EP2388432A2 - Drilling assembly, in particular horizontal drilling assembly - Google Patents

Drilling assembly, in particular horizontal drilling assembly Download PDF

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EP2388432A2
EP2388432A2 EP11004194A EP11004194A EP2388432A2 EP 2388432 A2 EP2388432 A2 EP 2388432A2 EP 11004194 A EP11004194 A EP 11004194A EP 11004194 A EP11004194 A EP 11004194A EP 2388432 A2 EP2388432 A2 EP 2388432A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
power
drilling
components
drilling rig
electric motor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11004194A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP2388432A3 (en
Inventor
Markus HÖRMANN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vermeer Manufacturing Co
Original Assignee
Max Wild Firma GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Max Wild Firma GmbH filed Critical Max Wild Firma GmbH
Publication of EP2388432A2 publication Critical patent/EP2388432A2/en
Publication of EP2388432A3 publication Critical patent/EP2388432A3/en
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/04—Directional drilling
    • E21B7/046—Directional drilling horizontal drilling

Definitions

  • the individual components are each independent energy sources, usually assigned combustion engines, the power provided was regularly too large and therefore the energy cost of creating a corresponding hole disproportionately high.
  • Another disadvantage of the known drilling rigs is that the use of drilling rigs with combustion engines in the urban settlement area is unfavorable, since there is a considerable noise and exhaust pollution.
  • a drilling rig in particular a horizontal drilling rig, which at least from several of the following, each comprising at least one electric motor components, such as propulsion of the drill pipe, rotary drive of the drill pipe, treatment plant for the drilling fluid, pump and mixing plant for the drilling suspension, wherein the electric motor is used to drive the component and the drilling rig has a control, via the respective control lines with the electric motors of the individual components are connected.
  • electric motor components such as propulsion of the drill pipe, rotary drive of the drill pipe, treatment plant for the drilling fluid, pump and mixing plant for the drilling suspension
  • This inventive concept suggests the consistent use of electric motors as a source of power.
  • the inventive success is already achieved if at least some (not necessarily all) components are operated with an electric motor.
  • all components are equipped with electric motors.
  • the advantage of using an electric motor in the individual components is that the noise is much lower than in the known internal combustion engines. Also generate electric motors no exhaust gas.
  • the power supply of the electric motor can then be done for example by the public network, or, it is held a central generator for all electric motors, in which the power is generated centrally and cheaply for all consumers of the rig.
  • control-related linking of all components with a (central) control also makes it possible to distribute the power effectively between the individual components, but also to set up a very efficient rig management, since all operating conditions of the system can be monitored and controlled by the central control.
  • the control line proposed according to the invention initially comprises the proposal that the power for the motor from the controller to the electric motor is passed.
  • the invention also includes the proposal that the control line acts on an actuating element on the electric motor, which is connected independently. Both variants are part of the invention.
  • the invention In addition to a considerable relief of the environment by reducing noise and exhaust gases, the invention also provides an energetically highly efficient drilling rig available because can be monitored via the linkage of individual consumers power requirements and power peaks of the individual electric motors of the various components.
  • the electric motors are characterized by the fact that at low speed high torque is available. For example, full torque is available at 0 RPM, which greatly facilitates linkage change. It should be noted that the electric motors are very easy to control and regulate, which is especially at the boom change advantageous.
  • a control station for the drive control of the drill pipe is available and controlled by this propulsion or rotational drive of the drill pipe.
  • the aggregate for the propulsion and the aggregate for the rotation of the construction stand is arranged on a drill carriage.
  • the selection of the working parameters for the propulsion or the rotary drive of the drill string according to the invention is carried out at a control level and the control regulates the operating parameters of the electric motors of the other components accordingly due to the working parameters.
  • the operating parameters of the propulsion or the rotary drive are set directly by the selection of the working parameters at the control station, but also the other consumers are controlled on the basis of the known scenarios, namely for example the pump for the drilling suspension or the mixing plant for the Preparation of the drilling suspension or the recycling plant or treatment plant for the drilling fluid. Due to the intelligent monitoring and distribution of energy, it is possible to make the overall energy supply smaller and thus also to save energy. This also results in a corresponding increase in efficiency.
  • the components each have at least one sensor, such as a level sensor or a current sensor of an electric motor of the component and the sensor receives a component state information and the sensor is connected by a sensor line to the controller and so Component state information on the operating parameters acts.
  • a control loop is realized and, for example, as a function of the filling level in the mixing plant or the treatment plant, it is recognized early that these components require more or less energy.
  • the approach according to the invention aims to reduce as far as possible power peaks to which a power supply is to be interpreted and thereby to achieve a downsizing.
  • control line in the sense of the invention is to be interpreted in a comprehensive sense.
  • a first embodiment is to be understood that alone the control information from the controller to the electric motor or to the component passes and the electric motor has otherwise still a separate power connection.
  • a corresponding rotational speed of the electric motor and an associated power consumption are set via the control line.
  • control line is not to be construed as meaning that there is a wireline connection between the controller and the component.
  • the proposal according to the invention also comprises a radio link in the same way, ie, according to the invention, the control line can also be realized as a radio link.
  • control line and the sensor line are designed via the same connection medium, for example as a wired connection or a radio connection.
  • connection medium for example as a wired connection or a radio connection.
  • the electric motor drives the component directly or via a mechanically acting transmission.
  • the use of a single or multi-stage planetary gear is the rotational drive of the drill string in conjunction with an electric motor with these components is of considerable advantage, since in this area with the combination of electric motor and planetary gear the necessary torque for the rotational drive of the submerged drill string in the ground Is made available.
  • the invention comprises not only a drilling rig, as described above, but also comprises a method for the distribution of electrical power or energy for the operation of a drilling rig, the drilling rig at least from several of the following, each comprising at least one electric motor components, the propulsion of Drill pipe, rotary drive of the drill string, treatment plant for the drilling fluid and pump or mixing plant for the drilling suspension comprises, wherein the electric motor is used to drive the component and the distribution of electrical power to the individual components is based on a mode selection.
  • drilling rigs according to the invention are operated in different operating modes. A distinction is made between a pilot bore, the expansion process and the intake process. Each of the different processes has a typical power requirement of the individual components. Since the total power provided is limited overall, the power is allocated on the basis of a mode selection, where a corresponding quotation for the individual components is stored in a database and the controller allocates the available power in consideration of this power distribution of the individual components.
  • a power distribution quota for example, a basic power share and an optional power share is also provided to allow for adaptive adjustment of the drilling rig to changing operating conditions.
  • a power distribution quotation a power distribution corresponding to a given key is allocated to the individual components, and the available power is distributed according to this key.
  • a priority distribution is proposed in which, for example, in the case of a consumer who on average receives a relatively low performance, in the case of use immediately performance is granted significantly above his quotation, if this is significant.
  • a modular power supply in which at least two power supply lines terminate in a supply unit and feed an intermediate circuit, from which the supply of the electric motors of the individual components takes place.
  • This principle for the energy supply or power supply has considerable advantages.
  • the arrangement of the intermediate circuit serves to effect a compensation under the individual supply lines. Such an arrangement provides reliability or stability during operation.
  • the concept also has the advantage that the power provided can be varied. If, for example, it turns out that there are large power requirements for large bores, the necessary power is supplied via several supply lines, for example three or four. But if a processing is provided for the same rig, in which to work with less power, so the drilling rig in question can be equipped accordingly, for example, by only one or two leads a power source connected.
  • Such an embodiment has the considerable advantage that the drilling rig of the correspondingly planned power consumption can be optimally adapted and thus can be operated very efficiently and therefore also energy-saving.
  • the proposed concept also allows, if necessary, to absorb power peaks, for example by connecting an additional current source, for example a power generator operated by an internal combustion engine or the public power grid, to an open, unused power supply line.
  • the arrangement is chosen so that via a standardized interface, the (electrical) energy can be fed.
  • a generator set is possible.
  • provision is made in particular for this generator to be modularly connectable to the drilling rig.
  • the generator set can be easily adapted to the respective power requirement but also to the necessary exhaust gas requirements.
  • Stricter emission standards can be easily met by optionally renting a corresponding exhaust gas standard-compliant power generator.
  • a redundant configuration of the power units also represents a high level of operational reliability.
  • the modular arrangement of the power unit which can be exchanged in particular, ultimately decouples the drive source from the entire drilling rig and thus allows the drilling rig to always be up to date hold.
  • FIG. 1 The block diagram shown has a central element as a control 1.
  • the arrangement is chosen so that the controller 1 only the control information to the components directs and the power supply 12, for example, a generator or grid connection, is directly connected to the individual components and the actual power consumption via the controller 1 in the individual control lines 27, 28, 29, 210 and 211 takes place.
  • the controller 1 is connected to a generator or mains connection or generally to the power supply.
  • the controller 1 is located between the power source, ie the generator, mains or general power supply and the individual consumers and the various components 7, 8, 9, 10 and 11.
  • a power control is provided, which is designed that the controller 1 actually provides the individual components 7 to 11 with the respective electrical power.
  • a drilling rig according to the invention is equipped with a plurality of individual components.
  • the propulsion 7 for the drill pipe and the rotary drive 8 for the drill pipe are located on a drill carriage.
  • the drilling suspension is processed or mixed in a mixing plant 10, for which also electric motors are used (for example for the mixing process or for the further pumping of the drilling suspension).
  • the mixing plant 10 is connected via the control line 210 to the controller, the propulsion 7 via the control line 27, the rotary drive 8 via the control line 28.
  • the provided by the mixing plant 10 available drilling suspension is pumped by the pump 9 in the drill pipe (the pump 9 has an electric motor, the component 9 is connected via the control line 29 to the controller and thus monitored).
  • the emerging drilling fluid is returned to the recycling plant 11 and recycled.
  • the electric motors of this component are connected via the control line 211 to the controller 1.
  • An active control by the drill guide takes place via the control station 14, where a drive control for the drill string is arranged and a direct influence on propulsion and rotational drive is taken. Due to the power information technology composite of the individual components with each other, it is then possible to optimally distribute the energy or power provided by the generator or mains connection 12 between the individual components.
  • the control station 14 is arranged directly on the controller 1, but alternatively it is also provided on the drill carriage 15 and acts directly on the propulsion 7 and the rotation eighth
  • Fig. 2 the design of the controller 1 is shown schematically.
  • the individual components propulsion 7 or rotary drive 8 of the drill string, pump 9 for the drilling suspension, mixing plant 10 for the drilling suspension and recycling plant 11 for the drilling fluid
  • one of a plurality of different operating programs 3a to 3d is selected by a mode selection 2.
  • the selected program (here program 3b) provides either a certain priority distribution or a performance quotation 4.
  • the individual power or priority distributions are identified by the reference numerals 47, 48, 49, 410 and 411 (for components 7, 8, 9, 10 and 11, respectively).
  • the different heights of the bars 47, 48, 49, 410, 411 illustrate the different weights.
  • This priority distribution or performance quotation is fed via a desired-actual comparison 5 of the power distribution stage 6, which then actually the power to the individual consumers or Components provides.
  • appropriate actuators are provided on the individual components.
  • There is a data return 13 of the components 7, 8, 9, 10, 11 are provided. This data return takes place, for example, for the components of status information obtained via the sensors which are arranged in the individual components. With the actual values available in the data return, a desired-actual comparison can now be carried out in the comparison stage 5 before the power distribution. As a result, an adaptive adaptation of the individual power profiles or supply profiles to the respective actual conditions is possible.
  • Fig. 3 is shown an alternative, but very efficient and advantageous concept for the power supply or power supply 12 of the drilling rig.
  • a central power supply for example a generator operated by an internal combustion engine or the public grid.
  • a central power supply for example a generator operated by an internal combustion engine or the public grid.
  • usually such a supply is designed for peak load and in all those operating phases where these peak loads are not retrieved, economic and environmental disadvantages arise.
  • the modular power supply 12 after Fig. 3 comprises at least two, here three power supply lines 121, 122, 123. These lead in the power supply 12 in a feed unit 124 and feed there an intermediate circuit, from which the supply of the electric motors of the components 7 to 11 takes place.
  • the intermediate circuit has a plurality of DC link capacitors designed to balance the power across the DC link.
  • the concept proposed here allows for all three power supply lines 121, 122, 123 the power is fed. It is possible that all power supply lines 121, 122, 123 are supplied via the same power generator or the same power source or each power supply line 121, 122, 123 can each have separate generators or power sources (for example, each with an internal combustion engine operated alternators Power, public grid, combined heat and power plant, etc.), for example, to split peak and base load operation so that efficient energy use is possible.
  • generators or power sources for example, each with an internal combustion engine operated alternators Power, public grid, combined heat and power plant, etc.
  • the feed unit 124 first feeds the power distribution 6 and thereby directly the individual energy-consuming components 7 to 11.
  • a direct connection of the individual components or their electric motors to the feed unit 124 is possible in the same way.

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Abstract

The rig has electro-motors comprising components e.g. drill pipes drive (7), drill pipes rotation drive (8), drilling liquid processing device, pump (9) and drilling suspension mixing machine (10). A controller (1) is connected with the components of the motors via control lines (27, 28, 29, 210, 211). Work parameters for the drive and/or the rotation drive of the drill pipes are selected at a control stand (14), and the controller controls operational parameters of the components based on the work parameters. A sensor e.g. level sensor and power input sensor, is connected with the controller. An independent claim is also included for a method for distributing electric power and/or energy for operating an oil-well drilling rig.

Description

Die im Stand der Technik bekannten Horizontalbohranlagen dienen dazu, unterirdisch Leitungen für Öl, Gas, Wasser, Abwasser, Strom oder Telekommunikation zu verlegen. Der wesentliche Vorteil der bekannten Horizontalbohranlagen liegt insbesondere darin, dass diese ohne Ausheben von Gräben oder Straßenaufbruch usw. kostengünstig erstellt werden können. Der Erstellung von Horizontalbohranlagen erfolgt nach folgenden Arbeitsschritten:

  • Am Anfang steht eine Pilotbohrung. Hier strebt der Bohrkopf auf einer vorgegebenen Route durch das Erdreich. Die Ortung erfolgt über eine bestimmte Sonde. Es ist so möglich, bestehende Leitungen, Baumwurzeln oder andere Hindernisse gezielt zu umfahren.
The well-known in the art horizontal drilling rigs are used to lay underground pipelines for oil, gas, water, sewage, electricity or telecommunications. The main advantage of the known horizontal drilling rigs is, in particular, that they can be created inexpensively without digging trenches or road breaking, etc. The creation of horizontal drilling rigs takes place according to the following work steps:
  • At the beginning there is a pilot hole. Here, the drill head strives on a predetermined route through the soil. The locating takes place via a certain probe. It is thus possible to deliberately bypass existing lines, tree roots or other obstacles.

Im nächsten Arbeitsschritt erfolgt das Räumen. Das Bohrloch wird auf dem benötigten Durchmesser ausgeweitet. Im letzten Arbeitsschritt wird schließlich die Leitung eingezogen. Bei bekannten Bohranlagen erfolgt der Vortrieb durch eine Rotations- und Schubbewegung eines aus einer Vielzahl von einzelnen Bohrelementen bestehenden Bohrgestänges. Für den Antrieb sind erhebliche Kräfte aber auch Drehmomente notwendig. Als Kraftquellen dienen nach dem Stand der Technik bislang Verbrennungsmotoren, mit dem Nachteil eines verhältnismäßig schlechten Wirkungsgrades. Es ist auch zu beachten, dass neben dem Vortrieb beziehungsweise dem Rotationsantrieb des Bohrgestelles auch eine Aufbereitungsanlage für die Bohrflüssigkeit, eine Pumpe und eine Mischanlage für die Bohrsuspension zu betreiben sind. Den einzelnen Komponenten werden jeweils eigenständige Energiequellen, in der Regel Verbrennungsmaschinen zugeordnet, die zur Verfügung gestellte Leistung war regelmäßig viel zu groß und daher der energetische Aufwand für das Erstellen einer entsprechenden Bohrung unverhältnismäßig hoch. Ein weiterer Nachteil der bekannten Bohranlagen liegt darin, dass der Einsatz der Bohranlagen mit Verbrennungsmaschinen im städtischen Siedlungsraum ungünstig ist, da eine erhebliche Lärm- und Abgasbelastung besteht.In the next step, the room is cleared. The borehole is expanded to the required diameter. Finally, the line is retracted in the last step. In known drilling rigs, the propulsion takes place by means of a rotational and pushing movement of a drill string consisting of a large number of individual drilling elements. For the drive considerable forces but also torques are necessary. As power sources used in the prior art so far internal combustion engines, with the disadvantage of a relatively poor efficiency. It should also be noted that in addition to the propulsion or the rotary drive of the drilling rig, a treatment plant for the drilling fluid, a pump and a mixing plant for the drilling suspension are to be operated. The individual components are each independent energy sources, usually assigned combustion engines, the power provided was regularly too large and therefore the energy cost of creating a corresponding hole disproportionately high. Another disadvantage of the known drilling rigs is that the use of drilling rigs with combustion engines in the urban settlement area is unfavorable, since there is a considerable noise and exhaust pollution.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bohranlage vorzuschlagen, die energetisch möglichst effizient arbeitet.Based on this prior art, it is an object of the present invention to provide a drilling rig that works energetically as efficiently as possible.

Gelöst wird dies durch eine Bohranlage, insbesondere eine Horizontalbohranlage, welche zumindest aus mehreren der nachfolgenden, je mindestens einen Elektromotor umfassenden Komponenten, wie Vortrieb des Bohrgestänges, Rotationsantrieb des Bohrgestänges, Aufbereitungsanlage für die Bohrflüssigkeit, Pumpe und Mischanlage für die Bohrsuspension besteht, wobei der Elektromotor dem Antrieb der Komponente dient und die Bohranlage eine Steuerung aufweist, die über die jeweiligen Steuerleitungen mit den Elektromotoren der einzelnen Komponenten verbunden sind.This is achieved by a drilling rig, in particular a horizontal drilling rig, which at least from several of the following, each comprising at least one electric motor components, such as propulsion of the drill pipe, rotary drive of the drill pipe, treatment plant for the drilling fluid, pump and mixing plant for the drilling suspension, wherein the electric motor is used to drive the component and the drilling rig has a control, via the respective control lines with the electric motors of the individual components are connected.

Dieses erfindungsgemäße Konzept schlägt den konsequenten Einsatz von Elektromotoren als Kraftquelle vor. Dabei wird der erfindungsgemäße Erfolg bereits dann erreicht, wenn zumindest einige (nicht zwingend alle) Komponenten mit einem Elektromotor betrieben werden. Günstigerweise sind aber alle Komponenten mit Elektromotoren ausgestattet. Der Vorteil des Einsatzes eines Elektromotores in den einzelnen Komponenten liegt darin, dass die Geräuschentwicklung sehr viel geringer ist als bei den bekannten Verbrennungsmotoren. Auch erzeugen Elektromotoren kein Abgas. Die Energieversorgung des Elektromotores kann dann zum Beispiel durch das öffentliche Netz erfolgen, oder aber, es wird ein zentraler Generator für alle Elektromotoren vorgehalten, in welchen der Strom zentral und günstig für alle Verbraucher der Bohranlage erzeugt wird. Gerade die Anschließbarkeit der erfindungsgemäßen Bohranlage an das öffentliche Netz erlaubt es, die erfindungsgemäßen Bohranlagen auch im städtischen Bereich einzusetzen und dabei eine ausgesprochen geringe Geräuschbelastung zu realisieren. Typischer Baustellenlärm wird durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Bohranlage erheblich reduziert.This inventive concept suggests the consistent use of electric motors as a source of power. In this case, the inventive success is already achieved if at least some (not necessarily all) components are operated with an electric motor. Conveniently, however, all components are equipped with electric motors. The advantage of using an electric motor in the individual components is that the noise is much lower than in the known internal combustion engines. Also generate electric motors no exhaust gas. The power supply of the electric motor can then be done for example by the public network, or, it is held a central generator for all electric motors, in which the power is generated centrally and cheaply for all consumers of the rig. Especially the connectability of the drilling rig according to the invention to the public network makes it possible to use the drilling rigs according to the invention also in the urban area and to realize a very low noise pollution. Typical construction site noise is considerably reduced by the use of the drilling rig according to the invention.

Die steuerungsmäßige Verknüpfung aller Komponenten mit einer (zentralen) Steuerung erlaubt es des weiteren, die Leistung effektiv zwischen den einzelnen Komponenten zu verteilen, aber auch insgesamt ein sehr effizientes Bohranlagenmanagement einzurichten, da alle Betriebszustände der Anlage durch die zentrale Steuerung überwachbar und beherrschbar sind. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Steuerleitung umfasst dabei zunächst den Vorschlag, dass die Energie für den Motor von der Steuerung zu dem Elektromotor geleitet wird. Die Erfindung umfasst aber auch den Vorschlag, dass die Steuerleitung auf ein Stellelement am Elektromotor wirkt, der eigenständig angeschlossen ist. Beide Varianten gehören zur Erfindung.The control-related linking of all components with a (central) control also makes it possible to distribute the power effectively between the individual components, but also to set up a very efficient rig management, since all operating conditions of the system can be monitored and controlled by the central control. The control line proposed according to the invention initially comprises the proposal that the power for the motor from the controller to the electric motor is passed. However, the invention also includes the proposal that the control line acts on an actuating element on the electric motor, which is connected independently. Both variants are part of the invention.

Neben einer erheblichen Entlastung der Umwelt durch Reduktion von Krach und Abgasen, stellt die Erfindung auch eine energetisch hoch effizent arbeitende Bohranlage zur Verfügung, da über die Verknüpfung der einzelnen Verbraucher Leistungsbedarf und Leistungsspitzen der einzelnen Elektromotoren der verschiedenen Komponenten überwacht werden können.In addition to a considerable relief of the environment by reducing noise and exhaust gases, the invention also provides an energetically highly efficient drilling rig available because can be monitored via the linkage of individual consumers power requirements and power peaks of the individual electric motors of the various components.

Der erfindungsgemässe Vorschlag bietet noch weitere Vorteile:

  • Grundsätzlich ist es möglich beliebige Drehmomentgrenzen oder auch Drehzahlgrenzen vorzugeben. Dies ist durch die elektrotechnische Steuerung der Elektromotoren in einfacher und bewehrter Weise realisierbar.
The inventive proposal offers even more advantages:
  • Basically, it is possible to specify any torque limits or speed limits. This can be realized by the electrical control of the electric motors in a simple and reinforced manner.

Des Weiteren zeichnen sich die Elektromotoren dadurch aus, dass bei geringer Drehzahl hohes Drehmoment zur Verfügung steht. Es steht zum Beispiel bei 0 Drehzahl volles Drehmoment zur Verfügung, was den Gestängewechsel erheblich erleichtert. Dabei ist zu beachten, dass die Elektromotoren sehr gut steuer- und regelbar sind, was gerade beim Gestängewechsel von Vorteil ist.Furthermore, the electric motors are characterized by the fact that at low speed high torque is available. For example, full torque is available at 0 RPM, which greatly facilitates linkage change. It should be noted that the electric motors are very easy to control and regulate, which is especially at the boom change advantageous.

Im Gegensatz zu dem bekannten, durch Hydraulikpumpen angetriebenen Hydraulikantrieben ist der erfindungsgemässe Vorschlag sehr umweltfreundlich, da kein Hydrauliköl vorgesehen ist, das aus der Anlage entweichen kann.In contrast to the known hydraulic drives driven by hydraulic pumps, the proposal according to the invention is very environmentally friendly, since no hydraulic oil is provided which can escape from the system.

Durch den konsequenten Einsatz von Elektromotoren ist es auch möglich ein Leitungsmanagement über die gesamte Anlagentechnik zu realisieren. Dabei werden alle elektrischen Verbraucher mit einander vernetzt und die Ressourcen beziehungsweise zur Verfügung stehenden Leistungen auf die benötigten Leistungen dynamisch angepasst und verteilt.Through the consistent use of electric motors, it is also possible to realize a line management over the entire system technology. All electrical consumers are included networked and the resources or services available to the required services dynamically adapted and distributed.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Steuerstand für die Fahrsteuerung des Bohrgestänges zur Verfügung steht und über diesen Vortrieb beziehungsweise Rotationsantrieb des Bohrgestänge gesteuert werden. Üblicherweise ist das Aggregat für den Vortrieb und das Aggregat für die Rotation des Baugestänges auf einer Bohrlafette angeordnet. Die Auswahl der Arbeitsparameter für den Vortrieb beziehungsweise den Rotationsantrieb des Bohrgestänges erfolgt erfindungsgemäß an einem Steuersstand und die Steuerung regelt aufgrund der Arbeitsparamenter die Betriebsparameter der Elektromotoren der anderen Komponenten entsprechend. Dabei wird nicht nur durch die Auswahl der Arbeitsparameter an dem Steuerstand unmittelbar der Betriebsparamenter des Vortriebes beziehungsweise des Rotationsantriebes eingestellt, sondern, aufgrund der bekannten Szenarien, auch die anderen Verbraucher gesteuert, nämlich zum Beispiel die Pumpe für die Bohrsuspension, oder aber die Mischanlage für die Aufbereitung der Bohrsuspension beziehungsweise die Recyclinganlage beziehungsweise Aufbereitungsanlage für die Bohrflüssigkeit. Aufgrund der intelligenten Überwachung und Verteilung der Energie ist es möglich, die Energieversorgung insgesamt kleiner auszugestalten und somit auch Energie zu sparen. Hieraus resultiert auch eine entsprechende Effizenzsteigerung.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that a control station for the drive control of the drill pipe is available and controlled by this propulsion or rotational drive of the drill pipe. Usually, the aggregate for the propulsion and the aggregate for the rotation of the construction stand is arranged on a drill carriage. The selection of the working parameters for the propulsion or the rotary drive of the drill string according to the invention is carried out at a control level and the control regulates the operating parameters of the electric motors of the other components accordingly due to the working parameters. In this case, not only the operating parameters of the propulsion or the rotary drive are set directly by the selection of the working parameters at the control station, but also the other consumers are controlled on the basis of the known scenarios, namely for example the pump for the drilling suspension or the mixing plant for the Preparation of the drilling suspension or the recycling plant or treatment plant for the drilling fluid. Due to the intelligent monitoring and distribution of energy, it is possible to make the overall energy supply smaller and thus also to save energy. This also results in a corresponding increase in efficiency.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Komponenten je mindestens einen Sensor, wie zum Beispiel einen Füllstandsensor oder einen Stromaufnahmesensor eines Elektromotores der Komponente aufweist und der Sensor eine Komponentenzustandsinformation aufnimmt und der Sensor durch eine Sensorleitung mit der Steuerung verbunden ist und so die Komponentenzustandsinformationen auf die Betriebsparameter wirkt. Durch den erfindungsgemäßen Vorschlage wird ein Steuerregelkreis realisiert und zum Beispiel in Abhängigkeit des Füllstandes in der Mischanlage beziehungsweise der Aufbereitungsanlage frühzeitig erkannt, dass diese Komponenten mehr oder weniger Energie benötigen. Der erfindungsgemäße Ansatz zielt darauf ab, Leistungsspitzen, auf die eine Energieversorgung grundsätzlich auszulegen ist, möglichst zu reduzieren und dadurch ein "Downsizing" zu erreichen. Es wurde bereits darauf hingewiesen, dass der Begriff Steuerleitung im Sinne der Erfindung sinnumfassend auszulegen ist. Bei einer ersten Ausgestaltung ist darunter zu verstehen, dass alleine die Steuerinformation von der Steuerung zum Elektromotor beziehungsweise zur Komponente gelangt und der Elektromotor im übrigen noch über einen separaten Stromanschluss verfügt. Über die Steuerleitung wird dann zum Beispiel eine entsprechende Drehzahl des Elektromotores und eine damit verbundene Leistungsaufnahme eingestellt. Durch eine Steuerleitung kann aber auch gleichzeitig die Energieversorgung erfolgen. Der Begriff "Steuerleitung" ist aber nicht nur dahingehend auszulegen, dass eine drahtgesteuerte Verbindung zwischen der Steuerung und der Komponente besteht. Der erfindungsgemäße Vorschlag umfasst auch in gleicher Weise eine Funkverbindung, d.h. die Steuerleitung ist erfindungsgemäß auch als Funkverbindung realisierbar.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the components each have at least one sensor, such as a level sensor or a current sensor of an electric motor of the component and the sensor receives a component state information and the sensor is connected by a sensor line to the controller and so Component state information on the operating parameters acts. By means of the proposals according to the invention, a control loop is realized and, for example, as a function of the filling level in the mixing plant or the treatment plant, it is recognized early that these components require more or less energy. The approach according to the invention aims to reduce as far as possible power peaks to which a power supply is to be interpreted and thereby to achieve a downsizing. It has already been pointed out that the term control line in the sense of the invention is to be interpreted in a comprehensive sense. In a first embodiment is to be understood that alone the control information from the controller to the electric motor or to the component passes and the electric motor has otherwise still a separate power connection. For example, a corresponding rotational speed of the electric motor and an associated power consumption are set via the control line. By a control line but can also be done simultaneously the power supply. However, the term "control line" is not to be construed as meaning that there is a wireline connection between the controller and the component. The proposal according to the invention also comprises a radio link in the same way, ie, according to the invention, the control line can also be realized as a radio link.

Des weiteren ist in einer erfindungsgemäßen Variante vorgesehen, dass die Steuerleitung und die Sensorleitung über das gleiche Verbindungsmedium, zum Beispiel als eine drahtgebundene Verbindung oder eine Funkverbindung ausgeführt ist. Somit kann auf dem Verbindungsmedium, welches zwischen der Steuerung und der Komponente besteht, nicht nur die Steuerinformation von der Steuerung zur Komponente, sondern auch die vom Sensor erzeugte Komponentenzustandsinformation vom Sensor, das heißt, der Komponenten zurück zur Steuerung gesandt werden.Furthermore, in a variant according to the invention, it is provided that the control line and the sensor line are designed via the same connection medium, for example as a wired connection or a radio connection. Thus, not only the control information from the controller to the component but also the sensor-generated component state information from the sensor, that is, the components, can be sent back to the controller on the connection medium existing between the controller and the component.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es weiterhin vorgesehen, dass der Elektromotor die Komponente direkt oder über ein mechanisch wirkendes Getriebe antreibt. Insbesondere der Einsatz eines ein- oder mehrstufigen Planetengetriebes wird den Rotationsantrieb des Bohrgestänges in Verbindung mit einem Elektromotor mit dieser Komponenten ist von erheblichem Vorteil, da in diesem Bereich mit der Kombination von Elektromotor und Planetengetriebe das notwendige Drehmoment für den Rotationsantrieb des im Erdreich eintauchenden Bohrgestänges zur Verfügung gestellt wird.In a preferred embodiment of the invention, it is still provided that the electric motor drives the component directly or via a mechanically acting transmission. In particular, the use of a single or multi-stage planetary gear is the rotational drive of the drill string in conjunction with an electric motor with these components is of considerable advantage, since in this area with the combination of electric motor and planetary gear the necessary torque for the rotational drive of the submerged drill string in the ground Is made available.

Dabei ist es klar, dass während der Rotation beziehungsweise Vortrieb des Baugestänges die Leistungsaufnahme gerade in diesem Bereich verhältnismäßig groß ist und dann zum Beispiel Energiebedarf für die Mischanlage oder Aufbereitungs- beziehungsweise Recyclinganlage reduziert wird und die gesamte zur Verfügung gestellte elektrische Energie in einem Vortrieb beziehungsweise Rotationsantrieb für das Bohrgestänge eingesetzt wird.It is clear that during the rotation or propulsion of Baugestänges the power consumption is relatively large in this area and then, for example, energy demand for the mixing plant or treatment or recycling plant is reduced and the entire provided electrical energy in a propulsion or rotary drive is used for the drill pipe.

Die Erfindung umfasst nicht nur eine Bohranlage, wie eingangs beschrieben, sondern umfasst gleichwohl ein Verfahren für die Verteilung von elektrischer Leistung beziehungsweise Energie für den Betrieb einer Bohranlage, wobei die Bohranlage zumindest aus mehreren der nachfolgenden, je mindestens einen Elektromotor umfassenden Komponenten, den Vortrieb des Bohrgestänges, Rotationsantrieb des Bohrgestänges, Aufbereitungsanlage für die Bohrflüssigkeit und Pumpe beziehungsweise Mischanlage für die Bohrsuspension umfasst, wobei der Elektromotor dem Antrieb der Komponente dient und die Verteilung der elektrischen Leistung auf die einzelnen Komponenten aufgrund einer Betriebsartenauswahl erfolgt.The invention comprises not only a drilling rig, as described above, but also comprises a method for the distribution of electrical power or energy for the operation of a drilling rig, the drilling rig at least from several of the following, each comprising at least one electric motor components, the propulsion of Drill pipe, rotary drive of the drill string, treatment plant for the drilling fluid and pump or mixing plant for the drilling suspension comprises, wherein the electric motor is used to drive the component and the distribution of electrical power to the individual components is based on a mode selection.

Wie eingangs beschrieben werden erfindungsgemäße Bohranlagen in verschiedenen Betriebsarten betrieben. Man unterscheidet dabei eine Pilotbohrung, den Ausweitvorgang und den Einzugsvorgang. Jeder der verschiedenen Vorgänge hat einen typischen Leistungsbedarf der einzelnen Komponenten. Da die zur Verfügung gestellte Gesamtleistung insgesamt beschränkt ist, erfolgt eine Vergabe der Leistung aufgrund einer Betriebsartenauswahl, wo in einer Datenbank eine entsprechende Quotierung für die einzelnen Komponenten hinterlegt ist und die Steuerung unter Beachtung dieser Leistungsverteilung der einzelnen Komponenten die zur Verfügung stehende Leistung zuteilt.As described above, drilling rigs according to the invention are operated in different operating modes. A distinction is made between a pilot bore, the expansion process and the intake process. Each of the different processes has a typical power requirement of the individual components. Since the total power provided is limited overall, the power is allocated on the basis of a mode selection, where a corresponding quotation for the individual components is stored in a database and the controller allocates the available power in consideration of this power distribution of the individual components.

Eine solche Ausgestaltung ist Teil einer Strategie, mit welcher die verfügbare Leistung auf die einzelnen Verbraucher optimal aufgeteilt wird. Durch ein solches Leistungsmanagement ist es möglich, ein Downsizing zu betreiben und so die benötigte Gesamtleistung zu reduzieren. Der erfindungsgemäße Vorschlag erreicht durch intelligentes Leistungsmanagement und Leistungsvorgabe eine Resourcenschonung oder Resourcheneinsparung.Such a design is part of a strategy with which the available power is optimally distributed among the individual consumers. Such power management makes it possible to downsize and thus reduce the total power required. The proposal according to the invention achieves resource conservation or resourchine savings through intelligent power management and power specification.

Bei einer Betrachtung des gesamten Bohrprozesses kann dabei auf Engpässe Rücksicht genommen werden und auch andere Prozessparameter beziehungsweise Bohrparameter einem gesamten Bohrprozess angepasst werden. Dieses Leistungsmanagement soll anhand des nachfolgenden Beispiels kurz erläutert werden:

  • Die Bohrflüssigkeit bildet einen Kreislauf im Bohrprozess. Sie wird über die Mischanlage als Bohrsuspension angemischt und über die Hochdruckpumpe dem Bohrgerät zugeführt. Nach dem Ausströmen aus dem Bohrkopf wird die Bohrflüssigkeit mit dem Material ausgeschwemmt und der Recycling- beziehungsweise Aufbereitungsanlage zugeführt. Nach dem Durchlauf in der Aufbereitungsanlage sind die Feststoffe entfernt und das Bohrwasser kann wieder der Mischanlage zugeführt werden. Jetzt besteht in diesem Kreislauf ein Engpass bei der Recyclinganlage, der zum Beispiel durch die entsprechenden Füllstandssensoren oder anderen Sensoren erkannt wird, so kann die Leistung der Anlage hochgesetzt werden, oder die anderen Komponenten wie Mischanlage, Hochdruckpumpe und Bohranlage werden in ihrer Leistung entsprechend reduziert, um somit den Gesamtleistungsbedarf unverändert zu halten. Dieser Regelungsprozess ist natürlich dann erfolgreich, wenn das Leistungsmanagement beziehungsweise das erfindungsgemäße Verfahren für die Verteilung von elektrischer Energie beziehungsweise Leistung auf alle Komponenten Einfluss nehmen kann.
When considering the entire drilling process, bottlenecks can be taken into account and other process parameters or drilling parameters can also be adapted to an entire drilling process. This performance management will be explained briefly using the following example:
  • The drilling fluid forms a cycle in the drilling process. It is mixed via the mixing plant as a drilling suspension and fed via the high-pressure pump to the drill. After flowing out of the drill head, the drilling fluid is flushed out with the material and fed to the recycling or treatment plant. After passing through the treatment plant, the solids are removed and the drilling water can be returned to the mixing plant. Now in this cycle there is a bottleneck at the recycling plant, which is detected for example by the corresponding level sensors or other sensors, so the performance of the system can be increased, or the other components such as mixing plant, High-pressure pump and drilling rig are correspondingly reduced in their performance, in order to keep the overall power requirement unchanged. Of course, this control process is successful if the power management or the method according to the invention can influence the distribution of electrical energy or power to all components.

Im erfindungsgemäßen Verfahren wird dabei vorgesehen, dass in den verschiedenen Betriebsarten für die verschiedenen Komponenten unterschiedliche Leistungsverteilungsquoten und/oder Prioritätsverteilungen zugeordnet sind. Bei einer Leistungsverteilungsquote ist zum Beispiel auch ein Grundleistungsanteil und ein optionaler Leistungsanteil vorgesehen, um auch ein adaptives Anpassen der Bohranlage an sich veränderte Betriebszustände zu ermöglichen. Bei einer Leistungsverteilungsquotierung wird den einzelnen Komponenten eine Leistungsverteilung entsprechend eines vorgegebenen Schlüssels zugeteilt und die zur Verfügung stehende Leistung gemäß diesem Schlüssel verteilt. In der anderen Strategie ist eine Prioritätsverteilung vorgeschlagen, bei welcher zum Beispiel bei einem Verbraucher, der im Mittel eine relativ gerine Leistung aufnimmt, im Einsatzfall sofort Leistung erheblich über seiner Quotierung zugestanden wird, wenn dies von Bedeutung ist.In the method according to the invention, it is provided that different power distribution rates and / or priority distributions are assigned in the different operating modes for the different components. At a power distribution quota, for example, a basic power share and an optional power share is also provided to allow for adaptive adjustment of the drilling rig to changing operating conditions. In a power distribution quotation, a power distribution corresponding to a given key is allocated to the individual components, and the available power is distributed according to this key. In the other strategy, a priority distribution is proposed in which, for example, in the case of a consumer who on average receives a relatively low performance, in the case of use immediately performance is granted significantly above his quotation, if this is significant.

Natürlich sind auch beide Strategien miteinander kombinierbar. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine adaptive Anpassung der durch die Betriebsartenauswahl anfangs vorgegebenen Leistungs- und Verteilungsqoten eine tatsächliche Leistungsaufnahme der einzelnen Komponenten erfolgt, wozu die über die Sensorleitungen übertragen Komponentenzustandsinformationen ausgewertet werden. Bei einer solchen Strategie wird ein selbstlernendes und sich daher auch selbst verbesserndes System der Bohranlage zur Verfügung gestellt.Of course, both strategies can be combined. In a preferred embodiment of the invention, it is provided that an adaptive adaptation of the power and distribution rates initially predetermined by the operating mode selection results in an actual power consumption of the individual components, for which purpose the component state information transmitted via the sensor lines is evaluated. In such a strategy, a self-learning and therefore self-improving system of the drilling rig is provided.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorgeschlagenen Bohranlage ist eine modular aufgebaute Stromversorgung vorgesehen, bei welcher mindestens zwei Stromzuleitungen in einer Einspeiseeinheit enden und einen Zwischenstromkreis speisen, aus welchem heraus die Versorgung der Elektromotoren der einzelnen Komponenten erfolgt.In a preferred embodiment of the proposed drilling rig, a modular power supply is provided in which at least two power supply lines terminate in a supply unit and feed an intermediate circuit, from which the supply of the electric motors of the individual components takes place.

Dieser Vorschlag erhöht erheblich die Verfügbarkeit der Anlage. Da mindestens zwei Stromzuleitungen, also mindestens zwei Antriebsstränge für jeden Verbraucher, also für jeden Elektromotor zur Verfügung stehen, kann im Falle eines Defektes eines Antriebsstranges (zum Beispiel eines Stromgenerators, der über die Stromzuleitung an die Einspeiseeinheit angeschlossen ist) mit geringerer Leistung weitergearbeitet werden. Daher droht nicht sofort bei dem Ausfall eines Antriebsstranges ein Ausfall der gesamten Bohranlage.This proposal greatly increases the availability of the facility. Since at least two power supply lines, so at least two drive lines for each consumer, ie for each electric motor are available, in the event of a defect of a drive train (for example, a power generator, which is connected via the power supply to the supply unit) with lower power continue to work. Therefore, a failure of the entire drilling rig does not immediately threaten with the failure of a drive train.

Dieses Prinzip für die Energieversorgung beziehungsweise Stromversorgung hat erhebliche Vorteile. Zunächst ist es möglich, dass über die verschiedenen Stromzuleitungen auch unterschiedliche Stromquellen beziehungsweise Stromerzeuger anschließbar und somit verfügbar sind, wodurch grundsätzlich eine höhere Verfügbarkeit einer solchen Bohranlage resultiert. Die Anordnung des Zwischenstromkreises dient dazu, einen Ausgleich unter den einzelnen Zuleitungen zu bewirken. Eine solche Anordnung dient der Betriebssicherheit beziehungsweise Stabilität im Betrieb. Das Konzept hat aber auch den Vorteil, dass die bereitgestellte Leistung variiert werden kann. Ergibt es sich zum Beispiel, dass bei großen Bohrungen große Leistungsanforderungen bestehen, so wird der notwendige Strom über mehrere Zuleitungen, zum Beispiel drei oder vier, zugeleitet. Ist aber für die gleiche Bohranlage eine Bearbeitung vorgesehen, bei welcher mit geringerer Leistung zu arbeiten ist, so kann die betreffende Bohranlage entsprechend ausgestatten werden, indem zum Beispiel nur an einen oder zwei Zuleitungen eine Stromquelle angeschlossen ist. Eine solche Ausgestaltung hat den erheblichen Vorteil, dass die Bohranlage der entsprechend geplanten Leistungsaufnahme optimal adaptiert werden kann und somit höchst effizient und daher auch energiesparend betrieben werden kann. Dabei erlaubt das vorgeschlagene Konzept auch, notfalls Leistungsspitzen abzufangen, indem zum Beispiel dann an einer noch offenen, unbenutzen Stromzuleitung eine weitere Stromquelle, zum Beispiel ein mit einem Verbrennungsmotor betriebener Stromgenerator oder das öffentliche Stromnetz, angeschlossen wird.This principle for the energy supply or power supply has considerable advantages. First of all, it is possible that different current sources or current generators can also be connected and thus available via the different current supply lines, which generally results in a higher availability of such a drilling system. The arrangement of the intermediate circuit serves to effect a compensation under the individual supply lines. Such an arrangement provides reliability or stability during operation. However, the concept also has the advantage that the power provided can be varied. If, for example, it turns out that there are large power requirements for large bores, the necessary power is supplied via several supply lines, for example three or four. But if a processing is provided for the same rig, in which to work with less power, so the drilling rig in question can be equipped accordingly, for example, by only one or two leads a power source connected. Such an embodiment has the considerable advantage that the drilling rig of the correspondingly planned power consumption can be optimally adapted and thus can be operated very efficiently and therefore also energy-saving. In this case, the proposed concept also allows, if necessary, to absorb power peaks, for example by connecting an additional current source, for example a power generator operated by an internal combustion engine or the public power grid, to an open, unused power supply line.

So ergibt es sich in einem weiterem Vorschlag, dass die Stromversorgung aus unterschiedlich, gegebenenfalls jeweils eigenständigen Stromquellen, wie zum Beispiel dem öffentlichen Stromnetz oder einem mit einem Verbrennungsmotor betriebenen Stromgenerator für die Stromzuleitung erfolgt.Thus, it is found in a further proposal that the power supply from different, possibly each independent power sources, such as the public power grid or powered by an internal combustion engine power generator for the power supply takes place.

Die Anordnung ist dabei so gewählt, dass über eine standartisierte Schnittstelle, die (elektrische) Energie eingespeist werden kann. Neben dem beschriebenen Anschluss an das öffentliche Stromnetz ist aber auch ein Anschluss an einen durch einen Verbrennungsmotor betriebenen Stromgenerator, ein Stromaggregat möglich. Hierdurch werden mehrere Vorzüge erreicht. Zunächst ist insbesondere vorgesehen, dass dieses Stromaggregat modular mit der Bohranlage verbindbar ist. So kann das Stromaggregat dem jeweiligen Leistungsbedarf aber auch notwendigen Abgasanforderungen problemlos angepasst werden. Verschärfte Abgasnormen können dabei durch wahlweise Anmietung eines entsprechenden abgasnormerfüllenden Stromaggregates problemlos erfüllt werden. Eine redundante Ausgestaltung der Stromaggregate stellt auch eine hohe Betriebssicherheit dar. Die modular vorgehaltene und dabei insbesondere ausstauschbare Anordnung des Stromaggregates entkoppelt letztendlich die Antriebsquelle von der gesamten Bohranlage und erlaubt es somit die Bohranlage abgastechnisch immer auf den neusten Stand zu halten.The arrangement is chosen so that via a standardized interface, the (electrical) energy can be fed. In addition to the described connection to the public power grid but also a connection to an operated by an internal combustion engine power generator, a generator set is possible. As a result, several benefits are achieved. First of all, provision is made in particular for this generator to be modularly connectable to the drilling rig. Thus, the generator set can be easily adapted to the respective power requirement but also to the necessary exhaust gas requirements. Stricter emission standards can be easily met by optionally renting a corresponding exhaust gas standard-compliant power generator. A redundant configuration of the power units also represents a high level of operational reliability. The modular arrangement of the power unit, which can be exchanged in particular, ultimately decouples the drive source from the entire drilling rig and thus allows the drilling rig to always be up to date hold.

Dies gilt sowohl im Hinblick auf die Erfüllung von abgastechnischen Vorschriften, wie auch im Hinblick auf Lärmvorschriften.This applies both with regard to the fulfillment of exhaust gas regulations and with regard to noise regulations.

In diesem Zusammenhang wird insbesondere darauf hingewiesen, dass alle im Bezug auf die Bohranlage beschriebenen Merkmale und Eigenschaften aber auch Verfahrensweisen sinngemäß auch bezüglich der Formulierung des erfindungsgemäßen Verfahrens übertragbar und im Sinne der Erfindung einsetzbar und als mitoffenbart gelten. Gleiches gilt auch in umgekehrter Richtung, das bedeutet, nur im Bezug auf das Verfahren genannte, bauliche also vorrichtungsgemäße Merkmale können auch im Rahmen der Ansprüche für die Bohranlage berücksichtigt und beansprucht werden und zählen ebenfalls zur Erfindung und zur Offenbarung.In this context, it is particularly pointed out that all features and properties described in relation to the drilling rig but also procedures analogous to the wording of the method according to the invention transferable and apply within the meaning of the invention and be regarded as disclosed. The same also applies in the opposite direction, that is, only in terms of the method mentioned, structural so device-like features can also be considered and claimed within the scope of the claims for the drilling rig and also count to the invention and to the disclosure.

In der Zeichnung ist die Erfindung insbesondere in einem Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt.In the drawing, the invention is shown schematically in particular in one embodiment.

Es zeigen:

Fig. 1
ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Bohranlage;
Fig. 2
ein Blockschaltbild der Steuerung der erfindungsgemäßen Bohranlage;
Fig. 3
ein Blockschaltbild der Stromversorgung der erfindungsgemäßen Bohranlage;
Show it:
Fig. 1
a block diagram of the drilling rig according to the invention;
Fig. 2
a block diagram of the control of the drilling rig according to the invention;
Fig. 3
a block diagram of the power supply of the drilling rig according to the invention;

In den Figuren sind gleiche oder einander entsprechende Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden daher, sofern nicht zweckmäßig, nicht erneut beschrieben.In the figures are the same or corresponding elements are each denoted by the same reference numerals and therefore, if not appropriate, not described again.

Das in Fig. 1 gezeigte Blockschaltbild besitzt als zentrales Element eine Steuerung 1. Die Anordnung ist so gewählt, dass die Steuerung 1 nur die Steuerinformation an die Komponenten leitet und die Stromversorgung 12, zum Beispiel einen Generator beziehungsweise Netzanschluss, direkt mit den einzelnen Komponenten verbunden ist und die tatsächliche Leistungsaufnahme über die Steuerung 1 in den einzelnen Steuerleitungen 27, 28, 29, 210 und 211 erfolgt. Alternativ ist vorgesehen, dass die Steuerung 1 mit einem Generator beziehungsweise Netzanschluss oder allgemein an der Stromversorgung verbunden ist. In diesem alternativen Konzept befindet sich die Steuerung 1 zwischen der Stromquelle, also dem Generator, Netzanschluss oder allgemeiner Stromversorgung und den einzelnen Verbrauchern und den verschiedenen Komponenten 7, 8, 9, 10 und 11. Es ist eine Leistungssteuerung vorgesehen, die so ausgebildet ist, dass die Steuerung 1 tatsächlich den einzelnen Komponenten 7 bis 11 die jeweilige elektrische Leistung zur Verfügung stellt.This in Fig. 1 The block diagram shown has a central element as a control 1. The arrangement is chosen so that the controller 1 only the control information to the components directs and the power supply 12, for example, a generator or grid connection, is directly connected to the individual components and the actual power consumption via the controller 1 in the individual control lines 27, 28, 29, 210 and 211 takes place. Alternatively, it is provided that the controller 1 is connected to a generator or mains connection or generally to the power supply. In this alternative concept, the controller 1 is located between the power source, ie the generator, mains or general power supply and the individual consumers and the various components 7, 8, 9, 10 and 11. A power control is provided, which is designed that the controller 1 actually provides the individual components 7 to 11 with the respective electrical power.

Eine erfindungsgemäße Bohranlage ist mit einer Vielzahl einzelner Komponenten ausgestattet. Auf einer Bohrlafette befindet sich dabei der Vortrieb 7 für das Bohrgestänge sowie der Rotationsantrieb 8 für das Bohrgestänge. Die Bohrsuspension wird in einer Mischanlage 10 aufbereitet beziehungsweise angemischt, wofür ebenfalls Elektromotoren eingesetzt werden (zum Beispiel für den Mischprozess oder für das Weiterpumpen der Bohrsuspension). Die Mischanlage 10 ist über die Steuerleitung 210 mit der Steuerung verbunden, der Vortrieb 7 über die Steuerleitung 27, der Rotationsantrieb 8 über die Steuerleitung 28. Die von der Mischanlage 10 zur Verfügung gestellte Bohrsuspension wird von der Pumpe 9 in das Bohrgestänge gepumpt (die Pumpe 9 besitzt einen Elektromotor, die Komponente 9 wird über die Steuerleitung 29 mit der Steuerung verbunden und somit überwacht). Die austretende Bohrflüssigkeit wird in der Recyclinganlage 11 zurückgeleitet und wieder aufbereitet. Auch hier sind die Elektromotoren dieser Komponente über die Steuerleitung 211 mit der Steuerung 1 verbunden. Ein aktives Steuern durch den Bohrführer erfolgt über den Steuerstand 14, wo eine Fahrsteuerung für das Bohrgestänge angeordnet ist und unmittelbaren Einfluss auf Vortrieb und Rotationsantrieb genommen wird. Durch den leistungsinformationstechnischen Verbund der einzelnen Komponenten untereinander ist es dann möglich, die von dem Generator beziehungsweise Netzanschluss 12 zur Verfügung gestellte Energie beziehungsweise Leistung optimal zwischen den einzelnen Komponenten zu verteilen. Der Steuerstand 14 ist dabei direkt an der Steuerung 1 angeordnet, alternativ ist er aber auch an der Bohrlafette 15 vorgesehen und wirkt direkt auf den Vortrieb 7 und die Rotation 8.A drilling rig according to the invention is equipped with a plurality of individual components. In this case, the propulsion 7 for the drill pipe and the rotary drive 8 for the drill pipe are located on a drill carriage. The drilling suspension is processed or mixed in a mixing plant 10, for which also electric motors are used (for example for the mixing process or for the further pumping of the drilling suspension). The mixing plant 10 is connected via the control line 210 to the controller, the propulsion 7 via the control line 27, the rotary drive 8 via the control line 28. The provided by the mixing plant 10 available drilling suspension is pumped by the pump 9 in the drill pipe (the pump 9 has an electric motor, the component 9 is connected via the control line 29 to the controller and thus monitored). The emerging drilling fluid is returned to the recycling plant 11 and recycled. Again, the electric motors of this component are connected via the control line 211 to the controller 1. An active control by the drill guide takes place via the control station 14, where a drive control for the drill string is arranged and a direct influence on propulsion and rotational drive is taken. Due to the power information technology composite of the individual components with each other, it is then possible to optimally distribute the energy or power provided by the generator or mains connection 12 between the individual components. The control station 14 is arranged directly on the controller 1, but alternatively it is also provided on the drill carriage 15 and acts directly on the propulsion 7 and the rotation eighth

In Fig. 2 ist die Ausgestaltung der Steuerung 1 schematisch dargestellt. Mit den Bezugszeichen 7 bis 11 sind die einzelnen Komponenten (Vortrieb 7 beziehungsweise Rotationsantrieb 8 des Bohrgestänges, Pumpe 9 für die Bohrsuspension, Mischanlage 10 für die Bohrsuspension sowie Recyclinganlage 11 für die Bohrflüssigkeit) angedeutet. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass durch eine Betriebsartenauswahl 2 eines von mehreren verschiedenen Betriebsprogrammen 3a bis 3d ausgewählt wird. Das ausgewählte Programm (hier Programm 3b) stellt entweder eine gewisse Prioritätsverteilung oder eine Leistungsquotierung 4 zur Verfügung. Die einzelnen Leistungs- oder Prioritätsverteilungen sind mit den Bezugsziffern 47, 48, 49, 410 und 411 (jeweils für die Komponenten 7, 8, 9, 10 und 11) gekennzeichnet.In Fig. 2 the design of the controller 1 is shown schematically. By the reference numerals 7 to 11, the individual components (propulsion 7 or rotary drive 8 of the drill string, pump 9 for the drilling suspension, mixing plant 10 for the drilling suspension and recycling plant 11 for the drilling fluid) are indicated. According to the invention, one of a plurality of different operating programs 3a to 3d is selected by a mode selection 2. The selected program (here program 3b) provides either a certain priority distribution or a performance quotation 4. The individual power or priority distributions are identified by the reference numerals 47, 48, 49, 410 and 411 (for components 7, 8, 9, 10 and 11, respectively).

Die unterschiedlichen Höhen der Balken 47, 48, 49, 410, 411 verdeutlichen die unterschiedlichen Gewichtungen. Diese Prioritätsverteilung oder Leistungsquotierung wird über einen Soll-Ist-Vergleich 5 der Leistungsverteilungsstufe 6 zugeleitet, die dann tatsächlich die Leistung den einzelnen Verbrauchern beziehungsweise Komponenten zur Verfügung stellt. Hierzu sind entsprechende Stellglieder an den einzelnen Komponenten vorgesehen. Es ist eine Datenrückleitung 13 der Komponenten 7, 8, 9, 10, 11 vorgesehen. Diese Datenrückleitung erfolgt zum Beispiel für die Komponenten Zustandsinformationen, die über die Sensoren, die in den einzelnen Komponenten angeordnet sind, gewonnen wurden. Mit den in der Datenrückleitung zur Verfügung stehenden Istwerten kann nun vor der Leistungsverteilung ein Soll-IstVergleich in der Vergleichsstufe 5 durchgeführt werden. Hierdurch ist eine adaptive Anpassung der einzelnen Leistungsprofile beziehungsweise Versorgungsprofile an die jeweiligen tatsächlichen Gegebenheiten möglich.The different heights of the bars 47, 48, 49, 410, 411 illustrate the different weights. This priority distribution or performance quotation is fed via a desired-actual comparison 5 of the power distribution stage 6, which then actually the power to the individual consumers or Components provides. For this purpose, appropriate actuators are provided on the individual components. There is a data return 13 of the components 7, 8, 9, 10, 11 are provided. This data return takes place, for example, for the components of status information obtained via the sensors which are arranged in the individual components. With the actual values available in the data return, a desired-actual comparison can now be carried out in the comparison stage 5 before the power distribution. As a result, an adaptive adaptation of the individual power profiles or supply profiles to the respective actual conditions is possible.

In Fig. 3 ist ein alternatives, aber sehr effizientes und vorteilhaftes Konzept für die Energieversorgung beziehungsweise Stromversorgung 12 der Bohranlage gezeigt.In Fig. 3 is shown an alternative, but very efficient and advantageous concept for the power supply or power supply 12 of the drilling rig.

Zunächst ist es möglich, dass alle Komponenten 7 bis 11 über eine zentrale Stromversorgung, zum Beispiel einen mit einem Verbrennungsmotor betriebenen Generator oder dem öffentlichen Netz, mit Strom versorgt wird. Dabei ist zu beachten, dass üblicherweise eine solche Versorgung auf Spitzenlast ausgelegt ist und in all jenen Betriebsphasen, wo diese Spitzenlasten nicht abgerufen wird, ökonomische, wie ökologische Nachteile entstehen. Durch den in Fig. 3 vorgeschlagenen modularen Aufbau der Stromversorgung 12 wird dies überwunden. Die modulare Stromversorgung 12 nach Fig. 3 umfasst dabei mindestens zwei, hier drei Stromzuleitungen 121, 122, 123. Diese münden in der Stromversorgung 12 in eine Einspeiseeinheit 124 und speisen dort einen Zwischenstromkreis, aus welchem heraus die Versorgung der Elektromotoren der Komponenten 7 bis 11 erfolgt. Der Zwischenstromkreis besitzt einen Mehrzahl von Zwischenkreiskondensatoren, die dazu vorgesehen sind, die Leistung über den Zwischenkreis auszugleichen. Das hier vorgeschlagene Konzept erlaubt es, dass über alle drei Stromzuleitungen 121, 122, 123 die Leistung eingespeist wird. Dabei ist es möglich, dass alle Stromzuleitungen 121, 122, 123 über den gleichen Stromerzeuger beziehungsweise über die gleiche Stromquelle versorgt wird oder aber jede Stromzuleitung 121, 122, 123 kann über jeweils separate Stromerzeuger oder Stromquellen (zum Beispiel je mit einem Verbrennungsmotor betriebene Generatoren unterschiedlicher Leistung, öffentliches Netz, Blockheizkraftwerk, und so weiter), um so zum Beispiel Spitzenbetrieb und Grundlastbetrieb so aufzuteilen, dass eine effiziente Energienutzung möglich ist.First of all, it is possible for all components 7 to 11 to be supplied with power via a central power supply, for example a generator operated by an internal combustion engine or the public grid. It should be noted that usually such a supply is designed for peak load and in all those operating phases where these peak loads are not retrieved, economic and environmental disadvantages arise. By the in Fig. 3 proposed modular design of the power supply 12 this is overcome. The modular power supply 12 after Fig. 3 comprises at least two, here three power supply lines 121, 122, 123. These lead in the power supply 12 in a feed unit 124 and feed there an intermediate circuit, from which the supply of the electric motors of the components 7 to 11 takes place. The intermediate circuit has a plurality of DC link capacitors designed to balance the power across the DC link. The concept proposed here allows for all three power supply lines 121, 122, 123 the power is fed. It is possible that all power supply lines 121, 122, 123 are supplied via the same power generator or the same power source or each power supply line 121, 122, 123 can each have separate generators or power sources (for example, each with an internal combustion engine operated alternators Power, public grid, combined heat and power plant, etc.), for example, to split peak and base load operation so that efficient energy use is possible.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist zwischen der Einspeiseeinheit und den jeweiligen Stromverbrauchern, dem Elektromotor der Komponenten 7 bis 11, noch die Leistungsverteilung 6 vorgesehen, über die die Steuerung, insbesondere über die Vergleichsstufe 5 gegebenenfalls eine übergeordnete Leistungsverteilung vornimmt. Daher speist die Einspeiseeinheit 124 in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel zunächst die Leistungsverteilung 6 und hierdurch unmittelbar die einzelnen die Energie verbrauchenden Komponenten 7 bis 11. Natürlich ist in gleicher Weise auch ein direkter Anschluss der einzelnen Komponenten beziehungsweise deren Elektromotoren an die Einspeiseeinheit 124 möglich.In the embodiment according to Fig. 3 is between the feed unit and the respective power consumers, the electric motor of the components 7 to 11, nor the power distribution 6 is provided, via which the controller, in particular via the comparison stage 5 optionally performs a higher power distribution. Therefore, in the exemplary embodiment shown here, the feed unit 124 first feeds the power distribution 6 and thereby directly the individual energy-consuming components 7 to 11. Of course, a direct connection of the individual components or their electric motors to the feed unit 124 is possible in the same way.

Die jetzt mit der Anmeldung und später eingereichten Ansprüche sind Versuche zur Formulierung ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Schutzes.The claims now filed with the application and later are attempts to formulate without prejudice to the attainment of further protection.

Sollte sich hier bei näherer Prüfung, insbesondere auch des einschlägigen Standes der Technik, ergeben, dass das eine oder andere Merkmal für das Ziel der Erfindung zwar günstig, nicht aber entscheidend wichtig ist, so wird selbstverständlich schon jetzt eine Formulierung angestrebt, die ein solches Merkmal, insbesondere im Hauptanspruch, nicht mehr aufweist.If, on closer examination, in particular also of the relevant prior art, it appears that one or the other feature is beneficial for the purpose of the invention, but not crucial, it is of course already desired to have a formulation which is such a feature , in particular in the main claim, no longer having.

Es ist weiter zu beachten, dass die in den verschiedenen Ausführungsformen beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausgestaltungen und Varianten der Erfindung beliebig untereinander kombinierbar sind. Dabei sind einzelne oder mehrere Merkmale beliebig gegeneinander austauschbar. Diese Merkmalskombinationen sind ebenso mit offenbart.It is further noted that in the various embodiments described and shown in the figures embodiments and variants of the invention can be combined with each other. Here, one or more features are arbitrarily interchangeable. These feature combinations are also disclosed with.

Die in den abhängigen Ansprüchen angeführten Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin. Jedoch sind diese nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.The references cited in the dependent claims indicate the further development of the subject matter of the main claim by the features of the respective subclaim. However, these are not to be understood as a waiver of obtaining independent, objective protection for the features of the dependent claims.

Merkmale, die bislang nur in der Beschreibung offenbart wurden, können im Laufe des Verfahrens als von erfindungswesentlicher Bedeutung, zum Beispiel zur Abgrenzung vom Stand der Technik beansprucht werden.Features that have hitherto been disclosed only in the description may be claimed in the course of the method as of essential importance to the invention, for example to distinguish from the prior art.

Merkmale, die nur in der Beschreibung offenbart wurden, oder auch Einzelmerkmale aus Ansprüchen, die eine Mehrzahl von Merkmalen umfassen, können jederzeit zur Abgrenzung vom Stande der Technik in den ersten Anspruch übernommen werden, und zwar auch dann, wenn solche Merkmale im Zusammenhang mit anderen Merkmalen erwähnt wurden beziehungsweise im Zusammenhang mit anderen Merkmalen besonders günstige Ergebnisse erreichen.Features which have been disclosed only in the description, or also individual features of claims comprising a plurality of features, may at any time be included in the first claim for distinction from the prior art, even if such features are associated with others Characteristics were mentioned or achieve particularly favorable results in connection with other features.

Claims (12)

Bohranlage, insbesondere Horizontalbohranlage, zumindest bestehend aus mehreren der nachfolgenden, je mindestens einen Elektromotor umfassenden Komponenten, wie Vortrieb des Bohrgestänges, Rotationsantrieb des Bohrgestänges, Aufbereitungsanlage für die Bohrflüssigkeit, Pumpe und Mischanlage für die Bohrsuspension, wobei der Elektromotor dem Antrieb der Komponente dient und die Bohranlage eine Steuerung aufweist, die über jeweilige Steuerleitungen mit den Elektromotoren der einzelnen Komponenten verbunden sind.Drilling system, in particular horizontal drilling rig, at least consisting of several of the following, each comprising at least one electric motor components, such as propulsion of the drill string, rotary drive of the drill string, treatment plant for the drilling fluid, pump and mixing plant for the drilling suspension, wherein the electric motor is used to drive the component and the Drilling system has a control, which are connected via respective control lines to the electric motors of the individual components. Bohranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl der Arbeitsparameter für den Vortrieb (7), beziehungsweise dem Rotationsantrieb (8) des Bohrgestänges an einem Steuerstand (14) erfolgt und die Steuerung (1) aufgrund der Arbeitsparameter die Betriebsparameter der Elektromotoren der Komponenten (7 bis 11) entsprechend regelt.Drilling system according to claim 1, characterized in that the selection of the working parameters for the propulsion (7), or the rotary drive (8) of the drill string at a control station (14) and the controller (1) based on the operating parameters, the operating parameters of the electric motors of the components (7 to 11) regulates accordingly. Bohranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten je mindestens einen Sensor, wie zum Beispiel einen Füllstandsensor oder einen Stromaufnahmesensor eines Elektromotores der Komponente (7 bis 11) aufweist und der Sensor eine Komponentenzustandsinformation aufnimmt und der Sensor durch eine Sensorleitung mit der Steuerung (1) verbunden ist und so die Komponentenzustandsinformation auf die Betriebsparameter wirkt.Drilling rig according to one of the preceding claims, characterized in that the components each have at least one sensor, such as a level sensor or a current-sensing sensor of an electric motor of the component (7 to 11) and the sensor receives a component state information and the sensor is connected by a sensor line to the controller (1) and so the component state information acts on the operating parameters. Bohranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerleitung beziehungsweise Sensorleitung drahtgebunden oder als Funkverbindung ausgebildet ist.Drilling rig according to one of the preceding claims, characterized in that the control line or sensor line is formed by wire or as a radio link. Bohranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerleitung und die Sensorleitung über das gleiche Verbindungsmedium zum Beispiel als eine drahtgebundene Verbindung oder eine Funkverbindung ausgeführt ist.Drilling rig according to one of the preceding claims, characterized in that the control line and the sensor line via the same connection medium, for example, as a wired connection or a radio link is performed. Bohranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung für die Durchführung eines Verfahrens für die Verteilung von elektrischer Leistung, insbesondere nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 12 dient, wobei die Verteilung von Leistung auf die einzelnen Komponenten aufgrund einer Betriebsartenauswahl (2) erfolgt.Drilling rig according to one of the preceding claims, characterized in that the control is used for carrying out a method for the distribution of electrical power, in particular according to one or more of claims 10 to 12, wherein the distribution of power to the individual components due to a mode selection ( 2) takes place. Bohranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor die Komponente (7 bis 11) direkt oder über ein mechanisch wirkendes Getriebe antreibt und/oder für den Rotationsantrieb (8) des Bohrgestänges der Elektromotor ein ein- oder mehrstufiges Planetengetriebe antreibt.Drilling rig according to one of the preceding claims, characterized in that the electric motor drives the component (7 to 11) directly or via a mechanically acting gear and / or for the rotary drive (8) of the drill string of the electric motor drives a single or multi-stage planetary gear. Bohranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine modular aufgebaute Stromversorgung, bei welcher mindestens zwei Stromzuleitungen (121, 122, 123) in einer Einspeiseeinheit (124) enden und einen Zwischenstromkreis speisen, aus welchem heraus die Versorgung der Elektromotoren der Komponenten erfolgt.Drilling rig according to one of the preceding claims, characterized by a modular power supply, in which at least two power supply lines (121, 122, 123) terminate in a supply unit (124) and feed an intermediate circuit, from which the supply of the electric motors of the components takes place. Bohranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgung aus unterschiedlichen, gegebenenfalls jeweils eigenständigen Stromquellen, wie zum Beispiel dem öffentlichen Stromnetz oder einem, insbesondere modular vorgehaltenem und austauschbaren Verbrennungsmotor betriebenen Stromgenerator über die Stromzuleitungen (121, 122, 123) erfolgt.Drill rig according to one of the preceding claims, characterized in that the power supply from different, possibly each independent power sources, such as the public power grid or one, in particular modular held and replaceable internal combustion engine operated power generator via the power supply lines (121, 122, 123). Verfahren für die Verteilung von elektrischer Leistung beziehungsweise Energie für den Betrieb einer Bohranlage, insbesondere nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, wobei die Bohranlage, insbesondere die Horizontbohranlage, zumindest aus mehreren der nachfolgenden, je mindestens einen Elektromotor umfassenden Komponenten, wie Vortrieb des Bohrgestänges, Rotationsantrieb des Bohrgestänges, Aufbereitungsanlage für die Bohrflüssigkeit, Pumpe und Mischanlage für die Bohrsuspension, besteht, wobei der Elektromotor dem Antrieb der Komponente dient und die Verteilung von Leistung auf die einzelnen Komponenten aufgrund einer Betriebsartenauswahl erfolgt.Method for the distribution of electrical power or energy for the operation of a drilling rig, in particular according to one or more of the preceding claims, wherein the drilling rig, in particular the horizontal drilling rig, at least from several of the following, each comprising at least one electric motor components, such as propulsion of the drill string, Drill pipe rotary drive, drilling fluid preparation system, drilling fluid mixing pump and mixing plant, where the electric motor is used to drive the component and the distribution of power to the individual components is based on a mode selection. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass den verschiedenen Betriebsarten für die verschiedenen Komponenten unterschiedliche Leistungsverteilungsquoten und/oder Prioritätsverteilungen zugeordnet sind.A method according to claim 10, characterized in that the different operating modes for the different components are assigned different power distribution rates and / or priority distributions. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, gekennzeichnet durch eine adaptive Anpassung der durch die Betriebsartenauswahl anfangs vorgegebene Leistungsverteilungsquoten an die tatsächliche Leistungsaufnahme der einzelnen Komponente, wozu über die Steuerleitung übertragene Komponentenzustandsinformationen ausgewertet werden.Method according to one of Claims 10 or 11, characterized by an adaptive adaptation of the power distribution quotients initially predetermined by the mode selection to the actual power consumption of the power supply single component, for which evaluated via the control line component state information is evaluated.
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