vertical positions or -positionsbereiche the top drive for a vertical movement are not critical even with pivoted elevator arms, while for other positions or position ranges, the desired with the invention monitoring is advantageous This is taken into account when the release or Locked the vertical movement in response to a vertical position of the top drive.

Zusätzlich oder alternativ ist bevorzugt vorgesehen, dass eine Freigabe oder Sperre einer Schwenkbewegung der Elevatorbügel in Abhängigkeit von einer Vertikalposition des Topdrives erfolgt. Damit lässt sich sicherstellen, dass in einer grundsätzlich kollisionsgefährdeten Vertikalposition des Topdrives kein oder nur ein begrenztes Verschwenken der Elevatorarme oder zumindest nur ein Verschwenken der Elevatorarme in Richtung auf deren Ruheposition möglich ist.Additionally or alternatively, it is preferably provided that a release or lock a pivoting movement of the elevator bracket takes place in dependence on a vertical position of the top drive. This makes it possible to ensure that in a basically collision-prone vertical position of the top drive, no or only limited pivoting of the elevator arms or at least only pivoting of the elevator arms in the direction of their rest position is possible.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform kombiniert die wechselseitigen Sperren und Freigaben für die Elevatorbügel und den Topdrive. Für die gesamte vertikale Beweglichkeit des Topdrives kann für jede Vertikalposition oder für bestimmte Vertikalpositionsbereiche ein Maximalwert für die Verschwenkbarkeit der Elevatorarme angegeben werden. Um den Bewegungsbereich des Topdrives ergibt sich damit eine gedachte Hüllfläche ("envelope") bis zu der die Elevatorarme maximal verschwenkt werden dürfen. Mit der Hüllfläche oder einer zu deren elektronischer Verarbeitung vorgesehenen Menge einzelner Stützpunkte auf der Hüllfläche lässt sich die kollisionsfreie Aktivierung der Elevatorbügel und des Topdrives erreichen. Wenn in einer Vertikalposition des Topdrives die Elevatorbügel nur so weit verschwenkt sind, dass die Hüllkurve nicht erreicht wird, ist ein weiteres Verschwenken der Elevatorbügel und oder eine Vertikalbewegung des Topdrives möglich. Sobald sich für eine Auslenkung der Elevatorbügel eine Verletzung der Hüllkurve ergibt, ist weder ein weiteres Auslenken der Elevatorbügel noch eine Vertikalbewegung des Topdrives zulässig. Zulässig ist einzig eine Bewegung der Elevatorbügel in Richtung auf deren Ruheposition. Sobald keine Verletzung der Hüllkurve mehr besteht ist auch die Vertikalbewegung des Topdrives wieder zugelassen.A particularly preferred embodiment combines the mutual locks and releases for the elevator hanger and the topdrive. For the entire vertical mobility of the Topdrives a maximum value for the pivotability of the elevator arms can be specified for each vertical position or for certain vertical position ranges. Around the range of motion of the top drive results in an imaginary envelope ("envelope") up to which the elevator arms may be pivoted maximum. With the envelope surface or a quantity of individual interpolation points on the enveloping surface provided for its electronic processing, the collision-free activation of the elevator hoop and the top drive can be achieved. If, in a vertical position of the top drive, the elevator bows are only pivoted so far that the envelope is not reached, further pivoting of the elevator bails and / or vertical movement of the top drive is possible. As soon as there is a violation of the envelope for a deflection of the elevator hanger, neither a further deflection of the elevator hanger nor a vertical movement of the top drive is permitted. The only permissible is a movement of the elevator bracket in the direction of its rest position. As soon as there is no violation of the envelope, the vertical movement of the topdrive is allowed again.

Bisher wurde die Hüllkurve, also eine elektronisch verarbeitbare Entsprechung einer solchen Hüllkurve, zur Ableitung von Abschaltbedingungen für bestimmte Bewegungsvorgänge beschrieben. Die Hüllkurve kann darüber hinaus auch zum Ableiten zulässiger Zwischenpositionen bei einer zusammengesetzten Bewegung, also einer Vertikalbewegung des Topdrives und einem gleichzeitigem Verschwenken der Elevatorarme, verwendet werden. Wenn bei der zusammengesetzten Bewegung ausgehend von einer Position des Topdrives z. B. oberhalb der Fingerbühne eine Position am Mastfuß angefahren werden soll und an dieser Position die Elevatorbügel maximal verschwenkt sein sollen, wird bei der Abwärtsbewegung des Topdrives anhand der Hüllkurve jeweils ein maximal zulässiger Wert für die Auslenkung der Elevatorbügel ermittelt und die Elevatorbügel werden während der Bewegung des Topdrives entsprechend verschwenkt. Die Enden der Elevatorbügel "gleiten" dann gleichsam an der gedachten Hüllkurve entlang und mit dem Erreichen der Zielposition für den Topdrive haben auch die Elevatorbügel ihre Zielposition bereits erreicht oder zumindest weitgehend erreicht.So far, the envelope, so an electronically processed equivalent of such an envelope, for deriving Abschaltbedingungen for certain movement processes has been described. The envelope can also be used to derive allowable intermediate positions in a composite movement, ie a vertical movement of the top drive and a simultaneous pivoting of the elevator arms. When in the composite movement, starting from a position of the top drive z. B. approached a position on the mast base above the finger stage to be and at this position, the elevator bar should be pivoted maximum, a maximum allowable value for the deflection of the elevator bracket is determined in the downward movement of the top drive on the basis of the envelope and the elevator bracket are pivoted during the movement of the top drive accordingly. The ends of the elevator arms then "glide" along the imaginary envelope, and as soon as the target position for the Topdrive has been reached, the elevator arms have already reached or at least largely reached their target position.

Besonders bevorzugt ist bei einem Verfahren zum Betrieb des Topdrives wie hier und nachfolgend beschrieben vorgesehen, dass bei Betätigung eines ersten Bedienelements durch einen Bediener ein Momentanwert der erfassten Position der Elevatorbügel als Elevatorbügelsollwert gespeichert wird, dass bei Betätigung eines zweiten Bedienelements das mindestens eine Betätigungselement zum Verschwenken der Elevatorbügel aktiviert wird, dass eine sich bei aktiviertem Betätigungselement verändernde erfasste Position der Elevatorbügel als Elevatorbügelistwert erfasst und mit dem Elevatorbügelsollwert verglichen wird sowie dass das Betätigungselement zum Verschwenken der Elevatorbügel deaktiviert wird, wenn Elevatorbügelsoll- und -istwert innerhalb vorgegebener oder vorgebbarer Toleranzen übereinstimmen.It is particularly preferred in a method for operating the top drive as described here and below that upon actuation of a first operating element by an operator an instantaneous value of the detected position of the elevator bracket is stored as Elevatorbügelsollwert that upon actuation of a second operating element, the at least one actuating element for pivoting the elevator hanger is activated so that a detected when the actuator activated detected position of the elevator bracket is detected as Elevatorbügelistwert and compared with the Elevatorbügelsollwert and that the actuating element is disabled for pivoting the elevator bracket when the elevator bow target and actual value within predetermined or predeterminable tolerances match.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist mit der Betätigung des ersten Bedienelements oder auch evtl. mit einer in einem Bedienvorgang ersten Betätigung eines Bedienelements eine momentane Position des Elevatorbügels zum späteren Anfahren erfassbar ("teachen"). Ein späteres Anfahren der auf diese Weise gespeicherten Position des verschwenkten Elevatorbügels wird aufgrund der an sich zunächst zur Gefahrenvermeidung vorgesehenen Positionserfassung der Elevatorbügel möglich. Wenn also nach diesem Aspekt der Erfindung eine gespeicherte Position der Elevatorbügel zu einem späteren Zeitpunkt wieder angefahren werden soll, kann durch Betätigen eines zweiten Bedienelements oder durch eine zweite Betätigung eines Bedienelements in einem Bedienungsablauf zunächst das zum Verschwenken des Elevatorbügels vorgesehene Betätigungselement aktiviert werden, so dass das Verschwenken der Elevatorbügel beginnt. Dieser Schwenkvorgang wird durch die jetzt erhältliche Positionsinformation überwachbar und der gespeicherte Wert kann als Elevatorbügelsollwert mit einem jeweiligen Momentanwert (Elevatorbügelistwert) in an sich bekannter Art und Weise verglichen werden. Im Rahmen dieses kontinuierlichen Vergleichs erfolgt eine Deaktivierung des Betätigungselements, also eine Beendigung der Schwenkbewegung, wenn Elevatorbügelsollwert und Elevatorbügelistwert innerhalb vorgegebener oder vorgebbarer Toleranzen übereinstimmen. Anstelle der soeben beschriebenen Proportionalregelung zum Erreichen einer gespeicherten Elevatorbügelposition kann auch jede andere geeignete Form von Regelung zur Anwendung kommen (z. B. PI, PID, usw.), um auf diese Weise eine nochmals verbesserte Wiederholgenauigkeit beim Anfahren der gespeicherten Elevatorbügelposition zu erreichen.In this embodiment of the invention is with the operation of the first control element or possibly with a first operation in a control operation of a control element, a current position of the elevator arm for later starting detectable ("teach"). A later start-up of the position of the pivoted elevator arm stored in this way becomes possible on account of the position detection of the elevator hanger, which is initially provided for avoiding danger. Thus, if according to this aspect of the invention, a stored position of the elevator bracket is to be restarted at a later time, by actuating a second control element or by a second operation of a control element in an operating sequence, the first provided for pivoting the elevator arm actuator can be activated so that the pivoting of the elevator bracket begins. This pivoting process can be monitored by the now available position information and the stored value can be compared as a Elevatorbügelsollwert with a respective instantaneous value (Elevatorbügelistwert) in a conventional manner. In the context of this continuous comparison, a deactivation of the Actuating element, ie a termination of the pivoting movement when the elevator arm setpoint and Elevatorbügelistwert match within predetermined or predeterminable tolerances. Instead of the proportional control just described for achieving a stored elevator bar position, any other suitable form of control may be used (eg, PI, PID, etc.) to achieve even more repeatability in approaching the stored elevator bar position.

Weiter bevorzugt ist vorgesehen, dass bei Betätigung des ersten Bedienelements (oder bei einer ersten Betätigung eines Bedienelements) auch eine momentane Vertikalposition des Topdrives als Topdrive-Sollposition gespeichert wird, dass bei Betätigen des zweiten Bedienelements (oder bei zweiter Betätigung des Bedienelements) auch ein Aggregat zur Vertikalbewegung des Topdrives aktiviert wird, dass eine sich mit einer Vertikalbewegung des Topdrives verändernde Vertikalposition als Topdrive-Istposition mit der Topdrive-Sollposition verglichen wird und dass das Aggregat zur Vertikalbewegung des Topdrives deaktiviert wird, wenn Topdrive-Soll- und -Istposition innerhalb vorgegebener oder vorgebbarer Toleranzen übereinstimmen. Dieser Aspekt der Erfindung ist eine Erweiterung der Möglichkeit zum Anfahren gespeicherter Positionen im Zusammenhang mit einem Verschwenken der Elevatorbügel auch auf den Topdrive selbst, so dass durch entsprechende Bedienhandlungen ein zusammengesetzter oder kombinierter Bewegungsablauf ausgelöst werden kann, der das Bedienpersonal bei wiederkehrenden Aufgaben in erheblichem Umfang entlastet.Further preferably, it is provided that upon actuation of the first operating element (or in a first actuation of a control element) and a current vertical position of the top drive is stored as Topdrive target position that upon actuation of the second control element (or the second actuation of the control element) and an aggregate is activated for the vertical movement of the top drive, that a vertical position which changes with a vertical movement of the top drive is compared with the topdrive setpoint position as topdrive actual position and the unit is deactivated for vertical movement of the topdrive, if topdrive setpoint and actual position are within predefined or predefinable tolerances match. This aspect of the invention is an extension of the possibility for approaching stored positions in connection with a pivoting of the elevator bracket also on the top drive itself, so that by appropriate operations a composite or combined movement can be triggered, which relieves the operating staff for recurring tasks to a considerable extent ,

Weiter bevorzugt ist in Bezug auf den zusammengesetzten oder kombinierten Bewegungsvorgang beim Verschwenken der Elevatorbügel und beim Absenken und/oder Anheben des Topdrives vorgesehen, dass die Aktivierung des Aggregats zur Vertikalbewegung des Topdrives und die Aktivierung des die Schwenkbewegung der Elevatorbügel auslösenden Betätigungselements gleichzeitig oder nacheinander erfolgen, insbesondere derart nacheinander, dass zunächst die Vertikalbewegung des Topdrives und danach die Schwenkbewegung der Elevatorbügel erfolgt. Eine Abfolge der Bewegungsabläufe, bei der zunächst die Vertikalbewegung des Topdrives ausgelöst wird, hat den Vorteil, dass sich der Topdrive nach Abschluss dieses Bewegungsvorgangs (normalerweise) in einer Position befindet, die ein Verschwenken der Elevatorbügel erlaubt Eine ansonsten nur aufwendig zu erreichende Koordinierung der beiden Bewegungsabläufe kann dann unterbleiben. Eine einfache Moglichkeit zur Koordinierung der Bewegungsabläufe besteht allerdings darin, dass für die Vertikalposition des Topdrives bestimmte Positionsbereiche festgelegt werden und mit jeden derartigen Positionsbereich in einem Steuerungsprogramm eine maximale Auslenkung des mindestens einen Elevatorbügels assoziiert ist, z.B. die oben beschriebene Hüllkurve. Der koordinierte Bewegungsablauf kann dann so erfolgen, dass z. B. beim Anheben des Topdrives und gleichzeitigen Verschwenken der Elevatorbügel in jedem beim Anheben des Topdrives erreichten Bewegungsbereich ein Verschwenken oder weiteres Verschwenken der Elevatorbügel bis hin zur jeweils für diesen Bewegungsbereich festgelegten Maximalposition erfolgt. Wenn der Topdrive schließlich seine vorgegebene Endposition erreicht, sind die Elevatorbügel schon um einen Anfangswert verschwenkt und das Erreichen der für die Elevatorbügel vorgegebenen Zielposition erfolgt entsprechend schneller. Auf diese Weise anfahrbare Positionen sind insbesondere eine Position über einem so genannten Mauseloch zum dortigen Aufnehmen von Bohrgestängeelementen, eine so genannte Overdrill-Position, bei der die Elevatorbügel seitlich verschwenkt sind um ein maximales Absenken des Topdrives zu ermöglichen, so dass ein Anheben von im Bohrloch befindlichem Bohrgestänge möglich ist und eine Fingerbühnen-Position, wie sie zum Aufnehmen von dort abgestellten Bohrgestängeelementen notwendig ist.With regard to the combined or combined movement process during pivoting of the elevator bracket and during lowering and / or lifting of the top drive, it is further preferred that activation of the unit for vertical movement of the top drive and activation of the actuating element triggering the pivoting movement of the elevator bracket take place simultaneously or successively, in particular in such succession that initially the vertical movement of the top drive and then the pivoting movement of the elevator bracket takes place. A sequence of movements, in which the vertical movement of the Topdrives is first triggered, has the advantage that the Topdrive (usually) is in a position after the completion of this movement, which allows a pivoting of the Elevatorbügel otherwise difficult to achieve coordination of the two Movements can then remain under. However, a simple possibility for coordinating the movement sequences consists in determining specific position ranges for the vertical position of the top drive and associating with each such position range in a control program a maximum deflection of the at least one elevator bracket, eg the envelope described above. The coordinated movement can then be done so that z. B. when lifting the Topdrives and simultaneous pivoting of the elevator bracket in each achieved when lifting the top drive range of motion pivoting or further pivoting of the elevator bracket up to each set for this range of motion maximum position takes place. When the Topdrive finally reaches its predetermined end position, the elevator bars are already pivoted by an initial value and reaching the predetermined target position for the elevator bar is correspondingly faster. In this way approachable positions are in particular a position above a so-called mouse hole for receiving there drill pipe elements, a so-called overdrive position in which the elevator bar are pivoted laterally to allow a maximum lowering of the top drive, so that a lifting of downhole located Bohrgestänge is possible and a finger stage position, as it is necessary for receiving placed there drill pipe elements.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen 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 drawings. Corresponding objects or elements are provided in all figures with the same reference numerals.

Das oder jedes Ausführungsbeispiel ist nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen, 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 bzw. Elementen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind.The or each embodiment is not to be understood as limiting the invention. Rather, numerous changes and modifications are possible within the scope of the present disclosure, in particular those variants, elements and combinations, for example, by combination or modification of individual In conjunction with those described in the general or specific description part and in the claims and / or the drawing Characteristics or elements or method steps for the expert with regard to the solution of the task can be removed.

Es zeigen

FIG 1
als Teil einer Bohranlage einen Mast mit zugehörigem Unterbau und einem im Mast geführten Topdrive,
FIG 2
den Topdrive mit weiteren Details,
FIG 3
den Wirkzusammenhang zwischen einem ersten und zweiten, am Topdrive vorgesehnen Messzylinder, zur Erfassung einer Position eines Elevatorbügels am Topdrive,
FIG 4
eine alternative Ausführungsform zur Erfassung einer Position eines Elevatorbügels
FIG 5
ein Netzwerk zur Steuerung einer Vertikalbewegung des Topdrives unter Berücksichtigung der erfassten Position des Elevatorbügels und
FIG 6
ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung des Aspekts der Erfindung, nach dem eine Positionsinformation zum späteren Anfahren der zugrunde liegenden Position aufgezeichnet wird.
Show it
FIG. 1
as part of a drilling rig a mast with associated substructure and a Topdrive guided in the mast,
FIG. 2
the Topdrive with further details,
FIG. 3
the operative relationship between a first and a second measuring cylinder, which is intended for the Topdrive, for detecting a position of an elevator bracket on the Topdrive,
FIG. 4
an alternative embodiment for detecting a position of an elevator bracket
FIG. 5
a network for controlling a vertical movement of the top drive taking into account the detected position of the elevator bracket and
FIG. 6
a flowchart illustrating the aspect of the invention, after which a position information for later starting the underlying position is recorded.

FIG 1 zeigt als Teil einer Bohranlage einen Mast 10 mit zugehörigem Unterbau 12. Am Mast 10 befindet sich in an sich bekannter Art eine so genannte Fingerbühne 14, wobei die davon umfassten Finger Metallstäbe oder Metallprofile sind, die zum aufrechten, also vertikalen Lagern von dort abgestellten Bohrgestängeelementen vorgesehen sind. Im Mast 10 ist in an sich bekannter Art und Weise ein so genannter Topdrive 16 angebracht, der im Betrieb der Bohranlage zum Absenken oder Anheben des Bohrgestänges 18 (nicht dargestellt; nur gestrichelt angedeutet) und zum Drehen des Bohrgestänges 18 zum Bewirken des Bohrvorgangs vorgesehen ist. Der Topdrive 16 hängt an einem Rollenblock 20. Der Rollenblock 20 und ein im Bereich einer Mastkrone befindlicher Kronenblock 22 wirken zusammen wie ein Flaschenzug. Vom Kronenblock 22 läuft ein Zugseil (nicht dargestellt) für eine Vertikalbewegung des Topdrives 16 zu einem im Bereich der Bohranlage vorgesehenen Aggregat, z. B. einer durch einen Elektromotor antreibbaren Winde 23. Für die Vertikalbewegung ist der Topdrive 16 in Führungsschienen 24 gehalten. FIG. 1 shows as part of a drilling rig a mast 10 with associated substructure 12 on the mast 10 is in a conventional manner, a so-called finger stage 14, the finger covered metal bars or metal profiles are, for upright, so vertical storage of cut off there drill pipe elements are provided. A so-called Topdrive 16 is mounted in the mast 10 in a manner known per se, which (not shown, only indicated by dashed lines) during operation of the drilling rig for lowering or raising the drill string 18 and for rotating the drill string 18 is provided for effecting the drilling operation , The top drive 16 hangs on a roller block 20. The roller block 20 and a crown block 22 located in the area of a mast crown act together like a block and tackle. From the crown block 22 runs a pull rope (not shown) for a vertical movement of the top drive 16 to an intended in the field of drilling rig unit, z. B. a driven by an electric motor winch 23. For the vertical movement of the top drive 16 is held in guide rails 24.

FIG 2 zeigt den Topdrive 16 aus FIG 1 mit weiteren Details. Danach umfasst der Topdrive 16 einen feststehenden Teil 26 und einen drehbaren Teil 28. Der feststehende Teil 26 umfasst den Antrieb zur Bewegung des drehbaren Teils 28, z. B. in Form eines Motors. Der feststehende Teil 26 des Topdrives 16 wird entsprechend auch als Antriebseinheit bezeichnet und feststehend meint, dass es sich um den drehfesten Teit des Topdrives 16 handelt, der insgesamt in den Führungsschienen 24 vertikal beweglich ist. Der drehbare Teil 28 des Topdrives 16 wird in der Fachterminologie und entsprechend auch hier als Pipehandler bezeichnet und umfasst mindestens einen schwenkbeweglichen Elevatorbügel 30 und mindestens ein Betätigungselement 32 zum Bewirken des Schwenkvorgangs des oder jedes Elevatorbügels 30. Bei der dargestellten Ausführungsform sind zwei Elevatorbügel 30 und für jeden Elevatorbügel 30 ein Betätigungselement 32 (nur eines sichtbar) vorhanden. Die Verwendung des Eingangs erläuterten Ausdrucks "die Elevatorbügel" mit dem definierten Bedeutungsumfang wird entsprechend fortgesetzt. FIG. 2 shows the Topdrive 16 FIG. 1 with more details. Thereafter, the top drive 16 includes a fixed portion 26 and a rotatable portion 28. The fixed portion 26 includes the drive for moving the rotatable portion 28, e.g. B. in the form of a motor. The fixed part 26 of the top drive 16 is also referred to as a drive unit and means fixed that it is the non-rotatable Teit the top drive 16th acts, which is vertically movable in total in the guide rails 24. The rotatable part 28 of the top drive 16 is referred to in the technical terminology and accordingly also as a pipehandler and comprises at least one pivotable elevator bracket 30 and at least one actuating element 32 for effecting the pivoting operation of the or each elevator bracket 30. In the illustrated embodiment, two elevator bracket 30 and Each elevator bar 30, an actuator 32 (only one visible) available. The use of the input explained "elevator buckle" with the defined scope of meaning is continued accordingly.

In einer Ruheposition sind die Elevatorbügel 30 im Wesentlichen vertikal ausgerichtet, d. h. die Elevatorbügel 30 hängen senkrecht nach unten. Zumindest in einer solchen Position ist eine Vertikalbewegung des Topdrives 16 an den Führungsschienen 24 im Mast 10 möglich, ohne dass für die Elevatorbügel 30 die Gefahr einer Kollision mit Teilen im oder am Mast 10 zu besorgen wäre, z. B. mit der Fingerbühne 14 (FIG 1) oder einer der Führungsschienen 24.In a rest position, the elevator bars 30 are oriented substantially vertically, ie the elevator bars 30 hang vertically downwards. At least in such a position, a vertical movement of the top drive 16 on the guide rails 24 in the mast 10 is possible without the risk of collision with parts in or on the mast 10 to be obtained for the elevator bar 30, z. B. with the finger stage 14 ( FIG. 1 ) or one of the guide rails 24.

Bei der dargestellten Ausführungsform des Pipehandlers wirkt das Betätigungselement 32 nicht direkt auf die Elevatorbügel30, sondern zunächst auf einen so genannten Tiltarm 34, der seinerseits an den Elevatorbügeln 30 angreift, so dass ein durch das mindestens eines Betätigungselement 32 ausgelöste Verschwenken des Tiltarms 34 ein Verschwenken der Elevatorbügel 30 nach sich zieht. Das Betätigungselement 32 wird entsprechend in der Fachterminologie häufig auch als Tiltzylinder bezeichnet.In the illustrated embodiment of the pipe handler, the actuator 32 does not act directly on the Elevatorbügel30, but first on a so-called Tiltarm 34, which in turn acts on the buckles 30 so that a triggered by the at least one actuator 32 pivoting the Tiltarms 34 pivoting the Elevator bracket 30 pulls. The actuator 32 is often referred to in the terminology as Tiltzylinder.

Weitere Bestandteile des Topdrives 16 oder dessen Pipehandler - für die Erfindung jedoch ohne besondere Bedeutung - sind ein so genannter Torquearm 36 und eine an dessen unterem Ende vorgesehene Haltezange 38 für Bohrgestänge.Other components of Topdrives 16 or its Pipehandler - for the invention, however, without particular importance - are a so-called Torquearm 36 and provided at the lower end holding pliers 38 for drill pipe.

Zum Erfassen einer Position der Elevatorbügel 30 und zur Weiterleitung einer diesbezüglichen Positionsinformation sind bei der dargestellten Ausführung des Topdrives 16 ein erster und zweiter Messzylinder 40, 42 vorgesehen. Der erste Messzylinder 40 wird mit jeder Bewegung des Tiltarms 34 betätigt und eine zwischen erstem und zweitem Messzylinder 40, 42 bestehende hydraulische Verbindung, derart, dass sich eine Betätigung des ersten Messzylinders 40 durch den Tiltarm 34 auf eine Position des zweiten Messzylinders 42 auswirkt, ist über eine hydraulische Drehdurchführung 44 zwischen feststehendem Teil 26 und drehbarem Teil 28 des Topdrives 16 geführt. Über diese hydraulische Drehdurchführung 44 gelangt z. B. auch Hydraulikflüssigkeit vom feststehenden Teil 26 des Topdrives 16 zum Verschwenken der Elevatorbügel 30 zu dem oder jedem dafür vorgesehenen Betätigungselement 32. In der hydraulischen Drehdurchführung 44 ist für jede derartige hydraulische Verbindung zwischen den beiden Teilen 26, 28 des Topdrives 16 ein an sich bekannter, so genannter Port vorgesehen, und für die Verbindung zwischen erstem und zweitem Messzylinder 40, 42 wird ein zusätzlicher Port (oder Ports) vorgesehen oder ein bisher freier Port (oder Ports) verwendet.For detecting a position of the elevator bracket 30 and for forwarding a related position information, a first and second measuring cylinder 40, 42 are provided in the illustrated embodiment of the top drive 16. The first measuring cylinder 40 is actuated with each movement of the tilt arm 34 and a hydraulic connection between first and second measuring cylinders 40, 42, such that an actuation of the first measuring cylinder 40 by the tilt arm 34 affects a position of the second measuring cylinder 42 via a hydraulic rotary feedthrough 44 between stationary Part 26 and rotatable part 28 of the top drive 16 out. About this hydraulic rotary feedthrough 44 reaches z. As well as hydraulic fluid from the fixed part 26 of the Topdrives 16 for pivoting the elevator bracket 30 to the or each designated actuator 32. In the hydraulic rotary feedthrough 44 is for each such hydraulic connection between the two parts 26, 28 of the Topdrives 16 a known per se , so-called port provided, and for the connection between the first and second measuring cylinder 40, 42 an additional port (or ports) is provided or a previously free port (or ports) is used.

FIG 3 zeigt in schematisch vereinfachter Darstellung den Wirkzusammenhang zwischen erstem und zweitem Messzylinder 40, 42. Bei beiden Messzylindern 40, 42 handelt es sich um Zylinder, insbesondere Hydraulik- oder Pneumatikzylinder, mit einem darin jeweils in an sich bekannter Art an einer Stange 46 geführten Kolben 48. Der erste Messzylinder 40 wird durch den Tiltarm 34 bei einer Schwenkbewegung der Elevatorbügel 30 betätigt. Der Pfeil auf der rechten Seite der Stange 46 des ersten Messzylinders 40 soll diesen Einfluss andeuten. Mit einer Bewegung des Kolbens 48 im ersten Messzylinder wird in an sich bekannter Art und Weise dort befindliches Medium verdrängt und das verdrängte Medium gelangt von einer Bodenseite 50 zu einer korrespondierenden Bodenseite 50 des zweiten Messzylinders 42, so dass sich dort eine der Bewegung des Kolbens 48 im ersten Messzylinder 40 korrespondierende Bewegung des Kolbens 48 im zweiten Messzylinder 42 einstellt. Erster und zweiter Messzylinder 40, 42 sind zu diesem Zweck durch eine Leitung 52, insbesondere hydraulische Leitung, verbunden und die auf diesem Wege bewirkte Verbindung umfasst auch die in FIG 3 nur als gestrichelte Linie dargestellte hydraulische Drehdurchführung 44 (vgl. auch FIG 2). FIG. 3 2 shows a schematically simplified representation of the operative relationship between the first and second measuring cylinders 40, 42. The two measuring cylinders 40, 42 are cylinders, in particular hydraulic or pneumatic cylinders, with a piston 48 guided in a manner known per se on a rod 46 The first measuring cylinder 40 is actuated by the tilt arm 34 during a pivoting movement of the elevator bracket 30. The arrow on the right side of the rod 46 of the first measuring cylinder 40 is intended to indicate this influence. With a movement of the piston 48 in the first measuring cylinder, medium located there is displaced in a manner known per se, and the displaced medium passes from a bottom side 50 to a corresponding bottom side 50 of the second measuring cylinder 42, so that there one of the movement of the piston 48 in the first measuring cylinder 40 corresponding movement of the piston 48 in the second measuring cylinder 42 sets. First and second measuring cylinder 40, 42 are connected for this purpose by a line 52, in particular hydraulic line, and the connection effected in this way also includes the in FIG. 3 only shown as a dashed line hydraulic rotary feedthrough 44 (see also FIG. 2 ).

Abweichend von der Ausführungsform gemäß FIG 3 kann die hydraulische Verbindung zwischen erstem und zweitem Messzylinder 40, 42 auch von der Bodenseite 50 des ersten Messzylinders 40 zu einer Stangenseite 54 des zweiten Messzylinders 42 oder von der Stangenseite 54 des ersten Messzylinders 40 zur Bodenseite 50 des zweiten Messzylinders 42 erfolgen. Die dargestellte Leitung 52 ist insoweit nur eine von mehreren möglichen, grundsätzlich gleichwertigen Verbindungen. Die Darstellung in FIG 3 zeigt aber auch eine besonders bevorzugte Ausführungsform bei der (hydraulischen) Verbindung zwischen erstem und zweitem Messzylinder 40, 42, nämlich eine zweikanalige Verbindung, die neben der ersten Leitung 52 eine weitere Leitung 56 umfasst Die dargestellte weitere-Leitung-56 verbindet über die hydraulische Drehdurchführung 44 die beiden Stangenseiten 54 von erstem und zweitem Messzylinder 40, 42. Die zweikanalige Verbindung (erste Leitung 52, zweite Leitung 56) bewirkt, dass beide Kolben 48 der insoweit in einem z. B. hydraulischen Kreis verbundenen Messzylinder 40, 42 bei einer durch den Tiltarm 34 bewirkten Positionsänderung des Kolbens 48 im ersten Messzylinder 40 sowohl durch Zug wie auch durch Druck belastet sind, so dass eine evtl. gestörte Weiterleitung einer Positionsinformation über die erste oder zweite Leitung 52, 56 durch eine korrespondierende Positionsinformation über die verbleibende Leitung 52, 56 unterstützt wird.Notwithstanding the embodiment according to FIG. 3 For example, the hydraulic connection between the first and second measuring cylinders 40, 42 can also take place from the bottom side 50 of the first measuring cylinder 40 to a rod side 54 of the second measuring cylinder 42 or from the rod side 54 of the first measuring cylinder 40 to the bottom side 50 of the second measuring cylinder 42. The illustrated line 52 is so far only one of several possible, basically equivalent connections. The representation in FIG. 3 but also shows a particularly preferred embodiment in the (hydraulic) connection between the first and second measuring cylinder 40, 42, namely a two-channel connection, which in addition to the first line 52 comprises a further line 56 The illustrated another line-56 connects via the hydraulic rotary feedthrough 44, the two rod sides 54 of the first and second measuring cylinder 40, 42. The two-channel connection (first line 52, second line 56) causes both pistons 48 of the extent in a z. B. hydraulic circuit connected measuring cylinder 40, 42 are loaded at a caused by the tilt arm 34 position change of the piston 48 in the first measuring cylinder 40 both by train as well as by pressure, so that a possibly disturbed forwarding a position information on the first or second line 52nd , 56 is supported by a corresponding position information on the remaining line 52, 56.

Die in Bezug auf die Position der Elevatorbügel 30 weitergeleitete Positionsinformation ist also das durch den Kolben 48 des ersten Messzylinders 40 bewegte Volumen eines darin vorgesehenen Mediums (z. B. Hydraulikflüssigkeit). Die Weiterleitung der Positionsinformation, nämlich in Form eines Volumenstroms, kann über die Drehdurchführung 44 zwischen feststehendem und drehbarem Teil 26, 28 des Topdrives 16 erfolgen, nachdem über diese Drehdurchführung 44 auch bei bisher bekannten Topdrives eine Zuleitung von z. B. Hydraulikflüssigkeit zum Auslenken der Elevatorbügel 30 erfolgt. Der vom ersten zum zweiten Messzylinder 40, 42 sich ergebende Volumenstrom ist insoweit nur ein weiterer über durch die Drehdurchführung 44 geführter Volumenstrom, der noch dazu unter erheblich geringerem Druck steht oder stehen kann, als dies bei einem dem oder jedem Betätigungselement 32 zum Verschwenken der Elevatorbügel 30 zugeleiteten Volumenstrom der Fall ist.The position information forwarded in relation to the position of the elevator bracket 30 is thus the volume of a medium (eg hydraulic fluid) provided therein that is moved by the piston 48 of the first measuring cylinder 40. The forwarding of the position information, namely in the form of a volumetric flow can be done via the rotary feedthrough 44 between fixed and rotatable member 26, 28 of the top drive 16, after this rotary feedthrough 44 in previously known top drives a supply of z. B. hydraulic fluid for deflecting the elevator bracket 30 takes place. The volumetric flow resulting from the first to the second measuring cylinder 40, 42 is so far only one more through the rotary leadthrough 44 guided volume flow, which is still under significantly lower pressure or can stand, as in a or each actuator 32 for pivoting the elevator bracket 30 supplied volume flow is the case.

Die Stellung des zweiten Messzylinders 42 wird durch einen nicht dargestellten Sensor erfasst. Als Sensor kommt ein Endschalter oder eine Gruppe von Endschaltern, z. B. ein Endschalterpaar, in Betracht. Ein Endschalter kann z. B. so angeordnet sein, dass eine bestimmte Auslenkung des zweiten Messzylinders 42 erfasst wird, wobei die dafür gewählte Position dieses Endschalters einer zu überwachenden Auslenkung der Elevatorbügel 30 entspricht. Eine Betätigung dieses Endschalters bedeutet dann, dass die Elevatorbügel 30 zumindest die vorgegebene Auslenkung erreicht haben, und bei der vorgegebenen Auslenkung kann es sich um eine Auslenkung handeln, bei der ein Kontakt der Elevatorbügel 30 mit Teilen im oder am Mast 10 zu besorgen ist. Speziell wenn die Elevatorbügel 30 sowohl in Uhrzeigerrichtung wie auch gegen die Uhrzeigerrichtung verschwenkbar sind, wird man zwei derartige Endschalter vorsehen, um in beide Bewegungsrichtungen das Erreichen einer evtl. kritischen Auslenkposition überwachen zu können. Ein anderer Ansatz kann zusätzlich oder alternativ auf eine Überwachung einer Ruheposition der Elevatorbügel 30 abstellen, wobei jedes Verlassen der Ruheposition als grundsätzlich kritische Auslenksituation auswertbar ist.The position of the second measuring cylinder 42 is detected by a sensor, not shown. As a sensor comes a limit switch or a group of limit switches, z. B. a limit switch pair, into consideration. A limit switch can, for. B. be arranged so that a certain deflection of the second measuring cylinder 42 is detected, wherein the selected position of this limit switch corresponds to a monitored deflection of the elevator bracket 30. An actuation of this limit switch then means that the elevator bar 30 have reached at least the predetermined deflection, and at the predetermined deflection may be a deflection in which a contact of the elevator bar 30 with parts in or on the mast 10 is to get. Specifically, when the elevator bars 30 are pivotable both clockwise and counterclockwise, two such limit switches will be provided to move in both directions of movement be able to monitor the achievement of a possibly critical deflection position. Another approach may additionally or alternatively be based on monitoring a rest position of the elevator bracket 30, wherein each leaving the rest position is evaluated as a fundamentally critical Auslenksituation.

Während man ein oder mehrere Endschalter in Bezug auf die Erfassung der vom ersten Messzylinder 40 gelieferten Positionsinformation als digitalen Sensor oder digitale Sensoren auffassen kann, kommt anstelle oder zusätzlich zu einer digitalen Messwertaufnahme bevorzugt auch ein analoger Sensor, z. B. ein Sensor zur Wegerfassung (Wegmesssystem) in Betracht. Der erfasste Weg ist für die in FIG 3 dargestellte Ausführungsform die Auslenkung des Kolbens 48 des zweiten Messzylinders 42, der entweder direkt am Kolben 48 oder an der Stange 46 erfassbar ist. Als Wegmesssensoren kommen an sich bekannte Wegmesssensoren in Betracht, z. B. Inkrementalgeber, und als dem Analogsensor zugrunde liegendes Messprinzip kommt jedes bekannte Messprinzip in Betracht, z. B. auf ohmscher, induktiver, kapazitiver, piezoelektrischer Basis, usw..While one can regard one or more limit switches with respect to the detection of the position information supplied by the first measuring cylinder 40 as a digital sensor or digital sensors, instead of or in addition to a digital measured value recording preferably also an analog sensor, for. B. a sensor for path detection (displacement encoder) into consideration. The recorded path is for the in FIG. 3 illustrated embodiment, the deflection of the piston 48 of the second measuring cylinder 42, which is detected either directly on the piston 48 or on the rod 46. As Wegmesssensoren known displacement sensors come into consideration, for. As incremental encoder, and as the analog sensor on the underlying measuring principle is any known measuring principle into consideration, for. B. ohmic, inductive, capacitive, piezoelectric base, etc ..

Eine weitere Ausführungsform zur Erfassung einer Position der Elevatorbügel 30 und zur Weiterleitung einer diesbezüglichen Positionsinformation ist in FIG 4a und FIG 4b dargestellt. FIG 4a und FIG 4b zeigen im oberen Bereich als Betätigungselement 32 zum Verschwenken der Elevatorbügel 30 jeweils einen (ggf. zwei) Hydraulikzylinder. Bei der Ausführungsform gemäß FIG 4a fungiert das oder jedes Betätigungselement 32 in Bezug auf eine Flussrichtung der Hydraulikflüssigkeit als Nehmer und wird über einen am drehfesten Teil 26 des Topdrives 16, also auf der anderen Seite der Drehdurchführung 44, befindlichen Geber (Geberzylinder) 58 gespeist. Eine Schwenkbewegung der Elevatorbügel 30 wird dabei ausgelöst, indem ein auf einer Eingangsseite des Gebers 58 befindliches Ventil 60 (Wegeventil) zu einem mit Druck beaufschlagtem Hydraulikflüssigkeitsreservoir oder einem Hydraulikaggregat geeignet angesteuert wird. Aufgrund des durch die Ansteuerung des Ventils 60 bewirkten Hydraulikflüssigkeitsstroms ergibt sich eine Bewegung im Geber 58, die eine Bewegung des Nehmers, also in dem oder jedem Betätigungselement 32, und damit die beabsichtigte Schwenkbewegung der Elevatorbügel 30 bewirkt. Zur Erfassung einer Position der Elevatorbügel 30 besteht in diesem Szenario eine Möglichkeit in einer Erfassung eines im Geber 58 befindlichen, mit einem Hydraulikflüssigkeitsmassenstrom verschieblichen Kolbens 48. Der Geber 58 befindet sich bei der dargestellten Konfiguration in einer Arbeitsleitung (Leitung 52; Symbol "P" am Ventil). Grundsätzlich kann eine Einheit nach Art des Gebers 58 auch in einer Entlüftungs- oder Abflussleitung (Leitung 56; Symbol "T" am Ventil) und eine Positionserfassung dort vorgesehen sein. Darüber hinaus kommt die Positionserfassung auf die beschriebene Weise in beiden Leitungen 52, 56 in Betracht so dass sich wieder eine zweikanalige Positionserfassung ergibt.Another embodiment for detecting a position of the elevator bracket 30 and for forwarding a related position information is in 4a and 4b shown. 4a and 4b show in the upper region as an actuating element 32 for pivoting the elevator bracket 30 each one (possibly two) hydraulic cylinder. In the embodiment according to FIG. 4a The or each actuator 32 acts as a slave with respect to a flow direction of the hydraulic fluid and is fed via a transmitter (master cylinder) 58 located on the non-rotatable part 26 of the top drive 16, ie on the other side of the rotary feedthrough 44. A pivoting movement of the elevator bracket 30 is thereby triggered by a located on an input side of the sensor 58 valve 60 (directional control valve) is suitably controlled to a pressurized hydraulic fluid reservoir or a hydraulic unit. Due to the hydraulic fluid flow caused by the actuation of the valve 60, there is a movement in the transmitter 58, which causes a movement of the receiver, that is, in the or each actuator 32, and thus the intended pivotal movement of the elevator bracket 30. For detecting a position of the elevator hanger 30, in this scenario, there is a possibility of detecting a piston 48 in the transmitter 58 which is displaceable with a hydraulic fluid mass flow. In the illustrated configuration, the transmitter 58 is located in a working line (line 52, symbol "P" on FIG Valve). In principle, a unit in the manner of the sensor 58 can also be provided in a venting or drainage line (line 56, symbol "T" on the valve) and a position detection there. In addition, the position detection comes in the manner described in both lines 52, 56 into consideration so that again results in a two-channel position detection.

FIG 4b zeigt eine im Wesentlichen der Ausführungsform gemäß FIG 4a entsprechende Variante. Anstelle des Gebers 58 (FIG 4a) ist ein Durchflusssensor 61 vorgesehen. Dieser ist zur Messung einer Durchflussmenge durch die Leitung 52 zwischen Ventil 60 und Betätigungselement 32 (Nehmer) vorgesehen. Zusätzlich oder alternativ kann ein Durchflusssensor 61 auch in der weiteren Leitung 56 vorgesehen sein. Ein Durchflusssensor 61 in beiden Leitungen 52, 56 macht die Positionserfassung mit Durchflusssensor 61 zu einer zweikanaligen Positionserfassung. Zur Durchflussmengenmessung, also zur Ableitung eines dem jeweiligen Volumenstrom proportionalen Signals, kommt jedes Durchflussmessgerät oder jeder Strömungssensor in Betracht. Die Verwendung von Durchflussmessgeräten oder Strömungssensoren kommt auch bei der Ausführungsform gemäß FIG 3 in Betracht, wodurch evtl. ein Wegmesssystem ersetzbar ist 4b shows a substantially the embodiment according to FIG. 4a corresponding variant. Instead of the encoder 58 ( FIG. 4a ), a flow sensor 61 is provided. This is provided for measuring a flow rate through the line 52 between the valve 60 and actuator 32 (slave). Additionally or alternatively, a flow sensor 61 may also be provided in the further line 56. A flow sensor 61 in both lines 52, 56 makes the position detection with flow sensor 61 to a two-channel position detection. For flow rate measurement, that is, for the derivation of a signal proportional to the respective volume flow, each flow meter or each flow sensor comes into consideration. The use of flowmeters or flow sensors also occurs in the embodiment FIG. 3 into consideration, whereby possibly a displacement measuring system is replaceable

Der Vorteil der Varianten gemäß FIG 4a und 4b besteht darin, dass zusätzliche Komponenten wie der erste und zweite Messzylinder 40, 42 (FIG 3) nicht erforderlich sind. Allerdings muss bei der Variante gemäß FIG 4 die Messung unter Hochdruckeinfluss erfolgen, während bei der Variante gemäß FIG 3 die Druckverhältnisse im ersten und zweiten Messzylinder 40, 42 geringer, ggf. sogar um Größenordnungen geringer sein können, als dies für das Betätigungselement 32 und dessen versorgungsseitige Speisung gilt.The advantage of the variants according to FIGS. 4a and 4b is that additional components such as the first and second measuring cylinders 40, 42 ( FIG. 3 ) are not required. However, in the variant according to FIG. 4 the measurement under high-pressure influence, while in the variant according to FIG. 3 the pressure conditions in the first and second measuring cylinders 40, 42 can be lower, possibly even orders of magnitude lower, than applies to the actuating element 32 and its supply-side supply.

Bei sämtlichen Varianten gemäß FIG 3 oder FIG 4a, 4b wird die zweikanalige Ausführung der Positionserfassung deutlich. Die zweikanalige Ausführung erhöht die Sicherheit der Messwerterfassung im Hinblick auf eine sicherheitsgerichtete Überwachung sowie ggf. eine nachgeschaltete Steuerung der Auslenkung der Elevatorbügel 30. Die zweikanalige Ausführung kann noch ergänzt und ggf. verbessert werden, indem die Messwertaufnahme diversitär erfolgt. Bei der Variante gemäß FIG 3 kommt z. B. ein Wegmesssystem als erster elektrischer Sensor und ein Durchflusssensor als diversitärer, zweiter elektrischer Sensor in Betracht. Bei einer solchen Konfiguration erfolgt die Ableitung eines elektrischen Signals aus der vom ersten Messzylinder 40 gelieferten Positionsinformation neben der zweikanaligen Verbindung (Leitungen 52, 56) zwischen den beiden Messzylindern 40, 42 nicht nur ebenfalls zweikanalig, nämlich durch zwei Sensoren, sondern zweikanalig diversitär, also durch zwei unterschiedliche, auf verschiedenen Messprinzipien basierende Sensoren. Dadurch ist die Fehlersicherheit bei der Erfassung der Position der Elevatorbügel 30 nochmals deutlich erhöht. Gleiches lässt sich ebenso oder auch mit anderer Sensorik für die in FIG 4a und 4b dargestellte Ausführungsform realisieren, z.B. indem bei der Variante gemäß FIG 4a in der weiteren Leitung 56 der Durchflusssensor 61 der Variante gemäß FIG 4b vorgesehen wird oder umgekehrt.For all variants according to FIG. 3 or FIGS. 4a, 4b the two-channel version of the position detection becomes clear. The two-channel design increases the reliability of the measured value acquisition with regard to safety-related monitoring and, if necessary, downstream control of the deflection of the elevator bracket 30. The two-channel design can be supplemented and, if necessary, improved by diversifying the measured value. In the variant according to FIG. 3 comes z. As a displacement measuring system as a first electrical sensor and a flow sensor as diversified, second electrical sensor into consideration. In such a configuration, the derivation of an electrical Signal from the position information supplied by the first measuring cylinder 40 in addition to the two-channel connection (lines 52, 56) between the two measuring cylinders 40, 42 not only also two-channel, namely by two sensors, but two-channel diversified, ie by two different, based on different measuring principles sensors , As a result, the error safety when detecting the position of the elevator bracket 30 is again significantly increased. The same can also or with other sensors for the in FIGS. 4a and 4b Realize embodiment shown, for example by in the variant according to FIG. 4a in the further line 56 of the flow sensor 61 of the variant according to 4b is provided or vice versa.

Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke, nämlich die Erfassung einer Position der Elevatorbügel 30 und die Weiterleitung einer diesbezüglichen Positionsinformation kann in unterschiedlichster Art und Weise redundant und/oder diversitär erfolgen. Die Ausführungsform gemäß FIG 3 ist auf Seiten der Erfassung der Positionsinformation redundant ausgelegt, indem sowohl von der Bodenseite 50 wie auch von der Stangenseite 54 des ersten Messzylinders 40 eine Positionsinformation als Maß für eine Auslenkung der Elevatorbügel 30 ausgeht. Auch die Weiterleitung der diesbezüglichen Positionsinformation ist redundant, nachdem für die Weiterleitung der Positionsinformation die erste und zweite Verbindung (Leitung 52, 56) durch die hydraulische Drehdurchführung 44 bis zum zweiten Messzylinder 42 vorgesehen sind. Indem der zweite Messzylinder 42 sowohl auf seiner Bodenseite 50 wie auch auf seiner Stangenseite 54 mit dem ersten Messzylinder 40 gekoppelt ist, erfolgt auch die Aufnahme der Positionsinformation vom ersten Messzylinder 40 redundant. Je nach Art und Anzahl des oder der jeweils vorgesehenen Mittel zur Ableitung eines elektrischen Signals aus einer jeweiligen Position des zweiten Messzylinders 42 erfolgt auch die elektrische Signalgenerierung redundant oder ggf. bereits hier sogar diversitär. Ausgehend von diesem allgemeinen Schema sind zahlreiche Änderungen denkbar, ohne vom grundsätzlichen Ansatz der Erfindung abzuweichen. So kann z. B. zusätzlich zu der Anordnung gemäß FIG 3 oder z. B. anstelle der stangenseitigen Kopplung der beiden Messzylinder 40, 42 über die zweite Leitung 56 mit dem ersten Messzylinder 40 ein Sender vorgesehen sein, der ein elektromagnetisches Signal in Abhängigkeit von der Stellung des ersten Messzylinders 40 (oder der Position des Tiltarms 34) abgibt und das auf Seiten des feststehenden Teils 26 des Topdrives 16 von einem korrespondierenden Empfänger aufgenommen wird. Die Zweikanaligkeit der Erfassung der Position der Elevatorbügel 30 und die zweikanalige Weiterleitung einer diesbezüglichen Positionsinformation bleiben dabei erhalten. Die Zweikanaligkeit ist bei einer solchen Ausführungsform jedoch nicht nur eine redundante Zweikanaligkeit, sondern bereits eine diversitäre Zweikanaligkeit, so dass die Fehlersicherheit der Lösung insgesamt erhöht ist.The idea underlying the invention, namely the detection of a position of the elevator bracket 30 and the forwarding of a relevant position information can be done redundantly and / or diversified in various ways. The embodiment according to FIG. 3 is redundantly designed on the side of the detection of the position information by both position information from the bottom side 50 as well as from the rod side 54 of the first measuring cylinder 40 as a measure of a deflection of the elevator bracket 30 emanates. Also, the forwarding of the relevant position information is redundant after the first and second connection (line 52, 56) are provided by the hydraulic rotary feedthrough 44 to the second measuring cylinder 42 for the forwarding of the position information. By the second measuring cylinder 42 is coupled both on its bottom side 50 as well as on its rod side 54 with the first measuring cylinder 40, the recording of the position information from the first measuring cylinder 40 is redundant. Depending on the type and number of or each provided means for deriving an electrical signal from a respective position of the second measuring cylinder 42 and the electrical signal generation is redundant or possibly even here even diversified. Starting from this general scheme, numerous changes are conceivable without departing from the basic approach of the invention. So z. B. in addition to the arrangement according to FIG. 3 or z. B. instead of the rod-side coupling of the two measuring cylinders 40, 42 via the second line 56 to the first measuring cylinder 40, a transmitter may be provided which emits an electromagnetic signal in dependence on the position of the first measuring cylinder 40 (or the position of the tilt arm 34) and which is received on the side of the fixed part 26 of the top drive 16 by a corresponding receiver. The dual-channel detection of the position of the elevator bracket 30 and the two-channel transmission of a related position information is retained. However, dual-channeling in such an embodiment is not only a redundant two-channel system, but already a diversified two-channel system, so that the overall reliability of the solution is increased.

Zur z. B. elektrischen oder elektromagnetischen Erfassung einer Position der Elevatorbügel 30 können zusätzlich oder alternativ unterschiedlichste Mess- und Erfassungsprinzipien zur Anwendung kommen: z. B. über vom feststehenden Teil 26 des Topdrives 16 vertikal oder im Wesentlichen vertikal nach unten gerichtete fotosensitive Elemente zum Aufspannen eines "Lichtvorhangs", der bei verschwenkten Elevatorbügeln 30 unterbrochen wird, so dass sich anhand einer solchen Unterbrechung eine Positionsinformation bezüglich der Elevatorbügel 30 ableiten lässt; eine Erfassung einer durch das Verschwenken der Elevatorbügel 30 bewirkten Änderung eines elektromagnetischen Feldes unterhalb des feststehenden Teils 26 des Topdrives 16, wobei für aufgenommene Kennwerte des elektromagnetischen Feldes Grenz- oder Schwellwerte hinterlegt oder hinterlegbar sind, mit deren Erreichen oder Überschreiten bestimmte Schwenkpositionen der Elevatorbügel 30 assoziiert sind, so dass sich daraus Positionsinformationen hinsichtlich der Elevatorbügel 30 ableiten lassen. Weitere, hier nicht explizit erwähnte, jedoch an sich bekannte Sensorik kommt ebenfalls in Betracht und jede erwähnte Möglichkeit zur Erfassung der Position der Elevatorbügel 30 kann in doppelter oder mehrfacher Ausführung zur redundanten, zwei- oder mehrkanaligen Erfassung und Weiterleitung der Positionsinformation vorgesehen sein. Im Weiteren kann jede Kombination erwähnter Sensorik zur zwei- oder mehrkanalig redundanten, diversitären Positionserfassung und Weiterleitung einer Positionsinformation vorgesehen sein.For z. B. electrical or electromagnetic detection of a position of the elevator bracket 30 may additionally or alternatively a variety of measurement and detection principles are used: z. B. on the stationary part 26 of the Topdrives 16 vertically or substantially vertically downwardly directed photosensitive elements for mounting a "light curtain", which is interrupted at pivoted Elevatorbügeln 30 so that a position information with respect to the elevator bracket 30 can be derived on the basis of such an interruption ; a detection of a caused by the pivoting of the elevator bracket 30 change in an electromagnetic field below the fixed part 26 of the top drive 16, wherein limit or threshold values are stored or stored for recorded characteristic values of the electromagnetic field, with the achievement or exceeding certain pivoting positions of the elevator bracket 30 associated are, so that it can derive position information with respect to the elevator bracket 30. Other, not explicitly mentioned, but known per se sensor is also considered and each mentioned possibility for detecting the position of the elevator bracket 30 may be provided in duplicate or multiple execution for redundant, two- or multi-channel detection and transmission of position information. In addition, any combination of mentioned sensors for two- or multi-channel redundant, diverse position detection and forwarding of position information can be provided.

FIG 5 zeigt exemplarisch ein Netzwerk 62 mit logischen Verknüpfungen, wie dieses in einem Steuerungsprogramm zur Steuerung der Vertikalbewegung des Topdrives 16 unter Berücksichtigung der erfassten Position der Elevatorbügel 30 verwendbar ist. Das Netzwerk 62 weist einen ersten und zweiten Eingang 64, 66, ggf. einen weiteren, dritten Eingang 68 und einen Ausgang 70 auf. Am ersten Eingang 64 wird dem Netzwerk 62 ein Signal zugeführt, mit dem eine Aktivierung eines Aggregats zur Vertikalbewegung des Topdrives 16 erfolgen soll. Im Stand der Technik, also ohne Berücksichtigung der erfassten Position der Elevatorbügel 30 bei der Vertikalbewegung des Topdrives 16, ist das Netzwerk 62 oder eine ähnliche logische Verknüpfung nicht erforderlich und der erste Eingang 64 wird unmittelbar als Ausgang 70 zur Ansteuerung des jeweiligen Aggregats weitergeleitet. Das Netzwerk 62 sieht dagegen mit einem UND-Gatter 72 eine logische UND-Verknüpfung des ersten Eingangs 64 vor, so dass sich am Ausgang 70 nur dann ein Signal ergibt, wenn am ersten Eingang 64 ein Signal ansteht und gleichzeitig die Position der Elevatorbügel 30 das Durchschalten des ersten Eingangs 64 auf den Ausgang 70 erlaubt. Dazu umfasst das UND-Gatter 72 neben dem ersten Eingang 64 einen negierenden Eingang 74 und die logische UND-Verknüpfung, die durch das UND-Gatter 72 realisiert ist, ist nur erfüllbar, wenn am negierenden Eingang 74 kein Signal ansteht, also keine kritische Position der Elevatorbügel 30 gemeldet ist. Grundsätzlich kann dafür der zweite Eingang 66 unmittelbar auf den negierenden Eingang 74 des UND-Gatters 72 geführt werden. Dargestellt ist in FIG 5 eine Ausführungsform, bei der redundante elektrische Signale bzgl. der Position der Elevatorbügel 30 vorliegen, die einem ODER-Gatter 76 des Netzwerks 62 an dessen Eingängen als zweiter und dritter Eingang 66, 68 zugeführt werden. Im Betrieb führt das ODER-Gatter 76 dazu, dass an dessen Ausgang ein Signal ansteht, wenn entweder am zweiten oder dritten Eingang 66, 68 eine kritische Position der Elevatorbügel 30 signalisiert wird. Der Ausgang des ODER-Gatters 76 wird am negierenden Eingang 74 invertiert, so dass bei mindestens einem eine kritische Position signalisierenden Eingang 66, 68 die mit dem UND-Gatter 72 realisierte logische Verknüpfung nicht mehr erfüllbar ist und entsprechend ein Signal am Ausgang 70 unterdrückt wird. Bei einer kritischen Position der Elevatorbügel 30 kann also das zur Vertikalbewegung des Topdrives 16 vorgesehene Aggregat nicht mehr aktiviert werden. Das ODER-Gatter 76 ermöglicht bei einer redundanten oder diversitären Generierung elektrischer Signale zur Positionsinformation vom Elevatorbügel 30 die separate Berücksichtigung beider oder mehrerer Signale (bei weiteren Signalen erhält das ODER-Gatter 76 zusätzliche Eingänge), so dass bei nur einem kritischen Signal eine Aktivierbarkeit einer Vertikalbewegung des Topdrives 16 verhindert ist. FIG. 5 shows by way of example a network 62 with logic operations, as this can be used in a control program for controlling the vertical movement of the top drive 16, taking into account the detected position of the elevator bracket 30. The network 62 has a first and second input 64, 66, possibly a further, third input 68 and an output 70. At the first input 64, a signal is supplied to the network 62, with which an activation of an aggregate for vertical movement of the top drive 16 is to take place. In the prior art, ie without taking into account the detected position of the elevator bracket 30 in the vertical movement of the top drive 16, the network 62 or a similar logic operation is not required and the first Input 64 is forwarded directly as output 70 for controlling the respective unit. The network 62, in contrast, provides an AND gate 72 with a logical AND connection of the first input 64, so that a signal only results at the output 70 when a signal is present at the first input 64 and at the same time the position of the elevator bracket 30 Switching through the first input 64 to the output 70 allowed. For this purpose, the AND gate 72 in addition to the first input 64 comprises a negating input 74 and the logical AND operation, which is realized by the AND gate 72, can only be fulfilled if no signal is present at the negating input 74, ie no critical position the elevator bracket 30 is reported. In principle, the second input 66 can be led directly to the negating input 74 of the AND gate 72 for this purpose. Is shown in FIG. 5 an embodiment in which there are redundant electrical signals with respect to the position of the elevator bracket 30, which are supplied to an OR gate 76 of the network 62 at its inputs as the second and third inputs 66, 68. In operation, OR gate 76 causes a signal to be present at its output when either a critical position of elevator bar 30 is signaled at either the second or third input 66, 68. The output of the OR gate 76 is inverted at the negative input 74, so that at least one critical position signaling input 66, 68 realized with the AND gate 72 logic operation is no longer feasible and accordingly a signal at the output 70 is suppressed , In a critical position of the elevator bracket 30 so provided for the vertical movement of the top drive 16 unit can no longer be activated. The OR gate 76 allows for a redundant or diversified generation of electrical signals for position information from the elevator bracket 30, the separate consideration of two or more signals (in other signals receives the OR gate 76 additional inputs), so that in only one critical signal activatability of a Vertical movement of Topdrives 16 is prevented.

FIG 6 zeigt schließlich ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung des Aspekts der Erfindung, nach dem eine Positionsinformation zum späteren Anfahren der zugrunde liegenden Position aufgezeichnet wird. Dazu zeigt das Flussdiagramm in FIG 6 stark vereinfacht einen Teil eines Steuerungsprogramms 78 zur Steuerung und/oder Überwachung einzelner Aggregate im oder am Mast 10 einer Bohranlage. Das Steuerungsprogramm 78 läuft im Wesentlichen in einer Endlosschleife, und zur Verdeutlichung des angesprochenen Aspekts der Erfindung sind lediglich zwei Verzweigungsblöcke, 80, 82 dargestellt, wobei mit einem ersten Verzweigungsblock 80 überprüft wird, ob z. B. ein erstes Bedienelement oder innerhalb einer Bedienhandlung ein Bedienelement ein erstes Mal betätigt wird. Ist die insoweit definierte Bedingung erfüllt, also bei Betätigung des Bedienelements, wird zu einem ersten Funktionsblock 84 verzweigt, mit dem die jeweilige Positionsinformation, also z. B. die Positionsinformation in Bezug auf eine Auslenkung der Elevatorbügel 30, gespeichert wird. Danach wird zurück zur Schleife des Steuerungsprogramms 78 verzweigt. Mit dem zweiten Verzweigungsblock 82 wird überprüft, ob z. B. ein zweites Bedienelement oder innerhalb einer Bedienhandlung ein Bedienelement ein zweites Mal betätigt wird. Ist die insoweit definierte Bedingung erfüllt, wird zu einem Unterprogramm 86 verzweigt, mit dem in einem zweiten Funktionsblock 88 z. B. das Betätigungselement 32 zum Verschwenken der Elevatorbügel 30 aktiviert wird. In einem nachfolgenden, dritten Verzweigungsblock 90 wird eine sich bei aktiviertem Betätigungselement 32 verändernde erfasste Position der Elevatorbügel 30 als Elevatorbügelistwert mit eine durch den ersten Funktionsblock 84 gespeicherten Elevatorbügelsollwert verglichen. Solange die durch den dritten Verzweigungsblock 90 implementierte Bedingung nicht erfüllt ist, ergibt sich bei der Programmausführung eine Schleife zurück zu einer Position vor dem zweiten Funktionsblock 88. Das Betätigungselement 32 wird deaktiviert, wenn die Bedingung erfüllt ist, wenn als Elevatorbügelsoll- und -istwert innerhalb vorgegebener oder vorgebbarer Toleranzen übereinstimmen, und dementsprechend die ansonsten wirksame Schleife verlassen wird. Nach Ende des Unterprogramms 86 ist die vorgegebene Elevatorbügelsollposition erreicht und es wird zurück zur Endlosschleife des Steuerungsprogramms 78 verzweigt. FIG. 6 Finally, FIG. 3 shows a flowchart for clarifying the aspect of the invention, according to which position information is recorded for later approaching the underlying position. This is shown in the flow chart in FIG. 6 greatly simplifies a part of a control program 78 for controlling and / or monitoring individual units in or on the mast 10 of a drilling rig. The control program 78 runs essentially in an endless loop, and to illustrate the addressed aspect of the invention, only two branch blocks, 80, 82 are shown, wherein is checked with a first branch block 80, if z. B. a first control element or within a control action, a control element is pressed a first time. If the extent defined condition is met, ie upon actuation of the control element, a branch is made to a first function block 84, with which the respective position information, ie, for. B. the position information with respect to a deflection of the elevator bracket 30 is stored. Thereafter, a branch is made back to the loop of the control program 78. With the second branch block 82 is checked whether z. B. a second control or within a control action, a control is operated a second time. If the condition defined so far is satisfied, a branch is made to a subroutine 86, with which, for example, in a second function block 88. B. the actuator 32 is activated for pivoting the elevator bracket 30. In a subsequent, third branching block 90, a detected position of the elevator hanger 30, which changes when the activation element 32 is activated, is compared as an actual elevator-lift value with an elevator-arm setpoint value stored by the first function block 84. As long as the condition implemented by the third branch block 90 is not met, the program execution loops back to a position before the second function block 88. The actuator 32 is deactivated when the condition is met, when the elevator arm setpoint and actual value within predetermined or predetermined tolerances match, and accordingly the otherwise effective loop is left. After the end of the subroutine 86, the predetermined elevator bow target position is reached and the system branches back to the infinite loop of the control program 78.

Nach dem Prinzip des in FIG 6 dargestellten Flussdiagramms kann auch ein "Teachen"-also Speichern - einer Vertikalposition des Topdrives 16 und deren späteres Anfahren erfolgen. Für die insoweit erforderliche Aktivierung eines Aggregats für die Vertikalbewegung des Topdrives 16 (ein dem zweiten Funktionsblock 88 entsprechender Funktionsblock) würde eine Funktionalität, wie sie durch das Netzwerk 62 gemäß FIG 5 realisiert ist, berücksichtigt, so dass beim Anfahren einer Topdrive-Sollposition jederzeit überwacht wird, ob die momentane Auslenkung der Elevatorbügel 30 eine Vertikalbewegung oder eine weitere Vertikalbewegung des Topdrive 16 erlaubt.According to the principle of in FIG. 6 The flowchart shown can also be a "teaching" - as storage - a vertical position of the top drive 16 and their subsequent startup done. For the required activation of an aggregate for the vertical movement of the top drive 16 (a function block corresponding to the second function block 88), a functionality as implemented by the network 62 according to FIG FIG. 5 is realized, taken into account, so that when starting a Topdrive target position is monitored at any time, whether the current deflection of the elevator bracket 30 allows vertical movement or further vertical movement of the Topdrive 16.

Somit lässt sich die Erfindung wie folgt darstellen: Es werden ein Handhabungsgerät für Bohrgestänge 18 und ein dieses Handhabungsgerät als so genannten Pipehandler umfassender, so genannter Topdrive 16 mit Mitteln zur Erfassung einer Position eines vom Handhabungsgerät/Pipehandler umfassten Elevatorbügels 30 und zur Weiterleitung einer diesbezüglichen Positionsinformation angegeben, wobei die Positionsinformation vom Pipehandler z. B. zum Topdrive 16 weitergeleitet und in ein elektrisches Signal zur Erkennung und Vermeidung evtl. kritischer Situationen aufgrund einer Stellung/Auslenkung des Elevatorbügels 30 umgewandelt wird. Für die Weiterleitung der Positionsinformation vom Pipehandler werden unterschiedliche Varianten vorgeschlagen. Durch Kombination einzelner Varianten ergeben sich zweikanalige Lösungen, die hinsichtlich ihrer Fehlersicherheit günstig sind. Die Kombination unterschiedlicher Varianten ergeben sich zweikanalig diversitäre Lösungen, die hinsichtlich ihrer Fehlersicherheit nochmals verbessert sind. Die Zweikanaligkeit und/oder Diversität ist auch bei der Ableitung von elektrischen Signalen aus der übermittelten Positionsinformation möglich. Die mit der Verfügbarkeit einer Positionsinformation für die Elevatorbügel 30 des Pipehandlers jetzt erstmals mögliche Überwachung einer Stellung der Elevatorbügel 30 genügt also hinsichtlich einer fehlersicheren Ausführung höchsten Ansprüchen. Bezugszeichenliste 10 Mast 42 zweiter Messzylinder 12 Unterbau 44 Drehdurchführung 14 Fingerbühne 46 Stange 16 Topdrive 48 Kolben 18 Bohrgestänge 50 Bodenseite 20 Rollenblock 52 Leitung 22 Kronenblock 54 Stangenseite 23 Winde 56 Leitung 24 Führungsschiene 58 Geber 26 feststeh. Topdrive-Teil 60 Ventil 28 drehbarer Topdrive-Teil 61 Durchflusssensor 30 Elevatorbügel 62 Netzwerk 32 Betätigungselement 64 erster Eingang 34 Tiltarm 66 zweiter Eingang 36 Torquearm 68 dritter Eingang 38 Haltezange 70 Ausgang 40 erster Messzylinder 72 UND-Gatter 74 negierender Eingang 84 erster Funktionsblock 76 ODER-Gatter 86 Unterprogramm 78 Steuerungsprogramm 88 zweiter Funktionsblock 80 erster Verzweigungsbloc 0 90 dritter Verzweigungsblock 82 zweiter Verzweigungsbloc Thus, the invention can be represented as follows: There are a handling device for drill pipe 18 and this handling device as a so-called pipe handler comprehensive, so-called top drive 16 with means for detecting a position of an encompassed by the manipulator / pipehandler elevator arm 30 and for forwarding a related position information specified, the position information from the pipehandler z. B. forwarded to Topdrive 16 and is converted into an electrical signal for detecting and avoiding possibly critical situations due to a position / deflection of the Elevatorbügels 30. For the forwarding of the position information from the pipe handler different variants are proposed. Combining individual variants results in two-channel solutions that are favorable in terms of error safety. The combination of different variants results in two-channel, diverse solutions, which are further improved in terms of error safety. The dual-channeling and / or diversity is also possible in the derivation of electrical signals from the transmitted position information. The monitoring of a position of the elevator hanger 30 which is now possible for the first time with the availability of position information for the elevator hanger 30 of the pipe handler therefore satisfies the highest demands with respect to a failsafe design. LIST OF REFERENCE NUMBERS 10 mast 42 second measuring cylinder 12 substructure 44 Rotary union 14 racking 46 pole 16 Topdrive 48 piston 18 drill pipe 50 bottom side 20 pulley block 52 management 22 crown block 54 rod side 23 winch 56 management 24 guide rail 58 giver 26 firmly stand. Topdrive part 60 Valve 28 rotatable Topdrive part 61 Flow Sensor 30 Elevator Ironing 62 network 32 actuator 64 first entrance 34 Tiltarm 66 second entrance 36 Torquearm 68 third entrance 38 holding forceps 70 output 40 first measuring cylinder 72 AND gate 74 negating input 84 first functional block 76 OR gate 86 subroutine 78 control program 88 second function block 80 first branch block 0 90 third branch block 82 second branching block

Claims (13)

  1. Handling unit for drill pipes, comprising at least one elevator bail (30) that can be pivoted in particular by a tilt arm (34) under the action of at least one actuating element (32),
    characterized by
    means for detecting a deflection of the at least one elevator bail (30) and for transmitting associated deflection information.
  2. Handling unit according to Claim 1 that functions as a rotatable part of the top drive (16) in a top drive (16) comprising a fixed and a rotatable part (26, 28).
  3. Top drive (16) for handling drill pipes (18) comprising a fixed part (26) and a rotatable part (28), wherein the rotatable part (28) functions as a handling unit according to Claim 1.
  4. Top drive (16) according to Claim 3,
    wherein the or each actuating element (32) is a hydraulic cylinder functioning as a slave,
    wherein the or each hydraulic cylinder functioning as a slave can be actuated by one or more hydraulic cylinders acting as masters (58), and
    wherein means are provided to derive an electrical signal from a given position from at least one master (58) and/or from a flow rate through a hydraulic connecting line between master (58) and slave in order to detect a deflection of the at least one elevator bail (30) and to transmit associated deflection information.
  5. Top drive (16) according to Claim 4, wherein a limit switch or a pair of limit switches functions as means for deriving an electrical signal from a given position of the master (58).
  6. Top drive (16) according to Claim 4, wherein a position measuring system functions as means for deriving an electrical signal from a given position of the master (58).
  7. Top drive (16) according to Claim 4, wherein a flow rate sensor functions as means for deriving an electrical signal from a flow rate through the hydraulic connecting line.
  8. Method for operating a top drive (16) according to one of Claims 3 through 7, wherein a detected deflection of the at least one elevator bail (30) is used to enable or to block a vertical movement of the top drive (16) in a mast (10) of a drilling rig, in particular, to enable or to block an electrical signal for activating a vertical movement of the top drive (16).
  9. Method according to Claim 8, wherein enabling or blocking the vertical movement is effected as a function of a vertical position of the top drive (16).
  10. Method according to Claims 8 or 9, wherein enabling or blocking a pivoting movement of the at least one elevator bail (30) is effected as a function of a vertical position of the top drive (16).
  11. Method for operating a top drive (16) according to one of Claims 3 through 7, or a method according to one of Claims 8 through 10,
    wherein an instantaneous value of the detected deflection of the at least one elevator bail (30) is stored as the elevator bail desired value when a first operating element is actuated by an operator,
    wherein the at least one actuating element (32) is activated when a second operating element is actuated,
    wherein a detected deflection of the at least one elevator bail (30) that changes when the actuating element (32) is activated is compared as the elevator bail actual value with the elevator bail desired value, and
    wherein the actuating element (32) is deactivated whenever elevator bail desired value and elevator bail actual value agree within specified or specifiable tolerances.
  12. Method according to Claim 11, wherein an instantaneous vertical position of the top drive (16) is also stored as the top drive desired value when the first operating element is actuated,
    wherein a power unit for vertically moving the top drive (16) is also activated when the second operating element is actuated,
    wherein a vertical position that changes with a vertical movement of the top drive (16) is compared as the top drive actual position with the top drive desired position, and
    wherein the power unit for vertically moving the top drive (16) is deactivated whenever top drive desired position and top drive actual position agree within specified or specifiable tolerances.
  13. Method according to Claim 12, wherein activation of the actuating element (32) and activation of the power unit for vertically moving the top drive (16) are effected simultaneously or successively, in particular successively such that the vertical movement of the top drive (16) is effected first and the pivoting movement of the at least one elevator bail (30) is effected subsequently.
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