EP3904632B1 - Verfahren und vorrichtung zum heben eines bohrgestänges - Google Patents

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EP3904632B1
EP3904632B1 EP21171156.9A EP21171156A EP3904632B1 EP 3904632 B1 EP3904632 B1 EP 3904632B1 EP 21171156 A EP21171156 A EP 21171156A EP 3904632 B1 EP3904632 B1 EP 3904632B1
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EP
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drill rod
winch
distance
defined height
lifting
Prior art date
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EP21171156.9A
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EP3904632A1 (de
Inventor
Alfred Koller
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Liebherr Werk Nenzing GmbH
Original Assignee
Liebherr Werk Nenzing GmbH
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Publication date
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B19/00—Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables
    • E21B19/08—Apparatus 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
    • E21B19/084—Apparatus 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 with flexible drawing means, e.g. cables
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B19/00—Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables
    • E21B19/02—Rod or cable suspensions
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B41/00—Equipment or details not covered by groups E21B15/00 - E21B40/00
    • E21B41/0021—Safety devices, e.g. for preventing small objects from falling into the borehole
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/02—Drilling rigs characterised by means for land transport with their own drive, e.g. skid mounting or wheel mounting
    • E21B7/022—Control of the drilling operation; Hydraulic or pneumatic means for activation or operation

Definitions

  • the present invention relates to a method for lifting a drill rod attached to a drilling device according to claim 1 and a drilling device with a controller for carrying out such a method.
  • special safety devices can be used, which usually include a counter-element moved along with the Kelly bar and an associated weight arranged on the traction cable.
  • the height of the weight on the mast or pull rope defines the maximum possible height of the swivel. Upon reaching this At maximum height, the limit switch contacts the weight, stopping the winch and ending the kelly bar lifting motion.
  • the maximum possible drilling depth of such drilling equipment is typically determined by the length of the drill pipe or the Kelly bar that can be installed.
  • the maximum length of the Kelly bar is in turn defined by the maximum possible height of the swivel relative to the drill and thus by the switching point of the limit switch and the position of the weight.
  • the switching point of the hoist limit switch normally also takes into account a braking distance of the Kelly bar after the winch stop signal, in that the weight is attached at a certain safety distance from the gallows. This safety distance must be large enough to allow braking from the highest lifting speed or the maximum turning speed of the Kelly winch without colliding with the gallows.
  • This X dimension is important to determine what lengths of support tube can be used or whether the bottom of a drill bucket can be opened.
  • U.S. 2005/114001 A1 discloses a drilling rig in which a pulling means is automatically braked and/or stopped when it reaches a certain area below the masthead.
  • the object of the present invention is to optimize said X dimension without having to make modifications to the drill or drill rods.
  • this object is achieved by a method having the features of claim 1 and by a drilling device having the features of claim 11.
  • the drilling pipe when the defined height of the drill pipe is reached, the lifting process is not completely aborted, but after the lifting movement has been braked, the drill pipe is lifted beyond the defined height within the safety distance.
  • the drill pipe can be raised higher than in conventional systems, in which the safety distance only serves as a "dead" buffer for the braking distance of the drill pipe, but is not available for targeted positioning of the drill pipe.
  • the maximum possible height of the drill string and thus the X dimension of the drill can be increased without any mechanical modification of the drill or drill string having to be made.
  • the invention makes it possible to use a longer drill rod and thereby increase the maximum drilling depth.
  • the step of controlling the winch to slow down the hoisting movement of the drill string may include a full deceleration to a standstill of the drill string, i.e. a full winch stop.
  • the drill pipe can be raised further by operating the winch. This can be done automatically or manually by an operator, for example, and in particular at a lower speed.
  • said step may be, taking into account certain measured and/or calculated data, decelerating the lifting speed to a lower speed, resulting in a smaller braking distance, the continued lifting now taking place at this lower speed. It is also conceivable that a dynamic control or regulation of the winch takes place, so that the continued lifting does not take place at a constant (lower) speed, but that the deceleration process is extended to virtually the entire additional specified or specifiable distance and the drill string at the end of this distance comes to a standstill.
  • the additional distance available may be set to a fixed value, which is ideally as close as possible to the position at which a gallows collision occurs. As a result, the maximum additional height available due to the safety distance is optimally utilized.
  • the value of the additional distance can be defined by the operator, with the value of course not being able to exceed the safety distance.
  • the braking and/or the continued lifting of the drill string takes place taking into account the safety distance.
  • the corresponding value can be stored, for example, in a control unit or controller or in a memory to which the controller has access.
  • the developed length of the traction element is detected by means of a traction element length detection device when the defined height of the drill rod is reached, with the braking and/or the continued lifting of the drill rod taking into account this value of the developed traction element length when the defined height of the drill rod is reached.
  • the measurement of the unwound pulling length is representative of a certain height of the drill pipe, whereby the absolute value of the height at a certain pulling length does not have to be known / calibrated.
  • the measured value of the length of the traction element when the defined height is reached can be stored or made known to a controller and used as a calibration, so that the further values of the length of the traction element measured during continued lifting can be converted into a distance/height covered.
  • the traction element length detection device can be arranged on or in the area of the winch.
  • the length of the traction element currently being processed is detected by means of a traction element length detection device, with the braking and/or the continued raising of the drill string taking into account the length of the traction element that is currently being processed.
  • the value of the current length of the traction device can be used to regulate the winch for braking the drill string so that it comes to a standstill exactly at the end of the defined or definable distance.
  • the current distance covered or lifted by the drill string beyond the defined height is calculated from the current traction element length and the traction element length when the defined height is reached, and is compared with the value of the safety distance, with the braking and/or the continued Raising the drill string is done taking into account the result of this comparison. This ensures that the winch is stopped in good time before the safety distance is reached and the lifting process of the drill pipe is terminated so that no collision with the boom and thus damage can occur.
  • All the parameters described above i.e. the length of the traction device when the defined height is reached, the current length of the traction device, its conversion into a height currently covered (absolutely or relative to the defined height) and/or the safety distance can be displayed to the operator using a visualization device.
  • Optical and/or acoustic warning signals can also be output when one or more of these values are reached, exceeded/fall below or approached.
  • the lifting speed of the drill pipe is detected by means of a speed measuring device and that when the defined height of the drill pipe is reached, the winch is controlled or regulated, taking into account the safety distance and the lifting speed, so that the drill pipe is at the end of the definable or specified distance comes to a standstill.
  • the detection of the lifting speed of the drill pipe by means of a speed measuring device can take place directly or indirectly, for example by means of a measuring arrangement that measures the unwinding or winding speed of the traction means or the rotational speed of the winch.
  • the lifting speed is preferably recorded at the time the defined height is reached or shortly before/after this in order to use this current speed value as a basis for calculating the braking effect of the drill pipe or the winch.
  • a braking distance can be calculated from the measured speed and used as a basis for the control/regulation of the winch.
  • the winch when the defined height of the drill pipe is reached, the winch is stopped, with the drill pipe then being continuously raised by the defined or definable distance within the safety distance by manual control of the operator. If required, the operator can therefore use the safety distance according to the invention use the additional height provided to position the drill rods, for example to insert longer support pipes or to open a drill bucket. In other cases, in which it is not necessary to raise the drill pipe beyond the defined height specified by the safety device, the winch stops at the defined height, as in previous systems. Ideally, the operator can further raise the drill pipe any height within the safety distance.
  • the winch stops automatically when the winch is manually controlled, i.e. when the manually controlled lifting takes place above the defined height, as soon as the drill rod reaches the end of the definable or specified distance.
  • This additional distance can at most correspond to the safety distance, since otherwise a collision with the gallows would occur.
  • the operator is not able to manually raise the drill string beyond the safety distance.
  • the manually controlled lifting of the drill string above the defined height takes place at a speed which is lower than a maximum lifting speed of the drill string which can be achieved below the defined height. This reduces the braking distance of the drill rod and the safety distance can be optimally used for further lifting.
  • the winch is controlled/regulated by means of a controller of the drilling device, which is connected to the safety device and preferably has access to a memory unit in which the value of the safety distance is stored.
  • the controller carries out all the calculations required for controlling or regulating the winch and can be connected to an input device, a visualization or output device and/or other actuators of the drilling device.
  • the safety device comprises a weight fastened to the gallows in the area of the traction means and a counter-element arranged on the traction means and moved with it, with the counter-element contacting the weight when the defined height of the drill pipe is reached and preferably sending a signal to the control transmitted.
  • a limit switch can be arranged on the gallows. On contact, the counter element lifts the limit switch weight, causing the chains to become slack and the limit switch to be actuated.
  • the weight can be arranged next to the traction mechanism or can encompass or surround it. Preferably the weight is connected to and depends downwardly from the boom by one or more flexible attachment means such as ropes, wires or chains.
  • the weight can be moved or taken along by the counter-element upwards in the direction of the gallows.
  • the defined height of the drill string is determined by the height at which the weight is contacted by the mating element (also referred to as the switch point).
  • the switching point can also be optical or contactless in some other way.
  • a single safety device comprising a weight and a counterweight is provided.
  • the winch is ideally regulated above the defined height during continued lifting exclusively on the basis of measured and/or stored values by the control or by manual control of the winch, so that no further weights / switches in the sense of a multi-stage safety device have to be used.
  • This enables the safety device to be constructed in a simple and cost-effective manner and is compatible with known rotary drilling machines.
  • the weight when the drill string is raised above the defined height, ie from the point in time at which the weight is contacted by the counter element, the weight is lifted together with the drill string.
  • the counter-element thus acts as a driver for the weight.
  • the traction mechanism is attached to the drill string via a swivel.
  • the swivel allows the drill string to be twisted about a vertical axis relative to the traction mechanism or gallows.
  • the counter-element is preferably arranged on or in the region of the swivel.
  • the safety distance essentially corresponds to the distance between the swivel and the gallows in the area of the traction device. When using a weight and counter element as described above, the safety distance can be defined by the distance between the weight and the boom.
  • the drill rod is a Kelly bar.
  • the drilling device is preferably a mobile drilling device with a mast or leader, at the upper end of which the boom or Kelly boom is arranged.
  • the traction means is in particular a Kelly cable which can be wound up and unwound via a Kelly winch.
  • a drilling tool is preferably arranged at the lower end of the Kelly rod, which can comprise a plurality of rods mounted such that they can be slid or telescoped into one another.
  • the drilling device is in particular a mobile rotary drilling rig and can include a casing-making machine.
  • the present invention further relates to a drilling device as described above, wherein the drilling device has a control or control unit which is set up to carry out the method according to the invention in accordance with one or more of the embodiments described above.
  • the controller is set up to receive and process signals from the safety device, a traction element length detection device that may be provided and/or a speed measuring device that may be provided. Furthermore, the controller has access to a memory in particular, in which data such as the safety distance are stored.
  • the controller is set up to carry out calculations on the basis of the data transmitted by the various measuring devices and to actuate and control/regulate the winch directly or indirectly on this basis.
  • FIG 1 an exemplary embodiment of the drilling device 1 according to the invention is shown in a side view, by means of which the method according to the invention can be carried out.
  • the drilling rig 1 is a mobile Kelly rotary drilling rig with a leader 4 mounted on a rotatable superstructure 2.
  • the leader 4 has a mast head or Kelly gallows 6 (hereinafter: gallows), over which a Kelly rope is referred to and by means of a Kelly winch 16 up and unwindable traction means 14 is guided.
  • a drill rod 10 designed as a Kelly rod is fastened to the Kelly cable 14 and can be raised or lowered essentially vertically along the leader 4 by actuating the Kelly winch 16 .
  • a carriage 8 is also slidably mounted on the leader 4 and has a drilling drive for driving the Kelly bar 10 .
  • a drilling tool 12 is arranged at the lower end of the Kelly rod 10, which comprises a plurality of rods mounted such that they can be displaced or telescoped into one another.
  • the Kelly bar 10 is attached to the Kelly cable via a swivel 18, so that the Kelly bar 10 can be set in a rotational movement about a substantially vertical axis relative to the Kelly cable 14 or to the leader 4 by means of the drilling drive on the carriage 8.
  • the Figures 2 and 3 show an enlarged section of the drilling device 1 in the area of the boom 6 in a perspective and a side view.
  • the Kelly cable 14 is guided over two deflection pulleys of the gallows 6 and attached to the swivel 18 via a thimble 15.
  • the swivel 18 is in turn attached to a so-called Kelly pot 19 at the upper end of the Kelly rod 10 and comprises a plurality of parts which can be rotated in relation to one another.
  • a frame 28 through which the Kelly cable 14 is passed and on which a weight 22 is suspended via two fastening means 26 .
  • the fasteners 26 can be, for example, chains, ropes, wires, connected rods, or a combination thereof.
  • the weight 22 has a cylindrical shape and has a central passage/opening through which the Kelly cable 14 extends, ie the weight 22 encompasses it the Kelly rope 14 and hangs down from the gallows 6 to a certain height.
  • a counter-element 24 which is moved along with the Kelly bar 10 and which is set up to interact with the weight 22 and to signal that the Kelly bar 10 has reached a defined height. Counter element 24 and weight 22 together with the limit switch form a safety device 20 to prevent damage to the drill 1 by lifting the Kelly bar 10 too high.
  • the counter-element 24 lifts the weight 22 at a certain height, and the limit switch 24 sends a corresponding signal to a controller.
  • This situation in which the Kelly bar 10 has reached the defined height (the switching point) and the weight 22 is contacted by the limit switch 24 is in the Figures 4 and 5 shown showing the same cutouts as the Figures 2 and 3 show.
  • the height of the weight 22, ie the switching point of the limit switch 24, defines the maximum height up to which the Kelly bar 10 can be raised.
  • the limit switch 24 was actuated, the Kelly winch 16 was stopped immediately and the lifting process of the Kelly bar 10 ended.
  • the height of the Kelly bar 10 at the switching point of the limit switch 24 is referred to here as the "defined height".
  • the height of the limit switch 24, the swivel 18 or the Kelly pot 19 at the switching point can serve as a reference point, but this is not relevant here.
  • the weight 22 is suspended at a certain safety distance from the frame 28, which is sufficiently large that even with a maximum braking distance at the maximum Lifting speed of the Kelly bar 10 no collision with the gallows 6 takes place. In known systems, this safety distance could not be used to lift the Kelly bar 10 and represented a kind of "dead path".
  • the safety distance is essentially the distance between the weight 22 and the frame 28.
  • this safety distance can now be used to raise the Kelly bar 10 further.
  • the controller evaluates the measured values of a traction mechanism length detection device, which detects the Kelly cable length currently being unwound, and also takes into account the value of the safety distance stored in a memory.
  • the value of the Kelly cable length measurement at the switching point ie when the defined height is reached, is made available to the controller.
  • the weight 22 which is freely hanging down and is contacted by the limit switch 24 from below, is lifted upwards in the direction of the frame 28 .
  • This situation is in the Figures 6 and 7 shown, in which it can be seen that the flexible fasteners 26 allow such additional lifting and yield to the outside.
  • the weight 22 is raised to just below the frame 28 so that the Kelly bar 10 has been raised an additional distance that essentially corresponds to the safety distance.
  • the latter can mean that the operator can raise the Kelly bar 10 within a maximum value defined by the safety distance by any additional height above the defined height.
  • the additional lifting can always be up to a specified height.
  • the Kelly bar 10 is raised above the defined height, taking into account current measurements of the Kelly cable length.
  • the maximum possible additional distance is preferably essentially the safety distance in order to have the greatest possible additional height available for lifting.
  • the raised weight 22 does not collide with the frame 28 and that a sufficient braking distance for braking the Kelly bar 10 from the lifting movement during continued lifting is taken into account.
  • the lifting speed is reduced to a lower speed when the Kelly bar 10 is raised beyond the defined height.
  • the controller determines the braking effect that is required so that after the continued lifting of the swivels 18 at the end of the braking distance, ie the lifted weight 22 below the frame 28, comes to a standstill and the Kelly winch 16 above the defined height adjusted accordingly.
  • the Kelly winch 16 is automatically regulated in such a way that the Kelly rod 10 comes to a standstill above the defined height at the end of the additional section, which is preferably essentially the safety distance.
  • the controller takes into account the length of the Kelly rope that has been unwound and preferably the lifting speed of the Kelly rod 10 at the switching point.
  • the controller can control or regulate the Kelly winch 16 and configure the braking process in such a way that the weight 22 comes to a standstill just below the frame 28 (cf. Figures 6 and 7 ).
  • a frame 28 does not necessarily have to be provided. It is therefore also conceivable that the weight 22 is suspended directly from the gallows 6 or, for example, is attached to the leader 4, as long as it is ensured that the weight 22 can be moved upwards from the normal position representing the defined height when it is raised further .
  • the figure 8 shows the drilling device 1 according to the invention according to FIG figure 1 , the Kelly bar 10 being raised further beyond the defined height, so that the weight 22 is just below the frame 28 . Because the safety distance can now be used according to the invention to further raise the Kelly bar 10, it is possible to increase the X dimension of the drilling device 1 (in Fig figure 8 drawn in as reference character X) to be increased without a mechanical modification of the drilling device having to take place. Furthermore, it is now possible to use a longer Kelly bar and thereby increase the maximum drilling depth.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Heben eines an einem Bohrgerät befestigten Bohrgestänges nach Anspruch 1 sowie ein Bohrgerät mit einer Steuerung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
  • Mobile Bohrgeräte mit einem über ein Zugmittel an einem Mast bzw. Mäkler höhenverstellbar gelagerten Bohrgestänge, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Häufig arbeiten solche Bohrgeräte nach dem Kelly-Verfahren, wobei es sich bei dem Bohrgestänge um eine mehrfach teleskopierbare Kellystange handelt, die an einem Kellyseil befestigt ist, das am oberen Ende des Masts über einen Mastkopf bzw. Kellygalgen geführt und auf einer Kellywinde ab- und aufwickelbar gelagert ist. Die Kellystange ist üblicherweise über einen Drallfänger am Kellyseil befestigt.
  • Um eine Beschädigung des Bohrgeräts durch ein zu hohes Anheben der Kellystange durch eine Kollision des Drallfängers mit dem Galgen zu verhindern, können spezielle Sicherheitseinrichtungen zum Einsatz kommen, welche üblicherweise einen mit der Kellystange mitbewegtes Gegenelement und ein zugehöriges am Zugseil angeordnetes Gewicht umfassen. Die Höhe des Gewichts am Mast bzw. Zugseil definiert die maximal mögliche Höhe des Drallfängers. Bei Erreichen dieser maximalen Höhe kontaktiert der Endschalter das Gewicht, wodurch die Winde gestoppt und die Hebebewegung der Kellystange beendet wird.
  • Die maximal mögliche Bohrtiefe solcher Bohrgeräte wird typischerweise durch die Länge des Bohrgestänges bzw. der einbaubaren Kellystange bestimmt. Die maximale Länge der Kellystange wird wiederum durch die maximal mögliche Höhe des Drallfängers relativ zum Bohrgerät und somit durch den Schaltpunkt des Endschalters bzw. die Lage des Gewichts definiert. Der Schaltpunkt des Hubendschalters berücksichtigt normalerweise auch einen Bremsweg der Kellystange nach dem Windenstoppsignal, indem das Gewicht in einem gewissen Sicherheitsabstand zum Galgen angebracht ist. Dieser Sicherheitsabstand muss dabei ausreichend groß sein, sodass ein Abbremsen aus der höchsten Hebegeschwindigkeit bzw. der maximalen Drehgeschwindigkeit der Kellywinde ohne Kollision mit dem Galgen möglich ist.
  • Nach Einbau der Kellystange und Anbau des Bohrwerkzeugs verbleibt in der vollständig angehobenen Stellung der Kellystange ein Abstand zwischen Untergrund bzw. Planum und der Unterkante des Bohrwerkzeugs, welcher auch als "X-Maß" bezeichnet wird. Dieses X-Maß ist wichtig um zu bestimmen, welche Stützrohrlängen verwendet werden können bzw. ob der Boden eines Bohreimers geöffnet werden kann.
  • US 2005/114001 A1 offenbart ein Bohrgerät, bei dem ein Zugmittel automatisch abgebremst und/oder gestoppt wird, wenn es einen bestimmten Bereich unterhalb der Mastkrone erreicht.
  • Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde besagtes X-Maß zu optimieren, ohne Modifikationen des Bohrgeräts oder Bohrgestänges vornehmen zu müssen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Bohrgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Heben eines an einem Bohrgerät befestigten Bohrgestänges, welches am oberen Ende an einem über einen Galgen des Bohrgeräts geführten Zugmittel aufgehängt ist, wobei das Zugmittel über eine Winde auf- und abwickelbar und dadurch das Bohrgestänge anhebbar und absenkbar ist, wobei am Zugmittel eine Sicherheitseinrichtung angeordnet ist, mittels welcher das Erreichen einer definierten Höhe des Bohrgestänges erfassbar ist, und wobei zwischen der definierten Höhe und dem Galgen ein Sicherheitsabstand vorgesehen ist. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
    • Betätigen der Winde, um das Bohrgestänge anzuheben,
    • Registrieren des Erreichens der definierten Höhe des Bohrgestänges mittels der Sicherheitseinrichtung,
    • Steuern oder Regeln der Winde, um die Hebebewegung des Bohrgestänges abzubremsen, und
    • fortgesetztes Anheben des Bohrgestänges um eine festgelegte oder festlegbare Strecke innerhalb des Sicherheitsabstands, d.h. oberhalb der definierten Höhe, durch Betätigen der Winde.
  • Erfindungsgemäß erfolgt also bei Erreichen der definierten Höhe des Bohrgestänges nicht ein vollständiger Abbruch des Hebevorgangs, sondern nach einem Abbremsen der Hebebewegung wird das Bohrgestänge über die definierte Höhe hinaus innerhalb des Sicherheitsabstands angehoben. Dadurch kann das Bohrgestänge höher gehoben werden als bei herkömmlichen Systemen, bei denen der Sicherheitsabstand lediglich als "toter" Puffer für den Bremsweg des Bohrgestänges dient, aber nicht für eine gezielte Positionierung des Bohrgestänges zur Verfügung steht. Dadurch kann die maximal mögliche Höhe des Bohrgestänges und somit das X-Maß des Bohrgeräts vergrößert werden, ohne dass irgendeine mechanische Veränderung des Bohrgeräts oder Bohrgestänges erfolgen muss. Des Weiteren ermöglicht die Erfindung die Verwendung eines längeren Bohrgestänges und dadurch die Vergrößerung der maximalen Bohrtiefe.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
  • Der Schritt des Steuerns oder Regelns der Winde, um die Hebebewegung des Bohrgestänges abzubremsen, kann ein vollständiges Abbremsen bis hin zum Stillstand des Bohrgestänges, d.h. einen vollständigen Windenstopp, umfassen. In diesem Fall kann im Anschluss an den Windenstopp durch Betätigung der Winde das Bohrgestänge mit weiter angehoben werden. Dies kann beispielsweise automatisch oder manuell durch einen Bediener und insbesondere mit geringerer Geschwindigkeit erfolgen.
  • Alternativ kann besagter Schritt ein unter Berücksichtigung gewisser gemessener und/oder berechneter Daten Abbremsen der Hebegeschwindigkeit auf eine niedrigere Geschwindigkeit sein, woraus ein kleinerer Bremsweg resultiert, wobei das fortgesetzte Anheben nun mit dieser niedrigeren Geschwindigkeit erfolgt. Ebenfalls ist vorstellbar, dass eine dynamische Steuerung oder Regelung der Winde erfolgt, sodass das fortgesetzte Anheben nicht mit einer konstanten (niedrigeren) Geschwindigkeit erfolgt, sondern dass der Abbremsvorgang quasi auf die gesamte zusätzliche festgelegte oder festlegbare Strecke ausgedehnt wird und das Bohrgestänge am Ende dieser Strecke zum Stillstand kommt.
  • Die zusätzlich zur Verfügung stehende Strecke kann auf einen fixen Wert festgelegt sein, welcher idealerweise so nah wie möglich an der Position liegt, bei der eine Kollision mit dem Galgen erfolgt. Dadurch wird die maximale durch den Sicherheitsabstand zur Verfügung stehende Zusatzhöhe optimal ausgenutzt. Alternativ kann der Wert der zusätzlichen Strecke durch den Bediener festlegbar sein, wobei der Wert selbstverständlich den Sicherheitsabstand nicht überschreiten darf.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Abbremsen und/oder das fortgesetzte Anheben des Bohrgestänges unter Berücksichtigung des Sicherheitsabstands erfolgt. Der entsprechende Wert kann beispielsweise in einer Steuereinheit bzw. Steuerung oder einem Speicher, auf den die Steuerung Zugriff hat, abgespeichert sein.
  • Des Weiteren ist vorgesehen, dass die abgewickelte Zugmittellänge bei Erreichen der definierten Höhe des Bohrgestänges mittels einer Zugmittellängenerfassungseinrichtung erfasst wird, wobei das Abbremsen und/oder das fortgesetzte Anheben des Bohrgestänges unter Berücksichtigung dieses Werts der abgewickelten Zugmittellänge bei Erreichen der definierten Höhe des Bohrgestänges erfolgt. Die Messung der abgewickelten Zugmittellänge ist repräsentativ für eine bestimmte Höhe des Bohrgestänges, wobei der absolute Wert der Höhe bei einer bestimmten Zuglänge nicht bekannt / kalibriert sein muss. Hierzu kann der gemessene Wert der Zugmittellänge bei Erreichen der definierten Höhe gespeichert bzw. einer Steuerung bekannt gemacht und als Kalibrierung verwendet werden, sodass die beim fortgesetzten Anheben gemessenen weiteren Werte der Zugmittellänge in eine zurückgelegte Strecke / Höhe umgerechnet werden können. Die Zugmittellängenerfassungseinrichtung kann an oder im Bereich der Winde angeordnet sein.
  • Außerdem ist vorgesehen, dass beim Abbremsen und/oder fortgesetzten Anheben des Bohrgestänges die aktuell abgewickelte Zugmittellänge mittels einer Zugmittellängenerfassungseinrichtung erfasst wird, wobei das Abbremsen und/oder das fortgesetzte Anheben des Bohrgestänges unter Berücksichtigung der aktuell abgewickelten Zugmittellänge erfolgt. Der Wert der aktuellen Zugmittellänge kann in eine Regelung der Winde zum Abbremsen des Bohrgestänges eingehen, sodass dieses genau am Ende der festgelegten oder festlegbaren Strecke zum Stillstand kommt.
  • Schließlich ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass aus der aktuellen Zugmittellänge und der Zugmittellänge bei Erreichen der definierten Höhe die aktuelle über die definierte Höhe hinaus zurückgelegte bzw. gehobene Strecke des Bohrgestänges berechnet und mit dem Wert des Sicherheitsabstands verglichen wird, wobei das Abbremsen und/oder das fortgesetzte Anheben des Bohrgestänges unter Berücksichtigung des Ergebnisses dieses Vergleichs erfolgt. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Winde rechtzeitig vor Erreichen des Sicherheitsabstands gestoppt und der Hebevorgang des Bohrgestänges beendet wird, damit es zu keiner Kollision mit dem Galgen und somit zu einer Beschädigung kommen kann.
  • Sämtliche zuvor beschriebenen Parameter, d.h. die Zugmittellänge bei Erreichen der definierten Höhe, die aktuelle Zugmittellänge, deren Umrechnung in eine aktuell zurückgelegte Höhe (absolut oder relativ zur definierten Höhe) und/oder der Sicherheitsabstand, können dem Bediener über ein Visualisierungsmittel darstellbar sein. Ebenfalls können optische und/oder akustische Warnsignale ausgebbar sein, wenn einer oder mehrere dieser Werte erreicht, überschritten / unterschritten oder angenähert werden.
  • In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Hebegeschwindigkeit des Bohrgestänges mittels einer Geschwindigkeitsmesseinrichtung erfasst wird und dass bei Erreichen der definierten Höhe des Bohrgestänges die Winde unter Berücksichtigung des Sicherheitsabstands und der Hebegeschwindigkeit derart gesteuert oder geregelt wird, dass das Bohrgestänge am Ende der festlegbaren oder festgelegten Strecke zum Stillstand kommt. Die Erfassung der Hebegeschwindigkeit des Bohrgestänges mittels einer Geschwindigkeitsmesseinrichtung kann direkt oder indirekt erfolgen, beispielsweise mittels einer Messanordnung, die die Ab- bzw. Aufwickelgeschwindigkeit des Zugmittels oder die Drehgeschwindigkeit der Winde misst. Vorzugsweise wird die Hebegeschwindigkeit zum Zeitpunkt des Erreichens der definierten Höhe oder kurz davor / danach erfasst, um diesen aktuellen Geschwindigkeitswert der Berechnung der Bremswirkung des Bohrgestänges bzw. der Winde zugrunde zu legen. Aus der gemessenen Geschwindigkeit kann beispielsweise ein Bremsweg berechnet und dieser der Steuerung / Regelung der Winde zugrunde gelegt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass bei Erreichen der definierten Höhe des Bohrgestänges die Winde gestoppt wird, wobei anschließend das fortgesetzte Anheben des Bohrgestänges um die festgelegte oder festlegbare Strecke innerhalb des Sicherheitsabstands durch manuelles Steuern des Bedieners erfolgt. Der Bediener kann also bei Bedarf die erfindungsgemäß durch den Sicherheitsabstand zusätzlich zur Verfügung gestellte Höhe zur Positionierung des Bohrgestänges nutzen, beispielsweise zum Einbringen längerer Stützrohre oder zum Öffnen eines Bohreimers. In anderen Fällen, in denen ein über die definierte und durch die Sicherheitsvorrichtung vorgegebene Höhe erfolgendes Anheben des Bohrgestänges nicht erforderlich ist, erfolgt wie bei bisherigen Systemen ein Windenstopp an der definierten Höhe. Idealerweise kann der Bediener das Bohrgestänge um eine beliebige Höhe innerhalb des Sicherheitsabstands weiter anheben.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Winde beim manuellen Steuern, d.h. beim oberhalb der definierten Höhe erfolgenden manuell gesteuerten Anheben, automatisch stoppt, sobald das Bohrgestänge das Ende der festlegbaren oder festgelegten Strecke erreicht. Diese zusätzliche Strecke kann maximal dem Sicherheitsabstand entsprechen, da ansonsten eine Kollision mit dem Galgen erfolgen würde. Vorzugsweise ist es dem Bediener nicht möglich, das Bohrgestänge manuell über den Sicherheitsabstand hinaus anzuheben.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das manuell gesteuerte Anheben des Bohrgestänges oberhalb der definierten Höhe mit einer Geschwindigkeit erfolgt, welche niedriger ist als eine maximale Hebegeschwindigkeit des Bohrgestänges, welche unterhalb der definierten Höhe erzielbar ist. Dadurch wird der Bremsweg des Bohrgestänges verringert und der Sicherheitsabstand kann optimal zum weiteren Anheben ausgenutzt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Steuern / Regeln der Winde mittels einer Steuerung bzw. Steuereinheit des Bohrgeräts erfolgt, welche mit der Sicherheitseinrichtung in Verbindung steht und vorzugsweise Zugriff auf eine Speichereinheit hat, in der der Wert des Sicherheitsabstands hinterlegt ist. Die Steuerung führt sämtliche für die Steuerung oder Regelung der Winde erforderlichen Berechnungen durch und kann mit einem Eingabemittel, einem Visualisierungs- bzw. Ausgabemittel und/oder weiteren Aktuatoren des Bohrgeräts in Verbindung stehen.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Sicherheitseinrichtung ein am Galgen im Bereich des Zugmittels befestigtes Gewicht und ein am Zugmittel angeordnetes und mit diesem mitbewegtes Gegenelement umfasst, wobei das Gegenelement das Gewicht bei Erreichen der definierten Höhe des Bohrgestänges kontaktiert und vorzugsweise ein Signal an die Steuerung übermittelt. Am Galgen kann ein Endschalter angeordnet sein. Das Gegenelement hebt bei Kontakt das Endschaltergewicht an, wodurch die Ketten schlaff werden und der Endschalter betätigt wird. Das Gewicht kann neben dem Zugmittel angeordnet sein oder dieses umfassen bzw. umgreifen. Vorzugsweise ist das Gewicht über ein oder mehrere flexible Befestigungsmittel wie z.B. Seile, Drähte oder Ketten mit dem Galgen verbunden und hängt von diesem nach unten herab. Dadurch kann das Gewicht durch das Gegenelement nach oben in Richtung Galgen bewegt bzw. mitgenommen werden. Die definierte Höhe des Bohrgestänges ist durch die Höhe festgelegt, in der das Gewicht von dem Gegenelement kontaktiert wird (auch als Schaltpunkt bezeichnet). Alternativ zu einer Ausführung mit Endschalter, Gewicht und Gegenelement kann der Schaltpunkt beispielsweise auch optisch oder in anderer Weise kontaktlos erfolgen.
  • Vorzugsweise ist lediglich eine einzige Sicherheitseinrichtung umfassend ein Gewicht und ein Gegengewicht vorgesehen. D.h. idealerweise erfolgt die Regelung der Winde oberhalb der definierten Höhe beim fortgesetzten Anheben ausschließlich anhand von gemessenen und/oder gespeicherten Werten durch die Steuerung oder durch eine manuelle Steuerung der Winde, sodass nicht auf weitere Gewichte / Schalter im Sinne einer mehrstufigen Sicherheitseinrichtung zurückgegriffen werden muss. Dies ermöglicht einen einfachen und kostengünstigen Aufbau der Sicherheitseinrichtung und ist kompatibel mit bekannten Drehbohrmaschinen.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass beim fortgesetzten Anheben des Bohrgestänges oberhalb der definierten Höhe, also ab dem Zeitpunkt, zu dem das Gewicht vom Gegenelement kontaktiert wird, das Gewicht zusammen mit dem Bohrgestänge angehoben wird. Das Gegenelement fungiert somit als Mitnehmer für das Gewicht.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Zugmittel mit dem Bohrgestänge über einen Drallfänger befestigt ist. Der Drallfänger ermöglicht ein Verdrehen des Bohrgestänges um eine vertikale Achse relativ zum Zugmittel bzw. Galgen. Das Gegenelement ist vorzugsweise am oder im Bereich des Drallfängers angeordnet. Der Sicherheitsabstand entspricht im Wesentlichen dem Abstand zwischen Drallfänger und Galgen im Bereich des Zugmittels. Bei Verwendung eines Gewichts und Gegenelements wie zuvor beschrieben, kann der Sicherheitsabstand durch den Abstand zwischen Gewicht und Galgen definiert werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Bohrgestänge eine Kellystange ist. Das Bohrgerät ist vorzugsweise ein mobiles Bohrgerät mit einem Mast bzw. Mäkler, an dessen oberem Ende der Galgen bzw. Kellygalgen angeordnet ist. Beim Zugmittel handelt es sich insbesondere um ein Kellyseil, welches über eine Kellywinde auf- und abwickelbar ist. Am unteren Ende der Kellystange, welche mehrere ineinander verschiebbar bzw. teleskopierbar gelagerte Stangen umfassen kann, ist vorzugsweise ein Bohrwerkzeug angeordnet. Das Bohrgerät ist insbesondere eine mobile Drehbohranlage und kann eine Verrohrungsmaschine umfassen.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Bohrgerät wie vorstehend beschrieben, wobei das Bohrgerät eine Steuerung bzw. Steuereinheit aufweist, welche dazu eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren gemäß einer oder mehrerer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen durchzuführen. Die Steuerung ist eingerichtet, Signale von der Sicherheitseinrichtung, einer ggf. vorgesehenen Zugmittellängenerfassungseinrichtung und/oder einer ggf. vorgesehenen Geschwindigkeitsmesseinrichtung zu empfangen und zu verarbeiten. Ferner hat die Steuerung insbesondere Zugriff auf einen Speicher, in dem Daten wie z.B. der Sicherheitsabstand hinterlegt sind. Die Steuerung ist eingerichtet, Berechnungen auf Basis der von den verschiedenen Messeinrichtungen übermittelten Daten durchzuführen und auf deren Grundlage die Winde mittelbar oder unmittelbar zu betätigen und zu steuern / regeln.
  • Dabei ergeben sich offensichtlich dieselben Vorteile und Eigenschaften wie für das erfindungsgemäße Verfahren, weshalb an dieser Stelle auf eine wiederholende Beschreibung verzichtet wird. Die obigen Ausführungen hinsichtlich der möglichen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens gelten daher entsprechend.
  • Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend anhand der Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
    • Figur 1:
    ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Bohrgeräts in einer Seitenansicht;
    Figur 2:
    einen Ausschnitt des Bohrgeräts gemäß Figur 1 im Bereich des Galgens in einer perspektivischen Ansicht;
    Figur 3:
    den Bereich gemäß Figur 2 in einer Seitenansicht;
    Figur 4:
    die Ansicht des Galgens gemäß Figur 2, wobei sich das Bohrgestänge in der definierten Höhe befindet;
    Figur 5:
    den Bereich gemäß Figur 4 in einer Seitenansicht;
    Figur 6:
    die Ansicht des Galgens gemäß Figur 2, wobei sich das Bohrgestänge am Ende des Sicherheitsabstands befindet;
    Figur 7:
    den Bereich gemäß Figur 6 in einer Seitenansicht; und
    Figur 8:
    das Bohrgerät gemäß Figur 1 beim Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei sich das Bohrgestänge am Ende des Sicherheitsabstands befindet.
  • In der Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Bohrgeräts 1 in einer Seitenansicht dargestellt, mittels welchem sich das erfindungsgemäße Verfahren durchführen lässt.
  • Das Bohrgerät 1 ist eine mobile Kelly-Drehbohranlage mit einem an einem drehbaren Oberwagen 2 gelagerten Mäkler 4. Am oberen Ende weist der Mäkler 4 einen Mastkopf bzw. Kellygalgen 6 (nachfolgend: Galgen) auf, über welchen ein als Kellyseil bezeichnetes und mittels einer Kellywinde 16 auf- und abwickelbares Zugmittel 14 geführt ist. Am Kellyseil 14 ist ein als Kellystange ausgebildetes Bohrgestänge 10 befestigt und durch Betätigung der Kellywinde 16 entlang des Mäklers 4 im Wesentlichen vertikal anhebbar oder absenkbar. Am Mäkler 4 ist ferner ein Schlitten 8 verschiebbar gelagert, welcher einen Bohrantrieb zum Antrieb der Kellystange 10 aufweist. Am unteren Ende der Kellystange 10, welche mehrere ineinander verschiebbar bzw. teleskopierbar gelagerte Stangen umfasst, ist ein Bohrwerkzeug 12 angeordnet. Am oberen Ende ist die Kellystange 10 über einen Drallfänger 18 am Kellyseil befestigt, sodass die Kellystange 10 mittels des Bohrantriebs am Schlitten 8 relativ zum Kellyseil 14 bzw. zum Mäkler 4 in eine Drehbewegung um eine im Wesentlichen vertikale Achse versetzbar ist.
  • Die Figuren 2 und 3 zeigen einen vergrößerten Ausschnitt des Bohrgeräts 1 im Bereich des Galgens 6 in einer perspektivischen und einer seitlichen Ansicht. Das Kellyseil 14 ist über zwei Umlenkrollen des Galgens 6 geführt und am Drallfänger 18 über eine Kausche 15 befestigt. Der Drallfänger 18 ist wiederum an einem sogenannten Kellytopf 19 am oberen Ende der Kellystange 10 befestigt und umfasst mehrere gegeneinander drehbare Teile.
  • Im Bereich der vorderen Umlenkrolle des Galgens 6 ist ein Gestell 28 angeordnet, durch welches das Kellyseil 14 hindurchgeführt ist und an welchem ein Gewicht 22 über zwei Befestigungsmittel 26 aufgehängt ist. Die Befestigungsmittel 26 können z.B. Ketten, Seile, Drähte, verbundene Stangen oder eine Kombination davon sein. Das Gewicht 22 hat eine zylindrische Form und weist eine zentrale Durchführung / Öffnung auf, durch die das Kellyseil 14 hindurchreicht, d.h. das Gewicht 22 umgreift das Kellyseil 14 und hängt vom Galgen 6 auf eine bestimmte Höhe herab. Im Bereich der Kausche 15 ist ein mit der Kellystange 10 mitbewegtes Gegenelement 24 angeordnet, das eingerichtet ist, mit dem Gewicht 22 zusammenzuwirken und das Erreichen einer definierten Höhe der Kellystange 10 zu signalisieren. Gegenelement 24 und Gewicht 22 bilden zusammen mit dem Endschalter eine Sicherheitseinrichtung 20, um eine Beschädigung des Bohrgeräts 1 durch zu hohes Anheben der Kellystange 10 zu verhindern.
  • Beim Anheben der Kellystange 10 hebt das Gegenelement 24 bei einer gewissen Höhe das Gewicht 22 und der Endschalter 24 sendet ein entsprechendes Signal an eine Steuerung. Diese Situation, bei der die Kellystange 10 die definierte Höhe (den Schaltpunkt) erreicht hat und das Gewicht 22 vom Endschalter 24 kontaktiert wird, ist in den Figuren 4 und 5 dargestellt, welche dieselben Ausschnitte wie die Figuren 2 und 3 zeigen. Bei bekannten Systemen definiert die Höhe des Gewichts 22, also der Schaltpunkt des Endschalters 24, die maximale Höhe, bis zu der die Kellystange 10 angehoben werden kann. Bei Betätigung des Endschalters 24 wurde ein sofortiger Windenstopp der Kellywinde 16 ausgelöst und der Hebevorgang der Kellystange 10 beendet. Die Höhe der Kellystange 10 am Schaltpunkt des Endschalters 24 wird vorliegend als "definierte Höhe" bezeichnet. Als Referenzpunkt kann hierbei beispielsweise die Höhe des Endschalters 24, des Drallfängers 18 oder des Kellytopfs 19 am Schaltpunkt dienen, was hier aber nicht weiter relevant ist.
  • Um den Bremsweg der Kellystange 10 zu berücksichtigen und eine Kollision mit dem Galgen 6 bzw. dem Gestell 28 zu verhindern, ist das Gewicht 22 in einem gewissen Sicherheitsabstand vom Gestell 28 aufgehängt, welcher ausreichend groß bemessen ist, dass selbst bei einem maximalen Bremsweg bei maximaler Hebegeschwindigkeit der Kellystange 10 keine Kollision mit dem Galgen 6 erfolgt. Bei bekannten Systemen konnte dieser Sicherheitsabstand nicht zum Anheben der Kellystange 10 genutzt werden und stellte quasi einen "Totweg" dar. Der Sicherheitsabstand ist im Wesentlichen der Abstand zwischen Gewicht 22 und Gestell 28.
  • Erfindungsgemäß kann nun dieser Sicherheitsabstand für ein weiteres Anheben der Kellystange 10 genutzt werden. Hierzu wertet die Steuerung die Messwerte einer Zugmittellängenerfassungseinrichtung aus, welche die aktuell abgewickelte Kellyseillänge erfasst, und berücksichtigt zudem den in einem Speicher hinterlegten Wert des Sicherheitsabstands. Insbesondere wird der Steuerung der Wert der Kellyseillängenmessung am Schaltpunkt, d.h. bei Erreichen der definierten Höhe, zur Verfügung gestellt. Beim zusätzlichen Anheben wird das frei herabhängende und vom Endschalter 24 von unten kontaktierte Gewicht 22 nach oben in Richtung Gestell 28 gehoben. Diese Situation ist in den Figuren 6 und 7 dargestellt, in denen zu erkennen ist, dass die flexiblen Befestigungsmittel 26 ein solches zusätzliches Anheben ermöglichen und nach außen ausweichen. Das Gewicht 22 ist bis kurz unter das Gestell 28 angehoben, sodass die Kellystange 10 um eine zusätzliche Strecke angehoben wurde, die im Wesentlichen dem Sicherheitsabstand entspricht.
  • Es gibt nun hinsichtlich der Steuerung / Regelung der Winde mehrere Möglichkeiten, ein über die definierte Höhe hinausgehendes Anheben der Kellystange 10 zu ermöglichen. Einerseits kann vorgesehen sein, dass bei Erreichen der definierten Höhe - wie bisher - ein vollständiger Windenstopp der Kellywinde 16 erfolgt und die Kellystange 10 zum Stillstand kommt. Anders als bisher hat der Bediener des Bohrgeräts 1 allerdings nun die Möglichkeit, durch manuelle Betätigung / Ansteuerung der Kellywinde 16 die Kellystange 10 um eine bestimmte Zusatzstrecke weiter anzuheben. Diese Zusatzstrecke ist kleiner oder im Wesentlichen gleich dem Sicherheitsabstand und kann entweder als fester Wert in einem Speicher bzw. in der Steuerung hinterlegt sein oder vom Bediener innerhalb bestimmter Grenzen festlegbar, beispielsweise über eine Eingabeeinheit eingebbar, sein. Letzteres kann bedeuten, dass der Bediener die Kellystange 10 innerhalb eines durch den Sicherheitsabstand definierten Maximalwerts um eine beliebige Zusatzhöhe über die definierte Höhe hinaus anheben kann. Alternativ kann das zusätzliche Anheben immer bis zu einer festgelegten Höhe erfolgen. Insbesondere erfolgt das Anheben der Kellystange 10 oberhalb der definierten Höhe unter Berücksichtigung aktueller Messungen der Kellyseillänge.
  • Die maximal mögliche Zusatzstrecke ist vorzugsweise im Wesentlichen der Sicherheitsabstand, um eine möglichst große Zusatzhöhe zum Anheben zur Verfügung zu haben. Hierbei muss selbstverständlich sichergestellt sein, dass keine Kollision des angehobenen Gewichts 22 mit dem Gestell 28 erfolgt und ein ausreichender Bremsweg für das Abbremsen der Kellystange 10 aus der Hebebewegung beim fortgesetzten Anheben berücksichtigt wird. Um diesen Bremsweg so gering wie möglich zu halten und mehr Strecke zum gezielten Anheben zur Verfügung zu haben, wird die Hebegeschwindigkeit beim über die definierte Höhe hinaus erfolgenden Anheben der Kellystange 10 auf eine niedrigere Geschwindigkeit verringert.
  • Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass die Steuerung die Bremswirkung ermittelt, die benötigt wird, damit nach dem fortgesetzten Anheben der Drallfänger 18 am Ende des Bremswegs, d.h. das angehobene Gewicht 22 unterhalb des Gestells 28, zum Stillstand kommt und die Kellywinde 16 oberhalb der definierten Höhe entsprechend zurückregelt. Hier erfolgt also eine automatische Regelung der Kellywinde 16 derart, dass die Kellystange 10 oberhalb der definierten Höhe am Ende der Zusatzstrecke zum Stillstand kommt, wobei es sich dabei vorzugsweise im Wesentlichen um den Sicherheitsabstand handelt. Hierfür berücksichtigt die Steuerung die abgewickelte Kellyseillänge sowie vorzugsweise die Hebegeschwindigkeit der Kellystange 10 im Schaltpunkt. Dadurch kann die Steuerung die Kellywinde 16 so steuern bzw. regeln und den Bremsvorgang so ausgestalten, dass das Gewicht 22 knapp unterhalb des Gestells 28 zum Stillstand kommt (vgl. Figuren 6 und 7).
  • Es kann auch vorgesehen sein, dass der Bediener zwischen einem manuellen Modus, in dem er wie oben beschrieben die Kellystange 10 manuell über die definierte Höhe anheben kann, und einem automatischen Modus, in dem eine automatische Steuerung / Regelung der Kellywinde 16 oberhalb der definierten Höhe erfolgt, auswählen kann.
  • Vorzugsweise befindet sich keine weitere Sicherheitseinrichtung bzw. kein weiteres Gewicht oder ein weiterer Endschalter zwischen dem Gewicht 22 und dem Galgen 6. Es wird also das Erreichen der festlegbaren oder festgelegten Strecke nicht durch eine zweite Sicherheitseinrichtung bzw. Gewicht-Endschalter-Anordnung festgestellt, sondern die automatische oder manuelle Steuerung / Regelung der Kellywinde 16 sorgt dafür, dass die Kellystange 10 rechtzeitig zum Stillstand kommt. Ferner muss nicht zwingend ein Gestell 28 vorgesehen sein. Es ist daher auch vorstellbar, dass das Gewicht 22 direkt am Galgen 6 aufgehängt oder beispielsweise am Mäkler 4 befestigt ist, solange sichergestellt ist, dass das Gewicht 22 beim weiteren Anheben aus der normalen, die definierte Höhe repräsentierenden, Position heraus nach oben bewegt werden kann.
  • Die Figur 8 zeigt das erfindungsgemäße Bohrgerät 1 gemäß Figur 1, wobei die Kellystange 10 über die definierte Höhe hinaus weiter angehoben wurde, sodass sich das Gewicht 22 knapp unterhalb des Gestells 28 befindet. Dadurch, dass der Sicherheitsabstand nun erfindungsgemäß zum weiteren Anheben der Kellystange 10 genutzt werden kann, ist es möglich, das X-Maß des Bohrgeräts 1 (in der Figur 8 als Bezugszeichen X eingezeichnet) zu erhöhen, ohne dass eine mechanische Veränderung des Bohrgeräts zu erfolgen hat. Ferner ist es nun möglich, eine längere Kellystange zu verwenden und dadurch die maximale Bohrtiefe zu erhöhen.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1
    Bohrgerät
    2
    Oberwagen
    4
    Mäkler
    6
    Galgen
    8
    Schlitten
    10
    Bohrgestänge (Kellystange)
    12
    Bohrwerkzeug
    14
    Zugmittel (Kellyseil)
    15
    Kausche
    16
    Winde (Kellywinde)
    18
    Drallfänger
    19
    Kellytopf
    20
    Sicherheitseinrichtung
    22
    Gewicht
    24
    Gegenelement (Endschalter)
    26
    Befestigungsmittel
    28
    Gestell
    X
    X-Maß

Claims (11)

  1. Verfahren zum Heben eines an einem Bohrgerät (1) befestigten Bohrgestänges (10), welches am oberen Ende an einem über einen Galgen (6) des Bohrgeräts (1) geführten Zugmittel (14) aufgehängt ist, wobei das Zugmittel (14) über eine Winde (16) auf- und abwickelbar und dadurch das Bohrgestänge (10) anhebbar und absenkbar ist, wobei am Zugmittel (14) eine Sicherheitseinrichtung (20) angeordnet ist, mittels welcher das Erreichen einer definierten Höhe des Bohrgestänges (10) erfassbar ist, und wobei zwischen der definierten Höhe und dem Galgen (6) ein Sicherheitsabstand vorgesehen ist, mit den folgenden Schritten:
    - Betätigen der Winde (16), um das Bohrgestänge (10) anzuheben,
    - Registrieren des Erreichens der definierten Höhe mittels der Sicherheitseinrichtung (20),
    - Steuern oder Regeln der Winde (16), um die Hebebewegung des Bohrgestänges (10) abzubremsen, und
    - fortgesetztes Anheben des Bohrgestänges (10) um eine festgelegte oder festlegbare Strecke innerhalb des Sicherheitsabstands durch Betätigen der Winde (16),
    wobei mittels einer Zugmittellängenerfassungseinrichtung die abgewickelte Zugmittellänge bei Erreichen der definierten Höhe des Bohrgestänges (10) sowie die aktuell abgewickelte Zugmittellänge beim Abbremsen und/oder fortgesetzten Anheben des Bohrgestänges (10) erfasst wird,
    wobei aus der aktuellen Zugmittellänge und der Zugmittellänge bei Erreichen der definierten Höhe die aktuelle über die definierte Höhe hinaus zurückgelegte Strecke des Bohrgestänges (10) berechnet und mit dem Wert des Sicherheitsabstands verglichen wird,
    wobei das Abbremsen und/oder das fortgesetzte Anheben des Bohrgestänges (10) unter Berücksichtigung dieses Vergleichs erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebegeschwindigkeit des Bohrgestänges (10) mittels einer Geschwindigkeitsmesseinrichtung erfasst wird und dass bei Erreichen der definierten Höhe des Bohrgestänges (10) die Winde (16) unter Berücksichtigung des Sicherheitsabstands und der Hebegeschwindigkeit derart gesteuert oder geregelt wird, dass das Bohrgestänge (10) am Ende der festlegbaren oder festgelegten Strecke zum Stillstand kommt.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen der definierten Höhe des Bohrgestänges (10) die Winde (16) gestoppt wird, wobei anschließend das fortgesetzte Anheben des Bohrgestänges (10) um die festgelegte oder festlegbare Strecke durch manuelles Steuern des Bedieners erfolgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Winde (16) beim manuellen Steuern automatisch stoppt, sobald das Bohrgestänge (10) das Ende der festlegbaren oder festgelegten Strecke erreicht.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das manuell gesteuerte Anheben des Bohrgestänges (10) oberhalb der definierten Höhe mit einer Geschwindigkeit erfolgt, welche niedriger ist als eine maximale Hebegeschwindigkeit des Bohrgestänges (10).
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuern / Regeln der Winde (16) mittels einer Steuerung des Bohrgeräts (1) erfolgt, welche mit der Sicherheitseinrichtung (20) in Verbindung steht und vorzugsweise Zugriff auf eine Speichereinheit hat, in der der Wert des Sicherheitsabstands hinterlegt ist.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitseinrichtung (20) ein am Galgen (6) im Bereich des Zugmittels (14) befestigtes Gewicht (22) und ein am Zugmittel (14) angeordnetes und mit diesem mitbewegtes Gegenelement (24) umfasst, wobei das Gegenelement (24) das Gewicht (22) bei Erreichen der definierten Höhe kontaktiert und vorzugsweise ein Signal an die Steuerung nach Anspruch 6 übermittelt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass beim fortgesetzten Anheben des Bohrgestänges (10) das Gewicht (22) zusammen mit dem Bohrgestänge (10) angehoben wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugmittel (14) mit dem Bohrgestänge (10) über einen Drallfänger (18) befestigt ist.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bohrgestänge (10) eine Kellystange ist.
  11. Bohrgerät (1) mit einem Bohrgestänge (10), welches am oberen Ende an einem über einen Galgen (6) geführten Zugmittel (14) aufgehängt ist, wobei das Zugmittel (14) über eine Winde (16) auf- und abwickelbar und dadurch das Bohrgestänge (10) anhebbar und absenkbar ist, wobei am Zugmittel (14) eine Sicherheitseinrichtung (20) angeordnet ist, mittels welcher das Erreichen einer definierten Höhe des Bohrgestänges (10) erfassbar ist, wobei zwischen der definierten Höhe und dem Galgen (6) ein Sicherheitsabstand vorgesehen ist, wobei das Bohrgerät (1) eine Steuerung aufweist, welche mit der Sicherheitseinrichtung (20) und der Winde (16) in Verbindung steht,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Steuerung eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
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