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WO2018166927A1 - Handling device for use in the mast of a drilling rig and method for moving drill rods or drill pipe elements - Google Patents

Handling device for use in the mast of a drilling rig and method for moving drill rods or drill pipe elements Download PDF

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Publication number
WO2018166927A1
WO2018166927A1 PCT/EP2018/055988 EP2018055988W WO2018166927A1 WO 2018166927 A1 WO2018166927 A1 WO 2018166927A1 EP 2018055988 W EP2018055988 W EP 2018055988W WO 2018166927 A1 WO2018166927 A1 WO 2018166927A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
handling device
mast
boring bar
drill
axis
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/055988
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Arend Lödden
Gustaaf Martin RUS
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
Priority to EP18710848.5A priority Critical patent/EP3433464B1/en
Priority to EA201990691A priority patent/EA039871B1/en
Publication of WO2018166927A1 publication Critical patent/WO2018166927A1/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
    • E21B19/14Racks, ramps, troughs or bins, for holding the lengths of rod singly or connected; Handling between storage place and borehole

Definitions

  • Handling device for use in the mast of a drilling rig and for moving boring bars or drill string elements, method for operating such a handling device and drilling rig with such a handling device
  • the invention relates firstly to a handling device which is for use in the mast of a drilling rig, as well as
  • the invention relates in width ⁇ ren a drilling rig with such a handling apparatus,
  • Invention also a drilling rig with such a handling ⁇ device.
  • Such an embodiment of a product intended for use in the mast of a drilling rig handling apparatus is comparatively complicated and also has adverse effects on restric ⁇ with respect to their range of motion.
  • An object of the invention is accordingly therein, an intended for use in the mast of a drilling rig and for moving Bohrgestfiteele ⁇ elements specific handling apparatus to provide a further embodiment, and in particular such a handling device which has at least some disadvantages of the known prior art handle lo ⁇ imparting apparatus avoids.
  • Another object of the dung OF INVENTION ⁇ is to provide a simple and efficient method for operating a handling apparatus of the proposed here antigenic type.
  • the handling device is vertically movable in or on the mast and comprises a movable arm and at the free end of the arm a tool for detecting a portion of a Bohrge ⁇ rod element, for example a tool in the form of a so-called ⁇ called Elevators or a tool in the form of a gripper.
  • the arm is attached to a unit referred to below as the base. unit of the handling device attached.
  • the handling device Due to the mobility of the handling device on the one hand vertically in or on the mast and on the other hand the mobility of the arm of the handling device, the handling device has at least three degrees of freedom.
  • the first degree of freedom is the vertical mobility of the entire handling device in or on the mast.
  • the second degree of freedom is a Rotary, ⁇ friendliness of the arm of the handling device relative to its base.
  • the third degree of freedom is pivotal mobility of the arm relative to the base.
  • the handling device thus comprises the base movable vertically in or on the mast and the arm which is movable on the base about an axis of rotation and pivotable about a pivot axis.
  • the axis of rotation is paral ⁇ lel or at least substantially parallel to the mast or to a trajectory of the handling device in or on
  • the pivot axis lies in a plane which is perpendicular or at least substantially perpendicular to the mast or ei ⁇ ner movement path of the handling device in or on the mast.
  • Drillfloor the drill rig taken over, erectable in a vertical orientation and raised in the vertical orientation at the level of the so-called finger stage of the drilling rig.
  • Means of the same handling device is the other part - due to the movement of the tool in the x- and y-direction - a drill rod or a drill string in a ver ⁇ tical or substantially vertical orientation from a position in the racking in a position in the borehole movable, in particular in the position referred to as the center of the hole movable, and vice versa.
  • a boring bar or drill string element can be moved vertically to a position above the so-called mouse hole or from the mouse hole into a position above the borehole, in particular into the position borehole center, or from the mouse hole into a position in the region of the finger stage.
  • One and the same machine namely the machine described here and hereinafter as a handling device, thus assumes a plurality of functions for which individual machines were previously provided, namely as far as the movement from or to the finger stage and from or to the center of the hole is concerned Function of a mounted under the finger stage Pipehand- lers, and as far as the function of erecting a Bohrstan ⁇ ge or a drill string element in a vertical Orien ⁇ tion is affected, the function of a Topdrive Elevators.
  • the peculiarity of the subject handling device It also consists in the fact that the described handling ⁇ processes can be done in parallel to the current drilling operation and that, for example, the drilling operation for filling the finger stage with drill string elements must not be interrupted.
  • the drilling operation for combining multiple boring bars to obtain a drill string member referred to in the terminology as a double (two boring bars) or as a triple or stand (three boring bars) must not be interrupted.
  • the handling operations described take place not only optional time in parallel to the drilling operation, but also spatially parallel to a BEWE ⁇ supply area of a provided in the mast to rotate the drill string in the borehole top drive or the like, because of the vertical movement range of such a top drive or the like in the mast and the vertical range of motion of the subject handling device in or on the mast is in parallel or at least substantially parallel but spaced apart planes.
  • the vertical range of motion of the Topdrive or the like is above the well center and along a designated in the specialist terminology as Centerli ⁇ ne drill hole center axis.
  • the vertical movement range of the subject ⁇ handling device extends along an axis parallel to the borehole central axis, or at least substantially parallel, but spaced apart from the hole center axis of the imaginary line.
  • a device in the manner of a trolley is known, which is movable in the mast of a drilling rig in the vertical direction. Attached to the device is a topdrive, which is movable by means of the device in a manner otherwise generally known per se. The device thus takes the place of an otherwise provided for Verti ⁇ cal movement of Topdrive lifting.
  • a (Stand Builder) handling apparatus is known which is movable in the vertical direction along a guide and a transverse having rotatable tool to the plane of the guide.
  • the handling device can with ⁇ means of a
  • the inclination of the drill rod changes and starting from the initially horizontal position, the drill rod passes more and more in a vertical Positi ⁇ on. Due to the rotatability on the level of the Drillfloor substantially horizontal boring bar and erected by an upward movement along the guide of the tool can follow this ⁇ nde ⁇ tion of inclination of the drill string and maintain the drill rod during erection. A recorded by means of the handling device boring bar can then be in the so-called mousehole ( "mouse hole”) are turned off. Then the handling device is free again to receive and erect another boring bar. In an upright configuration, this drill rod can be connected to the drill rod placed in the mouse hole.
  • Such a combina ⁇ tion of two drill rods is a drill pipe element, which is referred to in the technical terminology as a double.
  • the Bohrge ⁇ stSheelement (double) can be pulled out by means of the Handhabungsvorrich ⁇ tung from the mouse hole and a total amount with a second in a previously by means of the handling device
  • Mauseloch parked drill rod to be connected Such a combination of three drilling rods is a drill string, which will be ⁇ draws in technical terminology as a triple or stand.
  • WO 2014 179 727 AI thus acts as a device for combi ⁇ renieren boring bars to Doubles or Stands ("Stand Buil- der").
  • a Handhabungsvorrich ⁇ processing to combine drill rods is also known. This is vertically movable in the mast by means of a cable system and comprises a pivoting sleeve, by means of which the threaded portion of a drill rod can be contacted. A horizontally incoming drill rod is detected by means of the Man ⁇ cuff and erected by pulling the handling apparatus in the mast by means of the handling device.
  • An upright drill rod can be transferred to a Weintermi- in the technology known as Traveling block so-called specific Unterfla ⁇ (clamp) of a certain vertical movement of the drill string to the pulley mechanism.
  • the drill rod is also held there by means of a cuff, such as the hand ⁇ habungsvorraum.
  • a further drill rod can be erected and the drill rod previously transferred to the traveling block can be pulled up to the upper edge of the drill rod erected by means of the handling device.
  • the first two boring bars can be connected to each other (double) and pulled up in the connected state by means of the traveling block in the mast. Subsequently, these are connected to a raised by means of the handling device third boring bar.
  • the handling device straightens the individual drill rods.
  • the hoist with the moving traveling block provided for raising and lowering the entire drill string is necessary. Because the lift is not available for actual drilling and holding the drill string downhole when joining doubles or stalls, it is not possible to speak of an offline stand building.
  • US 6,997,265 a method and a device for "off-line state Building" (combining drill rods to Doubles or article while parallel fortge ⁇ sets of drilling operation is) is known.
  • a further mast is in addition to the drilling mast necessary to the By rotating the mast with the handling device, an upright boring bar can be brought to a position above the mouse hole and lowered there by lowering the handling device
  • a drill pipe element in the form of a stand is pulled up by means of the handling devices from the mouse hole and mounted by turning the mast to a mounted in the drilling mast Pipehandler passed, which puts the drill string element either in a finger stage or brings to combine with the drill string on center of the hole.
  • the advantage of the invention lies first and foremost in the simple yet powerful kinematics of the handling device.
  • the handling device is movable in three degrees of freedom, namely translationally along the mast and rotationally on the one hand about the axis of rotation and on the other hand about the pivot axis.
  • each point in an imaginary cylinder can be reached, the vertical axis of which runs parallel to the vertical axis of the mast of the drilling rig and thus sen radius is determined by the effective length of the arm of the handling ⁇ device.
  • its base is in or on the mast between a position where the tool can capture a drill rod or drill rod combined in a horizontal or substantially horizontal orientation in the area of a drill floor of the rig in a horizontal or substantially horizontal orientation, and a position the combined boring bars by means of the tool in egg ⁇ ner finger stage of the drilling rig can be adjusted, movable.
  • the proposed handling apparatus different from a sometimes referred and in the specialist terminology as Iron Derrikman mounted below the racking machine by the movement possibility in Vertika ⁇ ler direction.
  • the handling device it is movable in the vertical direction along the mast on a distance from a Bohrlochstoffachse and parallel to the Bohrlochstoffachse or at least substantially parallel handling device center line.
  • the mobility along the beab ⁇ stan Deten from the borehole central axis handling device center axis permits a from the other drilling operation temporally and spatially independent operation of the handling device.
  • temporal and spatial independence for example by means of the handling device (temporally and spatially) parallel to the current drilling operation boring bars to two or more drill rods comprehensive drill string elements for use in drilling operation combined and maintained for use in Bohrbe ⁇ drive.
  • control device for controlling a ⁇ handling apparatus as used herein and in the following, wherein said control means operates according to the process described here and in the following method and comprises for this purpose means for carrying out the method.
  • the method described below is preferably implemented in the form of a computer program for automatic or semi-automatic execution or also for execution in a so-called manual mode.
  • the invention is on the one hand to a computer program with computer-executable program code instructions and on the other hand, a storage medium having such a computer program, that is a computer program product with Programmcodemit ⁇ stuffs, and finally a control device, in its memory as a means for carrying out the method and its embodiments, a such computer program is loaded or loadable.
  • FIG. 1 shows a vorgese ⁇ for use in the mast of a drilling rig and for moving drill pipe elements specific handling device
  • Fig. 2 the mast of a drilling rig with a movable thereto
  • FIG. 3 shows a section through the mast transversely to its vertical axis with a view of the mast in the vertical direction (along the vertical axis of the mast) movable handling device according to FIG. 1,
  • FIG. 5 shows the handling device according to FIG. 4 in a side view and with different pivoting positions of an arm of the handling device
  • Fig. 6 different vertical positions of the handling ⁇ device according to Fig. 1 and Fig. 4 on the mast
  • FIG. 10 shows the handling device according to FIG. 1 and FIG. 4 above a finger stage attached to the mast.
  • Fig. 13 snapshots when removing a Bohrgestfiteele- ment from a finger stage on the mast
  • FIG. 1 shows an embodiment of a handling device 20 of the type proposed here for use in a mast 10 of a drilling rig and for moving boring bars 12 (FIGS. 6, 7 and 8) or drill pipe elements 14 (FIG. 9).
  • the handling device 20 is vertically movable in total or in the mast 10.
  • the handling device 20 on the mast 10 is vertically movable ⁇ Lich, namely at the so-called front corner stems 22, 24 of the mast 10 (Masteckstiele 22, 24).
  • the handle lo ⁇ imparting apparatus is performed on the Masteckstielen 22, 24 20, for example by attaching to the Masteckstielen 22, 24 each have a leadership profile 26, 28 (Fig. 3).
  • the guide profiles 26, 28 can be positively contacted by means of corresponding guide counterparts 30, 32 of the handling device 20.
  • an adapter frame connected to the mast 10 (not shown) is also possible.
  • Such an adapter frame is - for example, in the context of retrofitting - mountable on the mast 10 and is mounted to operate the handling device 20 on the mast 10, for example by the adapter frame welded to the mast 10 and / or screwed or is.
  • the adapter frame is mounted, for example, indirectly or directly on the mast 10, in particular on the front Masteckstielen 22, 24, for example by means of a plurality of spacers between the mast 10 and adapter frame.
  • the adapter frame then forms a plane parallel to one side of an envelope surface of the mast 10.
  • Such an adapter frame is placed on the width of the handling device 20, so that the handling device 20 along the adapter frame parallel to the mast 10 in the vertical direction on the mast 10 is movable ⁇ Lich.
  • Such an adapter frame is in the broadest sense a rectangular structural element whose width is determined by the width of the handling device 20 and which is aligned with its largest longitudinal axis parallel or at least substantially ⁇ parallel to the vertical axis of the mast 10.
  • For the vertical movement of the handling device 20 includes fully the adapter frame along the vertical in the mounted state portions of a guide profile 26, 28 of the above-be ⁇ type described or at least a rack or derglei ⁇ surfaces or at least a vertical portion of the adapter frame acts as such a guide profile 26 , 28.
  • the illustration in Figure 2 shows the upper portion of a mast 10 of a drilling rig with further details.
  • a so-called traveling block 34 is movable in a basically known manner by means of a lifting mechanism, not shown.
  • a so-called top drive 36 With the Bohrge ⁇ rod is rotated in the well in a conventional manner.
  • a so-called finger ⁇ stage 38 is shown in the lower area of the portion of pole 10 shown.
  • the handling device 20 can be seen above the finger stage 38.
  • the handling device 20 is vertically movable on the mast 10 by means of a winch 40, for example, mounted in the mast crown.
  • the winch 40 drives a cable pull mechanism on which the handling device 20 hangs by means of a deflection roller 42.
  • the Dar ⁇ position in Figure 2 shows only a snapshot and the illustrated vertical position is to be understood as an example only.
  • the handling device 20 can assume different vertical positions along the mast 10.
  • an embodiment is considered, in which the handling device 20 itself comprises a drive for the vertical movement in or on the mast 10.
  • a rack or the like is mounted in which a by means of a motor or on the hand ⁇ habungsvorraum 20, in particular a hydraulic motor o- the electric motor, driven pinion engages to move the handling device 20 in or on the mast 10 up or down.
  • a winch 40 this can also be attached to the mast base, away from the mast 10 (for example at the location of a so-called hoist) or on the handling device 20 itself.
  • FIG. 3 shows in a schematically simplified manner a section through the mast 10 transverse to its vertical axis.
  • specific exemplary illustrated embodiment in which the handling device is guided on the front Masteckstielen 22, 24 20 by to each front Masteckstiel 22, 24 a guide profile 26, 28 is ⁇ introduced is in the handling apparatus 20 by means of corresponding guide counter profiles 30, 32 engages.
  • the handling device 20 encloses by means of their guide counter-profiles 30, 32 of each guide profile 26, 28 U-shaped, of course, an embodiment into consideration, in the guide profile 26, 28 in cross-section U-shaped and the handling device 20 as a guide counter-profile 30, 32 sliding shoes or the like, which engage in such a guide profile 26, 28.
  • FIG. 3 shows in the center of the mast 10, the position of the wellbore opening 50.
  • the position of the borehole opening 50 defines the central axis of the borehole (see also Figure 6: AI), namely, an imaginary vertical line on drilling ⁇ hole center.
  • AI central axis of the borehole
  • the axes egg nes imaginary Cartesian coordinate system are as follows defi ned ⁇ :
  • the z-axis is parallel to the borehole central axis and shows in mast to mast crown.
  • the associated Richtun ⁇ gene of the x-axis and y-axis are shown in Fig.
  • FIG. 4 shows an isometric view of the handling device 20 without the mast 10. Laterally, the two guide counter-profiles 30, 32 and at the top is the order ⁇ steering roller 42 can be seen with which the handling device 2 0 hangs in the embodiment shown in the guided to the mast ⁇ crown cable pull mechanism.
  • the handling device 20 can be regarded as a combination of an upper or base part 52 and a lower part 54.
  • the base part 52 carries the lower part 54.
  • the lower part 54 is an articulated arm and the lower part 54 is hereinafter referred to as articulated arm 54 or short arm 54.
  • the base 52 may also be referred to as
  • FIG. 4 shows a hydraulic unit 58 attached to the base part 52, by means of which the force is generated for the articulated mobility of the arm 54 described below.
  • the diagram in Figure 5 shows the handling device 2 0 in accordance with Figure 4 in a side view and with different pivot positions of the arm ⁇ union 54th
  • the arm 54 comprises a rotatable shoulder segment 60, an arm segment 62 pivotable on the shoulder segment 60 and a tool 64 at the free end of the arm segment 62.
  • the arm segment 62 comprises two brackets arranged in parallel in the form of or in the manner of so-called elevator brackets, as are known from a topdrive 36.
  • the tool 64 is pivotally mounted, in particular in a manner in which the tool 64 under gravity alone in a horizontal or in the Aligns essentially horizontal orientation.
  • the arm segment 62 below the point of action of the actuator 66 in each bracket on a transverse to the pivot axis R2 effective articulated connection.
  • the tool 64 is manually closed by an operator or automatically or remotely by an operator as the boring bar end is received and opened manually, automatically or remotely to release the boring bar end.
  • an actuator 66 is in a known way provided, which - in each case at a distance from the pivot axis R2 (Fig. 4) - a ⁇ hand on the shoulder portion 60 and on the other hand hinged to the arm segment 62 is.
  • an actuator 66 for example, a hydrau ⁇ likzylinder comes into consideration.
  • FIG. 5 different pivot positions of the arm segment 62 are shown and with reference to the aforementioned coordinate system (see Figures 1, 2 and 3) shows that the Schwenkbe- mobility of the arm segment 62, a positioning of the work ⁇ zeugs 64 transverse to the z-axis allows.
  • Pivoting range of, for example, about + 120 ° to about -120 °) positioning of the tool 64 along the x-axis is possible.
  • the rotatability of the shoulder segment 60 is motorized, for example, by means of a toothed rim, in particular der realized by means of a hydraulic motor or an electric motor, drivable rotary connection.
  • the axis of rotation Rl runs parallel or at least substantially parallel to the mast 10 (to a vertical axis through the
  • the pivot axis R2 lies in a plane perpendicular or at least substantially perpendicular to the mast 10 (to a vertical axis through the mast 10) ) or to the trajectory of the handling device 20 in or on the mast 10th
  • the mentioned imaginary cylinder has a high ⁇ axis parallel or substantially parallel to the vertical axis of the mast 10, a radius that is determined by the length of the Armseg- element 62 and the maximum deflection of the arm segment 62 ⁇ , and a height by the range of movement of the handling device 20 in or on the mast 10 is determined.
  • the mobility of the handling device 20 is again illustrated separately in the lower area of the representation in FIG. 5 by means of the three double arrows there.
  • the handle lo ⁇ imparting apparatus 20 is thus a machine with a translational degree of freedom (movement in the vertical or the mast) and two rotational degrees of freedom (rotation of the Shoulder segment 60 about the rotation axis Rl; Pivotal mobility of the arm segment 62 about the pivot axis R2).
  • the axis of rotation Rl and the pivot axis R2 are shown in the illustration in FIG.
  • the pivot axis R2 is here primarily to distinc- tion from the rotational axis R as a pivot axis designated ⁇ net.
  • the pivot axis R2 can be understood as a rotation axis, namely as a rotation axis with a limited range of rotation.
  • the tool 64 is, for example, a generally known elevator, in any case a device by means of which one end of a drill rod 12 can be grasped and moved, that is, for example, a device in the form of or in the manner of a pair of pliers or a gripper.
  • the tool 64 preferably engages in a region on the boring bar 12, in which the diameter changes from a bar diameter to a larger diameter of a so-called box (the end of the boring bar having an internal thread is referred to as a box). With the resulting due to the larger box diameter shoulder in thedreamoberflä ⁇ che the drill rod 12, this can hang on the tool 64 and is fixed in the axial direction.
  • the tool 64 under the handling device 20 is also shown in the area of the handling device 20.
  • a vertical movement of the handling device 20 in the mast 10 of the arm 54 depends - in particular because of a deactivated actuator 66 and exclu ⁇ Lich under gravitational influence or because of a corresponding control of the actuator 66 - perpendicular 20 under the hand ⁇ habungsvoriques
  • the position of the tool 64 shown in Figure 3 can also serve as position of a hanging under the handling device 20 the drill rod 12 or of the handling device 20 hanging drill pipe element 14 are considered.
  • a vertical axis is (parallel to the well centerline) by this position, referred to as handling device center axis (see also Figure 6: A2) and the distance from the handling device central axis to the borehole central axis is referred to in depicting ⁇ lung in Figure 3 with d2.
  • the handling device 20 can be used for various functions during drilling operation. This includes raising boring bars 12 or drill string elements 14 from a horizontal or substantially horizontal position to a vertical position necessary for drilling operation or parking in the finger stage 38.
  • the width ⁇ ren belongs to the feeding of drill string 14 to the well center while drilling of the bore or picking up of drill string 14 to the well center and the temporary storage of recorded drill string 14, for example, in the finger stage 38.
  • the function of the handling device 20 also includes combining boring bars 12 for obtaining so-called doubles or stands ("stand building").
  • the manner known per se is initially based on a substructure in a manner known per se.
  • the Handhabungsvorrich ⁇ tung is 20 to illustrate their vertical movement from the bottom upwards - that is seen from the mast in the direction of the mast crown - shown in different positions, namely in a lower position (U), (a middle position M ) in a position at the level of the finger stage 38 (F) and an upper position (0).
  • the borehole center axis AI and the handling device center line A2 are shown with parallel and aufeinan ⁇ pointing arrows.
  • the tool 64 is located on the so-called Drillfloor level (Drillfloor 70) or substantially on the Drillfloor level.
  • Drillfloor 70 Drillfloor 70
  • a boring bar 12 is supplied and received by the handling device 20 by means of the tool 64.
  • the handling device 20 is located on a drill floor level, even if this applies more to the tool 64 of the handling device 20.
  • the handling device 20 is along the mast 10 between see the lower position U and the upper position 0 and between each position above the lower position U and below the upper position 0 movable and possibly also passes the finger stage 38.
  • the finger stage 38 for this purpose, with a sufficient distance from the mast 10 to the mast 10, and in a special embodiment it is provided that the finger platform 38 has a recess 74 (FIG. 11), which allows the handling device tion 20 during their vertical movement along the mast 10, the finger stage 38 can happen.
  • the handling device 20 in the lower position U is a laterally fed boring bar 12 received by the tool 64
  • any vertical position of the handling device 20 (depending on the vertical position of the top drive 36 or a comparable device), the tool 64 can be pivoted in the direction of the Bohrlochstoffachse AI or Bohrlochstoffachse AI.
  • the movement range of the handling device 20 in the vertical direction along the mast 10 includes at least the un- tere position U and a position in the racking board 38, so for example the Fingerbühnenpo ⁇ sition F. shown in Figure 6, at least in this area is in or on the Mast 10 at least one guide profile 26, 28 or - as exemplarily shown - two guide profiles 26, 28 respectively attached to the front Masteckstielen 22, 24.
  • the picking up of a boring bar supplied from outside to the drill floor 70 is shown 12 by means of the handling device 20 shown.
  • the boring bar 12 is optionally supplied laterally because there may be additional wellbores in front of and / or behind the rig (lateral to the rig means a direction transverse to a plane through the borehole center axis AI and the operator center axis A2; Direction parallel to the plane through the borehole center axis AI and the handling device center axis A2). Other directions of delivery are also conceivable.
  • the feeding of the boring bar 12 takes place for
  • PULD machine pulse-up-and-lay-down machine
  • the type of delivery is not important and other types of delivery are also conceivable and should be considered as encompassed by the description presented here.
  • the handling device 20 is moved on the guide profiles 26, 28 to the lower position U (see FIG. 6) proceed.
  • the shoulder segment 60 is rotated about the axis of rotation Rl in the direction of the male boring bar 12 (the rotation of the shoulder segment 60 can in principle already begin before reaching the lower position U).
  • the arm segment 62 is pivoted about the pivot axis R2 in the direction of theticianneh ⁇ ing drill rod 12 for receiving the boring bar 12 (the pivoting of the arm segment 62 can basically already begin before reaching the lower position U).
  • the tool 64 through a suitable positioning of the arm 54 (turning around Rl, pivoting about R2) can detect the end of the boring bar 12 and the so-called box there, the tool 64 (automatically ⁇ and / or manually) is closed and the boring bar 12 is so on the Handling device 20 fixed. Subsequently, the handling device 20 is moved along the mast 10 in the direction of the mast crown.
  • the drilling ⁇ rod 12 is raised (the boring bar 12 passes in a vertical orientation) until the boring bar 12 ultimately depends on the tool 64 and vertically below the handling device 20th
  • the actuator 66 may be deactivated (a hydraulic cylinder acting as an actuator 66 is "floated", for example), so that the arm 54 is free to move and eventually also hangs vertically under the base 52 of the handling device 20.
  • the arm 54 is actively pivoted to a vertical position by means of the actuator 66. After raising the boring bar 12, it can be parked in the so-called mouse hole 72 by means of the handling device 20.
  • the Mouse hole 72 is located in extension of the handle device center axis A2 and when it is spaced from the handle device center axis A2 (for example, at more than one mouse hole 72), the boring bar 12 by appropriate positioning of the arm 54 (rotation to R1 and / or panning around R2; whenever it is referred to here and below by a rotation and / or pivoting about the axes Rl and R2, is a possible simultaneous, vorei ⁇ lendes or subsequent movement of the handling device 20 along the z-axis read along for height adjustment) above the mouse hole 72nd positioned and finally parked in the mouse hole 72. If the first recorded boring bar 12 (first boring bar 12) in the mouse hole 72 is turned off, by means of the handling device 20, a further boring bar 12 (second boring bar 12) are received and erected. This is done exactly as explained above.
  • the diagram in Figure 9 shows a snapshot when connecting the second boring bar 12 with the mouse hole 72 located in the first boring bar 12 to give a Bohrge ⁇ stSheelements 14 parallel to the temporally and spatially and un ⁇ depending on the drilling operation.
  • the handling device 20 moves with the second boring bar 12 along the mast 10 at least as far in the direction of the mast crown until the second boring bar 12 hangs freely under the handling device 20.
  • the handling device 20 for connecting the second boring bar 12 with the first boring bar 12 either vertically below the handle lo ⁇ hanging device 20 hanging second boring bar 12 down and toward the projecting from the mouse hole 72 end of the first boring bar 12 or it is previously positioning the arm 54 (rotation by Rl and / or pivoting about R2) necessary to the bring second boring bar 12 in a position above the first boring bar 12.
  • the connecting of the second boring bar 12 to the first boring bar 12 takes place by means of a machine which is basically known per se and not shown in the figures, for example a machine in the form of or in the manner of a so-called iron
  • the hanging tool 64 in the drill rod 12 is then ⁇ at 64 rotatably relative to the tool because no kraftschlüs ⁇ fitting connection between the tool 64 and drill rod 12 is present, or such a non-positive connection is put currency dissolved rend the process of bonding.
  • Ver ⁇ bind the second boring bar 12 with the first drill rod 12 is a called a Double in technical terminology ⁇ drilling rod element 14 is formed.
  • the creation of such drill string 14 can be carried out independently of the current drilling operation because the handle lo ⁇ imparting apparatus 20 thereby moves along the Handhabungsvorrich- tung central axis A2, while a top drive is moved along the borehole central axis AI 36 or the like, so that both be collision-free and independent from each other ⁇ because of.
  • the topdrive 36 can be seen above the borehole opening 50 in the drillfloor 70.
  • the topdrive 36 travels along the well center axis AI defined by the wellbore 50 and the drillstring ( Figure 6).
  • the handling device 20 moves along the borehole spaced from the central axis and parallel AI or AI to the borehole central axis at least in the We ⁇ sentlichen parallel handling device central axis A2.
  • the Handhabungsvorrich- tung central axis A2 coincides with the longitudinal axis of the Bohrge ⁇ stSheelements 14 shown. Due to the distance between the wellbore center line AI and the handling device axis axis A2, the construction of drill string elements 14 may be timed and spatially parallel to and independently of the drilling operation.
  • a drill rod element 14 comprising three drill rods 12 (triple or stand)
  • the drill rod element 14 comprising up to now two drill rods 12 is pulled out of the mouse hole 72 by means of the handling device 20 and by means of the handling device 20 and by suitable positioning of the arm 54 (FIG. Turning around Rl and / or pivoting about R2) parked in or next to the mast 10.
  • a parking position (not shown) are available in which the drill string element 14 is ⁇ at least up, optionally up and down, held by a claw or the like.
  • a further drill rod 12 (third drill rod 12) can be brought, erected and set down in the mouse hole 72 by means of the handling device 20.
  • the drill rod element 14 previously parked in the parking position is resumed and placed above the end of the third boring bar 12 protruding from the mouse hole 72 by means of the handling device 20, as described above.
  • the connection of the previously two drill rods 12 comprehensive drill string member 14 with the third boring bar 12 is again by means of the above-mentioned, provided for producing such a threaded connection machine.
  • the third boring bar 12 bind with the previously two boring bars 12 (first boring bar 12, second drill rod 12) umfas ⁇ send drill string 14 is in the terminology As a triple or stand designated drill string element 14 emerged.
  • a Creating a three drill rods 12 is comprehensive BohrgestSheelements 14 (Triple or still) possible with ⁇ means of a further mousehole 72nd
  • the mouse hole 72 in which, after connecting a second boring bar 12 with a first boring bar 12, the drill rod element 12 comprising two boring bars 12, is referred to as the first mouse hole 72 and the further mouse hole (not shown) as the second mouse hole.
  • stalls can be completely independent of the current drilling operation, because the handling device 20 continues to move only along the handling device center axis A2, while a top drive 36 or the like moves along the borehole center axis AI, so that both are collision-free and independent from one another can move.
  • the production of drill pipe elements 14 in the form of stands, which is independent of the current drilling operation, is also referred to as offline stand-building, and accordingly the present handling apparatus 20 functions as an offline stand-builder.
  • a document created by means of the handling device 20 drill string 14, namely, a two boring bars 12 complete drill string 14 (double) or three drilling rods 12 complete drill string 14 (Triple, supernatant) can be supplied with ⁇ means of the handling device 20 directly to the Bohrpro- process.
  • the Topdrive 36 is released from the drilling-floor-ending head of the drill string and moved in the mast 10 to the mast crown.
  • the drill pipe element 14 can be brought to the center of the borehole by suitable positioning of the arm 54 (turning around R1, pivoting about R2) and there in a basically known manner on the one hand with the top drive 36 and on the other hand with the head of the drill Drill strand are connected.
  • the arm 54 of the handling device 20 comes controlled in the range of movement (Bohrlochstoffstoffachse AI) of Topdrive 36 or other provided for driving the drill string device. This is possible without collision, by this or this was previously moved to a sufficient height in the mast 10.
  • the illustration in Figure 1 shows the handling device 20 having a tilted toward the well center arm 54, however, (in the interests of clarity of illustration) without the tool 64 tuden ⁇ constricting drill string fourteenth
  • a document created by means of the handling device 20 drill string 14, namely, a two boring bars 12 complete drill string 14 (double) or three drilling rods 12 complete drill string 14 (Triple, supernatant) can with ⁇ means of the handling device 20 in the racking board 38 or a comparable device be turned off. Whether in the finger stage 38 Doubles or Stands can be turned off, depends on the length of a single boring bar 12 and the height of the finger stage 38 on the mast 10 from. Often, the finger platform 38 is located on the mast 10 at a height that allows for the shutdown of three drill rods 12 comprising drill string elements 14 (Stands).
  • the illustration in Figure 10 shows the subject handle lo ⁇ exercise device 20 in a position above the stage fingers 38 (see Figure 6: Position F).
  • the handling device 20 is shown with an arm 54 pivoted in the direction of the borehole center.
  • the arm 54 can be pivoted (by turning around Rl and / or pivoting about R2) on the finger stage 38 to there in a basically known manner and Way between the fingers of the finger stage 38 Bohrge ⁇ rod elements 14 off or picked up there Bohrge ⁇ rod element 14 pick up.
  • the illustration in Figure 11 shows a snapshot when parking a BohrgestCodeelements 14 by means of the handle lo ⁇ exercise device 20 in the racking board 38 (or upon collection of a BohrgestSheelements 14 from the finger stage 38). It can be seen that the shoulder segment 60 (Fig. 5) is rotated and the arm segment 62 pivoted to that by means of the tool
  • the two rotatory degrees of freedom of the handling device 20 also allow linear movements in the xy plane in a manner known per se by simultaneous activation of both degrees of freedom.
  • the effective height of the arm 54 resulting from increasing deflection of the arm 54 can be compensated by a vertical movement (movement along the z-axis), so that the tool 64 of the handling device 20 can assume predetermined or specifiable linear trajectories in the xy axis.
  • Level follows.
  • the handling device 20 can automatically turn off a drill string member 14 between two predetermined or default fingers of the finger stage 38 (initial linear movement transverse to the fingers of the finger stage 38 and into the finger stage 38 by pivoting about R2; then linear motion parallel to the fingers of the finger stage 38 and into the space between two fingers by turning around Rl and pivoting about R2) or a drill pipe element 14 abho ⁇ len there.
  • this parking a drill string element 14 in the finger stage 38 or picking up a BohrgestCode- ment 14 from the finger platform 38 may (in time and space) take place in parallel to the drilling operation and independent of the ongoing drilling operation because the handling device 20 moves in the vertical direction only along the handling device central axis A2, and not in the loading ⁇ wegungs Scheme a top drive or The like, so that both can move independently of each other without collision.
  • the handling device 20 by means of the handling device 20 by continuously picking up new boring bars 12 as described above and combining individual boring bars 12 into drill string elements 14, as also described above, successive filling of the finger stage 38 with stands is possible and completely independent of the otherwise continued one drilling operations.
  • the resulting drill string 14 supplied to the drilling process ⁇ results - during the filling of the fingers stage 38 of the handling device 20 can, if necessary, a drill string be removed from the finger stage 38 14 and supplied to the drilling process with ⁇ means of - as described above - as also described above.
  • FIG. 12 shows a snapshot in which a drill pipe element 14 has been removed from the finger stage 38 by means of the handling device 20 and is hanging vertically under the handling device 20 in its tool 64.
  • the recorded drill string element 14 is to be supplied to the drilling process.
  • the handling device 20 is in a waiting position and it is waited until the top drive 36 in the mast 10 has traveled sufficiently far in the direction of the mast crown until the drill pipe element 14 received by means of the hand-held 20 can be brought to the borehole center under the top drive 36, as shown in the 13 dargestell ⁇ th snapshot.
  • Bohrge ⁇ rod element 14 is connected in a basically known manner at the bottom (at the drill floor level) by means of a dedicated machine, in particular a machine in the form of or in the manner of a so-called Iron Roughneck, with the upper end of the drill string ,
  • the upper end of the drill pipe element 14 is coupled to the top drive 36 beforehand or subsequently in a basically known manner.
  • the tool 64 (manually, automatically or remotely controlled by an operator) opened and the drill string member 14 from the handling device 20 ge ⁇ triggers.
  • a recess 74 facing the mast 10 can be seen in the finger stage 38, which shows a vertical movement of the handling device 20 from a position above the finger stage 38 to a position below the finger stage 38 and vice versa - ie GeWiS ⁇ water masses a "passing through" the finger stage 38 allowed.
  • the determination of the trajectories for the tool 64 takes place in a basically known manner, for example by means of a coordinate transformation from a Cartesian coordinate system into a cylindrical coordinate system.
  • Cartesian coordinate system the start and end points of a planned trajectory and possibly individual interpolation points are specified on such a trajectory or a multiplicity of such interpolation points.
  • the coordinate transformation yields one equivalent in the cylindrical coordinate system.
  • control signals 80 for controlling the provided for moving the handling device units) takes place by means of an automatic or semi-automatic operation of the handling device 20 provided control device 76 (Fig. 14), for example a control device 76 in the form of a programmable logic controller or the like.
  • control device 76 which comprises in known manner a proces ⁇ processing unit in the form of or in the manner of a microprocessor and a memory, in which a link and operation of the Handling device 20 executed and acting as Steue ⁇ tion program of the handling device 20 computer program 78 is loaded.
  • control signals 80 for controlling the for moving the handling device 20 be loaded voted aggregates generated, and these are applied in a manner known per be ⁇ manner with the respective control signal 80 or the respective control signals 80th
  • winch 40 hydraulic unit 58 and motor 82.
  • the winch 40 or a ver ⁇ gleichbares unit is provided for vertically moving the handle lo ⁇ imparting apparatus 20 in or on the mast 10th
  • the hydraulic unit 58 is provided for generating a pressure for moving the actuator 66 and correspondingly for pivoting the arm segment 62 about the pivot axis R2.
  • the motor 82 for example a motor 82 in the form of a hydraulic or electric motor, is associated with the rotary drive for rotating the shoulder segment 60 about the axis of rotation Rl.
  • the movement of the handle lo ⁇ exercise device 20 can automatically, semi-automatically, or in the so-called manual operation done.
  • an operator moves the handling device 20 to a certain extent "on sight” and actuates it in basically known manner one or more controls on an operating device, for example a control panel or the like detected and evaluated and by ⁇ means of the control device 76 control signals are generated automatically, which cause activation of the or each necessary for the respectively necessary movement of the handling device 20.
  • semiautomatic operation for example, by operating a Consele ⁇ ment the method of the handling device 20 in a certain position, for example the lower position U or the finger stage position.
  • ⁇ br/> ⁇ br/> In the context of the automatic sub-system, for example, before or in connection with a vertical movement, the arm 54 is transformed into a vertical St placed or the vertical movement remains locked until the arm 54 is hanging vertically.
  • variously extensive movement sequences can be performed automatically and basically without the need for user intervention, for example placing a boring bar 12 in the mouse hole 72, picking up an externally fed boring bar 12 and then placing it in the mouse hole 72, connecting a plurality of externally fed boring bars 12 to a drill string member 14, connecting a plurality of externally supplied drill rods 12 to a drill string member 14, and final placement in the fin stage 38 and so on.
  • the handling device 20 for use in the mast 10 of a drilling rig and for moving boring bars 12, or drill string 14 as well as a process for their operation.
  • the handling device 20 comprises a base 52 which is vertically movable in or on the mast 10 and a base 52 which is movable about a rotation axis R 1
  • the rotation axis R extends parallel or at least substantially parallel to the mast 10 or a path of movement (handling device central axis A2) of the Handhabungsvor ⁇ direction 20 in or on the mast 10.
  • the around the rotation axis Rl rotatable movable arm 54 is also pivotally movable, namely at least one pivot axis R2 pivotally.
  • the pivot axis R2 lies in a plane perpendicular or at least essenli ⁇ chen perpendicular to the mast 10 or the trajectory (Handha- At the free end of the arm 54, the handling device 20 comprises a particularly movable tool 64 for detecting a portion of an end of a drill rod 12 or an end of a drill string member 14.

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Abstract

The invention relates to a handling device (20) for use in the mast (10) of a drilling rig and for moving drill rods (12) or drill pipe elements (14), and to a method for operating same, wherein the handling device (20) comprises a base (52) which is vertically movable in or on the mast (10), wherein the handling device (20) has, on the base (52), an arm (54) which is movable about an axis of rotation (R1), wherein the axis of rotation (R1) is parallel or at least substantially parallel to the mast (10) or a movement path of the handling device (20) in or on the mast (10), wherein the arm (54) is pivotable about at least one pivot axis (R2).

Description

HANDHABUNGSVORRICHTUNG ZUR VERWENDUNG IM MAST EINER BOHRANLAGE UND VERFASHREN ZUM BEWEGEN VON BOHRSTANGEN ODER BOHRGESTÄNGEELEMENTEN  HANDLING DEVICE FOR USE IN THE MAST OF A DRILLING SYSTEM AND PROCESSING FOR MOVING DRILLING BARS OR DRILLING ELEMENTS
Beschreibung description
5 Handhabungsvorrichtung zur Verwendung im Mast einer Bohranlage und zum Bewegen von Bohrstangen oder Bohrgestängeelementen, Verfahren zum Betrieb einer solchen Handhabungsvorrichtung und Bohranlage mit einer solchen Handhabungsvorrichtung 5 Handling device for use in the mast of a drilling rig and for moving boring bars or drill string elements, method for operating such a handling device and drilling rig with such a handling device
10 Die Erfindung betrifft zuvorderst eine Handhabungsvorrichtung, welche zur Verwendung im Mast einer Bohranlage sowie The invention relates firstly to a handling device which is for use in the mast of a drilling rig, as well as
zum Bewegen von Bohrstangen oder Bohrgestängeelementen bestimmt und eingerichtet ist. Die Erfindung betrifft im Weite¬ ren eine Bohranlage mit einer solchen Handhabungsvorrichtung, intended and arranged for moving boring bars or drill pipe elements. The invention relates in width ¬ ren a drilling rig with such a handling apparatus,
15 ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Handhabungsvorrichtung sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Bohranlage mit ei¬ ner solchen Handhabungsvorrichtung. Schließlich betrifft die 15 a method for operating such a handling device and a method for operating a drilling rig with egg ¬ ner such handling device. Finally, the concerns
Erfindung auch eine Bohranlage mit einer solchen Handhabungs¬ vorrichtung . Invention also a drilling rig with such a handling ¬ device.
20  20
Aus der US 7,246,983 B ist eine gattungsgemäße Handhabungs¬ vorrichtung zur Verwendung im Mast einer Bohranlage bekannt, From US 7,246,983 B a generic handling ¬ apparatus for use in the mast of a drilling rig is known,
bei der mittels einer Scherenhubmechanik ein Greifer zwischen  when using a Scherenhubmechanik a gripper between
Bohrlochmitte und einer Position über einer zum Abstellen von  Borehole center and a position above one to turn off
25 Bohrgestängeelementen bestimmten, sogenannten Fingerbühne  25 Bohrgestängeelementen certain, so-called finger stage
verschwenkbar ist. Aufgrund der Schwenkbewegung ergeben sich  is pivotable. Due to the pivoting movement arise
unterschiedliche Höhen des freien Endes der Scherenhubmecha¬ nik, so dass der Greifer zum Ausgleich dieser Höhenunterschiede mittels einer dafür vorgesehenen Einrichtung in ver-different heights of the free end of Scherenhubmecha ¬ nik, so that the gripper to compensate for these height differences by means of a device provided for this purpose in
30 tikaler Richtung verfahrbar ist. Zum Erreichen unterschiedlicher Positionen innerhalb der Fingerbühne ist eine weitere 30 tikaler direction is movable. To reach different positions within the finger stage is another
axiale Positionierbarkeit des Greifers, nämlich in horizonta¬ ler Richtung, notwendig. Dafür umfasst die Vorrichtung der US 7,246,983 B am freien Ende der Scherenhubmechanik eine entlang des freien Endes der Scherenhubmechanik bewegliche Vorrichtung nach Art einer Laufkatze, welche die die Vertikalbe¬ wegung des Greifers ermöglichende Einheit trägt. axial positioning of the gripper, namely in horizontal ¬ ler direction, necessary. For this, the device of the US 7,246,983 B at the free end of the scissor lift mechanism along the free end of the scissor lift mechanism movable device in the manner of a trolley, which carries the Vertikalbe ¬ movement of the gripper enabling unit.
Eine solche Ausführungsform einer zur Verwendung im Mast einer Bohranlage bestimmten Handhabungsvorrichtung ist vergleichsweise aufwendig und weist zudem ungünstige Beschrän¬ kungen hinsichtlich ihres Bewegungsumfangs auf. Such an embodiment of a product intended for use in the mast of a drilling rig handling apparatus is comparatively complicated and also has adverse effects on restric ¬ with respect to their range of motion.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht entsprechend darin, eine weitere Ausführungsform einer zur Verwendung im Mast einer Bohranlage vorgesehenen und zum Bewegen von Bohrgestängeele¬ menten bestimmten Handhabungsvorrichtung anzugeben, insbeson- dere eine solche Handhabungsvorrichtung, welche zumindest einzelne Nachteile der im Stand der Technik bekannten Handha¬ bungsvorrichtung vermeidet. Eine weitere Aufgabe der Erfin¬ dung besteht darin, ein einfaches und effizientes Verfahren zum Betrieb einer Handhabungsvorrichtung der hier vorgeschla- genen Art anzugeben. An object of the invention is accordingly therein, an intended for use in the mast of a drilling rig and for moving Bohrgestängeele ¬ elements specific handling apparatus to provide a further embodiment, and in particular such a handling device which has at least some disadvantages of the known prior art handle lo ¬ imparting apparatus avoids. Another object of the dung OF INVENTION ¬ is to provide a simple and efficient method for operating a handling apparatus of the proposed here antigenic type.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels einer zur Verwen¬ dung im Mast einer Bohranlage vorgesehenen und zum Bewegen von Bohrstangen oder Bohrgestängeelementen bestimmten und im Folgenden als Handhabungsvorrichtung bezeichneten Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dazu ist bei einer solchen Handhabungsvorrichtung Folgendes vorgesehen: Die Handhabungsvorrichtung ist im oder am Mast vertikal beweglich und umfasst einen beweglichen Arm sowie am freien Ende des Arms ein Werkzeug zum Erfassen eines Abschnitts eines Bohrge¬ stängeelements, zum Beispiel ein Werkzeug in Form eines soge¬ nannten Elevators oder ein Werkzeug in Form eines Greifers. Der Arm ist an einer im Folgenden als Basis bezeichneten Ein- heit der Handhabungsvorrichtung angebracht. Aufgrund der Beweglichkeit der Handhabungsvorrichtung einerseits vertikal im oder am Mast und andererseits der Beweglichkeit des Arms der Handhabungsvorrichtung besitzt die Handhabungsvorrichtung zu- mindest drei Freiheitsgrade. Der erste Freiheitsgrad ist die vertikale Beweglichkeit der gesamten Handhabungsvorrichtung im oder am Mast. Der zweite Freiheitsgrad ist eine Drehbeweg¬ lichkeit des Arms der Handhabungsvorrichtung relativ zu deren Basis. Der dritte Freiheitsgrad ist eine Schwenkbeweglichkeit des Arms relativ zur Basis. Die Handhabungsvorrichtung um- fasst also die im oder am Mast vertikal bewegliche Basis und den an der Basis um eine Drehachse beweglichen sowie um eine Schwenkachse schwenkbeweglichen Arm. Die Drehachse ist paral¬ lel oder zumindest im Wesentlichen parallel zum Mast oder zu einer Bewegungsbahn der Handhabungsvorrichtung im oder amThis object is achieved by means of a provided for Verwen ¬ tion in the mast of a drilling rig and intended for moving boring bars or drill pipe elements and hereinafter referred to as handling device machine with the features of claim 1. The handling device is vertically movable in or on the mast and comprises a movable arm and at the free end of the arm a tool for detecting a portion of a Bohrge ¬ rod element, for example a tool in the form of a so-called ¬ called Elevators or a tool in the form of a gripper. The arm is attached to a unit referred to below as the base. unit of the handling device attached. Due to the mobility of the handling device on the one hand vertically in or on the mast and on the other hand the mobility of the arm of the handling device, the handling device has at least three degrees of freedom. The first degree of freedom is the vertical mobility of the entire handling device in or on the mast. The second degree of freedom is a Rotary, ¬ friendliness of the arm of the handling device relative to its base. The third degree of freedom is pivotal mobility of the arm relative to the base. The handling device thus comprises the base movable vertically in or on the mast and the arm which is movable on the base about an axis of rotation and pivotable about a pivot axis. The axis of rotation is paral ¬ lel or at least substantially parallel to the mast or to a trajectory of the handling device in or on
Mast. Die Schwenkachse liegt in einer Ebene, welche senkrecht oder zumindest im Wesentlichen senkrecht zum Mast oder zu ei¬ ner Bewegungsbahn der Handhabungsvorrichtung im oder am Mast steht . Mast. The pivot axis lies in a plane which is perpendicular or at least substantially perpendicular to the mast or ei ¬ ner movement path of the handling device in or on the mast.
Mittels einer vergleichsweise einfachen Kinematik ergibt sich damit eine Handhabungsvorrichtung, die sich durch äußerst flexible Bewegungsmöglichkeiten auszeichnet. Wenn man als z- Achse eines kartesischen Koordinatensystems eine Achse an- nimmt, die von Bohrlochmitte zur Mastkrone zeigt, kann der Arm das Werkzeug in im Wesentlichen jede x- und y-Position bewegen. Mittels der vertikalen Beweglichkeit der Handha¬ bungsvorrichtung kommt noch die Erreichbarkeit verschiedens¬ ter z-Positionen hinzu. Mittels der hier vorgeschlagenen ein- fachen Kinematik der Handhabungsvorrichtung kann also deren Werkzeug beinahe jeden Raumpunkt des kartesischen Koordina¬ tensystems erreichen, wobei sich Beschränkungen in z-Richtung aufgrund des Umfangs der vertikalen Beweglichkeit im oder am Mast und Beschränkungen in x-, y-Richtung im Wesentlichen aufgrund der wirksamen Länge des Arms ergeben. By means of a comparatively simple kinematics, this results in a handling device which is characterized by extremely flexible movement possibilities. By assuming as the z-axis of a Cartesian coordinate system an axis pointing from the center of the hole to the mast crown, the arm can move the tool to essentially any x and y position. By means of the vertical movement of the handle lo ¬ imparting apparatus or the accessibility differents ter ¬ z positions is added. By means of the proposed single fold kinematics of the handling apparatus can therefore achieve almost the tool every spatial point of the Cartesian Coordina ¬ tensystems, wherein restrictions in the z-direction due to the amount of vertical mobility in or on the Mast and constraints in the x, y direction, essentially due to the effective length of the arm.
Mittels der Handhabungsvorrichtung ist - aufgrund der verti- kalen Beweglichkeit - einerseits eine Bohrstange oder ein Bohrgestängeelement in einer horizontalen oder im Wesentli¬ chen horizontalen Orientierung auf Höhe des sogenannten By means of the handling device is - due to the verti- cal mobility - the one hand, a drill rod or a drill string in a horizontal or in Wesentli ¬ chen horizontal orientation at the level of the so-called
Drillfloor der Bohranlage übernehmbar, in eine vertikale Orientierung aufrichtbar und in der vertikalen Orientierung auf Höhe der sogenannten Fingerbühne der Bohranlage anhebbar.Drillfloor the drill rig taken over, erectable in a vertical orientation and raised in the vertical orientation at the level of the so-called finger stage of the drilling rig.
Mittels derselben Handhabungsvorrichtung ist andererseits - aufgrund der Beweglichkeit des Werkzeugs in x- und y-Richtung - eine Bohrstange oder ein Bohrgestängeelement in einer ver¬ tikalen oder im Wesentlichen vertikalen Orientierung aus ei- ner Position im Bereich der Fingerbühne in eine Position im Bereich des Bohrlochs beweglich, insbesondere in die als Bohrlochmitte bezeichnete Position beweglich, und umgekehrt. Weiter ist mittels derselben Handhabungsvorrichtung eine Bohrstange oder ein Bohrgestängeelement in vertikaler Orien- tierung in eine Position über dem sogenannten Mauseloch oder vom Mauseloch in eine Position über dem Bohrloch, insbesondere in die Position Bohrlochmitte, oder vom Mauseloch in eine Position im Bereich der Fingerbühne beweglich. Ein und dieselbe Maschine, nämlich die hier und im Folgenden als Handha- bungsvorrichtung bezeichnete Maschine, übernimmt damit eine Mehrzahl von Funktionen, für die bisher einzelne Maschinen vorgesehen waren, nämlich soweit die Bewegung von oder zur Fingerbühne und von oder zur Bohrlochmitte betroffen ist, die Funktion eines unter der Fingerbühne angebrachten Pipehand- lers, und soweit die Funktion des Aufrichtens einer Bohrstan¬ ge oder eines Bohrgestängeelements in eine vertikale Orien¬ tierung betroffen ist, die Funktion eines Topdrive Elevators. Die Besonderheit der gegenständlichen Handhabungsvorrichtung besteht dabei auch darin, dass die beschriebenen Handhabungs¬ vorgänge zeitlich parallel zum laufenden Bohrbetrieb erfolgen können und dass zum Beispiel der Bohrbetrieb zum Füllen der Fingerbühne mit Bohrgestängeelementen nicht unterbrochen wer- den muss. Des Weiteren muss der Bohrbetrieb zum Kombinieren mehrerer Bohrstangen zum Erhalt eines in der Fachterminologie als Double (zwei Bohrstangen) oder als Triple oder Stand (drei Bohrstangen) bezeichneten Bohrgestängeelements nicht unterbrochen werden. Die beschriebenen Handhabungsvorgänge erfolgen nicht nur optional zeitlich parallel zum laufenden Bohrbetrieb, sondern auch räumlich parallel zu einem Bewe¬ gungsbereich eines im Mast zum Drehen des Bohrstrangs im Bohrloch vorgesehenen Topdrive oder dergleichen, denn der vertikale Bewegungsbereich eines solchen Topdrive oder der- gleichen im Mast und der vertikale Bewegungsbereich der gegenständlichen Handhabungsvorrichtung im oder am Mast liegt in parallelen oder zumindest im Wesentlichen parallelen, aber voneinander beabstandeten Ebenen. Der vertikale Bewegungsbereich des Topdrive oder dergleichen liegt über der Bohrloch- mitte und entlang einer in der Fachterminologie als Centerli¬ ne bezeichneten Bohrlochmittelachse. Der vertikale Bewegungs¬ bereich der gegenständlichen Handhabungsvorrichtung verläuft entlang einer zur Bohrlochmittelachse parallelen oder zumindest im Wesentlichen parallelen, aber von der Bohrlochmittel- achse beabstandeten gedachten Linie. Means of the same handling device is the other part - due to the movement of the tool in the x- and y-direction - a drill rod or a drill string in a ver ¬ tical or substantially vertical orientation from a position in the racking in a position in the borehole movable, in particular in the position referred to as the center of the hole movable, and vice versa. Further, by means of the same handling device, a boring bar or drill string element can be moved vertically to a position above the so-called mouse hole or from the mouse hole into a position above the borehole, in particular into the position borehole center, or from the mouse hole into a position in the region of the finger stage. One and the same machine, namely the machine described here and hereinafter as a handling device, thus assumes a plurality of functions for which individual machines were previously provided, namely as far as the movement from or to the finger stage and from or to the center of the hole is concerned Function of a mounted under the finger stage Pipehand- lers, and as far as the function of erecting a Bohrstan ¬ ge or a drill string element in a vertical Orien ¬ tion is affected, the function of a Topdrive Elevators. The peculiarity of the subject handling device It also consists in the fact that the described handling ¬ processes can be done in parallel to the current drilling operation and that, for example, the drilling operation for filling the finger stage with drill string elements must not be interrupted. Furthermore, the drilling operation for combining multiple boring bars to obtain a drill string member referred to in the terminology as a double (two boring bars) or as a triple or stand (three boring bars) must not be interrupted. The handling operations described take place not only optional time in parallel to the drilling operation, but also spatially parallel to a BEWE ¬ supply area of a provided in the mast to rotate the drill string in the borehole top drive or the like, because of the vertical movement range of such a top drive or the like in the mast and the vertical range of motion of the subject handling device in or on the mast is in parallel or at least substantially parallel but spaced apart planes. The vertical range of motion of the Topdrive or the like is above the well center and along a designated in the specialist terminology as Centerli ¬ ne drill hole center axis. The vertical movement range of the subject ¬ handling device extends along an axis parallel to the borehole central axis, or at least substantially parallel, but spaced apart from the hole center axis of the imaginary line.
Aus der US 2016 312 548 A ist eine Vorrichtung nach Art einer Laufkatze bekannt, die im Mast einer Bohranlage in vertikaler Richtung beweglich ist. An der Vorrichtung ist ein Topdrive angebracht, der mittels der Vorrichtung in ansonsten grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise beweglich ist. Die Vorrichtung tritt damit an die Stelle eines sonst zur Verti¬ kalbewegung des Topdrive vorgesehenen Hebewerks. Aus der WO 2014 179 727 AI ist eine Handhabungsvorrichtung („Stand Builder") bekannt, die in vertikaler Richtung entlang einer Führung beweglich ist und ein quer zur Ebene der Füh- rung drehbares Werkzeug aufweist. Auf diese Weise kann mit¬ tels der Handhabungsvorrichtung eine auf Ebene des Drillfloor im Wesentlichen horizontale Bohrstange übernommen und mittels einer Aufwärtsbewegung entlang der Führung aufgerichtet werden. Beim Aufrichten ändert sich die Neigung der Bohrstange und ausgehend von der anfänglich horizontalen Position gelangt die Bohrstange mehr und mehr in eine vertikale Positi¬ on. Durch die Drehbarkeit des Werkzeugs kann dieses der Ände¬ rung der Neigung der Bohrstange folgen und die Bohrstange während des Aufrichtens halten. Eine mittels der Handhabungs- Vorrichtung aufgenommene Bohrstange kann anschließend in dem sogenannten Mauseloch („Mouse Hole") abgestellt werden. Dann ist die Handhabungsvorrichtung wieder frei, um eine weitere Bohrstange aufzunehmen und aufzurichten. In aufgerichteter Konfiguration kann diese Bohrstange mit der im Mauseloch platzierten Bohrstange verbunden werden. Eine solche Kombina¬ tion zweier Bohrstangen ist ein Bohrgestängeelement, das in der Fachterminologie als Double bezeichnet wird. Das Bohrge¬ stängeelement (Double) kann mittels der Handhabungsvorrich¬ tung aus dem Mauseloch herausgezogen und insgesamt mit einer zuvor mittels der Handhabungsvorrichtung in einem zweitenFrom US 2016 312 548 A a device in the manner of a trolley is known, which is movable in the mast of a drilling rig in the vertical direction. Attached to the device is a topdrive, which is movable by means of the device in a manner otherwise generally known per se. The device thus takes the place of an otherwise provided for Verti ¬ cal movement of Topdrive lifting. From WO 2014 179 727 Al a ( "Stand Builder") handling apparatus is known which is movable in the vertical direction along a guide and a transverse having rotatable tool to the plane of the guide. In this way, the handling device can with ¬ means of a When drilling, the inclination of the drill rod changes and starting from the initially horizontal position, the drill rod passes more and more in a vertical Positi ¬ on. Due to the rotatability on the level of the Drillfloor substantially horizontal boring bar and erected by an upward movement along the guide of the tool can follow this Ände ¬ tion of inclination of the drill string and maintain the drill rod during erection. A recorded by means of the handling device boring bar can then be in the so-called mousehole ( "mouse hole") are turned off. Then the handling device is free again to receive and erect another boring bar. In an upright configuration, this drill rod can be connected to the drill rod placed in the mouse hole. Such a combina ¬ tion of two drill rods is a drill pipe element, which is referred to in the technical terminology as a double. The Bohrge ¬ stängeelement (double) can be pulled out by means of the Handhabungsvorrich ¬ tung from the mouse hole and a total amount with a second in a previously by means of the handling device
Mauseloch abgestellten Bohrstange verbunden werden. Eine solche Kombination von drei Bohrstangen ist ein Bohrgestängeelement, das in der Fachterminologie als Triple oder Stand be¬ zeichnet wird. Die Handhabungsvorrichtung der Mauseloch parked drill rod to be connected. Such a combination of three drilling rods is a drill string, which will be ¬ draws in technical terminology as a triple or stand. The handling device of
WO 2014 179 727 AI fungiert damit als Vorrichtung zum Kombi¬ nieren von Bohrstangen zu Doubles oder Stands („Stand Buil- der") . Aus der US 7,967,540 ist ebenfalls eine Handhabungsvorrich¬ tung zum Kombinieren von Bohrstangen bekannt. Diese ist mittels eines Seilzugsystems vertikal im Mast beweglich und um- fasst eine schwenkbewegliche Manschette, mittels derer der Gewindeabschnitt einer Bohrstange kontaktiert werden kann. Eine horizontal ankommende Bohrstange wird mittels der Man¬ schette erfasst und durch Hochziehen der Handhabungsvorrichtung im Mast mittels der Handhabungsvorrichtung aufgerichtet. Eine aufgerichtete Bohrstange kann an eine in der Fachtermi- nologie als Travelling Block bezeichnete sogenannte Unterfla¬ sche (Kloben) einer zur Vertikalbewegung des Bohrstrangs bestimmten Flaschenzugmechanik übergeben werden. Die Bohrstange wird dort ebenfalls mittels einer Manschette wie an der Hand¬ habungsvorrichtung gehalten. Danach kann mittels der Handha- bungsvorrichtung eine weitere Bohrstange aufgerichtet und die zuvor an den Travelling Block übergebene Bohrstange zur Oberkante der mittels der Handhabungsvorrichtung aufgerichteten Bohrstange hochgezogen werden. Jetzt können die ersten beiden Bohrstangen miteinander verbunden werden (Double) und im ver- bundenen Zustand mittels des Travelling Block weiter im Mast hochgezogen werden. Anschließend werden diese mit einer mittels der Handhabungsvorrichtung aufgerichteten dritten Bohrstange verbunden. Die Handhabungsvorrichtung richtet die einzelnen Bohrstangen auf. Zum Kombinieren der Bohrstangen zum Erhalt von Doubles oder Stands ist das zum Aufziehen und Ab¬ lassen des gesamten Bohrstrangs vorgesehene Hebewerk mit dem damit bewegten Travelling Block notwendig. Weil damit beim Zusammenfügen von Doubles oder Stands das Hebewerk nicht für den eigentlichen Bohrbetrieb und das Halten des Bohrstrangs im Bohrloch zur Verfügung steht, kann nicht von einem „Offline Stand Building" gesprochen werden. Aus der US 6,997,265 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum „Off-line Stand Building" (Kombinieren von Bohrstangen zu Doubles oder Stands, während parallel der Bohrbetrieb fortge¬ setzt wird) bekannt. Hier ist zusätzlich zum Bohrmast ein weiterer Mast erforderlich, an dem zwei Handhabungseinrichtungen vertikal beweglich sind. Mittels jeder Handhabungseinrichtung lässt sich eine Bohrstange aufrichten. Durch Drehung des Masts mit der Handhabungseinrichtung kann eine aufgerichtete Bohrstange in eine Position über dem Mauseloch gebracht und durch Absenken der Handhabungseinrichtung dort abgestellt werden. Weitere mittels der Handhabungseinrichtung aufgerichtete Bohrstangen können mit der im Mauseloch befindlichen Bohrstange verbunden werden, so dass sich ein Double und schließlich ein Stand ergibt. Ein Bohrgestängeelement in Form eines Stands wird mittels der Handhabungseinrichtungen aus dem Mauseloch hochgezogen und durch Drehen des Masts an einen im Bohrmast angebrachten Pipehandler übergeben, welcher das Bohrgestängeelement entweder in einer Fingerbühne abstellt oder zur Kombination mit dem Bohrstrang auf Bohrlochmitte bringt. WO 2014 179 727 AI thus acts as a device for combi ¬ renieren boring bars to Doubles or Stands ("Stand Buil- der"). From US 7,967,540 a Handhabungsvorrich ¬ processing to combine drill rods is also known. This is vertically movable in the mast by means of a cable system and comprises a pivoting sleeve, by means of which the threaded portion of a drill rod can be contacted. A horizontally incoming drill rod is detected by means of the Man ¬ cuff and erected by pulling the handling apparatus in the mast by means of the handling device. An upright drill rod can be transferred to a Fachtermi- in the technology known as Traveling block so-called specific Unterfla ¬ (clamp) of a certain vertical movement of the drill string to the pulley mechanism. The drill rod is also held there by means of a cuff, such as the hand ¬ habungsvorrichtung. Thereafter, by means of the handling device, a further drill rod can be erected and the drill rod previously transferred to the traveling block can be pulled up to the upper edge of the drill rod erected by means of the handling device. Now the first two boring bars can be connected to each other (double) and pulled up in the connected state by means of the traveling block in the mast. Subsequently, these are connected to a raised by means of the handling device third boring bar. The handling device straightens the individual drill rods. To combine the boring bars to obtain doubles or stalls, the hoist with the moving traveling block provided for raising and lowering the entire drill string is necessary. Because the lift is not available for actual drilling and holding the drill string downhole when joining doubles or stalls, it is not possible to speak of an offline stand building. Are known from US 6,997,265 a method and a device for "off-line state Building" (combining drill rods to Doubles or article while parallel fortge ¬ sets of drilling operation is) is known. Here, a further mast is in addition to the drilling mast necessary to the By rotating the mast with the handling device, an upright boring bar can be brought to a position above the mouse hole and lowered there by lowering the handling device A drill pipe element in the form of a stand is pulled up by means of the handling devices from the mouse hole and mounted by turning the mast to a mounted in the drilling mast Pipehandler passed, which puts the drill string element either in a finger stage or brings to combine with the drill string on center of the hole.
Bezüglich des Verfahrens zum Betrieb einer Handhabungsvorrichtung wie hier und im Folgenden beschrieben wird die oben formulierte Aufgabe mittels einer Verfahrens mit den Merkma- len des zum Anspruch 1 korrespondierenden unabhängigen Verfahrensanspruchs gelöst. Bei einem solchen Betriebsverfahren ist vorgesehen, dass die Handhabungsvorrichtung zum Bewegen von Bohrstangen oder Bohrgestängeelementen in vertikaler Richtung im oder am Mast verfahren wird und/oder der Arm der Handhabungsvorrichtung um die Drehachse gedreht und/oder um die Schwenkachse verschwenkt wird. Zweckmäßige Weiterbildun¬ gen dieses Verfahrens sind Gegenstand der auf diesen rückbe¬ zogenen Unteransprüche. Für die weitere Beschreibung gilt zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen, dass Merkmale und Details, die im Zusammen¬ hang mit dem genannten und im Folgenden mit weiteren, mitun- ter optionalen Details erläuterten Verfahren zum Betrieb einer Handhabungsvorrichtung sowie eventueller Ausgestaltungen beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit und im Hinblick auf die zur Durchführung des Verfahrens eingerichtete Handhabungsvorrichtung und umgekehrt gelten, so dass das Verfahren auch mittels einzelner oder mehrerer Verfahrensmerkmale fortgebildet sein kann, die sich auf von oder mittels der Handhabungsvorrichtung ausgeführte Verfahrens¬ schritte beziehen, und die Handhabungsvorrichtung entsprechend auch durch Mittel zur Ausführung von im Rahmen des Ver- fahrens ausgeführten Verfahrensschritten fortgebildet sein kann. Entsprechend gelten Merkmale und Details, die im Zusam¬ menhang mit dem genannten Verfahren zum Betrieb der Handhabungsvorrichtung und eventueller Ausgestaltungen beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit und im Hin- blick auf die zur Durchführung des Verfahrens bestimmte Hand¬ habungsvorrichtung und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Aspekten der Erfindung stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. Der Vorteil der Erfindung besteht zuvorderst in der einfachen und dennoch leistungsfähigen Kinematik der Handhabungsvorrichtung. Die Handhabungsvorrichtung ist in drei Freiheitsgraden beweglich, nämlich translatorisch entlang des Mast sowie rotatorisch einerseits um die Drehachse und andererseits um die Schwenkachse. Damit wird für ein am Ende des Arms der Handhabungsvorrichtung angebrachtes Werkzeug jeder Punkt in einem gedachten Zylinder erreichbar, dessen Hochachse parallel zur Hochachse des Masts der Bohranlage verläuft und des- sen Radius durch die wirksame Länge des Arms der Handhabungs¬ vorrichtung bestimmt ist. With regard to the method for operating a handling device as described here and below, the object formulated above is achieved by means of a method having the features of the independent method claim corresponding to claim 1. In such an operating method it is provided that the handling device for moving boring bars or drill string elements in the vertical direction is moved in or on the mast and / or the arm of the handling device is rotated about the axis of rotation and / or pivoted about the pivot axis. Expedient Weiterbildun ¬ gen of this process are the subject of rückbe on these ¬ covered dependent claims. For further description is to avoid unnecessary repetition that features and details that are in co ¬ hang with the above and described below with further mitun- ter optional details described method for operating a handling device and any refinements, of course, also in connection with and in view of the established for carrying out the method handling device and are reversed so that the method can be trained by means of one or more features of the method, the running on of, or by means of the handling device process ¬ steps apply, and the handling device correspondingly by Means for carrying out procedural steps carried out in the course of the proceedings. According to apply features and details that are described together ¬ menhang with said method for operation of the handling device and any embodiments, of course, also in connection with, and with a view to the particular for performing the method Hand ¬ habungsvorrichtung and each reversed so that with respect to the disclosure of the individual aspects of the invention is always mutually referred or can be. The advantage of the invention lies first and foremost in the simple yet powerful kinematics of the handling device. The handling device is movable in three degrees of freedom, namely translationally along the mast and rotationally on the one hand about the axis of rotation and on the other hand about the pivot axis. In this way, for a tool mounted at the end of the arm of the handling device, each point in an imaginary cylinder can be reached, the vertical axis of which runs parallel to the vertical axis of the mast of the drilling rig and thus sen radius is determined by the effective length of the arm of the handling ¬ device.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei verwendete Rückbeziehungen inner¬ halb der Ansprüche weisen auf die weitere Ausbildung des Ge¬ genstandes des in Bezug genommenen Anspruchs durch die Merk¬ male des jeweiligen abhängigen Anspruchs hin. Sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, ge- genständlichen Schutzes für die Merkmale oder Merkmalskombi¬ nationen eines abhängigen Anspruchs zu verstehen. Des Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche sowie der Beschreibung bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem abhängigen Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen sowie einer allgemeineren Ausführungsform des gegenständlichen Verfahrens / der gegenständlichen Handhabungsvorrichtung nicht vorhanden ist. Jede Bezugnahme in der Be¬ schreibung auf Aspekte abhängiger Ansprüche ist demnach auch ohne speziellen Hinweis ausdrücklich als Beschreibung optionaler Merkmale zu lesen. Schließlich ist darauf hinzuweisen, dass das hier angegebene Verfahren auch entsprechend der ab¬ hängigen Vorrichtungsansprüche weitergebildet sein kann und umgekehrt . Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims. The references used therein intra ¬ half of claims indicate further developments of Ge ¬ gens tandes of the referenced claim by the watch ¬ times of the respective dependent claim. They are not to be construed as a waiver of the right to independent, overall genständlichen protection for the features or feature combi ¬ nations of a dependent claim. Furthermore, with regard to an interpretation of the claims and the description in a more detailed specification of a feature in a dependent claim, it is to be understood that such a restriction does not exist in the respective preceding claims and a more general embodiment of the subject method / apparatus. Any reference loading in ¬ write-on aspects of dependent claims is therefore expressly to read even without specific reference as a description of optional features. Finally, it should be noted that the method mentioned here can also be developed according to the dependent apparatus claims from ¬ and vice versa.
Darüber hinaus ist darauf hinzuweisen, dass es sich bei den mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüchen um Formulierungsvorschläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes handelt. Da speziell die Merkmale der ab- hängigen Ansprüche im Hinblick auf den Stand der Technik am Prioritätstag eigene und unabhängige Erfindungen bilden kön¬ nen, behält die Anmelderin sich vor, diese oder noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarte Merkmalskombinationen zum Gegenstand unabhängiger Ansprüche oder Teilungserklärungen zu machen. Sie können weiterhin auch selbständige Erfindungen enthalten, die eine von den Gegenständen der jeweils in Bezug genommenen Ansprüche unabhängige Gestaltung aufweisen. In addition, it should be noted that the claims filed with the application are formulation proposals without prejudice to the achievement of further patent protection. In particular, since the characteristics of the dependent claims in light of the prior art on the priority form separate and independent inventions Kings ¬ nen, the applicant reserves the right to this or that have so far revealed only in the description and / or drawing Feature combinations to make the subject of independent claims or divisional statements. They may also contain independent inventions having an independent of the objects of the respective claims in each case related design.
Bei einer Ausführungsform der Handhabungsvorrichtung ist deren Basis im oder am Mast zwischen einer Position, bei der das Werkzeug eine im Bereich eines Drillfloor der Bohranlage in horizontaler oder im Wesentlichen horizontaler Orientierung zugeführte Bohrstange oder zu einem Bohrgestängeelement kombinierte Bohrstangen erfassen kann, und einer Position, bei der kombinierte Bohrstangen mittels des Werkzeugs in ei¬ ner Fingerbühne der Bohranlage abstellbar sind, beweglich. Die hier vorgeschlagene Handhabungsvorrichtung unterscheidet sich demnach von einer in der Fachterminologie mitunter als Iron Derrikman bezeichneten und unter der Fingerbühne angebrachten Maschine durch die Bewegungsmöglichkeit in vertika¬ ler Richtung. Erst durch die besondere Bewegungsmöglichkeit in vertikaler Richtung, insbesondere die Bewegungsmöglichkeit bis hinab zum Drillfloor, wird mit ein und derselben Maschine, nämlich der hier vorgeschlagenen Handhabungsvorrichtung, das Aufnehmen von zum Drillfloor zugeführten Bohrstangen und das Abstellen von aus mehreren Bohrstangen gebildeten Bohrge- stängeelementen in der Fingerbühne möglich. In one embodiment of the handling device, its base is in or on the mast between a position where the tool can capture a drill rod or drill rod combined in a horizontal or substantially horizontal orientation in the area of a drill floor of the rig in a horizontal or substantially horizontal orientation, and a position the combined boring bars by means of the tool in egg ¬ ner finger stage of the drilling rig can be adjusted, movable. Accordingly The proposed handling apparatus different from a sometimes referred and in the specialist terminology as Iron Derrikman mounted below the racking machine by the movement possibility in Vertika ¬ ler direction. Only by the special possibility of movement in the vertical direction, in particular the possibility of movement down to the Drillfloor, with one and the same machine, namely the handling device proposed here, the inclusion of fed to the drill floor boring bars and the setting off of Bohrbangen formed Bohrgestängeelementen in the Finger stage possible.
Bei einer besonderen Ausführungsform der Handhabungsvorrichtung ist diese in vertikaler Richtung entlang des Masts auf einer von einer Bohrlochmittelachse beabstandeten und zur Bohrlochmittelachse parallelen oder zumindest im Wesentlichen parallelen Handhabungsvorrichtungsmittelachse beweglich. Die Beweglichkeit entlang der von der Bohrlochmittelachse beab¬ standeten Handhabungsvorrichtungsmittelachse erlaubt einen vom sonstigen Bohrbetrieb zeitlich und räumlich unabhängigen Betrieb der Handhabungsvorrichtung. Durch diese zeitliche und räumliche Unabhängigkeit können zum Beispiel mittels der Handhabungsvorrichtung (zeitlich und räumlich) parallel zum laufenden Bohrbetrieb Bohrstangen zu zwei oder mehr Bohrstangen umfassenden Bohrgestängeelementen zur Verwendung beim Bohrbetrieb kombiniert und für die Verwendung beim Bohrbe¬ trieb vorgehalten werden. Die oben genannte Aufgabe wird auch mittels einer Steuerungs¬ einrichtung zur Steuerung einer Handhabungsvorrichtung wie hier und im Folgenden beschrieben gelöst, wobei die Steuerungseinrichtung nach dem hier und im Folgenden beschriebenen Verfahren arbeitet und dazu Mittel zur Durchführung des Ver- fahrens umfasst. Das im Folgenden beschriebene Verfahren ist zur automatischen oder teilautomatischen Ausführung oder auch zur Ausführung in einem sogenannten Handbetrieb bevorzugt in Form eines Computerprogramms realisiert. Die Erfindung ist damit einerseits auch ein Computerprogramm mit durch einen Computer ausführbaren Programmcodeanweisungen und andererseits ein Speichermedium mit einem derartigen Computerprogramm, also ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemit¬ teln, sowie schließlich auch eine Steuerungseinrichtung, in deren Speicher als Mittel zur Durchführung des Verfahrens und seiner Ausgestaltungen ein solches Computerprogramm geladen oder ladbar ist. In a particular embodiment of the handling device it is movable in the vertical direction along the mast on a distance from a Bohrlochmittelachse and parallel to the Bohrlochmittelachse or at least substantially parallel handling device center line. The mobility along the beab ¬ stan Deten from the borehole central axis handling device center axis permits a from the other drilling operation temporally and spatially independent operation of the handling device. By this temporal and spatial independence, for example by means of the handling device (temporally and spatially) parallel to the current drilling operation boring bars to two or more drill rods comprehensive drill string elements for use in drilling operation combined and maintained for use in Bohrbe ¬ drive. The above-mentioned object is achieved also described by means of a control device for controlling a ¬ handling apparatus as used herein and in the following, wherein said control means operates according to the process described here and in the following method and comprises for this purpose means for carrying out the method. The method described below is preferably implemented in the form of a computer program for automatic or semi-automatic execution or also for execution in a so-called manual mode. The invention is on the one hand to a computer program with computer-executable program code instructions and on the other hand, a storage medium having such a computer program, that is a computer program product with Programmcodemit ¬ stuffs, and finally a control device, in its memory as a means for carrying out the method and its embodiments, a such computer program is loaded or loadable.
Wenn im Folgenden Verfahrensschritte oder Verfahrensschritt¬ folgen beschrieben werden, bezieht sich dies auf Aktionen, die aufgrund des Computerprogramms oder unter Kontrolle des Computerprogramms erfolgen, sofern nicht ausdrücklich darauf hingewiesen ist, dass einzelne Aktionen durch einen Verwender der Handhabungsvorrichtung veranlasst werden. Zumindest be- deutet jede Verwendung des Begriffs „automatisch", dass die betreffende Aktion aufgrund des Computerprogramms oder unter Kontrolle des Computerprogramms erfolgt. Anstelle eines Computerprogramms mit einzelnen Programmcode¬ anweisungen kann die Implementierung des hier und im Folgenden beschriebenen Verfahrens auch in Form von Firmware erfolgen. Dem Fachmann ist klar, dass anstelle einer Implementati¬ on eines Verfahrens in Software stets auch eine Implementati- on in Firmware oder in Firm- und Software oder in Firm- und Hardware möglich ist. Daher soll für die hier vorgelegte Be¬ schreibung gelten, dass von dem Begriff Software oder den Begriffen Steuerungsprogramm und Computerprogramm auch andere Implementationsmöglichkeiten, nämlich insbesondere eine Im- plementation in Firmware oder in Firm- und Software oder in Firm- und Hardware, umfasst sind. When are described ¬ follow below steps or step, this refers to actions to be performed under the computer program or under control of the computer program, unless expressly noted that individual actions are initiated by a user of the handling device. At least any use of the term suggests "automatic" that the action in question is due to the computer program or under control of the computer program. Instead of a computer program by individual program code ¬ instructions can be done to implement the method described herein below and in the form of firmware. The skilled worker it is clear that a Implementati- on is possible instead of a Implementati ¬ on a process in software is always in firmware or in firmware and software or firmware and hardware. Therefore, to apply to the question referred to here be ¬ scription that of the Term software or the terms control program and computer program also other implementation options, namely in particular an implementation in firmware or in firmware and software or in firmware and hardware, are included.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Einander entsprechende Gegen- stände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. Corresponding objects or elements are provided with the same reference numerals in all figures.
Das Ausführungsbeispiel ist nicht als Einschränkung der Er¬ findung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegen- den Offenbarung durchaus auch Ergänzungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche, die zum Beispiel durch Kombina¬ tion 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 neu¬ en Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen. Es zeigen The embodiment is not intended to limit the He ¬ making. Rather, the scope of the present disclosure quite also additions and modifications are possible, in particular those which contained, for example, by Kombina ¬ tion or modification of detail in conjunction with those described in the general or specific part of the description and in the claims and / or the drawing Characteristics or method steps for the expert with regard to the solution of the problem can be removed and lead by combinable features to a new subject or to new ¬ en process steps or process steps. Show it
Fig. 1 eine zur Verwendung im Mast einer Bohranlage vorgese¬ hene und zum Bewegen von Bohrgestängeelementen bestimmte Handhabungsvorrichtung, 1 shows a vorgese ¬ for use in the mast of a drilling rig and for moving drill pipe elements specific handling device,
Fig. 2 den Mast einer Bohranlage mit einer daran beweglichen Fig. 2 the mast of a drilling rig with a movable thereto
Handhabungsvorrichtung gemäß Fig. 1,  Handling device according to FIG. 1,
Fig. 3 einen Schnitt durch den Mast quer zu dessen Hochachse mit einem Blick auf die am Mast in vertikaler Richtung (entlang der Hochachse des Masts) bewegliche Handhabungsvorrichtung gemäß Fig. 1,  3 shows a section through the mast transversely to its vertical axis with a view of the mast in the vertical direction (along the vertical axis of the mast) movable handling device according to FIG. 1,
Fig. 4 die Handhabungsvorrichtung gemäß Fig. 1 ohne den  Fig. 4, the handling device of FIG. 1 without the
Mast,  Mast,
Fig. 5 die Handhabungsvorrichtung gemäß Fig. 4 in einer Seitenansicht und mit unterschiedlichen Schwenkpositio- nen eines Arms der Handhabungsvorrichtung,  5 shows the handling device according to FIG. 4 in a side view and with different pivoting positions of an arm of the handling device, FIG.
Fig. 6 unterschiedliche Vertikalpositionen der Handhabungs¬ vorrichtung gemäß Fig. 1 und Fig. 4 am Mast,Fig. 6 different vertical positions of the handling ¬ device according to Fig. 1 and Fig. 4 on the mast,
Fig. 7 und Fig. 7 and
Fig. 8 Momentaufnahmen beim Aufnehmen einer Bohrstange mit- tels der Handhabungsvorrichtung,  8 shows snapshots when picking up a boring bar by means of the handling device,
Fig. 9 eine Momentaufnahme beim Verbinden einer Bohrstange mit einer weiteren Bohrstange zum Erhalt eines Bohr¬ gestängeelements zeitlich und räumlich parallel zum und unabhängig vom Bohrbetrieb, 9 is a snapshot when connecting a drill rod with another drill rod to obtain a drill ¬ rod element temporally and spatially parallel to and independent of the drilling operation,
Fig. 10 die Handhabungsvorrichtung gemäß Fig. 1 und Fig. 4 oberhalb einer am Mast angebrachten Fingerbühne. 10 shows the handling device according to FIG. 1 and FIG. 4 above a finger stage attached to the mast.
Fig. 11,  Fig. 11,
Fig. 12 und Fig. 12 and
Fig. 13 Momentaufnahmen beim Entnehmen eines Bohrgestängeele- ments aus einer Fingerbühne am Mast sowie  Fig. 13 snapshots when removing a Bohrgestängeele- ment from a finger stage on the mast and
Flg. 14 eine Steuerungseinrichtung zum automatischen oder  Flg. 14 a control device for automatic or
teilautomatischen Betrieb der Handhabungsvorrichtung. Die Darstellung in Figur 1 zeigt eine Ausführungsform einer zur Verwendung in einem Mast 10 einer Bohranlage vorgesehenen und zum Bewegen von Bohrstangen 12 (Figuren 6, 7 und 8) oder Bohrgestängeelementen 14 (Fig. 9) bestimmten Handhabungsvor- richtung 20 der hier vorgeschlagenen Art. semi-automatic operation of the handling device. The illustration in FIG. 1 shows an embodiment of a handling device 20 of the type proposed here for use in a mast 10 of a drilling rig and for moving boring bars 12 (FIGS. 6, 7 and 8) or drill pipe elements 14 (FIG. 9).
Die Handhabungsvorrichtung 20 ist insgesamt im oder am Mast 10 vertikal beweglich. In der Darstellung in Figur 1 und in den weiteren Figuren ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der die Handhabungsvorrichtung 20 am Mast 10 vertikal beweg¬ lich ist, nämlich an den sogenannten vorderen Eckstielen 22, 24 des Masts 10 (Masteckstiele 22, 24) . Dafür ist die Handha¬ bungsvorrichtung 20 an den Masteckstielen 22, 24 geführt, zum Beispiel, indem an den Masteckstielen 22, 24 jeweils ein Füh- rungsprofil 26, 28 (Fig. 3) angebracht ist. Die Führungspro¬ file 26, 28 sind mittels korrespondierender Führungsgegenpro¬ file 30, 32 der Handhabungsvorrichtung 20 formschlüssig kon- taktierbar . Alternativ zu einer solchen Führung im oder am Mast 10 kommt zum Beispiel auch ein mit dem Mast 10 verbundener Adapterrahmen (nicht gezeigt) in Betracht. Ein solcher Adapterrahmen ist - zum Beispiel im Rahmen einer Nachrüstung - am Mast 10 montierbar und ist zum Betrieb der Handhabungsvorrichtung 20 am Mast 10 montiert, zum Beispiel indem der Adapterrahmen mit dem Mast 10 verschweißt und/oder verschraubt wird bzw. ist. Der Adapterrahmen wird zum Beispiel mittelbar oder unmittelbar am Mast 10, insbesondere an den vorderen Masteckstielen 22, 24, montiert, zum Beispiel mittels einer Mehrzahl von Distanzstücken zwischen Mast 10 und Adapterrahmen. Der Adapterrahmen bildet dann eine zu einer Seite einer Hüllfläche des Masts 10 parallele Ebene. Ein solcher Adapterrahmen ist auf die Breite der Handhabungsvorrichtung 20 abgestellt, so dass die Handhabungsvorrichtung 20 entlang des Adapterrahmens parallel zum Mast 10 in vertikaler Richtung am Mast 10 beweg¬ lich ist. Ein solcher Adapterrahmen ist im weitesten Sinne ein rechteckiges Strukturelement, dessen Breite durch die Breite der Handhabungsvorrichtung 20 bestimmt ist und das mit seiner größten Längsachse parallel oder zumindest im Wesent¬ lichen parallel zur Hochachse des Masts 10 ausgerichtet ist. Für die Vertikalbewegung der Handhabungsvorrichtung 20 um- fasst der Adapterrahmen entlang der im montierten Zustand vertikalen Abschnitte ein Führungsprofil 26, 28 der oben be¬ schriebenen Art oder zumindest eine Zahnstange oder derglei¬ chen oder zumindest ein vertikaler Abschnitt des Adapterrahmens fungiert als ein derartiges Führungsprofil 26, 28. Die Darstellung in Figur 2 zeigt den oberen Abschnitt eines Masts 10 einer Bohranlage mit weiteren Details. Im Mast 10 ist in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise mittels eines nicht gezeigten Hebewerks ein sogenannter Travelling Block 34 beweglich. An diesem hängt ein sogenannter Topdrive 36, mit dem in an sich bekannter Art und Weise das Bohrge¬ stänge im Bohrloch gedreht wird. Im unteren Bereich des gezeigten Abschnitts des Masts 10 ist eine sogenannte Finger¬ bühne 38 gezeigt. Hier werden in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise Bohrgestängeelemente 14 abgestellt, zum Beispiel beim Ausbauen des Bohrstrangs oder zum Kombinieren mit dem Bohrstrang beim Abteufen der Bohrung. Oberhalb der Fingerbühne 38 ist die Handhabungsvorrichtung 20 erkennbar. Bei der gezeigten Ausführungsform ist die Handhabungsvorrichtung 20 mittels einer zum Beispiel in der Mastkrone ange- brachten Winde 40 am Mast 10 vertikal beweglich. Die Winde 40 treibt eine Seilzugmechanik an, an welcher die Handhabungsvorrichtung 20 mittels einer Umlenkrolle 42 hängt. Die Dar¬ stellung in Figur 2 zeigt lediglich eine Momentaufnahme und die dargestellte Vertikalposition ist ausschließlich beispielhaft zu verstehen. Die Handhabungsvorrichtung 20 kann entlang des Masts 10 verschiedene Vertikalpositionen einnehmen. Anstelle einer vertikalen Beweglichkeit der Handhabungs- Vorrichtung 20 mittels der Winde 40 kommt alternativ genauso eine Ausführungsform in Betracht, bei der die Handhabungsvorrichtung 20 selbst einen Antrieb für die Vertikalbewegung im oder am Mast 10 umfasst. Hierfür kommt zum Beispiel in Be¬ tracht, dass im oder am Mast 10, insbesondere an einem der vorderen Masteckstiele 22, 24 oder an den vorderen Masteckstielen 22, 24, eine Zahnstange oder dergleichen angebracht ist, in welche ein mittels eines Motors auf oder an der Hand¬ habungsvorrichtung 20, insbesondere eines Hydraulikmotors o- der Elektromotors, angetriebenes Ritzel eingreift, um die Handhabungsvorrichtung 20 im oder am Mast 10 nach oben oder nach unten zu bewegen. Bei einem Antrieb der Vertikalbewegung der Handhabungsvorrichtung 20 mittels einer Winde 40 kann diese auch am Mastfuß, entfernt zum Mast 10 (zum Beispiel am Ort eines sogenannten Hebewerks) oder auf der Handhabungsvor- richtung 20 selbst angebracht sein. The handling device 20 is vertically movable in total or in the mast 10. In the illustration in Figure 1 and in the other figures, an embodiment is shown in which the handling device 20 on the mast 10 is vertically movable ¬ Lich, namely at the so-called front corner stems 22, 24 of the mast 10 (Masteckstiele 22, 24). For this, the handle lo ¬ imparting apparatus is performed on the Masteckstielen 22, 24 20, for example by attaching to the Masteckstielen 22, 24 each have a leadership profile 26, 28 (Fig. 3). The guide profiles 26, 28 can be positively contacted by means of corresponding guide counterparts 30, 32 of the handling device 20. As an alternative to such a guide in or on the mast 10, for example, an adapter frame connected to the mast 10 (not shown) is also possible. Such an adapter frame is - for example, in the context of retrofitting - mountable on the mast 10 and is mounted to operate the handling device 20 on the mast 10, for example by the adapter frame welded to the mast 10 and / or screwed or is. The adapter frame is mounted, for example, indirectly or directly on the mast 10, in particular on the front Masteckstielen 22, 24, for example by means of a plurality of spacers between the mast 10 and adapter frame. The adapter frame then forms a plane parallel to one side of an envelope surface of the mast 10. Such an adapter frame is placed on the width of the handling device 20, so that the handling device 20 along the adapter frame parallel to the mast 10 in the vertical direction on the mast 10 is movable ¬ Lich. Such an adapter frame is in the broadest sense a rectangular structural element whose width is determined by the width of the handling device 20 and which is aligned with its largest longitudinal axis parallel or at least substantially ¬ parallel to the vertical axis of the mast 10. For the vertical movement of the handling device 20 includes fully the adapter frame along the vertical in the mounted state portions of a guide profile 26, 28 of the above-be ¬ type described or at least a rack or derglei ¬ surfaces or at least a vertical portion of the adapter frame acts as such a guide profile 26 , 28. The illustration in Figure 2 shows the upper portion of a mast 10 of a drilling rig with further details. In the mast 10, a so-called traveling block 34 is movable in a basically known manner by means of a lifting mechanism, not shown. At this hangs a so-called top drive 36, with the Bohrge ¬ rod is rotated in the well in a conventional manner. In the lower area of the portion of pole 10 shown a so-called finger ¬ stage 38 is shown. Here are in principle known per se drill pipe elements 14 turned off, for example, when removing the drill string or for combining with the drill string when drilling the hole. Above the finger stage 38, the handling device 20 can be seen. In the embodiment shown, the handling device 20 is vertically movable on the mast 10 by means of a winch 40, for example, mounted in the mast crown. The winch 40 drives a cable pull mechanism on which the handling device 20 hangs by means of a deflection roller 42. The Dar ¬ position in Figure 2 shows only a snapshot and the illustrated vertical position is to be understood as an example only. The handling device 20 can assume different vertical positions along the mast 10. Instead of a vertical mobility of the handling device 20 by means of the winch 40, alternatively, an embodiment is considered, in which the handling device 20 itself comprises a drive for the vertical movement in or on the mast 10. For this purpose, for example, Be ¬ tracht that in or on the mast 10, in particular on one of the front Masteckstiele 22, 24 or on the front Masteckstielen 22, 24, a rack or the like is mounted in which a by means of a motor or on the hand ¬ habungsvorrichtung 20, in particular a hydraulic motor o- the electric motor, driven pinion engages to move the handling device 20 in or on the mast 10 up or down. In a drive of the vertical movement of the handling device 20 by means of a winch 40, this can also be attached to the mast base, away from the mast 10 (for example at the location of a so-called hoist) or on the handling device 20 itself.
Die Darstellung in Figur 3 zeigt in schematisch vereinfachter Art und Weise einen Schnitt durch den Mast 10 quer zu dessen Hochachse. In der Darstellung ist die spezielle Ausführungs- form gezeigt, bei der die Handhabungsvorrichtung 20 an den vorderen Masteckstielen 22, 24 geführt ist, indem an jedem vorderen Masteckstiel 22, 24 ein Führungsprofil 26, 28 ange¬ bracht ist, in das die Handhabungsvorrichtung 20 mittels korrespondierender Führungsgegenprofile 30, 32 eingreift. An- stelle der gezeigten Ausführungsform, bei der die Handhabungsvorrichtung 20 mittels ihrer Führungsgegenprofile 30, 32 jedes Führungsprofil 26, 28 U-förmig umschließt, kommt selbstverständlich auch eine Ausführungsform in Betracht, bei der das Führungsprofil 26, 28 im Querschnitt U-förmig ist und die Handhabungsvorrichtung 20 als Führungsgegenprofil 30, 32 Gleitschuhe oder dergleichen aufweist, die in ein solches Führungsprofil 26, 28 eingreifen. Generell kommt es bezüglich der Führung der Handhabungsvorrichtung 20 im oder am Mast 10 nur darauf an, dass sich im oder am Mast 10 entlang des für die Handhabungsvorrichtung 20 vorgesehenen Bewegungsbereichs zumindest ein als Führungsprofil 26, 28 fungierendes erstes Profil und an der Handhabungsvorrichtung 20 ein als Führungs- gegenprofil 30, 32 fungierendes korrespondierendes zweitesThe illustration in Figure 3 shows in a schematically simplified manner a section through the mast 10 transverse to its vertical axis. In the illustration, specific exemplary illustrated embodiment in which the handling device is guided on the front Masteckstielen 22, 24 20 by to each front Masteckstiel 22, 24 a guide profile 26, 28 is ¬ introduced is in the handling apparatus 20 by means of corresponding guide counter profiles 30, 32 engages. Instead of the embodiment shown, in which the handling device 20 encloses by means of their guide counter-profiles 30, 32 of each guide profile 26, 28 U-shaped, of course, an embodiment into consideration, in the guide profile 26, 28 in cross-section U-shaped and the handling device 20 as a guide counter-profile 30, 32 sliding shoes or the like, which engage in such a guide profile 26, 28. Generally, with respect to the guidance of the handling device 20 in or on the mast 10, it only matters that at least one first profile acting as a guide profile 26, 28 acts on the handling device 20 in or on the mast 10 along the movement range provided for the handling device 20 Guide counter profile 30, 32 acting corresponding second
Profil oder jeweils ein korrespondierendes zweites Profil be¬ findet und dass das oder jedes erste Profil mit dem oder je¬ weils einem zweiten Profil im Eingriff ist. Die Darstellung in Figur 3 zeigt im Zentrum des Masts 10 die Position der Bohrlochöffnung 50. Die Position der Bohrlochöffnung 50 definiert die Bohrlochmittelachse (siehe auch Figur 6: AI), nämlich eine gedachte vertikale Linie auf Bohr¬ lochmitte. Für die weitere Beschreibung werden die Achsen ei- nes gedachten kartesischen Koordinatensystems wie folgt defi¬ niert: Die z-Achse verläuft parallel zur Bohrlochmittelachse und zeigt vom Mastfuß zur Mastkrone. Die zugehörigen Richtun¬ gen der x-Achse und der y-Achse sind in Figur 3 gezeigt. Das gesamte Koordinatensystem ist in Figur 1 und Figur 2 gezeigt. Die vertikale Beweglichkeit der Handhabungsvorrichtung 20 be¬ deutet entsprechend eine Beweglichkeit entlang der z-Achse und parallel zur Bohrlochmittelachse. Die Vertikalbewegung der Handhabungseinrichtung 20 findet dabei in einem konstantem Abstand dl von der Bohrlochmittelachse statt und die Ver- tikalbewegung der Handhabungseinrichtung 20 definiert entsprechend eine zusätzliche Linie parallel zur und mit Abstand von der Bohrlochmittelachse. Die Darstellung in Figur 4 zeigt eine isometrische Ansicht der Handhabungsvorrichtung 2 0 ohne den Mast 1 0 . Seitlich sind die beiden Führungsgegenprofile 30 , 32 und oben ist die Um¬ lenkrolle 42 erkennbar, mit welcher die Handhabungsvorrich- tung 2 0 beim gezeigten Ausführungsbeispiel in der zur Mast¬ krone geführten Seilzugmechanik hängt. Die Handhabungsvorrichtung 2 0 kann als Kombination eines Ober- oder Basisteils 52 und eines Unterteils 54 angesehen werden. Das Basisteil 52 trägt das Unterteil 54 . Bei dem Unterteil 54 handelt es sich um einen gelenkig beweglichen Arm und das Unterteil 54 wird im Folgenden entsprechend als Gelenkarm 54 oder kurz als Arm 54 bezeichnet. Das Basisteil 52 kann darüber hinaus als Profile or in each case a corresponding second profile be ¬ finds and that the or each first profile with or depending ¬ Weil's a second profile is engaged. The illustration in Figure 3 shows in the center of the mast 10, the position of the wellbore opening 50. The position of the borehole opening 50 defines the central axis of the borehole (see also Figure 6: AI), namely, an imaginary vertical line on drilling ¬ hole center. For the further description, the axes egg nes imaginary Cartesian coordinate system are as follows defi ned ¬: The z-axis is parallel to the borehole central axis and shows in mast to mast crown. The associated Richtun ¬ gene of the x-axis and y-axis are shown in Fig. 3 The entire coordinate system is shown in FIG. 1 and FIG. The vertical mobility of the management device 20 be ¬ correspondingly indicated a movement along the z-axis and parallel to the borehole central axis. The vertical movement of the handling device 20 takes place at a constant distance dl from the borehole center axis and the vertical movement of the handling device 20 correspondingly defines an additional line parallel to and at a distance from the borehole center axis. The illustration in FIG. 4 shows an isometric view of the handling device 20 without the mast 10. Laterally, the two guide counter-profiles 30, 32 and at the top is the order ¬ steering roller 42 can be seen with which the handling device 2 0 hangs in the embodiment shown in the guided to the mast ¬ crown cable pull mechanism. The handling device 20 can be regarded as a combination of an upper or base part 52 and a lower part 54. The base part 52 carries the lower part 54. The lower part 54 is an articulated arm and the lower part 54 is hereinafter referred to as articulated arm 54 or short arm 54. The base 52 may also be referred to as
Plattform oder Träger für weitere Vorrichtungen oder Aggregate dienen. Gezeigt ist bei der in den Figuren dargestellten Ausführungsform eine am Basisteil 52 angebrachte Winch 5 6 , mittels derer sich zum Beispiel außerhalb des Masts 1 0 Lasten bewegen und anheben lassen. Des Weiteren ist in Figur 4 ein am Basisteil 52 angebrachtes Hydraulikaggregat 58 gezeigt, mittels dessen die Kraft für die im Folgenden beschriebene gelenkige Beweglichkeit des Arms 54 erzeugt wird. Platform or support for other devices or aggregates serve. Shown in the embodiment shown in the figures, attached to the base part 52 Winch 5 6, by means of which, for example, outside the mast 1 0 loads move and lift. Furthermore, FIG. 4 shows a hydraulic unit 58 attached to the base part 52, by means of which the force is generated for the articulated mobility of the arm 54 described below.
Die Darstellung in Figur 5 zeigt die Handhabungsvorrichtung 2 0 gemäß Figur 4 in einer Seitenansicht und mit unterschied¬ lichen Schwenkpositionen des Arms 54 . Der Arm 54 umfasst ein drehbares Schultersegment 60 , ein am Schultersegment 60 schwenkbewegliches Armsegment 62 sowie am freien Ende des Armsegments 62 ein Werkzeug 64 . Das Armsegment 62 umfasst bei der gezeigten Ausführungsform zwei parallel angeordnete Bügel in Form von oder nach Art sogenannter Elevatorbügel, wie sie von einem Topdrive 3 6 bekannt sind. Am freien Ende der Bügel ist das Werkzeug 64 schwenkbeweglich angebracht, insbesondere in einer Art und Weise, bei der sich das Werkzeug 64 unter Gravitationseinfluss selbsttätig in eine horizontale oder im Wesentlichen horizontale Orientierung ausrichtet. Zum Tole¬ ranzausgleich beim Aufnehmen eines Bohrstangenendes weist das Armsegment 62 unterhalb des Angriffspunkts des Aktors 66 in jedem Bügel eine quer zur Schwenkachse R2 wirksame gelenkige Verbindung auf. Das Werkzeug 64 wird beim Aufnehmen des Bohrstangenendes manuell durch einen Bediener oder automatisch oder ferngesteuert durch einen Bediener geschlossen und zum Freigeben des Bohrstangenendes manuell, automatisch oder ferngesteuert geöffnet. The diagram in Figure 5 shows the handling device 2 0 in accordance with Figure 4 in a side view and with different pivot positions of the arm ¬ union 54th The arm 54 comprises a rotatable shoulder segment 60, an arm segment 62 pivotable on the shoulder segment 60 and a tool 64 at the free end of the arm segment 62. In the embodiment shown, the arm segment 62 comprises two brackets arranged in parallel in the form of or in the manner of so-called elevator brackets, as are known from a topdrive 36. At the free end of the bracket, the tool 64 is pivotally mounted, in particular in a manner in which the tool 64 under gravity alone in a horizontal or in the Aligns essentially horizontal orientation. For Tole ¬ ranzausgleich when receiving a boring bar end, the arm segment 62 below the point of action of the actuator 66 in each bracket on a transverse to the pivot axis R2 effective articulated connection. The tool 64 is manually closed by an operator or automatically or remotely by an operator as the boring bar end is received and opened manually, automatically or remotely to release the boring bar end.
Zum Verschwenken des Armsegments 62 ist in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise ein Aktor 66 vorgesehen, der - jeweils mit Abstand von der Schwenkachse R2 (Fig. 4) - einer¬ seits am Schultersegment 60 und andererseits am Armsegment 62 angelenkt ist. Als Aktor 66 kommt zum Beispiel ein Hydrau¬ likzylinder in Betracht. In der Darstellung in Figur 5 sind unterschiedliche Schwenkpositionen des Armsegments 62 gezeigt und mit Bezug auf das bereits erwähnte Koordinatensystem (siehe Figuren 1, 2 und 3) ergibt sich, dass die Schwenkbe- weglichkeit des Armsegments 62 eine Positionierung des Werk¬ zeugs 64 quer zur z-Achse ermöglicht. Bei der gezeigten Ori¬ entierung der Schwenkachse R2 des Armsegments 62 (quer zur Blattebene) ist mittels Verschwenken des Armsegments 62 eine Positionierung des Werkzeugs 64 entlang der y-Achse möglich. Allerdings ist die Orientierung der Schwenkachse des Armseg¬ ments 62 aufgrund der Drehbarkeit des Schultersegments 60 um eine Drehachse Rl (Fig. 4) verstellbar, so dass bei einer Drehung des Schultersegments 60 um +90° oder -90° im Ver¬ gleich zu der in Figur 5 gezeigten Situation (bei einem For pivoting of the arm segment 62 in principle, an actuator 66 is in a known way provided, which - in each case at a distance from the pivot axis R2 (Fig. 4) - a ¬ hand on the shoulder portion 60 and on the other hand hinged to the arm segment 62 is. As an actuator 66, for example, a hydrau ¬ likzylinder comes into consideration. In the illustration in Figure 5 different pivot positions of the arm segment 62 are shown and with reference to the aforementioned coordinate system (see Figures 1, 2 and 3) shows that the Schwenkbe- mobility of the arm segment 62, a positioning of the work ¬ zeugs 64 transverse to the z-axis allows. In the illustrated Ori ¬-orientation of the pivot axis R2 of the arm segment 62 (transverse to the plane of the sheet) is possible by means of pivoting of the arm segment 62, a positioning of the tool 64 along the y-axis. However, the orientation of the pivot axis of Armseg ¬ ment 62 due to the rotation of the shoulder segment 60 about an axis of rotation Rl (Fig. 4) adjustable so that upon rotation of the shoulder segment 60 by + 90 ° or -90 ° in Ver ¬ equal to the shown in Figure 5 situation (at a
Schwenkbereich von zum Beispiel ca. +120° bis ca. -120°) eine Positionierung des Werkzeugs 64 entlang der x-Achse möglich ist. Die Drehbarkeit des Schultersegments 60 ist zum Beispiel mittels einer mittels eines Zahnkranzes motorisch, insbeson- dere mittels eines Hydraulikmotors oder eines Elektromotors, antreibbaren Drehverbindung realisiert. Pivoting range of, for example, about + 120 ° to about -120 °) positioning of the tool 64 along the x-axis is possible. The rotatability of the shoulder segment 60 is motorized, for example, by means of a toothed rim, in particular der realized by means of a hydraulic motor or an electric motor, drivable rotary connection.
Die Drehachse Rl verläuft parallel oder zumindest im Wesent- liehen parallel zum Mast 10 (zu einer Hochachse durch denThe axis of rotation Rl runs parallel or at least substantially parallel to the mast 10 (to a vertical axis through the
Mast 10) oder zu einer Bewegungsbahn (siehe Figur 6: Handha- bungsvorrichtungsmittelachse A2) der Handhabungsvorrichtung 20 im oder am Mast 10. Die Schwenkachse R2 liegt in einer Ebene senkrecht oder zumindest im Wesentlichen senkrecht zum Mast 10 (zu einer Hochachse durch den Mast 10) oder zu der Bewegungsbahn der Handhabungsvorrichtung 20 im oder am Mast 10. Mast 10) or to a movement path (see FIG. 6: handling device center line A2) of the handling device 20 in or on the mast 10. The pivot axis R2 lies in a plane perpendicular or at least substantially perpendicular to the mast 10 (to a vertical axis through the mast 10) ) or to the trajectory of the handling device 20 in or on the mast 10th
Abhängig von der jeweiligen Drehung des Schultersegments 60 und einer Schwenkpositionen des Armsegments 62 sind damit - begrenzt durch die Länge des Armsegments 62 und die maximale Auslenkung des Armsegments 62 - mit dem Werkzeugs 64 beliebi¬ ge x- und y-Positionen erreichbar. Mit der Beweglichkeit der Handhabungsvorrichtung 20 auch entlang der z-Achse kann damit mit dem Werkzeug 64 in einem gedachten Zylinder jeder Raumpunkt innerhalb des Zylinders und auf dessen Mantelfläche er¬ reicht werden. Der erwähnte gedachte Zylinder hat eine Hoch¬ achse parallel oder im Wesentlichen parallel zur Hochachse des Masts 10, einen Radius, der durch die Länge des Armseg- ments 62 und die maximale Auslenkung des Armsegments 62 be¬ stimmt ist, und eine Höhe, die durch den Bewegungsbereich der Handhabungsvorrichtung 20 im oder am Mast 10 bestimmt ist. Die Beweglichkeit der Handhabungsvorrichtung 20 ist im unteren Bereich der Darstellung in Figur 5 mittels der dortigen drei Doppelpfeile nochmals separat illustriert. Die Handha¬ bungsvorrichtung 20 ist demnach eine Maschine mit einem translatorischen Freiheitsgrad (Bewegung vertikal im oder am Mast) und zwei rotatorischen Freiheitsgraden (Drehbarkeit des Schultersegments 60 um die Drehachse Rl; Schwenkbeweglichkeit des Armsegments 62 um die Schwenkachse R2) . Die Drehachse Rl und die Schwenkachse R2 sind in der Darstellung in Figur 4 eingezeichnet. Die Schwenkachse R2 ist hier vor allem zur Un- terscheidung von der Drehachse Rl als Schwenkachse bezeich¬ net. Tatsächlich kann auch die Schwenkachse R2 als Drehachse aufgefasst werden, nämlich als Drehachse mit einem beschränkten Drehbereich. Als Werkzeug 64 fungiert zum Beispiel ein grundsätzlich an sich bekannter Elevator, jedenfalls eine Vorrichtung, mittels derer ein Ende einer Bohrstange 12 erfasst und bewegt werden kann, also zum Beispiel eine Vorrichtung in Form von oder nach Art einer Zange oder eines Greifers. Das Werkzeug 64 greift dabei bevorzugt in einem Bereich an der Bohrstange 12 an, in dem sich deren Durchmesser von einem Stangendurchmesser hin zu einem größeren Durchmesser einer sogenannten Box (das ein Innengewinde aufweisendes Ende der Bohrstange wird als Box bezeichnet) ändert. Mit der aufgrund des größeren Boxdurchmessers resultierenden Schulter in der Außenoberflä¬ che der Bohrstange 12 kann diese an dem Werkzeug 64 hängen und ist in axialer Richtung fixiert. Depending on the respective rotation of the shoulder segment 60 and a pivoting position of the arm segment 62 are - limited by the length of the arm segment 62 and the maximum deflection of the arm segment 62 - with the tool 64 beliebi ¬ ge x and y positions reachable. With the mobility of the handling device 20 along the z-axis can thus be with the tool 64 in an imaginary cylinder every space point within the cylinder and on the lateral surface he ¬ ranges. The mentioned imaginary cylinder has a high ¬ axis parallel or substantially parallel to the vertical axis of the mast 10, a radius that is determined by the length of the Armseg- element 62 and the maximum deflection of the arm segment 62 ¬ , and a height by the range of movement of the handling device 20 in or on the mast 10 is determined. The mobility of the handling device 20 is again illustrated separately in the lower area of the representation in FIG. 5 by means of the three double arrows there. The handle lo ¬ imparting apparatus 20 is thus a machine with a translational degree of freedom (movement in the vertical or the mast) and two rotational degrees of freedom (rotation of the Shoulder segment 60 about the rotation axis Rl; Pivotal mobility of the arm segment 62 about the pivot axis R2). The axis of rotation Rl and the pivot axis R2 are shown in the illustration in FIG. The pivot axis R2 is here primarily to distinc- tion from the rotational axis R as a pivot axis designated ¬ net. In fact, the pivot axis R2 can be understood as a rotation axis, namely as a rotation axis with a limited range of rotation. The tool 64 is, for example, a generally known elevator, in any case a device by means of which one end of a drill rod 12 can be grasped and moved, that is, for example, a device in the form of or in the manner of a pair of pliers or a gripper. The tool 64 preferably engages in a region on the boring bar 12, in which the diameter changes from a bar diameter to a larger diameter of a so-called box (the end of the boring bar having an internal thread is referred to as a box). With the resulting due to the larger box diameter shoulder in the Außenoberflä ¬ che the drill rod 12, this can hang on the tool 64 and is fixed in the axial direction.
In der Darstellung in Figur 3 ist im Bereich der Handhabungs- Vorrichtung 20 auch das Werkzeug 64 unter der Handhabungsvorrichtung 20 gezeigt. Bei einer vertikalen Bewegung der Handhabungsvorrichtung 20 im Mast 10 hängt der Arm 54 - insbesondere aufgrund eines deaktivierten Aktors 66 und ausschlie߬ lich unter Gravitationseinfluss oder aufgrund einer entspre- chenden Ansteuerung des Aktors 66 - lotrecht unter der Hand¬ habungsvorrichtung 20. Wenn mittels der Handhabungsvorrichtung 20 eine Bohrstange 12 oder ein Bohrgestängeelement 14 im oder am Mast 10 angehoben oder abgesenkt wird, hängt diese (zumindest nach dem Aufrichten mittels der Handhabungsvorrichtung 20) bzw. dieses ebenfalls lotrecht unter der Handha¬ bungsvorrichtung 20. Insofern kann die in Figur 3 gezeigte Position des Werkzeugs 64 auch als Position einer unter der Handhabungsvorrichtung 20 hängenden Bohrstange 12 oder eines unter der Handhabungsvorrichtung 20 hängenden Bohrgestängeelements 14 angesehen werden. Eine Hochachse (parallel zur Bohrlochmittelachse) durch diese Position wird im Folgenden als Handhabungsvorrichtungsmittelachse (siehe auch Figur 6: A2) bezeichnet und der Abstand von der Handhabungsvorrich- tungsmittelachse zur Bohrlochmittelachse ist in der Darstel¬ lung in Figur 3 mit d2 bezeichnet. In the illustration in FIG. 3, the tool 64 under the handling device 20 is also shown in the area of the handling device 20. With a vertical movement of the handling device 20 in the mast 10 of the arm 54 depends - in particular because of a deactivated actuator 66 and exclu ¬ Lich under gravitational influence or because of a corresponding control of the actuator 66 - perpendicular 20 under the hand ¬ habungsvorrichtung If by means of the handling device 20 a drill rod 12 or a drill pipe element 14 is raised or lowered in or on the mast 10, this depends (at least after erecting means of the handling device 20) and this also perpendicular 20 of the handle lo ¬ imparting apparatus respect, the position of the tool 64 shown in Figure 3 can also serve as position of a hanging under the handling device 20 the drill rod 12 or of the handling device 20 hanging drill pipe element 14 are considered. A vertical axis is (parallel to the well centerline) by this position, referred to as handling device center axis (see also Figure 6: A2) and the distance from the handling device central axis to the borehole central axis is referred to in depicting ¬ lung in Figure 3 with d2.
Bisher stand die Beweglichkeit der Handhabungsvorrichtung 20 im Vordergrund. Im Folgenden wendet sich die Beschreibung der Verwendung der Handhabungsvorrichtung 20 beim Betrieb der Bohranlage zu. Die Handhabungsvorrichtung 20 ist für verschiedene Funktionen beim Bohrbetrieb verwendbar. Dazu gehört das Aufrichten von Bohrstangen 12 oder Bohrgestängeelementen 14 aus einer horizontalen oder im Wesentlichen horizontalen Position in eine für den Bohrbetrieb oder zum Abstellen in der Fingerbühne 38 notwendige vertikale Position. Des Weite¬ ren gehört dazu das Zuführen von Bohrgestängeelementen 14 auf Bohrlochmitte beim Abteufen der Bohrung oder das Aufnehmen von Bohrgestängeelementen 14 auf Bohrlochmitte und das Zwischenlagern aufgenommener Bohrgestängeelemente 14 zum Beispiel in der Fingerbühne 38. Schließlich gehört zur Funktion der Handhabungsvorrichtung 20 auch das Kombinieren von Bohrstangen 12 zum Erhalt sogenannter Doubles oder Stands („Stand Building") . So far, the mobility of the handling device 20 was in the foreground. In the following, the description of the use of the handling device 20 in the operation of the drilling rig turns to. The handling device 20 can be used for various functions during drilling operation. This includes raising boring bars 12 or drill string elements 14 from a horizontal or substantially horizontal position to a vertical position necessary for drilling operation or parking in the finger stage 38. The width ¬ ren belongs to the feeding of drill string 14 to the well center while drilling of the bore or picking up of drill string 14 to the well center and the temporary storage of recorded drill string 14, for example, in the finger stage 38. Finally, the function of the handling device 20 also includes combining boring bars 12 for obtaining so-called doubles or stands ("stand building").
In der Darstellung in Figur 6 ist insoweit zunächst der sich in an sich bekannter Art und Weise auf einem Unterbau erhe- bende Mast 10 in einer Seitenansicht und mit unterschiedli¬ chen Positionen der bei der gezeigten Ausführungsform am Mast 10 beweglichen und bei einer anderen Ausführungsform gegebenenfalls auch im Mast 10 beweglichen Handhabungsvorrichtung 20 gezeigt. Entlang des Masts 10 ist die Handhabungsvorrich¬ tung 20 zur Veranschaulichung von deren vertikaler Beweglichkeit von unten nach oben - also vom Mastfuß in Richtung auf die Mastkrone gesehen - in unterschiedlichen Positionen gezeigt, nämlich in einer unteren Position (U) , einer mittleren Position (M) in einer Position auf Höhe der Fingerbühne 38 (F) und einer oberen Position (0) . Unterhalb des Unterbaus und oberhalb der Mastkrone sind mit parallelen und aufeinan¬ der weisenden Pfeilen die Bohrlochmittelachse AI und die Handhabungsvorrichtungsmittelachse A2 eingezeichnet. In the illustration in FIG. 6, the manner known per se is initially based on a substructure in a manner known per se. bende mast 10 in a side view and with unterschiedli ¬ chen positions of the movable in the embodiment shown on the mast 10 and in another embodiment optionally also in the mast 10 movable handling device 20 shown. Along the mast 10, the Handhabungsvorrich ¬ tung is 20 to illustrate their vertical movement from the bottom upwards - that is seen from the mast in the direction of the mast crown - shown in different positions, namely in a lower position (U), (a middle position M ) in a position at the level of the finger stage 38 (F) and an upper position (0). Below the substructure and above the mast crown, the borehole center axis AI and the handling device center line A2 are shown with parallel and aufeinan ¬ pointing arrows.
In der unteren Position U befindet sich das Werkzeug 64 auf der sogenannten Drillfloorebene (Drillfloor 70) oder im Wesentlichen auf der Drillfloorebene . Hier wird eine Bohrstange 12 zugeführt und von der Handhabungseinrichtung 20 mittels des Werkzeugs 64 aufgenommen. Kurz wird bezüglich dieser Position auch davon gesprochen, dass sich die Handhabungsvorrichtung 20 auf Drillfloorebene befindet, auch wenn dies eher auf das Werkzeug 64 der Handhabungsvorrichtung 20 zutrifft. Die Handhabungsvorrichtung 20 ist entlang des Masts 10 zwi- sehen der unteren Position U und der oberen Position 0 sowie zwischen jeder Position oberhalb der unteren Position U und unterhalb der oberen Position 0 beweglich und passiert dabei ggf. auch die Fingerbühne 38. Die Fingerbühne 38 ist dafür mit einem ausreichenden Abstand vom Mast 10 am Mast 10 ange- bracht und bei einer speziellen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Fingerbühne 38 eine Ausnehmung 74 (Fig. 11) aufweist, welche es ermöglicht, dass die Handhabungsvorrich- tung 20 bei ihrer Vertikalbewegung entlang des Masts 10 die Fingerbühne 38 passieren kann. In the lower position U, the tool 64 is located on the so-called Drillfloor level (Drillfloor 70) or substantially on the Drillfloor level. Here, a boring bar 12 is supplied and received by the handling device 20 by means of the tool 64. Briefly, with regard to this position, it is also referred to that the handling device 20 is located on a drill floor level, even if this applies more to the tool 64 of the handling device 20. The handling device 20 is along the mast 10 between see the lower position U and the upper position 0 and between each position above the lower position U and below the upper position 0 movable and possibly also passes the finger stage 38. The finger stage 38 for this purpose, with a sufficient distance from the mast 10 to the mast 10, and in a special embodiment it is provided that the finger platform 38 has a recess 74 (FIG. 11), which allows the handling device tion 20 during their vertical movement along the mast 10, the finger stage 38 can happen.
In der Darstellung in Figur 6 ist zu der Handhabungsvorrich- tung 20 in der unteren Position U eine seitlich zugeführte und mittels des Werkzeugs 64 aufgenommene Bohrstange 12 In the illustration in FIG. 6, the handling device 20 in the lower position U is a laterally fed boring bar 12 received by the tool 64
(Längsachse der Bohrstange 12 quer zur Blattebene) gezeigt. Zu der Handhabungsvorrichtung 20 in der mittleren Position M ist in Figur 6 eine unter der Handhabungsvorrichtung 20 (am Werkzeug 64) hängende Bohrstange 12 gezeigt. Zu der Handha¬ bungsvorrichtung 20 in der Fingerbühnenposition F ist ein in Richtung auf die Fingerbühne 38 ausgeschwenkter (vom Mast 10 weg) Arm 54 gezeigt, um zu veranschaulichen, dass mittels der Handhabungsvorrichtung 20 Bohrgestängeelemente 14 in der Fin- gerbühne 38 abgestellt werden können oder aus der Fingerbühne 38 entnommen werden können. Darüber hinaus kann in grundsätzlich jeder Vertikalposition der Handhabungsvorrichtung 20 (abhängig von der Vertikalposition des Topdrive 36 oder einer vergleichbaren Vorrichtung) das Werkzeug 64 in Richtung auf die Bohrlochmittelachse AI oder zur Bohrlochmittelachse AI verschwenkt werden. (Longitudinal axis of the boring bar 12 transversely to the sheet plane) shown. For the handling device 20 in the middle position M, a boring bar 12 suspended below the handling device 20 (on the tool 64) is shown in FIG. To the handle lo ¬ exercise device 20 in the finger stage position F a swung-out towards the racking board 38 is shown arm 54 (away from the mast 10) to illustrate that, by means of the handling device 20 drill string 14 can be parked in the racking board 38 or can be removed from the finger stage 38. In addition, in principle, any vertical position of the handling device 20 (depending on the vertical position of the top drive 36 or a comparable device), the tool 64 can be pivoted in the direction of the Bohrlochmittelachse AI or Bohrlochmittelachse AI.
Der Bewegungsbereich der Handhabungsvorrichtung 20 in vertikaler Richtung entlang des Masts 10 umfasst zumindest die un- tere Position U und eine Position im Bereich der Fingerbühne 38, also zum Beispiel die in Figur 6 gezeigte Fingerbühnenpo¬ sition F. Zumindest in diesem Bereich ist im oder am Mast 10 zumindest ein Führungsprofil 26, 28 oder - wie exemplarisch gezeigt - zwei Führungsprofile 26, 28 jeweils an den vorderen Masteckstielen 22, 24 angebracht. The movement range of the handling device 20 in the vertical direction along the mast 10 includes at least the un- tere position U and a position in the racking board 38, so for example the Fingerbühnenpo ¬ sition F. shown in Figure 6, at least in this area is in or on the Mast 10 at least one guide profile 26, 28 or - as exemplarily shown - two guide profiles 26, 28 respectively attached to the front Masteckstielen 22, 24.
In den Darstellungen in Figur 7 und Figur 8 ist das Aufnehmen einer von außerhalb zum Drillfloor 70 zugeführten Bohrstange 12 mittels der Handhabungsvorrichtung 20 gezeigt. Die Bohrstange 12 wird optional seitlich zugeführt, weil sich vor und/oder hinter der Bohranlage weitere Bohrlöcher befinden können (seitlich zur Bohranlage meint dabei eine Richtung quer zu einer Ebene durch die Bohrlochmittelachse AI und die Handhabungsvorrichtungsmittelachse A2 ; vor oder hinter der Bohranlage meint entsprechend eine Richtung parallel zu der Ebene durch die Bohrlochmittelachse AI und die Handhabungs- vorrichtungsmittelachse A2). Andere Zuführrichtungen sind ebenso denkbar. Das Zuführen der Bohrstange 12 erfolgt zumIn the illustrations in FIG. 7 and FIG. 8, the picking up of a boring bar supplied from outside to the drill floor 70 is shown 12 by means of the handling device 20 shown. The boring bar 12 is optionally supplied laterally because there may be additional wellbores in front of and / or behind the rig (lateral to the rig means a direction transverse to a plane through the borehole center axis AI and the operator center axis A2; Direction parallel to the plane through the borehole center axis AI and the handling device center axis A2). Other directions of delivery are also conceivable. The feeding of the boring bar 12 takes place for
Beispiel mittels einer dafür vorgesehenen Maschine, insbesondere einer sogenannten PULD-Maschine ( Pull-Up-and-Lay-Down Maschine) . Auf die Art der Zuführung kommt es aber nicht an und andere Zuführungsarten sind ebenfalls denkbar und sollen als von der hier vorgelegten Beschreibung umfasst gelten. Wesentlich ist, dass die Bohrstange 12 in einer horizontalen oder im Wesentlichen horizontalen Orientierung zum Drillfloor 70 gelangt und dort in dieser Orientierung durch die Handha¬ bungsvorrichtung 20 aufgenommen wird. Die Darstellung in Fi- gur 8 zeigt das Aufnehmen der Bohrstange 12 in Form eines vergrößerten Ausschnitts aus der Darstellung in Figur 7. Zum Aufnehmen der Bohrstange 12 wird die Handhabungsvorrichtung 20 an den Führungsprofilen 26, 28 in die untere Position U (vgl. Fig. 6) verfahren. Spätestens in der unteren Position U wird das Schultersegment 60 um die Drehachse Rl in Richtung auf die aufzunehmende Bohrstange 12 gedreht (das Drehen des Schultersegments 60 kann grundsätzlich bereits vor Erreichen der unteren Position U beginnen) . Spätestens in der unteren Position U wird zum Aufnehmen der Bohrstange 12 das Armseg- ment 62 um die Schwenkachse R2 in Richtung auf die aufzuneh¬ mende Bohrstange 12 verschwenkt (auch das Verschwenken des Armsegments 62 kann grundsätzlich bereits vor Erreichen der unteren Position U beginnen) . Sobald das Werkzeug 64 durch eine geeignete Positionierung des Arms 54 (Drehen um Rl, Schwenken um R2) das Ende der Bohrstange 12 und die dortige sogenannte Box erfassen kann, wird das Werkzeug 64 (automa¬ tisch und/oder manuell) geschlossen und die Bohrstange 12 ist so an der Handhabungsvorrichtung 20 fixiert. Anschließend wird die Handhabungsvorrichtung 20 entlang des Masts 10 in Richtung auf die Mastkrone verfahren. Dabei wird die Bohr¬ stange 12 aufgerichtet (die Bohrstange 12 gelangt in eine vertikale Orientierung) , bis die Bohrstange 12 schließlich am Werkzeug 64 und lotrecht unter der Handhabungsvorrichtung 20 hängt. Beim Aufwärtsfahren der Handhabungsvorrichtung 20 kann der Aktor 66 deaktiviert sein (ein zum Beispiel als Aktor 66 fungierender Hydraulikzylinder wird „gefloatet") , so dass der Arm 54 frei beweglich ist und schließlich ebenfalls lotrecht unter der Basis 52 der Handhabungsvorrichtung 20 hängt. Genauso kann vorgesehen sein, dass beim Aufwärtsfahren der Arm 54 mittels des Aktors 66 aktiv in eine lotrechte Position verschwenkt wird. Nach dem Aufrichten der Bohrstange 12 kann diese mittels der Handhabungsvorrichtung 20 im sogenannten Mauseloch 72 abgestellt werden. Die Darstellung in Figur 8 zeigt eine im Mauseloch 72 abgestellte Bohrstange 12, von der entsprechend nur noch das obere Ende mit der dortigen Box erkennbar ist. Wenn das Mauseloch 72 in Verlängerung der Handhabungsvorrichtungs- mittelachse A2 liegt, kann das Abstellen der Bohrstange 12 im Mauseloch 72 durch einfaches Abwärtsfahren der Handhabungsvorrichtung 20 erfolgen. Allerdings ist nicht erforderlich, dass sich das Mauseloch 72 in Verlängerung der Handhabungs- vorrichtungsmittelachse A2 befindet und wenn dieses von der Handhabungsvorrichtungsmittelachse A2 beabstandet ist (zum Beispiel bei mehr als einem Mauseloch 72), wird die Bohrstange 12 durch geeignete Positionierung des Arms 54 (Drehen um Rl und/oder Schwenken um R2 ; immer wenn hier und im Folgenden von einem Drehen und/oder Schwenken um die Achsen Rl bzw. R2 gesprochen wird, ist ein eventuelles gleichzeitiges, vorei¬ lendes oder anschließendes Bewegen der Handhabungsvorrichtung 20 entlang der z-Achse zur Höhenanpassung mitzulesen) über dem Mauseloch 72 positioniert und schließlich im Mauseloch 72 abgestellt. Wenn die zuerst aufgenommene Bohrstange 12 (erste Bohrstange 12) im Mauseloch 72 abgestellt ist, kann mittels der Handhabungsvorrichtung 20 eine weitere Bohrstange 12 (zweite Bohrstange 12) aufgenommen und aufgerichtet werden. Dies erfolgt genauso, wie dies weiter oben bereits erläutert wurde . Example by means of a dedicated machine, in particular a so-called PULD machine (pull-up-and-lay-down machine). However, the type of delivery is not important and other types of delivery are also conceivable and should be considered as encompassed by the description presented here. It is essential that the drill rod 12 passes in a horizontal or substantially horizontal orientation to the drill floor 70 and is received there in this orientation by the handle lo ¬ imparting apparatus 20th 8 shows the receiving of the boring bar 12 in the form of an enlarged detail from the illustration in FIG. 7. For receiving the boring bar 12, the handling device 20 is moved on the guide profiles 26, 28 to the lower position U (see FIG. 6) proceed. At least in the lower position U, the shoulder segment 60 is rotated about the axis of rotation Rl in the direction of the male boring bar 12 (the rotation of the shoulder segment 60 can in principle already begin before reaching the lower position U). At least in the lower position U, the arm segment 62 is pivoted about the pivot axis R2 in the direction of the aufzuneh ¬ ing drill rod 12 for receiving the boring bar 12 (the pivoting of the arm segment 62 can basically already begin before reaching the lower position U). Once the tool 64 through a suitable positioning of the arm 54 (turning around Rl, pivoting about R2) can detect the end of the boring bar 12 and the so-called box there, the tool 64 (automatically ¬ and / or manually) is closed and the boring bar 12 is so on the Handling device 20 fixed. Subsequently, the handling device 20 is moved along the mast 10 in the direction of the mast crown. The drilling ¬ rod 12 is raised (the boring bar 12 passes in a vertical orientation) until the boring bar 12 ultimately depends on the tool 64 and vertically below the handling device 20th When the handling device 20 is moved upwards, the actuator 66 may be deactivated (a hydraulic cylinder acting as an actuator 66 is "floated", for example), so that the arm 54 is free to move and eventually also hangs vertically under the base 52 of the handling device 20. The same may be provided In the case of upward movement, the arm 54 is actively pivoted to a vertical position by means of the actuator 66. After raising the boring bar 12, it can be parked in the so-called mouse hole 72 by means of the handling device 20. The representation in FIG Boring bar 12, of which accordingly only the upper end with the box there is recognizable.When the mouse hole 72 is located in the extension of the handling device central axis A2, the drilling rod 12 can be parked in the mouse hole 72 simply by moving down the handling device 20. However not required that the Mouse hole 72 is located in extension of the handle device center axis A2 and when it is spaced from the handle device center axis A2 (for example, at more than one mouse hole 72), the boring bar 12 by appropriate positioning of the arm 54 (rotation to R1 and / or panning around R2; whenever it is referred to here and below by a rotation and / or pivoting about the axes Rl and R2, is a possible simultaneous, vorei ¬ lendes or subsequent movement of the handling device 20 along the z-axis read along for height adjustment) above the mouse hole 72nd positioned and finally parked in the mouse hole 72. If the first recorded boring bar 12 (first boring bar 12) in the mouse hole 72 is turned off, by means of the handling device 20, a further boring bar 12 (second boring bar 12) are received and erected. This is done exactly as explained above.
Die Darstellung in Figur 9 zeigt eine Momentaufnahme beim Verbinden der zweiten Bohrstange 12 mit der im Mauseloch 72 befindlichen ersten Bohrstange 12 zum Erhalt eines Bohrge¬ stängeelements 14 zeitlich und räumlich parallel zum und un¬ abhängig vom Bohrbetrieb. Dafür fährt die Handhabungsvorrichtung 20 mit der zweiten Bohrstange 12 entlang des Masts 10 zumindest so weit in Richtung auf die Mastkrone, bis die zweite Bohrstange 12 frei unter der Handhabungsvorrichtung 20 hängt. Je nach Position des Mauselochs 72 oder des jeweiligen Mauselochs 72, also des Mauselochs 72, in dem die erste Bohr¬ stange 12 abgestellt wurde, kann die Handhabungsvorrichtung 20 zum Verbinden der zweiten Bohrstange 12 mit der ersten Bohrstange 12 entweder mit der lotrecht unter der Handha¬ bungsvorrichtung 20 hängenden zweiten Bohrstange 12 abwärts und in Richtung auf das aus dem Mauseloch 72 ragende Ende der ersten Bohrstange 12 fahren oder es ist zuvor eine Positio- nierung des Arms 54 (Drehen um Rl und/oder Schwenken um R2) notwendig, um die zweite Bohrstange 12 in eine Position über der ersten Bohrstange 12 zu bringen. Das Verbinden der zweiten Bohrstange 12 mit der ersten Bohrstange 12 (Gewindeverbindung von Pin und Box) erfolgt mittels einer dafür vorgesehenen, grundsätzlich an sich bekannten und in den Figuren nicht gezeigten Maschine, zum Beispiel einer Maschine in Form von oder nach Art eines sogenannten IronThe diagram in Figure 9 shows a snapshot when connecting the second boring bar 12 with the mouse hole 72 located in the first boring bar 12 to give a Bohrge ¬ stängeelements 14 parallel to the temporally and spatially and un ¬ depending on the drilling operation. For this, the handling device 20 moves with the second boring bar 12 along the mast 10 at least as far in the direction of the mast crown until the second boring bar 12 hangs freely under the handling device 20. Depending on the position of the mousehole 72 or the respective mousehole 72, ie of the mousehole 72, in which it was turned off, the first drilling ¬ rod 12, the handling device 20 for connecting the second boring bar 12 with the first boring bar 12 either vertically below the handle lo ¬ hanging device 20 hanging second boring bar 12 down and toward the projecting from the mouse hole 72 end of the first boring bar 12 or it is previously positioning the arm 54 (rotation by Rl and / or pivoting about R2) necessary to the bring second boring bar 12 in a position above the first boring bar 12. The connecting of the second boring bar 12 to the first boring bar 12 (threaded connection of pin and box) takes place by means of a machine which is basically known per se and not shown in the figures, for example a machine in the form of or in the manner of a so-called iron
Roughneck. Die im Werkzeug 64 hängende Bohrstange 12 ist da¬ bei relativ zum Werkzeug 64 drehbar, weil keine kraftschlüs¬ sige Verbindung zwischen Werkzeug 64 und Bohrstange 12 vorliegt oder eine solche kraftschlüssige Verbindung ggf. wäh- rend des Vorgangs des Verbindens gelöst wird. Durch das Ver¬ binden der zweiten Bohrstange 12 mit der ersten Bohrstange 12 ist ein in der Fachterminologie als Double bezeichnetes Bohr¬ gestängeelement 14 entstanden. Das Erstellen solcher Bohrgestängeelemente 14 kann unabhängig vom laufenden Bohrbetrieb erfolgen, weil sich die Handha¬ bungsvorrichtung 20 dabei entlang der Handhabungsvorrich- tungsmittelachse A2 bewegt, während sich ein Topdrive 36 oder dergleichen entlang der Bohrlochmittelachse AI bewegt, so dass sich beide kollisionsfrei und unabhängig voneinander be¬ wegen können. In der Darstellung in Figur 9 ist der Topdrive 36 über der Bohrlochöffnung 50 im Drillfloor 70 erkennbar. Der Topdrive 36 bewegt sich entlang der durch die Bohrlochöffnung 50 und den Bohrstrang definierten Bohrlochmittel- achse AI (Fig. 6) . Die Handhabungsvorrichtung 20 bewegt sich entlang der von der Bohrlochmittelachse AI beabstandeten und zur Bohrlochmittelachse AI parallelen oder zumindest im We¬ sentlichen parallelen Handhabungsvorrichtungsmittelachse A2. Bei der Darstellung in Figur 9 fällt die Handhabungsvorrich- tungsmittelachse A2 mit der Längsachse des gezeigten Bohrge¬ stängeelements 14 zusammen. Aufgrund des Abstands zwischen Bohrlochmittelachse AI und Handhabungsvorrichtungsmittelachse A2 kann das Erstellen von Bohrgestängeelementen 14 zeitlich und räumlich parallel zum und unabhängig vom Bohrbetrieb erfolgen . Roughneck. The hanging tool 64 in the drill rod 12 is then ¬ at 64 rotatably relative to the tool because no kraftschlüs ¬ fitting connection between the tool 64 and drill rod 12 is present, or such a non-positive connection is put currency dissolved rend the process of bonding. By Ver ¬ bind the second boring bar 12 with the first drill rod 12 is a called a Double in technical terminology ¬ drilling rod element 14 is formed. The creation of such drill string 14 can be carried out independently of the current drilling operation because the handle lo ¬ imparting apparatus 20 thereby moves along the Handhabungsvorrich- tung central axis A2, while a top drive is moved along the borehole central axis AI 36 or the like, so that both be collision-free and independent from each other ¬ because of. In the illustration in FIG. 9, the topdrive 36 can be seen above the borehole opening 50 in the drillfloor 70. The topdrive 36 travels along the well center axis AI defined by the wellbore 50 and the drillstring (Figure 6). The handling device 20 moves along the borehole spaced from the central axis and parallel AI or AI to the borehole central axis at least in the We ¬ sentlichen parallel handling device central axis A2. In the illustration in Figure 9, the Handhabungsvorrich- tung central axis A2 coincides with the longitudinal axis of the Bohrge ¬ stängeelements 14 shown. Due to the distance between the wellbore center line AI and the handling device axis axis A2, the construction of drill string elements 14 may be timed and spatially parallel to and independently of the drilling operation.
Zum optionalen Erstellen eines drei Bohrstangen 12 umfassen- den Bohrgestängeelements 14 (Triple oder Stand) wird das bis¬ her zwei Bohrstangen 12 umfassende Bohrgestängeelement 14 mittels der Handhabungsvorrichtung 20 aus dem Mauseloch 72 herausgezogen und mittels der Handhabungsvorrichtung 20 und durch geeignete Positionierung des Arms 54 (Drehen um Rl und/oder Schwenken um R2) im oder neben dem Mast 10 abgestellt. Für ein solches Abstellen steht in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise eine Abstellposition (nicht gezeigt) zur Verfügung, in der das Bohrgestängeelement 14 zu¬ mindest oben, optional oben und unten, mittels einer Klaue oder dergleichen gehalten wird. Nachdem durch Abstellen des bisher zwei Bohrstangen 12 umfassenden Bohrgestängeelements 14 das Mauseloch 72 wieder frei geworden ist, kann mittels der Handhabungsvorrichtung 20 eine weitere Bohrstange 12 (dritte Bohrstange 12) - wie oben beschrieben - geholt, auf- gerichtet und im Mauseloch 72 abgestellt werden. Anschließend wird mittels der Handhabungsvorrichtung 20 das zuvor in der Abstellposition abgestellte Bohrgestängeelement 14 wieder aufgenommen und mittels der Handhabungsvorrichtung 20 - wie oben beschrieben - oberhalb des aus dem Mauseloch 72 heraus- ragenden Endes der dritten Bohrstange 12 platziert werden. Das Verbinden des bisher zwei Bohrstangen 12 umfassenden Bohrgestängeelements 14 mit der dritten Bohrstange 12 erfolgt erneut mittels der oben erwähnten, zum Herstellen einer solchen Gewindeverbindung vorgesehenen Maschine. Durch das Ver- binden der dritten Bohrstange 12 mit dem bisher zwei Bohrstangen 12 (erste Bohrstange 12, zweite Bohrstange 12) umfas¬ senden Bohrgestängeelement 14 ist ein in der Fachterminologie als Triple oder Stand bezeichnetes Bohrgestängeelement 14 entstanden . For the optional creation of a drill rod element 14 comprising three drill rods 12 (triple or stand), the drill rod element 14 comprising up to now two drill rods 12 is pulled out of the mouse hole 72 by means of the handling device 20 and by means of the handling device 20 and by suitable positioning of the arm 54 (FIG. Turning around Rl and / or pivoting about R2) parked in or next to the mast 10. For such a parking is in principle known per se, a parking position (not shown) are available in which the drill string element 14 is ¬ at least up, optionally up and down, held by a claw or the like. After the mouse hole 72 has become free again by switching off the drill rod element 12 which has hitherto consisted of two drill rods 12, a further drill rod 12 (third drill rod 12) can be brought, erected and set down in the mouse hole 72 by means of the handling device 20. Subsequently, by means of the handling device 20, the drill rod element 14 previously parked in the parking position is resumed and placed above the end of the third boring bar 12 protruding from the mouse hole 72 by means of the handling device 20, as described above. The connection of the previously two drill rods 12 comprehensive drill string member 14 with the third boring bar 12 is again by means of the above-mentioned, provided for producing such a threaded connection machine. By comparison of the third boring bar 12 bind with the previously two boring bars 12 (first boring bar 12, second drill rod 12) umfas ¬ send drill string 14 is in the terminology As a triple or stand designated drill string element 14 emerged.
Alternativ ist ein Erstellen eines drei Bohrstangen 12 umfas- senden Bohrgestängeelements 14 (Triple oder Stand) auch mit¬ tels eines weiteren Mauselochs 72 möglich. Zur Unterscheidung wird dabei das Mauseloch 72, in welchem sich nach dem Verbinden einer zweiten Bohrstange 12 mit einer ersten Bohrstange 12 das zwei Bohrstangen 12 umfassende Bohrgestängeelement 14 befindet, als erstes Mauseloch 72 und das weitere Mauseloch (nicht gezeigt) als zweites Mauseloch bezeichnet. Dann wird mittels der Handhabungsvorrichtung 20 - wie oben beschrieben - eine dritte Bohrstange 12 geholt und aufgerichtet und an¬ schließend im zweiten Mauseloch abgestellt. Dann wird mittels der Handhabungsvorrichtung 20 das im ersten Mauseloch 72 befindliche Bohrgestängeelement 14 zumindest bis auf die Höhe des aus dem zweiten Mauseloch ragenden Endes der dritten Bohrstange 12 angehoben und anschließend mittels der Handha¬ bungsvorrichtung 20 über dem zweiten Mauseloch positioniert. Dort erfolgt jetzt - wie oben beschrieben - die Herstellung der Gewindeverbindung zwischen dem lotrecht an der Handhabungsvorrichtung 20 hängenden Bohrgestängeelement 14 (Kombi¬ nation aus erster Bohrstange 12 und zweiter Bohrstange 12) und der im zweiten Mauseloch befindlichen dritten Bohrstange 12. Das Ergebnis ist wiederum ein drei Bohrstangen 12 umfassendes Bohrgestängeelement 14 (Stand) . Alternatively, a Creating a three drill rods 12 is comprehensive Bohrgestängeelements 14 (Triple or still) possible with ¬ means of a further mousehole 72nd In order to distinguish this, the mouse hole 72, in which, after connecting a second boring bar 12 with a first boring bar 12, the drill rod element 12 comprising two boring bars 12, is referred to as the first mouse hole 72 and the further mouse hole (not shown) as the second mouse hole. A third boring bar 12 and brought upright and turned off by closing the second mousehole ¬ - Then, by means of the handling device 20 - as described above. Then, by means of the handling device 20, the drill string located in the first mousehole 72 is lifted and 14 at least up to the height of projecting from the second end of the third mouse hole boring bar 12 then positioned by means of the handle lo ¬ imparting apparatus 20 via the second mousehole. There now takes place - as described above - the preparation of the threaded connection between the perpendicular to the handling device 20 hanging drill pipe element 14 (combination ¬ nation of first boring bar 12 and second boring bar 12) and located in the second mouse hole third boring bar 12. The result is again three drill rods 12 comprehensive drill pipe element 14 (Stand).
Das Erstellen solcher Stands kann vollständig unabhängig vom laufenden Bohrbetrieb erfolgen, weil sich die Handhabungsvor- richtung 20 dabei weiterhin nur entlang der Handhabungsvor- richtungsmittelachse A2 bewegt, während sich ein Topdrive 36 oder dergleichen entlang der Bohrlochmittelachse AI bewegt, so dass sich beide kollisionsfrei und unabhängig voneinander bewegen können. Das vom laufenden Bohrbetrieb unabhängige Erstellen von Bohrgestängeelementen 14 in Form von Stands wird auch als Offline-Stand-Building bezeichnet und entsprechend fungiert die gegenständliche Handhabungsvorrichtung 20 als Offline-Stand-Builder . The creation of such stalls can be completely independent of the current drilling operation, because the handling device 20 continues to move only along the handling device center axis A2, while a top drive 36 or the like moves along the borehole center axis AI, so that both are collision-free and independent from one another can move. The production of drill pipe elements 14 in the form of stands, which is independent of the current drilling operation, is also referred to as offline stand-building, and accordingly the present handling apparatus 20 functions as an offline stand-builder.
Mittels der Handhabungsvorrichtung 20 ist selbstverständlich - nämlich in umgekehrter Reihenfolge wie oben beschrieben - auch ein Auflösen eines mehrere Bohrstangen 12 umfassenden Bohrgestängeelements 14 möglich. Zur Vermeidung unnötigerBy means of the handling device 20 is of course - namely in reverse order as described above - also a dissolution of a plurality of drill rods 12 comprehensive drill string element 14 possible. To avoid unnecessary
Wiederholungen wird entsprechend auf die obige Beschreibung sowie darauf verwiesen, dass die beschriebenen Verfahrens¬ schritte beim Auflösen eines mehrere Bohrstangen 12 umfassenden Bohrgestängeelements 14 in umgekehrter Reihenfolge ablau- fen. Repetitions will be made accordingly to the above description and to the fact that the described process steps ¬ step in the dissolution of a plurality of drill rods 12 comprehensive drill string element 14 in reverse order.
Ein mittels der Handhabungsvorrichtung 20 erstelltes Bohrgestängeelement 14, nämlich ein zwei Bohrstangen 12 umfassendes Bohrgestängeelement 14 (Double) oder ein drei Bohrstangen 12 umfassendes Bohrgestängeelement 14 (Triple, Stand) , kann mit¬ tels der Handhabungsvorrichtung 20 unmittelbar dem Bohrpro- zess zugeführt werden. Dafür wird der Topdrive 36 vom auf Drillfloorebene endenden Kopf des Bohrstrangs gelöst und im Mast 10 zur Mastkrone verfahren. Dann kann mittels der Hand- habungsvorrichtung 20 durch geeignete Positionierung des Arms 54 (Drehen um Rl; Schwenken um R2) das Bohrgestängeelement 14 auf Bohrlochmitte gebracht und dort in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise einerseits mit dem Topdrive 36 und andererseits mit dem Kopf des Bohrstrangs verbunden werden. Dabei kommt der Arm 54 der Handhabungsvorrichtung 20 kontrolliert in den Bewegungsbereich (Bohrlochmittelachse AI) des Topdrive 36 oder einer sonstigen zum Antrieb des Bohrstrangs vorgesehenen Vorrichtung. Dies ist kollisionsfrei möglich, indem dieser bzw. diese zuvor in eine ausreichende Höhe im Mast 10 verfahren wurde. Die Darstellung in Figur 1 zeigt die Handhabungsvorrichtung 20 mit einem in Richtung auf Bohrlochmitte geschwenkten Arm 54, allerdings (im Interesse der Über- sichtlichkeit der Darstellung) ohne ein am Werkzeug 64 hän¬ gendes Bohrgestängeelement 14. A document created by means of the handling device 20 drill string 14, namely, a two boring bars 12 complete drill string 14 (double) or three drilling rods 12 complete drill string 14 (Triple, supernatant) can be supplied with ¬ means of the handling device 20 directly to the Bohrpro- process. For this, the Topdrive 36 is released from the drilling-floor-ending head of the drill string and moved in the mast 10 to the mast crown. Then, by means of the handling device 20, the drill pipe element 14 can be brought to the center of the borehole by suitable positioning of the arm 54 (turning around R1, pivoting about R2) and there in a basically known manner on the one hand with the top drive 36 and on the other hand with the head of the drill Drill strand are connected. In this case, the arm 54 of the handling device 20 comes controlled in the range of movement (Bohrlochmittelachse AI) of Topdrive 36 or other provided for driving the drill string device. This is possible without collision, by this or this was previously moved to a sufficient height in the mast 10. The illustration in Figure 1 shows the handling device 20 having a tilted toward the well center arm 54, however, (in the interests of clarity of illustration) without the tool 64 hän ¬ constricting drill string fourteenth
Ein mittels der Handhabungsvorrichtung 20 erstelltes Bohrgestängeelement 14, nämlich ein zwei Bohrstangen 12 umfassendes Bohrgestängeelement 14 (Double) oder ein drei Bohrstangen 12 umfassendes Bohrgestängeelement 14 (Triple, Stand) , kann mit¬ tels der Handhabungsvorrichtung 20 auch in der Fingerbühne 38 oder einer vergleichbaren Vorrichtung abgestellt werden. Ob in der Fingerbühne 38 Doubles oder Stands abgestellt werden können, hängt von der Länge einer einzelnen Bohrstange 12 sowie von der Höhe der Fingerbühne 38 am Mast 10 ab. Oftmals befindet sich die Fingerbühne 38 am Mast 10 in einer Höhe, welche ein Abstellen von drei Bohrstangen 12 umfassenden Bohrgestängeelementen 14 (Stands) erlaubt. Dies wird im Fol- genden für die weitere Beschreibung - allerdings ohne Ver¬ zicht auf eine weitergehende Allgemeingültigkeit - angenom¬ men, so dass entsprechend mitunter auch nur kurz von einem Abstellen von Stands in der Fingerbühne 38 gesprochen wird (oder umgekehrt einem Abholen von Stands aus der Fingerbühne 38) . A document created by means of the handling device 20 drill string 14, namely, a two boring bars 12 complete drill string 14 (double) or three drilling rods 12 complete drill string 14 (Triple, supernatant) can with ¬ means of the handling device 20 in the racking board 38 or a comparable device be turned off. Whether in the finger stage 38 Doubles or Stands can be turned off, depends on the length of a single boring bar 12 and the height of the finger stage 38 on the mast 10 from. Often, the finger platform 38 is located on the mast 10 at a height that allows for the shutdown of three drill rods 12 comprising drill string elements 14 (Stands). This is constricting the consequences for the further description - but without Ver ¬ waiver to any greater generality - angenom ¬ men, so that accordingly sometimes spoken only briefly by a parking of object in the racking platform 38 (or vice versa a fetching object from the finger stage 38).
Die Darstellung in Figur 10 zeigt die gegenständliche Handha¬ bungsvorrichtung 20 in einer Position oberhalb der Fingerbühne 38 (siehe Figur 6: Position F) . Die Handhabungsvorrichtung 20 ist mit einem in Richtung auf Bohrlochmitte verschwenktem Arm 54 gezeigt. Genauso kann der Arm 54 (durch Drehen um Rl und/oder Schwenken um R2) über die Fingerbühne 38 verschwenkt werden, um dort in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise zwischen den Fingern der Fingerbühne 38 Bohrge¬ stängeelemente 14 abzustellen oder dort abgestellte Bohrge¬ stängeelement 14 abzuholen. Die Darstellung in Figur 11 zeigt eine Momentaufnahme beim Abstellen eines Bohrgestängeelements 14 mittels der Handha¬ bungsvorrichtung 20 in der Fingerbühne 38 (oder beim Abholen eines Bohrgestängeelements 14 aus der Fingerbühne 38) . Man erkennt, dass das Schultersegment 60 (Fig. 5) gedreht und das Armsegment 62 verschwenkt ist, um das mittels des WerkzeugsThe illustration in Figure 10 shows the subject handle lo ¬ exercise device 20 in a position above the stage fingers 38 (see Figure 6: Position F). The handling device 20 is shown with an arm 54 pivoted in the direction of the borehole center. Likewise, the arm 54 can be pivoted (by turning around Rl and / or pivoting about R2) on the finger stage 38 to there in a basically known manner and Way between the fingers of the finger stage 38 Bohrge ¬ rod elements 14 off or picked up there Bohrge ¬ rod element 14 pick up. The illustration in Figure 11 shows a snapshot when parking a Bohrgestängeelements 14 by means of the handle lo ¬ exercise device 20 in the racking board 38 (or upon collection of a Bohrgestängeelements 14 from the finger stage 38). It can be seen that the shoulder segment 60 (Fig. 5) is rotated and the arm segment 62 pivoted to that by means of the tool
64 erfasste Bohrgestängeelement 14 in der momentanen Position zu halten. 64 held drill string element 14 to keep in the current position.
Die beiden rotatorischen Freiheitsgrade der Handhabungsvor- richtung 20 (des Arms 54 der Handhabungsvorrichtung 20) erlauben in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise durch gleichzeitige Aktivierung beider Freiheitsgrade auch lineare Bewegungen in der xy-Ebene . Die mit zunehmender Auslenkung des Arms 54 (Schwenken um R2) resultierende wirksame Höhe des Arms 54 kann durch eine Vertikalbewegung (Bewegung entlang der z-Achse) ausgeglichen werden, so dass das Werkzeug 64 der Handhabungsvorrichtung 20 vorgegebenen oder vorgebbaren linearen Bewegungsbahnen in der xy-Ebene folgt. Damit kann die Handhabungsvorrichtung 20 automatisch ein Bohrgestängeelement 14 zwischen zwei vorgegebenen oder vorgebbaren Fingern der Fingerbühne 38 abstellen (anfängliche lineare Bewegung quer zu den Fingern der Fingerbühne 38 und in die Fingerbühne 38 hinein durch Schwenken um R2 ; anschließende lineare Bewegung parallel zu den Fingern der Fingerbühne 38 und in den Zwi- schenraum zwischen zwei Fingern hinein durch Drehen um Rl und Schwenken um R2) oder ein Bohrgestängeelement 14 dort abho¬ len. Auch dieses Abstellen eines Bohrgestängeelements 14 in der Fingerbühne 38 oder das Abholen eines Bohrgestängeele- ments 14 aus der Fingerbühne 38 kann (zeitlich und räumlich) parallel zum laufenden Bohrbetrieb und unabhängig vom laufenden Bohrbetrieb erfolgen, weil sich die Handhabungsvorrichtung 20 in vertikaler Richtung nur entlang der Handhabungs- vorrichtungsmittelachse A2 bewegt und dabei nicht in den Be¬ wegungsbereich eines Topdrive oder dergleichen gelangt, so dass sich beide kollisionsfrei unabhängig voneinander bewegen können . Speziell ist daher mittels der Handhabungsvorrichtung 20 durch kontinuierliches Aufnehmen neuer Bohrstangen 12 - wie oben beschrieben - und Kombinieren einzelner Bohrstangen 12 zu Bohrgestängeelementen 14 - wie ebenfalls oben beschrieben - ein sukzessives Füllen der Fingerbühne 38 mit Stands mög- lieh und zwar komplett unabhängig vom ansonsten fortgesetzten Bohrbetrieb. Während des Füllens der Fingerbühne 38 kann mit¬ tels der Handhabungsvorrichtung 20 bedarfsweise ein Bohrgestängeelement 14 aus der Fingerbühne 38 entnommen und dem Bohrprozess zugeführt werden - wie oben beschrieben - oder unmittelbar nach dem Kombinieren einzelner Bohrstangen 12 das resultierende Bohrgestängeelement 14 dem Bohrprozess zuge¬ führt werden - wie ebenfalls oben beschrieben. The two rotatory degrees of freedom of the handling device 20 (of the arm 54 of the handling device 20) also allow linear movements in the xy plane in a manner known per se by simultaneous activation of both degrees of freedom. The effective height of the arm 54 resulting from increasing deflection of the arm 54 (pivoting about R2) can be compensated by a vertical movement (movement along the z-axis), so that the tool 64 of the handling device 20 can assume predetermined or specifiable linear trajectories in the xy axis. Level follows. Thus, the handling device 20 can automatically turn off a drill string member 14 between two predetermined or default fingers of the finger stage 38 (initial linear movement transverse to the fingers of the finger stage 38 and into the finger stage 38 by pivoting about R2; then linear motion parallel to the fingers of the finger stage 38 and into the space between two fingers by turning around Rl and pivoting about R2) or a drill pipe element 14 abho ¬ len there. Also, this parking a drill string element 14 in the finger stage 38 or picking up a Bohrgestängeele- ment 14 from the finger platform 38 may (in time and space) take place in parallel to the drilling operation and independent of the ongoing drilling operation because the handling device 20 moves in the vertical direction only along the handling device central axis A2, and not in the loading ¬ wegungsbereich a top drive or The like, so that both can move independently of each other without collision. Specifically, therefore, by means of the handling device 20 by continuously picking up new boring bars 12 as described above and combining individual boring bars 12 into drill string elements 14, as also described above, successive filling of the finger stage 38 with stands is possible and completely independent of the otherwise continued one drilling operations. Be or immediately after the combining of individual drill rods 12, the resulting drill string 14 supplied to the drilling process ¬ results - during the filling of the fingers stage 38 of the handling device 20 can, if necessary, a drill string be removed from the finger stage 38 14 and supplied to the drilling process with ¬ means of - as described above - as also described above.
Die Darstellung in Figur 12 zeigt eine Momentaufnahme, bei der mittels der Handhabungsvorrichtung 20 ein Bohrgestängeelement 14 aus der Fingerbühne 38 entnommen wurde und lotrecht unter der Handhabungsvorrichtung 20 in deren Werkzeug 64 hängt. Das aufgenommene Bohrgestängeelement 14 soll dem Bohrprozess zugeführt werden. Die Handhabungsvorrichtung 20 befindet sich entsprechend in einer Warteposition und es wird abgewartet, bis der Topdrive 36 in Mast 10 ausreichend weit in Richtung auf die Mastkrone nach oben gefahren ist, bis das aufgenommene Bohrgestängeelement 14 mittels der Hand- habungsvorrichtung 20 unter dem Topdrive 36 auf Bohrlochmitte gebracht werden kann, wie dies in der in Figur 13 dargestell¬ ten Momentaufnahme gezeigt ist. Das so positionierte Bohrge¬ stängeelement 14 wird in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise am unteren Ende (auf Drillfloorebene) mittels einer dafür vorgesehenen Maschine, insbesondere einer Maschine in Form von oder nach Art eines sogenannten Iron Roughneck, mit dem oberen Ende des Bohrstrangs verbunden. Das obere Ende des Bohrgestängeelements 14 wird zuvor oder anschließend in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise an den Topdrive 36 gekoppelt. Dann kann das Werkzeug 64 (manuell, automatisch oder durch einen Bediener ferngesteuert) geöffnet und das Bohrgestängeelement 14 aus der Handhabungsvorrichtung 20 ge¬ löst werden. The illustration in FIG. 12 shows a snapshot in which a drill pipe element 14 has been removed from the finger stage 38 by means of the handling device 20 and is hanging vertically under the handling device 20 in its tool 64. The recorded drill string element 14 is to be supplied to the drilling process. Accordingly, the handling device 20 is in a waiting position and it is waited until the top drive 36 in the mast 10 has traveled sufficiently far in the direction of the mast crown until the drill pipe element 14 received by means of the hand-held 20 can be brought to the borehole center under the top drive 36, as shown in the 13 dargestell ¬ th snapshot. The thus positioned Bohrge ¬ rod element 14 is connected in a basically known manner at the bottom (at the drill floor level) by means of a dedicated machine, in particular a machine in the form of or in the manner of a so-called Iron Roughneck, with the upper end of the drill string , The upper end of the drill pipe element 14 is coupled to the top drive 36 beforehand or subsequently in a basically known manner. Then, the tool 64 (manually, automatically or remotely controlled by an operator) opened and the drill string member 14 from the handling device 20 ge ¬ triggers.
In den Darstellungen in Figur 11, 12 und 13 ist eine dem Mast 10 zugewandte Ausnehmung 74 in der Fingerbühne 38 erkennbar, welche eine Vertikalbewegung der Handhabungsvorrichtung 20 von einer Position oberhalb der Fingerbühne 38 zu einer Posi- tion unterhalb der Fingerbühne 38 und umgekehrt - also gewis¬ sermaßen ein „Durchfahren" der Fingerbühne 38, erlaubt. In the illustrations in FIGS. 11, 12 and 13, a recess 74 facing the mast 10 can be seen in the finger stage 38, which shows a vertical movement of the handling device 20 from a position above the finger stage 38 to a position below the finger stage 38 and vice versa - ie GeWiS ¬ water masses a "passing through" the finger stage 38 allowed.
Die Ermittlung der Bewegungsbahnen für das Werkzeug 64 erfolgt in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise zum Beispiel mittels einer Koordinatentransformation aus einem kartesischen Koordinatensystem in ein Zylinderkoordinatensystem. In dem kartesischen Koordinatensystem werden der Start- und Endpunkt einer geplanten Bewegungsbahn und ggf. einzelne Stützpunkte auf einer solchen Bewegungsbahn oder eine Viel- zahl von solchen Stützpunkten vorgegeben. Zu jedem derartigen Punkt und dessen kartesischen Koordinaten (x, y, z) ergibt sich mittels der Koordinatentransformation ein Äquivalent im Zylinderkoordinatensystem. Aus den resultierenden Koordinaten (r, φ, h) im Zylinderkoordinatensystem ergeben sich direkt die zugehörigen Positionen der einzelnen Freiheitsgrade der Handhabungsvorrichtung 20, nämlich die vertikale Position h entlang der z-Achse (h = z) , das Verschwenken des Armsegments 62 um den Winkel um die Schwenkachse R2 ( = arc sin (r/1); 1 = Länge des Armsegments 62, r = V[x2+ y2] ) und das Drehen des Schultersegments 60 um den Winkel φ um die Drehachse Rl (φ = arc sin (y/r) . Die Berechnung der jeweils notwendigen Positionen der einzelnen Freiheitsgrade der Handhabungsvor- richtung 20 und die Generierung entsprechender Steuersignale 80 zur Ansteuerung der zur Bewegung der Handhabungsvorrichtung vorgesehenen Aggregate (zum Beispiel: Winde 40 zur Be¬ einflussung der Vertikalposition; Aktor 66 zur Beeinflussung der Schwenkposition des Armsegments 62; Elektro- oder Hydrau- likmotor zum Antrieb der Drehverbindung zur Beeinflussung der Drehposition des Schultersegments 60) erfolgt mittels einer zum automatischen oder teilautomatischen Betrieb der Handhabungsvorrichtung 20 vorgesehenen Steuerungseinrichtung 76 (Fig. 14), zum Beispiel einer Steuerungseinrichtung 76 in Form einer speicherprogrammierbaren Steuerung oder dergleichen . The determination of the trajectories for the tool 64 takes place in a basically known manner, for example by means of a coordinate transformation from a Cartesian coordinate system into a cylindrical coordinate system. In the Cartesian coordinate system, the start and end points of a planned trajectory and possibly individual interpolation points are specified on such a trajectory or a multiplicity of such interpolation points. For each such point and its Cartesian coordinates (x, y, z), the coordinate transformation yields one equivalent in the cylindrical coordinate system. From the resulting coordinates (r, φ, h) in the cylindrical coordinate system directly give the corresponding positions of the individual degrees of freedom of the handling device 20, namely the vertical position h along the z-axis (h = z), the pivoting of the arm segment 62 by the angle about the pivot axis R2 (= arc sin (r / 1); 1 = length of the arm segment 62, r = V [x 2 + y 2 ]) and rotating the shoulder segment 60 by the angle φ about the rotation axis Rl (φ = arc sin (y / r. the calculation of the respective necessary positions of the individual degrees of freedom of the handling device 20 and the generation of appropriate control signals 80 for controlling the provided for moving the handling device units) (for example, winch 40 to Be ¬ influencing the vertical position; actuator 66 for influencing the Pivoting position of the arm segment 62; electric or hydraulic motor for driving the rotary joint for influencing the rotational position of the shoulder segment 60) takes place by means of an automatic or semi-automatic operation of the handling device 20 provided control device 76 (Fig. 14), for example a control device 76 in the form of a programmable logic controller or the like.
Die Darstellung in Figur 14 zeigt abschließend in schematisch stark vereinfachter Form die erwähnte Steuerungseinrichtung 76, die in an sich bekannter Art und Weise eine Verarbei¬ tungseinheit in Form von oder nach Art eines Mikroprozessors und einen Speicher aufweist, in den ein beim und zum Betrieb der Handhabungsvorrichtung 20 ausgeführtes und als Steue¬ rungsprogramm der Handhabungsvorrichtung 20 fungierendes Com- puterprogramm 78 geladen ist. Unter Kontrolle der Steuerungs¬ einrichtung 76 bzw. des mittels der Steuerungseinrichtung 76 ausgeführten Computerprogramms 78 werden Steuersignale 80 zur Ansteuerung der zum Bewegen der Handhabungsvorrichtung 20 be- stimmten Aggregate generiert und diese werden in an sich be¬ kannter Art und Weise mit dem jeweiligen Steuersignal 80 oder den jeweiligen Steuersignalen 80 beaufschlagt. Dabei handelt es sich zum Beispiel um die folgenden Aggregate: Winde 40, Hydraulikaggregat 58 und Motor 82. Die Winde 40 oder ein ver¬ gleichbares Aggregat ist zum vertikalen Bewegen der Handha¬ bungsvorrichtung 20 im oder am Mast 10 vorgesehen. Das Hydraulikaggregat 58 ist zum Erzeugen eines Drucks zum Bewegen des Aktors 66 und entsprechend zum Verschwenken des Armseg- ments 62 um die Schwenkachse R2 vorgesehen. Der Motor 82, zum Beispiel ein Motor 82 in Form eines Hydraulik- oder Elektromotors, ist dem Drehantrieb zum Drehen des Schultersegments 60 um die Drehachse Rl zugeordnet. Die Bewegung der Handha¬ bungsvorrichtung 20 kann automatisch, teilautomatisch oder im sogenannten Handbetrieb erfolgen. Im Handbetrieb fährt ein Bediener die Handhabungsvorrichtung 20 gewissermaßen „auf Sicht" und betätigt dafür in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise einzelne oder mehrere Bedienelemente an einer Bedieneinrichtung, zum Beispiel einem Steuerpult oder der- gleichen. Eine Betätigung eines Bedienelements wird mittels der Steuerungseinrichtung 76 erkannt und ausgewertet und mit¬ tels der Steuerungseinrichtung 76 werden automatisch Steuersignale generiert, welche eine Aktivierung des oder jedes für die jeweils notwendige Bewegung der Handhabungsvorrichtung 20 notwendigen Aggregats bewirken. Beim teilautomatischen Betrieb kann zum Beispiel durch das Betätigen eines Bedienele¬ ments das Verfahren der Handhabungsvorrichtung 20 in eine bestimmte Position, zum Beispiel die untere Position U oder die Fingerbühnenposition, ausgelöst werden. Im Rahmen der Teilau- tomatik wird dann zum Beispiel vor oder im Zusammenhang mit einer Vertikalbewegung der Arm 54 in eine lotrechte Stellung gebracht oder die Vertikalbewegung bleibt solange gesperrt, bis der Arm 54 lotrecht hängt. Bei einem automatischen Be- trieb können unterschiedlich umfangreiche Bewegungssequenzen automatisch und grundsätzlich ohne die Notwendigkeit eines Benutzereingriffs ablaufen, zum Beispiel das Abstellen einer Bohrstange 12 im Mauseloch 72, das Aufnehmen einer extern zu- geführten Bohrstange 12 und ein anschließendes Abstellen im Mauseloch 72, das Verbinden mehrerer extern zugeführter Bohrstangen 12 zu einem Bohrgestängeelement 14, das Verbinden mehrerer extern zugeführter Bohrstangen 12 zu einem Bohrgestängeelement 14 und das abschließende Abstellen in der Fin- gerbühne 38 und so weiter. The illustration in Figure 14 finally shows in schematically highly simplified form, the mentioned control device 76 which comprises in known manner a proces ¬ processing unit in the form of or in the manner of a microprocessor and a memory, in which a link and operation of the Handling device 20 executed and acting as Steue ¬ tion program of the handling device 20 computer program 78 is loaded. Under control of the control ¬ device 76 and the computer program 78 executed by the control means 76 control signals 80 for controlling the for moving the handling device 20 be loaded voted aggregates generated, and these are applied in a manner known per be ¬ manner with the respective control signal 80 or the respective control signals 80th These are for example the following units: winch 40, hydraulic unit 58 and motor 82. The winch 40 or a ver ¬ gleichbares unit is provided for vertically moving the handle lo ¬ imparting apparatus 20 in or on the mast 10th The hydraulic unit 58 is provided for generating a pressure for moving the actuator 66 and correspondingly for pivoting the arm segment 62 about the pivot axis R2. The motor 82, for example a motor 82 in the form of a hydraulic or electric motor, is associated with the rotary drive for rotating the shoulder segment 60 about the axis of rotation Rl. The movement of the handle lo ¬ exercise device 20 can automatically, semi-automatically, or in the so-called manual operation done. In manual operation, an operator moves the handling device 20 to a certain extent "on sight" and actuates it in basically known manner one or more controls on an operating device, for example a control panel or the like detected and evaluated and by ¬ means of the control device 76 control signals are generated automatically, which cause activation of the or each necessary for the respectively necessary movement of the handling device 20. In semiautomatic operation, for example, by operating a Bedienele ¬ ment the method of the handling device 20 in a certain position, for example the lower position U or the finger stage position. <br/><br/> In the context of the automatic sub-system, for example, before or in connection with a vertical movement, the arm 54 is transformed into a vertical St placed or the vertical movement remains locked until the arm 54 is hanging vertically. In an automatic In operation, variously extensive movement sequences can be performed automatically and basically without the need for user intervention, for example placing a boring bar 12 in the mouse hole 72, picking up an externally fed boring bar 12 and then placing it in the mouse hole 72, connecting a plurality of externally fed boring bars 12 to a drill string member 14, connecting a plurality of externally supplied drill rods 12 to a drill string member 14, and final placement in the fin stage 38 and so on.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch das oder die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. While the invention has been further illustrated and described in detail by the exemplary embodiment, the invention is not limited by the disclosed or disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.
Einzelne im Vordergrund stehende Aspekte der hier eingereich¬ ten Beschreibung lassen sich damit kurz wie folgt zusammen- fassen: Es werden eine Handhabungsvorrichtung 20 zur Verwendung im Mast 10 einer Bohranlage und zum Bewegen von Bohrstangen 12 oder Bohrgestängeelementen 14 sowie ein Verfahren zu deren Betrieb angegeben. Die Handhabungsvorrichtung 20 um- fasst eine im oder am Mast 10 vertikal bewegliche Basis 52 und an der Basis 52 einen um eine Drehachse Rl beweglichenSingle standing in the foreground aspects of the herein incorporated rich ¬ th description can thus be briefly summarized as follows: There are given a handling device 20 for use in the mast 10 of a drilling rig and for moving boring bars 12, or drill string 14 as well as a process for their operation. The handling device 20 comprises a base 52 which is vertically movable in or on the mast 10 and a base 52 which is movable about a rotation axis R 1
Arm 54. Die Drehachse Rl verläuft parallel oder zumindest im Wesentlichen parallel zum Mast 10 oder einer Bewegungsbahn (Handhabungsvorrichtungsmittelachse A2) der Handhabungsvor¬ richtung 20 im oder am Mast 10. Der um die Drehachse Rl dreh- bewegliche Arm 54 ist zusätzlich schwenkbeweglich, nämlich um zumindest eine Schwenkachse R2 schwenkbar. Die Schwenkachse R2 liegt in einer Ebene senkrecht oder zumindest im Wesentli¬ chen senkrecht zum Mast 10 oder der Bewegungsbahn (Handha- bungsvorrichtungsmittelachse A2) der Handhabungsvorrichtung 20 im oder am Mast 10. Am freien Ende des Arms 54 umfasst die Handhabungsvorrichtung 20 ein insbesondere bewegliches Werkzeug 64 zum Erfassen eines Abschnitts eines Endes einer Bohr- Stange 12 oder eines Endes eines Bohrgestängeelements 14. Arm 54. The rotation axis R extends parallel or at least substantially parallel to the mast 10 or a path of movement (handling device central axis A2) of the Handhabungsvor ¬ direction 20 in or on the mast 10. The around the rotation axis Rl rotatable movable arm 54 is also pivotally movable, namely at least one pivot axis R2 pivotally. The pivot axis R2 lies in a plane perpendicular or at least essenli ¬ chen perpendicular to the mast 10 or the trajectory (Handha- At the free end of the arm 54, the handling device 20 comprises a particularly movable tool 64 for detecting a portion of an end of a drill rod 12 or an end of a drill string member 14.
Bezugs zeichenliste Reference sign list
10 Mast 54 Unterteil, Gelenkarm, 12 Bohrstange Arm 10 mast 54 lower part, articulated arm, 12 boring bar arm
14 Bohrgestängeelement 56 Winch 14 drill pipe element 56 Winch
16, 18 (frei) 58 Hydraulikaggregat 20 Handhabungs¬ 60 Schultersegment 16, 18 (free) 58 Hydraulic unit 20 Handling ¬ 60 shoulder segment
vorrichtung 62 Armsegment  Device 62 arm segment
22, 24 (Mast-) Eckstiel 64 Werkzeug  22, 24 (Pole) Corner Handle 64 Tool
26, 28 Führungsprofil 66 Aktor  26, 28 Guide profile 66 Actuator
30, 32 Führungsgegenprofil 68 ( frei )  30, 32 Guide counter profile 68 (free)
34 Travelling Block 70 Drillfloor 34 Traveling Block 70 Drillfloor
36 Topdrive 72 Mauseloch  36 Topdrive 72 mouse hole
38 Fingerbühne 74 Ausnehmung 38 finger stage 74 recess
40 Winde 76 Steuerungseinrichtung 42 Umlenkrolle 78 Computerprogramm40 winch 76 control device 42 deflection roller 78 computer program
44, 46, 48 (frei) 80 Steuersignal 44, 46, 48 (free) 80 control signal
50 Bohrlochöffnung 82 Motor 50 borehole opening 82 engine
52 Ober-/Basisteil 52 upper / base part

Claims

Patentansprüche claims
1. Handhabungsvorrichtung (20) zur Verwendung im Mast (10) einer Bohranlage und zum Bewegen von Bohrstangen (12) oder Bohrgestängeelementen (14), A handling device (20) for use in the mast (10) of a drilling rig and for moving boring bars (12) or drill pipe elements (14),
wobei die Handhabungsvorrichtung (20) eine im oder am Mast (10) vertikal bewegliche Basis (52) umfasst,  wherein the handling device (20) comprises a base (52) which is vertically movable in or on the mast (10),
wobei die Handhabungsvorrichtung (20) an der Basis (52) einen um eine Drehachse (Rl) beweglichen Arm (54) aufweist, wobei die Drehachse (Rl) parallel oder zumindest im We¬ sentlichen parallel mit dem Mast (10) oder einer Bewegungs¬ bahn der Handhabungsvorrichtung (20) im oder am Mast (10) ist, wherein the handling device (20) on the base (52) comprises about a rotation axis (Rl) has movable arm (54), wherein the axis of rotation (R) parallel or at least We ¬ sentlichen parallel with the mast (10) or a motion ¬ track of the handling device (20) in or on the mast (10),
wobei der Arm (54) um zumindest eine Schwenkachse (R2) schwenkbeweglich ist,  wherein the arm (54) is pivotable about at least one pivot axis (R2),
wobei die Schwenkachse (R2) in einer Ebene senkrecht o- der zumindest im Wesentlichen senkrecht zum Mast (10) oder einer Bewegungsbahn der Handhabungsvorrichtung (20) im oder am Mast (10) liegt,  wherein the pivot axis (R2) lies in a plane perpendicular or at least substantially perpendicular to the mast (10) or a movement path of the handling device (20) in or on the mast (10),
wobei die Handhabungsvorrichtung (20) an einem freien Ende des Arms (54) ein bewegliches Werkzeug (64) zum Erfassen eines Abschnitts eines Endes einer Bohrstange (12) umfasst.  wherein the handling device (20) comprises at a free end of the arm (54) a movable tool (64) for engaging a portion of one end of a drill rod (12).
2. Handhabungsvorrichtung (20) nach Anspruch 1, wobei die Basis (52) im oder am Mast (10) zwischen einer Position, bei der das Werkzeug (64) eine im Bereich eines Drillfloor (70) der Bohranlage in horizontaler oder im Wesentlichen horizontaler Orientierung zugeführte Bohrstange (12) oder zu einem Bohrgestängeelement (14) kombinierte Bohrstangen (12) erfas¬ sen kann, und einer Position, bei der kombinierte Bohrstangen (12) mittels des Werkzeugs (64) in einer Fingerbühne (38) der Bohranlage abstellbar sind, beweglich ist. 2. Handling device (20) according to claim 1, wherein the base (52) in or on the mast (10) between a position in which the tool (64) in the area of a drill floor (70) of the drilling rig in a horizontal or substantially horizontal Orientation fed boring bar (12) or to a drill string element (14) combined boring bars (12) erfas ¬ sen, and a position in which combined boring bars (12) by means of the tool (64) in a finger stage (38) of the drilling rig can be turned off , is movable.
3. Handhabungsvorrichtung (20) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Handhabungsvorrichtung (20) in vertikaler Richtung entlang des Masts (10) auf einer von einer Bohrlochmittelach- se (AI) beabstandeten und zur Bohrlochmittelachse (AI) paral¬ lelen oder zumindest im Wesentlichen parallelen Handhabungs- vorrichtungsmittelachse (A2) beweglich ist. 3. Handling device (20) according to claim 1 or 2, wherein the handling device (20) in the vertical direction along the mast (10) on a Bohrlochmittelach- se (AI) spaced and the Bohrlochmittelachse (AI) paral ¬ len or at least in Substantially parallel handling device axis (A2) is movable.
4. Verfahren zum Betrieb einer Handhabungsvorrichtung (20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, 4. A method for operating a handling device (20) according to one of the preceding claims,
wobei die Handhabungsvorrichtung (20) zum Bewegen von Bohrstangen (12) oder Bohrgestängeelementen (14) in vertikaler Richtung im oder am Mast (10) verfahren wird und/oder wobei der Arm (54) der Handhabungsvorrichtung (20) um die Dreh- achse (Rl) gedreht und/oder um die Schwenkachse (R2) ver¬ schwenkt wird. wherein the handling device (20) is moved in the vertical direction in or on the mast (10) for moving drill rods (12) or drill pipe elements (14) and / or wherein the arm (54) of the handling device (20) is moved about the axis of rotation (FIG. Rl) is rotated and / or about the pivot axis (R2) ver ¬ pivots.
5. Verfahren nach Anspruch 4 zum Erstellen von Bohrgestängeelementen (14) mittels der Handhabungsvorrichtung (20), wobei mittels der Handhabungsvorrichtung (20) eine horizontal oder zumindest im Wesentlichen horizontal orientierte erste Bohrstange (12) im Bereich des Mastfußes aufgenommen und mittels einer Vertikalbewegung entlang des Masts (10) in eine vertikale Orientierung aufgerichtet wird, 5. The method of claim 4 for creating drill pipe elements (14) by means of the handling device (20), wherein by means of the handling device (20) horizontally or at least substantially horizontally oriented first boring bar (12) received in the region of the mast base and by means of a vertical movement along erecting the mast (10) in a vertical orientation,
wobei die erste Bohrstange (12) mittels der Handhabungs¬ vorrichtung (20) in der vertikalen Orientierung im Bereich des Masts (10) abgestellt wird, wherein the first boring bar (12) is shut off by means of the handling device ¬ (20) in the vertical orientation in the area of the mast (10),
wobei mittels der Handhabungsvorrichtung (20) eine horizontal oder zumindest im Wesentlichen horizontal orientierte zweite Bohrstange (12) im Bereich des Mastfußes aufgenommen und mittels einer Vertikalbewegung entlang des Masts (10) in eine vertikale Orientierung aufgerichtet wird,  wherein by means of the handling device (20) a horizontally or at least substantially horizontally oriented second boring bar (12) is received in the region of the mast base and erected by means of a vertical movement along the mast (10) in a vertical orientation,
wobei die zweite Bohrstange (12) mittels der Handha- bungsvorrichtung (20) mittels einer Vertikalbewegung entlang des Masts (10) auf eine Höhe im Bereich des oberen Endes der ersten Bohrstange (12) gezogen und die zweite Bohrstange (12) mittels der Handhabungsvorrichtung (20) zum Erhalt eines Bohrgestängeelements (14) in Form einer Kombination der ersten Bohrstange (12) mit der zweiten Bohrstange (12) über der ersten Bohrstange (12) positioniert wird. the second boring bar (12) being held by means of the handrail. by means of a vertical movement along the mast (10) to a height in the region of the upper end of the first drill rod (12) pulled and the second boring bar (12) by means of the handling device (20) for obtaining a drill pipe element (14) in shape a combination of the first boring bar (12) with the second boring bar (12) is positioned over the first boring bar (12).
6. Verfahren nach Anspruch 5, 6. The method according to claim 5,
wobei ein eine erste Bohrstange (12) und eine zweite a first boring bar (12) and a second boring bar (12)
Bohrstange (12) umfassendes Bohrgestängeelement (14) mittels der Handhabungsvorrichtung (20) im Bereich des Masts (10) abgestellt wird, Boring bar element (14) which is provided with boring bar (12) by means of the handling device (20) in the area of the mast (10),
wobei mittels der Handhabungsvorrichtung (20) eine hori- zontal oder zumindest im Wesentlichen horizontal orientierte dritte Bohrstange (12) im Bereich des Mastfußes aufgenommen und mittels einer Vertikalbewegung entlang des Masts (10) in eine vertikale Orientierung aufgerichtet wird,  wherein by means of the handling device (20) a horizontally or at least substantially horizontally oriented third boring bar (12) is received in the area of the mast base and erected by means of a vertical movement along the mast (10) in a vertical orientation,
wobei die dritte Bohrstange (12) mittels der Handha- bungsvorrichtung in der vertikalen Orientierung im Bereich des Masts (10) abgestellt wird,  wherein the third boring bar (12) is set down in the vertical orientation in the area of the mast (10) by means of the handling device;
wobei das eine erste Bohrstange (12) und eine zweite Bohrstange (12) umfassende Bohrgestängeelement (14) mittels der Handhabungsvorrichtung (20) mittels einer Vertikalbewe- gung entlang des Masts (10) auf eine Höhe im Bereich des obe¬ ren Endes der dritten Bohrstange (12) gezogen und das Bohrge¬ stängeelement (14) mittels der Handhabungsvorrichtung (20) zum Erhalt eines Bohrgestängeelements (14) in Form einer Kom¬ bination der ersten Bohrstange (12) und der zweiten Bohrstan- ge (12) mit der dritten Bohrstange (12) über der dritten Bohrstange (12) positioniert wird. wherein the first drill rod (12) and a second drill rod (12) comprising drill string element (14) by means of the handling device (20) by means of a vertical movement along the mast (10) to a height in the region of obe ¬ ren end of the third boring bar (12) pulled and the Bohrge ¬ rod element (14) by means of the handling device (20) to obtain a drill string element (14) in the form of a Kom ¬ combination of the first drill rod (12) and the second Bohrstan- GE (12) with the third boring bar (12) is positioned over the third boring bar (12).
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei die erste Bohrstange (12) bzw. die dritte Bohrstange (12) mittels der Hand¬ habungsvorrichtung (20) in der vertikalen Orientierung in einer als Mauseloch (72) bezeichneten Aufnahmevorrichtung abge- stellt wird. 7. The method of claim 5 or 6, wherein the first boring bar (12) and the third boring bar (12) by means of the hand ¬ habungsvorrichtung (20) in the vertical orientation in a as a mouse hole (72) designated receiving device is switched off.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5, 6 oder 7, wobei die Handhabungsvorrichtung (20) in vertikaler Richtung entlang des Masts (10) auf einer von einer Bohrlochmittelachse (AI) beabstandeten und zur Bohrlochmittelachse (AI) paralle¬ len oder zumindest im Wesentlichen parallelen Handhabungsvor- richtungsmittelachse (A2) bewegt wird. 8. The method according to any one of claims 5, 6 or 7, wherein the handling device (20) in the vertical direction along the mast (10) on a spaced from a Bohrlochmittelachse (AI) and the borehole center axis (AI) paralle ¬ len or at least substantially parallel handling device center axis (A2) is moved.
9. Bohranlage mit einer Handhabungsvorrichtung (20) nach einem der vorangehenden Vorrichtungsansprüche, mit zumindest einem an einem Mast (10) der Bohranlage angebrachten und einen vertikalen Bewegungsbereich der Handhabungsvorrichtung (20) bestimmenden Führungsprofil (26, 28), wobei die Handha¬ bungsvorrichtung (20) zumindest ein zum Führungsprofil (26, 28) korrespondierendes Führungsgegenprofil (30, 32) aufweist und wobei das Führungsprofil (26, 28) und das Führungsgegen¬ profil (30, 32) beim vertikalen Bewegen der Handhabungsvorrichtung (20) im Eingriff sind. 9. Drilling system with a handling device (20) according to one of the preceding device claims, with at least one attached to a mast (10) of the rig and a vertical range of motion of the handling device (20) determining the guide profile (26, 28), wherein the handle ¬ bungsvorrichtung ( 20) at least one guide profile (26, 28) corresponding counter guide profile (30, 32) and wherein the guide profile (26, 28) and the guide counter ¬ profile (30, 32) during vertical movement of the handling device (20) are engaged.
10. Bohranlage nach Anspruch 9, wobei das Führungsprofil (26, 28) an einem vorderen Masteckstiel (22, 24) des Masts (10) der Bohranlage oder jeweils ein Führungsprofil (26, 28) an den beiden vorderen Masteckstielen (22, 24) angebracht ist . 10. A drilling rig according to claim 9, wherein the guide profile (26, 28) on a front Masteckstiel (22, 24) of the mast (10) of the drilling rig or one guide profile (26, 28) on the two front Masteckstielen (22, 24) is appropriate.
11. Bohranlage nach Anspruch 9, wobei das oder jedes Füh¬ rungsprofil (26, 28) an einem am Mast (10), insbesondere an dessen vorderen Masteckstielen (22, 24), montierten Adapterrahmen angebracht ist. 11. Drilling rig according to claim 9, wherein the or each Füh ¬ approximately profile (26, 28) on a mast (10), in particular at whose front Masteckstielen (22, 24), mounted adapter frame is mounted.
12. Bohranlage mit einer Handhabungsvorrichtung (20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine an einem Mast (10) der Bohranlage angebrachte Fingerbühne (38) eine Ausneh¬ mung (74) aufweist, welche eine Vertikalbewegung der Handhabungsvorrichtung (20) von einer Position oberhalb der Fingerbühne (38) zu einer Position unterhalb der Fingerbühne (38) und umgekehrt erlaubt. 12. Drilling rig with a handling device (20) according to any one of the preceding claims, wherein a mounted on a mast (10) of the drilling rig finger stage (38) has a Ausneh ¬ tion (74) which a vertical movement of the handling device (20) from a position above the finger stage (38) to a position below the finger stage (38) and vice versa.
13. Computerprogramm (78) mit Programmcodemitteln, um alle Schritte von jedem beliebigen der Ansprüche 4 bis 8 durchzu¬ führen, wenn das Computerprogramm (78) mittels einer Steue- rungseinrichtung (76) für eine Handhabungsvorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ausgeführt wird. 13. A computer program (78) with program code means to 4 to 8 durchzu ¬ perform all the steps of any of the claims if the computer program (78) by means of a control-device (76) for a handling device (20) according to any one of claims 1 to 3 is executed.
14. Digitales Speichermedium mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen, die so mit einer programmierbaren Steuerungs- einrichtung (76) für eine Handhabungsvorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zusammenwirken können, dass ein Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8 ausgeführt wird. 14. A digital storage medium with electronically readable control signals, which can cooperate with a programmable control device (76) for a handling device (20) according to one of claims 1 to 3 so that a method according to one of claims 4 to 8 is executed.
15. Handhabungsvorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder Bohranlage nach einem der Ansprüche 9 bis 12, mit einer programmierbaren Steuerungseinrichtung (76) für eine Handhabungsvorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, in deren Speicher ein Computerprogramm (78) nach Anspruch 13 geladen ist und das bei Betrieb der Handhabungsvorrichtung (20) ausgeführt wird. 15. Handling device (20) according to one of claims 1 to 3 or drilling rig according to one of claims 9 to 12, with a programmable control device (76) for a handling device (20) according to one of claims 1 to 3, in whose memory a computer program ( 78) is loaded according to claim 13 and which is carried out during operation of the handling device (20).
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