WO2016184667A1 - Method and implement of a drilling rig - Google Patents

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WO2016184667A1
WO2016184667A1 PCT/EP2016/059736 EP2016059736W WO2016184667A1 WO 2016184667 A1 WO2016184667 A1 WO 2016184667A1 EP 2016059736 W EP2016059736 W EP 2016059736W WO 2016184667 A1 WO2016184667 A1 WO 2016184667A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
arm
drill string
pliers
implement
nipper
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/059736
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jan Aalderink
Malte Cordes
Michael Gelker
Andre Reuter
Original Assignee
Bentec Gmbh Drilling & Oilfield Systems
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bentec Gmbh Drilling & Oilfield Systems filed Critical Bentec Gmbh Drilling & Oilfield Systems
Publication of WO2016184667A1 publication Critical patent/WO2016184667A1/en

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Classifications

    • 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
    • E21B19/16Connecting or disconnecting pipe couplings or joints
    • E21B19/165Control or monitoring arrangements therefor

Definitions

  • the invention relates first and foremost to a method for operating a Häge ⁇ Raets on a drilling rig.
  • the implement is a device for connecting and bolting drill pipe elements.
  • Devices for connecting and screwing drill pipe elements as well as for cutting thereby produced screw connections so-called Roughnecks or Iron Roughnecks - in German sometimes GestInstituteverschraungsvor- direction, Kraftverschraubungsvortechnisch and the like - are known per se.
  • Roughnecks or Iron Roughnecks - in German sometimes Gestfitschraungsvor- direction, Kraftverschraubungsvortechnisch and the like - are known per se.
  • Such a tool is used on a working platform of a drilling rig above the wellbore (bore well).
  • handling of the drill string elements during assembly and disassembly of the drill string must also take place, among other things. Therefore, the implement can not be permanently in the position above the borehole. It is therefore usual for the implement to include a positioning device.
  • a pliers system likewise encompassed by the working device is movable into a position in the region of the borehole (working position) as well as into a rest position remote from the working position.
  • a particularly simple form of a positioning device comprises a translationally and / or rotationally movable arm, so that the forceps sys- tem is movable by means of a translational movement or a pivoting movement from the rest position to the working position and from the working position back to the rest position.
  • the forceps system is attached at the free end of the positioning device, namely on the arm encompassed by the positioning device.
  • Positioning device is that the pivoting arm has a C-shaped contour in the broadest sense, so that the forceps system is in the rest position and iniserschwenktem type in the region of a Hüllkontur to the arm.
  • the occupied by the implement on the working platform of the drilling rig is thus determined essentially by the already festste ⁇ ing dimensions of the pliers system and the additional Platzbe ⁇ may the positioning device falls barely in the weight.
  • Such a positioning device in which the arm is pivoted to move the Zan- gene system between the rest position and the working position, however, requires that the pincer system is portable, so schwenkbe ⁇ movably hinged at the free end of the arm of the positioning device.
  • the implement hangs like a pendulum at the free end of the positioning ⁇ device. This ensures principle that the clamp system hangs straight enough at each pivot configuration of the arm, ie that a hereinafter referred to as pliers system axis designated relevant axis of the pliers ⁇ systems substantially parallel to a longitudinal axis through the connecting means of the pliers system to or (to be separated drill string elements drilling ⁇ rod axis) remains.
  • the necessary during the movement process pivoting of the working ⁇ device relative to the arm of the positioning device also allows a misalignment of the pliers system, if, for example by means of the pliers ⁇ system at least one drill string element is detected, although the pliers system is not located at an optimum distance from the drill string element , If during such a misalignment the pliers system is activated for connecting or disconnecting two drill string elements, so-called eccentric forces result, which lead to increased wear of relevant parts of the pliers system and the respectively detected areas of the drill string elements.
  • An object of the present invention is accordingly to provide a method for operating a working device of the type mentioned above as well as a working according to the method implement, the disadvantages outlined above, in particular eccentric forces when activating the
  • Pliers system avoids or at least reduces their effects. This object is achieved by means of a method for operating such a working device with the features of claim 1.
  • a method for operating a working device of the genann ⁇ th species (Iron Roughneck) on a drilling rig wherein the working device a pliers system and a positioning device with an arm for positioning the at a free end of the arm pivotally mounted, in particular oscillating, attached Pliers system includes and wherein the Schwarzge ⁇ advises and its pliers system are intended for connecting or disconnecting two drill string elements
  • the pliers system is moved by means of the arm in the direction of the drill string elements and the implement is in a Kunststoffpositi ⁇ on brought.
  • a second method step an actual position of the pliers system is determined in the contact position and at standstill of the arm.
  • a third method step the forceps system is moved by means of the arm again until a predetermined desired position of the forceps system is reached.
  • a working device with the features of the parallel independent device claim.
  • a working device of the type mentioned (Iron Roughneck), which is intended for use on a drilling rig, the implement a pincer system and a positioning device with an arm for positioning the at a free end of the arm pivotally mounted, in particular oscillating, attached pliers system and wherein the Schwarzge advises ⁇ and its pliers system are intended for connecting or disconnecting two drill string elements, the following are provided: the clamp system is moved by means of the arm in the direction of the drill string and the working tool is maneuverable in a contact position. In the contact position and at standstill of the arm is an actual position of the pliers system determined ⁇ bar. Finally, the forceps system is movable by means of the arm, which is reached by means of the movement of the arm a predetermined desired position of the forceps system.
  • the pliers system With the movement of the pliers system by means of the arm of the positioning device into the contact position - ie a position in which the pliers system of the implement is in contact with at least one linkage element - there is an initial position of the arm and a defined position of the pliers system relative to at least one Bohrge ⁇ rod element.
  • the initial position of the arm results, for example, from a corresponding specification based on a respective pivoting range of the arm, for example such that the initial position corresponds to a percentage, for example 90%, of the maximum swing-out of the arm. In this contact position is - at standstill of the arm, so stopped
  • Positioning device determined as actual position a current position of the pliers system. Should a desired position of the forceps system already result in this situation, the initial position of the arm is already the optimum position of the arm for a later activation of the forceps system.
  • an actual position of the pliers system can be determined in the contact position and at standstill of the arm and is determined within the scope of a Ausure ⁇ tion of the method.
  • the actual position is a measure of the actual misalignment of the pliers system.
  • the pliers system is movable by means of the positioning device, which can be reached by means of the movement of the arm a predetermined desired position of the pliers system and in an embodiment of the method based on a continuous comparison of a respective actual position with the target position is reached.
  • the desired position of the pliers system is the position in which by means of the pliers system both drill string elements in an optimal manner, ie in particular without activation Shear forces occur, are detectable or detected.
  • the clamp system in the theoretical position "straight" to the Bohrge ⁇ stSheijnn or at least aligned with a drill string (gensystemachse Zan- and Bohrgestfiteachse are parallel or at least in the materiality borrowed parallel).
  • the ge ⁇ desired alignment of the tong system is reached, is found for the subsequent activation of the pliers system with the then each ⁇ wells given position of the arm, the optimum position of the arm and the correlated therewith distance of the pliers system to the drill string.
  • the thus determined optima ⁇ le position of the arm can be used. This means that the arm of the positi ⁇ oniervorraum is moved to the beginning of subsequent cycles of motion in each case up to the optimum position.
  • the clamp system is now being activated in the usual manner, for example such that initially hst a lower drill string element by means of a pair of pliers of the pliers system and then an upper drill string element is detected by means of an upper pliers of the pliers system. Due to the optimal position of the arm determined as described above, the pliers system and its lower and upper pliers are in positions in which the respective BohrgestSheele- elements can be detected on rod center and are detected in the execution of the method. Unfavorable shear forces and other disadvantages are avoided.
  • Advantageous embodiments of the working device have means for carrying out the method and one or more embodiments described here and below, for example a control device functioning as a means for carrying out the method or one or more variants of the method as well as a sensor system for obtaining by means of Control device processable measured values.
  • a measure of a position of the arm namely the position of the arm when the desired position of the tong system is reached, is detected and stored, so that these are for future use Movements of the positioning device for avail ⁇ tion is.
  • a subsequent operation cycle of the working device in particular a movement of the working device from its rest position in the direction of the working position, during movement of an operating action of an operator of the working device, for example an operation of a designated operating element, in particular a button or the like
  • Pliers system automatically moves by means of the positioning device in the direction of the drill string elements of the arm in a position corresponding to the detected in the third method step target position.
  • a position is detected as the desired position of the arm, in which the pivotally mounted on the arm pliers system is due to the pivoting movement and the direction of gravitational force in the desired position.
  • this desired position is detected and stored for later use (“teach operation”) .
  • subsequent movement cycles of the working device ie at least movements of the Zangensys ⁇ tems means of the arm in the direction of the drill string elements, so "Learned" target position used in each case for an optimal, in particular automatic ⁇ cal positioning of the positioning and its arm.
  • an automatic movement of the arm in the learned target position is also a corresponding positioning due to operator actions of an operator of the implement into consideration. For example, the operator is shown the desired position and a current position of the arm and the operator can stop the movement of the arm if the current position and the target position match sufficiently. If the current position of the arm is displayed in the form of a percentage of the desired position, the operator needs only one displayed value, namely the respective and the movement of the arm can be stopped if the displayed percentage has reached a value in the range of 100%.
  • the learned target position of the arm can be used for further movement cycles at least as long as the diameter of the drill string elements used does not change.
  • a renewed initial positioning of the arm in a contact position and a subsequent movement with the aim of maintaining the desired position of the pliers system determines a valid for the new drill string elements optimal position of the arm for subsequent movement cycles.
  • a forceps system with centering as described in DE 10 2014 208 113, can be dispensed with re-learning the desired position of the arm even.
  • centering ⁇ turing of the pliers system in relation to the center of the Bohrgestfiteele ⁇ elements The respective center does not change even with different diameters of the drill pipe elements.
  • an automatically evaluable measure for a respective actual position of the arm is recorded by means of a sensor, for example an incremental encoder or the like.
  • the new movement of the arm is terminated automatic ⁇ table, for example by means of a corresponding and through the Control device based on the result of the comparison generated control signal when the actual position and the desired position match within predetermined or predefinable limits.
  • the alignment of the pliers system ie the approach of the desired position of the pliers system, can therefore be done automatically and an operator of the implement must read no display elements or the like and intervene in the process depending on the reading result.
  • the first, the second and the third method step can be carried out automatically on this basis, for example under the control of the control device, by automatically approaching the contact position, then automatically the actual position of the clamp system and depending on this a possible need for a correction the orientation of the forceps system are determined and finally automatically the orientation of the forceps system is corrected until a predetermined target position is reached.
  • an operator can retrieve such an automatic sequence by a corresponding operator action, for example an actuation of a control element provided for this purpose, such as a pushbutton or the like.
  • Such automatic process can also be divided into semi-automated processes, for example, the ⁇ art that, due to a corresponding control action automatically, the contact position is moved and due to a subsequent control action automatically determines the actual position of the pliers system and then its orientation is corrected.
  • the contact position desired in the context of the first method step results by the lower drill string element being grasped by means of a lower nipper of the pincer system and the lower nipper being centered relative to the detected drill string element.
  • the lower nipper for this purpose comprises centering means which effect such a centering or the pincer system or the lower nipper are assigned such centering means.
  • centering means included in the lower tongs it is possible to refer to those described in DE 10 2014 208 113
  • the centering means ensures that the lower tongs can grip or at least grasp the lower drill string element on the center of the rod.
  • the detection of the lower drill pipe element by means of the lower nipper and the consequent fixation of the pincer system relative to the lower Bohrge ⁇ rod element is preferably carried out with a lower force than the later activation of the pliers system for connecting or disconnecting two drill string elements.
  • a resultant in detecting the lower BohrgestSheelements pressure with respect to a pre- ⁇ given or predetermined threshold value is monitored, for example, with a hydraulically actuated lower nipper and when reaching the
  • Threshold stopped closing the lower clamp. This ensures slightest ⁇ tet that the pincer system is fixed relative to the lower drill string from ⁇ reaching and subsequent alignment of the pliers system in the form of at least one rotation about the point at which the lower nipper at the bottom
  • Drill rod element attacks possibly also a displacement of the lower nipper in the axial direction of the lower drill string element, without unnecessary mechanical force and without unnecessary damage to the lower nipper and the detected surface portions of the lower drill string element can be done.
  • the limitation of the closing force of the lower tongs takes place for
  • Example under control of the already mentioned control device In a clamp system as described in DE 10 2014 208 113 with the centering means described therein detected in the first step and in the contact Posi ⁇ tion the lower nipper the lower drill string by means of the Zentriermit- tel.
  • the tong system is fixed relative to at least the lower drill string element, namely fixed transversely to the longitudinal axis of the drill string element.
  • the clamping blocks of such a lower nipper are not yet involved, so that the lower nipper remains movable in spite of the fixing transversely to the longitudinal axis of the drill string element in the direction of the longitudinal axis of the drill string element.
  • the contact position sought in the context of the first method step results as follows:
  • the pliers system comprises a stop.
  • the reaching of the contact position in the first method step is sensed by means of a contact of the stop with one of the drill string elements. Due to the contact of the The lower drill string element is detected by means of a lower nipper of the clamp system and the clamp system is fixed to the lower drill string element.
  • the (variable) position of the stop ensures that the lower nipper is centered relative to the detected drill string element.
  • the above-mentioned object is also achieved with a control device which is intended and arranged for carrying out the method described here and below and for controlling the working device as a whole, its positioning device and especially its arm.
  • the Steuerungsein ⁇ direction as a means for performing the method comprises a corresponding control program.
  • the invention is insofar preferably implemented in software.
  • the invention is thus also a control program in the form of a computer program with program code instructions executable by a computer and, on the other hand, a storage medium with such a computer program, ie a computer program product with program code means, and finally also a control device, in its memory as means for carrying out the method and its embodiments such a computer program is loaded or loadable.
  • the invention is also a drilling rig, in particular a drilling rig for deep drilling, with a working device (Iron Roughneck) as described here and below, in particular such a working device with a control device of the type outlined above.
  • FIG. 1 is a often as Iron roughneck denote ⁇ tes in technical terminology working machine according to the invention
  • 2 shows the implement according to FIG. 1 in a perspective view
  • FIG. 3A to FIG. 3D shows snapshots during a movement of a working implement according to FIG. 1, FIG. 2 and FIG
  • FIG. 4 shows a working device according to FIG. 1, FIG. 2 with a control device provided for its control and / or monitoring.
  • FIG. 1 shows in the form of an overview of an example an embodiment of a power tool 10 on a drilling itself not shown ⁇ system.
  • the working platform 12 drill floor
  • the drill pipe 14 used in sinking the respective deep hole
  • drill hole (bore hole, bore well).
  • a working position of the implement 10 is above the borehole.
  • a rest position of the implement 10 is removed from the wellbore.
  • the working device 10 is a device intended for connecting and screwing or loosening the threaded sections of two drill pipe elements 14, 16, which is usually referred to in technical terminology as Roughneck or Iron Roughneck and in German sometimes as linkage screwing device, force-fitting device or the like.
  • the working device 10 comprises a forceps system 18 and a positioning device 20.
  • the forceps system 18 usually includes a so-called spinner
  • the pliers system 18 comprises two pliers 24, 26, usually hydraulically actuated and designated according to their arrangement as lower pliers 24 and upper pliers 26.
  • the total implement 10 and its pliers system 18 are shown in FIG basically known per se manner for connecting the threaded portions of two drill pipe elements 14, 16 in a loadable for the drilling process way.
  • a lower drill string element 14 can be detected and is detected during operation by means of the lower nipper 24.
  • the upper nipper By means of the upper nipper
  • the forceps system 18 is pivotally attached to a free end of the positioning device 20 and by means of the positioning device 20, the forceps system 18 either in 1, is moved to a position for connecting or disconnecting two drill string elements 14, 16.
  • This movement is sometimes also referred to as a "method” according to standard terminology, although the implement 10 is referred to as a “process” does not have to comprise a chassis or the like and according to the embodiment shown here at least substantially in the form of a pivotable arm 30 may be executed.
  • the positioning device 20 comprises a broadly C-shaped arm 30 which is here composed of a plurality of straight segments.
  • kinematics for example, a kinematics, as is often found in modern harbor cranes (double-articulated luffing crane, a kinematics in which the boom so forward and backward can be moved, that the load always on the same
  • the arm 30 shown in the illustration is movable (pivotable) about a rotation axis D. Below the axis of rotation D, the arm 30 continues in the form of a short leg, on which a drive element 32 for triggering the pivoting movement, for example a drive element 32 in the form of a hydraulic cylinder or a Hubspin ⁇ del, attacks. Activation of the drive member 32 causes the pivot of the arm Ver ⁇ 30.
  • the arm 30 with the drive member 32 is also movable vertically on an optional column system 34 in the illustrated embodiment.
  • both the arm 30 and the column system 34 each comprise parallel segments.
  • the arm 30 thus consists of two parallel arms and the column system 34 consists of two parallel columns. But these are only the conditions in the embodiment shown here and hence it does not matter whether the arm 30 of the positioning device 20 is a single arm or a group of several arms moved together.
  • the arm 30 is formed of two parallel parts so that they are each in a space between the two columns of the column system 34 and a centrally positioned between the two columns and the vertical movement of the arm 30 specific hydraulic cylinder 36 can be pivoted.
  • the forceps system 18 is articulated at the free end of the arm 30 at an attachment point A pivotally.
  • the pliers system 18 thus depends on the free end of the arm 30 and thus at the free end of the positioning device 20 like a pendulum.
  • the implement 10 may optionally include a controllable actuator or a passive damper as means 38 for preventing such oscillations.
  • connection or disconnection of two drill pipe elements 14, 16 by means of the implement 10, namely by means of its pliers system 18, is usually ⁇ way such that by means of the lower nipper 24, the lower drill string member 14 detects and the pliers system 18 thus a total relative to the Bohrge ⁇ rod elements 14, 16, at least relative to the lower drill string member 14, is fixed. Then, by means of the nipper knife 26, the upper drilling rigs is stSheelement detected 16 and by means of a movement of the nipper knife 26 to the lower nipper 24 is relatively connection or disconnection of the two drill string elements 14, 16. In order to improve readability of the nachfol ⁇ constricting description, this is the example the joining of two Bohrge ⁇ rod elements 14, 16 continued. The analogous taking place separating two drill pipe elements 14, 16 is always read along and mentally supplement.
  • the upper pliers 26 are also activated by means of the upper pliers 26.
  • the upper drill string element 16 is detected Rotary axis of the upper nipper 26 relative to the middle of the rod of the upper
  • Drill pipe element 16 depends in this case on the position of the tong system 18 as a whole relative to the central longitudinal axis designated below as the drill string axis B (FIG. 3B) by the two drill string elements 14, 16.
  • the drill string axis B coincides with the direction of the gravitational acceleration (vertical drill string axis B).
  • hinged pliers system 18 can be assumed so with a corresponding mobility of the pliers system 18 relative to the arm 30 that the pliers system 18 is in a rest position in a direction parallel to the Bohrgestfiteachse B position.
  • an imaginary axis hereinafter referred to as the pincer system axis Z (FIG. 3A) is assumed by the pivot points of the lower nipper 24 and the upper nipper 26 as determining the position of the nipper system 18. Due to this parallel position of the tong system 18 relative to the two drill string elements 14, 16, the lower nipper 24 and the pincer system axis Z (FIG. 3A), is assumed by the pivot points of the lower nipper 24 and the upper nipper 26 as determining the position of the nipper system 18. Due to this parallel position of the tong system 18 relative to the two drill string elements 14, 16, the lower nipper 24 and the pincer system axis Z (FIG. 3A), is assumed by the pivot points of the lower nipper 24 and the upper nipper 26 as determining the position of the nipper system 18. Due to this parallel position of the tong system 18 relative to the two drill string elements 14, 16, the lower nipper 24 and the pincer system axis Z
  • Lower tongs 24 by means of respective centering means relative to the lower boring linkage member 14 (the pivot point of sub-joiner 24 coincides with the rod center of lower drill string member 14), may cause the collet system 18 to be "skewed" on the arm 30 such that the collet system axis Z is no longer parallel to the drill string axis B.
  • the lower jaw 24 pulls or pushes the forceps system 18 in the context of
  • FIG. 3A initially shows the arm 30 of the positioning device 20 of the working device 10 which is rotatable at least about the pivot point D and the tong system attached to the free end of the arm 30, in particular pivotally mounted
  • the pliers system 18 with the two pliers 24, 26 included.
  • the pliers system 18 is at rest, for example, because a swinging of the arm 30 is completed and / or a possible oscillation of the pliers system 18 has subsided, in particular by a such oscillation is already initially at least substantially prevented by means of at least one actuator provided for this purpose or is adequately damped.
  • the pliers system 18 thus hangs straight, at least to the extent that results in a vertical and the Bohrgestfitfiteachse B parallel pliers system axis Z.
  • the two drill string elements 14, 16 and the drill string axis B are not shown in FIG. 3A (see FIG. 3A (see FIG. 3A).
  • FIG. 3B shows a situation in which the forceps system 18 is moved by means of the swiveled out arm 30 in the direction of the drill string elements 14, 16 until the (imaginary) clamp system axis Z almost coincides with the drill pipe axis (imaginary) , -
  • the forceps System 18 has been moved by means of the arm 30 in the direction of the drill pipe elements 14, 16 (first method step of the method outlined above).
  • the forceps system 18 is activated, such that the lower drill string element 14 is detected by means of the lower tongs 24 and centering of the lower tongs 24 relative to the lower tongs 24 associated centering means (not shown, for example see DE 10 2014 208 113) lower drill pipe element 14, there is a contact position of the implement 10 (end of the first process step) and there is a misalignment of the gun system 18, as shown - for exaggeration considerably exaggerated - shown in the illustration in Figure 3C.
  • the pliers system 18 is pulled by means of the lower tongs 24 associated centering in the direction of the Bohrgestfitfiteachse B.
  • the arm 30 stands still and the arm 30 pivotally movable pliers system 18 is pivoted about the attachment point A, as indicated by the block arrow below the pliers system 18.
  • Fulcrum of the lower nipper 24 coincides with the middle of the rod of the lower drill pipe element 14. In the illustration in FIG. 3C, this is also illustrated by the fact that the pliers system axis Z running through the pivot point of the lower pliers 24 intersects the drill string axis B exactly at the pivot point of the lower pliers 24.
  • the fulcrum point of the upper nipper 26, which can also be identified by means of the course of the pincer system axis Z, does not coincide with the drill pipe axis B due to the misalignment of the pincer system 18.
  • the upper drill string member 16 can not be caught mid-pole become.
  • the forceps system 18 is adjusted with the aim of a vertical alignment of the forceps system axis Z. For that will be first determines an actual position of the pliers system 18 in a second process step of the initially outlined procedural ⁇ proceedings. This may be done by an operator of the implement 10, for example by reading a tube level or the like attached to the clamp system. Alternatively, the actual position of the pliers system 18 by means of a designated
  • Sensors for example, a tilt sensor or the like, electronically and automatically detected.
  • the nipper system 18 is thus already at a point, namely at the pivot point of the lower nipper 24, fixed to the rod center of the drill string elements 14, 16.
  • the renewed movement of the arm 30 - here also illustrated by the block arrow pivoting the arm 30 about its pivot point D - takes place in such a way that at the end of the movement, a desired position of the pliers ⁇ system 18 results.
  • a movement of the pliers system 18 in the axial direction of the drill string elements 14, 16 may result, because when the arm 30 is moved again by means of the
  • the lower drill string member 14 detected and fixed the lower tongs 24 at this transversely to its longitudinal extent.
  • the detection of the lower drill pipe element 14 by means of the lower tongs 24 causes no fixation of the tong system 18 in the axial direction of the lower Bohrge- rod member 14.
  • the desired target position of the pliers system 18 is obtained by the operator of the implement 10 during the renewed movement of the arm 30 compares the respective actual position with the desired position and ends the movement of the arm 30 when the desired position has been reached, and in that such a comparison is carried out electronically and autoretatically on the basis of corresponding measured values.
  • the desired position of the forceps system 18 is a position in which the tongs system Z is perpendicular, so that the upper forceps 26 also acts on the middle of the upper drill rod element 16. Then grab both pliers 24, 26, the respective drill string element 14, 16 each exactly
  • the forceps axis Z is shown only for reasons of distinctness of the BohrgestCodeachse B slightly adjacent to this. In fact, the pliers axis Z coincides with the achievement of the desired position of the pliers system 18 with the Bohrgestfiteachse B.
  • the actual position of the arm 30 when the desired position of the forceps system 18 is received is recorded and stored for later reuse as the desired position of the arm 30. In future movement cycles of the implement 10, this target position can be retrieved.
  • the arm 30 is then moved toward the drill pipe elements 14 as the tong system 18 moves.
  • the upper nipper 26 can be moved relative to the lower nipper 24 to connect the two drill string members 14, 16 in a manner suitable for drilling operation.
  • the implement 10 is alternately moved to a working position and a rest position.
  • the (learned) desired position determined by the method described here is used in each case for the optimum positioning of the arm 30 and of the pincer system 18 attached to it.
  • Control device 40 includes, for example, in a conventional manner, a processing unit 42 in the form of or in the manner of a microprocessor and a memory 44.
  • the control device 40 is, for example, a so-called programmable logic controller.
  • a control program 46 executable by means of the processing unit 42 and executed during operation of the implement 10 is loaded into the memory 44 for implementing the method proposed here.
  • a control program 46 executable by means of the processing unit 42 and executed during operation of the implement 10 is loaded into the memory 44 for implementing the method proposed here.
  • the functionality means of corresponding switching elements is alternatively known tion also a realization into account.
  • the respective actual position of the tong system 18 is detected in the form of a corresponding measured value 48 when the contact position is reached.
  • the measured value 48 can be determined by means of a
  • Pliers system 18 associated sensor for example, a tilt sensor, are detected.
  • the measured value 48 can also be detected by means of a sensor 30 associated with the arm, for example an incremental encoder.
  • the control device 40 continuously or cyclically compares a respective currently detected actual position of the forceps system 18 with a coding of the desired position suitable for automatic comparison.
  • a previously effected under control of the control device 40 again movement of the arm 30 is at a match or at least sufficient match of the respective actual position with the desired position due to a generated by means of the control ⁇ device 40 control signal 50, here a control signal 50 for driving of the drive element 32, finished.
  • each resulting ⁇ de position of the arm 30 is detected in the form of a measured value 52 as a future target position of the arm 30 and stored in a memory cell of Steuerungsein ⁇ direction 40th
  • the stored ( "trained") is desired position of the arm 30 is used as target ⁇ value 54 for driving the arm 30, here for a control of the drive member 32 by means of the control device 40th
  • a method for operating an implement 10 (Iron Roughneck) and a working implement 10 according to the method are indicated in which after an initial positioning of a forceps system 18 by means of a positioning device 20 and a subsequent sequent ⁇ fixing of the pincers system 18 is attached by means of the pliers system 18 to connecting the drill string elements 14, 16 a resultant position (actual position) of the forceps system 18 is detected, then the forceps system 18 is aligned by means of a renewed movement of the positioning device 20 until a desired position of the forceps system 18 is reached, and finally a resulting Position of the positioning device 20 as a future target
  • Position for further movement cycles of the implement 10 is stored.
  • pliers system 18 otherwise possible shear forces are avoided when connecting two drill string elements 14, 16.
  • the forceps system 18 directly the desired target position, so that unfavorable shear forces even with the continued installation and removal of drill string elements 14, 16 and corresponding movement cycles of the implement 10 avoided become.

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Abstract

What is specified is a method for operating an implement (10) - "Iron Roughneck" - and an implement (10) which operates according to the method, in which after an initial positioning of a tongs system (18) by means of a positioning device (20) and a subsequent fixing of the tongs system (18) to drill string elements (14, 16) to be connected by means of the tongs system (18), a resulting position - "actual position" - of the tongs system (18) is detected, then the tongs system (18) is oriented by means of a renewed movement of the positioning device (20) until a desired position of the tongs system (18) has been reached, and finally a resulting position of the positioning device (20) is stored as a future desired position for further movement cycles of the implement (10).

Description

VERFAHREN UND ARBEITSGERÄT EINER BOHRANLAGE  PROCESS AND WORKING DEVICE OF A DRILLING SYSTEM
1 1
Verfahren zum Betrieb eines Arbeitsgeräts einer Bohranlage, nach dem Verfah¬ ren arbeitendes Arbeitsgerät, Computerprogramm zur Implementierung des Verfahrens, Steuerungseinrichtung mit einer Implementierung des Verfahrens und Bohranlage mit einem solchen Arbeitsgerät Method for operating a working device of a drilling rig, operating according to the procedural ¬ ren working device, computer program for implementing the method, control device with an implementation of the method and drilling rig with such a work apparatus
Die Erfindung betrifft zuvorderst ein Verfahren zum Betrieb eines Arbeitsge¬ räts auf einer Bohranlage. Bei dem Arbeitsgerät handelt es sich um eine Vorrichtung zum Verbinden und Verschrauben von Bohrgestängeelementen. Vorrichtungen zum Verbinden und Verschrauben von Bohrgestängeelementen sowie zum Trennen dabei hergestellter Schraubverbindungen, sogenannte Roughnecks oder Iron Roughnecks - im Deutschen mitunter als Gestängeverschraubungsvor- richtung, Kraftverschraubungsvorrichtung und dergleichen bezeichnet -, sind an sich bekannt. Zum Beleg des Standes der Technik kann beispielhaft auf die US 3,799,009 verwiesen werden. The invention relates first and foremost to a method for operating a Arbeitsge ¬ Raets on a drilling rig. The implement is a device for connecting and bolting drill pipe elements. Devices for connecting and screwing drill pipe elements as well as for cutting thereby produced screw connections, so-called Roughnecks or Iron Roughnecks - in German sometimes Gestängeverschraungsvor- direction, Kraftverschraubungsvorrichtung and the like - are known per se. For reference to the state of the art, reference may be made by way of example to US Pat. No. 3,799,009.
Ein solches Arbeitsgerät wird auf einer Arbeitsplattform einer Bohranlage oberhalb des Bohrlochs (drill hole; bore well) verwendet. Im Bereich des Bohrlochs muss aber neben anderem auch eine Hantierung der Bohrgestängeele¬ mente beim Ein- und Ausbauen des Bohrgestänges erfolgen. Deshalb kann sich das Arbeitsgerät nicht dauerhaft in der Position oberhalb des Bohrlochs befinden. Es ist daher üblich, dass das Arbeitsgerät eine Positioniervorrichtung umfasst. Mittels der Positioniervorrichtung ist ein ebenfalls von dem Arbeitsgerät umfasstes Zangensystem in eine Position im Bereich des Bohrlochs (Arbeitsposition) sowie in eine von der Arbeitsposition entfernte Ruheposition beweglich. Such a tool is used on a working platform of a drilling rig above the wellbore (bore well). In the area of the borehole, however, handling of the drill string elements during assembly and disassembly of the drill string must also take place, among other things. Therefore, the implement can not be permanently in the position above the borehole. It is therefore usual for the implement to include a positioning device. By means of the positioning device, a pliers system likewise encompassed by the working device is movable into a position in the region of the borehole (working position) as well as into a rest position remote from the working position.
Insoweit kommt zum Beispiel ein System mit Schienen in Betracht, bei dem das Zangensystem auf den Schienen von der Ruheposition in die Arbeitsposition und umgekehrt beweglich ist. Solche Schienen sind aber mitunter in der Umgebung des Bohrlochs störend. Andere Positioniervorrichtungen arbeiten mit einem beweglichen Arm. Eine derartige Positioniervorrichtung ist zum Beispiel aus der WO 2005/024169A bekannt. Der dortige Arm basiert auf einem Parallelogrammarm, an dessen Ende sich das Zangensystem befindet. Die Kinematik des Parallelogrammarms bedingt, dass die Orientierung des Zangensys- tems während der Bewegung, also zum Beispiel während der Bewegung von derIn that regard, for example, is a system with rails into consideration, in which the clamp system on the rails from the rest position to the working position and vice versa is movable. However, such rails are sometimes disturbing in the vicinity of the borehole. Other positioning devices work with a movable arm. Such a positioning device is known, for example, from WO 2005 / 024169A. The arm there is based on a parallelogram arm, at the end of which the pliers system is located. The kinematics of the Parallelogrammarms requires that the orientation of the forceps system during the movement, so for example during the movement of the
Ruheposition in die Arbeitsposition, stets gleich bleibt. Allerdings ist die Kinematik vergleichsweise aufwendig und damit nicht nur teuer, sondern auch fehleranfällig und im Fehlerfall nur mit erhöhtem Aufwand zu warten. Rest position in the working position, always the same. However, the kinematics is comparatively complicated and thus not only expensive, but also error-prone and to wait in the event of an error only with increased effort.
Eine besonders einfache Form einer Positioniervorrichtung umfasst einen translatorisch und/oder rotatorisch beweglichen Arm, so dass das Zangensys- tem mittels einer translatorischen Bewegung bzw. einer Schwenkbewegung von der Ruheposition zur Arbeitsposition und von der Arbeitsposition zurück zur Ruheposition beweglich ist. Das Zangensystem ist dabei am freien Ende der Positioniervorrichtung, nämlich an dem von der Positioniervorrichtung um- fassten Arm, angebracht. Eine besonders platzsparende Form einer solchenA particularly simple form of a positioning device comprises a translationally and / or rotationally movable arm, so that the forceps sys- tem is movable by means of a translational movement or a pivoting movement from the rest position to the working position and from the working position back to the rest position. The forceps system is attached at the free end of the positioning device, namely on the arm encompassed by the positioning device. A particularly space-saving form of such
Positioniervorrichtung besteht darin, dass der schwenkbewegliche Arm eine im weitesten Sinne C-förmige Kontur aufweist, so dass sich das Zangensystem in der Ruheposition und bei eingeschwenktem Art im Bereich einer Hüllkontur um den Arm befindet. Der von dem Arbeitsgerät auf der Arbeitsplattform der Bohranlage belegte Raum wird damit im Wesentlichen von den ohnehin festste¬ henden Abmessungen des Zangensystems bestimmt und der zusätzliche Platzbe¬ darf der Positioniervorrichtung fällt demgegenüber kaum ins Gewicht. Positioning device is that the pivoting arm has a C-shaped contour in the broadest sense, so that the forceps system is in the rest position and in eingeschwenktem type in the region of a Hüllkontur to the arm. The occupied by the implement on the working platform of the drilling rig is thus determined essentially by the already festste ¬ ing dimensions of the pliers system and the additional Platzbe ¬ may the positioning device falls barely in the weight.
Eine solche Positioniervorrichtung, bei der deren Arm zum Bewegen des Zan- gensystems zwischen der Ruheposition und der Arbeitsposition verschwenkt wird, erfordert allerdings, dass das Zangensystem beweglich, also schwenkbe¬ weglich, am freien Ende des Arms der Positioniervorrichtung angelenkt ist. Das Arbeitsgerät hängt dabei wie ein Pendel am freien Ende der Positionier¬ vorrichtung. Dies gewährleistet grundsätzlich, dass das Zangensystem bei jeder Schwenkkonfiguration des Arms ausreichend gerade hängt, dass also eine im Folgenden als Zangensystemachse bezeichnete relevante Achse des Zangen¬ systems im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse durch die mittels des Zangensystems zu verbindenden oder zu trennenden Bohrgestängeelemente (Bohr¬ gestängeachse) bleibt. Such a positioning device, in which the arm is pivoted to move the Zan- gene system between the rest position and the working position, however, requires that the pincer system is portable, so schwenkbe ¬ movably hinged at the free end of the arm of the positioning device. The implement hangs like a pendulum at the free end of the positioning ¬ device. This ensures principle that the clamp system hangs straight enough at each pivot configuration of the arm, ie that a hereinafter referred to as pliers system axis designated relevant axis of the pliers ¬ systems substantially parallel to a longitudinal axis through the connecting means of the pliers system to or (to be separated drill string elements drilling ¬ rod axis) remains.
Die während des Bewegungsvorgangs notwendige Verschwenkbarkeit des Arbeits¬ geräts relativ zum Arm der Positioniervorrichtung ermöglicht allerdings auch eine Schiefstellung des Zangensystems, wenn zum Beispiel mittels des Zangen¬ systems zumindest ein Bohrgestängeelement erfasst wird, obwohl sich das Zangensystem nicht in einem optimalen Abstand von dem Bohrgestängeelement befindet. Wenn während einer solchen Schiefstellung das Zangensystem zum Verbinden oder zum Trennen zweier Bohrgestängeelemente aktiviert wird, ergeben sich sogenannte Exzenterkräfte, die zu einem erhöhten Verschleiß relevanter Teile des Zangensystems und der jeweils erfassten Bereiche der Bohrgestängeelemente führen. However, the necessary during the movement process pivoting of the working ¬ device relative to the arm of the positioning device also allows a misalignment of the pliers system, if, for example by means of the pliers ¬ system at least one drill string element is detected, although the pliers system is not located at an optimum distance from the drill string element , If during such a misalignment the pliers system is activated for connecting or disconnecting two drill string elements, so-called eccentric forces result, which lead to increased wear of relevant parts of the pliers system and the respectively detected areas of the drill string elements.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht entsprechend darin, ein Verfahren zum Betrieb eines Arbeitsgeräts der eingangs genannten Art sowie ein nach dem Verfahren arbeitendes Arbeitsgerät anzugeben, das die oben skizzierten Nachteile, insbesondere Exzenterkräfte beim Aktivieren desAn object of the present invention is accordingly to provide a method for operating a working device of the type mentioned above as well as a working according to the method implement, the disadvantages outlined above, in particular eccentric forces when activating the
Zangensystems, vermeidet oder zumindest deren Auswirkungen reduziert. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels eines Verfahrens zum Betrieb eines solchen Arbeitsgeräts mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dazu ist bei einem Verfahren zum Betrieb eines Arbeitsgeräts der eingangs genann¬ ten Art (Iron Roughneck) auf einer Bohranlage, wobei das Arbeitsgerät ein Zangensystem sowie eine Positioniervorrichtung mit einem Arm zum Positionieren des an einem freien Ende des Arms schwenkbeweglich, insbesondere pendelnd beweglich, angebrachten Zangensystems umfasst und wobei das Arbeitsge¬ rät und dessen Zangensystem zum Verbinden oder Trennen zweier Bohrgestängeelemente bestimmt sind, Folgendes vorgesehen: In einem ersten Verfah¬ rensschritt wird das Zangensystem mittels des Arms in Richtung auf die Bohrgestängeelemente bewegt und das Arbeitsgerät wird in eine Kontaktpositi¬ on gebracht. In einem zweiten Verfahrensschritt wird in der Kontaktposition und bei Stillstand des Arms eine Ist-Lage des Zangensystems ermittelt. In einem dritten Verfahrensschritt wird das Zangensystem mittels des Arms erneut bewegt, bis eine vorgegebene Soll-Lage des Zangensystems erreicht ist . Pliers system, avoids or at least reduces their effects. This object is achieved by means of a method for operating such a working device with the features of claim 1. For this purpose, in a method for operating a working device of the genann ¬ th species (Iron Roughneck) on a drilling rig, wherein the working device a pliers system and a positioning device with an arm for positioning the at a free end of the arm pivotally mounted, in particular oscillating, attached Pliers system includes and wherein the Arbeitsge ¬ advises and its pliers system are intended for connecting or disconnecting two drill string elements, the following is provided: In a first procedural ¬ sen step, the pliers system is moved by means of the arm in the direction of the drill string elements and the implement is in a Kontaktpositi ¬ on brought. In a second method step, an actual position of the pliers system is determined in the contact position and at standstill of the arm. In a third method step, the forceps system is moved by means of the arm again until a predetermined desired position of the forceps system is reached.
Die oben genannte Aufgabe wird ebenfalls mittels eines Arbeitsgeräts mit den Merkmalen des parallelen unabhängigen Vorrichtungsanspruchs gelöst. Dazu ist bei einem Arbeitsgerät der eingangs genannten Art (Iron Roughneck), das zur Verwendung auf einer Bohranlage bestimmt ist, wobei das Arbeitsgerät ein Zangensystem sowie eine Positioniervorrichtung mit einem Arm zum Positionieren des an einem freien Ende des Arms schwenkbeweglich, insbesondere pendelnd beweglich, angebrachten Zangensystems umfasst und wobei das Arbeitsge¬ rät und dessen Zangensystem zum Verbinden oder Trennen zweier Bohrgestängeelemente bestimmt sind, Folgendes vorgesehen: Das Zangensystem ist mittels des Arms in Richtung auf die Bohrgestängeelemente bewegbar und das Arbeitsgerät ist in eine Kontaktposition manövrierbar. In der Kontaktposition und bei Stillstand des Arms ist eine Ist-Lage des Zangensystems ermittel¬ bar. Schließlich ist das Zangensystem mittels des Arms derart beweglich, das mittels der Bewegung des Arms eine vorgegebene Soll-Lage des Zangensystems erreichbar ist. The above object is also achieved by means of a working device with the features of the parallel independent device claim. This is in a working device of the type mentioned (Iron Roughneck), which is intended for use on a drilling rig, the implement a pincer system and a positioning device with an arm for positioning the at a free end of the arm pivotally mounted, in particular oscillating, attached pliers system and wherein the Arbeitsge advises ¬ and its pliers system are intended for connecting or disconnecting two drill string elements, the following are provided: the clamp system is moved by means of the arm in the direction of the drill string and the working tool is maneuverable in a contact position. In the contact position and at standstill of the arm is an actual position of the pliers system determined ¬ bar. Finally, the forceps system is movable by means of the arm, which is reached by means of the movement of the arm a predetermined desired position of the forceps system.
Der Vorteil der hier vorgeschlagenen Neuerung besteht vor allem darin, dass mittels der Ausrichtung des Zangensystems zum Erhalt von dessen Soll-Lage eine Position des Zangensystems relativ zu den beiden Bohrgestängeelementen erreicht ist, bei der beide Bohrgestängeelemente mittels des Zangensystems jeweils auf Stangenmitte, also zentriert, erfassbar sind oder erfasst wer¬ den. Bei einem Angreifen sowohl einer von dem Zangensystem umfassten Unterzange sowie einer ebenfalls von dem Zangensystem umfassten Oberzange jeweils auf Stangenmitte des betreffenden Bohrgestängeelements ergeben sich bei einer späteren Aktivierung des Zangensystems und einer Bewegung der Oberzange relativ zur Unterzange keine Exzenterkräfte (Scherkräfte) und keine Verschleißerscheinungen der eingangs beschriebenen Art. Dadurch, dass die Bohrgestängeelemente jeweils genau auf Stangenmitte erfasst werden und keine Exzenterkräfte auftreten, wird auch ein genaueres Erreichen des notwendigenThe advantage of the innovation proposed here is, above all, that a position of the pliers system relative to the two drill string elements is achieved by means of the alignment of the pliers system to obtain its desired position, in which both drill string elements centered on the rod center, ie centered, by means of the pliers system. can be detected or recorded ¬ who. Upon engagement of both a pair of pliers covered by the pliers system and a likewise included in the pliers system upper pliers respectively on the rod center of the respective drill string element results in a subsequent activation of the pliers system and a movement of the upper nipper relative to the lower nipper no eccentric forces (shear forces) and no signs of wear of the type described above. The fact that the drill string elements are each detected exactly on rod center and no eccentric forces occur, a more accurate achievement of the necessary
Drehmoments beim Verbinden der Bohrgestängeelemente möglich und gewährleis¬ tet . Torque when connecting the drill string elements possible and guaranteed ¬ tet.
Mit dem Bewegen des Zangensystems mittels des Arms der Positioniervorrich- tung in die Kontaktposition - also eine Position, in der das Zangensystem des Arbeitsgeräts mit zumindest einem Gestängeelement in Kontakt ist - liegen zum einen eine anfängliche Position des Arms und zum anderen eine definierte Position des Zangensystems relativ zu zumindest einem Bohrge¬ stängeelement vor. Die anfängliche Position des Arms ergibt sich zum Bei- spiel aufgrund einer entsprechenden Vorgabe anhand eines jeweiligen Schwenkbereichs des Arms, zum Beispiel derart, dass die anfängliche Position einem prozentualen Anteil, zum Beispiel 90%, der maximalen Ausschwenkbarkeit des Arms entspricht. In dieser Kontaktposition wird - bei Stillstand des Arms, also angehaltenerWith the movement of the pliers system by means of the arm of the positioning device into the contact position - ie a position in which the pliers system of the implement is in contact with at least one linkage element - there is an initial position of the arm and a defined position of the pliers system relative to at least one Bohrge ¬ rod element. The initial position of the arm results, for example, from a corresponding specification based on a respective pivoting range of the arm, for example such that the initial position corresponds to a percentage, for example 90%, of the maximum swing-out of the arm. In this contact position is - at standstill of the arm, so stopped
Positioniervorrichtung - als Ist-Lage eine aktuelle Lage des Zangensystems ermittelt. Sollte sich in dieser Situation bereits eine gewünschte Lage des Zangensystems ergeben, ist die anfängliche Position des Arms bereits die für eine spätere Aktivierung des Zangensystems optimale Position des Arms. Positioning device - determined as actual position a current position of the pliers system. Should a desired position of the forceps system already result in this situation, the initial position of the arm is already the optimum position of the arm for a later activation of the forceps system.
Üblicherweise ergibt sich aber in der Kontaktposition zunächst eine „Schief¬ stellung" des Zangensystems. Eine Aktivierung des Zangensystems zum Verbin¬ den oder Trennen zweier Bohrgestängeelemente führt in einer solchen Lage zu den eingangs genannten Problemen. Die anfängliche Position des Arms ist also noch nicht die für eine derartige spätere Aktivierung des Zangensystems optimale Position. Daher wird die anfängliche Position des Arms korrigiert.Usually, however, results in the contact position initially a "skew ¬ position" of the tong system. Activation of the pliers system for Verbin ¬ or separating two drill string elements into such a position to the aforementioned problems. Thus, the initial position of the arm is not yet the optimal position for such later activation of the forceps system, therefore the initial position of the arm is corrected.
Dies geschieht, indem in der Kontaktposition und bei Stillstand des Arms eine Ist-Lage des Zangensystems ermittelbar ist und im Rahmen einer Ausfüh¬ rung des Verfahrens ermittelt wird. Die Ist-Lage ist gewissermaßen ein Maß für die tatsächliche Schiefstellung des Zangensystems. Zum Erhalt der opti- malen Position des Arms ist das Zangensystem mittels der Positioniervorrichtung derart beweglich, das mittels der Bewegung des Arms eine vorgegebene Soll-Lage des Zangensystems erreichbar ist und bei einer Ausführung des Verfahrens auf Basis eines kontinuierlichen Vergleichs einer jeweiligen Ist- Lage mit der Soll-Lage erreicht wird. Die Soll-Lage des Zangensystems ist die Lage, bei der mittels des Zangensystems beide Bohrgestängeelemente in optimaler Art und Weise, insbesondere also ohne dass bei einer Aktivierung des Zangensystems Scherkräfte auftreten, erfassbar sind oder erfasst werden. Kurz gefasst ist das Zangensystem in der Soll-Lage „gerade" zu den Bohrge¬ stängeelementen oder zumindest einem Bohrgestängeelement ausgerichtet (Zan- gensystemachse und Bohrgestängeachse sind parallel oder zumindest im Wesent- liehen parallel) . Sobald aufgrund der erneuten Bewegung des Arms die ge¬ wünschte Ausrichtung des Zangensystems erreicht ist, ist mit der dann je¬ weils gegebenen Position des Arms auch die optimale Position des Arms und der damit korrelierte Abstand des Zangensystems zu den Bohrgestängeelementen zum nachfolgenden Aktivieren des Zangensystems gefunden. Bei einem nächsten Bewegungszyklus des Arbeitsgeräts kann unmittelbar die so ermittelte optima¬ le Position des Arms genutzt werden. Dies bedeutet, dass der Arm der Positi¬ oniervorrichtung zu Beginn nachfolgender Bewegungszyklen jeweils bis in die optimale Position bewegt wird. In dieser Position wird jetzt in üblicher Art und Weise das Zangensystem aktiviert, zum Beispiel derart, dass zunächst ein unteres Bohrgestängeelement mittels einer Unterzange des Zangensystems und anschließend ein oberes Bohrgestängeelement mittels einer Oberzange des Zangensystems erfasst wird. Aufgrund der wie oben beschrieben ermittelten optimalen Position des Arms befinden sich das Zangensystem und deren Unter- und Oberzange dabei in Positionen, in denen die jeweiligen Bohrgestängeele- mente auf Stangenmitte erfassbar sind und bei der Ausführung des Verfahrens erfasst werden. Ungünstige Scherkräfte und sonstige Nachteile werden dabei vermieden . This is done by an actual position of the pliers system can be determined in the contact position and at standstill of the arm and is determined within the scope of a Ausfüh ¬ tion of the method. The actual position is a measure of the actual misalignment of the pliers system. To obtain the optimum position of the arm, the pliers system is movable by means of the positioning device, which can be reached by means of the movement of the arm a predetermined desired position of the pliers system and in an embodiment of the method based on a continuous comparison of a respective actual position with the target position is reached. The desired position of the pliers system is the position in which by means of the pliers system both drill string elements in an optimal manner, ie in particular without activation Shear forces occur, are detectable or detected. Briefly, the clamp system in the theoretical position "straight" to the Bohrge ¬ stängeelementen or at least aligned with a drill string (gensystemachse Zan- and Bohrgestängeachse are parallel or at least in the materiality borrowed parallel). As soon due to the re-movement of the arm the ge ¬ desired alignment of the tong system is reached, is found for the subsequent activation of the pliers system with the then each ¬ weils given position of the arm, the optimum position of the arm and the correlated therewith distance of the pliers system to the drill string. In a next cycle of movement of the working device directly, the thus determined optima ¬ le position of the arm can be used. this means that the arm of the positi ¬ oniervorrichtung is moved to the beginning of subsequent cycles of motion in each case up to the optimum position. in this position, the clamp system is now being activated in the usual manner, for example such that initially hst a lower drill string element by means of a pair of pliers of the pliers system and then an upper drill string element is detected by means of an upper pliers of the pliers system. Due to the optimal position of the arm determined as described above, the pliers system and its lower and upper pliers are in positions in which the respective Bohrgestängeele- elements can be detected on rod center and are detected in the execution of the method. Unfavorable shear forces and other disadvantages are avoided.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprü- che oder ergeben sich aus einer Umsetzung einzelner oder mehrerer Merkmale der Verfahrensansprüche. In den Ansprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin. Sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. DesAdvantageous embodiments of the invention are the subject of the subclaims or result from an implementation of one or more features of the method claims. In the claims used in the claims point to the further development of the subject of the main claim by the features of the respective subclaim. They should not be construed as a waiver of obtaining independent, objective protection for the feature combinations of the dependent claims. Of
Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem nachgeordneten Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen nicht vorhanden ist. Schließlich ist darauf hinzuweisen, dass das hier angegebene Verfahren auch entsprechend der abhängigen Vorrichtungsansprüche weitergebildet sein kann und umgekehrt. Furthermore, with a view to an interpretation of the claims in a closer specification of a feature in a subordinate claim, it is to be assumed that such a restriction does not exist in the respective preceding claims. Finally, it should be noted that the method specified here can also be developed according to the dependent device claims and vice versa.
Da die Gegenstände der Unteransprüche im Hinblick auf den Stand der Technik am Prioritätstag eigene und unabhängige Erfindungen bilden können, behält die Anmelderin sich vor, sie zum Gegenstand unabhängiger Ansprüche oderSince the subject-matter of the subclaims can form separate and independent inventions with respect to the prior art on the priority date, the Applicant reserves the right to make them the subject of independent claims or
Teilungserklärungen zu machen. Sie können weiterhin auch selbständige Erfin- düngen enthalten, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteransprüche unabhängige Gestaltung aufweisen. To make divisional statements. They may also continue to be independent inventors. fertilize having an independent of the subjects of the preceding subclaims design.
Vorteilhafte Aus führungs formen des Arbeitsgeräts weisen Mittel zur Ausfüh- rung des Verfahrens sowie einzelner oder mehrerer hier und im Folgenden beschriebener Ausführungsvarianten auf, zum Beispiel eine als Mittel zur Ausführung des Verfahrens oder einer oder mehrerer Verfahrensvarianten fungierende Steuerungseinrichtung sowie eine Sensorik zum Erhalt von mittels der Steuerungseinrichtung verarbeitbaren Messwerten. Advantageous embodiments of the working device have means for carrying out the method and one or more embodiments described here and below, for example a control device functioning as a means for carrying out the method or one or more variants of the method as well as a sensor system for obtaining by means of Control device processable measured values.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird nach der Ausrichtung des Zangensystems im dritten Verfahrensschritt als Soll-Position ein Maß für eine Position des Arms, nämlich die beim Erreichen der Soll-Position des Zangensystems aktuelle Position des Arms, erfasst und abgespeichert, so dass diese für zukünftige Bewegungsvorgänge der Positioniervorrichtung zur Verfü¬ gung steht. Auf eine Bedienhandlung eines Bedieners des Arbeitsgeräts, zum Beispiel eine Betätigung eines dafür vorgesehenen Bedienelements, insbesondere eines Tasters oder dergleichen, wird in einem nachfolgenden Bewegungszyklus des Arbeitsgeräts, insbesondere einer Bewegung des Arbeitsgeräts aus seiner Ruheposition in Richtung auf die Arbeitsposition, beim Bewegen desIn an embodiment of the method, after the orientation of the tong system in the third method step, a measure of a position of the arm, namely the position of the arm when the desired position of the tong system is reached, is detected and stored, so that these are for future use Movements of the positioning device for avail ¬ tion is. In a subsequent operation cycle of the working device, in particular a movement of the working device from its rest position in the direction of the working position, during movement of an operating action of an operator of the working device, for example an operation of a designated operating element, in particular a button or the like
Zangensystems mittels der Positioniervorrichtung in Richtung auf die Bohrgestängeelemente der Arm automatisch in eine Position entsprechend der im dritten Verfahrensschritt erfassten Soll-Position bewegt. Im Rahmen der Ausführung des ersten, zweiten und dritten Verfahrensschritts wird also als Soll-Position des Arms eine Position erfasst, bei welcher sich das schwenkbeweglich an dem Arm angebrachte Zangensystem aufgrund der Schwenkbeweglichkeit und der Richtung der Gravitationskraft in der Soll-Lage befindet. Am Ende des dritten Verfahrensschritts wird diese Soll-Position erfasst und für eine spätere Verwendung gespeichert („teach-Vorgang" ) . Bei nachfolgenden Bewegungszyklen des Arbeitsgeräts, also zumindest Bewegungen des Zangensys¬ tems mittels des Arms in Richtung auf die Bohrgestängeelemente, wird die so „gelernte" Soll-Position jeweils für eine optimale, insbesondere automati¬ sche Positionierung der Positioniervorrichtung und deren Arm verwendet. Anstelle einer automatischen Bewegung des Arms in die gelernte Soll-Position kommt auch eine entsprechende Positionierung aufgrund von Bedienhandlungen eines Bedieners des Arbeitsgeräts in Betracht. Dabei werden dem Bediener zum Beispiel die Soll-Position und eine aktuelle Position des Arms angezeigt und der Bediener kann die Bewegung des Arms anhalten, wenn die aktuelle Position und die Soll-Position ausreichend übereinstimmen. Wenn die aktuelle Position des Arms in Form eines prozentualen Anteils der Soll-Position angezeigt wird, braucht der Bediener nur einen angezeigten Wert, nämlich den jeweili- gen Prozentwert, überwachen und die Bewegung des Arms kann angehalten werden, wenn der angezeigte Prozentwert ausreichend genau einen Wert im Bereich von 100% erreicht hat. Pliers system automatically moves by means of the positioning device in the direction of the drill string elements of the arm in a position corresponding to the detected in the third method step target position. In the context of the execution of the first, second and third method step, therefore, a position is detected as the desired position of the arm, in which the pivotally mounted on the arm pliers system is due to the pivoting movement and the direction of gravitational force in the desired position. At the end of the third method step, this desired position is detected and stored for later use ("teach operation") .So subsequent movement cycles of the working device, ie at least movements of the Zangensys ¬ tems means of the arm in the direction of the drill string elements, so "Learned" target position used in each case for an optimal, in particular automatic ¬ cal positioning of the positioning and its arm. Instead of an automatic movement of the arm in the learned target position is also a corresponding positioning due to operator actions of an operator of the implement into consideration. For example, the operator is shown the desired position and a current position of the arm and the operator can stop the movement of the arm if the current position and the target position match sufficiently. If the current position of the arm is displayed in the form of a percentage of the desired position, the operator needs only one displayed value, namely the respective and the movement of the arm can be stopped if the displayed percentage has reached a value in the range of 100%.
Die eingelernte Soll-Position des Arms kann für weitere Bewegungszyklen zumindest solange verwendet werden, solange sich der Durchmesser der verwendeten Bohrgestängeelemente nicht ändert. Im Falle einer solchen Änderung wird mittels einer erneuten anfänglichen Positionierung des Arms in eine Kontaktposition und eine nachfolgende Bewegung mit dem Ziel des Erhalts der Soll-Lage des Zangensystems eine für die neuen Bohrgestängeelemente gültige optimale Position des Arms für nachfolgende Bewegungszyklen ermittelt. Im Falle eines Zangensystems mit Zentriermitteln wie in der DE 10 2014 208 113 beschrieben, kann auf ein erneutes Einlernen der Soll-Position des Arms sogar verzichtet werden. Mittels solcher Zentriermittel erfolgt eine Zent¬ rierung des Zangensystems in Bezug auf den Mittelpunkt der Bohrgestängeele¬ mente. Der jeweilige Mittelpunkt ändert sich auch bei unterschiedlichen Durchmessern der Bohrgestängeelemente nicht. The learned target position of the arm can be used for further movement cycles at least as long as the diameter of the drill string elements used does not change. In the event of such a change, a renewed initial positioning of the arm in a contact position and a subsequent movement with the aim of maintaining the desired position of the pliers system determines a valid for the new drill string elements optimal position of the arm for subsequent movement cycles. In the case of a forceps system with centering as described in DE 10 2014 208 113, can be dispensed with re-learning the desired position of the arm even. By means of such centering occurs a centering ¬ turing of the pliers system in relation to the center of the Bohrgestängeele ¬ elements. The respective center does not change even with different diameters of the drill pipe elements.
Bei einer automatischen Positionierung des Arms wird mittels einer Sensori zum Beispiel eines Inkrementalgebers oder dergleichen, ein automatisch auswertbares Maß für eine jeweilige Ist-Position des Arms aufgenommen. In the case of an automatic positioning of the arm, an automatically evaluable measure for a respective actual position of the arm is recorded by means of a sensor, for example an incremental encoder or the like.
Dieses wird automatisch, zum Beispiel mittels einer dafür vorgesehenen Steuerungseinrichtung sowie mittels eines von der Steuerungseinrichtung umfassten, in Software oder in Hardware ausgeführten Vergleichers, kontinu ierlich oder zyklisch mit der Soll-Position verglichen. Das Bewegen des Zangensystems mittels des Arms wird schließlich automatisch beendet, zum Beispiel mittels eines entsprechenden und durch die Steuerungseinrichtung aufgrund des Ergebnisses des Vergleichs generierten Steuersignals, wenn di Ist-Position und die Soll-Position innerhalb vorgegebener oder vorgebbarer Grenzen übereinstimmen. This is automatically, for example by means of a dedicated control device as well as by means of one of the control device included, executed in software or hardware comparator, continuously or cyclically compared with the desired position. The movement of the forceps system by means of the arm is finally terminated automatically, for example by means of a corresponding control signal generated by the control device on the basis of the result of the comparison, when the actual position and the desired position coincide within predefined or predefinable limits.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das erneute Bewe¬ gen des Arms zur Ausrichtung des Zangensystems im dritten Verfahrensschritt automatisch. Dabei wird mittels einer Sensorik ein automatisch auswertbares Maß für die jeweilige Ist-Lage des Zangensystems aufgenommen. Die Ist-Lage wird automatisch, zum Beispiel mittels der oder einer dafür vorgesehenen Steuerungseinrichtung sowie mittels eines von der Steuerungseinrichtung umfassten, in Software oder in Hardware ausgeführten Vergleichers, kontinu¬ ierlich oder zyklisch mit der Soll-Lage verglichen. Aufgrund eines jeweili¬ gen Ergebnisses des Vergleichs wird die erneute Bewegung des Arms automa¬ tisch beendet, zum Beispiel mittels eines entsprechenden und durch die Steuerungseinrichtung aufgrund des Ergebnisses des Vergleichs generierten Steuersignals, wenn die Ist-Lage und die Soll-Lage innerhalb vorgegebener oder vorgebbarer Grenzen übereinstimmen. Das Ausrichten des Zangensystems, also das Anfahren der Soll-Lage des Zangensystems, kann demnach automatisch erfolgen und ein Bediener des Arbeitsgeräts muss keine Anzeigeelemente oder dergleichen ablesen und in Abhängigkeit von dem Ableseergebnis in den Pro- zess eingreifen. In a further embodiment of the process of the re-BEWE ¬ gene of the arm for alignment of the nipper system automatically takes place in the third method step. In this case, an automatically evaluable measure of the respective actual position of the forceps system is recorded by means of a sensor. The actual position is automatically, for example by means of the or a dedicated control device and by means of a encompassed by the controller, the comparator executed in software or in hardware, continu ously ¬ or cyclically compared with the desired position. Due to a jeweili ¬ gen result of the comparison, the new movement of the arm is terminated automatic ¬ table, for example by means of a corresponding and through the Control device based on the result of the comparison generated control signal when the actual position and the desired position match within predetermined or predefinable limits. The alignment of the pliers system, ie the approach of the desired position of the pliers system, can therefore be done automatically and an operator of the implement must read no display elements or the like and intervene in the process depending on the reading result.
Insgesamt können auf dieser Basis der erste, der zweite und der dritte Verfahrensschritt automatisch ablaufen, also zum Beispiel unter Kontrolle der Steuerungseinrichtung, indem zunächst automatisch die Kontaktposition angefahren wird, sodann automatisch die Ist-Lage des Zangensystems und davon abhängig ein eventueller Bedarf für eine Korrektur der Ausrichtung des Zangensystems ermittelt werden und schließlich automatisch die Ausrichtung des Zangensystems korrigiert wird, bis eine vorgegebene Soll-Lage erreicht ist. Beim Betrieb des Arbeitsgeräts kann ein Bediener einen derartigen automatischen Ablauf durch eine entsprechende Bedienhandlung, zum Beispiel eine Betätigung eines dafür vorgesehenen Bedienelements, wie zum Beispiel eines Tasters oder dergleichen, abrufen. Ein derartiger automatischer Ablauf kann auch in teilautomatische Abläufe unterteilt werden, zum Beispiel der¬ art, dass aufgrund einer entsprechenden Bedienhandlung automatisch die Kontaktposition angefahren wird und aufgrund einer späteren Bedienhandlung automatisch die Ist-Lage des Zangensystems ermittelt und anschließend dessen Ausrichtung korrigiert wird. On the whole, the first, the second and the third method step can be carried out automatically on this basis, for example under the control of the control device, by automatically approaching the contact position, then automatically the actual position of the clamp system and depending on this a possible need for a correction the orientation of the forceps system are determined and finally automatically the orientation of the forceps system is corrected until a predetermined target position is reached. During operation of the working device, an operator can retrieve such an automatic sequence by a corresponding operator action, for example an actuation of a control element provided for this purpose, such as a pushbutton or the like. Such automatic process can also be divided into semi-automated processes, for example, the ¬ art that, due to a corresponding control action automatically, the contact position is moved and due to a subsequent control action automatically determines the actual position of the pliers system and then its orientation is corrected.
Bei einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens ergibt sich die im Rahmen des ersten Verfahrensschritts angestrebte Kontaktposition, indem das untere Bohrgestängeelement mittels einer Unterzange des Zangensystems er- fasst und die Unterzange dabei relativ zu dem erfassten Bohrgestängeelement zentriert wird. Die Unterzange umfasst dafür Zentriermittel, die eine solche Zentrierung bewirken oder dem Zangensystem oder der Unterzange sind solche Zentriermittel zugeordnet. Als Beispiel für von der Unterzange umfasste Zentriermittel kann auf die in der DE 10 2014 208 113 beschriebenen In a particular embodiment of the method, the contact position desired in the context of the first method step results by the lower drill string element being grasped by means of a lower nipper of the pincer system and the lower nipper being centered relative to the detected drill string element. The lower nipper for this purpose comprises centering means which effect such a centering or the pincer system or the lower nipper are assigned such centering means. As an example of centering means included in the lower tongs, it is possible to refer to those described in DE 10 2014 208 113
Zentriermittel verwiesen werden. Das oder die Zentriermittel gewährleistet bzw. gewährleisten, dass die Unterzange das untere Bohrgestängeelement auf Stangenmitte erfasst oder zumindest erfassen kann. Centering be referenced. The centering means ensures that the lower tongs can grip or at least grasp the lower drill string element on the center of the rod.
Aufgrund der Zentrierung der Unterzange relativ zu dem unteren Bohrgestängeelement ergibt sich eine Kontaktposition, bei der das Zangensystem bereits in Bezug auf die Unterzange korrekt positioniert ist. In Bezug auf diese Position erfolgt die Ausrichtung des Zangensystems bis zum Erhalt von dessen Soll-Lage. Bei der Ausrichtung des Zangensystems mittels der erneuten Bewegung des Arms wird das Zangensystem um die Position, an der die Unterzange das untere Bohrgestängeelement erfasst hat, verschwenkt. Die Zentrie¬ rung der Unterzange am unteren Bohrgestängeelement bleibt während der Aus- richtung des Zangensystems erhalten. Sobald die Soll-Lage des Zangensystems erreicht ist, befindet sich auch die Oberzange in einer Position, in der diese das obere Bohrgestängeelement auf Stangenmitte erfassen kann. Due to the centering of the lower nipper relative to the lower drill string element results in a contact position in which the pincer system is already positioned correctly with respect to the lower nipper. With respect to this position, the alignment of the clamp system is done until receipt of its desired position. In aligning the forceps system by re-moving the arm, the forceps system is pivoted about the position where the lower jaw has engaged the lower drill string member. The Zentrie ¬ tion of the lower nipper on the lower drill pipe element is maintained during the alignment of the pliers system. Once the desired position of the pliers system is reached, the upper nipper is in a position in which it can detect the upper drill rod element on rod center.
Das Erfassen des unteren Bohrgestängeelements mittels der Unterzange und die damit bewirkte Fixierung des Zangensystems relativ zu dem unteren Bohrge¬ stängeelement erfolgt bevorzugt mit einer geringeren Kraft als beim späteren Aktivieren des Zangensystems zum Verbinden oder Trennen zweier Bohrgestängeelemente. Zur Gewährleistung einer geringeren Verschlusskraft wird zum Beispiel bei einer hydraulisch betätigten Unterzange ein beim Erfassen des unteren Bohrgestängeelements resultierender Druck in Bezug auf einen vorge¬ gebenen oder vorgebbaren Schwellwert überwacht und bei Erreichen des The detection of the lower drill pipe element by means of the lower nipper and the consequent fixation of the pincer system relative to the lower Bohrge ¬ rod element is preferably carried out with a lower force than the later activation of the pliers system for connecting or disconnecting two drill string elements. In order to ensure a lower locking force, a resultant in detecting the lower Bohrgestängeelements pressure with respect to a pre-¬ given or predetermined threshold value is monitored, for example, with a hydraulically actuated lower nipper and when reaching the
Schwellwerts das weitere Schließen der Unterzange gestoppt. Dies gewährleis¬ tet, dass das Zangensystem relativ zu dem unteren Bohrgestängeelement aus¬ reichend fixiert ist und eine anschließende Ausrichtung des Zangensystems in Form zumindest einer Drehung um den Punkt, an dem die Unterzange am unterenThreshold stopped closing the lower clamp. This ensures slightest ¬ tet that the pincer system is fixed relative to the lower drill string from ¬ reaching and subsequent alignment of the pliers system in the form of at least one rotation about the point at which the lower nipper at the bottom
Bohrgestängeelement angreift, ggf. auch eine Verschiebung der Unterzange in axialer Richtung des unteren Bohrgestängeelements, ohne unnötigen mechanischen Kraftaufwand und ohne unnötige Beschädigungen der Unterzange und der erfassten Oberflächenabschnitte des unteren Bohrgestängeelements erfolgen kann. Die Begrenzung der Verschlusskraft der Unterzange erfolgt dabei zumDrill rod element attacks, possibly also a displacement of the lower nipper in the axial direction of the lower drill string element, without unnecessary mechanical force and without unnecessary damage to the lower nipper and the detected surface portions of the lower drill string element can be done. The limitation of the closing force of the lower tongs takes place for
Beispiel unter Kontrolle der bereits erwähnten Steuerungseinrichtung. Bei einem Zangensystem wie in der DE 10 2014 208 113 mit den dort beschriebenen Zentriermitteln erfasst im ersten Verfahrensschritt und in der Kontaktposi¬ tion die Unterzange das untere Bohrgestängeelement mittels der Zentriermit- tel . Mittels der Zentriermittel wird das Zangensystem relativ zumindest zu dem unteren Bohrgestängeelement fixiert, nämlich quer zur Längsachse des Bohrgestängeelements fixiert. Die Klemmblöcke einer solchen Unterzange sind dabei noch nicht involviert, so dass die Unterzange trotz der Fixierung quer zur Längsachse des Bohrgestängeelements in Richtung der Längsachse des Bohrgestängeelements beweglich bleibt. Example under control of the already mentioned control device. In a clamp system as described in DE 10 2014 208 113 with the centering means described therein detected in the first step and in the contact Posi ¬ tion the lower nipper the lower drill string by means of the Zentriermit- tel. By means of the centering means, the tong system is fixed relative to at least the lower drill string element, namely fixed transversely to the longitudinal axis of the drill string element. The clamping blocks of such a lower nipper are not yet involved, so that the lower nipper remains movable in spite of the fixing transversely to the longitudinal axis of the drill string element in the direction of the longitudinal axis of the drill string element.
Bei einer weiteren besonderen Ausführungsform des Verfahrens ergibt sich die im Rahmen des ersten Verfahrensschritts angestrebte Kontaktposition wie folgt: Das Zangensystem umfasst einen Anschlag. Das Erreichen der Kontaktpo- sition im ersten Verfahrensschritt wird mittels eines Kontakts des Anschlags mit einem der Bohrgestängeelemente sensiert. Aufgrund der Kontaktierung des Anschlags wird das untere Bohrgestängeelement mittels einer Unterzange des Zangensystems erfasst und das Zangensystem am unteren Bohrgestängeelement fixiert. Die (veränderliche) Position des Anschlags gewährleistet dabei, dass die Unterzange relativ zu dem erfassten Bohrgestängeelement zentriert ist. Die nachfolgende Ausrichtung des Zangensystems zum Erhalt von dessenIn a further particular embodiment of the method, the contact position sought in the context of the first method step results as follows: The pliers system comprises a stop. The reaching of the contact position in the first method step is sensed by means of a contact of the stop with one of the drill string elements. Due to the contact of the The lower drill string element is detected by means of a lower nipper of the clamp system and the clamp system is fixed to the lower drill string element. The (variable) position of the stop ensures that the lower nipper is centered relative to the detected drill string element. The subsequent alignment of the forceps system to obtain its
Soll-Lage erfolgt wie oben bereits beschrieben. Target position as described above.
Die oben genannte Aufgabe wird auch mit einer Steuerungseinrichtung gelöst, die zur Ausführung des hier und im Folgenden beschriebenen Verfahrens sowie zur Ansteuerung des Arbeitsgeräts insgesamt, dessen Positioniervorrichtung und speziell dessen Arms bestimmt und eingerichtet ist. Die Steuerungsein¬ richtung umfasst als Mittel zur Ausführung des Verfahrens zum Beispiel ein entsprechendes Steuerungsprogramm. Die Erfindung ist insoweit bevorzugt in Software implementiert. Die Erfindung ist damit einerseits auch ein Steue- rungsprogramm in Form eines Computerprogramms mit durch einen Computer ausführbaren Programmcodeanweisungen und andererseits ein Speichermedium mit einem derartigen Computerprogramm, also ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, sowie schließlich auch eine Steuerungseinrichtung, in deren Speicher als Mittel zur Durchführung des Verfahrens und seiner Ausge- staltungen ein solches Computerprogramm geladen oder ladbar ist. Insgesamt ist die Erfindung auch eine Bohranlage, insbesondere eine Bohranlage für Tiefbohrungen, mit einem Arbeitsgerät (Iron Roughneck) wie hier und im Folgenden beschrieben, insbesondere einem solchen Arbeitsgerät mit einer Steuerungseinrichtung der oben skizzierten Art. The above-mentioned object is also achieved with a control device which is intended and arranged for carrying out the method described here and below and for controlling the working device as a whole, its positioning device and especially its arm. The Steuerungsein ¬ direction as a means for performing the method, for example, comprises a corresponding control program. The invention is insofar preferably implemented in software. On the one hand, the invention is thus also a control program in the form of a computer program with program code instructions executable by a computer and, on the other hand, a storage medium with such a computer program, ie a computer program product with program code means, and finally also a control device, in its memory as means for carrying out the method and its embodiments such a computer program is loaded or loadable. Overall, the invention is also a drilling rig, in particular a drilling rig for deep drilling, with a working device (Iron Roughneck) as described here and below, in particular such a working device with a control device of the type outlined above.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Das oder jedes Ausführungsbeispiel ist nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung auch Abänderungen undAn embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. Corresponding objects or elements are provided in all figures with the same reference numerals. The or each embodiment is not to be understood as limiting the invention. Rather, in the context of the present disclosure also amendments and
Modifikationen möglich, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den im allgemeinen oder speziellen Beschreibungsteil beschriebenen sowie in den Ansprüchen und/oder der Zeichnung enthaltenen Merkmalen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Arbeitsverfahren betreffen. Modifications possible, for example, by combination or modification of individual in conjunction with the described in the general or specific description part as well as in the claims and / or the drawing features or method steps for the skilled in the art with a view to solving the problem and combinable Characteristics lead to a new subject or to new procedural steps or procedural steps, even if they concern work procedures.
Es zeigen Show it
Fig. 1 ein in der Fachterminologie oftmals als Iron Roughneck bezeichne¬ tes Arbeitsgerät gemäß der Erfindung, Fig. 2 das Arbeitsgerät gemäß Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht, Fig. 3A bis Fig. 3D Momentaufnahmen bei einer Bewegung eines Arbeitsgeräts gemäß Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 1 is a often as Iron roughneck denote ¬ tes in technical terminology working machine according to the invention, 2 shows the implement according to FIG. 1 in a perspective view, FIG. 3A to FIG. 3D shows snapshots during a movement of a working implement according to FIG. 1, FIG. 2 and FIG
Fig. 4 ein Arbeitsgerät gemäß Fig. 1, Fig. 2 mit einer zu dessen Steue- rung und/oder Überwachung vorgesehenen Steuerungseinrichtung. 4 shows a working device according to FIG. 1, FIG. 2 with a control device provided for its control and / or monitoring.
Figur 1 zeigt in Form einer Übersichtsdarstellung exemplarisch eine Ausführungsform eines Arbeitsgeräts 10 auf einer selbst nicht dargestellten Bohr¬ anlage. Von der Bohranlage sind nur deren Arbeitsplattform 12 (drill floor) und das beim Abteufen der jeweiligen Tiefbohrung verwendete Bohrgestänge 14,1 shows in the form of an overview of an example an embodiment of a power tool 10 on a drilling itself not shown ¬ system. Of the drilling rig only the working platform 12 (drill floor) and the drill pipe 14 used in sinking the respective deep hole,
16 gezeigt. Der Ort des Durchtritts des Bohrgestänges 14, 16 durch die Arbeitsplattform 12 wird auch als Bohrloch (drill hole, bore well) bezeichnet. Eine Arbeitsposition des Arbeitsgeräts 10 befindet sich oberhalb des Bohrlochs. Eine Ruheposition des Arbeitsgeräts 10 ist von dem Bohrloch entfernt. 16 shown. The location of the passage of the drill string 14, 16 through the work platform 12 is also referred to as a drill hole (bore hole, bore well). A working position of the implement 10 is above the borehole. A rest position of the implement 10 is removed from the wellbore.
Bei dem Arbeitsgerät 10 handelt es sich um eine zum Verbinden und Verschrau- ben oder zum Lösen der Gewindeabschnitte zweier Bohrgestängeelemente 14, 16 bestimmte Vorrichtung, die in der Fachterminologie üblicherweise als Roug- hneck oder Iron Roughneck und im Deutschen mitunter als Gestängeverschrau- bungsvorrichtung, Kraftverschraubungsvorrichtung oder dergleichen bezeichnet wird . The working device 10 is a device intended for connecting and screwing or loosening the threaded sections of two drill pipe elements 14, 16, which is usually referred to in technical terminology as Roughneck or Iron Roughneck and in German sometimes as linkage screwing device, force-fitting device or the like.
Das Arbeitsgerät 10 umfasst ein Zangensystem 18 und eine Positioniervorrich- tung 20. Zu dem Zangensystem 18 gehört üblicherweise ein sogenannter SpinnerThe working device 10 comprises a forceps system 18 and a positioning device 20. The forceps system 18 usually includes a so-called spinner
22 zum schnellen Drehen des jeweils oberen Bohrgestängeelements 16. In jedem Fall umfasst das Zangensystem 18 zwei üblicherweise hydraulisch betätigte und entsprechend ihrer Anordnung als Unterzange 24 und als Oberzange 26 bezeichnete Zangen 24, 26. Das Arbeitsgerät 10 insgesamt und dessen Zangen- System 18 sind in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise zum Verbinden der Gewindeabschnitte zweier Bohrgestängeelemente 14, 16 in einer für den Bohrvorgang belastbaren Art und Weise bestimmt. In any case, the pliers system 18 comprises two pliers 24, 26, usually hydraulically actuated and designated according to their arrangement as lower pliers 24 and upper pliers 26. The total implement 10 and its pliers system 18 are shown in FIG basically known per se manner for connecting the threaded portions of two drill pipe elements 14, 16 in a loadable for the drilling process way.
Mittels der Unterzange 24 ist ein unteres Bohrgestängeelement 14 erfassbar und wird im Betrieb mittels der Unterzange 24 erfasst. Mittels der OberzangeBy means of the lower nipper 24, a lower drill string element 14 can be detected and is detected during operation by means of the lower nipper 24. By means of the upper nipper
26 ist ein oberes Bohrgestängeelement 16 erfassbar und wird im Betrieb mittels der Oberzange 26 erfasst. Die beiden Zangen 24, 26 befinden sich innerhalb eines das Zangensystem 18 umschließenden Gehäuses und sind ent¬ sprechend in der Darstellung in Figur 1 mittels gepunkteter Linien gezeigt. Ein solches Zangensystem 18 und dessen Funktionalität sind an sich bekannt. Insoweit kann zum Beispiel auf die ältere Anmeldung derselben Anmelderin mit dem amtlichen Aktenzeichen DE 10 2014 208 113 mit dem Titel „Zangensystem zur Verwendung auf einer Bohranlage und Klemmblock eines solchen Zangensys- tems" verwiesen werden, deren Inhalt zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen hiermit als vollständig in diese Anmeldung einbezogen gelten soll, insbesondere soweit die dort beschriebene mechanische Zentrierung des Zangensystems 18 relativ zu den Bohrgestängeelementen 14, 16 betroffen ist. Das Zangensystem 18 ist an einem freien Ende der Positioniervorrichtung 20 schwenkbeweglich angebracht und mittels der Positioniervorrichtung 20 wird das Zangensystem 18 entweder in eine Ruhelage oder - wie dies in der Darstellung in Figur 1 gezeigt ist - in eine Position zum Verbinden oder Trennen zweier Bohrgestängeelemente 14, 16 bewegt. Dieses Bewegen wird entspre- chend der üblichen Terminologie mitunter auch als „Verfahren" bezeichnet, obwohl das Arbeitsgerät 10 kein Fahrwerk oder dergleichen umfassen muss und entsprechend der hier gezeigten Ausführungsform zumindest im Wesentlichen in Form eines schwenkbeweglichen Arms 30 ausgeführt sein kann. Bei der dargestellten Ausführungsform umfasst die Positioniervorrichtung 20 einen im weitesten Sinne C-förmigen Arm 30, der hier aus mehreren geraden Segmenten zusammengesetzt ist. Andere Formen des Arms und eine andere Kine¬ matik, zum Beispiel eine Kinematik, wie sie oftmals bei modernen Hafenkränen zu finden ist (Doppellenker-Wippkran, eine Kinematik, bei der der Ausleger so vor- und rückwärts bewegt werden kann, dass die Last immer auf gleicher26 is an upper drill string element 16 detectable and is detected in operation by means of the upper nipper 26. The two pliers 24, 26 are located within a housing surrounding the pliers system 18 and are shown ent ¬ speaking in the illustration in Figure 1 by dotted lines. Such a forceps system 18 and its functionality are known per se. In that regard, reference may be made, for example, to the earlier application of the same applicant by the official file reference DE 10 2014 208 113 entitled "Pliers system for use on a drilling rig and clamping block of such a pliers system" whose content is hereby incorporated as complete in order to avoid unnecessary repetition this application is intended to apply, in particular as far as the mechanical centering of the forceps system 18 described therein is concerned relative to the drill string elements 14, 16. The forceps system 18 is pivotally attached to a free end of the positioning device 20 and by means of the positioning device 20, the forceps system 18 either in 1, is moved to a position for connecting or disconnecting two drill string elements 14, 16. This movement is sometimes also referred to as a "method" according to standard terminology, although the implement 10 is referred to as a "process" does not have to comprise a chassis or the like and according to the embodiment shown here at least substantially in the form of a pivotable arm 30 may be executed. In the illustrated embodiment, the positioning device 20 comprises a broadly C-shaped arm 30 which is here composed of a plurality of straight segments. Other forms of the arm and another kine ¬ matic, for example, a kinematics, as is often found in modern harbor cranes (double-articulated luffing crane, a kinematics in which the boom so forward and backward can be moved, that the load always on the same
Höhe bleibt), sind gleichfalls denkbar. Der in der Darstellung gezeigte Arm 30 ist um eine Drehachse D beweglich (schwenkbeweglich) . Unterhalb der Drehachse D setzt sich der Arm 30 in Form eines kurzen Schenkels fort, an dem ein Antriebselement 32 zur Auslösung der Schwenkbewegung, zum Beispiel ein Antriebselement 32 in Form eines Hydraulikzylinders oder einer Hubspin¬ del, angreift. Eine Aktivierung des Antriebselements 32 bewirkt das Ver¬ schwenken des Arms 30. Der Arm 30 mit dessen Antriebselement 32 ist bei der gezeigten Ausführungsform darüber hinaus an einem optionalen Säulensystem 34 vertikal beweglich. Height remains), are also conceivable. The arm 30 shown in the illustration is movable (pivotable) about a rotation axis D. Below the axis of rotation D, the arm 30 continues in the form of a short leg, on which a drive element 32 for triggering the pivoting movement, for example a drive element 32 in the form of a hydraulic cylinder or a Hubspin ¬ del, attacks. Activation of the drive member 32 causes the pivot of the arm Ver ¬ 30. The arm 30 with the drive member 32 is also movable vertically on an optional column system 34 in the illustrated embodiment.
In der Darstellung in Figur 2 sind weitere Details der Positioniervorrichtung 20 und des Säulensystems 34 erkennbar. Bei der dargestellten Ausführungsform umfassen demnach sowohl der Arm 30 wie auch das Säulensystem 34 jeweils parallele Segmente. Der Arm 30 besteht also aus zwei parallelen Armen und das Säulensystem 34 besteht aus zwei parallelen Säulen. Dies sind aber lediglich die Verhältnisse bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel und insofern kommt es nicht darauf an, ob der Arm 30 der Positioniervorrich- tung 20 ein einzelner Arm oder eine gemeinsam bewegte Gruppe mehrerer Arme ist . Bei der dargestellten Positioniervorrichtung 20 ist der Arm 30 aus zwei parallelen Teilen gebildet, damit diese jeweils in einen Zwischenraum zwischen den beiden Säulen des Säulensystems 34 und einem mittig zwischen den beiden Säulen positionierten und zur Vertikalbewegung des Arms 30 bestimmten Hydraulikzylinder 36 einschwenkbar sind. 2 shows further details of the positioning device 20 and of the column system 34. Accordingly, in the illustrated embodiment, both the arm 30 and the column system 34 each comprise parallel segments. The arm 30 thus consists of two parallel arms and the column system 34 consists of two parallel columns. But these are only the conditions in the embodiment shown here and hence it does not matter whether the arm 30 of the positioning device 20 is a single arm or a group of several arms moved together. In the illustrated positioning device 20, the arm 30 is formed of two parallel parts so that they are each in a space between the two columns of the column system 34 and a centrally positioned between the two columns and the vertical movement of the arm 30 specific hydraulic cylinder 36 can be pivoted.
Das Zangensystem 18 ist am freien Ende des Arms 30 an einem Anbringungspunkt A schwenkbeweglich angelenkt. Das Zangensystem 18 hängt also am freien Ende des Arms 30 und damit am freien Ende der Positioniervorrichtung 20 wie ein Pendel . Zum Verhindern unerwünschter Pendelbewegungen beim Bewegen der Positioniervorrichtung 20 kann das Arbeitsgerät 10 optional als Mittel 38 zum Verhindern solcher Pendelbewegungen einen ansteuerbaren Aktor oder einen passiven Dämpfer umfassen. The forceps system 18 is articulated at the free end of the arm 30 at an attachment point A pivotally. The pliers system 18 thus depends on the free end of the arm 30 and thus at the free end of the positioning device 20 like a pendulum. To prevent undesired oscillatory motions when moving the positioning device 20, the implement 10 may optionally include a controllable actuator or a passive damper as means 38 for preventing such oscillations.
Das Verbinden oder Trennen zweier Bohrgestängeelemente 14, 16 mittels des Arbeitsgeräts 10, nämlich mittels dessen Zangensystems 18, erfolgt üblicher¬ weise derart, dass mittels der Unterzange 24 das untere Bohrgestängeelement 14 erfasst und das Zangensystem 18 damit insgesamt relativ zu den Bohrge¬ stängeelementen 14, 16, zumindest relativ zu dem unteren Bohrgestängeelement 14, fixiert wird. Dann wird mittels der Oberzange 26 das obere Bohrge- stängeelement 16 erfasst und mittels einer Bewegung der Oberzange 26 relativ zur Unterzange 24 erfolgt das Verbinden oder Trennen der beiden Bohrgestängeelemente 14, 16. Im Interesse einer besseren Lesbarkeit der nachfol¬ genden Beschreibung wird diese am Beispiel des Verbindens zweier Bohrge¬ stängeelemente 14, 16 fortgesetzt. Das analog erfolgende Trennen zweier Bohrgestängeelemente 14, 16 ist dabei stets mitzulesen und gedanklich zu ergänzen . The connection or disconnection of two drill pipe elements 14, 16 by means of the implement 10, namely by means of its pliers system 18, is usually ¬ way such that by means of the lower nipper 24, the lower drill string member 14 detects and the pliers system 18 thus a total relative to the Bohrge ¬ rod elements 14, 16, at least relative to the lower drill string member 14, is fixed. Then, by means of the nipper knife 26, the upper drilling rigs is stängeelement detected 16 and by means of a movement of the nipper knife 26 to the lower nipper 24 is relatively connection or disconnection of the two drill string elements 14, 16. In order to improve readability of the nachfol ¬ constricting description, this is the example the joining of two Bohrge ¬ rod elements 14, 16 continued. The analogous taking place separating two drill pipe elements 14, 16 is always read along and mentally supplement.
Im Folgenden wird - allerdings ohne Verzicht auf eine weitergehende Allge¬ meingültigkeit und zunächst vor allem zur Illustration der der hier vorge- schlagenen Neuerung zugrundeliegenden Problematik - von einem ZangensystemThe following - but without giving up a more extensive general ¬ my validity and initially primarily to illustrate the of this proposed innovation underlying problem - by a clamp system
18 ausgegangen, wie dies in der oben genannten DE 10 2014 208 113 beschrieben ist. Wenn das Zangensystem 18 mittels des Arms 30 an die zu verbindenden Bohrgestängeelemente 14, 16 herangefahren ist, so dass sich das Zangensystem 18 relativ zu den Bohrgestängeelementen 14, 16 in einer Position befindet, in welcher mittels der Unterzange 24 ein Erfassen des unteren Bohrgestängeelements 14 möglich ist, wird die Unterzange 24 aktiviert. Mittels der Unterzange 24 wird das untere Bohrgestängeelement 14 erfasst und damit die Unterzange 24 und das Zangensystem 18 insgesamt an den Bohrgestängeelementen 14, 16, nämlich dem erfassten unteren Bohrgestängeelement 14 und dem damit verbundenen oberen Bohrgestängeelement 16, in axialer Richtung des Bohrge- stängeelements 14 fixiert. Mit dem Erfassen des unteren Bohrgestängeelements18 assumed, as described in the above-mentioned DE 10 2014 208 113. When the pliers system 18 is moved by means of the arm 30 to the drill string elements 14, 16 to be connected, so that the pliers system 18 is relative to the drill string elements 14, 16 in a position in which by means of the lower pliers 24, a detection of the lower drill string element 14 possible is, the lower nipper 24 is activated. By means of Lower tongs 24, the lower drill string member 14 is detected and thus the lower nipper 24 and the nipper system 18 in total on the drill string elements 14, 16, namely the detected lower drill string member 14 and the associated upper drill string member 16, fixed in the axial direction of Bohrge- rod element 14. With the detection of the lower drill pipe element
14 erfolgt aufgrund der in der DE 10 2014 208 113 beschriebenen Zentriermittel eine Zentrierung der Unterzange 24 relativ zum Zentrum des unteren Bohrgestängeelements 14. Aufgrund dieser Zentrierung fällt eine Drehachse der Unterzange 24 mit der14 takes place due to the centering means described in DE 10 2014 208 113 a centering of the lower jaw 24 relative to the center of the lower drill string member 14. Due to this centering, a rotation axis of the lower jaw 24 coincides with the
Mittellängsachse („Stangenmitte") des unteren Bohrgestängeelements 14 zusammen. Nachdem auf diese Weise das Zangensystem 18 relativ zu den Bohrgestängeelementen 14, 16 fixiert ist, wird auch die Oberzange 26 aktiviert. Mittels der Oberzange 26 wird das obere Bohrgestängeelement 16 erfasst. Die Lage der Drehachse der Oberzange 26 relativ zur Stangenmitte des oberenHaving centered the pliers system 18 relative to the drill string elements 14, 16, the upper pliers 26 are also activated by means of the upper pliers 26. The upper drill string element 16 is detected Rotary axis of the upper nipper 26 relative to the middle of the rod of the upper
Bohrgestängeelements 16 hängt dabei von der Lage des Zangensystems 18 insgesamt relativ zur im Folgenden kurz als Bohrgestängeachse B (Fig. 3B) bezeichneten Mittellängsachse durch die beiden Bohrgestängeelemente 14, 16 ab. Für einfache Verhältnisse wird im weiteren Verlauf der Beschreibung davon ausgegangen, dass die Bohrgestängeachse B mit der Richtung der Schwerebeschleunigung zusammenfällt (lotrechte Bohrgestängeachse B) . Bei einem schwenkbeweglich an dem Arm 30 angebrachten, insbesondere angelenkten Zangensystem 18 kann damit bei einer entsprechenden Beweglichkeit des Zangen- Systems 18 relativ zum Arm 30 davon ausgegangen werden, dass sich das Zangensystem 18 in einer Ruhelage in einer zur Bohrgestängeachse B parallelen Lage befindet. Als bestimmend für die Lage des Zangensystems 18 wird dabei eine gedachte und im Folgenden als Zangensystemachse Z (Fig. 3A) bezeichnete Achse durch die Drehpunkte der Unterzange 24 und der Oberzange 26 angenom- men . Aufgrund dieser parallelen Lage des Zangensystems 18 relativ zu den beiden Bohrgestängeelementen 14, 16 können die Unterzange 24 und die Drill pipe element 16 depends in this case on the position of the tong system 18 as a whole relative to the central longitudinal axis designated below as the drill string axis B (FIG. 3B) by the two drill string elements 14, 16. For simple conditions, it is assumed in the further course of the description that the drill string axis B coincides with the direction of the gravitational acceleration (vertical drill string axis B). In a pivotally mounted on the arm 30, in particular hinged pliers system 18 can be assumed so with a corresponding mobility of the pliers system 18 relative to the arm 30 that the pliers system 18 is in a rest position in a direction parallel to the Bohrgestängeachse B position. In this case, an imaginary axis, hereinafter referred to as the pincer system axis Z (FIG. 3A), is assumed by the pivot points of the lower nipper 24 and the upper nipper 26 as determining the position of the nipper system 18. Due to this parallel position of the tong system 18 relative to the two drill string elements 14, 16, the lower nipper 24 and the
Oberzange 26 das untere bzw. das obere Bohrgestängeelement 14, 16 jeweils auf Stangenmitte erfassen. Die Drehpunkte der Unterzange 24 und der Oberzange 26 fallen dann mit der jeweiligen Stangenmitte zusammen und beim Verbin- den der beiden Bohrgestängeelemente 14, 16 treten keine sogenannten Exzenterkräfte auf, wie dies der Fall wäre, wenn entweder die Unterzange 24 oder die Oberzange 26 das jeweilige Bohrgestängeelement 14, 16 außerhalb der jeweiligen Stangenmitte erfassen würde. Dies kann aber im Betrieb durchaus vorkommen. Aufgrund der Zentrierung derUpper nipper 26, the lower and the upper drill string element 14, 16 each detect on rod center. The pivot points of the lower nipper 24 and the upper nipper 26 then coincide with the respective rod center and when connecting the two drill string elements 14, 16 occur no so-called eccentric forces, as would be the case if either the lower nipper 24 or the upper nipper 26 the respective Drill rod element 14, 16 would detect outside the respective rod center. However, this can happen during operation. Due to the centering of the
Unterzange 24 mittels jeweiliger Zentriermittel relativ zum unteren Bohrge- stängeelement 14 (der Drehpunkt der Unterzange 24 fällt mit der Stangenmitte des unteren Bohrgestängeelements 14 zusammen) kann es zu einer „Schiefstellung" des an dem Arm 30 angebrachten Zangensystems 18 kommen, derart, dass die Zangensystemachse Z nicht mehr parallel mit der Bohrgestängeachse B ist. Die Unterzange 24 zieht oder schiebt das Zangensystem 18 im Rahmen derLower tongs 24 by means of respective centering means relative to the lower boring linkage member 14 (the pivot point of sub-joiner 24 coincides with the rod center of lower drill string member 14), may cause the collet system 18 to be "skewed" on the arm 30 such that the collet system axis Z is no longer parallel to the drill string axis B. The lower jaw 24 pulls or pushes the forceps system 18 in the context of
Beweglichkeit von dessen Anbringung an dem Arm 30 in eine Position, in der die Unterzange 24 zur Stangenmitte des unteren Bohrgestängeelements 14 zentriert ist. Wenn in dieser Situation mittels der Oberzange 26 das obere Bohrgestängeelement 16 erfasst wird, fällt der Drehpunkt der Oberzange 26 nicht mehr mit der Stangenmitte des oberen Bohrgestängeelements 16 zusammen.Agility of its attachment to the arm 30 in a position in which the lower tongs 24 centered to the middle of the rod of the lower drill pipe element 14. In this situation, when the upper drill string member 16 is grasped by the upper nipper 26, the fulcrum of the upper nipper 26 will no longer coincide with the rod center of the upper drill string member 16.
Wenn in dieser Situation das Zangensystem 18 aktiviert wird, derart, dass die Oberzange 26 relativ zur Unterzange 24 bewegt wird, ergeben sich die vorerwähnten Exzenterkräfte. Diese sind davon abhängig, in welchem Umfang ein Drehpunkt einer der Zangen (Unterzange 24 oder Oberzange 26) von der jeweiligen Stangenmitte entfernt ist. Solche Exzenterkräfte führen zu einem erheblichen Verschleiß der Klemmbacken des Zangensystems 18 oder dergleichen und der jeweils erfassten Bereiche der Bohrgestängeelemente 14, 16. Es ist also demnach wichtig, dass solche Exzenterkräfte im Betrieb vermieden werden und ein genaues Anzugsmoment erreicht wird. In this situation, when the tong system 18 is activated, such that the upper nipper 26 is moved relative to the lower nipper 24, the aforementioned eccentric forces result. These are dependent on the extent to which a fulcrum of one of the pliers (lower tongs 24 or upper tongs 26) is removed from the respective middle of the rod. Such eccentric forces lead to considerable wear of the jaws of the pliers system 18 or the like and the respectively detected areas of the drill string elements 14, 16. It is therefore important that such eccentric forces are avoided during operation and an accurate tightening torque is achieved.
Das Vorstehende wird nachfolgend anhand der schematisch vereinfachten Darstellungen in Figur 3A bis 3D nochmals erläutert. Die Darstellung in Figur 3A zeigt zunächst den zumindest um den Drehpunkt D drehbaren Arm 30 der Positioniervorrichtung 20 des Arbeitsgeräts 10 und das am freien Ende des Arms 30 angebrachte, insbesondere schwenkbeweglich angebrachte ZangensystemThe above will be explained again with reference to the schematically simplified representations in FIGS. 3A to 3D. The illustration in FIG. 3A initially shows the arm 30 of the positioning device 20 of the working device 10 which is rotatable at least about the pivot point D and the tong system attached to the free end of the arm 30, in particular pivotally mounted
18 mit den beiden davon umfassten Zangen 24, 26. Bei der Darstellung in Figur 3A befindet sich das Zangensystem 18 in Ruhe, zum Beispiel weil ein Ausschwenken des Arms 30 beendet ist und/oder ein eventuelles Pendeln des Zangensystems 18 abgeklungen ist, insbesondere indem ein solches Pendeln mittels zumindest eines dafür vorgesehenen Aktors bereits anfänglich zumindest im Wesentlichen unterbunden ist oder ausreichend bedämpft ist. Das Zangensystem 18 hängt also gerade, zumindest insoweit, dass sich eine lotrechte und zur Bohrgestängeachse B parallele Zangensystemachse Z ergibt. Im Interesse der Übersichtlichkeit der Darstellung sind in Figur 3A die beiden Bohrgestängeelemente 14, 16 und die Bohrgestängeachse B nicht gezeigt (siehe18 with the two pliers 24, 26 included. In the illustration in Figure 3A, the pliers system 18 is at rest, for example, because a swinging of the arm 30 is completed and / or a possible oscillation of the pliers system 18 has subsided, in particular by a such oscillation is already initially at least substantially prevented by means of at least one actuator provided for this purpose or is adequately damped. The pliers system 18 thus hangs straight, at least to the extent that results in a vertical and the Bohrgestängeachse B parallel pliers system axis Z. In the interests of clarity of illustration, the two drill string elements 14, 16 and the drill string axis B are not shown in FIG. 3A (see FIG
Fig. 3B bis 3D) . Fig. 3B to 3D).
Die Darstellung in Figur 3B zeigt eine Situation, bei der das Zangensystem 18 mittels des ausgeschwenkten Arms 30 so weit in Richtung auf die Bohrge- stängeelemente 14, 16 bewegt ist, bis die (gedachte) Zangensystemachse Z beinahe mit der (gedachten) Bohrgestängeachse B zusammenfällt. - Das Zangen- System 18 ist mittels des Arms 30 in Richtung auf die Bohrgestängeelemente 14, 16 bewegt worden (erster Verfahrensschritt des eingangs skizzierten Verfahrens) . Wenn in dieser Situation das Zangensystem 18 aktiviert wird, derart, dass mittels der Unterzange 24 das untere Bohrgestängeelement 14 erfasst wird und dabei mittels der Unterzange 24 zugeordneter Zentriermittel (nicht gezeigt; siehe z.B. DE 10 2014 208 113) eine Zentrierung der Unterzange 24 relativ zum unteren Bohrgestängeelement 14 erfolgt, ergibt sich eine Kontaktposition des Arbeitsgeräts 10 (Ende des ersten Verfahrensschritts) und es kommt zu einer Schiefstellung des Zangensystems 18, wie dies - zur Veranschaulichung erheblich übertrieben - in der Darstellung in Figur 3C gezeigt ist. Bei der gezeigten Situation wird das Zangensystem 18 mittels der der Unterzange 24 zugeordneten Zentriermittel in Richtung auf die Bohrgestängeachse B gezogen. Der Arm 30 steht dabei still und das am Arm 30 schwenkbewegliche Zangensystem 18 wird um den Anbringungspunkt A verschwenkt, wie dies auch mittels des Blockpfeils unterhalb des Zangensystems 18 angedeutet ist. The illustration in FIG. 3B shows a situation in which the forceps system 18 is moved by means of the swiveled out arm 30 in the direction of the drill string elements 14, 16 until the (imaginary) clamp system axis Z almost coincides with the drill pipe axis (imaginary) , - The forceps System 18 has been moved by means of the arm 30 in the direction of the drill pipe elements 14, 16 (first method step of the method outlined above). If, in this situation, the forceps system 18 is activated, such that the lower drill string element 14 is detected by means of the lower tongs 24 and centering of the lower tongs 24 relative to the lower tongs 24 associated centering means (not shown, for example see DE 10 2014 208 113) lower drill pipe element 14, there is a contact position of the implement 10 (end of the first process step) and there is a misalignment of the gun system 18, as shown - for exaggeration considerably exaggerated - shown in the illustration in Figure 3C. In the situation shown, the pliers system 18 is pulled by means of the lower tongs 24 associated centering in the direction of the Bohrgestängeachse B. The arm 30 stands still and the arm 30 pivotally movable pliers system 18 is pivoted about the attachment point A, as indicated by the block arrow below the pliers system 18.
Durch das Erfassen des unteren Bohrgestängeelements 14 mit der Unterzange 24 wird diese relativ zu dem unteren Bohrgestängeelement 14 zentriert. DerBy gripping the lower drill string member 14 with the lower jaw 24, it is centered relative to the lower drill string member 14. Of the
Drehpunkt der Unterzange 24 fällt dabei mit der Stangenmitte des unteren Bohrgestängeelements 14 zusammen. In der Darstellung in Figur 3C ist dies auch dadurch veranschaulicht, dass die durch den Drehpunkt der Unterzange 24 verlaufende Zangensystemachse Z die Bohrgestängeachse B genau im Drehpunkt der Unterzange 24 schneidet. Der ebenfalls anhand des Verlaufs der Zangensystemachse Z erkennbare Drehpunkt der Oberzange 26 fällt dagegen aufgrund der Schiefstellung des Zangensystems 18 nicht mit der Bohrgestängeachse B zusammen . Auf die bei der gezeigten Situation bereits erfolgte zumindest anfänglicheFulcrum of the lower nipper 24 coincides with the middle of the rod of the lower drill pipe element 14. In the illustration in FIG. 3C, this is also illustrated by the fact that the pliers system axis Z running through the pivot point of the lower pliers 24 intersects the drill string axis B exactly at the pivot point of the lower pliers 24. By contrast, the fulcrum point of the upper nipper 26, which can also be identified by means of the course of the pincer system axis Z, does not coincide with the drill pipe axis B due to the misalignment of the pincer system 18. On the already shown in the situation shown at least initial
Aktivierung der Unterzange 24 zumindest derart, dass die Unterzange als Ergebnis der Aktivierung relativ zur Längsachse des unteren Bohrgestängeelements 14 fixiert ist, folgt normalerweise die Aktivierung der Oberzange 26 zum Erfassen des oberen Bohrgestängeelements 16. Das obere Bohrgestängeele- ment 16 kann dabei nicht auf Stangenmitte erfasst werden. Bei einer anschließenden Bewegung der Oberzange 26 relativ zur Unterzange 24 ergeben sich die bereits erwähnten Exzenterkräfte mit den ebenfalls erwähnten ungünstigen Auswirkungen. Zur Vermeidung solcher Exzenterkräfte wird das Zangensystem 18 mit dem Ziel einer lotrechten Ausrichtung der Zangensystemachse Z justiert. Dafür wird zunächst in einem zweiten Verfahrensschritt des eingangs skizzierten Verfah¬ rens eine Ist-Lage des Zangensystems 18 ermittelt. Dies kann durch einen Bediener des Arbeitsgeräts 10 erfolgen, zum Beispiel indem eine am Zangensystem angebrachte Röhrenlibelle oder dergleichen abgelesen wird. Alternativ kann die Ist-Lage des Zangensystems 18 auch mittels einer dafür vorgesehenenActivation of the lower nipper 24, at least in such a manner that the lower nipper is fixed as a result of activation relative to the longitudinal axis of the lower drill string member 14, is normally followed by the activation of the upper nipper 26 to engage the upper drill string member 16. The upper drill string member 16 can not be caught mid-pole become. In a subsequent movement of the upper nipper 26 relative to the lower nipper 24, the already mentioned eccentric forces with the also mentioned unfavorable effects. To avoid such eccentric forces, the forceps system 18 is adjusted with the aim of a vertical alignment of the forceps system axis Z. For that will be first determines an actual position of the pliers system 18 in a second process step of the initially outlined procedural ¬ proceedings. This may be done by an operator of the implement 10, for example by reading a tube level or the like attached to the clamp system. Alternatively, the actual position of the pliers system 18 by means of a designated
Sensorik, zum Beispiel einem Neigungssensor oder dergleichen, elektronisch und automatisch erfasst werden. Sensors, for example, a tilt sensor or the like, electronically and automatically detected.
Anschließend wird (dritter Verfahrensschritt) der Arm 30 erneut bewegt. Diese erneute Bewegung des Arms 30 erfolgt nach dem Erfassen des unterenSubsequently (third method step) the arm 30 is moved again. This re-movement of the arm 30 occurs after the detection of the lower
Bohrgestängeelements 14 mittels der Unterzange 24 und der damit einhergehen¬ den Zentrierung der Unterzange 24 relativ zum unteren Bohrgestängeelement 14. Das Zangensystem 18 ist damit bereits in einem Punkt, nämlich im Drehpunkt der Unterzange 24, auf Stangenmitte der Bohrgestängeelemente 14, 16 fixiert. Die erneute Bewegung des Arms 30 - hier ein auch durch den Blockpfeil veranschaulichtes Verschwenken des Arms 30 um dessen Drehpunkt D - erfolgt dabei derart, dass am Ende der Bewegung eine Soll-Lage des Zangen¬ systems 18 resultiert. Beim erneuten Bewegen des Arms 30 kann sich auch eine Bewegung des Zangensystems 18 in axialer Richtung der Bohrgestängeelemente 14, 16 ergeben, denn beim erneuten Bewegen des Arms 30 ist mittels derDrill pipe element 14 by means of the lower nipper 24 and the associated ¬ centering of the lower nipper 24 relative to the lower drill pipe element 14. The nipper system 18 is thus already at a point, namely at the pivot point of the lower nipper 24, fixed to the rod center of the drill string elements 14, 16. The renewed movement of the arm 30 - here also illustrated by the block arrow pivoting the arm 30 about its pivot point D - takes place in such a way that at the end of the movement, a desired position of the pliers ¬ system 18 results. When moving the arm 30 again, a movement of the pliers system 18 in the axial direction of the drill string elements 14, 16 may result, because when the arm 30 is moved again by means of the
Unterzange 24 das untere Bohrgestängeelement 14 erfasst und die Unterzange 24 an diesem quer zu dessen Längserstreckung fixiert. Das Erfassen des unteren Bohrgestängeelements 14 mittels der Unterzange 24 bewirkt aber keine Fixierung des Zangensystems 18 in axialer Richtung des unteren Bohrge- stängeelements 14. Die angestrebte Soll-Lage des Zangensystems 18 ergibt sich, indem der Bediener des Arbeitsgeräts 10 während der erneuten Bewegung des Arms 30 die jeweilige Ist-Lage mit der Soll-Lage vergleicht und bei Erreichen der Soll-Lage die Bewegung des Arms 30 beendet und indem ein solcher Vergleich anhand entsprechender Messwerte elektronisch und autoraa- tisch durchgeführt wird. Lower tongs 24, the lower drill string member 14 detected and fixed the lower tongs 24 at this transversely to its longitudinal extent. However, the detection of the lower drill pipe element 14 by means of the lower tongs 24 causes no fixation of the tong system 18 in the axial direction of the lower Bohrge- rod member 14. The desired target position of the pliers system 18 is obtained by the operator of the implement 10 during the renewed movement of the arm 30 compares the respective actual position with the desired position and ends the movement of the arm 30 when the desired position has been reached, and in that such a comparison is carried out electronically and autoretatically on the basis of corresponding measured values.
Die Soll-Lage des Zangensystems 18 ist eine Lage, bei der die Zangensyste- machse Z lotrecht steht, so dass auch die Oberzange 26 auf Stangenmitte an dem dortigen oberen Bohrgestängeelement 16 angreift. Dann greifen beide Zangen 24, 26 das jeweilige Bohrgestängeelement 14, 16 jeweils genau aufThe desired position of the forceps system 18 is a position in which the tongs system Z is perpendicular, so that the upper forceps 26 also acts on the middle of the upper drill rod element 16. Then grab both pliers 24, 26, the respective drill string element 14, 16 each exactly
Stangenmitte. Exzenterkräfte treten dann beim Bewegen der Oberzange 26 relativ zur Unterzange 24 nicht mehr auf. Die ansonsten sich ergebenden Verschleißeffekte werden vermieden. In der Darstellung in Figur 3D, die in schematisch vereinfachter Form dasRod center. Exzenterkräfte then no longer occur when moving the upper nipper 26 relative to the lower nipper 24. The otherwise resulting wear effects are avoided. In the illustration in Figure 3D, in a simplified schematic form the
Ergebnis dieser erneuten Bewegung des Arms 30 und der resultierenden Aus- richtung des Zangensystems 18 zeigt, ist die Zangenachse Z lediglich aus Gründen der Unterscheidbarkeit von der Bohrgestängeachse B leicht neben dieser eingezeichnet. Tatsächlich fällt die Zangenachse Z mit dem Erreichen der Soll-Lage des Zangensystems 18 mit der Bohrgestängeachse B zusammen. Result of this renewed movement of the arm 30 and the resulting direction of the forceps system 18, the forceps axis Z is shown only for reasons of distinctness of the Bohrgestängeachse B slightly adjacent to this. In fact, the pliers axis Z coincides with the achievement of the desired position of the pliers system 18 with the Bohrgestängeachse B.
Die beim Erhalt der Soll-Lage des Zangensystems 18 aktuelle Position des Arms 30 wird erfasst und für eine spätere Wiederverwendung als Soll-Position des Arms 30 abgespeichert. Bei zukünftigen Bewegungszyklen des Arbeitsgeräts 10 kann diese Soll-Position abgerufen werden. Der Arm 30 wird dann bei einer Bewegung des Zangensystems 18 in Richtung auf die Bohrgestängeelemente 14,The actual position of the arm 30 when the desired position of the forceps system 18 is received is recorded and stored for later reuse as the desired position of the arm 30. In future movement cycles of the implement 10, this target position can be retrieved. The arm 30 is then moved toward the drill pipe elements 14 as the tong system 18 moves.
16 unmittelbar bis in die jeweils gespeicherte Soll-Position bewegt, beim gezeigten Ausführungsbeispiel verschwenkt. Abweichend von der in der Dar¬ stellung in Figur 3B gezeigten Situation ergibt sich dann für das am freien Ende des Arms 30 hängende Zangensystem 18 eine Position relativ zu den Bohrgestängeelementen 14, 16, bei der die Zangensystemachse Z mit der Bohrgestängeachse B zusammenfällt oder zumindest im Wesentlichen zusammenfällt. Beim anschließenden Aktivieren der Unterzange 24 kommt es dann nicht mehr zu einer Schiefstellung des Zangensystems 18, wie dies in Figur 3C gezeigt ist, und beim nachfolgenden Aktivieren der Oberzange 26 greift auch die Oberzange 26 das dortige Bohrgestängeelement 16 auf Stangenmitte. Anschließend kann ohne ungünstige Scherkräfte die Oberzange 26 relativ zur Unterzange 24 bewegt werden, um die beiden Bohrgestängeelemente 14, 16 in einer für den Bohrbetrieb geeigneten Art und Weise miteinander zu verbinden. Beim Einbau von Bohrgestänge 14, 16 wird das Arbeitsgerät 10 alternierend in eine Arbeitsposition und eine Ruheposition bewegt. Beim Anfahren der Arbeitsposition wird jeweils die nach dem hier beschriebenen Verfahren ermittelte („gelernte") Soll-Position für die optimale Positionierung des Arms 30 und des daran angebrachten Zangensystems 18 verwendet. Sobald Bohrge- stängeelemente 14, 16 mit einem anderen Durchmesser verwendet werden, ist eventuell ein erneutes Ermitteln der Soll-Position des Arms 30 notwendig. Diese kann dann beim weiteren Einbauen von Bohrgestängeelementen 14, 16 mit dem anderen Durchmesser verwendet werden. Bei Verwendung eines Zangensystems 18 wie in der DE 10 2014 208 113 mit den dortigen Zentriermitteln oder ähnlichen Zentriermitteln ist ein erneutes Ermitteln der Soll-Position des16 moves directly into the respective stored desired position, pivoted in the embodiment shown. Deviating from the situation shown in Dar¬ position in Figure 3B then results for the hanging at the free end of the arm 30 pliers system 18 a position relative to the drill string elements 14, 16, in which the collet system axis Z coincides with the Bohrgestängeachse B or at least Essentially coincides. During the subsequent activation of the lower nipper 24, there is then no longer a misalignment of the nipper system 18, as shown in FIG. 3C, and during the subsequent activation of the upper nipper 26, the upper nipper 26 engages the local drill pipe element 16 on the middle of the rod. Then, without inconvenient shearing forces, the upper nipper 26 can be moved relative to the lower nipper 24 to connect the two drill string members 14, 16 in a manner suitable for drilling operation. When installing drill pipe 14, 16, the implement 10 is alternately moved to a working position and a rest position. When starting the working position, the (learned) desired position determined by the method described here is used in each case for the optimum positioning of the arm 30 and of the pincer system 18 attached to it. If necessary, a renewed determination of the desired position of the arm 30 is necessary, which can then be used for the further installation of drill pipe elements 14, 16 with the other diameter When using a pliers system 18 as in DE 10 2014 208 113 with the local centering means or Similar centering is a renewed determination of the desired position of the
Arms 30 vorteilhafterweise nicht notwendig. Die einmal ermittelte Soll- Position kann unabhängig vom Durchmesser später verwendeter Bohrgestängeelemente weiterverwendet werden. Die Darstellung in Figur 4 zeigt abschließend eine zur automatischen oder teilautomatischen Ausführung des hier vorgeschlagenen Verfahrens bestimmte Steuerungseinrichtung 40. Diese umfasst zum Beispiel in an sich bekannter Art und Weise eine Verarbeitungseinheit 42 in Form von oder nach Art eines Mikroprozessors und einen Speicher 44. Bei der Steuerungseinrichtung 40 handelt es sich zum Beispiel um eine sogenannte speicherprogrammierbare Steuerung. In den Speicher 44 ist ein zur Implementierung des hier vorgeschlagenen Verfahrens ein mittels der Verarbeitungseinheit 42 ausführbares und beim Betrieb des Arbeitsgeräts 10 ausgeführtes Steuerungsprogramm 46 geladen. Anstelle einer Implementierung des Verfahrens in Software in Form eines Steuerungsprogramms 46 kommt alternativ bekanntlich auch eine Reali- sierung der gemäß dem Verfahren vorgesehenen Funktionalität mittels entspre¬ chender Schaltelemente in Betracht. Arms 30 advantageously not necessary. The once determined target position can be used regardless of the diameter of later used drill string elements. Finally, the illustration in FIG. 4 shows a method intended for automatic or partially automatic execution of the method proposed here Control device 40. This includes, for example, in a conventional manner, a processing unit 42 in the form of or in the manner of a microprocessor and a memory 44. The control device 40 is, for example, a so-called programmable logic controller. A control program 46 executable by means of the processing unit 42 and executed during operation of the implement 10 is loaded into the memory 44 for implementing the method proposed here. Instead of an implementation of the method in software in the form of a control program 46 of the proposed method according to the functionality means of corresponding switching elements is alternatively known tion also a realization into account.
Bei einer automatischen Ausführung des Verfahrens wird beim Erreichen der Kontaktposition die jeweilige Ist-Lage des Zangensystems 18 in Form eines entsprechenden Messwerts 48 erfasst. Der Messwert 48 kann mittels einer demIn an automatic embodiment of the method, the respective actual position of the tong system 18 is detected in the form of a corresponding measured value 48 when the contact position is reached. The measured value 48 can be determined by means of a
Zangensystem 18 zugeordneten Sensorik, zum Beispiel einem Neigungssensor, erfasst werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Messwert 48 auch mittels einer dem Arm 30 zugeordneten Sensorik, zum Beispiel einem Inkrementalgeber, erfasst werden. Beim Ausrichten des Zangensystems 18 mittels einer erneuten Bewegung des Arms 30 erfolgt unter Kontrolle der Steuerungseinrichtung 40 kontinuierlich oder zyklisch ein Vergleich einer jeweils aktuell erfassten Ist-Lage des Zangensystems 18 mit einer für einen automatischen Vergleich geeigneten Kodierung der Soll-Lage. Eine zuvor unter Kontrolle der Steuerungseinrichtung 40 bewirkte erneute Bewegung des Arms 30 wird bei einer Übereinstimmung oder einer zumindest ausreichenden Übereinstimmung der jeweiligen Ist-Lage mit der Soll-Lage aufgrund eines mittels der Steuerungs¬ einrichtung 40 generierten Steuersignals 50, hier eines Steuersignals 50 zur Ansteuerung des Antriebselements 32, beendet. Eine dann jeweils resultieren¬ de Position des Arms 30 wird in Form eines Messwerts 52 als zukünftige Soll- Position des Arms 30 erfasst und in einer Speicherzelle der Steuerungsein¬ richtung 40 gespeichert. Bei zukünftigen Bewegungszyklen des Arbeitsgeräts 10 wird die abgespeicherte („gelernte") Soll-Position des Arms 30 als Soll¬ wert 54 für eine Ansteuerung des Arms 30, hier für eine Ansteuerung des Antriebselements 32, mittels der Steuerungseinrichtung 40 verwendet. Pliers system 18 associated sensor, for example, a tilt sensor, are detected. Alternatively or additionally, the measured value 48 can also be detected by means of a sensor 30 associated with the arm, for example an incremental encoder. When the forceps system 18 is aligned by means of a renewed movement of the arm 30, the control device 40 continuously or cyclically compares a respective currently detected actual position of the forceps system 18 with a coding of the desired position suitable for automatic comparison. A previously effected under control of the control device 40 again movement of the arm 30 is at a match or at least sufficient match of the respective actual position with the desired position due to a generated by means of the control ¬ device 40 control signal 50, here a control signal 50 for driving of the drive element 32, finished. One then each resulting ¬ de position of the arm 30 is detected in the form of a measured value 52 as a future target position of the arm 30 and stored in a memory cell of Steuerungsein ¬ direction 40th On subsequent movement cycles of the working device 10, the stored ( "trained") is desired position of the arm 30 is used as target ¬ value 54 for driving the arm 30, here for a control of the drive member 32 by means of the control device 40th
Wesentliche Aspekte der hier vorgelegten Beschreibung lassen sich damit kurz wie folgt zusammenfassen: Es werden ein Verfahren zum Betrieb eines Arbeitsgeräts 10 (Iron Roughneck) sowie ein nach dem Verfahren arbeitendes Arbeitsgerät 10 angegeben, bei dem nach einer anfänglichen Positionierung eines Zangensystems 18 mittels einer Positioniervorrichtung 20 und einer anschlie¬ ßenden Fixierung des Zangensystems 18 an mittels des Zangensystems 18 zu verbindenden Bohrgestängeelementen 14, 16 eine resultierende Lage (Ist-Lage) des Zangensystems 18 erfasst wird, sodann das Zangensystem 18 mittels einer erneuten Bewegung der Positioniervorrichtung 20 ausgerichtet wird, bis eine Soll-Lage des Zangensystems 18 erreicht ist, und schließlich eine sich dabei ergebende Position der Positioniervorrichtung 20 als zukünftige Soll-Substantial aspects of the description presented here can thus be briefly summarized as follows: A method for operating an implement 10 (Iron Roughneck) and a working implement 10 according to the method are indicated in which after an initial positioning of a forceps system 18 by means of a positioning device 20 and a subsequent sequent ¬ fixing of the pincers system 18 is attached by means of the pliers system 18 to connecting the drill string elements 14, 16 a resultant position (actual position) of the forceps system 18 is detected, then the forceps system 18 is aligned by means of a renewed movement of the positioning device 20 until a desired position of the forceps system 18 is reached, and finally a resulting Position of the positioning device 20 as a future target
Position für weitere Bewegungszyklen des Arbeitsgeräts 10 gespeichert wird. Bei einem gemäß der Soll-Lage ausgerichteten Zangensystem 18 werden beim Verbinden zweier Bohrgestängeelemente 14, 16 ansonsten mögliche Scherkräfte vermieden. Bei einem Bewegen der Positioniervorrichtung 20 in die erfasste und gespeicherte Soll-Position ergibt sich für das Zangensystem 18 unmittelbar die gewünschte Soll-Lage, so dass ungünstige Scherkräfte auch beim fortgesetzten Ein- und Ausbauen von Bohrgestängeelementen 14, 16 und entsprechenden Bewegungszyklen des Arbeitsgeräts 10 vermieden werden. Position for further movement cycles of the implement 10 is stored. In an aligned according to the target position pliers system 18 otherwise possible shear forces are avoided when connecting two drill string elements 14, 16. When moving the positioning device 20 in the detected and stored desired position results for the forceps system 18 directly the desired target position, so that unfavorable shear forces even with the continued installation and removal of drill string elements 14, 16 and corresponding movement cycles of the implement 10 avoided become.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
10 Arbeitsgerät  10 working device
12 Arbeitsplattform  12 work platform
14 Bohrgestänge / Bohrgestängeelement  14 drill string / drill pipe element
16 Bohrgestänge / Bohrgestängeelement  16 drill string / drill pipe element
18 Zangensystem (Teil des Arbeitsgeräts)  18 pincer system (part of the implement)
20 Positioniervorrichtung (Teil des  20 positioning device (part of the
Arbeitsgeräts )  Working device)
22 Spinner (Teil des Arbeitsgeräts)  22 spinner (part of the implement)
24 Unterzange (Teil des Zangensystems)  24 lower tongs (part of the tongs system)
26 Oberzange (Teil des Zangensystems)  26 upper pliers (part of the pliers system)
28 (frei)  28 (free)
30 Arm (Teil der Positioniervorrichtung)  30 arm (part of the positioning device)
32 Antriebselement (zum Verschwenken des Arms)  32 drive element (for pivoting the arm)
34 Säulensystem  34 column system
36 Hydraulikzylinder  36 hydraulic cylinders
38 Mittel zum Verhindern von Pendelbewegungen des Zangensystems 38 means for preventing pendulum movements of the forceps system
40 Steuerungseinrichtung 40 control device
42 Verarbeitungseinheit  42 processing unit
44 Speicher  44 memory
46 Steuerungsprogramm  46 Control program
48, 52 Messwert  48, 52 measured value
50, 54 Steuersignal / Sollwert A Anbringungspunkt B Bohrgestängeachse  50, 54 control signal / setpoint A mounting point B drill pipe axis
D Drehpunkt / Drehachse Z Zangensystemachse  D Pivot / rotation axis Z Pliers system axis

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Betrieb eines Arbeitsgeräts (10) auf einer Bohranlage, wobei das Arbeitsgerät (10) ein Zangensystem (18) sowie einen Arm (30) zum Positionieren des an einem freien Ende des Arms (30) schwenkbeweglich angebrachten Zangensystems (18) umfasst, A method of operating a work implement (10) on a drilling rig, the implement (10) including a tong system (18) and an arm (30) for positioning the tong system (18) pivotally mounted at a free end of the arm (30) .
wobei das Arbeitsgerät (10) und dessen Zangensystem (18) zum Verbinden oder Trennen zweier Bohrgestängeelemente (14, 16) bestimmt sind,  wherein the implement (10) and its tong system (18) are intended to connect or disconnect two drill string elements (14, 16),
wobei in einem ersten Verfahrensschritt das Zangensystem (18) mittels des Arms (30) in Richtung auf die Bohrgestängeelemente (14, 16) bewegt und das Arbeitsgerät (10) in eine Kontaktposition gebracht wird,  wherein in a first method step, the tong system (18) is moved by means of the arm (30) in the direction of the drill string elements (14, 16) and the working device (10) is brought into a contact position,
wobei in einem zweiten Verfahrensschritt in der Kontaktposition und bei Stillstand des Arms (30) eine Ist-Lage des Zangensystems (18) ermittelt wird und  wherein in a second method step in the contact position and at standstill of the arm (30) an actual position of the pliers system (18) is determined, and
wobei in einem dritten Verfahrensschritt mittels des Arms (30) das Zangensystem (18) erneut bewegt wird, bis eine vorgegebene Soll-Lage des Zangensystems (18) erreicht ist.  wherein in a third method step by means of the arm (30), the pliers system (18) is moved again until a predetermined desired position of the pliers system (18) is reached.
2. Verfahren nach Anspruch 1, 2. The method according to claim 1,
wobei im dritten Verfahrensschritt nach Erreichen der Soll-Lage des Zangensystems (18) als Soll-Position ein Maß für eine erreichte Position des Arms (30) erfasst und abgespeichert wird und  wherein in the third step after reaching the desired position of the tong system (18) as a target position, a measure of an reached position of the arm (30) is detected and stored and
wobei auf eine Bedienhandlung eines Bedieners des Arbeitsgeräts (10) in einem nachfolgenden Bewegungszyklus des Arbeitsgeräts (10) beim Bewegen des Zangensystems (18) mittels des Arms (30) in Richtung auf die Bohrge¬ stängeelemente (14, 16) der Arm (30) automatisch in eine Position entspre¬ chend der im dritten Verfahrensschritt erfassten Soll-Position bewegt wird. wherein an operating action of an operator of the working device (10) in a subsequent movement cycle of the working device (10) when moving the tong system (18) by means of the arm (30) in the direction of the Bohrge ¬ rod elements (14, 16) of the arm (30) is automatically moved to a position entspre ¬ accordingly recognized in the third method step, the nominal position.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, 3. The method according to any one of claims 1 or 2,
wobei das erneute Bewegen des Arms (30) im dritten Verfahrensschritt automatisch erfolgt, indem mittels einer Sensorik ein automatisch auswertbares Maß für die jeweilige Ist-Lage des Zangensystems (18) aufgenommen wird, indem die Ist-Lage automatisch mit der Soll-Lage verglichen wird und die erneute Bewegung des Arms (30) automatisch beendet wird, wenn die Ist-Lage und die Soll-Lage innerhalb vorgegebener oder vorgebbarer Grenzen übereinstimmen .  wherein the renewed movement of the arm (30) in the third method step is carried out automatically by an automatically evaluable measure of the respective actual position of the forceps system (18) is recorded by a sensor, by the actual position is automatically compared with the desired position and the re-movement of the arm (30) is automatically terminated when the actual position and the desired position coincide within predetermined or predefinable limits.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, 4. The method according to any one of claims 1, 2 or 3,
wobei das Zangensystem (18) zum Verbinden oder Trennen zweier Bohrgestängeelemente (14, 16), nämlich eines unteren Bohrgestängeelements (14) und eines oberen Bohrgestängeelements (16), zumindest eine Unterzange (24) umfasst, the pliers system (18) for connecting or disconnecting two drill pipe elements (14, 16), namely a lower drill pipe element (14) and an upper drill pipe element (16), at least one lower nipper (24),
wobei im ersten Verfahrensschritt in der Kontaktposition die Unterzange (24) das untere Bohrgestängeelement (14) erfasst,  wherein in the first step in the contact position the lower nipper (24) detects the lower drill string element (14),
wobei die Unterzange (24) mittels von der Unterzange (24) umfasster oder der Unterzange (24) zugeordneter Zentriermittel relativ zu dem unteren Bohrgestängeelement (14) zentriert wird und  wherein the lower nipper (24) is centered relative to the lower drill string member (14) by centering means encompassed by the lower nipper (24) or associated with the lower nipper (24) and
wobei das Zangensystem (18) relativ zumindest zu dem unteren Bohrgestängeelement (14) fixiert wird.  wherein the tong system (18) is fixed relative to at least the lower drill string member (14).
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, wobei das Zangensystem (18) einen Anschlag umfasst, 5. The method according to any one of claims 1, 2 or 3, wherein the forceps system (18) comprises a stop,
wobei im ersten Verfahrensschritt das Erreichen der Kontaktposition mittels eines Kontakts des Anschlages mit einem der Bohrgestängeelemente (14, 16) sensiert wird und  wherein in the first method step, the reaching of the contact position by means of a contact of the stop with one of the drill string elements (14, 16) is sensed and
wobei ebenfalls im ersten Verfahrensschritt das Zangensystem (18) in der Kontaktposition relativ zu zumindest einem der Bohrgestängeelemente (14, 16) fixiert wird.  wherein also in the first method step, the tong system (18) in the contact position relative to at least one of the drill string elements (14, 16) is fixed.
6. Arbeitsgerät (10) zur Verwendung auf einer Bohranlage, 6. implement (10) for use on a drilling rig,
wobei das Arbeitsgerät (10) ein Zangensystem (18) sowie einen Arm (30) zum Positionieren des an einem freien Ende des Arms (30) schwenkbeweglich angebrachten Zangensystems (18) umfasst,  the implement (10) comprising a tong system (18) and an arm (30) for positioning the tong system (18) pivotally mounted to a free end of the arm (30),
wobei das Arbeitsgerät (10) und dessen Zangensystem (18) zum Verbinden oder Trennen zweier Bohrgestängeelemente (14, 16) bestimmt sind,  wherein the implement (10) and its tong system (18) are intended to connect or disconnect two drill string elements (14, 16),
wobei das Zangensystem (18) mittels des Arms (30) in Richtung auf die Bohrgestängeelemente (14, 16) bewegbar und das Arbeitsgerät (10) in eine Kontaktposition manövrierbar ist,  wherein the tong system (18) is movable by means of the arm (30) towards the drill string elements (14, 16) and the implement (10) is maneuverable to a contact position,
wobei in der Kontaktposition und bei Stillstand des Arms (30) eine Ist-Lage des Zangensystems (18) ermittelbar ist,  wherein in the contact position and at standstill of the arm (30) an actual position of the pliers system (18) can be determined,
wobei das Zangensystem (18) mittels des Arms (30) beweglich ist, bis eine vorgegebene Soll-Lage des Zangensystems (18) erreicht ist.  wherein the pliers system (18) by means of the arm (30) is movable until a predetermined desired position of the pliers system (18) is reached.
7. Arbeitsgerät (10) nach Anspruch 6 mit Mitteln zur Ausführung des Verfahrens nach jedem einzelnen der Ansprüche 1 bis 5. 7. Tool (10) according to claim 6 having means for carrying out the method according to any one of claims 1 to 5.
8. Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt mit durch einen Mikroprozessor ausführbaren Programmcodeanweisungen zur Implementierung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wenn das Computerprogramm auf einem als Steuerungseinrichtung (40) zur Steuerung eines Arbeitsgeräts (10) nach einem der Ansprüche 6 oder 7 fungierenden Computer ausgeführt wird. Computer program or computer program product with microprocessor-executable program code instructions for implementing the method according to one of claims 1 to 5, when the computer program is executed on a computer acting as control device (40) for controlling a working device (10) according to one of claims 6 or 7 becomes.
9. Steuerungseinrichtung (40) zur Steuerung eines Arbeitsgeräts (10) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, mit einem Speicher (44), in den ein Computerprogramm nach Anspruch 8 geladen ist. 9. Control device (40) for controlling a working device (10) according to any one of claims 6 or 7, with a memory (44) in which a computer program is loaded according to claim 8.
10. Bohranlage, insbesondere Bohranlage für Tiefbohrungen, mit einem Arbeitsgerät (10) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, insbesondere einem Arbeitsgerät (10) nach einem der Ansprüche 6 oder 7 mit einer Steuerungseinrichtung (40) nach Anspruch 9. 10. drilling rig, in particular drilling rig for deep drilling, with a working device (10) according to any one of claims 6 or 7, in particular a working device (10) according to any one of claims 6 or 7 with a control device (40) according to claim 9.
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