DE10206645B4

DE10206645B4 - Device for inserting and removing drill pipes in and from horizontal drilling installations

Info

Publication number: DE10206645B4
Application number: DE2002106645
Authority: DE
Inventors: Werner Wurm; Frank Auringer
Original assignee: PRIME DRILLING GmbH
Current assignee: PRIME DRILLING GmbH
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2002-02-15
Publication date: 2006-01-26
Anticipated expiration: 2022-02-16
Also published as: DE10206645A1

Abstract

Vorrichtung zum Einlegen und Entnehmen von Bohrgestängen (22) in und aus Horizontalbohranlagen (1) mit einem neigungsveränderlich ausrichtbaren Bohrmast (3), einem daran angeordneten Bohrkopf (5) und einer dazu fluchtenden Bohrgestängeklemmvorrichtung (7),
– bestehend aus einem einen Ständer (12; 23) und einen daran angeordneten Ausleger (14; 25) aufweisenden, um eine im Wesentlichen senkrechten Achse zwischen einer bezüglich des Bohrmasts (3) definierten Aufnahmestellung des Bohrgestänges in eine Einlegestellung parallel zum Bohrmast (3) und umgekehrt schwenkbaren Manipulator (10) mit
– einem am Ausleger (14; 25) angeordneten, ein Bohrgestänge (22) starr in der Aufnahmestellung greifenden und in die Einlegestellung parallel zum Bohrmast (3) und umgekehrt bewegbaren, mit der Bewegung des Manipulators (10) von der Aufnahmestellung des Bohrgestänges in die Einlegestellung parallel zum Bohrmast (3) bewegungsgekoppelten, um eine Achse senkrecht zur Achse eines gegriffenen Bohrgestänges (22) schwenkbaren Rohrgreifer (18, 19, 20).Apparatus for inserting and removing drill pipes (22) in and out of horizontal drilling installations (1) with a drilling mast (3) which can be oriented in a variable inclination, a drill head (5) arranged thereon and a drill pipe clamping device (7) aligned therewith,
- consisting of a stand (12; 23) and a jib (14; 25) arranged thereon about a substantially vertical axis between a relative to the Bohrmasts (3) defined receiving position of the drill string in an insertion position parallel to the drilling mast (3) and vice versa pivotable manipulator (10) with
- One on the boom (14; 25) arranged, a drill string (22) rigidly in the receiving position and in the insertion parallel to the drilling mast (3) and vice versa movable, with the movement of the manipulator (10) of the receiving position of the drill string in the Laying parallel to the drilling mast (3) movement-coupled, about an axis perpendicular to the axis of a gripped drill string (22) pivotable tube gripper (18, 19, 20).

Description

Die Erfindung betrifft Vorrichtung zum Einlegen und Entnehmen von Bohrgestängen in und aus Horizontalbohranlagen zum Bohren von im wesentlichen horizontal verlaufenden Bohrungen im Erdreich, Gestein oder Fels mit einem an einem Bohrmast verschiebbar angeordneten Schlitten und einem am Schlitten angeordneten Bohrkopf für Bohrgestänge. Derartige Horizontalbohranlagen werden dazu benutzt, um Produktrohre, beispielsweise Kommunikationsleitungen, Gasleitungen, Wasserleitungen, Ölleitungen oder dergleichen unterirdisch in unzugänglichem Gelände zu verlegen, beispielsweise beim Verlegen von Produktrohren, die Bahntrassen, Autobahnen, Flüsse usw. unterqueren. Der Verlauf der Horizontalbohrungen läßt sich steuern und erlaubt das Erstellen von im wesentlichen horizontal verlaufenden Bohrungen von großer Länge. Hierdurch wird das Verlegen von Produktrohren vereinfacht und werden die Verlegekosten vermindert.The The invention relates to a device for inserting and removing drill pipes and horizontal drilling rigs for drilling substantially horizontally running holes in the ground, rock or rock with a on a drilling mast slidably arranged carriage and a arranged on the carriage drill head for drill pipe. Such horizontal drilling rigs are used to connect product pipes, such as communication lines, Gas pipes, water pipes, oil pipes or the like to lay underground in inaccessible terrain, for example, when laying product pipes, railways, motorways, rivers etc. under. The course of the horizontal bores can be control and allows the creation of essentially horizontally extending Drilling of large Length. As a result, the laying of product pipes is simplified and become the laying costs reduced.

Sollen Produktrohre mit großem Durchmesser verlegt werden, wird mittels der Horizontalbohranlage zunächst eine Pilotbohrung mit gesteuertem Verlauf hergestellt, die anschließend mittels eines Aufweitkopfes, der an das Bohrgestänge angebracht wird, durch Zurückziehen des Bohrgestänges mittels der Horizontalbohranlage aufgeweitet wird, wonach das zu verlegende Produktrohr in die Bohrung eingezogen wird.Should Product pipes with large Diameter to be laid, is by means of horizontal drilling rig first a pilot bore made with controlled course, which subsequently by means of an expander attached to the drill pipe withdrawal of the drill string is widened by means of the horizontal drilling rig, after which to laying product pipe is drawn into the bore.

Die bekannten Horizontalbohranlagen können stationär oder selbstfahrend auf einem Fahrwerk, beispielsweise einem Raupenunterwagen angeordnet sein, auf dem ein in horizontaler Lage winkeleinstellbarer Bohrmast angeordnet ist. Auf dem Bohrmast ist ein Schlitten mittels einer an Hydraulik-Kolbenzylindereinheit verschiebbar, der den Bohrkopf trägt. Mit dem Bohrkopf werden die einzelnen Bohrgestänge und untereinander mittels Schraubverbindungen gekuppelt. Die Verschiebung der Schlitten läßt sich auch mittels eines Zahnstangen- oder Kettentriebs bewirken.The known horizontal drilling rigs can be stationary or self-propelled arranged on a chassis, such as a caterpillar undercarriage on which a horizontally adjustable angle mast is arranged. On the drilling mast is a carriage by means of a displaceable on hydraulic piston-cylinder unit, the drill head wearing. With the drill head, the individual drill string and each other by means Coupled screwed. The displacement of the carriage can be also effect by means of a rack or chain drive.

Wenn der Bohrkopf beim Abbohren des Bohrgestänges bis zum vorderen Ende des Bohrmastes vorgefahren ist, muß die Schraubverbindung zwischen dem Bohrkopf und dem Bohrgestänge gelöst werden und wird der Bohrkopf an das hintere Ende des Bohrmastes zurückgefahren, um ein weiteres Bohrgestänge mit dem Ende des im Boden befindlichen Bohrgestänges und dem Bohrkopf zu verschrauben, wonach der Bohrvorgang erneut wieder aufgenommen wird.If the drill head when drilling the drill string to the front end the Bohrmastes is driven, the screw connection between the drill head and the drill string solved be and the drill head to the rear end of the drill mast returned, around another drill pipe to screw with the end of the drill pipe in the ground and the drill head, after which the drilling process is resumed again.

Beim Zurückziehen des Bohrgestänges, insbesondere beim Herstellen einer aufgeweiteten Bohrung mittels eines Räumkopfes, läuft der Vorgang umgekehrt ab, das heißt, wenn der Bohrkopf mit dem Bohrgestänge bis an hintere Ende des Bohrmastes zurückgefahren ist, muß das aus der Bohrung herausgefahrene Bohrgestänge abgeschraubt und abgelegt werden, wonach der Bohrkopf an das vordere Ende des Bohrmastes vorfährt und mit dem noch in der Bohrung befindenden Bohrgestänge verschraubt wird, um den Ausziehvorgang zu wiederholen.At the withdrawal the drill string, in particular when producing a widened bore by means of a clearing head, is it going? Vice versa, that is, if the drill head with the drill pipe to the rear end of the Driven back mast is, that must unscrewed and stored out of the bore drill pipe be after which the drill head advances to the front end of the drilling mast and is bolted to the drill pipe still in the hole to the Repeat extraction process.

Zum Einlegen und Entnehmen von Bohrgestängen in und aus Horizontalbohranlagen werden üblicherweise Hydraulikkräne eingesetzt, die entweder an die Horizontalbohranlage herangefahren werden oder mit dieser fest verbunden sind. Um die Handhabung der Rohre zu erleichtern, ist an der Horizontalbohranlage häufig auch ein Bohrgestängekasten angeordnet, der mit dem Bohrmast verbunden ist und sich auf die gleiche Neigung mit dem Bohrmast einstellt. Die einzelnen Bohrgestänge werden mittels eines Greifers am Kran etwa im Schwerpunkt ergriffen und müssen dann freischwebend mit ihrer Gewindemuffe in den Bereich des Bohrkopfes und mit ihrem Gewindeende in den Bereich der entsprechenden Gewindemuffe eines bereits in den Boden abgebohrten Bohrgestänges gebracht werden.To the Inserting and removing drill pipes in and out of horizontal drilling rigs become common hydraulic cranes used, which moved either to the horizontal drilling rig be or are firmly connected to this. To handle the Often, pipes are also easier on the horizontal drilling rig a drill pipe box arranged, which is connected to the drilling mast and on the setting same inclination with the drilling mast. The individual drill pipe will be grabbed by a gripper on the crane approximately in the center of gravity and have to then free floating with its threaded sleeve in the area of the drill head and with its threaded end in the area of the corresponding threaded sleeve a drill pipe already drilled into the ground.

Es liegt auf der Hand, daß diese Bohrgestänge, die eine Länge bis zu 9,6 m aufweisen können und ein großes Gewicht aufweisen, schwer zu dirigieren sind: Während des Einlegens stellen die freischwebenden Bohrgestänge somit eine erhebliche Unfallgefahr für das Bedienungspersonal dar. Des, weiteren ist das Einlegen und Entnehmem von Bohrgestängen mit einem Zeitverlust verbunden, da ein Bohrgestänge grundsätzlich erst vom Kran auf dem Bohrgestängekasten aufgenommen werden kann, wenn der jeweilige Arbeitsgang des Abbohrens bzw. Ausziehens des Bohrgestänge beendet ist, da es nicht zulässig ist, ein freischwebendes Bohrgestänge während des Arbeitens der Horizontalbohranlage im Arbeitsbereich zu halten.It is obvious that this drill pipe, the one length up to 9.6 m and a big Have weight, difficult to conduct: put while inserting the free-floating drill pipe Thus, a significant risk of accidents for the operator. The other is the insertion and removal of drill pipes with associated with a loss of time, since a drill string basically only from the crane on the Bohrgestängekasten can be included if the particular operation of drilling or extraction of the drill string stopped because it is not allowed is a free-floating drill pipe while working the horizontal drilling rig to keep in the work area.

Manipulatoren, die ein Bohrgestänge starr in der Aufnahmestellung greifen und in die Einlegestellung parallel zum Bohrmast und umgekehrt bewegen, sind bekannt. So ist in der US 5,941,324 A ein mehrachsig bewegbarer Manipulator beschrieben, dessen Bewegungsmöglichkeiten um alle Achsen jedoch einzeln angesteuert werden müssen und daher nicht nur einen erhöhten Steuerungsaufwand erfordern, sondern auch noch eine erhöhte Schwierigkeit für die Bedienungsperson bedeuten, die für jede einzelne Bewegung einen Steuerhebel betätigen muss. In der US 6,220,807 B1 ist eine voll automatische Vorrichtung beschrieben, jedoch weist auch diese Vorrichtung einen in vielen Achsen unabhängig bewegbaren Manipulator auf dessen automatische Bewegungsabläufe durch eine Vielzahl von Positionssensoren gesteuert werden.Manipulators that grip a drill pipe rigidly in the receiving position and move into the insertion position parallel to the drilling mast and vice versa are known. So is in the US 5,941,324 A a multi-axially movable manipulator described, the movement possibilities around all axes, however, must be controlled individually and therefore not only require increased control effort, but also mean an increased difficulty for the operator who must operate a control lever for each individual movement. In the US 6,220,807 B1 If a fully automatic device is described, however, this device also has a manipulator which can be moved independently in many axes and whose automatic movement sequences are controlled by a multiplicity of position sensors.

Bei der Vorrichtung gemäß der DE 25 33 621 A1 werden die Bewegungen jeder Achse einzeln durch eine Programmsteuerung angesteuert, um Fehlbedienungen zu vermeiden. Bei der Vorrichtung gemäß der DE 295 02 091 U1 ist ebenfalls ein in vielen Achsen unabhängig bewegbarer Manipulator vorhanden, dessen automatische Bewegungsabläufe durch eine Vielzahl von Positionssensoren gesteuert werden.In the device according to the DE 25 33 621 A1 The movements of each axis are individually controlled by a program control to avoid incorrect operation. In the device according to the DE 295 02 091 U1 There is also a manipulator, which can be moved independently in many axes, whose automatic movements are controlled by a plurality of position sensors.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Vorrichtung zum Einlegen und Entnehmen von Bohrgestängen in und aus Horizontalbohränlägen zur Verfügung zu stellen, die die Nachteile des Standes der Technik vermeidet, keine Schwierigkeiten beim Einlegen und Entnehmen des Bohrgestänges bereitet, eine verminderte Unfallgefahr darstellt und ein beschleunigtes Einlegen und Entnehmen von Bohrgestängen gewährleistet. Dieses Problem soll durch eine einfache Vorrichtung, die keinen besonderen Steuerungsaufwand erfordert, gelöst werden.Of the Invention is based on the problem, a device for inserting and removing drill pipes in and out of Horizontal Bohrrlägen to disposal which avoids the disadvantages of the prior art, no difficulty in inserting and removing the drill pipe prepares represents a reduced risk of accidents and accelerated insertion and removing drill pipes guaranteed. This problem should be solved by a simple device that does not requires special control effort to be solved.

Ausgehend von dieser Problemstellung wird eine Vorrichtung zum Einlegen und Entnehmen von Bohrgestängen in und aus Horizontalbohranlagen mit einem neigungsveränderlich ausrichtbaren Bohrmast, einem daran angeordneten Bohrkopf und einer dazu fluchtenden Bohrgestängeklemmvorrichtung vorgeschlagen, die erfindungsgemäß aus einem einen Ständer und einen daran angeordneten Ausleger aufweisenden, um eine im Wesentlichen senkrechte Achse zwischen einer bezüglich des Bohrmasts definierten Aufnahmestellung des Bohrgestänges in eine Einlegestellung parallel zum Bohrmast und umgekehrt schwenkbaren Manipulator mit einem am Ausleger angeordneten, ein Bohrgestänge starr in der Aufnahmestellung greifenden und in die Einlegestellung parallel zum Bohrmast und umgekehrt bewegbaren, mit der Bewegung des Manipulators von der Aufnahmestellung des Bohrgestänges in die Einlegestellung parallel zum Bohrmast gekoppelten, um eine Achse senkrecht zur Achse eines gegriffenen Bohrgestänges schwenkbaren Rohrgreifer besteht.outgoing from this problem is a device for inserting and Removing drill pipes in and out of horizontal drilling rigs with a slope changeable alignable drilling mast, a drill head arranged thereon and a thereto aligned drill pipe clamping device proposed the invention of a a stand and having a cantilever disposed thereon, one substantially vertical axis between a defined with respect to the Bohrmasts Receiving position of the drill string in an insertion position parallel to the drilling mast and vice versa swiveling Manipulator with a boom arranged on the boom, a rigid drill pipe in the receiving position cross and parallel in the insertion position to the drilling mast and vice versa, with the movement of the manipulator from the receiving position of the drill string in the insertion position coupled to the drilling mast about an axis perpendicular to the axis a gripped drill string pivotable pipe gripper exists.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass die Handhabung eines frei schwebenden Rohres große Probleme bereitet und dass es daher notwendig ist, das Bohrgestänge mittels eines Bohrgreifers so starr zu greifen, dass sich das Rohr nur durch die Steuerung des Rohrgreifers in vorgegebenen Bahnen bewegt und sich die Rohrenden ohne Zutun einer Bedienungsperson genau gegenüber dem Bohrkopf und dem Bohrgestängeende, mit dem das angehobene Bohrgestänge zu verbinden ist, automatisch positionieren lassen.The Invention goes from consideration from that the handling of a levitating pipe big problems prepares and that it is therefore necessary, the drill pipe by means of grab a rigid grab so rigid that the pipe only through the Control of the tube gripper moves in predetermined paths and up the pipe ends without the intervention of an operator exactly opposite the drill head and the drill pipe end, with the raised drill pipe to be connected, automatically position.

Mittels eines solchen Rohrgeifers lässt sich das Bohrgestänge aus einem unabhängig von der Horizontalböhranlage aufgestellten Bohrgestängekasten entnehmen und darin einlegen, in dem das Bohrgestänge waagerecht angeordnet sein kann. Bei diesem Bohrgestängekasten kann es sich um einen üblichen Container zum Transportieren der Bohrgestänge handeln, so dass ein erheblich größerer Bohrgestängevorrat zur Verfügung steht, als dies mit einem an der Horizontalbohranlage angeordneten Bohrgestängekasten möglich ist.through such a pipe fierce leaves yourself the drill pipe from an independent from the horizontal tube system erected drill pipe box remove and insert it, in which the drill string is horizontal can be arranged. This drill string box may be a common one Container to transport the drill pipe act, making a significant larger drill pipe stock to disposal stands, as with a arranged on the horizontal drilling rig drill string box possible is.

Der Rohrgreifer kann bevorzugter Weise an einem Ausleger eines Ständers eines Manipulators angeordnet sein und vorzugsweise in einer Führung senkrecht zur Achse eines gegriffenen Bohrgestänges verfahrbar sein.Of the Pipe gripper can preferably on a boom of a stand of a Manipulator can be arranged and preferably in a guide vertically be moved to the axis of a gripped drill string.

Da der Bohrmast gegenüber dem Boden üblicherweise in einem Winkel zwischen 9° und 22° einstellbar ist, muss der Rohrgreifer ein gegriffenes Rohr ebenfalls in diese Winkelstellung bringen. Zu diesem Zweck kann der Rohrgreifer am Ausleger neigungsveränderbar angeordnet sein oder kann der Ausleger am Ständer neigungsveränderbar sein oder kann der Ständer selber neigungsveränderbar an einer Grundplatte angeordnet sein.There the drilling mast opposite the soil usually at an angle between 9 ° and 22 ° adjustable is, the pipe gripper has a gripped pipe also in this Bring angular position. For this purpose, the pipe gripper at Boom tiltable can be arranged or the boom on the stand tiltable his or her stand can be itself inclinable be arranged on a base plate.

Für die Schwenkbewegung zwischen dem Bohrgestängekasten und dem Bohrmast kann entweder der Ausleger schwenkbar am Ständer angeordnet sein, oder der Ständer kann auf einer Grundplatte drehbar angeordnet sein.For the pivoting movement between the drill string box and the boom can either the boom pivotally mounted on the stand be, or the stand can be rotatably mounted on a base plate.

Wenn der Bohrgestängekasten, wie allgemein üblich, parallel zur Längsrichtung des Bohrmastes der Horizontalbohranlage aufgestellt wird, ist es möglich, die Schwenkbewegung des Rohrgreifers mit der Schwenkbewegung des Auslegers oder der Drehbewegung des Ständers zu koppeln, derart, dass sich das gegriffene Bohrgestänge vom Bohrgestängekasten zum Bohrmast parallel bewegt.If the drill string box, as usual, parallel to the longitudinal direction of the drilling mast of the horizontal drilling rig, it is possible to install the Pivoting movement of the pipe gripper with the pivoting movement of the boom or the rotary motion of the stand to couple, such that the seized drill pipe from the Bohrgestängekasten moved parallel to the drilling mast.

Diese gekoppelte Schwenkbewegung des Rohrgreifers lässt sich entweder mechanisch mittels eines Parallelogrammlenkers oder hydraulisch in der Weise erreichen, dass in einer Hydraulik-Kolbenzylindereinheit zur Betätigung der Schwenkbewegung des Auslegers oder Ständers verdrängte Hydraulikflüssigkeit zur Betätigung einer Hydraulik-Kolbenzylindereinheit für die Schwenkbewegung des Rohrgreifers dient.These Coupled pivoting movement of the pipe gripper can be either mechanically by means of a parallelogram or hydraulically in the way achieve that in a hydraulic piston-cylinder unit for actuating the Swivel movement of the boom or stand displaces hydraulic fluid for operation a hydraulic piston-cylinder unit for the pivotal movement of the pipe gripper serves.

Wenn der Ausleger als Lenkerparallelogramm ausgebildet wird, läßt sich der Querbalken mit den Rohrgreifervorrichtungen daran starr befestigen und braucht in der Führung nicht auf- und abbewegbar zu sein, da diese Bewegung durch das Lenkerprallelogramm ausgeführt wird.If the boom is designed as a steering parallelogram, can be rigidly attach the crossbeam to it with the pipe gripping devices and needs in the lead not to be moved up and down, as this movement through the Lenkerprallelogramm accomplished becomes.

Wenn der Rohrgreifer am Ausleger starr befestigt ist, ergibt sich durch die Neigungsveränderung des Auslegers eine Neigungsveränderung des Bohrgestänges, das sich auf diese Weise, da es vom Rohrgreifer starr gehalten wird, ohne Eingriff der Bedienungsperson in die Neigung des Bohrmasts der Horizontalbohranlage bringen lässt.If the pipe gripper is rigidly attached to the boom, results from the inclination change the boom a change in inclination of the drill pipe, which can be in this way, since it is held rigidly by the pipe gripper, bring without intervention of the operator in the inclination of the drilling mast of the horizontal drilling rig.

Diese Neigung lässt sich beispielsweise dadurch erreichen, dass der Ständer neigungsveränderbar auf einer Grundplatte angeordnet ist und ein Anschlag am Bohrmast, der sich mit der Neigungseinstellung des Bohrmastes bewegt, die Neigung des Ständers festlegt.These Cant leave For example, achieve the fact that the stand inclination changeable is arranged on a base plate and a stop on the drilling mast, which moves with the inclination adjustment of the drilling mast, the Inclination of the stand sets.

Der Ständer des Manipulators kann auch an einem von der Horizontalbohranlage unabhängigen Bohrgestängekasten angeordnet sein.Of the stand The manipulator can also be on one of the horizontal drilling rig independent drill string box be arranged.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:The Invention will be described below with reference to two in the drawing embodiments closer explained. In the drawing show:

1 einen Manipulator gemäß einer ersten Ausführungsform in einer Seitenansicht, 1 a manipulator according to a first embodiment in a side view,

2 eine Draufsicht auf den Manipulator gemäß 1 2 a plan view of the manipulator according to 1

3 eine Seitenansicht einer Horizontalbohranlage mit zum Entnehmen eines Bohrgestänges aus einem Bohrgestängekasten bewegten Manipulator, 3 a side view of a horizontal drilling rig with manipulator moved to remove a drill string from a drill string box,

4 eine Draufsicht auf die Horizontalbohranlage gemäß 3, 4 a plan view of the horizontal drilling rig according to 3 .

5 eine Seitenansicht einer Horizontalbohranlage mit angehobenem und parallel zum Bohrmast ausgerichteten Bohrgestänge, 5 a side view of a horizontal drilling rig with raised and parallel to the drilling mast aligned drill pipe,

6 eine Draufsicht auf die Horizontalbohranlage gemäß 5, 6 a plan view of the horizontal drilling rig according to 5 .

7 eine Seitenansicht der Horizontalbohranlage mit zum Verschrauben mit dem Bohrkopf und einem bereits eingetriebenen Bohrgestänge positionierten Bohrgestänge, 7 a side view of the horizontal drilling rig with drill pipe positioned for screwing with the drill head and an already driven drill pipe,

8 eine Draufsicht auf die Horizontalbohranlage gemäß 7, 8th a plan view of the horizontal drilling rig according to 7 .

9 eine Seitenansicht eines Manipulators gemäß einer zweiten Ausführungsform, 9 a side view of a manipulator according to a second embodiment,

10 eine Drausicht auf den Manipulator gemäß 9, 10 a drape view of the manipulator according to 9 .

11 bis 16 Darstellungen des Einlegen und Entnehmens eines Bohrgestänges entsprechend 3 bis 8, 11 to 16 Representations of the insertion and removal of a drill string accordingly 3 to 8th .

17 eine Seitenansicht einer Horizontalbohranlage mit einer weiteren Ausführungsform eines Manipulators mit angehobenem und parallel zum Bohrmast ausgerichtetem Bohrgestänge, 17 a side view of a horizontal drilling rig with a further embodiment of a manipulator with raised and parallel to the drill mast aligned drill pipe,

18 eine Draufsicht auf die Horizontalbohranlage gemäß 17, 18 a plan view of the horizontal drilling rig according to 17 .

19 eine Seitenansicht der Horizontalbohranlage gemäß 17 mit zum Verschrauben mit dem Bohrkopf und einem bereits abgebohrten Bohrgestänge positionierten Bohrgestänge, 19 a side view of the horizontal drilling rig according to 17 with drill pipe positioned for screwing to the drill head and a drill pipe already drilled,

20 eine Draufsicht auf die Horizontalbohranlage in der Stellung gemäß 19, 20 a plan view of the horizontal drilling rig in the position according to 19 .

21 eine Seitenansicht eines mit Bohrgestängen vollständig gefüllten Bohrgestängekastens und daran angeordnetem Manipulator und 21 a side view of a drill pipe completely filled with drill pipe and arranged thereon manipulator and

22 eine Seitenansicht eines fast leeren Bohrgestängekastens, aus dem der Manipulator ein Bohrgestänge entnimmt. 22 a side view of a nearly empty drill pipe box from which the manipulator takes a drill pipe.

Eine in den 3 bis 8 und 11 bis 16 dargestellte Horizontalbohranlage 1 weist einen Raupenunterwagen 2, einen darauf neigungsveränderlich angeordneten Bohrmast 3 mit einem entlang dem Bohrmast 3 verfahrbaren Schlitten 4 auf. Der Schlitten 4 trägt einen Bohrkopf 5. Am Boden läßt sich der Bohrmast 3 mittels einer Ankerplatte 6 abstützen. Im Bereich der Ankerplatte 6, ist am Bohrmast 3 eine Klemmvorrichtung 7 angeordnet, die dazu dient, ein mit dem Bohrkopf 5 und/oder mit dem Ende eines bereits in den Boden abgebohrten Bohrgestänges zu verbindendes Bohrgestänge 22 zu halten. Diese Klemmvorrichtung 7 dient des weiteren dazu, ein aus einer Bohrung herausgezogenes Bohrgestänge 22 vom Ende eines noch in der Bohrung befindlichen Bohrgestänges zu lösen.One in the 3 to 8th and 11 to 16 illustrated horizontal drilling rig 1 has a caterpillar undercarriage 2 , a drilling mast arranged thereon 3 with one along the drill mast 3 movable slide 4 on. The sled 4 carries a drill head 5 , At the bottom of the boom can be 3 by means of an anchor plate 6 support. In the area of the anchor plate 6 , is at the mast 3 a clamping device 7 arranged, which serves, one with the drill head 5 and / or with the end of a drill pipe already drilled in the soil drill pipe to be connected 22 to keep. This clamping device 7 further serves to a pulled out of a bore drill pipe 22 from the end of a drill pipe still in the hole to solve.

Ein Bohrmeister sitzt in einer Kabine 8, von der aus er die Arbeit der Horizontalbohranlage 1 steuert. Ein Manipulator 10 ist mit seiner Grundplatte 11 an der Ankerplatte 6 befestigt. Ein Ständer 12 ist mittels einer Hydraulik-Kolbenzylindereinheit 13 an der Grundplatte 11 kippbar angeordnet. Der Ständer 12 trägt einen Ausleger 14, der sich gegenüber dem Ständer 12 mittels einer Hydraulik-Kolbenzylindereinheit 15 schwenken läßt.A drill master is sitting in a cabin 8th from which he started the work of horizontal drilling rig 1 controls. A manipulator 10 is with its base plate 11 at the anchor plate 6 attached. A stand 12 is by means of a hydraulic piston-cylinder unit 13 at the base plate 11 tiltable arranged. The stand 12 carries a boom 14 who is facing the stand 12 by means of a hydraulic piston-cylinder unit 15 to pan.

Am Ausleger 14 ist ein Rohrgreifer aus einem in einer Führung 17 drehbar und verschiebbar geführten Senkrechtbalken 18 und einem daran starr befestigten Querbalken 19 mit an dessen Enden angeordneten Rohrgreifvorrichtungen 20 angeordnet. Ein Parallellenker 16; der an einem Hebel am Ständer 12 und einem Hebel am Rohrgreifer 18, 19, 20 angreift, sorgt dafür, daß sich der Querbalken 19 des Rohrgreifers 18, 19, 20 beim Schwenken des Auslegers 14 stets parallel zur Längsrichtung der Horizontalbohranlage 1 bewegt.On the boom 14 is a pipe grab out of one in a guide 17 rotatable and movable guided vertical beams 18 and a crossbar rigidly attached thereto 19 with arranged at the ends pipe gripping devices 20 arranged. A parallel link 16 ; the at a lever on the stand of the 12 and a lever on the pipe gripper 18 . 19 . 20 attacks, ensures that the crossbeam 19 of the pipe gripper 18 . 19 . 20 when swinging the boom 14 always parallel to the longitudinal direction of the horizontal drilling rig 1 emotional.

An der Ankerplatte 6 ist ein Anschlag 9 angeordnet, der der Neigung des Bohrmastes 3 folgt. Beim Kippen des Ständers 12 wird dessen Kippwinkel durch den Anschlag 9 festgelegt, wodurch der Querbalken 19, wie in 5 dargestellt, mit einem gegriffenen Bohrgestänge 22 parallel zum Bohrmast 3 ausgerichtet wird.At the anchor plate 6 is a stop 9 arranged, the inclination of the drilling mast 3 follows. When tilting the stand 12 whose tilt angle is determined by the stop 9 set, causing the crossbar 19 , as in 5 pictured, with a gripped drill string 22 parallel to the drilling mast 3 is aligned.

3 und 4 zeigen die Stellung des Rohrgeifers 18, 19, 20, wenn ein Bohrgestänge 22 aus einem neben der Horizontalbohranlage 1 mit dazu parallel ausgerichteten Bohrgestängen 22 aus einem Bohrgestängekasten 21 entnimmt. Dieser Bohrgestängekasten 21 wird neben der Horizontalbohranlage 1 und parallel zu ihrer Längsrichtung abgestellt. Hinsichtlich der Abmessungen des Bohrgestängekastens 21 und der Anzahl der darin gelagerten Bohrgestänge gibt es keine Beschränkungen. Es ist somit möglich, für den Transport der Bohrgestänge bestimmte Container direkt neben der Horizontalbohranlage 1 abzustellen. 3 and 4 show the position of the Rohrgeifers 18 . 19 . 20 if a drill pipe 22 from one beside the horizontal drilling rig 1 with parallel aligned drill pipe 22 from a drill pipe box 21 extracts. This drill pipe box 21 is next to the horizontal drilling rig 1 and parked parallel to its longitudinal direction. Regarding the dimensions of the drill pipe box 21 and the number of drill pipes stored therein are not limited. It is thus possible for the transport of the drill pipe certain containers directly next to the horizontal drilling rig 1 remedy.

In 5 und 6 ist dargestellt, wie ein Bohrgestänge 22 durch Kippen des Manipulators 10 in der Aufnahmestellung angehoben und aus dem Bereich des Bohrgestängekastens 21 in den Bereich des Bohrmastes 3 in die Einlegestellung geschwenkt wird. Dabei bewegt sich das Bohrgestänge 22 parallel zum Bohrmast 3.In 5 and 6 is shown as a drill pipe 22 by tilting the manipulator 10 lifted in the receiving position and out of the range of Bohrgestängekastens 21 in the area of the drill mast 3 is pivoted into the insertion position. The drill pipe moves 22 parallel to the drilling mast 3 ,

In 7 und 8 ist das Bohrgestänge 22 fluchtend mit dem Bohrkopf 5 und einem im Bereich der Klemmvorrichtung 7 endenden, bereits in den Boden abgebohrten Bohrgestänges 22 ausgerichtet und läßt sich mit der Muffe am Rohrende und dem Bohrkopf 5 verschrauben.In 7 and 8th is the drill pipe 22 in alignment with the drill head 5 and one in the region of the clamping device 7 ending, already drilled in the soil drill string 22 aligned and can be with the sleeve at the pipe end and the drill head 5 screw.

Da sich ein vom Rohrgreifer 18, 19, 20 gehaltenes Bohrgestänge 22 nicht unkontrolliert bewegen kann, ist es möglich, ein Bohrgestänge 22 in der in 5 und 6 dargestellten Stellung aufzunehmen und während des Vortriebes des angegriffenen Bohrgestänges durch den Bohrkopf 5 zu halten, so daß nur geringe Totzeiten beim Einlegen und Entnehmen der Bohrgestänge 22 entstehen.As one of the pipe gripper 18 . 19 . 20 held drill pipe 22 can not move unchecked, it is possible to use a drill string 22 in the in 5 and 6 recorded position and during the propulsion of the attacked drill string through the drill head 5 to keep so that only small dead times when inserting and removing the drill pipe 22 arise.

Der in 9 und 10 dargestellte Manipulator 10 unterscheidet sich von dem in 1 und 2 dargestellten Manipulator 10 dadurch, daß ein Ständer 23 mittels einer Hydraulik-Kolbenzylindereinheit 24 drehbar auf der Grundplatte 11 angeordnet ist. Ein Ausleger 25 ist gegenüber dem Ständer 23 mittels einer Hydraulik-Kolbenzylindereinheit 26 neigungsverstellbar. Des Weiteren ist am Ausleger 25 eine Hydraulik-Kolbenzylindereinheit 27 angeordnet, die ein Drehen des Senkrechtbalkens 18 in der Führung 17 bewirkt.The in 9 and 10 illustrated manipulator 10 is different from the one in 1 and 2 illustrated manipulator 10 in that a stand 23 by means of a hydraulic piston-cylinder unit 24 rotatable on the base plate 11 is arranged. A boom 25 is opposite the stand 23 by means of a hydraulic piston-cylinder unit 26 adjustable angle. Furthermore, on the boom 25 a hydraulic piston-cylinder unit 27 arranged, which is a turning of the vertical bar 18 in the lead 17 causes.

Beim Drehen des Ständers 23 mittels der Hydraulik-Kolbenzylindereinheit 24 wird Hydraulikflüssigkeit aus der Hydraulik-Kolbenzylindereinheit 24 verdrängt. Diese Hydraulikflüssigkeit wird zu der Hydraulik-Kolbenzylindereinheit 27 geleitet und bewirkt das Drehen des Senkrechtbalkens 18. Hierdurch wird eine Parallelführung des Querbalkens 19 in analoger Weise wie mittels des Parallelogrammlenkers 16 bei der Ausführungsform gemäß 1 und 2 erreicht.When turning the stand 23 by means of the hydraulic piston-cylinder unit 24 Hydraulic fluid is from the hydraulic piston-cylinder unit 24 repressed. This hydraulic fluid becomes the hydraulic piston-cylinder unit 27 and causes the rotation of the vertical bar 18 , As a result, a parallel guide of the crossbar 19 in an analogous manner as by means of the parallelogram link 16 in the embodiment according to 1 and 2 reached.

Der Bewegungsablauf, der in 11 bis 16 dargestellt ist, entspricht dem bezüglich der 3 bis 8 beschriebenen Bewegungsablauf. Die Dreh- und Schwenkbewegungen sowie die Neigungseinstellung des Auslegers 25 lassen sich ebenfalls durch Anschläge begrenzen, jedoch ist es auch möglich, am Manipulator 10 und am Rohrgreifer 18, 19, 20 Winkel- und Neigungsmesser anzuordnen, mittels derer die Bewegungen so gesteuert werden, daß sich ein Bohrgestänge 22 genau fluchtend zum Bohrkopf 5 und einem Rohrende im Bereich der Klemmvorrichtung 7 einlegen und entnehmen läßt.The sequence of movements in 11 to 16 is shown corresponds to the respect 3 to 8th described movement. The rotation and pivoting movements as well as the inclination adjustment of the jib 25 can also be limited by stops, but it is also possible on the manipulator 10 and on the pipe gripper 18 . 19 . 20 Angle and inclinometer to arrange, by means of which the movements are controlled so that a drill pipe 22 exactly aligned with the drill head 5 and a pipe end in the region of the clamping device 7 insert and remove.

Der in 17 bis 22 dargestellte Manipulator unterscheidet sich von dem in 1 bis 8 dargestellten Manipulator dadurch, daß der Ausleger am Ständer 12 aus Parallellenkern 28, die durch eine Koppel 29 verbunden sind, gebildet ist. Das Lenkerprallelogramm 28, 29 läßt sich mittels einer Hydraulik-Kolbenzylindereinheit 30 in der dargestellten Weise gegenüber dem Ständer 12 bewegen, wobei der Querbalken 19 mit den Rohrgreifvorrichtungen 20 starr an der Koppel 29 befestigt ist. Auf diese Weise und in Verbindung mit dem Parallellenker 16 lassen sich Bohrgestänge 22 gesteuert vom Bohrgestängekasten 21 bis in eine zum Verschrauben mit dem Bohrkopf 5 und einem bereits abgebohrten Bohrgestänge fluchtende Position bringen, und es kann kein freies Schwingen eines von den Rohrgreifvorrichtungen 20 gehaltenen Bohrgestänges 22 eintreten.The in 17 to 22 shown manipulator differs from that in 1 to 8th shown manipulator in that the boom on the stand 12 from parallel core 28 passing through a paddock 29 are connected is formed. The handlebar parallelogram 28 . 29 can be by means of a hydraulic piston-cylinder unit 30 in the manner shown with respect to the stand 12 move, taking the crossbeam 19 with the pipe gripping devices 20 rigid at the paddock 29 is attached. In this way and in conjunction with the parallel link 16 can be drill pipe 22 controlled by the drill string box 21 into one for screwing with the drill head 5 and bring a position aligned already drilled drill pipe, and it can not free swinging one of the pipe gripping devices 20 held drill pipe 22 enter.

Claims

Device for inserting and removing drill pipes ( 22 ) in and out of horizontal drilling rigs ( 1 ) with a inclinable drill mast ( 3 ), a drill head ( 5 ) and an aligned drill pipe clamping device ( 7 ), - consisting of a stand ( 12 ; 23 ) and a boom arranged thereon ( 14 ; 25 ) to a substantially vertical axis between a relative to the Bohrmasts ( 3 ) defined receiving position of the drill string in a Insertion parallel to the drilling mast ( 3 ) and vice versa swivel manipulator ( 10 ) with - one on the boom ( 14 ; 25 ), a drill string ( 22 ) rigidly in the receiving position cross-cutting and in the insertion position parallel to the drilling mast ( 3 ) and vice versa, with the movement of the manipulator ( 10 ) from the receiving position of the drill string in the insertion position parallel to the drilling mast ( 3 motion-coupled about an axis perpendicular to the axis of a gripped drill string ( 22 ) swiveling pipe gripper ( 18 . 19 . 20 ).

Apparatus according to claim 1, wherein the pivoting movement of the tube gripper ( 18 . 19 . 20 ) to the pivoting movement of the manipulator ( 10 ) from the receiving position into the insertion position by means of a parallelogram link ( 16 ) is coupled.

Apparatus according to claim 1, wherein the pivoting movement of the tube gripper ( 18 . 19 . 20 ) to the pivoting movement of the manipulator ( 10 ) is coupled hydraulically from the receiving position into the insertion position in such a way that in a hydraulic piston-cylinder unit ( 24 ) displaced hydraulic fluid for actuating a hydraulic piston-cylinder unit ( 27 ) for the pivoting movement of Rohrgeifers ( 18 . 19 . 20 ) serves.

Device according to Claim 2 or 3, in which the inclination adjustment of the tube gripper ( 18 . 19 . 20 ) parallel to the drilling mast ( 3 ) to the incline setting of the stand ( 12 ; 23 ) or the jib ( 14 ; 25 ) is coupled.

Apparatus according to claim 4, wherein the stand ( 12 ) inclinable on a base plate ( 6 ) and the inclination of the stand ( 23 ) by a stop ( 9 ) on the drilling mast ( 3 ) is determined in such a way that from the pipe gripper ( 18 . 19 . 20 ) gripped drill pipe ( 22 ) parallel to the drilling mast ( 3 ) into the drilling rig ( 1 ) and remove it.

Apparatus according to claim 4, wherein the boom ( 25 ) on the stand ( 23 ) is arranged tiltable and the inclination is determined in such a way that from the pipe gripper ( 18 . 19 . 20 ) used drill pipe ( 22 ) parallel to the drilling mast ( 3 ) into the drilling rig ( 1 ) and remove it.

Apparatus according to claim 5 or 6, wherein the tube gripper ( 18 . 19 . 20 ) in a guided tour ( 17 ) perpendicular to the axis of a gripped drill string ( 22 ) is displaceable.

Device according to Claim 5 or 6, in which the arm is in the form of a parallelogram ( 28 . 29 ) is formed at the coupling ( 29 ) a crossbeam ( 19 ) with pipe gripping device ( 20 ) is attached.

Apparatus according to claim 5 or 6, wherein the tube gripper ( 18 . 19 . 20 ) in a guided tour ( 17 ) perpendicular to the axis of a gripped drill string ( 22 ) is movable.

Device according to one of claims 4 to 9, wherein the stand ( 23 ) on the base plate ( 11 ) of the manipulator ( 10 ) is rotatably arranged.

Device according to one of claims 4 to 10, wherein the base plate ( 11 ) on an anchor plate ( 6 ) of the drilling mast ( 3 ) of the horizontal drilling rig ( 1 ) is attached.

Device according to one of claims 1 to 4, 6 to 9, wherein the stand ( 12 ) of the manipulator ( 10 ) on a drill string box ( 21 ) arranged.