(57)【要約】  垂直及び／又は傾斜掘削装置において、弾性的支持体（空気バッグ、磁石等）が、振動ヘッド及びドリル・ストリングを支持する駆動アセンブリのために具備される。振動ヘッドは、シャトルを有しており、シャトルから、振動は直接的に取り出されず、弾性的支持体は、傾斜掘りモードにおいて幾つかの利点を提供可能である。
2009510289.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持フレームと、
振動ヘッドと、
前記支持フレームから直接的もしくは間接的に前記振動ヘッドを直接的もしくは間接的に支持する第1振動応答支持体と、
前記支持フレームから直接的もしくは間接的に前記振動ヘッドを直接的もしくは間接的に前記第1振動応答支持体に対して保持する第2振動応答支持体と、
前記振動ヘッドにより直接的もしくは間接的に支持されると共に選択的にビットを有する、ドリル・ストリングと、
前記ドリル・ストリングおよび任意の選択的ビットを直接的もしくは間接的に回転させる単一もしくは複数の駆動機とを備え又は含む、掘削装置。
【請求項２】
前記振動ヘッドは前記支持フレームからの前記第1振動応答支持体上に吊下支持される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第1振動応答支持体は、流体の弾性的容器を含む、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記第1振動応答支持体は、反発的磁気相互作用を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記第2振動応答支持体は、流体の弾性的容器を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記第2振動応答支持体は、反発的磁気相互作用を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記支持フレームは、前記第1および第2振動応答支持体間において前記振動ヘッドの倒立頂冠形式接続部が懸架される、構造を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
ビットが存在する、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記ビットは、傾斜掘削を可能にする種類のビットである、請求項８記載の装置。
【請求項１０】
前記単一もしくは複数の駆動機は、前記ドリル・ストリングを、故に任意のビットを、360°を超えて回転させ得る、請求項１から９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記単一もしくは複数の駆動機は、前記ドリル・ストリングの方向反転の前に、該ドリル・ストリングを、故に前記ビットを360°未満だけ回転させ得る、請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
少なくとも前記第1振動応答支持体は、前記振動ヘッドを、故に前記ドリル・ストリングおよび傾斜掘削ビットを揚動すべく改変され得る、請求項９記載の装置。
【請求項１３】
少なくとも前記第1振動応答支持体が改変されるか又は改変されたとき、前記単一もしくは複数の駆動機は、前記ドリル・ストリングを、故に前記ビットを、該ビットが掘削の場合には360°を超えて回転され又は傾斜掘削目的に対しては360°未満で回転される方向とは逆の方向に回転し得または回転すべく同期される、請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
支持フレームと、
振動ヘッドと、
前記支持フレームから直接的もしくは間接的に前記振動ヘッドを直接的もしくは間接的に支持する少なくとも一個の振動応答支持体と、
前記振動ヘッドにより直接的もしくは間接的に支持されると共に選択的にビットを有する、ドリル・ストリングと、
前記ドリル・ストリングおよび任意の選択的ビットを直接的もしくは間接的に回転させる単一もしくは複数の駆動機とを備え又は含む、掘削装置において、
少なくとも前記第1振動応答支持体は、前記振動ヘッドを、故に前記ドリル・ストリングおよび傾斜掘削ビットを揚動すべく改変され得、且つ、
少なくとも前記第1振動応答支持体が改変されるか又は改変されたとき、前記単一もしくは複数の駆動機は、前記ドリル・ストリングを、故に前記ビットを、該ビットが掘削の場合には360°を超えて回転され又は傾斜掘削目的に対しては360°未満で回転される方向とは逆の方向に回転し得または回転すべく同期される、掘削装置。
【請求項１５】
前記振動ヘッドは、前記支持フレームから、前記少なくとも一個の振動応答支持体において及び／又は該支持体により吊下支持される、請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
前記少なくとも一個の振動応答支持体は、流体の弾性的容器を含む、請求項１４または１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記少なくとも一個の振動応答支持体は、反発的磁気相互作用を有する、請求項１４から１６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８】
前記支持フレームは、前記第1および第2振動応答支持体間において、前記振動ヘッドの倒立頂冠形式接続部が懸架される構造を含む、請求項１４から１７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
ビットが存在すると共に、前記ビットは傾斜掘削を可能にする種類のビットである、請求項１４から１８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０】
前記単一もしくは複数の駆動機は、前記ドリル・ストリングを、故に一切のビットを、360°を超えて回転させ得る、請求項１４から１９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２１】
ドリル・ストリングに対して取付けられた又は取付け可能な振動ヘッドのために上方および下方の両方からの浮揚的または弾性的な支持体を有する掘削装置の使用法。
【請求項２２】
一定の気体的な重量支持体が存在する、請求項２１記載の使用法。
【請求項２３】
一定の磁気的な重量支持体が存在する、請求項２１または２２に記載の使用法。
【請求項２４】
斯かる重量支持体に対する幾つかの気体的拘束部が存在する、請求項２２または２３に記載の使用法。
【請求項２５】
斯かる重量支持体に対する幾つかの磁気的拘束部が存在する、請求項２２から２４のいずれか一項に記載の使用法。
【請求項２６】
前記振動ヘッドを吊下する倒立頂冠形式の支持アセンブリが存在する、請求項２１から２５のいずれか一項に記載の使用法。
【請求項２７】
前記振動装置はシャトルを含み、且つ、振動出力は該シャトルのハウジングからである、請求項２１から２６のいずれか一項に記載の使用法。
【請求項２８】
ドリル・ストリングに対して取付けられた又は取付け可能な振動ヘッドと、
支持体と、
前記支持体に対して前記振動ヘッドを支持し更に拘束する少なくとも一個の再構成可能な(たとえば弾性的な)流体容器(たとえば弾性的な気体バッグ)とを備える、掘削装置において、
前記振動ヘッド、前記支持体および前記少なくとも一個の再構成可能な流体容器の相互作用は、取付けられた又は取付けられるべきドリル・ストリングの重量を支持し、更に、ドリル・ストリング軸線の長手方向および横方向の両方において前記支持体に対する前記振動ヘッドの一定の自由度の運動を可能にする効果を有する、掘削装置。
【請求項２９】
ドリル・ストリングに対して取付けられた又は取付け可能な振動ヘッドと、
支持体と、
前記振動ヘッドの単一もしくは複数の部分と前記支持体との間に介設される少なくとも一個の気体バッグであって、第1の相互作用として、前記振動ヘッドおよび取付けられた前記または任意のドリル・ストリングの重量を担持する少なくとも一個の気体バッグと、
前記支持体と前記振動ヘッドの単一もしくは複数の部分との間に介設される少なくとも一個の気体バッグであって、第2の相互作用として、前記振動ヘッドの振動サイクルの任意の部分の間において前記第1の相互作用が完全には喪失されないように前記支持体に対して前記振動ヘッドを拘束する少なくとも一個の気体バッグとを備え又は含む、
掘削装置。
【請求項３０】
前記振動ヘッドの前記単一もしくは複数の部分は、前記支持体により提供される頂部拘束部および底部拘束部の間に介設され、
前記単一もしくは複数の部分の上方、および、一方の拘束部の下方には少なくとも一個のエアバッグが介設され、且つ、
前記単一もしくは複数の部分の下方、および、他方の拘束部の上方には少なくとも一個のエアバッグが介設される、請求項２９記載の装置。
【請求項３１】
前記振動ヘッドの大部分は、前記単一もしくは複数の部分の下方にあり、
その配置構成は、前記振動ヘッドおよび該振動ヘッドに支持された又は支持されるべきドリル・ストリングの運動であって前記支持体に対する運動の自由度を提供し、更に、重量に応じて、前記支持体に対して前記振動ヘッドを基準状態へと付勢し得る如きである請求項３０記載の装置。
【請求項３２】
ドリル・ストリングに対して取付けられた又は取付け可能な振動ヘッドであって、前記ドリル・ストリングにより画成された又は画成されるべき長手軸線の横方向に、少なくともひとつの上側表面および少なくともひとつの下側表面を画成する、一個以上の突出部を有するという振動ヘッドと、
前記振動ヘッドのための支持フレームと、
前記フレームと前記少なくともひとつの上側表面との間において作用する少なくとも一個の気体バッグと、
前記フレームと前記少なくともひとつの下側表面との間において作用する少なくとも一個の気体バッグとを備える、掘削装置。
【請求項３３】
前記振動ヘッドは、往復動行程の各端における弾性的制限に対する設備(たとえば気体バッグなど)、および、支持体もしくはフレームからの該振動ヘッド自体の弾性的取付け対する設備(たとえば気体バッグなど)の両方を有する、請求項３２記載の装置。
【請求項３４】
前記上側表面および前記下側表面は、前記振動ヘッドの底部よりも頂部に近い、請求項３２または３３に記載の装置。
【請求項３５】
ドリル・ストリングに対して取付けられた又は取付け可能な振動ヘッドと、
支持体とを備え又は含む、掘削装置において、
(I)前記振動ヘッドは、弾性的手段により少なくとも部分的に当該シャトルの行程において弾性的に制限されたシャトルを有すると共に、(II)前記振動ヘッドは前記支持体により弾性的に支持されており、
前記支持体は、弾性的に支持された前記振動ヘッドを介し、取付けられた又は取付けられるべきドリル・ストリングの重量を支持するか又は、その慣性モーメントに耐え、更に、ドリル・ストリング軸線の長手方向および横方向の両方において前記支持体に対する前記振動ヘッドの運動の一定の自由度を可能にする、掘削装置。
【請求項３６】
前記振動ヘッドの弾性的支持体を提供する少なくとも２つの流体容器が存在する、請求項３５記載の装置。
【請求項３７】
少なくともひとつの容器内の流体は、気体(たとえば空気)である、請求項３６記載の装置。
【請求項３８】
(ドリル軸線が垂直であるときに)前記振動ヘッドの大部分は前記容器の下方にある、請求項３６または３７に記載の装置。
【請求項３９】
ドリル・ストリングに対して取付けられた又は取付け可能な振動ヘッドと、
支持体と、
第1の相互作用として、前記振動ヘッドおよび取付けられた前記または任意のドリル・ストリングの重量を支持する弾性的手段(たとえば好適には、前記振動ヘッドの単一もしくは複数の部分と前記支持体との間に介設された少なくとも一個の気体バッグ)と、
第2の相互作用として、前記振動ヘッドの振動サイクルの任意の部分の間において前記第1の相互作用が(好適には)完全には喪失されないように(好適には、前記支持体に対して前記振動ヘッドを拘束する)弾性的手段とを備える、掘削装置。
【請求項４０】
前記振動ヘッドの単一もしくは複数の部分は、前記支持体により提供される頂部拘束部および底部拘束部の間に介設され、
前記単一もしくは複数の部分の上方、および、一方の拘束部の下方には(たとえば前記弾性的手段のひとつの選択肢として)少なくとも一個のエアバッグが介設され、且つ、
前記単一もしくは複数の部分の下方、および、他方の拘束部の上方には少なくとも一個のエアバッグが介設される、請求項３９記載の装置。
【請求項４１】
前記振動ヘッドの大部分は、前記単一もしくは複数の部分の下方にある、請求項４０記載の装置。
【請求項４２】
ドリル・ストリングに対して取付けられた又は取付け可能な振動ヘッドであって、前記ドリル・ストリングにより画成された又は画成されるべき長手軸線の横方向に、少なくともひとつの上側表面および少なくともひとつの下側表面を画成する、一個以上の突出部を有するという振動ヘッドと、
前記振動ヘッドのための支持フレームと、
前記フレームと前記少なくともひとつの上側表面との間において作用する少なくとも一個の気体バッグと、
前記フレームと前記少なくともひとつの下側表面との間において作用する少なくとも一個の気体バッグとを備える、掘削装置において、
前記振動ヘッドは、ドリル・ストリングに対する該ヘッドの接続部に対する又はその近傍のドリル・ストリング用回転駆動機を有する、掘削装置。
【請求項４３】
シャトルと、該シャトルから直接的にではない振動取出し部とを更に有する振動ヘッドと、
前記シャトルの作用下で前記振動ヘッドが弾性的に振動すべく取付けられる操作可能な支持体と、
前記振動ヘッドからの前記振動取出し部から支持された軸受、および、該軸受により支持されたドリル・ストリング・コネクタと、
前記ドリル・ストリング・コネクタに対する回転駆動機とを備える、振動掘削装置。
【請求項４４】
第1および第2の相補的構造の間において往復動軸線または軌跡上で再現可能的に往復動し得るシャトルと、
前記往復動軸線または軌跡の少なくとも一部分の回りにおいて前記シャトルを回転させる駆動機と、
前記相補的構造の少なくとも一方および前記シャトルの各々上の磁気的相互作用領域であって、これにより、前記シャトルの回転は、該当する方のもしくは他方の相補的構造と該シャトルとの間における交互的な吸引力および反発力であるシャトル誘導力に対して該シャトルを委ねる効果を有するという磁気的相互作用領域と、
を備える又は含む、振動出力を提供し得る振動装置において、
前記振動の出力は、前記相補的構造の一方もしくは他方または両方からであり、前記シャトル自体から直接的にではない、振動装置。
【請求項４５】
規定された往復動軸線の回りにおいて回転可能であり且つ前記往復動軸線上で前後に移動可能なシャトルと、
前記シャトルをその往復動軸線の回りで回転させる駆動機と、
当該第1相補的構造に向かい且つ当該第1相補的構造から離間して、またはその逆に、前記シャトルが運動する、第1相補的構造と、
当該第2相補的構造に向かい且つ当該第2相補的構造から離間して、またはその逆に、前記シャトルが運動するという第2相補的構造であって、前記シャトルは前記各相補的構造間に在る、第2相補的構造と、
を備える又は含む、振動出力を提供し得る振動装置において、
第1相補的構造／シャトルおよびシャトル／第2相補的構造の各組合わせの近位領域は、各組合わせに対し、前記シャトルが回転するにつれて吸引力もしくは反発力を択一的に提供すべく作動可能な磁気的領域を有し、
前記各組合わせ間における位相設定は、前記シャトルの回転により該シャトルに作用する磁気的相互作用の結果として前記シャトルがその往復動軸線上で往復運動する如きであり、または、その様にされることが可能であり、且つ、
前記振動出力は、前記相補的構造の一方もしくは他方または両方からであり、前記シャトル自体から直接的にではない、振動装置。
【請求項４６】
振動ヘッドと、
前記ヘッドから吊設されたドリル・ストリング支持体であって、それに対して接続された又は接続されるべきドリル・ストリングを回転させる回転駆動機を有するというドリル・ストリング支持体と、
振動ヘッド支持体と、
前記振動ヘッドに対する前記振動ヘッド支持体からの取付け部材であって、前記支持体と弾性的に相互作用すると共に前記振動ヘッドを吊下する、取付け部材と、を備える、
振動掘削装置。
【請求項４７】
振動出力を提供し得る振動装置であって、
該装置は、相補的構造同士の間において往復動し得るシャトルを有するアセンブリを備え又は含み、前記相補的構造の内の少なくとも一方は前記振動出力を提供する、振動装置において、
その配置構成は、
前記シャトルを回転させる駆動機が存在しており、且つ、
回転する前記シャトルと前記各相補的構造との間の磁気的相互作用であって、各相補的構造に対する前記相互作用および前記シャトルに対する前記各相補的構造の位相設定は磁気的を交互変化させることで前記シャトルの往復運動を生じる如きであるという磁気的相互作用が存在することを特徴とする、振動装置。
【請求項４８】
傾斜掘削ビットを支持するドリル・ストリングのために弾性的に吊下された支持体の状態を、前記ドリル・ストリングを介した前記ビットへの重量の付与からの圧力を解放し又は該重量の付与を可能にする手段として使用する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、掘削装置に関し、特に、地中で掘削を行うドリル・ストリング懸架装置に関する。本出願人の特許文献１において、本発明者は、掘削において振動ヘッドとして使用される振動装置に対する多数の選択肢を開示した。上記文献の内容は、言及したことにより本明細書中に援用される。
【背景技術】
【０００２】
多くの振動装置は、偏心輪回転に立脚している。他の装置は、振動的出力に関する直接的出力を提供するピストンを往復運動させるために空気圧技術および／または油圧技術に立脚している。多くの最終用途に対して開示されてはいるが、斯かる構造は弱点を有している、と言うのも、出力ピストンが取付けられるデバイス自体が失速した場合、ピストン自体がそのシリンダまたは同等物に対して運動することを拒絶する結果として、振動的出力の再開を確保することが困難だからである。このことは、特許文献２の装置に当てはまる。
【発明の開示】
【０００３】
本発明は一定の見地において、当該装置が如何に取付けられるかに関わりなく、振動の開始に関する観点および／または調節の観点から相当の利点を見出した。このことは、本発明者等が、振動されるべき装置に対する直接的出力を行わないシャトル自体が、(磁気、油圧および／または空気圧と組み合わされるか否かに関わりなく)固体対固体の衝撃なしでシャトルの収容構造(たとえばシャトルのハウジング、シャトルの一方の端部の相補体、または、シャトルの両方の端部の相補体)から必要な出力を提供するに十分であり得ることを確認したという事実に由来する。その例としては、本出願人の特許文献１、本出願人の特許文献３および本出願人の特許文献４に開示された幾つかの振動ヘッド形態が挙げられる。
【０００４】
一定の見地において本発明は、以下の内の少なくともひとつは上記振動ヘッドの形態に関わりなく好適であることも見出した：
・更に大きな深度を掘削する機能
・ドリルの引抜きにおける利点
・掘削の再開における利点
・振動式掘削による利点
・傾斜掘削による利点
【０００５】
本発明は更にまたは代替的に、振動ヘッドを弾性的に支持する操作可能な支持体またはフレームに利点を見出した。ドリル・ストリングの長さが加えられるのは上記振動ヘッドに対してである。上記の弾性的な取付け部または支持体は好適には、該支持体またはフレームを破壊することなく上記振動ヘッドの運動の自由度を許容し乍らも、(a)掘削に対する利点、更に大きな深度を掘削する能力、開始、再開および／または引抜きの状況における利点、および／または、(b)別の様式で懸架された振動ヘッドおよび取付けられたもしくは取付けられるべき任意のドリル・ストリングと比較して、装置の寿命および／または単純さにおける利点、および、好適には傾斜掘削のためにドリル・ストリングを配向する能力を付与する。
【０００６】
本発明はまた、振動ヘッドの重量、および／または、ドリル・ストリングおよび振動ヘッドの収容体の重量、および／または、更なる弾性的手段による当該浮揚的または弾性的な支持体に対するドリル・ストリング支持体の重量の浮揚的または弾性的な支持が行われるときは特に、ドリル・ストリングに取付けられた又は取付け可能な振動ヘッドに対する浮揚的または弾性的な支持体による、別の利点も見出した。斯かる浮揚(又は、浮遊)的および／または弾性的な支持体は全体的にまたは部分的に、気体または密閉収容された気体に立脚し得る一方、それは、たとえば磁気などの浮揚(又は、浮遊)的または弾性的な手段による他の拘束手段により改善されるか、または代わりに、斯かる手段により置き換えられ得る。故に、斯かる他の形態を包含することは本発明の有効範囲内である。
【０００７】
多くの場合に掘削は、ドリルビット、または、少なくともドリル・ストリングにおける接続部が、一方向においては締め付けられ且つ他方向においては弛緩されるという種類のものである。また多くの場合、非対称性を有する一定の手段を有することで(掘削の)方向性(傾斜掘り)を制御する手段を可能にするというビットが使用される。斯かる方向性制御は通常、(操舵制御を提供しない)ビットの完全回転運動から、左右の限られた回転への変更に立脚し、ドリル・ストリングおよびビットの前方押圧により制御された偏向が引き起こされる如く、抵抗性のある岩盤における非対称性を確立するものである。斯かる方向性掘削の特性は公知であり、本発明者等は一例として本出願人の特許文献５によりそれを例証している。
【特許文献１】WO2004/113668公報（PCT/NZ2003/000128）
【特許文献２】WO2004/009298公報（PCT/NZ2003/000158）
【特許文献３】WO2005/087393公報（PCT/NZ2005/000047）
【特許文献４】WO2006/065155公報（PCT/NZ2005/000329）
【特許文献５】WO98/50667公報（PCT/NZ98/00055）
【０００８】
本発明者等は、弾性的または浮揚的な支持体が在る場合、重量に関するこの浮揚的または弾性的な支持体内へと適切な機械的流体または(機械的もしくは別様の)他の入力を以て加圧を行うことにより、(振動出力が継続しているのか中断されているのかに関わらず)ドリル・ストリングおよびそのビット内への圧力を解放する可能性が在ることを確認した。斯かる解放が無い場合には(振動入力ありでもしくはなしで)岩盤表面に対して限られた回転と圧力とを作用可能であり、且つ、ドリル・ストリングの任意の接続部を元に戻す傾向が少ないように、(浮揚的または弾性的な支持体に影響を与えることで)圧力が一旦解放されたなら、他方向における限られた回転が行われ得る。たとえば、掘削に対する通常の回転方向が時計方向であるなら、加圧された部分的な時計方向回転に続く部分的な反時計方向回転の間においては、圧力を解放することができる。
【０００９】
本発明は、以下の見地にも関している。
ひとつの見地において本発明は、支持フレームと、振動ヘッドと、上記支持フレームから直接的もしくは間接的に上記振動ヘッドを直接的もしくは間接的に支持する第1振動応答支持体と、上記支持フレームから直接的もしくは間接的に上記振動ヘッドを直接的もしくは間接的に上記第1振動応答支持体に対して保持する第2振動応答支持体と、上記振動ヘッドにより直接的もしくは間接的に支持されると共に選択的にビットを有するドリル・ストリングと、上記ドリル・ストリングおよび任意の選択的ビットを直接的もしくは間接的に回転させる単一もしくは複数の駆動機とを備え又は含む掘削装置である。
【００１０】
好適には、上記振動ヘッドは上記支持フレームからの上記第1振動応答支持体上に吊下支持される。
選択的に、上記第1振動応答支持体は流体の弾性的リザーバ(容器)を含む。
選択的に、上記第1振動応答支持体は、反発的磁気相互作用を有する。
選択的に、上記第2振動応答支持体は、流体の弾性的リザーバ(容器)を含む。
選択的に、上記第2振動応答支持体は、反発的磁気相互作用を有する。
【００１１】
好適には、上記支持フレームは、上記第1および第2振動応答支持体間において上記振動ヘッドの倒立頂冠形式接続部が当該構造から懸架されるという構造を含む。選択的に、上記振動ヘッドはその実質的に水平な単一のプレートまたは実質的に水平なプレート対から吊下されると共に、上記支持体は、上記単一の実質的に水平なプレートの上方および下方の両方に弾性的相互作用が在る如く、一対の実質的に水平なプレートまたは実質的に水平な単一のプレートを有する。
【００１２】
好適には、ビットが存在する。
好適には、上記ビットは傾斜掘削を可能にする種類のビットである。
好適には、上記単一もしくは複数の駆動機は、上記ドリル・ストリングを、故に任意のビットを、360°を超えて回転させ得る。
好適には、上記単一もしくは複数の駆動機はまた、上記ドリル・ストリングの方向反転に先立ち、該ドリル・ストリングを、故に上記ビットを360°未満だけ回転させ得る。
【００１３】
好適には、少なくとも上記第1振動応答支持体は、上記振動ヘッドを、故に上記ドリル・ストリングおよび傾斜掘削ビットを揚動すべく改変され得る。
選択的に、少なくとも上記第1振動応答支持体が改変されるか又は改変されたとき、上記単一もしくは複数の駆動機は、上記ドリル・ストリングを、故に上記ビットを、該ビットが掘削の場合には360°を超えて回転され又は傾斜掘削目的に対しては360°未満で回転される方向とは逆の方向に回転し得または回転すべく同期される。
【００１４】
別の見地において本発明は、
支持フレームと、振動ヘッドと、上記支持フレームから直接的もしくは間接的に上記振動ヘッドを直接的もしくは間接的に支持する少なくとも一個の振動応答支持体と、上記振動ヘッドにより直接的もしくは間接的に支持されると共に選択的にビットを有するというドリル・ストリングと、上記ドリル・ストリングおよび任意の選択的ビットを直接的もしくは間接的に回転させる単一もしくは複数の駆動機とを備え又は含む、掘削装置において、少なくとも上記第1振動応答支持体は、上記振動ヘッドを、故に上記ドリル・ストリングおよび傾斜掘削ビットを揚動すべく改変され得、且つ、少なくとも上記第1振動応答支持体が改変されるか又は改変されたとき、上記単一もしくは複数の駆動機は、上記ドリル・ストリングを、故に上記ビットを、該ビットが掘削の場合には360°を超えて回転され又は傾斜掘削目的に対しては360°未満で回転される方向とは逆の方向に回転し得または回転すべく同期される、掘削装置である。
【００１５】
好適には、上記振動ヘッドは上記支持フレームから、上記少なくとも一個の振動応答支持体において及び／又は該支持体により吊下支持される。
選択的に、上記少なくとも一個の振動応答支持体は、流体の弾性的リザーバ(容器)を含む。
選択的に、上記少なくとも一個の振動応答支持体は、反発的磁気相互作用を有する。
【００１６】
好適には、上記支持フレームは、上記第1および第2振動応答支持体間において上記振動ヘッドの倒立頂冠形式接続部が当該構造から懸架されるという構造を含む。選択的に、上記振動ヘッドはその実質的に水平な単一のプレートまたは実質的に水平なプレート対から吊下されると共に、上記支持体は、上記単一の実質的に水平なプレートの上方および下方の両方に弾性的相互作用が在る如く、一対の実質的に水平なプレートまたは実質的に水平な単一のプレートを有する。
【００１７】
好適には、ビットが存在すると共に、上記ビットは傾斜掘削を許容する種類のビットである。
好適には、上記単一もしくは複数の駆動機は、上記ドリル・ストリングを、故に一切のビットを、360°を超えて回転させ得る。
【００１８】
別の見地において本発明は、本発明が目ざすドリル・ストリングに対して取付けられた又は取付け可能な振動ヘッドのための浮揚的または弾性的な支持体を有する掘削装置の使用法である。
【００１９】
上記浮揚的または弾性的な支持体は好適には、幾つかの気体的および／または磁気的な重量支持体と、好適には、斯かる重量支持体に対する幾つかの気体的および／または磁気的拘束部とを含む。好適には、横方向への移動に対する拘束部も含む。
【００２０】
好適には、往復動行程の一方(または両方)の限界点における弾性的制限部が在り、すなわち衝当は無い。
好適には、上記振動ヘッドの支持体に対する該振動ヘッドの運動に対する弾性的制限部が在る。
好適には、上記振動装置および接続された任意のドリル・ストリングの重量の弾性的担持部(又は、支持部)が在る。
好適には、上記振動装置の一部または全体の回転運動または回転の欠如に依存せずに上記ドリル・ストリングを回転させる駆動機が在る。
好適には、上記振動ヘッドを吊下する頂冠形式の支持アセンブリが在る。
【００２１】
別の見地において本発明は、ドリル・ストリングに対して取付けられた又は取付け可能な振動ヘッドと、支持体と、上記支持体に対して上記振動ヘッドを支持し更に拘束する少なくとも一個の再構成可能な(たとえば弾性的な)流体リザーバ(たとえば弾性的な気体バッグ)とを備える、掘削装置において、上記振動ヘッド、上記支持体および上記少なくとも一個の再構成可能な流体リザーバの相互作用は、取付けられた又は取付けられるべきドリル・ストリングの重量を支持し、更に、ドリル・ストリング軸線の長手方向および横方向の両方において上記支持体に対する上記振動ヘッドの一定の自由度の運動を許容する効果を有する掘削装置である。
【００２２】
好適には、少なくとも２個のリザーバが在る。
好適には、少なくとも一方のリザーバ内の流体は気体(たとえば空気)である。
好適には、上記リザーバの内の少なくともひとつ、および好適には幾つかまたは全ては、気体バッグである。
好適には、上記支持体はフレームである。
好適には、(掘削軸心が垂直であるときに)上記振動ヘッドの殆どは上記単一もしくは複数のリザーバの下方に在る。
好適には、長手式支持体は横手式支持体よりも大きな運動自由度を許容するが、必ずしもそうではない。
好適には、上記振動ヘッドはシャトルを含む。
【００２３】
好適には、上記シャトルが如何に往復動されるかに関わらず、
(a)好適には、上記シャトルから直接的にではない振動取出し部が在り、
(b)上記シャトルは好適に往復運動し、
(c)上記シャトルは好適には、その行程の各端部にて弾性的構造に衝当し、
(d)ひとつのまたは各弾性的構造は気体バッグとされ得、
(e)上記単一もしくは複数の弾性的構造は好適には、流体もしくは気体供給物の変更により、行程に影響する特性が変更され得、
(f)上記振動取出し部は弾性的構造からではなく、弾性的構造を介しており、
(g)上記シャトルはその行程軸線上で回転してもしなくても良い。
【００２４】
好適には、上記振動ヘッドから上記ドリル・ストリングへの振動取出し部は、非回転であるが振動している構成要素から直接的もしくは間接的に、(たとえば上記ドリル・ストリングに対して接続可能であるか該ドリル・ストリングの一部分を形成している)回転可能であり且つ回転している構成要素への遷移部を介している。
【００２５】
別の見地において本発明は、ドリル・ストリングに対して取付けられた又は取付け可能な振動ヘッドと、支持体と、上記振動ヘッドの単一もしくは複数の部分と上記支持体との間に介設される少なくとも一個の気体バッグであって、第1の相互作用として、上記振動ヘッドおよび取付けられた上記または任意のドリル・ストリングの重量を担持する少なくとも一個の気体バッグと、上記支持体と上記振動ヘッドの単一もしくは複数の部分との間に介設される少なくとも一個の気体バッグであって、第2の相互作用として、上記振動ヘッドの振動サイクルの任意の部分の間において上記第1の相互作用が完全には喪失されないように上記支持体に対して上記振動ヘッドを拘束する少なくとも一個の気体バッグとを備える掘削装置である。
【００２６】
好適には、上記振動ヘッドの上記単一もしくは複数の部分は、上記支持体により提供される頂部拘束部および底部拘束部の間に介設され、上記単一もしくは複数の部分の上方、および、一方の拘束部の下方には少なくとも一個のエアバッグが介設され、且つ、上記単一もしくは複数の部分の下方、および、他方の拘束部の上方には少なくとも一個のエアバッグが介設される。
【００２７】
好適には、上記振動ヘッドの大部分は、上記単一もしくは複数の部分の下方にある。
その配置構成は、上記振動ヘッドおよび該振動ヘッドに支持された又は支持されるべきドリル・ストリングの運動であって上記支持体に対する運動の自由度を提供し、更に、重量に応じて、上記支持体に対して上記振動ヘッドを基準状態へと付勢し得る如きである。
【００２８】
別の見地において本発明は、ドリル・ストリングに対して取付けられた又は取付け可能な振動ヘッドであって、上記ドリル・ストリングにより画成された又は画成されるべき長手軸線の横方向に、少なくともひとつの上側表面および少なくともひとつの下側表面を画成する、一個以上の突出部を有するという振動ヘッドと、上記振動ヘッドのための支持フレームと、上記フレームと上記少なくともひとつの上側表面との間において作用する少なくとも一個の気体バッグと、上記フレームと上記少なくともひとつの下側表面との間において作用する少なくとも一個の気体バッグとを備える掘削装置である。
【００２９】
好適には、上記振動ヘッドは、往復動行程の各端における弾性的制限に対する設備(たとえば気体バッグなど)、および、支持体もしくはフレームからの該振動ヘッド自体の弾性的取付け対する設備(たとえば気体バッグなど)の両方を有する。
好適には、上記上側表面および上記下側表面は両方とも、上記振動ヘッドの底部よりも頂部に近い。
【００３０】
別の見地において本発明は、ドリル・ストリングに対して取付けられた又は取付け可能な振動ヘッドと、支持体とを備える、掘削装置において、(I)上記振動ヘッドは、弾性的手段により少なくとも部分的に当該シャトルの行程において弾性的に制限されたシャトルを有すると共に、(II)上記振動ヘッドは上記支持体により弾性的に支持されており、上記支持体は、弾性的に支持された上記振動ヘッドを介し、取付けられた又は取付けられるべきドリル・ストリングの重量を支持するかもしくは、その慣性モーメントに耐え、更に、ドリル・ストリング軸線の長手方向および横方向の両方において上記支持体に対する上記振動ヘッドの運動の一定の自由度を許容し得る掘削装置である。
【００３１】
好適には、上記振動ヘッドの弾性的支持体を提供する少なくとも２つの流体リザーバ(容器)が在る。
好適には、少なくともひとつのリザーバ内の流体は気体(たとえば空気)である。
好適には、上記リザーバの内の少なくともひとつ、および好適には幾つかまたは全ては、気体バッグである。
好適には、上記支持体はフレームである。
好適には、(ドリル軸線が垂直であるときに)上記振動ヘッドの大部分は上記リザーバの下方にある。
好適には、長手式支持体は横手式支持体よりも大きな運動自由度を許容するが、必ずしもそうではない。
好適には、上記シャトルの弾性的制限部は、行程の限界点に在るときにおける該シャトルの端部における流体のリザーバである。
【００３２】
別の見地において本発明は、ドリル・ストリングに対して取付けられた又は取付け可能な振動ヘッドと、支持体と、第1の相互作用として、上記振動ヘッドおよび取付けられた上記または任意のドリル・ストリングの重量を支持する弾性的手段(たとえば好適には、上記振動ヘッドの単一もしくは複数の部分と上記支持体との間に介設された少なくとも一個の気体バッグ)と、第2の相互作用として、上記振動ヘッドの振動サイクルの任意の部分の間において上記第1の相互作用が(好適には)完全には喪失されないように(好適には、上記支持体に対して上記振動ヘッドを拘束する)弾性的手段とを備える掘削装置である。
【００３３】
好適には上記振動ヘッドは、行程に関して弾性的に制限されたシャトルを含む。
好適には、上記振動ヘッドの単一もしくは複数の部分は、上記支持体により提供される頂部拘束部および底部拘束部の間に介設され、上記単一もしくは複数の部分の上方、および、一方の拘束部の下方には(たとえば上記弾性的手段のひとつの選択肢として)少なくとも一個のエアバッグが介設され、且つ、上記単一もしくは複数の部分の下方、および、他方の拘束部の上方には少なくとも一個のエアバッグが介設される。
好適には、上記振動ヘッドの大部分は、上記単一もしくは複数の部分の下方にある。
【００３４】
上記弾性的手段に対しては、スプリング、可変体積のリザーバ内の圧縮可能流体、あるいは、バッグ、ベローズ、もしくは、斯かる可変的な形状寸法の収容体、弾性体などの内部における圧縮不可能な流体もしくは圧縮可能な流体または両方などの他の選択肢が存在する。
【００３５】
上記配置構成は、上記振動ヘッドおよび該振動ヘッドに支持された又は支持されるべきドリル・ストリングの運動であって上記支持体に対する運動の自由度を提供し、更に、重量に応じて、上記支持体に対して上記振動ヘッドを基準状態へと付勢し得る如きである。
【００３６】
別の見地において本発明は、ドリル・ストリングに対して取付けられた又は取付け可能な振動ヘッドであって、上記ドリル・ストリングにより画成された又は画成されるべき長手軸線の横方向に、少なくともひとつの上側表面および少なくともひとつの下側表面を画成する一個以上の突出部を有するという振動ヘッドと、上記振動ヘッドのための支持フレームと、上記フレームと上記少なくともひとつの上側表面との間において作用する少なくとも一個の気体バッグと、上記フレームと上記少なくともひとつの下側表面との間において作用する少なくとも一個の気体バッグとを備える、掘削装置において、上記振動ヘッドは、ドリル・ストリングに対する該ヘッドの接続部に対する又はその近傍のドリル・ストリング用回転駆動機を有する掘削装置である。
【００３７】
本発明の特に好適な実施例において上記装置は、シャトルと、該シャトルから直接的にではない振動取出し部とを更に有する振動ヘッドと、上記シャトルの作用下で上記振動ヘッドが弾性的に振動すべく取付けられる操作可能な支持体と、上記振動ヘッドからの上記振動取出し部から支持された軸受、および、該軸受により支持されたドリル・ストリング・コネクタと、上記ドリル・ストリング・コネクタに対する回転駆動機とを備える振動掘削装置である。
【００３８】
好適には、上記ドリル・ストリング・コネクタに対する上記回転駆動機は、モータエンジンまたは(燃焼的、油圧的、空気圧的、電気的などの)他の動力源からの撓曲可能な伝達体である。
好適には上記撓曲可能な駆動機は、上記ドリル・ストリング・コネクタから上記支持体に対する伝達の衝撃を減少する一定の機能を有する回転伝達機を提供し得るベルトであって、上記取出し部からの軸受を介して上記ドリル・ストリング・コネクタの振動運動を許容し得るというベルトである。
【００３９】
選択的に、相補的構造と上記シャトルとの間の更なる事象なしで加圧を行うべく、導入されることにより、往復動運動を実施する唯一手段として外部加圧流体を具備することに依存しない。
【００４０】
本発明はまた、第1および第2の相補的構造の間において往復動軸線または軌跡上で再現可能的に往復動し得るシャトルと、上記往復動軸線または軌跡の少なくとも一部分の回りにおいて上記シャトルを回転させる駆動機と、上記相補的構造の少なくとも一方および上記シャトルの各々上の磁気的相互作用領域であって、これにより、上記シャトルの回転は、該当する方のもしくは他方の相補的構造と該シャトルとの間における交互的な吸引力および反発力であるシャトル誘導力に対して該シャトルを委ねる効果を有するという磁気的相互作用領域と、を備える又は含む、振動出力を提供し得る振動装置であって、上記振動の出力は、上記相補的構造の一方もしくは他方または両方からであり、上記シャトル自体から直接的にではない振動装置を具備する。
【００４１】
好適には、以下の少なくともひとつ、幾つか又は全ての項目が包含される：
・往復動行程の一方(または両方)の限界点における弾性的制限部；
・上記振動装置の支持体に対する該振動装置の運動に対する弾性的制限部；
・上記振動装置および接続された任意のドリル・ストリングの重量の弾性的支持部(軸受)；
・上記振動装置の一部または全体の回転運動または回転の欠如に依存せずに上記ドリル・ストリングを回転させる駆動機；
上記振動ヘッドを吊下する頂冠形式の支持アセンブリ。好適にこれは、上記振動ヘッドはその実質的に水平な単一のプレートまたは実質的に水平なプレート対から吊下されると共に、上記支持体は、上記単一の実質的に水平なプレートの上方および下方の両方に弾性的相互作用が在る如く、一対の実質的に水平なプレートまたは実質的に水平な単一のプレートを有することを包含する。
【００４２】
本発明はまた、規定された往復動軸線の回りにおいて回転可能であり且つ上記往復動軸線上で前後に移動可能なシャトルと、上記シャトルをその往復動軸線の回りで回転させる駆動機と、当該第1相補的構造に向かい且つ当該第1相補的構造から離間して、またはその逆に、上記シャトルが運動するという第1相補的構造と、当該第2相補的構造に向かい且つ当該第2相補的構造から離間して、またはその逆に、上記シャトルが運動するという第2相補的構造であって、上記シャトルは上記各相補的構造間に在るという第2相補的構造と、を備える又は含む、振動出力を提供し得る振動装置であって、第1相補的構造／シャトルおよびシャトル／第2相補的構造の各組合わせの近位領域は、各組合わせに対し、上記シャトルが回転するにつれて吸引力もしくは反発力を択一的に提供すべく作動可能な磁気的領域を有し、上記各組合わせ間における位相設定は、上記シャトルの回転により該シャトルに作用する磁気的相互作用の結果として上記シャトルがその往復動軸線上で往復運動する如きであり、または、その様にされることが可能であり、且つ、上記振動出力は、上記相補的構造の一方もしくは他方または両方からであり、上記シャトル自体から直接的にではない、振動装置を具備する。
【００４３】
好適には、以下の少なくともひとつ、幾つか又は全ての項目が包含される：
・往復動行程の一方(または両方)の限界点における弾性的制限部；
・上記振動装置の支持体に対する該振動装置の運動に対する弾性的制限部；
・上記振動装置および接続された任意のドリル・ストリングの重量の弾性的支持部(又は、軸受)；
・上記振動装置の一部または全体の回転運動または回転の欠如に依存せずに上記ドリル・ストリングを回転させる駆動機；
上記振動ヘッドを吊下する頂冠形式の支持アセンブリ。好適にこれは、上記振動ヘッドはその実質的に水平な単一のプレートまたは実質的に水平なプレート対から吊下されると共に、上記支持体は、上記単一の実質的に水平なプレートの上方および下方の両方に弾性的相互作用が在る如く、一対の実質的に水平なプレートまたは実質的に水平な単一のプレートを有することを包含する。
【００４４】
好適には、上記第1および第2の相補的構造は、距離に関する限り、相互に対して固定される。
好適には上記往復動は、固体対固体の高衝撃または衝撃接触が無い。
【００４５】
選択的には、上記シャトルはその少なくとも一端部において、たとえば流体を絞る(絞りを流す)ことにより緩衝効果を提供すべく、その相補的構造と協働する。代替的に、それは両端部におけるものとされ得る。上記シャトルの一端部もしくは両端部は(該シャトルが既に何らかの案内接触部を有しているか否かに関わらず)、該シャトルの往復動行程の終端においてのみ上記相補的構造の一部に接触すべく、または、該シャトルのその終端と上記相補的構造との間に介設された一定材料と接触すべく適合され得る。
好適には、上記振動出力は、上記各相補的構造の内の一方の相補的構造からである。
【００４６】
別の見地において本発明は、振動ヘッドと、上記ヘッドから吊設されたドリル・ストリング支持体であって、それに対して接続された又は接続されるべきドリル・ストリングを回転させる回転駆動機を有するというドリル・ストリング支持体と、振動ヘッド支持体と、上記振動ヘッドに対する上記振動ヘッド支持体からの取付け部材であって、上記支持体と弾性的に相互作用すると共に上記振動ヘッドを吊下するという取付け部材とを備える振動掘削装置である。
【００４７】
好適には、上記弾性的相互作用は少なくとも一個の気体バッグを含む。
好適には、上記ドリル・ストリング支持体および回転駆動機は、上記振動ヘッドは上記ドリル・ストリングと共には回転しないことを可能にする。
【００４８】
更に別の見地において本発明は、振動出力を提供し得る振動装置であって、該装置は、相補的構造同士の間において往復動し得るシャトルを有するアセンブリを備え又は含み、上記相補的構造の内の少なくとも一方は上記振動出力を提供するという振動装置において、上記配置構成は、上記シャトルを回転させる駆動機が存在しており、且つ、回転する上記シャトルと上記各相補的構造との間の磁気的相互作用であって、各相補的構造に対する上記相互作用および上記シャトルに対する上記各相補的構造の位相設定は磁気的を交互変化させることで上記シャトルの往復運動を生じる如きであるという磁気的相互作用が存在することを特徴とする振動装置に在る。
【００４９】
好適には、以下の少なくともひとつ、幾つか又は全ての項目が包含される：
・往復動行程の一方(または両方)の限界点における弾性的制限部；
・上記振動装置の支持体に対する該振動装置の運動に対する弾性的制限部；
・上記振動装置および接続された任意のドリル・ストリングの重量または慣性または推力の弾性的担持部；
・上記振動装置の一部または全体の回転運動または回転の欠如に依存せずに上記ドリル・ストリングを回転させる駆動機；
・上記振動ヘッドを吊下する頂冠形式の支持アセンブリ。
【００５０】
好適には、上記磁気的相互作用は永久磁石の結果としてである。
好適には、上記シャトルの上記駆動機は、(好適には磁気的に規定された)往復動限界点間における上記シャトルの往復運動を阻害しない、ベルト、または、該シャトルに対する他の周縁駆動機、または、該シャトル軸線方向延長部もしくは該シャトルに接続された軸線方向延長部に対する駆動機である。
【００５１】
選択的に、相補的構造と上記シャトルとの間の更なる事象なしで加圧を行うべく、導入されることにより、往復動運動を実施する手段として外部加圧流体を具備することに依存しない。
【００５２】
別の見地において本発明は、傾斜掘削ビットを支持するドリル・ストリングのために弾性的に吊下された支持体の状態を、上記ドリル・ストリングを介した上記ビットへの重量の付与からの圧力を解放し又は該重量の付与を許容する手段として使用する方法である。
【００５３】
本明細書中で用いられる如く“シャトル”という語句は、運動するもの及び運動しないものなどに関して最も広範囲な意味を有する。好適には該語句は、直線状に運動するシャトルである。それは、一方または両方の方向に動く任意の駆動機が前提であり得る。
本明細書中で用いられる如く、“および／または”という語句は、“および”または“または”を意味するか、或いは、状況が許容する場合には両方を意味する。
本明細書中で用いられる如く、“を備える”または“を備えている”という語句は、“を含む”または“を含んでいる”ということを意味し得る。
本明細書中で用いられる如く、“単一もしくは複数の”という語句は、その名詞の単数形および複数形の両方を意味し得る。
本明細書中で用いられる如く、“行程”または“行程限界点”という語句は、直線状行程または任意の湾曲行程の限界点を意味し得る(たとえば、固定されているか運動しているかに関わらず、枢動軸線または他の支持体の回りで揺動し得る)。
【００５４】
本明細書中で用いられる如く、“弾性的(compliant)”という語句またはその変化形は、気体バッグ、気体スプリングなどであるかに関わらず、所望の所定結果(行程制限、衝撃減少、緩衝、衝撃回避など)を達成し得る任意の構造の特性、または、振動ヘッド支持体(すなわち、その重量もしくは慣性もしくは推力、および、ドリル・ストリング／ビットなどの重量もしくは慣性もしくは推力)およびその支持体に保持されたそれの存在物の場合には、斯かる配置機構(たとえば流体バッグ、流体[液体および／または気体]リザーバなど、および／または、一切の磁気的もしくは他の浮揚的なもしくは離間された支持体)の特性を指している。
【００５５】
本明細書中で用いられる如く、非傾斜掘削に対する“浮揚的”という語句は、完全にではないが通常は、シャトルの少なくとも略々垂直の変位を包含するが、必ずしもそうではない。該語句は、水平であるとしても、ドリル・ストリング軸線に関する“浮揚(又は、浮遊)的”を意味し得る。
次に、添付図面を参照して発明の好適形態が記述される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
好適には、本発明者等の上記特許文献の公開日の時点にて、本発明者等の該特許文献の全ては言及したことにより本明細書中に援用される。特許文献２も同様である。本発明はその好適形態において好適には、吊下支持された振動ヘッドおよびその駆動機(任意のクラッチ機構、または、それに含まれる他の機構を含む)であって、掘削的な意味においては360°より大きな回転を可能にし、更に、傾斜掘削目的のために、好適には掘削方向において360°未満の円弧に亙る回転及び後退もしくは戻り状態においては他方向における同様の円弧に亙る回転を可能にする、任意の制御器、振動ヘッドおよび駆動機に関する(たとえば名目的には、夫々が時計方向および反時計方向である)。
【００５７】
本発明の好適形態において、上記支持体は支持された圧力プレートを備え、その各側上には、(好適にはタイロッドなどにより)概念的には“前側”および“後側”プレートまたは“下側”および“上側”プレートである他のプレートが配置される。これらのプレートと上記圧力プレートとの間には、(好適には頂部および底部にて)弾性的な種類の相互作用が在る。
【００５８】
それは下側および上側プレートに対して行われ、また、本明細書において説明は、懸架または吊下に対して為されるが、傾斜掘削目的のための振動ヘッドの配向は、略々垂直以外が非常に良好であることを理解すべきである。たとえば、本発明の有効範囲内においては振動ヘッドの支持体内における該ヘッドの水平配向も企図されることから、斯かる装置が斯かる配向にて使用されるときに、吊下、下側、上側などの語句は適切な意味を有すべきである。斯かる水平使用において好適には、本明細書において以下に記述される例えば締付ボルトなどの案内部材は好適には、上記支持体を振動から保護し又は主としてシャトルの振動から保護するために、弾性的手段を確実に利用可能にするために非常に重要である。
【００５９】
好適には、斯かるプレート間に、弾性的手段、または、弾性的相互作用を提供する手段が介設される。
【００６０】
本明細書において以下に述べるように、“空気もしくは流体(気体)バッグ”に関する説明は、一定の制御下において流体の充填および／または流体の流出に対応し得る、あるいは、内方および外方への流体の一切の移動なしで所定状況において適切な変化に対して対応し得る、任意の容器構造または適用可能な気体収容形態を包含する。
【００６１】
斯かる容器は、任意の適切な天然もしくは合成ゴム形式の材料が形成し得る。(弾性的であるか否かに関わりなく)任意の適切な織成されたもしくは織成されない柔軟な材料も使用され得ると共に、該材料は、所望であれば、それ自体が適切なゴム性のシールにより含浸されても良く、されなくても良い。適切な織成材料としては、TEFLON（登録商標）、ガラス、ナイロンなどの繊維の如き合成繊維が挙げられる。
他の材料も使用され得る。
【００６２】
図１は、(シャトルを備えた“振動ヘッド”であり、振動出力はそのケーシングからであるという)振動装置部分11と、固定されもしくは操作可能なドリルヘッド・フレーム・アセンブリ(6)との間において協働する主要空気もしくは流体(気体)バッグ群(4)を示している。このアセンブリは、ドリル・ストリング(7)の重量に関わらずに動作し乍ら、該ドリル・ストリングに対して掘削孔内で“浮遊”する機能を提供すると言うのも、該アセンブリは所望であれば空気バルブにより調節されることで、示された如く各エアバッグ(4)間に保持されたドリル・ストリング固定具に対して等しい圧力を提供し得るからである。当然乍らその機能によれば本明細書において以下に記述される如く、傾斜掘削の場合における圧力解放のために、等しくない圧力も使用され得る。
【００６３】
このアセンブリは、ドリル・ストリング(7)およびシャトルのアセンブリの移動質量と、掘削リグ構造もしくは支持体／フレーム(6)との間の遮断も提供する。
これらの２つの機能は好適であると共に、上記ヘッドの動作において重要であることが立証され得る。
【００６４】
(5)として示された移動質量(シャトル)は、各端部において端部プレート内にエアバッグまたは弾性的手段を有し得る。ドリル・ストリングに対して出力を提供するのは端部プレート12である。(8)として示されたエアバッグは、シャトルの作用的往復運動の中心に該シャトルを位置決めすべく用いられる。これは好適であり且つ重要であることが立証され得る、と言うのも、上記シャトルは該シャトルが動作している間に(11の)端部プレート12および13に接触すべく到達し得るからである。これらのエアバッグ8内の圧力は対称的または非対称的に変更されることで、シャトルの動作パラメータを変更し得、すなわち、シャトルの移動量を制限もしくは増加し得る。このアセンブリによれば上記シャトル・アセンブリは、上記ドリル・ストリングに取付けられる一方で、完全に懸架され得る。
【００６５】
遷移部としての回転軸受アセンブリは、ドリル・ストリング(7)に対する回転を許容する。該軸受の上方にて、振動取出し部は回転せず、すなわち固定されもしくはドリル・ストリングの回転から独立するが、振動する。回転入力は好適には、固定されたモータ(1)により駆動される広幅歯形ベルト・アセンブリ(2)により提供される。上記駆動機間の距離は、上記ドリル・ストリングの動きおよび関連する振動が上記ベルト駆動機により分散されるので、ドリル構造に対して伝達されない如きものである。上記ベルト駆動機はまた、振動により故障しない如きでもある。
【００６６】
図１、図２、図３および図４は、(図１、図２および図４の場合に)各プレート14の間に介設されたスラスト・プレート10を示している。
故に各気体バッグ4は、図１における如く配置されると共に、(図４に示された如き)上向きの振動入力、または、図１に示された歪み状態から図４に示された歪み状態に向かう逆の状況における下向きの振動入力下における移動に対処し得る。所望であれば斯かる移動は、本明細書において以下に記述されるようにバッグ4の適切な膨張もしくは収縮により誘起され得る。
【００６７】
図２は、相互に対する反発効果を提供すべくバッグ4の内方もしくは外方に磁石15が開示され、すなわち、スラスト・プレート10の各プレートの内の一個に関してプレート14の一方から整列された磁石は同一であり、それにより接触を阻止するという組み合わせを示している。これは、エアバッグ自体によるシステムである。斯かる磁気的相互作用とエアバッグ相互作用との組み合わせの構成によれば、依然として各磁石15の接触なしで、振動運動を誘起し又は上方もしくは下方への変位を引き起こす適切な手段が可能とされる。
【００６８】
上記シャトルの目的は、往復運動動作を以て隣接部材に対してエネルギを伝達することである。このエネルギ伝達は、これまでと同様に、シャトルを往復運動動作で運動させる適切なタイミングを以て該シャトルとその隣接部材との間へとオイルを注入することで、シャトルの運動と並行して線形運動でドリル・ストリングを移動させることにより最も効率的な様式でドリル・ストリングからビットへとエネルギが伝達されることで達成され得る。本発明者等はまた、以下に記述されるべき磁気的相互作用の手法も好適と考える。
【００６９】
隣接部材に対するエネルギの伝達に関しては、シャトルの質量が重要事項である。進行方向が変化すると、隣接部材に対してエネルギが付与される。シャトルが有する質量が大きいほど、この方向変化を達成するために必要とされるエネルギは大きく、必要とされる馬力に対して直接的に関連付けられる。シャトルの質量と、振動されつつあるドリル・ストリングの全質量との間の関係は、適切に考慮して寸法設定されねばならない。
【００７０】
(シャトルは振動の取出しから独立しているという)上記シャトルの動作は、掘削孔内に上記ドリル・ストリングが繋止(ロック)もしくは拘束されて振動ヘッドが失速するという状況が決して起こらないという利点を有する。上記シャトルは、ドリル・ストリングまたは装着された付属部分に対して全出力を供与し得る。
【００７１】
図５および図６は夫々、本出願人による特許文献３の図１１および図１０と等しい。示されるのは、(好適には各端部に軸受を備えた)シャフト18上で後方および前方に往復運動し得るシャトル17である。上記文献に記述された往復動動作は、固定ピストン21および22に対して作用し得るチャンバ18および20からの流体の導入および排出により行われる。シャトル17の各端においてチャンバ19または20は閉じられる。回転バルブ機構23および24は、チャンバ19または20からの流体の流入または流出を提供することで、シャフト18ではなく例えば固定ピストン21を介して振動出力を提供し得る。もし上記シャフトがシャトル19に固定されるなら。上記シャフトがシャトル19に対して固定されなくても、該シャフトが何らかの回転役割を有するか又は上記各固定ピストン内に単にシールされるかに関わりなく、該シャトルはそのシャフトから動力出力され得る。
【００７２】
図５および図６に示された如き振動ヘッドの配置機構(構成)に対する適切な空気圧制御は、言及された本出願人の上記特許文献に十分に記載されている。
本出願人の特許文献４における磁気的相互作用ヘッドに関し、図７Ａは、上記固定相補的部材間における時計方向の上記シャトルの回転を示すと共に、矢印方向においてシャトルの正味往復動推力が在る如く、相補的構成要素とシャトルとの間およびシャトルと他方の相補的部材との間の夫々における反発状況および吸引状況を“Ｒ”および“Ａ”にて示す概略図である。図７Ｂは、図３におけるのと同様の配置構成であるが、固定相補的構成要素とシャトルとの組合わせ間において吸引力“Ａ”および反発力“Ｒ”の反転が生じる時点より後時の瞬間を示しており、シャトルは矢印方向において往復動している。
【００７３】
図７Ａおよび図７Ｂは、異なる極性の永久磁石または他の磁石の領域を説明することにより、上記効果を示している。ジグザグ矢印は、第1相補的構造からの出力取出しを表している。但し、示された配置構成においては、描かれた“＋”および“−”の極性に関する限りにおいて、相が相違するように示される第2相補的構造が在る。シャトルは好適には、図３に示された状態においては、該シャトルと第1相補的構造との間における“＋”および“＋”の整列から生ずる正味反発力が在ると同時に、該シャトルと第2相補的構造との間には“＋”および“−”の吸引力“Ａ”が在る如く、両端部にて同一極性を有する。図７Ｂに示された如く僅かに後時の瞬間においては逆の状況が存在し、上記シャトルが回転するにつれて往復動方向の反転を生じるのは、“Ｒ”および“Ａ”から“Ａ”および“Ｒ”への、この急速な交互変化である。
【００７４】
本発明の一定形態においては、各相補的構造に対して示された180°の相の相違する状況は変更可能であるという構成が示される。
振動の出力は好適には、図７Ａおよび図７Ｂに示された如く第1相補的構造を介してである。
【００７５】
上記シャトルは好適には、磁気的手段により往復運動される。上記シャトルの各端部は、該シャトルが回転されたときに、それに応じて、該シャトルを往復運動させる如き様式で同様に磁石が装着された隣接部材に応答して、シャトルが脈動する如き配置構成で装着された電磁石または(好適には)希土類磁石を有する。
上記および／または他の駆動機の組み合わせが使用され得る。
上記の各例は全て、共通の主題を有している。
【００７６】
・物理的な意味において好適には、上記シャトルは隣接部材に対して接触する必要は決してない、と言うのも、協働するダウンホール機器と共に上記磁石およびドリル・ストリング継手は接触により損傷され得るからである。
・上記シャトルの運動は好適には、該シャトルの運動に対して自由に運動するというドリル・ストリングまたは取付けられた機器に決して依存しない。
・上記シャトルの動作は、好適には上記ドリル・ストリングを両方向すなわち内外方向に駆動し、それを行う上で、ドリルビットの超硬切削工具における抗力が殆ど無しでドリルビットの回転を許容する。この作用によれば、孔の戻り拡径が許容される。
【００７７】
好適に使用されるのは、永久磁石である(特に、たとえばNdFeBの如きネオジム磁石などの高磁気密度の希土類型磁石は180℃まで安定的であり得ると共にサマリウム・コバルト磁石(FmCo)は400℃まで使用され得る)。
将来的に開発され得る磁石などの他の形態の磁石が利用され得る。但し概略的に述べれば電磁石は単に、サイズの観点と、振動する構造であって悪環境に晒される構造において適切な電気入力を提供する必要性の観点とから反対的ものとして示されている。
【００７８】
上記シャトルの回転速度は相当に変化し得ることが想起される。斯かる回転の単なる一例は、描かれた磁石が上記シャトルを前後に十分に振り回して有用な振動出力を提供する上で十分な1,600RPMである。通常の範囲は1,000〜2,000RPMとされ得るが、更に高速または更に低速とされ得る。2,000RPMは、約130Hzと同等である。
【００７９】
図８は、振動装置自体は部分的断面で示され乍ら、本発明に係る振動ヘッドを吊下担持(支持)すべく懸架された、本出願人の特許文献４に係るドリル・ヘッドを示している。該文献は2006年6月22日に先立ち公開されてはいないことを踏まえ、該文献の全ての内容は言及したことにより本明細書中に援用される。
【００８０】
図８の配置機構に依ると、たとえば、もし1.5m長であればシャトルは往復動運動に関して、(シャトルの回転速度、シャトルの質量、磁気的配列、磁気的強度、幾何学形状および間隙に依存して)0.1mm〜15mmの振幅を有し得る。
好適には、定常状態においては、(好適には)20サイクル／秒から、たとえば200サイクル／秒までの循環周波数が企図される。200サイクル／秒の周波数は、約3,000RPMのシャトル回転に立脚する“４対８”式の磁気的相互作用を用いて容易に生成され得る。
上記各端部プレートおよびタイロッドは、上記隣接部材間のリンク(連結部)であると共に、往復運動エネルギを上記ドリル・ストリングに対して伝達する。
【００８１】
図８においては、固定された又は操作可能で好適には吊下されたドリル・ヘッド・フレーム・アセンブリであるという振動装置部分の間で協働する空気もしくは流体(気体)バッグの主要群が示される。このアセンブリはドリル・ストリング25に対し、該ドリル・ストリングの重量に関わらずに動作中に掘削孔内で浮揚する機能を提供する、と言うのも、該アセンブリは、各エアバッグ間に保持されたドリル・ストリング用固定具に対して等しい圧力を提供する(不図示の)空気バルブによりに調節され得るか、または、該固定具自体に委ねられ得るからである。このアセンブリはまた、ドリル・ストリング25およびシャトル・アセンブリ26の移動質量と、掘削リグ構造または支持体／フレーム27との間の遮断も提供する。
【００８２】
これらの２つの機能は好適であると共に、上記ヘッドの動作において重要であることが立証され得る。それはまた、後に更に詳細に論じられる如く傾斜掘削に対する利点も許容する。
【００８３】
端部プレート28および29は上記シャトルに対して反作用を行う。端部プレート28は、シャフト30およびその延長部31を介して上記ドリル・ストリングに対する出力を提供する。遷移部としての回転軸受アセンブリ32は、上記ドリル・ストリングに対する回転を許容する。軸受アセンブリ32の上方にて、振動取出し部はドリル・ストリングの回転から独立しており、すなわち、回転する必要はない。下方におけるドリル・ストリング・スピンドルに対する回転入力は好適には、固定モータ34により駆動される広幅歯形ベルト・アセンブリ33により提供される。モータ34からの距離は、上記ドリル・ストリングの移動および関連する振動が、ベルト駆動器33により分散されるので、ドリル構造からモータ34に対して伝達されない如きである。上記ベルト駆動器はまた、振動により故障しない如きでもある。
【００８４】
シャトル26は、記述された如く磁石38および39の配列と夫々が相互作用する磁石36および37の配列を(図７Ａおよび図７Ｂに示された様式で)具備する。
好適には、シャトル回転の駆動器は、電気的、空気的または油圧的なモータ40により駆動される例えばベルト41などの撓曲可能な駆動体である。好適には、数本の駆動ベルトが使用される。斯かるベルト41は好適には、必要な運動の振幅に対処し得る。
【００８５】
他の駆動器形態において上記シャトルは、(たとえば空気、水などの)流体により衝当される翼板に依存して回転すべく推進され得る。駆動器に対する他の選択肢、たとえば(必ずしも周縁伝達ではなく)上記シャトルの軸心方向延長部に対する一定の駆動機も存在し又は使用され得る。
【００８６】
上記振動装置が関連する限りにおいて、上記シャトルの端部プレート支持体(キャリー)42および43(たとえば、シャトルに対して適切にボルト締めされるか、または、シャトルの側面を周回して該側面内へと径方向に固定されている)は各々、プレート28および29の磁石38および39の配列と各々が(図７Ａおよび図７Ｂにおける如く)協働する磁石36および37の配列をシャトルに対して保持することは理解され得る。
理解され得る如く、少なくとも上記シャトル上にて、上記磁石の各々は、保持プレート42および43により上記シャトルの本体に対して保持され得る切頭円錐形または所定形状化形態である。これは、所望であれば、プレート28および29およびそれらの配列38および39に対して使用され得る。
【００８７】
その主要シャトル本体は好適には、上記シャフトの第2磁極45の磁気的ライニングの回りで磁気的に空中浮揚される第1磁極44の永久磁石により裏打ちされる。
上記各磁石は好適には夫々のシャトルの端部にて露出されるが、一定の場合において、磁気的相互作用の有効性を阻害しないのであれば、保護カバーが配備され得る。上記各端部プレートの固定磁石に対しても同様である。これらは上記シャトルと同様に保持され得るか、または、単純な接着でも十分であり得る。
【００８８】
上記各端部プレートまたは一方の端部プレートは、上記シャトルが、回転されつつあるか否かに関わりなく、所望されたときに該端部プレート間において安定状態で保持され得る如く、(たとえば45°まで)回転され得ることが想起される。
案内軸心上における上記シャトルの磁気的支持は好適であるが、他の代替的形態においては、一定の空気もしくは他の支持体が具備され得る。これは、永久磁石の性能を低下させ得るという一切の不必要な熱蓄積を回避するためである。
【００８９】
また、上記装置を貫通して上記ドリル・ストリング内へと延在することにより洗流機能を提供する流体経路46の可能性、ならびに、冷却機能の可能性も在る。斯かる流体は、空気、(たとえば水などの)液体とされ得るか、または、掘削において一般的に使用される(たとえばスラリなどの)潤滑流体を含み得る。
【００９０】
図９は、ドリル・ストリングの端部に対して取付け可能な傾斜掘り用ドリルビットであって、360°を超えて回転されることで直線的掘削を達成し、且つ、360°未満で部分的に回転されることで、その平坦面47により提供される非対称性に立脚して一定の傾斜掘削を許容し得るという傾斜掘りドリルビットである。図１０は、図９のビットの非対称性を示す側面図である。図１１は、カッタを示すべく上記ビットを作用端部に対して見た図である。
【００９１】
図１２は、約12.5°の操舵面47を備えるが直線的掘削モードすなわち約360°より大きい回転を以て作動されることで、示された対称的なダウンホール(坑内)の側面輪郭48、たとえば傾斜掘りビットにおける95mm直径のゾンデ(Sonde)ハウジング本体により生成された145mm直径の孔を形成するという図９乃至図１１に示されたビットを示している。図１３は、図１２のビットと同様の図であるが、この時点では、ビットが360°未満の一定回転後に即ち操舵モードにおいて前方に移動されることでダウンホール側面輪郭において一定の非対称性を形成し、ビットは8〜10mmもの短さの距離だけ更に前方に進展している。図１４は、依然として操舵モードに在ると共に約50mmの前方進行の後の時点におけるビットによる図１３と同様の図である。図１５は、図１４と同様であるが図１４の50mm位置から約110mm位置への進行を示す図である。図１６は、図１５と同様であるが操舵モードにおける更なる25mmの進行により約135mmに達した図である。図１７は、図１６と同様であるが操舵モードにおける更なる25mmの進展により約160mmの合計距離に達した図である。この図は、360°を超える完全回転／新たな傾斜掘削時に、非対称的な側面輪郭領域50から除去されるべき物質49を示している。
【００９２】
図１８は、図１７に示された状態に引き続き上記ビットの完全回転を開始した結果を示している。
図１９は、累進的に深くなる掘削グラフとして、岩盤を掘削する部分的な時計方向回転、掘削圧力からの解放、部分的な反時計方向回転などのグラフを示す関連グラフ(動作対時間(下側のグラフ)および深度対時間(上側のグラフ))を示している(下側のグラフにおいて、“時計方向”の部分的回転は上昇線により示され、“反時計方向”の部分的回転は下降線により示され、回転なしでの“引戻し”(“PB”)状態は上側の水平線により示され、且つ、回転なしでの“前方押圧”(“PF”)は下側の水平線により示される)。
【００９３】
図１９において、より近く隣接した方の垂直破線の対は交互的に、200ミリ秒(“PF”)の推進圧力(すなわち下側グラフ上のプロットは水平な最下部であるとき)、および、同一グラフ上のプロットが上側状態で水平であるときに対応する200ミリ秒の推進圧力解放(“PB”)に対応している。これらの位置は交互的に、ゼロ回転による前方押圧、および、ゼロ回転による引戻しに夫々対応する。
【００９４】
掘削(又は、掘進)は下側のグラフにて上方傾斜線により示され、その場合、プロットが、図２０に示された１０時の位置にドリル・ロッドが在るときにおける上記傾斜線の底部から、２０に示された２時の位置に該ドリル・ロッドが在るときにおける上方傾斜線の頂部に亙る時間の間においてのみ、約10rpmのドリル・ロッド回転がある。１２時位置は、上昇プロット線および下降プロット線の両方の中間を水平に通るプロットの中央線である。
【００９５】
図１９の下側のグラフにおける上方傾斜線とは逆に、下降線は前方押圧に先立つ反時計方向回転を示している。
当然乍ら、下側グラフの上昇線により示されたのは時計方向性質の掘削回転であり、且つ、下降線により示されたのは反時計方向の非掘削回転であることを理解すべきである。
【００９６】
上側のグラフは、時間的に厳密に下側のグラフに対応している。該グラフは、岩盤面に対する開始点(水平プロット線)において下側のグラフと関連付けられると共に、下側のグラフに関して記述された種々の状態に関するビットの順次的な下方移動を示している。
図２０は、図１９の各グラフに示された10時〜12時の制限回転を示している。
【００９７】
図２１は、図１に示された配置機構(又は、装置)の膨張可能リザーバに対する圧力供給ラインであり、斯かる圧力ラインによれば、図４に示された状態を有する掘削機構(リグ)による(操舵モードにおける)反転的な部分的回転に先立ち且つその間において成果を達成すべく膨張および収縮による変動が許容される。示されるのは、示された状態であり得るか又は倒立された状態であり得る掘削機構である。
【００９８】
重要なのは、空気袋、ベローズまたはバッグ51および52が、夫々のバッグ51／52を空気／気体により加圧／減圧すべきシリンダ53および54に対する油圧入力および／または空気圧入力に依存して別個に膨張／収縮され得るということである。
【００９９】
図２２は、スラスト・プレート上で作用する好適なタイロッド接続された２つのプレートの実施例を示しており、タイロッドは当該スラスト・プレートを以て前側および後側プレートを制約して整列させる。此処で、空気袋、ベローズなど57および58は各々、ひとつの場合にはプレート60および61に対し且つ他の場合にはプレート60および62に対して作用することでプレート60を貫通させてタイロッド59を上方および下方に移動させ得る。プレート60に対して固定的に連結され得るのは、固定されるか又はクレーンなどで支持されたフレームである。
【０１００】
図２３は、シャトルおよびドリル・ストリングの各々に対する夫々の油圧的駆動機に対する流れ図、および、たとえば図１および図４のエアバッグを膨張／収縮させる空気圧回路の流れ図を示している。
この図は、図２２のプレート60、61および62、タイロッド59、および、ベローズ、バッグなど57および58を示している。バッグ57および58に対して送給を行うべく示されるのは、図２１のシリンダ53および54と等しいシリンダ66および67である。此処で、シリンダ66および67の制御器は、(油圧的および／または空気圧的な)加圧流体取入れを受けるバルブ作用機構であって、示された如く、この流体をシリンダ66および67のラムの下側へと受け渡すことで、必要とされたときに、夫々の気体形式で接続された空気袋、ベローズ、バッグなど57または58を膨張もしくは収縮させ得るというバルブ作用機構の作用下に在る。
【０１０１】
示されるのはハウジング63であり、該ハウジング内において(不図示の)シャトルは、好適形態の該シャトルを回転させることで、端部プレートに位置された磁石に対する往復動的な磁気的相互作用を導く効果を有する、電気又は油圧モータ64からのベルト65からの入力により好適に前述の如く運動する。
【０１０２】
示されるのは、バルブ作用機構68およびバルブ作用機構70の両方を制御することで流体を受容もしくは放出させるが、回転する油圧モータ71に給電することでドリル・ストリングのスピンドル74に対して適切な回転を付与する作用を有するCPU69である。夫々の油圧モータ71に対するベルト72および73は、CPU69およびそのバルブ機構70の制御下で、直線的掘削に対して言及された360°超の回転、または、先に言及された選択的な360°未満の左右回転掘削の少なくともいずれかを許容する。
【０１０３】
本明細書において、特許明細書、他の外国文献または他の情報源が参照された場合、これは概略的には本発明の特徴を論ずるための背景状況を提供するためである。詳細に述べられない限り、斯かる外国文献に対する参照は、斯かる文献もしくは斯かる情報源が、一切の管轄区域において、先行技術であること、または、当業界における一般知識の一部を構成することの是認と解釈されるべきでない。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】図１は、振動ヘッドがエアバッグ上の頂冠支持体から吊下されているという本発明の実施例の好適形態の正面図である。
【図２】図２は、図１と同様であるが、図１のエアバッグもしくは気体バッグまたは類似のリザーバ内に配設されて離間された幾つかの磁気的配置機構(又は、装置)であって、所望に応じて克服されることで振動ヘッドからドリル・ストリングへの振動出力を許容し得る反発力であって、更に、所望されたときに克服されることで一定の機械的入力すなわち把持または膨張および／または収縮に依存してダウンホール・ドリル・ストリングに対する圧力を解放し得るという反発力を支援し得る幾つかの磁気的配置機構を示す正面図である。
【図３】図３は、図２と同様であるがエアバッグが無く磁気的相互作用のみを示し、移動に対して支持体の水平位置を保持する他の磁気的もしくは同様の弾性的拘束手段が在り、(たとえばエアバッグを破線で示すことにより)図１、図２および図３に示された配置機構の組み合わせが如何に利用され得るかが理解され得るという正面図である。
【図４】図４は、膨張／収縮もしくは機械的な駆動の作用下にて図１の配置機構(又は、装置)の最下部のバッグが部分的に振動ヘッドを揚動することでダウンホール・ビットに対する圧力を解放する様式を示す上記図の配置機構の変化状態を示す図である。
【図５】図５は、(たとえば油圧的および／または空気圧的な)流体圧力下で作用可能な振動ヘッドの破断斜視図であり、シャトルの各端は回転バルブにより制御される注入流体の流入により交互的に駆動される一方で他端は(同様に好適には回転バルブを介しての)流体の流出を許容している(この図は特許文献３の図１１に等しい)。
【図６】図６は、図５と同様の装置であるがシャトルを更に良好に例証すべく異なる破断状態で示す図であり、シャトルは案内部材としての回転シャフト、または、支持されたシャフトを含むが、好適には振動出力はシャトル自体に対する何らかの直接接続からではなく固定されたケーシングのピストン状部材から到来している。
【図７Ａ】図７Ａは、特許文献４の図(図２および図４)に示された磁気的な往復動相互作用の原理を示す図であり、シャトルの吸引(A)およびシャトルの反発(R)に対する回転相対性を示している。
【図７Ｂ】図７Ｂは、特許文献４の図（図２および図４）に示された磁気的な往復動相互作用の原理を示す図であり、シャトルの吸引(A)およびシャトルの反発(R)に対する回転相対性を示している。
【図８】図８は、特許文献４の図８に開示された如く磁気的相互作用により往復動するヘッドの実施例を示す本出願の図１乃至図４と同様の図である。
【図９】図９は、直線状の掘削を達成すべく360°を超えて回転され得ると共に一定の傾斜掘削を許容すべく360°未満の角度で部分的に回転され得るドリル・ストリングの端部に取付け可能な本発明独自の傾斜掘りドリルビットを示す図である。
【図１０】図１０は、図９のビットの非対称性を示す側面図である。
【図１１】図１１は、上記ビットを作用端部に対して見た図である。
【図１２】図１２は、約12.5°の操舵面を備えるが直線的掘削モードすなわち約360°より大きい回転を以て動作されることで、示されたダウンホール側面輪郭を提供するという図９乃至図１１に示されたビットを示す図である。
【図１３】図１３は、図１２のビットと同様の図であるが、この時点では、ビットが360°未満の一定回転後に即ち操舵モードにおいて前方に移動されることでダウンホール側面輪郭において一定の非対称性を確立し、ビットは8〜10mmもの短さの距離だけ前方に進展している。
【図１４】図１４は、依然として操舵モードに在ると共に約50mmの前方進行の後の時点におけるビットによる図１３と同様の図である。
【図１５】図１５は、図１４と同様であるが図１４の50mm位置から約110mm位置への進行を示す図である。
【図１６】図１６は、図１５と同様であるが操舵モードにおける更なる25mmの進行により約135mmに達した図である。
【図１７】図１７は、図１６と同様であるが操舵モードにおける更なる25mmの進展により約160mmの合計距離に達した図である。
【図１８】図１８は、図１７に示された状態に引き続き本発明独自のビットの完全回転を開始した結果を示す図である。
【図１９】図１９は、累進的に深くなる掘削グラフとして、岩盤を切断する部分的な時計方向回転、掘削圧力からの解放、部分的な反時計方向回転などのグラフを示す関連グラフである(下側のグラフにおいて、“時計方向”の部分的回転は上昇線により示され、“反時計方向”の部分的回転は下降線により示され、回転なしでの“引戻し”状態は上側の水平線により示され、且つ、回転なしでの“前方押圧”は下側の水平線により示される)。
【図２０】図２０は、図１９の各グラフに示された10時〜12時の制限回転を示す図である。
【図２１】図２１は、図１に示された配置機構の膨張可能リザーバに対する圧力供給ラインを示す図であり、斯かる圧力ラインによれば、図４に示された状態を取る掘削機構による(操舵モードにおける)反転的な部分的回転に先立ち且つその間において成果を達成すべく膨張および収縮により変動が許容される。
【図２２】図２２は、タイロッドは当該スラスト・プレートを以て前側および後側プレートを制約して整列させるというスラスト・プレート上で作用する好適なタイロッド接続された２つのプレートの実施例を示す図である。
【図２３】図２３は、シャトルおよびドリル・ストリングの各々に対する夫々の油圧的駆動機に対する流れ図、および、たとえば図１および図４のエアバッグを膨張／収縮させる空気圧回路の流れ図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年7月12日(2007.7.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体と、
振動出力を提供するように選択的に作動可能な振動ヘッドと、
前記振動ヘッドから直接的又は間接的に前記振動出力を受けるためのアセンブリ（又は、装置）と、を備え又は含む、掘削装置において、
前記振動ヘッド及び前記振動出力を受けるために前記直接的又は間接的に接続するアセンブリは、前記支持体に対して浮遊可能に設置され、かつ前記支持体により支持可能であるか又は支持される、振動装置。
【請求項２】
該浮遊可能な位置は、前記支持体と前記振動ヘッドとの間に介在する少なくとも１つの弾性的気体容器に依存している、請求項１記載の振動装置。
【請求項３】
（ａ）前記支持体と前記振動ヘッドとの間に介在する少なくとも１つの弾性的気体容器が存在して、前記振動ヘッドからの前記振動出力に平行な第１の方向における動きに抗しており、
（ｂ）前記第１の方向とは反対の第２の方向における動きに抗するために、前記支持体と前記振動ヘッドとの間に介在する少なくとも１つの弾性的気体容器が存在する、請求項１または２に記載の振動装置。
【請求項４】
前記振動ヘッドは、シャトルを具備しており、前記振動ヘッドの振動出力は、前記シャトル自体から直接的ではない、請求項１または３に記載の振動装置。
【請求項５】
前記シャトルは、流体を介して作用して、前記振動出力を前記アセンブリに提供する、請求項４に記載の振動装置。
【請求項６】
前記シャトルは、前記振動ヘッドの少なくとも１つの相補的構造に対して、シャトル軸線において再作動可能に往復動可能であり、前記相補的構造から、前記振動出力が提供されており、
該振動装置において、前記シャトル軸線であるか又は前記シャトル軸線に平行である、回転軸線の周りで前記シャトルを回転させる駆動機が具備されており、それにより、前記シャトルを前後に駆動する効果を有する、磁気的相互作用を発生する、請求項４又は５に記載の振動装置。
【請求項７】
前記弾性的気体容器又は各前記弾性的気体容器は気体バッグである、請求項１から６のいずれか一項に記載の振動装置。
【請求項８】
前記アセンブリは、ドリル・ストリングアセンブリである、請求項１から７のいずれか一項に記載の振動装置。
【請求項９】
前記振動ヘッドにおいて又はそれに隣接して、前記ドリル・ストリングアセンブリを回転させる駆動機を具備する、請求項８に記載の振動装置。
【請求項１０】
前記ドリル・ストリングアセンブリは、正逆に回転可能である、請求項８又は９に記載の振動装置。
【請求項１１】
支持体と、
ドリル・ストリングに直接的又は間接的に接続して、吊り下げアセンブリとして、前記ドリル・ストリングを支持し且つ前記ドリル・ストリングに軸方向の振動を提供するように形成された、振動ヘッドと、
選択可能に、接続される場合に、その様なドリル・ストリングを回転させるための駆動機と、を具備する掘削装置において、
選択可能に、前記ドリル・ストリングは、前記振動ヘッドに、直接的に又は間接的に接続するか又は接続可能であって、選択的に振動させられて、それにより、その様に接続される場合に、前記駆動機により回転させられるように選択的に形成されており、
前記振動ヘッド及び直接的に又は間接的に接続する任意のドリル・ストリングは、前記支持体に対して浮遊可能に設置されており、かつ前記支持体により支持可能であるか又は支持される、掘削装置。
【請求項１２】
該浮遊可能な位置は、前記支持体と前記振動ヘッドとの間に介在する少なくとも１つの弾性的気体容器に依存している、請求項１１に記載の掘削装置。
【請求項１３】
前記ドリル・ストリングが接続する、請求項１１または１２に記載の掘削装置。
【請求項１４】
前記ドリル・ストリング又は１つのドリル・ストリングを回転させる、駆動機を具備する、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の掘削装置。
【請求項１５】
前記駆動機は、前記振動ヘッドにおいて又はそれに隣接して備えられる、請求項１４に記載の掘削装置。
【請求項１６】
前記浮遊可能な相対的状態は、前記ドリル・ストリングが圧力下にあるか又はないかに係わらず、その様に接続する任意のドリル・ストリングに、軸方向の振動入力を伝達することを容易にする、請求項１１から１５のいずれか一項に記載の掘削装置。
【請求項１７】
前記浮遊可能な相対的状態は、掘削面に対する前記ドリル・ストリングの坑内での状態に係わらず、振動入力を改善する、請求項１１から１６のいずれか一項に記載の掘削装置。
【請求項１８】
（ａ）前記支持体と前記振動ヘッドとの間に介在する少なくとも１つの弾性的気体容器が存在して、前記振動ヘッドからの前記振動出力に平行な第１の方向における動きに抗しており、
（ｂ）前記第１の方向とは反対の第２の方向における動きに抗するために、前記支持体と前記振動ヘッドとの間に介在する少なくとも１つの弾性的気体容器が存在する、請求項１１から１７のいずれか一項に記載の掘削装置。
【請求項１９】
前記振動ヘッドは、シャトルを具備しており、前記振動ヘッドの振動出力は、接続する任意のドリル・ストリングに対して、前記シャトル自体から直接的ではない、請求項１１から１８のいずれか一項に記載の掘削装置。
【請求項２０】
前記シャトルは、流体を介して作用して、前記振動出力を前記ドリル・ストリングに提供する、請求項１９に記載の掘削装置。
【請求項２１】
前記シャトルは、前記振動ヘッドの少なくとも１つの相補的構造に対してシャトル軸線において再作動可能に往復動可能であり、前記相補的構造から、前記振動出力が提供されており、
該振動装置において、前記シャトル軸線であるか又は前記シャトル軸線に平行である、軸線の周りで、前記シャトルを回転させる駆動機が具備されており、それにより、前記シャトルを前後に駆動する効果を有する、磁気的相互作用を発生する、請求項１８又は１９に記載の掘削装置。
【請求項２２】
前記弾性的気体容器又は各前記弾性的気体容器は、気体バッグである、請求項１１から２１のいずれか一項に記載の掘削装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明者等は、弾性的または浮揚的な支持体が在る場合、重量に関するこの浮揚的または弾性的な支持体内へと適切な機械的流体または(機械的もしくは別様の)他の入力を以て加圧を行うことにより、(振動出力が継続しているのか中断されているのかに関わらず)ドリル・ストリングおよびそのビット内への圧力を解放する可能性が在ることを確認した。斯かる解放が無い場合には(振動入力ありでもしくはなしで)岩盤表面に対して限られた回転と圧力とを作用可能であり、且つ、ドリル・ストリングの任意の接続部を元に戻す傾向が少ないように、(浮揚的または弾性的な支持体に影響を与えることで)圧力が一旦解放されたなら、他方向における限られた回転が行われ得る。たとえば、掘削に対する通常の回転方向が時計方向であるなら、加圧された部分的な時計方向回転に続く部分的な反時計方向回転の間においては、圧力を解放することができる。
本発明の形態において、振動装置は、支持体と、振動出力を提供するように選択的に作動可能な振動ヘッドと、振動ヘッドから直接的又は間接的に振動出力を受けるためのアセンブリ又は、装置（以下、アセンブリと呼ぶ）とを備え又は含んでおり、振動ヘッド及び振動出力を受けるために直接的又は間接的に接続するアセンブリは、支持体に対して浮遊可能に設置され、かつ支持体により支持可能であるか又は支持される。
好適には、該浮遊可能な位置は、支持体と振動ヘッドとの間に介在する少なくとも１つの弾性的気体容器に依存している。
好適には、（ａ）支持体と振動ヘッドとの間に介在する少なくとも１つの弾性的気体容器が存在して、振動ヘッドからの振動出力に平行な第１の方向における動きに抗しており、（ｂ）第１の方向とは反対の第２の方向における動きに抗するために、支持体と振動ヘッドとの間に介在する少なくとも１つの弾性的気体容器が存在する。
好適には、振動ヘッドは、シャトルを具備しており、振動ヘッドの振動出力は、シャトル自体から直接的ではない。
好適には、シャトルは、流体を介して作用して、振動出力をアセンブリに提供する。
好適には、シャトルは、振動ヘッドの少なくとも１つの相補的構造に対して、シャトル軸線において再作動可能に往復動可能であり、相補的構造から、振動出力が提供されており、該振動装置において、シャトル軸線であるか又はシャトル軸線に平行である、回転軸線の周りで、シャトルを回転させる駆動機が具備されており、それにより、シャトルを前後に駆動する効果を有する、磁気的相互作用を発生する。
好適には、弾性的気体容器又は各弾性的気体容器は気体バッグである。
選択可能に、アセンブリは、ドリル・ストリングアセンブリである。
選択可能に、振動ヘッドにおいて又はそれに隣接して、ドリル・ストリングアセンブリを回転させる駆動機が具備される。
好適には、ドリル・ストリングアセンブリは、正逆に回転可能である。
本発明の別の形態において掘削装置は、支持体と、ドリル・ストリングに直接的又は間接的に接続して、吊り下げアセンブリとして、ドリル・ストリングを支持し且つドリル・ストリングに軸方向の振動を提供するように形成された、振動ヘッドと、選択可能に、接続される場合に、その様なドリル・ストリングを回転させるための駆動機と、を具備しており、選択可能に、ドリル・ストリングは、振動ヘッドに、直接的に又は間接的に接続するか又は接続可能であって、選択的に振動させられて、それにより、その様に接続される場合に、駆動機により回転させられるように選択的に形成されており、振動ヘッド及び直接的に又は間接的に接続する任意のドリル・ストリングは、支持体に対して浮遊可能に設置されており、かつ支持体により支持可能であるか又は支持される。
好適には、ドリル・ストリングが浮遊可能に設置される、該浮遊可能な位置は、支持体と振動ヘッドとの間に介在する少なくとも１つの弾性的気体容器に依存している。
好適には、ドリル・ストリングが接続する。
好適には、ドリル・ストリング又は１つのドリル・ストリングを回転させる、駆動機が具備される。
好適には、駆動機は、振動ヘッドにおいて又はそれに隣接して備えられる。
好適には、前記浮遊可能な相対的状態は、ドリル・ストリングが圧力下にあるか又はないかに係わらず、その様に接続する任意のドリル・ストリングに、軸方向の振動入力を伝達することを容易にする。
好適には、浮遊可能な相対的状態は、掘削面に対するドリル・ストリングの坑内での状態に係わらず、振動入力を改善する。
好適には、（ａ）支持体と振動ヘッドとの間に介在する少なくとも１つの弾性的気体容器が存在して、振動ヘッドからの振動出力に平行な第１の方向における動きに抗しており、（ｂ）第１の方向とは反対の第２の方向における動きに抗するために、支持体と振動ヘッドとの間に介在する少なくとも１つの弾性的気体容器が存在する。
好適には、振動ヘッドは、シャトルを具備しており、振動ヘッドの振動出力は、接続する任意のドリル・ストリングに対して、シャトル自体から直接的ではない。
好適には、シャトルは、流体を介して作用して、振動出力をドリル・ストリングに提供する。
好適には、シャトルは、振動ヘッドの少なくとも１つの相補的構造に対してシャトル軸線において再作動可能に往復動可能であり、相補的構造から、振動出力が提供されており、該振動装置において、シャトル軸線であるか又はシャトル軸線に平行である、軸線の周りで、シャトルを回転させる駆動機が具備されており、それにより、シャトルを前後に駆動する効果を有する、磁気的相互作用を発生する。
好適には、弾性的気体容器又は各弾性的気体容器は、気体バッグである。
【国際調査報告】
2009510289.tif 000027
2009510289.tif 000028
2009510289.tif 000029
2009510289.tif 000030