DE102012208676A1 - Method and device for semi-automatic adjustment of a handling device - Google Patents
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Abstract
Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur halbautomatischen Justierung einer Handhabungseinrichtung, insbesondere einer automatischen Handhabungseinrichtung, also z.B. einem Zangensystem (44) für eine Bohranlage, angegeben, wobei ein Bediener in einem mit einer Kamera (20) aufgenommenen Bild (28) eines Abschnitts eines Bohrstrangs (10) eine Verbindungsstelle (14) markiert und wobei eine Position der Markierung (30) in Bewegungsdaten zur Positionierung der Handhabungseinrichtung umgewandelt wird.A method and a device for the semi-automatic adjustment of a handling device, in particular an automatic handling device, that is, e.g. a tongs system (44) for a drilling rig, wherein an operator in a camera (20) recorded image (28) of a portion of a drill string (10) marks a joint (14) and wherein a position of the marker (30) in Movement data for positioning the handling device is converted.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur halbautomatischen Justierung einer Handhabungseinrichtung, insbesondere einer automatischen Handhabungseinrichtung, und eine zur Ausführung des Verfahrens vorgesehene Vorrichtung. The invention relates to a method for the semi-automatic adjustment of a handling device, in particular an automatic handling device, and a device provided for carrying out the method.
Die Erfindung ist im Zusammenhang mit Überlegungen zur besseren Automatisierung von Vorgängen auf einer Bohranlage, nämlich einer Bohranlage für Tiefbohrungen, also zum Abteufen von Bohrungen auf fossile Energieträger oder zur Nutzung von Geothermie usw., und auf Basis der älteren, noch nicht veröffentlichten
Ein Beispiel für eine beim Abteufen von Bohrungen zu positionierende Handhabungseinrichtung ist ein an sich bekanntes Zangensystem, das zum Verbinden und zum Trennen von Gestängeelementen eines Bohrstrangs und/oder eines sogenannten Casingstrangs mit als Casings bezeichneten Rohren zum Auskleiden des Bohrlochs vorgesehen ist. Im Betrieb einer Bohranlage ist es mitunter erforderlich, z.B. zum Wechseln des Bohrkopfs, den gesamten Bohrstrang aus dem Bohrloch zu entfernen. An example of a handling device to be positioned when drilling holes is a per se known pincer system which is provided for connecting and separating linkage elements of a drill string and / or a so-called casing string with tubes for lining the borehole. In operation of a drilling rig, it may sometimes be necessary, e.g. to change the drill head to remove the entire drill string from the wellbore.
Dabei müssen jeweils einzelne Gestängeelemente oder auch Gruppen von Gestängeelementen, z.B. zwei oder bis zu drei Gestängeelemente (sogenannte stands), jeweils vom Bohrstrang getrennt werden, so dass dieser sukzessive weiter aus dem Bohrloch heraufgezogen werden kann. In each case individual linkage elements or groups of linkage elements, e.g. two or up to three linkage elements (so-called states), each separated from the drill string, so that it can be successively pulled up further out of the borehole.
Zur Verbesserung der Lesbarkeit der folgenden Beschreibung werden im Folgenden nur noch die Begriffe Bohrstrang oder Bohrgestänge verwendet. Dies allerdings ohne Verzicht auf eine weitergehende Allgemeingültigkeit, so dass jede Verwendung des Begriffs Bohrstrang auch einen Casingstrang und jede Verwendung des Begriffs Bohrgestänge auch ein oder mehrere Rohre (Casings) zum Auskleiden des Bohrlochs umfassen soll. To improve the readability of the following description, only the terms drill string or drill string are used in the following. However, this is without departing from a broader generality, so that any use of the term drill string is also intended to include a casing string and any use of the term drill string also includes one or more pipes (casings) for lining the wellbore.
Zum Trennen eines solchen Bohrgestänges ist das Zangensystem vorgesehen und die Justierung des Zangensystems in Bezug auf eine Verbindungsstelle des Bohrgestänges ist bisher manuell erfolgt. Dafür wird das Zangensystem zunächst über dem Bohrloch positioniert und für eine korrekte Ausrichtung in Bezug auf die zu lösende Verbindungsstelle ist eine geeignete Beweglichkeit des Zangensystems, z.B. eine translatorische Beweglichkeit, vorgesehen, so dass in dieser Hinsicht eine manuelle Justierung des Zangensystems bis zum Erreichen der jeweiligen Höhe der Verbindungsstelle erfolgt. For separating such a drill string, the clamp system is provided and the adjustment of the clamp system with respect to a connection point of the drill string has been done manually. For this, the forceps system is first positioned over the wellbore, and for proper alignment with respect to the joint to be loosened, suitable mobility of the forceps system, e.g. a translational mobility provided, so that in this regard a manual adjustment of the pliers system takes place until reaching the respective height of the connection point.
In der o.g. deutschen Patentanmeldung wird die Verwendung eines als Positionsanzeigevorrichtung fungierenden Laserpointers vorgeschlagen. Der Laserpointer erlaubt eine Schwenkbewegung in einer Ebene (Nickbewegung), um je nach Position des Bohrstrangs jeweils unterschiedliche Höhen der Verbindungsstelle bezeichnen zu können. Der Laserpointer als Positionsanzeigevorrichtung wird auf die jeweilige Verbindungsstelle ausgerichtet und nach erfolgter Positionierung wird die jeweilige Orientierung der Positionsanzeigevorrichtung bestätigt. Diese Orientierung der Positionsanzeigevorrichtung wird aufgenommen und in Bewegungsdaten zur Positionierung des Zangensystems umgewandelt. In the o.g. The German patent application proposes the use of a laser pointer acting as a position indicator. The laser pointer allows a pivoting movement in one plane (pitching movement) in order to be able to designate different heights of the connection point, depending on the position of the drill string. The laser pointer as a position indicator is aligned with the respective junction and after positioning the respective orientation of the position indicator is confirmed. This orientation of the position indicator is recorded and converted into motion data for positioning the forceps system.
Die Verwendung eines Laserpointers ist jedoch mitunter problematisch. Für Geräte, die in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden sollen, ist nämlich üblicherweise eine spezielle Zertifizierung erforderlich. Diese liegt für einfache und kostengünstige und als Laserpointer verwendbare Strahlquellen noch nicht vor und wäre auch nur mit dem bei solchen Zertifizierungsmaßnahmen üblichen Zeit- und Kostenaufwand erhältlich. However, the use of a laser pointer is sometimes problematic. For devices that are to be used in potentially explosive atmospheres, a special certification is usually required. This is not yet available for simple and cost-effective and usable as a laser pointer beam sources and would also be available only with the usual in such certification measures time and cost.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht entsprechend darin, ein alternatives Verfahren und eine alternative Vorrichtung anzugeben, mit dem/der eine Handhabungseinrichtung, also z.B. ein Zangensystem wie oben erwähnt, halbautomatisch justiert werden kann, ohne dass der Eingriff oder eine Anwesenheit eines Bedieners am Ort der jeweiligen Handhabungseinrichtung erforderlich ist, insbesondere darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, das bzw. die einen Laserpointer als Positionsanzeigevorrichtung und damit die Problematik der Zertifizierung vermeidet. Accordingly, it is an object of the present invention to provide an alternative method and an alternative apparatus with which a handling device, e.g. a pliers system as mentioned above, can be semi-automatically adjusted without the intervention or presence of an operator at the location of the respective handling device is required, in particular to provide a method and apparatus, the or a laser pointer as a position indicator device and thus the problem avoids certification.
In der
In der
Aus der
Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zur halbautomatischen Justierung einer Handhabungseinrichtung, insbesondere einer automatischen Handhabungseinrichtung, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dazu ist vorgesehen, dass bei einem solchen Verfahren mit einer ortsfesten und hinsichtlich ihrer Ausrichtung fixierten Kamera ein Abschnitt des Bohrstrangs erfasst wird und ein mit der Kamera von dem Bohrstrang aufgenommenes Bild auf einem Bildschirm angezeigt wird. In dem Bild wird sodann eine Verbindungsstelle zwischen zwei Gestängeelementen des Bohrstrangs markiert. Dies erfolgt, indem eine dafür vorgesehene Markierung mit der Verbindungsstelle zur Deckung gebracht oder zumindest im Wesentlichen zur Deckung gebracht wird. Eine Position der Markierung in dem Bild wird abschließend in Bewegungsdaten zur Positionierung der Handhabungseinrichtung umgewandelt. Mit diesen Bewegungsdaten, zum Beispiel einer aus der Position der Markierung abgeleiteten Höheninformation, kann schließlich eine Positionierung der Handhabungseinrichtung, insbesondere eines Zangensystems als Handhabungseinrichtung, erfolgen. Dazu wird zum Beispiel ein Abschluss des Vorgangs des Markierens der Verbindungsstelle bestätigt. Die im Zeitpunkt der Bestätigung gegebene Position der Markierung wird festgehalten und in Form eines Positionswerts für eine weitere Verarbeitung zur Verfügung gestellt. Der so ermittelte Positionswert kann anschließend in Bewegungsdaten zur Positionierung der Handhabungseinrichtung umgewandelt werden. Anhand dieser Bewegungsdaten kann als Handhabungseinrichtung ein Zangensystem in Bezug auf die Verbindungsstelle automatisch positioniert und eine Steuerung des Zangensystems aktiviert oder zur Aktivierung freigeschaltet werden. Die Aktivierung des Zangensystems umfasst dann nachfolgende Schritte, mit denen die Gestängeelemente an der Verbindungsstelle getrennt werden. The above object is achieved according to the invention with a method for semi-automatic Adjustment of a handling device, in particular an automatic handling device, achieved with the features of claim 1. For this purpose, it is envisaged that in such a method with a fixed and fixed with respect to their orientation camera, a portion of the drill string is detected and a captured with the camera from the drill string image is displayed on a screen. In the picture, a joint between two linkage elements of the drill string is then marked. This is done by bringing a designated mark with the junction to cover or at least brought to cover substantially. A position of the mark in the image is finally converted into movement data for positioning the handling device. With this movement data, for example a height information derived from the position of the marking, a positioning of the handling device, in particular a tong system as a handling device, can finally take place. For example, a completion of the process of marking the joint is confirmed. The position of the marking given at the time of the confirmation is recorded and made available in the form of a position value for further processing. The position value determined in this way can then be converted into movement data for positioning the handling device. Based on this movement data can be automatically positioned as a handling device, a pliers system with respect to the connection point and activated a control of the pliers system or enabled for activation. Activation of the forceps system then involves subsequent steps of disconnecting the linkage members at the junction.
Dieses Verfahren kommt speziell zur Verwendung auf einer Bohranlage, also einer Bohranlage zum Abteufen von Tiefbohrungen, in Betracht, so dass der oben erwähnte Bediener einer solchen Bohranlage, z.B. ein Bohrmeister, der seine Aufgaben üblicherweise von einem als Kabine ausgebildeten Führerstand (der Drillerkabine) verrichtet, in einfacher und unkomplizierter Art und Weise für eine korrekte Positionierung der Handhabungseinrichtung und damit für eine schnelle und reibungslose Aufteilung des Bohrstrangs sorgen kann. This method is specifically contemplated for use on a drilling rig, ie a drilling rig for drilling deep wells, so that the above-mentioned operator of such a rig, e.g. a drill master, who usually performs his tasks from a cabin-trained cab (the drill cab), in a simple and straightforward way for a correct positioning of the handling device and thus provide for a quick and smooth distribution of the drill string.
Genauso wie für eine Aufteilung des Bohrstrangs ist der hier vorgestellte Ansatz auch beim Verbinden von Gestängeelementen (Bohrstangen oder Casings) mit dem Bohr- oder Casingstrang verwendbar. Wenn sich nämlich das jeweils oberste Segment des Bohrstrangs dem Drillfloor nähert, muss ein neues Gestängeelement mit dem Bohrstrang kombiniert werden. Dafür wird mit einer Bohreinrichtung, zum Beispiel einem sogenannten Topdrive, oder einem sogenannten Pipe Manipulator – zusammenfassend als Bohreinrichtung bezeichnet – ein neues Gestängeelement geholt und oberhalb des Bohrstrangs positioniert um dann mit dem Zangensystem mit dem Bohrstrang verbunden zu werden. Dabei sind Vertikalbewegungen der Bohreinrichtung erforderlich, um das neue Gestängeelement vertikal über dem Bohrstrang aufzurichten und um das untere Ende des neuen Gestängeelements in die Nähe des Bohrstrangs oder in Kontakt mit dem Bohrstrang zu bringen. Vor allem diese letzte Vertikalbewegung kann automatisiert werden, wenn die vertikale Position des oberen Endes des Bohrstrangs bekannt ist. Die vertikale Position des oberen Endes des Bohrstrangs kann genauso wie eine Verbindungsstelle zwischen zwei Gestängeelementen in einem von dem jeweiligen Abschnitt des Bohrstrangs aufgenommenen Bild markiert werden. Die vertikale Position des oberen Endes des Bohrstrangs kann dann in Bewegungsdaten für eine Bohreinrichtung der oben genannten Art umgewandelt werden. Danach kann die Bohreinrichtung mit dem neuen Gestängeelement automatisch an das obere Ende des Bohrstrangs heranfahren, also das neue Gestängeelement in Richtung auf das obere Ende des Bohrstrangs absenken. Mit der jetzt bekannten vertikalen Position des oberen Ende des Bohrstrangs kann dies in einem ausreichenden Abstand vom oberen Ende des Bohrstrangs mit hoher Geschwindigkeit erfolgen, die dann in der Nähe des oberen Endes des Bohrstrangs für eine genaue Positionierung reduziert wird (Schleichgang). Eine solche Bohreinrichtung ist insoweit ein weiteres Beispiel für nach dem hier beschriebenen Ansatz justierbare Handhabungseinrichtungen. Das obere Ende des Bohrstrangs stellt eine mögliche Verbindungsstelle mit einem neuen Gestängeelement dar und sobald das neue Gestängeelement mit dem Bohrstrang kombiniert ist, befindet sich an der jeweiligen Position eine tatsächliche Verbindungsstelle. Daher rechtfertigt sich auch, wenn für den weiteren Verlauf der Beschreibung angenommen wird, dass jede Verwendung des Begriffs Verbindungsstelle auch solche potentiellen Verbindungsstellen einschließt. As well as for a division of the drill string, the approach presented here can also be used when connecting rod elements (boring bars or casings) to the drilling or casing string. Namely, when the topmost segment of the drill string approaches the drillfloor, a new linkage element must be combined with the drillstring. This is done with a drilling device, for example, a so-called top drive, or a so-called pipe manipulator - collectively referred to as a drilling device - brought a new linkage element and positioned above the drill string to then be connected to the pliers system with the drill string. Vertical movements of the drilling device are required to raise the new linkage vertically above the drill string and to bring the lower end of the new linkage near the drill string or in contact with the drill string. Above all, this last vertical movement can be automated if the vertical position of the upper end of the drill string is known. The vertical position of the upper end of the drill string may be marked as well as a joint between two linkage members in an image taken from the respective section of the drill string. The vertical position of the upper end of the drill string can then be converted into motion data for a drilling device of the above type. Thereafter, the drilling device with the new linkage element can automatically approach the upper end of the drill string, ie lower the new linkage element in the direction of the upper end of the drill string. With the now well-known vertical position of the upper end of the drill string, this can be done a sufficient distance from the upper end of the drill string at high speed, which is then reduced near the upper end of the drill string for accurate positioning (creep). Such a drilling device is so far a further example of adjustable according to the approach described here handling equipment. The upper end of the drill string provides a potential connection with a new linkage, and once the new linkage is combined with the drill string, there is an actual joint at the particular location. Therefore, if it is assumed for the remainder of the description that any use of the term interconnection also includes such potential interconnections.
Die oben genannte Aufgabe wird auch mit einer Vorrichtung zur halbautomatischen Justierung einer Handhabungseinrichtung, insbesondere einer automatischen Handhabungseinrichtung, mit den Merkmalen des zweiten unabhängigen Anspruchs gelöst. Dazu ist vorgesehen, dass die Vorrichtung Mittel zur Ausführung des Verfahrens oder seiner Ausgestaltungen, insbesondere eine Kamera sowie Mittel zum Bestätigen einer Position der Markierung in dem von der Kamera aufgenommenen Bild und Mittel zum Erfassen einer Position der Markierung in dem Bild sowie Mittel zur Umwandlung der erfassten Position in Bewegungsdaten zur Positionierung der Handhabungseinrichtung, umfasst. The above object is also achieved with a device for semi-automatic adjustment of a handling device, in particular an automatic handling device, having the features of the second independent claim. It is provided that the device comprises means for carrying out the method or its embodiments, in particular a camera and means for confirming a position of the marker in the image taken by the camera and means for detecting a position of the marker in the image and means for converting the detected position in movement data for positioning the handling device comprises.
Einzelne Vorteile des hier beschriebenen Ansatzes bestehen darin, dass auf einen Laserpointer als Positionsanzeigevorrichtung verzichtet werden kann. Indem die Kamera ortsfest positioniert und auch in ihrer Ausrichtung fixiert ist, sind auch keine Aktoren erforderlich, mit denen eine Kamera etwa in einer Ebene schwenkbar wäre. Ein als Aktor verwendbarer Motor hat im Zusammenhang mit der oben bereits beschriebenen Problematik, in explosionsgefährdeten Bereichen nur entsprechend zertifizierte Geräte einsetzen zu können, den Nachteil, dass solche Motoren teuer sind. Auch eine alternativ zu einem zertifizierten Motor mögliche Kapselung eines nicht zertifizierten Motors in einem zertifizierten Gehäuse ist aufwendig und stellt aufgrund des zusätzlich erforderlichen zertifizierten Gehäuses keine oder allenfalls eine minimale Möglichkeit zur Kosteneinsparung dar. Diese Kostenproblematik wird mit der ortsfesten und in ihrer Ausrichtung fixierten Kamera umgangen. Zudem sind bei einer solchen Anbringung der Kamera keine Lager oder dergleichen erforderlich, so dass Verschleißteile entfallen und der Wartungsaufwand reduziert ist. Individual advantages of the approach described here are that on one Laser pointer can be dispensed as a position indicator. By positioning the camera in a fixed position and also fixing it in its orientation, no actuators are required with which a camera could be pivoted approximately in one plane. A motor which can be used as an actuator has, in connection with the problem already described above, of being able to use only appropriately certified devices in potentially explosive areas, has the disadvantage that such motors are expensive. An alternative to a certified motor possible encapsulation of a non-certified engine in a certified housing is complex and provides no or at most a minimal cost savings due to the additional required certified housing. This cost issue is circumvented with the fixed and fixed in their orientation camera , In addition, such a mounting of the camera no bearings or the like is required, so that wear parts omitted and the maintenance is reduced.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Des Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem nachgeordneten Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen nicht vorhanden ist. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims. This used backlinks point to the further development of the subject matter of the main claim by the features of the respective subclaim; they should not be construed as a waiver of obtaining independent, objective protection for the feature combinations of the dependent claims. Furthermore, with a view to an interpretation of the claims in a closer specification of a feature in a subordinate claim, it is to be assumed that such a restriction does not exist in the respective preceding claims.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Bediener in dem Bild die Verbindungsstelle zwischen zwei Gestängeelementen des Bohrstrangs mittels einer in dem Bild beweglichen Markierung bezeichnet (markiert). Als Markierung kommt dabei eine in dem Bild bewegliche horizontale Linie in Betracht. Diese horizontale Linie wird in dem Bild vertikal bewegt, bis eine Deckung oder eine ausreichende Deckung mit der Verbindungsstelle zweier Gestängeelemente erreicht ist. Die damit erreichte vertikale Position der Markierung kann in Bewegungsdaten zur Justierung der Handhabungseinrichtung umgewandelt werden. Diese Ausführungsform des Verfahrens hat den Vorteil einer leichten Umsetzbarkeit. Die Kamera nimmt genau ein Bild von dem Bohrstrang auf und in diesem Bild wird die Markierung bewegt. Zur Ausführbarkeit dieses Aspekts der Erfindung ist lediglich erforderlich, dass der von dem Bild erfasste Abschnitt des Bohrstrangs durch die Kamera mit einer ausreichend hohen Auflösung aufgenommen wird, so dass sich in dem aufgenommenen Bild eine ausreichende Detailtiefe ergibt, die es erlaubt, eine Verbindungsstelle zwischen zwei Bohrgestängeelementen zu erkennen und die Markierung mit dieser Verbindungsstelle zur Deckung zu bringen. In one embodiment of the method it is provided that the operator in the picture denotes (marks) the connection point between two linkage elements of the drill string by means of a mark which is movable in the picture. In this case, a horizontal line that can be moved in the image is considered as a marking. This horizontal line is moved vertically in the image until coverage or sufficient coverage with the junction of two linkage elements is achieved. The thus achieved vertical position of the mark can be converted into movement data for adjusting the handling device. This embodiment of the method has the advantage of easy implementation. The camera takes exactly one picture of the drill string and the mark is moved in this picture. For practicing this aspect of the invention, all that is required is that the portion of the drill string captured by the image be captured by the camera at a sufficiently high resolution so that there is sufficient detail in the captured image that allows a joint between two To identify drill string elements and to bring the mark with this connection point to cover.
Um im Folgenden Formulierungen wie „Markieren mit einer Markierung“ zu vermeiden, wird ausgehend von der oben beschriebenen Ausführungsform, bei der eine horizontale Linie als Markierung fungiert, im Folgenden die Markierung im Hinblick auf eine bessere Lesbarkeit des Textes, aber ohne Verzicht auf eine weitergehende Allgemeingültigkeit, als Liniencursor bezeichnet. Für eine Auslegung des Begriffs Liniencursor gilt aber nach wie vor, dass damit jede Form einer am Bildschirm vom sonstigen Bildinhalt unterscheidbaren Markierung gemeint ist. In the following, in order to avoid formulations such as "marking with a marking", starting from the embodiment described above, in which a horizontal line acts as marking, the marking in the following will be made in order to improve the readability of the text, but without going further Generality, called a line cursor. For an interpretation of the term line cursor but still applies that any form of a distinguishable on the screen from other content picture mark is meant.
Bei einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass dem Bediener ein Ausschnitt des aufgenommenen Bildes angezeigt wird und dass der Bediener die Verbindungsstelle zwischen zwei Gestängeelementen des Bohrstrangs markiert, indem der Ausschnitt relativ zu dem aufgenommenen Bild bewegt wird. Dieser Aspekt der Erfindung berücksichtigt, dass heute auch für den industriellen Einsatz geeignete Kameras verfügbar sind, die Digitalbilder mit einer sehr hohen Auflösung erzeugen können; bei acht Megapixel zum Beispiel 3.264 × 2.448 Bildpunkte (Pixel), bei 14 Megapixel zum In an alternative embodiment of the method it is provided that a section of the recorded image is displayed to the operator and that the operator marks the connection point between two linkage elements of the drill string by moving the section relative to the recorded image. This aspect of the invention takes into account that today suitable cameras are available for industrial use, which can produce digital images with a very high resolution; at eight megapixels, for example, 3,264 × 2,448 pixels, at 14 megapixels to
Beispiel 4.536 × 3.024 Bildpunkte. Solche Bilddimensionen und zukünftig zu erwartende noch höhere Bilddimensionen lassen sich auf üblichen Bildschirmen nur darstellen, wenn das Bild mit einem Verlust der dargestellten Detailtiefe verkleinert wird. Ein Verlust an Detailtiefe ist jedoch mitunter problematisch, wenn es wie hier darum geht, vergleichsweise kleine Einzelheiten sicher zu erkennen. Die Verbindungsstelle zweier Gestängeelemente erscheint in dem aufgenommenen Bild im weitesten Sinne wie eine horizontale Linie. Eine zur Darstellung eines Bildes auf einem Bildschirm vorgenommene Verkleinerung des jeweils aufgenommenen Bildes kann demnach dazu führen, dass eine solche Linie nicht mehr oder nicht mehr sicher erkennbar ist. Indem auf dem Bildschirm nicht das gesamte aufgenommene Bild, sondern jeweils nur ein Ausschnitt dargestellt wird, lässt sich dieses Problem vermeiden. Die Darstellung des Ausschnitts ist dabei bevorzugt auf die Auflösung des jeweiligen Bildschirms abgestimmt. Wenn dieser eine Auflösung von zum Beispiel 1.024 × 768 Bildpunkten erlaubt, sind dadurch die Ausmaße des Ausschnitts vorgegeben. Dies führt dazu, dass innerhalb des Ausschnitts jedes sognannte Pixel des aufgenommenen Bildes durch genau ein Pixel des Bildschirms dargestellt wird. Sämtliche aufgenommenen Details des Bildes sind damit auch am Bildschirm darstellbar. Ein Verlust an Detailtiefe ergibt sich nicht. Weil allerdings die gesuchte Verbindungsstelle zwischen zwei Gestängeelementen in jedem Abschnitt des aufgenommenen Bildes liegen kann, lässt sich der jeweils dargestellte Ausschnitt relativ zu dem aufgenommenen Bild bewegen. Eine für den Bediener besonders praktische Ausführungsform besteht dabei darin, dass der dargestellte Ausschnitt eine fixe Markierung, zum Beispiel in Form einer horizontalen Linie (Liniencursor) in der Bildmitte, aufweist und dass zum Markieren einer erkannten Verbindungsstelle zwischen zwei Gestängeelementen der Ausschnitt relativ zu dem Gesamtbild so bewegt wird, bis der ortsfeste Liniencursor und die im Bild dargestellte Verbindungsstelle zur Deckung gebracht sind. Dies hat den Vorteil, dass eine geeignete Bewegung des Ausschnitts zur Bezeichnung der Verbindungsstelle ausreicht. Die ansonsten ebenfalls mögliche Bewegung des Ausschnitts so lange, bis dieser die Verbindungsstelle zwischen zwei Gestängeelementen erfasst und eine anschließende Verschiebung eines Liniencursors innerhalb des Ausschnitts bedeutet zwei unabhängige Positionierungsvorgänge und es besteht die Erwartung, dass zwei unabhängige Positionierungsvorgänge mehr Zeit beanspruchen als die Bewegung eines Ausschnitts mit einem ortsfesten Liniencursor relativ zu dem Gesamtbild. Example 4,536 × 3,024 pixels. Such image dimensions and expected future even higher image dimensions can be displayed on conventional screens only if the image is reduced with a loss of detail shown. However, a loss of detail is sometimes problematic if, as here, it is important to reliably identify comparatively small details. The joint of two linkage elements appears in the captured image in the broadest sense as a horizontal line. A reduction of the image taken in each case for displaying an image on a screen can therefore result in such a line no longer being or no longer being reliably recognizable. By not displaying the entire recorded image, but only a section at a time on the screen, this problem can be avoided. The representation of the section is preferably matched to the resolution of the respective screen. If this permits a resolution of, for example, 1024 × 768 pixels, this specifies the dimensions of the detail. As a result, each snapshot pixel of the captured image within the snippet is represented by exactly one pixel of the screen. All recorded details of the image can thus also be displayed on the screen. A loss of detail does not arise. Because, however, the sought junction between two linkage elements in each section of the recorded image, the section shown in each case can be moved relative to the recorded image. A particularly practical embodiment for the operator consists in that the section shown has a fixed marking, for example in the form of a horizontal line (line cursor) in the center of the picture, and that for marking a recognized connection point between two linkage elements the section relative to the overall picture is moved until the stationary line cursor and the connection point shown in the picture are brought to coincide. This has the advantage that a suitable movement of the cutout to designate the connection point is sufficient. The otherwise also possible movement of the section until it detects the junction between two linkage elements and a subsequent displacement of a line cursor within the section means two independent positioning operations and it is expected that two independent positioning operations take more time than the movement of a section with a fixed line cursor relative to the overall image.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass eine Position des Liniencursors in dem Bild auf Basis eines Abstands zwischen der Kamera und dem Bohrstrang in Bewegungsdaten zur Positionierung der Handhabungseinrichtung umgewandelt wird. Die Ermittlung von Bewegungsdaten für die Handhabungseinrichtung ist damit auf einfache trigonometrische Verhältnisse in einem rechtwinkligen oder einem allgemeinen Dreieck zurückgeführt. Zur Kalibrierung ist lediglich eine Ermittlung des Abstands zwischen dem Anbringungsort der Kamera und dem Bohrstrang notwendig. In one embodiment of the method, it is provided that a position of the line cursor in the image is converted into movement data for positioning the handling device on the basis of a distance between the camera and the drill string. The determination of movement data for the handling device is thus attributed to simple trigonometric conditions in a right-angled or a general triangle. For calibration, only a determination of the distance between the mounting location of the camera and the drill string is necessary.
Bei einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass eine Position des Liniencursors in dem Bild auf Basis einer Korrelationstabelle in Bewegungsdaten zur Positionierung der Handhabungseinrichtung umgewandelt wird. In einer solchen Korrelationstabelle kann im Rahmen einer Kalibrierung hinterlegt werden, welche Höhe am Bohrstrang zum Beispiel durch die unterste und die oberste Zeile des Bildes erfasst wird. Durch Interpolation kann dann zu jeder Zeile des Bildes ein korrespondierender Höhenwert ermittelt werden. Genauso kann auf dieser Basis zu einer Position des Liniencursors ein korrespondierender Höhenwert ermittelt werden. Der jeweils ermittelte Höhenwert kann zur Ansteuerung der Handhabungseinrichtung verwendet werden. In a particular embodiment of the method it is provided that a position of the line cursor in the image is converted into movement data for positioning the handling device on the basis of a correlation table. In such a correlation table can be deposited as part of a calibration, which height is detected on the drill string, for example, by the bottom and the top line of the image. By interpolation can then be determined for each line of the image, a corresponding height value. In the same way, a corresponding height value can be determined on the basis of a position of the line cursor. The respectively determined height value can be used to control the handling device.
Zur Bewegung und Positionierung des Liniencursors kommt ein Bedienelement nach Art eines Trackballs oder dergleichen in Betracht. Zudem kommt in Betracht, dass als Bedienelement eine Bedieneinrichtung verwendet wird, die an einem Steuerstand, z.B. in einer Kabine des Bohrmeisters, bereits vorhanden ist und dort für andere Steuerungs- oder Positionieraufgaben verwendet wird, zum Beispiel ein sogenannter Meisterschalter. Dann kann durch Umschalten auf die Funktionalität zur halbautomatischen Justierung einer Handhabungseinrichtung die bereits vorhandene Bedieneinrichtung als Bedienelement zur Bewegung und Positionierung des Liniencursors wirksam werden. For movement and positioning of the line cursor is an operating element in the manner of a trackball or the like into consideration. It is also contemplated that as an operating element, an operating device is used, which at a control station, e.g. in a cab of the drill, already exists and is used there for other control or positioning tasks, for example, a so-called master switch. Then, by switching to the functionality for semi-automatic adjustment of a handling device, the already existing operating device can be effective as a control element for moving and positioning the line cursor.
Auf Basis der Position der Markierung in dem Bild und daraus erhältlicher Bewegungsdaten zur Positionierung einer Handhabungseinrichtung ist die Handhabungseinrichtung relativ zu der Verbindungsstelle automatisch justierbar und eines diesbezügliche Fortbildung des Verfahrens und seiner Ausgestaltungen besteht darin, dass die jeweilige Handhabungseinrichtung automatisch relativ zu der Verbindungsstelle justiert wird. Based on the position of the mark in the image and movement data for positioning a handling device therefrom, the handling device is automatically adjustable relative to the joint and a related development of the method and its embodiments is that the respective handling device is automatically adjusted relative to the joint.
Als Handhabungseinrichtung kann ein Zangensystem zum Trennen zweier Gestängeelemente, aber auch ein sogenannter Topdrive oder ein sogenannter Pipe Manipulator relativ zu der Verbindungsstelle justiert werden. Wenn mit einem Topdrive, einem Pipe Manipulator oder dergleichen ein neues Gestängeelement relativ zu einem oberen Ende des Bohrstrangs als markierter Verbindungsstelle justiert wird, ist der hier vorgestellte Ansatz nicht nur bei Ausbauen von Gestängeelementen und Aufteilen des Bohrstrangs, sondern auch beim Einbauen von Gestängeelementen, also dem Kombinieren neuer Gestängeelemente mit dem im Bohrloch befindlichen Bohrstrang verwendbar. As a handling device, a tong system for separating two linkage elements, but also a so-called top drive or a so-called pipe manipulator can be adjusted relative to the connection point. When using a Topdrive, a Pipe Manipulator or the like, a new linkage element is adjusted relative to an upper end of the drill string as a marked joint, the approach presented here is not only in removing linkage elements and splitting the drill string, but also in installing linkage elements, ie Combining new linkage elements with the downhole drillstring usable.
Wenn als Handhabungseinrichtung eine Bohreinrichtung, insbesondere ein Topdrive, ein Pipe Manipulator oder dergleichen, fungiert, ist bei einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Ermittlung von Bewegungsdaten für die notwendigen Justiervorgänge oder für die automatische Ausführung der für die Justierung erforderlichen Bewegungen oder Bewegungsabläufe vorgesehen, dass die Justierung des neuen Gestängeelements zunächst mit einer ersten vorgegebenen oder vorgebbaren Geschwindigkeit und unterhalb eines vorgegebenen oder vorgebbaren Abstands des neuen Gestängeelements zum oberen Ende des Bohrstrangs mit einer im Vergleich zur ersten Geschwindigkeit reduzierten, vorgegebenen oder vorgebbaren zweiten Geschwindigkeit erfolgt. Die erste Geschwindigkeit kann vergleichsweise hoch gewählt werden, damit das Einbauen neuer Gestängeelemente so schnell wie möglich ablaufen kann. Zudem kann aufgrund der bekannten vertikalen Position des oberen Endes des Bohrstrangs auch bei einer hohen Geschwindigkeit eine Kollision des neuen Gestängeelements mit dem oberen Ende des Bohrstrangs ausgeschlossen werden, so dass ansonsten zu besorgende Beschädigungen sicher vermieden werden. Für die genaue Positionierung des neuen Gestängeelements in Bezug auf das obere Ende des Bohrstrangs kann anschließend auf die geringere zweite Geschwindigkeit, also eine Art Schleichgang, umgeschaltet werden. If a drilling device, in particular a top drive, a pipe manipulator or the like, functions as a handling device, in one embodiment of a method for determining movement data for the necessary adjustment processes or for the automatic execution of the movements or movement sequences required for the adjustment, it is provided that the adjustment the new linkage element initially with a first predetermined or predetermined speed and below a predetermined or predeterminable distance of the new linkage element to the upper end of the drill string with a reduced compared to the first speed, predetermined or predetermined second speed. The first speed can be set comparatively high, so that the installation of new linkage elements can proceed as quickly as possible. In addition, due to the known vertical position of the upper end of the drill string, even at high speed a collision of the new linkage member with the upper end of the drill string can be ruled out, otherwise damage to be taken care of can be safely avoided. For the exact one Positioning of the new linkage element with respect to the upper end of the drill string can then be switched to the lower second speed, ie a kind of creep speed.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform eines Verfahrens zum Verbinden von Bohrgestängeelementen mit dem Bohrstrang berücksichtigt, dass im Bohrstrang normalerweise Flüssigkeit, insbesondere Spülflüssigkeit mit Bohrrückständen, steht. Dann kann das freie Gewinde des das obere Ende des Bohrstrangs bildenden Gestängeelements nicht gereinigt werden. Üblicherweise ist neben der Reinigung auch eine Fettung (zum Beispiel mit dem sogenannten drill dope) vorgesehen oder erforderlich. Um zumindest die Reinigung, ggf. die Reinigung und die anschließende Fettung, vornehmen zu können, ist notwendig, dass ein Teil der im Bohrstrang stehenden Flüssigkeit entfernt wird. Dafür kommt bisher ein Verdrängungskörper zum Einsatz, der in das obere Ende des Bohrstrangs eingeführt und anschließend wieder entnommen wird. Dabei wird aus dem Bohrstrang ein Teil der dort stehenden Flüssigkeit verdrängt, so dass nach der Entnahme des Verdrängungskörpers das Gewinde gereinigt und/oder gefettet werden kann. Auch dieser Vorgang lässt sich auf Basis des hier beschriebenen Ansatzes automatisieren. Wenn die Position der Oberkannte des Bohrstrangs bekannt ist, kann diese auch in Bewegungsdaten zur automatischen Positionierung einer Handhabungseinrichtung mit einem Verdrängungskörper relativ zum oberen Ende des Bohrstrangs als markierter Verbindungsstelle umgewandelt werden, so dass der Verdrängungskörper mit der Handhabungseinrichtung automatisch zum Verdrängen von Flüssigkeit aus dem Bohrstrang in das obere Ende des Bohrstrangs eingeführt wird und die Handhabungseinrichtung nach der automatischen Entnahme des Verdrängungskörpers aus dem Bohrstrang anschließend aus dem Bereich des Bohrstrangs wegbewegt wird. A further advantageous embodiment of a method for connecting drill pipe elements to the drill string takes into account that the drill string normally contains liquid, in particular drilling fluid with drilling residues. Then the free thread of the upper end of the drill string forming linkage element can not be cleaned. Usually, in addition to the cleaning and a Fettung (for example, with the so-called drill dope) provided or required. In order to be able to make at least the cleaning, possibly the cleaning and the subsequent greasing, it is necessary that a part of the liquid standing in the drill string is removed. So far, a displacement body is used, which is introduced into the upper end of the drill string and then removed again. In this case, a portion of the liquid standing there is displaced from the drill string, so that after removing the displacement body, the thread can be cleaned and / or greased. This process can also be automated on the basis of the approach described here. If the position of the upper edge of the drill string is known, this can also be converted into motion data for automatically positioning a handling device with a displacer relative to the upper end of the drill string as a marked joint, so that the displacer with the handling device automatically displaces liquid from the drill string is introduced into the upper end of the drill string and the handling device is then moved away from the area of the drill string after the automatic removal of the displacer from the drill string.
Beide automatischen Positioniervorgänge lassen sich auch zu einem automatischen Bewegungsablauf anhand einer bekannten vertikalen Position der Oberkante des Bohrstrangs kombinieren: Dann erfolgt vor der Justierung des neuen Bohrgestängeelements in Bezug auf den im Bohrloch befindlichen Bohrstrang eine automatische Verdrängung von Flüssigkeit aus dem Bohrstrang mit Hilfe des automatisch mit einer entsprechenden Handhabungseinrichtung bewegten Verdrängungskörpers, ggf. auch eine anschließende automatische Reinigung und/oder Fettung mit derselben Handhabungseinrichtung oder einer ein Reinigungswerkzeug führenden Handhabungseinrichtung und anschließend automatisch die Justierung des neuen Bohrgestängeelements in Bezug auf das obere Ende des Bohrstrangs. Both automatic positioning operations can also be combined to an automatic movement based on a known vertical position of the upper edge of the drill string. Then, prior to adjustment of the new drill string member with respect to the downhole drill string, automatic liquid displacement from the drill string is automatically accomplished a corresponding handling device moving displacement body, possibly also a subsequent automatic cleaning and / or greasing with the same handling device or a cleaning tool leading handling device and then automatically the adjustment of the new drill string element with respect to the upper end of the drill string.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. Corresponding objects or elements are provided in all figures with the same reference numerals.
Das oder jedes Ausführungsbeispiel ist nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung auch Abänderungen und Modifikationen möglich, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den im allgemeinen oder speziellen Beschreibungsteil beschriebenen sowie in den Ansprüchen und/oder der Zeichnung enthaltenen Merkmalen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen. The or each embodiment is not to be understood as limiting the invention. Rather, in the context of the present disclosure, modifications and modifications are possible, for example, by combining or modifying individual in combination with the described in the general or specific description part and in the claims and / or the drawings features or method steps in the art can be removed to the solution of the problem and lead by combinable features to a new subject or to new process steps or procedural steps, even if they concern testing and working procedures.
Es zeigen Show it
Des Weiteren zeigt
Üblicherweise umfasst ein solcher Steuerstand
Zur Markierung der Verbindungsstelle
Durch Betätigen des Trackballs oder eines sonst geeigneten Bedienelements
Zum Darstellen einer Bewegung des Liniencursors
Unter Kontrolle des Computerprogramms
Sobald durch Bedienhandlungen am Bedienelement
Sobald die Positionierung des Liniencursors
Nachdem die Position des Liniencursors
Im Falle einer Bohranlage und einer Markierung einer Verbindungsstelle
Eine einfache Möglichkeit zur Bestimmung dieser dritten Raumkoordinate ist anhand der Darstellung in
Die Zahlenwerte der oben erwähnten Bezeichner können in einer Korrelationstabelle
Für das anhand von
Dabei ist h die Höhe der Verbindungsstelle
Bei Verwendung eines Ausschnitts
Alternativ zur Ermittlung der beiden Höhenwerte h1 und h2 in Bezug auf den Erfassungsbereich
Die Darstellungen in
Das dargestellte Zangensystem
Das translatorische Element zur Positionierung der Zangen
Eine Aktivierung des Zangensystems
Die Darstellung in
Die Positionierung des Zangensystems
Anstelle des Zangensystems
Alle hier beschriebenen Markierungs-, Bewegungs- und Positioniervorgänge gelten in gleicher Weise auch in Bezug auf das sogenannte mouse hole, also eine Stelle zum Abstellen von Bohrgestänge für eine baldige Kombination mit dem Bohrstrang, denn systematisch handelt es sich bei einem im mouse hole abgestellten Gestängeelement um nichts anderes als einen „kurzen“ Bohrstrang. Mit dem hier vorgestellten Ansatz kann demnach auch das Abholen eines neuen Gestängeelements aus dem mouse hole und/oder das Reinigen eines neuen Gestängeelements im mouse hole automatisiert werden, indem automatisch eine korrekte Justierung der jeweiligen Handhabungseinrichtung, zum Beispiel Topdrive oder Pipe Manipulator, in Bezug auf ein oberes Ende des im mouse hole bereitgestellten Gestängeelements erfolgt. All the marking, movement and positioning processes described here likewise apply in relation to the so-called mouse hole, that is to say a place for setting down drill rods for an early combination with the drill string, because systematically there is a rod element parked in the mouse hole nothing else than a "short" drill string. With the approach presented here, therefore, the picking up of a new linkage element from the mouse hole and / or the cleaning of a new linkage element in the mouse hole can be automated by automatically correct adjustment of the respective handling device, for example Topdrive or Pipe Manipulator, with respect to an upper end of the provided in the mouse hole linkage element takes place.
Eventuell kann dafür eine weitere, ebenfalls ortsfest montierte und in ihrer Ausrichtung fixierte Kamera erforderlich sein. Der Bediener kann dann mittels des Bedienelements
Wesentliche Aspekte der obigen Beschreibung lassen sich damit kurz wie folgt darstellen: Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur halbautomatischen Justierung einer Handhabungseinrichtung, insbesondere einer automatischen Handhabungseinrichtung, also z.B. einem Zangensystem
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 10 10
- Bohrstrang drill string
- 12 12
- Gestängeelement linkage member
- 14 14
- Verbindungsstelle junction
- 16 16
- Muffe sleeve
- 18 18
- Steuerstand helm
- 20 20
- Kamera camera
- 22 22
- Erfassungsbereich der Kamera Detection range of the camera
- 24 24
- Bedienelement operating element
- 26 26
- Bildschirm screen
- 28 28
- Bild image
- 30 30
- Markierung / Liniencursor Mark / line cursor
- 32 32
- Steuereinheit control unit
- 34 34
- Mikroprozessor microprocessor
- 36 36
- Speicher Storage
- 38 38
- Computerprogramm computer program
- 40 40
- Ausschnitt neckline
- 42 42
- Korrelationstabelle correlation table
- 44 44
- Zangensystem clamp system
- 46 46
- (obere) Zange (upper) pliers
- 48 48
- (untere) Zange (lower) pliers
- 50 50
- Hubzylinder lifting cylinder
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- US 2009/0314137 A [0011] US 2009/0314137 A [0011]
- WO 2009/148304 A [0012] WO 2009/148304 A [0012]
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