(57)【要約】掘削システムは、底部孔組立体を支持する作業ストリングを含む。作業ストリングは、非金属部分を有する一定の長さの管を含む。作業ストリングは、好ましくは流体不浸透性ライナと多荷重担持層と磨損層を有する複合巻回管を含む。多導電体とデータ伝送導体が荷重担持層内に埋設してあって、坑底組立体と坑外との間で電流或いは伝送データを搬送する。坑底組立体は、ビットとガンマ線・傾斜計パッケージと可操縦組立体と電子部と変速機とビット回転用動力部を含む。それには、推進システムを含めても、含めなくともよい。掘削システムは、まさに推進システムを含む重力ベース掘削システムとすることができる。重力等の様々な起動手段を設け、ビットに荷重を作用させることができる。
2005517105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合巻回管にして、１／２％乃至３％の範囲の挫屈歪を有する複合巻回管と、
前記複合巻回管へ地堀取着した坑底組立体とを備える、
坑外から坑井内に坑井装置を搬入するためのシステム。
【請求項２】
前記複合巻回管は、５００，０００乃至２，００，０００ｐｓｉの範囲のヤング率を有する弾性率の軸成分を備える管を含む請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記複合巻回管は非等方性の管を含む請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記複合巻回管は、全ての軸で同一でない弾性率を有する管を含む請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記複合巻回管は、線形でない弾性率を有する管を含む請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記複合巻回管は、０．９９ｇ／ｃｍ３乃至２．９ｇ／ｃｍ３の範囲の密度の材料を有する管を含む請求項１記載のシステム。
【請求項７】
前記複合巻回管は、強化繊維母材で出来ている請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記複合巻回管の壁に埋設した光ファイバ導体をさらに含む請求項１記載のシステム。
【請求項９】
前記複合巻回管に前記坑井内でほぼ中立の浮力を持たせる前記複合巻回管周りの流体を含む請求項１記載のシステム。
【請求項１０】
前記複合巻回管の壁に埋設した導体をさらに含む請求項１記載のシステム。
【請求項１１】
前記坑底組立体は、前記導体に接続するセンサであって前記導体により前記坑外に実時間でデータを送信するセンサを含む請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】
前記センサは圧力センサである請求項１１記載のシステム。
【請求項１３】
前記導体はライナ周りに配置してあり、荷重担持ファイバが前記導体とライナの周囲に巻き付けてある請求項１０記載のシステム。
【請求項１４】
導体を持たない複合巻回管と、
前記複合巻回管に取り付けた掘削組立体とを備え、
前記掘削組立体がビットと地堀モータを含む、
坑外から坑井孔を掘削する組立体。
【請求項１５】
前記地堀モータは、前記複合巻回管を通過する流体により駆動する請求項１４記載の組立体。
【請求項１６】
前記掘削組立体内に一方向弁をさらに含み、それによって流体が前記複合巻回管と前記掘削組立体を通って下方へのみ流れる請求項１４記載の組立体。
【請求項１７】
前記地堀モータは計器を装備していない請求項１４記載の組立体。
【請求項１８】
前記複合巻回管に沿って延びる電線をさらに含む請求項１４記載の組立体。
【請求項１９】
前記地堀モータは、前記導体を介して伝送する電力でもって給電する請求項１８記載の組立体。
【請求項２０】
前記電線は、前記複合巻回管を通って延ばしてある請求項１８記載の組立体。
【請求項２１】
前記掘削組立体と双方向通信する前記複合巻回管に沿って延びる導体をさらに含む請求項１４記載の組立体。
【請求項２２】
前記掘削組立体は、前記導体と通信するセンサをさらに含む請求項２１記載の組立体。
【請求項２３】
前記センサは坑外に実時間圧力計測値を供給する試掘坑圧力センサである請求項２２記載のの組立体。
【請求項２４】
前記掘削組立体は前記坑外と通信する泥水パルス遠隔計測センサをさらに含む請求項２１記載の組立体。
【請求項２５】
複合巻回管にして、該複合巻回管の壁に埋設した１以上の導体を備える管状壁を有する複合巻回管と、
前記複合巻回管に取り付けた掘削組立体にして、ビットと地堀モータを含む掘削組立体と、
前記ビット上に荷重を載置する起動手段とを備える、
坑外から坑井孔を掘削する組立体。
【請求項２６】
前記地堀モータは、前記複合巻回管を流れる流体により駆動される請求項２５記載の組立体。
【請求項２７】
前記掘削組立体内に一方向弁を含み、それによって流体は前記複合巻回管及び掘削組立体を通って下方へ流れることだけを可能とした請求項２５記載の組立体。
【請求項２８】
前記一方向弁は逆止弁である請求項２７記載の組立体。
【請求項２９】
前記一方向弁はフラッパ弁である請求項２７記載の組立体。
【請求項３０】
前記地堀モータは計器を装備していない請求項２５の組立体。
【請求項３１】
前記地堀モータは電気的に駆動され、前記導体は前記地堀モータに接続されて該地堀モータに電力を供給する、請求項２５記載の組立体。
【請求項３２】
前記導体は、前記掘削組立体と前記坑外との間で双方向通信を提供する、
請求項２５記載の組立体。
【請求項３３】
前記掘削組立体は、前記導体と通信するセンサをさらに含む、請求項３２記載の組立体。
【請求項３４】
前記センサは、前記坑外に実時間圧力計測値を供給する試掘坑圧力センサである、請求項３３記載の組立体。
【請求項３５】
前記地堀モータは容量型モータである請求項２５記載の組立体。
【請求項３６】
前記掘削組立体を前記坑外と通信させる遠隔計測手段をさらに含む請求項２５記載の組立体。
【請求項３７】
前記複合巻回管は１／２％乃至３％の範囲の挫屈歪を有する請求項２５記載の組立体。
【請求項３８】
前記起動手段は前記複合巻回管と前記掘削組立体の重量を含む請求項２５記載の組立体。
【請求項３９】
前記起動手段は注入機を含む請求項２５記載の組立体。
【請求項４０】
前記起動手段は、前記掘削組立体上方に配置した掘削カラーを含む、請求項２５記載の組立体。
【請求項４１】
前記起動手段は液圧推進機を含む請求項２５記載の組立体。
【請求項４２】
前記起動手段は坑外で循環させる流体ポンプを含む請求項２５記載の組立体。
【請求項４３】
前記起動手段は渦流弁を含む請求項２５記載の組立体。
【請求項４４】
前記起動手段はベンチュリ管を含む請求項２５記載の組立体。
【請求項４５】
前記起動手段は推進システムを含む請求項２５記載の組立体。
【請求項４６】
前記複合巻回管は、
第１の管状壁を有する第１の長さの複合巻管回管にして、１以上の第１の導体が前記第１の管状壁に埋設してある第１の長さの複合巻管回管と、
第２の管状壁を有する第２の長さの複合巻管回管にして、１以上の第２の導体が前記第２の管状壁に埋設してある第２の長さの複合巻管回管と、
前記第１の長さの複合巻回管と前記第２の長さの複合巻回管を接合するコネクタと、
前記第１の長さに固定され、第１の導体コネクタを含む第１の機械式コネクタ及び前記第２の長さに固定され、第２の導体コネクタを含む第２の機械式コネクタを備え、
前記第１と第２の機械式コネクタは、前記第１の機械式コネクタが前記第２の機械式コネクタに係合すると、前記第１と第２の長さは機械的に接続して、前記第１と第２の導体の間に通信路が形成されるように構成され、
前記掘削組立体は、前記長さの複合巻回管の一つに取り付けられている、
請求項２５記載の組立体。
【請求項４７】
前記第１と第２の長さの複合巻回管内の前記第１と第２の導体間の電気的な接続を確立するための請求項４６記載の組立体であって、
前記コネクタは前記第１の長さに固定され、前記第１の導体が前記導管を流れるように形成した少なくとも一つの導管を有する雄ハウジングを含み、
前記コネクタは前記第２の長さに固定され、前記第２の導体が前記導管を流れるように形成した少なくとも一つの導管を有する雌ハウジングを含み、
前記雄と雌のハウジングは、前記第１の長さと前記第２の長さを接続する前記第１と第２の機械的なコネクタを含み、
前記雄ハウジングは第１の電気的接点リングを含み、該第１の電気的接点が前記第１の電気接点リング内に周縁方向に埋設した少なくとも一つの接点プレートを備え、さらに複数のワイパシールを含み、前記第１の電気的接点リングはまた前記第１の複合巻回管からの電線が前記接点プレートを接続できるようにする導管を有し、
前記雌ハウジングは第２の電気的接点リングを含み、該第２の電気的接点が前記第２の電気接点リング内に周縁方向に埋設した少なくとも一つの整合プレートを備え、前記第２の電気的接点リングはまた前記第２の複合巻回管からの電線が前記整合プレートを接続できるようにする導管を有し、前記電気的接点は、前記雄ハウジングを前記雌ハウジングに接合したときに前記第１の電気的接点リングが前記第２の電気的接点リングの整合プレートに堅固に係合するよう位置決めされている、
組立体。
【請求項４８】
前記掘削組立体はさらに操縦組立体を含み、
該操縦組立体は、継手接続により本体に接続した鼻部を有する該本体を含み、該本体と鼻部がそれぞれ軸を有し、前記鼻部は前記ビットに作動的に接続してあり、
前記本体に移動可能に装着され前記鼻部に係合して前記継手接続にて前記本体に対し前記鼻部を移動させ、前記継手接続にて前記本体軸に対し前記鼻部軸を変更するアクチュエータを有し、
前記アクチュエータは、前記ビットの掘削の第１の方向を形成する前記本体に対する前記鼻部の軸を変更する第１の位置と、前記掘削の第２の方向を形成する前記本体に対する前記鼻部の軸を変更する第２の位置を有し、該アクチュエータは、前記ビットが前記試掘坑内にある間に前記第１の位置から前記第２の位置へ前記鼻部を変更する、
請求項２５記載の組立体。
【請求項４９】
試掘坑を掘削して壁を形成しつつビットの方向を制御する方法であって、
地堀モータと操縦組立体を用い、複合巻回管内に埋設した導体を有する該複合巻回管上の試掘坑内に坑底組立体を降下させるステップと、
地堀モータ上のビットを回転させ、前記ビットに負荷を加えることで試掘坑を掘削するステップと、
前記導体を介して信号を通信し、掘削方向を変更するステップと、
上部と下部の間の継手接続における操縦組立体の上部に対し下部の軸を調整し、掘削期間中にその一方で前記上部の軸に対し前記下部の軸の角度を変更し、掘削期間中にその一方で前記上部に対する前記下部の軸の方位角を変更し、掘削期間中に前記ビットの角度と方位角を変更し、かくして掘削方向を変更するステップを含む、
方法。
【請求項５０】
地堀モータを有する坑底組立体とビットと地堀圧力センサを、複合巻回管内に埋設され前記圧力センサと接続する導体を有する前記複合巻回管上の試掘坑内に降下させるステップと、
地堀坑モータ上でビットを回転させビットに荷重を作用させることで地堀坑を掘削するステップと、
地堀圧力センサを用いて圧力を計測するステップと、
圧力計測データを制御系へ伝送するステップと、
坑井閉鎖と掘削流体密度と送液速度と地堀坑圧力を変化させる狭窄駆動のうちの少なくとも一つを調整するステップにして、手動調整を用いることなく前記制御系により実行するステップとを含む、
試掘坑掘削方法。
【請求項５１】
導体を持たない複合巻回管上に掘削組立体を降下させるステップにして、前記掘削組立体が地堀モータ及びビットを有するステップと、
重力により前記掘削組立体を地堀坑内で移動させるステップと、
地堀坑モータ上でビットを回転させビットに荷重を作用させることで試掘坑を掘削するステップとを含む、
試掘坑の掘削方法。
【請求項５２】
導体を有する複合巻回管上に掘削組立体を降下させるステップにして、前記掘削組立体が地堀モータ及びビットを有する前記ステップと、
重力により前記掘削組立体を地堀坑内で移動させるステップと、
地堀坑モータ上でビットを回転させビットに荷重を作用させることで地堀坑を掘削するステップと、
地堀圧力を検出するステップと、
前記導体を介して実時間で前記坑外に圧力データを送信するステップと、
複合巻回管内に埋設され前記圧力センサと連通する導体を有する複合巻回管上の試掘坑内に圧力センサを降下挿入するステップとを含む、
試掘坑の掘削方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願についての相互参照
本出願は、「坑井システム（Ｗｅｌｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）」と題する２００２年２月１日出願の米国仮特許出願第６０／３５３，６５４号の米国特許法第１１９条（ｅ）の利益を請求するものであり、「掘削システム」と題する１９９７年１０月２７日出願の米国仮特許出願第６０／０６３，３２６号の米国特許法第１１９条（ｅ）の利益を請求する「坑井システム（Ｗｅｌｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）」と題する１９９８年５月２０日出願の米国特許出願第０９／０８１，９６１号で、現米国特許第６，２９６，０６６号の一部継続出願である「坑井システム（Ｗｅｌｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）」と題する２００１年７月２３日出願の米国特許出願第０９／９１１，９６３号の一部継続出願であり、ここに全てを参照によって本願明細書に取り込むものとする。本出願は、また、下記の出願にも関連するものである。すなわち、「試掘坑保定組立体（Ｂｏｒｅｈｏｌｅ  Ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）」と題する２００１年４月３０日出願の米国許出願第０９／８４５，４７３号、「ＣＴ掘削リグ（ＣＴ  Ｄｒｉｌｌｉｎｇ  Ｒｉｇ）」と題する２０００年１２月１５日出願の米国特許出願第０９／７３９，０７２号、「アクチュエータ組立体（Ａｃｔｕａｔｏｒ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）」と題する２０００年１０月４日出願の米国特許出願第０９／６７８，８１７号、「バーストＱＡＭ地堀遠隔計測システム（Ｂｕｒｓｔ  ＱＡＭ  Ｄｏｗｎｈｏｌｅ  Ｔｅｌｅｍｅｔｒｙ  Ｓｙｓｔｅｍ）」と題する２０００年６月２２日出願の米国特許出願第０９／５９９，３４３号（現米国特許第６，３４８，８７６号）、「バーストＱＡＭ地堀遠隔計測システム（Ｂｕｒｓｔ  ＱＡＭ  Ｄｏｗｎｈｏｌｅ  Ｔｅｌｅｍｅｔｒｙ  Ｓｙｓｔｅｍ）」と題する２００１年１２月７日出願の米国特許出願第１０／０１７，１７６号、「垂直油井掘削応用のための再循環可能なボール降下脱着装置（Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔａｂｌｅ  Ｂａｌｌ−Ｄｒｏｐ  Ｒｅｌｅａｓｅ  Ｄｅｖｉｃｅ  ｆｏｒ  Ｌａｔｅｒａｌ  Ｏｉｌｗｅｌｌ  Ｄｒｉｌｌｉｎｇ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）」と題する２０００年２月１５日出願の米国特許出願第０９／５０４，５６９号、「巻回管コネクタ（Ｃｏｉｌｅｄ  Ｔｕｂｉｎｇ  Ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ）」と題する２０００年３月２４日出願の米国特許出願第０９／５３４，６８５号、「坑外電動地堀循環サブ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｔｉｖａｔｅｄ  Ｄｏｗｎｈｏｌｅ  Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ  Ｓｕｂ）」と題する１９９９年８月２０日出願の米国特許出願第０９／３７７，９８２号（現米国特許第６，３４９，７６３号）、「巻回管取り扱いシステム及び方法（Ｔｕｂｉｎｇ  Ｈａｎｄｌｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ）」と題する２０００年２月１１日出願の米国特許出願第０９／５０２，３１７号（現在米国特許第６，３５２，２１６号）、「多ストリング複合巻回管巻き取り装置（Ｍｕｌｔｉ−Ｓｔｒｉｎｇ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ｃｏｉｌｅｄ  Ｔｕｂｉｎｇ  Ｓｐｏｏｌｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ）」と題する２０００年２月１０日出願の米国特許出願０９／５０１，９１３号、「長さ修正システム及び方法（Ｌｅｎｇｔｈ  Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ）」と題す��２００１年２月１６日出願の米国仮特許出願第６０／２６９，２８０号、「長さ修正システム及び方法（Ｌｅｎｇｔｈ  Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ）」と題する２００２年２月８日出願の米国特許出願第１０／０７１，２７９号、「巻回管注入システム（Ｃｏｉｌｅｄ  Ｔｕｂｉｎｇ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）」と題する２００１年３月２０日出願の米国仮特許出願第６０／２８０，０８８号、「三次元可操縦システム（Ｔｈｒｅｅ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｓｔｅｅｒａｂｌｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）」と題する１９９９年１２月２０日出願の米国特許出願第０９／４６７，５８８号、「放射能検出器（Ｒａｄｉａｔｉｏｎ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）」と題する１９９９年３月２５日出願の米国特許出願第０９／２７６，４３１号、「ケーシング継手位置決め方法及び装置（Ｃａｓｉｎｇ  Ｊｏｉｎｔ  Ｌｏｃａｔｏｒ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ）」と題する１９９９年４月５日出願の米国特許出願第０９／２８６，３６２号（現在米国特許６，４１１，０８４号）、「磁気駆動坑井器具（Ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ  Ａｃｔｉｖａｔｅｄ  Ｗｅｌｌ  Ｔｏｏｌ）」と題する２００２年４月１２日出願の米国特許出願第１０／１２１，３９９号、「地堀組立体の脱着可能な接続（Ｄｏｗｎｈｏｌｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ  Ｒｅｌｅａｓａｂｌｅ  Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）」と題する２００１年１１月３０日出願の米国特許出願第０９／９９８，１２５号、米国特許第６，１８１，１３８号、「巻回管巻き取り器具（Ｃｏｉｌ  Ｔｕｂｉｎｇ  Ｗｉｎｄｉｎｇ  Ｔｏｏｌ）」と題する２０００年２月２４日出願の米国特許出願第０９／５１２，５３６号、米国特許第６，３６４，０２１号、「自立リグ（Ｓｅｌｆ  Ｅｒｅｃｔｉｎｇ  Ｒｉｇ）」と題する２００１年１２月１２日出願の米国特許出願第１０／０２０，３６７号、「掘削中のケーシング形成（Ｃａｓｉｎｇ  Ｗｈｉｌｅ  Ｄｒｉｌｌｉｎｇ）」と題する２００１年１２月１０日に米国特許出願第１０／０１６，７８６号、「画像パターン認識を用いた巻回管調査システム（Ｃｏｉｌｅｄ  Ｔｕｂｉｎｇ  Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｕｓｉｎｇ  Ｉｍａｇｅ  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ）」と題する２００１年１２月２２日出願の米国特許出願第１０／０３２，２７２号、「掘り屑の撤去方法及び装置（Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｒｅｍｏｖｉｎｇ  Ｃｕｔｔｉｎｇｓ）」と題する２００２年８月２８日出願の米国特許出願第１０／２２９，９６４号、「偏向坑井孔から掘り屑を撤去する方法及び装置（Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｒｅｍｏｖｉｎｇ  Ｃｕｔｔｉｎｇｓ  ｆｒｏｍ  ａ  Ｄｅｖｉａｔｅｄ  Ｗｅｌｌｂｏｒｅ）」と題する２００２年１０月４日出願の米国特許出願第６０／４１６，０２０号（弁護士事務処理番号第１３９１−２８４００号）、「試掘坑内にケーシングを組み込む装置及び方法（Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｉｎｓｔａｌｌｉｎｇ  Ｃａｓｉｎｇ  ｉｎ  ａ  Ｂｏｒｅｈｏｌｅ）」と題する２００２年１０月１日出願の米国特許出願第１０／２６２，１３６号（弁護士事務処理番号第１３９１−２８５００号）、「窒素注入を用いた二重勾配掘削（Ｄｕａｌ−Ｇｒａｄｉｅｎｔ  Ｄｒｉｌｌｉｎｇ  Ｕｓｉｎｇ  Ｎｉｔｒｏｇｅｎ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）」と題する２００２年１０月４日出願の米国特許出願第１０／２６４，５４０号（弁護士事務処理番号第１３９１−３４８００号）、「掘削中圧力計測値を用いた坑井制御（Ｗｅｌｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｓｉｎｇ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｗｈｉｌｅ  Ｄｒｉｌｌｉｎｇ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ）」と題する２００２年１０月４日出願の米国特許出願第１０／２６４，５７７号、「開口掘削のため方法及び装置（Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｏｐｅｎ  Ｈｏｌｅ  Ｄｒｉｌｌｉｎｇ）」と題する２００２年１０月４日出願の米国特許出願第１０／２６５，０２８（弁護士事務処理番号第１３９１−３５０００号）、「竪管を用いない掘削方法及び装置（Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｒｉｓｅｒｌｅｓｓ  Ｄｒｉｌｌｉｎｇ）」と題する２００２年１０月４日出願の米国特許出願第１０／２６４，５４９号（弁護士事務処理番号第１３９１−３５１００号）で、全てそれら全体をここに参照によって本願明細書に取り込むものとする。
本発明は、地堀器具に取り付けた非金属ストリングを用いて地堀作業を実行するシステムに係り、より詳しくは複合巻回管に配置した坑底組立体を含む。坑井を掘削する坑井システムの使用時に、坑底組立体はビットを回転させる動力部とビット上に重量を載置する起動手段を含む。一つの起動手段は、坑井内で坑底組立体を移動させる推進システムである。
【背景技術】
【０００２】
多くの既存の坑井は、採算区域は仕上げて採掘するのに経済的でないが故に掘削及び仕上期間中に迂回させていた炭化水素採算区域を含む。洋上の掘削装置は建造にほぼ４,０００万ドルがかかり、賃借で１日当り２５０，０００ドルもかかることがある。この種の経費は、これらの迂回炭化水素採算区域を掘削し仕上げるこの種の高価なリグの使用を排除する。現在、多数の迂回区域を生成する費用効果のある方法は全く存在していない。かくして、しばしばより大規模の石油ガス採掘区域だけが仕上げられ生み出されているが、それはこれらの坑井が洋上リグを用いて掘削仕上経費を正当化するに十分なほど生産的であるからである。
【０００３】
多くの主要石油ガス田は現在採算が取れており、これらの過去迂回した炭化水素採算区域を生成する費用効果のある方法に対する要望が存在する。これらの迂回炭化水素区域の位置と大きさは、特により成熟した採掘現場において一般に知られている。
【０００４】
既存の坑井内の迂回採算区域を経済的に掘削し仕上げるには、従来のリグや従来のリグ機器の使用の廃棄が必要である。掘削装置を用いずに坑井を生成する一つの方法は、有底孔組立体を有するコイル状金属管の使用にある。例えば、いずれもここに参照によって本願明細書に取り込む米国特許第５，２１５，１５１号や第５，３９４，９５１号や第５，７１３，４２２号を参照されたい。坑底組立体は、通常、試掘坑を穿設するビットを回転させる動力を供給する地堀モータを含む。坑底組立体は摺動モードでのみ動作するが、それはリグ上の回転テーブルにより回転させる鋼製掘削パイプのそれと同じく坑外にて回転させないからである。坑底組立体は、試掘坑の下側に坑底組立体を推進する牽引機を含もう。かかる一つの牽引機は、巻回管の下端部を押し出し、試掘坑内壁への当接或いは握持に依存しない推進機である。この種の坑底組立体により穿設することのできる深度は、制限される。他種の牽引機は試掘坑壁に係合し、自動推進させる。
【０００５】
かかる一つの自律推進牽引機は、試掘坑内にほぼ従来種の坑底組立体の推進用にウェスタン・ウェル・ツール（Ｗｅｓｔｅｒｎ  Ｗｅｌｌ  Ｔｏｏｌ）が製造している。ここで、本願明細書に参照によって取り込む米国特許第６，００３，６０６号を参照されたい。推進システムは、各端部に装着した填塞脚を有する上部及び下部ハウジングを含む。各ハウジングは、試掘坑内に推進システムを動かすための液圧シリンダとラムを有する。推進システムは、シリンダ内に延びる下部ハウジング内のラムを用いて試掘坑の壁との係合へ延びる填塞脚により作動してビットを地堀坑内へ押し込む。同時に、上側填塞脚は緊縮し、上側ハウジングの他端へ移動する。一旦下部ハウジング内のラムがそのストロークを完了すると、そこで下部填塞脚が下部ハウジングの他端部に収縮してリセットする際に上部ハウジング内の液圧ラムが起動してビットとモータをさらに坑下方へ推進する。このサイクルは、試掘坑の範囲内で連続的に坑底組立体を移動させるべく繰り返される。牽引機は、試掘坑のいずれの方向にも坑底組立体を推進することができる。填塞脚とハウジングの間に流路が備わっていて、掘削流体の通路が推進システムを貫通するようにしてある。
【０００６】
様々な会社が、ビットを推進し坑井内に鋼製巻回管を引っ張り込む自律推進牽引機を製造している。これらの牽引機には、試掘坑の壁に摩擦係合する自律推進式回転輪が含まれる。しかしながら、推進システムの回転輪と試掘坑の壁との間にごく僅かな間隙が存在し、回転輪が試掘坑の壁の寸法における隆起や他の変動に遭遇したときに問題を生ずる。さらに、回転輪と試掘坑の壁との間に牽引機を適切に推進するのには、不適切な摩擦係合が時として存在する。
【０００７】
他の会社もまた、導線の端部をケーシングに収容した試掘坑へ歩む牽引機を提供している。しかしながら、これらの牽引機は周知の内部寸法を有するケーシング内壁に係合している。そのような牽引機は、シュルンベルジェ（Ｓｃｈｌｕｍｂｅｒｇｅｒ）が製造している。
【０００８】
コイル状金属管の使用は、様々な欠陥を有する。坑底組立体を試掘坑に貫入させるほど、コイル状金属管は挫屈しやすくなる。地堀管の押し込みを重力が支援しない偏向坑井内では、挫屈は特に深刻化する。管挫屈では、試掘坑との当接により生成されるトルクや抗力は克服がより困難となり、遠隔地の迂回炭化水素区域に到達するのに巻回管の使用がしばしば非実用的で不可能になってきている。さらに、鋼製巻回管はしばしば掘削工程初期の繰り返し屈曲から疲労し、交換しなければならなくなる。継ぎ合わせ鋼管とリグを用いる従来の掘削システムとして用いるのには、巻回管が高価であることも判っている。
【０００９】
坑底組立体には、試掘坑の経路を配向する屈曲サブ或いはハウジング等の配向器具が含まれよう。数種類の配向器具は、坑外から調整することができる。従来技術の配向器具は、新しい方向の傾斜に歯止めをかけるのに往々にして３６０度の回転を必要とする。
【００１０】
坑底組立体には、ビットに隣接するガンマ線・傾斜計パッケージや多深度双対周波数試掘坑補償比抵抗器具等の様々なセンサが含まれよう。これらの器具は、ビットの傾斜と方位角及び地層に対する坑底組立体の位置を示すデータを生成する。坑底組立体には、ジャイロスコープ探査データや比抵抗計測値や地堀温度や地堀圧力や流量や動力部の速度やガンマ線計測値や流体識別や地層標本や圧力や衝撃や振動やビット荷重やビットトルクや他のセンサデータ等の他の情報を供給する他のセンサもまた含まれる。
【００１１】
回転穿孔とコイル状金属管と共に用いる従来技術の坑底組立体は、データ収集し、地堀坑データを処理し、被処理情報の坑外への伝送のための電子部品を含む。被処理情報は、従来の電線路或いは泥水パルス遠隔計測のいずれかにより坑外へ伝送することができる。泥水パルス計測では、被処理情報はパルスを生成すべく開閉する弁を用いて泥水柱を介して坑外へパルス還流される。米国特許第５，５８６，０８４号を参照されたい。しかしながら、泥水パルス遠隔計測用の伝送レートは制限される。
【００１２】
坑底組立体の電子部品はまた、それらが耐え得る温度に制限してある。一旦電子部品の環境が任意の延長期間に亙って３５℃以上等の高温にさらされると、幾つかの電子部品は機能を停止することもある。このように、半導体チップ等の電子部品は慎重に製造して選択し、それらが予想される熱や衝撃や坑底組立体の振動に耐え得ることを保証しなければならない。電子部品の寿命は時間経過に伴う温度の関数であるため、地堀温度が高くなるほど、電子部品の寿命は短くなる。かくして、電子部品が高価であるだけでなく、地堀データを処理する機器の複雑さが坑底組立体をして特に掘削中の検層について非常に高価なものにしてもいる。この種の電子部品は、坑底組立体の信頼性を落としもする。
【００１３】
実時間地堀データと情報により、坑外から地堀状況に対する実時間応答が可能になる。特に既存の坑井では、坑井計画はしばしば目標炭化水素地層への幾何学的坑井路をもって設計される。かくして、とりわけ方向性掘削や土壌操縦や地層評価や流体評価や掘削ダイナミクスや推進や介入や調整に関する実時間情報を有することは、有益である。好適な情報及びデータは、坑井計画に応じて変化しよう。例えば、掘削中の検層や掘削中の採算区域操縦をもって決定される全てのパラメータ及び特性に関する実時間データ及び情報は、有益である。
【００１４】
地層評価に関する実時間情報には、音響測径器具や熱中性子器具や方位角密度器具や音波器具からの情報が含まれる。比抵抗は、坑底組立体を直に囲繞する地層特性を識別しよう。流体評価に関する実時間情報には、それらの可搬性や識別や組成を含む囲繞情報内の様々な流体特性を示す地層テスタや磁気共鳴映像ツールからの情報が含まれる。
【００１５】
方向性掘削と土壌操縦に関する実時間情報には、ガンマ線や地層比抵抗やビットの傾斜等の方向性が含まれ、それら全ては坑外からの採算区域の操縦を容易にする。加速度計と傾斜計が、方向制御用の情報を提供する。
【００１６】
掘削ダイナミクスに関する実時間情報には、ビット荷重情報（ＷＯＢ；ｗｅｉｇｈｔ  ｏｎ  ｂｉｔ）や、ビットトルク（ＴＯＢ；ｔｏｒｑｕｅ  ａｔ  ｂｉｔ）や、圧力と温度の両方を含む掘削中圧力（ＰＷＤ；ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｗｈｉｌｅ  ｄｒｉｌｌｉｎｇ）が含まれる。坑外で受信されコンピュータにより処理する実時間情報とデータにより、坑底組立体に与えるべき指示が可能となり、これによりビットの毎分回転速度とビット印加重量を修正し、ＲＯＰ（浸透率）を最適化し、ビットの跳ね返りとビットの球状化を低減すことができる。流量と流体圧は、ＲＯＰを改善すべく修正することもできる。米国特許第５，８４２，１４９号を、参照されたい。
【００１７】
地堀温度や動作温度や地堀圧力や動作圧力や環状路圧力やパイプ圧力や地層圧力や圧力採取を含む地堀パラメータ及び特性に関する様々な実時間情報やデータは、有益である。坑外に伝送することのできる他種データには、傾斜や方位角やジャイロスコープ式調査データや比抵抗計測値や磁気共鳴（ＭＲＩ）や音波や中性子密度や密度や流体識別やジャイロスコープ計測値や有孔率や流量や動力部の毎分回転数（ｒｐｍ）やガンマ線計測値や流体識別や地層標本や方向及び地層特性に関する別のデータが含まれる。掘削に関する他のデータには、ビット上の衝撃と振動と荷重と、ビット上のトルクと、浸透率と、モータの毎分回転数と、モータに作用する差圧と、掘削性能パラメータに関する他のデータ及び情報が含まれる。
【００１８】
坑底組立体周囲の試掘坑の環状部内の圧力等の実時間液圧分析を提供することは、特に好都合である。高価値坑井は地堀圧力センサを必要とするが、一方で浅い坑井は地堀圧力センサを必要としない。坑底圧力計測値は、特に掘削モードや掛け外しモードや循環モードや静的モードを含む稼働期間中に特に有益である。これらの実時間計測値は、等価循環密度（ＥＣＤ；ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ  ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ  ｄｅｎｓｉｔｙ）監視や掛け外し期間中の過大スワブ作業サージ圧力の防止や坑清掃の最適化に用いることもできる。加えて、圧力計測値を漏洩試験や掘削期間中の流入／跳ね返りの検出や掘削業務の最適化を実行するのに用いることもできる。実時間での掘削中地堀圧力は、オペレータにとって極めて貴重である。
【００１９】
地堀圧力は、掘削における鍵となるパラメータである。地堀圧力を知ることで、坑井孔圧力の調整が可能となる。坑井孔圧力を所定進度の孔圧力未満に降下させた場合、地層流体が坑井内に進入しよう。坑井孔圧力が特定深度の破砕圧力を上回る場合、地層は割れ、坑井孔流体は地層に進入することがある。従来は、地堀圧力は坑外で計測した穿孔管と環状路圧力を用いて算出する。これらの坑外圧力を正確に計測するには、坑井を完全に密閉したまま、循環は通常停止し、地堀圧力を安定化させ、坑井孔圧力のどんな動的成分も除去させる。このことは、無論、貴重な掘削時間を用い、掘削の停止が伴い、そのことが掘削ストリングの詰まり等の他の問題を引き起こすことがある。
【００２０】
一部の掘削作業は、掘削（ＭＷＤ）中計測値技術を用いて地層圧力の割り出しを捜し求めている。従来技術のＭＷＤ法の一つの欠点は、多くの器具が間欠ベースで圧力計測データを抗外へ伝送する点にある。多くのＭＷＤ器具にはガンマ線センサや中性子センサ等の幾つかの計測器具が組み込んであり、一般にただ一つの計測値が坑外へ還流伝送される。かくして、報告対象となる圧力データ間の間隔は２分間程度である。抗外への高いデータ伝送率の提供や、従来技術の坑底組立体の大半の電子機器の撤廃や、抗外へのデータ伝送の信頼性向上は、好都合となろう。
【００２１】
坑外へのデータの還流伝送は、幾つかの遠隔計測法のうちの一つにより達成することができる。一つの典型的な従来技術遠隔計測法は、泥水パルス遠隔計測である。信号は、穿設流体を介する一連の圧力パルスにより送信される。これらの小さい圧力変化を受け取り、坑外で機器により有益な情報へ処理する。泥水パルス遠隔計測は、流体を循環させていないか或いは低速循環させているときは機能しない。それ故、泥水パルス遠隔計測すなわち標準的なＭＷＤ器具は、坑井を密閉し流体を循環させていないときにはほぼ有用性は皆無である。
【００２２】
ＭＷＤ器具は坑井を循環させていないときは泥水パルス遠隔計測を介してデータを伝送することはできないが、多くのＭＷＤ器具は計測値の採取と収集データのメモリ内への記憶を継続することができる。このデータは、そこで掘削組立体全体を坑から引抜いた後の時点でメモリから検索することができる。こうして、オペレータは彼らが坑井にスワブ作業をしてきたかどうか、すなわち試掘坑内に流体を引っ張り込むか坑井を研磨したかどうか、すなわち坑井孔を通って掘削ストリングを動かす際に坑井圧力を増大させたかどうかを知ることができる。
【００２３】
坑外へデータを送信する別の遠隔計測法は、電磁遠隔計測である。低周波電波は、地層を介して坑外の受信器へ伝送される。電磁遠隔計測は深度が制限されており、信号は水中で急速に減衰する。それ故、深海にて掘削する坑井では、信号は大地を通ってかなり良好に伝搬するが、それは深海を通って伝搬はしない。かくして、海中受信器を泥水線に組み込まねばならず、これは実用的ではなかろう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
このように、坑底から受信した実時間圧力データに基づいて坑井孔圧力を測定し調整する方法及び装置の要求がある。それ故、本発明の実施形態は、実時間圧力データを用いて従来技術の限界を克服するような圧力制御手順の自動化を行う方法及び装置に関するものである。
【００２５】
本発明は、従来技術の欠陥を克服するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明の地堀システムは坑井内に坑井装置を搬入し、複合巻回管への地堀坑に取り付けた坑底組立体を含む。地堀システムは複合巻回管の固有特性を用い、坑外での処理用に実時間で地堀データを供給し、坑底組立体内で推進システムを使用するときに、坑底組立体の到達範囲を従来技術システムにより過去になされた到達範囲の２倍を超え５乃至１０倍ほど偏向した水平地下試掘坑内へ延ばす。地堀システムに使用する装置は、既存の管やリグを含む他の従来技術のそれよりも軽量でかつよりコンパクトである。地堀システムや空間やそれを配備するのに必要な構造強度の移動と離床と組み込みの複雑さとコストは、従来技術の石油ガス回転掘削リグ或いはコイル状金属装置に比べ最小である。
【００２７】
本発明システムは、好ましくは内部流体浸透性ライナや多荷重担持層や外部磨損層を有する複合巻回管を含む。荷重担持層は、好ましくは内部ライナ周りに編成した樹脂ファイバである。複数導電体及び／又はデータ伝送導体は、坑底組立体と坑外の間で電流とデータを搬送する荷重担持層内に埋設してある。また、複数のセンサを坑底組立体内に配置し、複合巻回管に沿って１以上のデータ伝送導管に装着することができる。
【００２８】
一実施形態では、地堀システムを坑井孔の掘削に用いる。掘削組立体は、巻回管に取り付けた複合巻回管及び掘削組立体を含む。掘削組立体は、ビットと地堀モータを有する。掘削組立体はまた、流体が複合巻回管及び掘削組立体を下方へ流すだけとさせる一方向弁を含む。地堀モータは、計器を装備していないものとすることができる。掘削組立体は、坑井孔を通って延びる導体を持っていても或いは持っていなくともよい。導体を複合管の壁内に埋設し、地堀モータに対し電力を供給及び／又は掘削組立体を坑外へ通信する遠隔計測手段をもたらす。導体は、掘削組立体内の少なくとも一つのセンサに接続し、坑外に通信して処理することのできる地堀圧力等の地堀データ及び情報を計測する。掘削組立体はさらに、ビットに重量を載せる起動手段を含む。
【００２９】
別の実施形態では、坑底組立体は、ビットとガンマ線・傾斜計と方位角計器パッケージと可操縦組立体付きの推進システムと比抵抗器具とビット回転用伝送及び給電部を含む。複合巻回管内の導電体は、電子機器部に電力を供給し、動力部にて電力を供給することができる。複合巻回管内のデータ伝送導管は、複合巻回管及び／又は坑底組立体内の様々なセンサからのデータを坑外へ伝送する光ファイバケーブルとすることができる。
【００３０】
推進システムは、牽引モジュールを有する上流部と牽引モジュールを有する下流部を有するハウジングを含む。牽引モジュールは、ハウジング部の一つの内部のシリンダ内に装着したラムにそれぞれ接続してあって、試掘坑内を坑底組立体を上下に推進させる。動作時に、牽引モジュールの一つが試掘坑に係合するよう延出し、その一方で液圧ラムがビットを坑下方へ押し込み、巻回管を前方へ引っ張り、他の牽引モジュールがそのラムを駆動してビットをさらに坑下方へ移動させる準備としてそのハウジング部の他端へ移動する。推進システムのハウジングは、一端が動力部に他端がビットに作動的に接続された出力軸が延びる流体孔を含む。可操縦組立体は、二つのハウジング部間の可調整軸継手等の坑井軌道を変更する様々な種、すなわち推進システムのハウジングに装着した三次元可調整径ブレード安定機や、個別に同心的に延出することのできる推進システムのハウジングに装着した二つの複数位置牽引モジュールとすることもできる。可操縦組立体が可調整軸継手であるときは、推進システムを通る出力軸は二つのハウジング部品の嵌合箇所に関節付き継手を有する。
【００３１】
可操縦組立体の一実施形態は、ビットに作動的に接続した鼻部を備える継手接続により本体に接続した鼻部を有する本体を含む。アクチュエータは本体に移動可能に装着してあり、鼻部に係合して継手接続箇所で本体に対し鼻部を動かし、継手接続箇所で本体軸に対する鼻部軸を変更する。アクチュエータは、本体軸に対する鼻部軸を変更して第１のビット掘削方向を形成する第１の位置と、本体軸に対する鼻部軸を変更して第２のビット掘削方向を形成する第２の位置とを有する。アクチュエータは、ビットが試掘坑内にある間に鼻部軸を第１の位置から第２の位置へ変更し、組立体が掘削している間にその位置を変更することができる。
【００３２】
掘削システムはまた、リグを用いずにパイプを新規な試掘坑にセットする方法及びを含む。ケーシングラムは、採掘ストリングを坑井内に取り付けるのに用いる。
【００３３】
本発明の掘削システムの一つの利点は、穿孔リグを用いない坑井の穿孔にある。掘削システムは船から作動させ、海中掘削テンプレートを使用することもできる。しかしながら、リグやジャッキアップ装置や浮揚機は一切必要ない。本発明の掘削システムはリグを用いない巻回管掘削システムであり、既存の坑井の再進入だけでなく新規坑井の掘削用にも用いることができる。
【００３４】
本発明の掘削システムの別の利点は、システムの稼働に必要な作業員の数の相当の低減にある。
【００３５】
さらなる利点は、非金属掘削ストリングの使用にある。鋼の作業ストリングの撤廃により、斯くしない限り金属管の処理に必要になる掘削リグの撤廃が可能になる。
【００３６】
本発明の掘削システムのさらなる利点は、坑底組立体から坑外まで延びる複合巻回管の使用にある。複合巻回管の使用は坑外での強化された圧力制御をもたらすが、それは鋼製器具継手の作製と破壊が取り除かれるからである。また、斯くしない限り噴出防止器を通過するであろう鋼製掘削管に比べ、複合巻回管上の不調の数は実質的に減ることになる。複合巻回管は試掘坑内に可能な範囲まで繰り出し、そこで地堀巻回管推進システムによりさらに展開させる。複合巻回管は、ここでは坑外のリール上へ複合巻回管を巻き取ることで回収される。
【００３７】
本発明の複合巻回管の別の利点は、リグを用いる接合鋼製掘削管用に必要とされるのと同範囲まで多数の長さの管を坑外で接続或いは切断せずに済むことである。
【００３８】
複合巻回管のさらなる利点は、平衡に近いか或いは平衡下で坑井を掘削し完成する能力にある。地層圧力とほぼ同じ流体共通圧力にほぼ平衡させて坑井を掘削し仕上げることで、採掘地層へ及ぶ被害はより少なくなる。
【００３９】
本発明の別の効果は、試掘坑に係留しかくして従来の坑底組立体が遭遇する振動の大半を最小化する坑底組立体の使用である。振動や調波や衝撃は、この種の組立体内の従来の坑底組立体や特に電子部品に対し非常に有害なものである。
【００４０】
本発明の別の利点は、複合巻回管を通って延びる導電体の使用にある。坑外及び坑底組立体間で電力を通ずることで、電子部品を動作させるのに交流発電機や電池はもはや坑底組立体に不要となる。
【００４１】
本発明のさらなる利点は、複合巻回管の壁内を走る銅線や光ファイバーケーブルや同軸ケーブル等のデータ伝送導管の使用にある。この種のデータ伝送導体により、坑底組立体内のセンサが受信する生データの伝送は損傷の恐れのある導線を露出させることなく坑外へ実時間で直接伝送できるようになる。データは、ここでは従来の坑底組立体等における地堀坑内ではなく坑外で処理することができる。坑外でデータを処理することで、より洗練されたより安価なコンピュータ処理システムをデータ解析に用いることができる。さらに、地堀坑にてデータを処理する従来の坑底組立体に必要な電子機器を撤廃し、それによって高価で幾分脆弱な地堀坑電子部品の経費を低減することができる。複合巻回管内のデータ伝送導管を用いることの別の利点は、より速くより高い信頼性をもって坑外へ直接データを伝送する能力にある。泥水柱を介して坑外にデータをパルス発信する従来の工程は、撤廃される。
【００４２】
本発明の別の利点は、電気とデータの伝送導管の接続を含む一定長の複合巻回管を接続するコネクタの使用にある。
【００４３】
本発明のさらなる利点は、正確な方向の掘削に向けた効率的で信頼できるより安価な地堀推進システム及び調査システムの使用にある。
【００４４】
本発明の他の目的及び利点は、以下の説明から明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
本発明の好適な実施形態の詳細な説明に向け、ここで添付図面を参照するものとする。本発明は、異なる形式の実施形態の余地がある。本開示が本発明原理の例示であり、本発明をここに例示し説明したものに限定することを意図しないことを理解した上で、本発明の具体的な実施形態を図面に図示し、ここに詳細に説明するものとする。
【００４６】
本発明システムは、取り付けた坑底組立体を有する複合巻回管を含む。本発明の様々な実施形態は坑底組立体の幾つかの異なる構成を提供するものであるが、そのそれぞれは新規坑井や延伸坑井や既設坑井の延長や脇に逸れた坑井や偏向坑井や他種の試掘坑を含む多くの異なる種の一つにおける地堀作業に用いるものである。坑底組立体が坑井内で地堀作業を遂行する地堀器具に過ぎないことは、言うまでもない。しばしば、地堀作業は坑井内の採算区域の掘削と仕上に関するものであるが、本発明はこの種の作業に限定はしない。本発明の実施形態は、本発明システムを用いる複数の方法を提供するものである。所望結果の地堀作業をもたらすには、以下に説明する異なる教示を個別に採用するのか或いは適当に組み合わせるのかを完全に認知しておかねばならない。特に、本システムはどんな種類の地堀作業にも実際に使用することができる。
【００４７】
先ず図１Ａを参照するに、本発明の例示的作動環境が図示してある。巻回管作業システム１０は、電源５１２と坑外プロセッサ５１４と巻回管スプール５１６を含む。注入ヘッド装置５１８が、作業ストリングと巻回管２０をスプール５１６から坑井５２２内へ給送案内する。坑底組立体３０は、複合巻回管２０の下端に取り付け、偏向したすなわち水平の試掘坑１２内へ延ばして図示してある。本実施形態が例示目的に記載したものであり、本発明を特定の試掘坑に限定せず、本発明が様々な坑井計画について使用できることは、言うまでもない。掘削リグの例は、自立建立リグと題する２０００年１２月１５日出願の米国特許出願第０９／７３９，０７２号と２００１年１２月１２日出願の米国特許出願第１０／０２０，３６７号に見出され、双方ともここに参照によって本願明細書に取り込むものとする。
【００４８】
図１Ｂは、複合管２０をガイド５２８上と注入機５１８及びストリッパ５３２を介して給送するスプール５１６を活用する巻回管装置５２６を示す。複合巻回管２０は、噴出防止機５３４を介して注入機５１８により坑井５２２内に押し込む。電源５１２は、複合巻回管２０の壁の導電管へ導電管５３８，５４０により電気的に接続してある。巻回管装置５２６は、巻回管検査システムもまた含み得る。ここに参照によって本願明細書に取り込む２００１年１２月２２日出願の米国特許出願第１０／０３２，２７２号を、参照されたい。さらに、坑外プロセッサ５１４は複合巻回管２０の壁内に同様に収容したデータ伝送導管に接続したデータ伝送導管５４２，５４４を含む。複合管壁内に収容した電力導管５３８，５４０及びデータ伝送導管５４２，５４４は、複合巻回管２０の全長に沿って延びていて、管理モジュール５８０に接続してあり、以下では坑底組立体３０内に配置してあるものと説明する。電力導管とデータ導管は、好ましくは撚り銅線等の経済的で低抵抗の導電材料を備える。「掘削システム（Ｄｒｉｌｌｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）」と題する１９９８年５月２０日出願の米国特許出願第０９／０８１，９６１号（現米国特許第６，２９６，０６６号）と、「掘削システム（Ｄｒｉｌｌｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）」と題する１９９７年１０月２７日出願の米国仮特許出願第６０／０６３，３２６号を参照されたく、ここでは双方とも参照によって本願明細書に取り込むものとする。
【００４９】
ここで図１Ｃを参照するに、既存の坑井１４から偏向する脇に逸れた坑井１３内で掘削システム１０を使用する概略図が図示してある。掘削システム１０は、以前使用した既存のプラットフォーム１８の坑井１４のフロア１６から延び、既存の坑井１４を掘削し仕上げ採掘するものである。様々な制御器２１が坑外のプラットフォーム１８上に配置してあり、地堀坑にて信号を送受信する。この種の制御は、公知技術である。噴出防止機や他の必要な安全制御機器２２をプラットフォーム１６上に配置して坑井１３を掘削し仕上げるであろうことは、言うまでもない。また、脇に逸れた坑井１３は単に本発明の一般的な応用例におけるその掘削システム１０及びその動作を例示するものであり、決して本発明を脇に逸れた坑井に限定するものと見なしてはならないことは、言うまでもない。
【００５０】
複合巻回管２０は作業ストリングとして機能し、管にかかる引っ張り力に耐える引っ張り強度や、管が巻き取れるようにする挫屈応力や、挫屈歪すなわち差圧に耐える輪形応力や、管にほぼ中立的浮力をもたせる重量等の様々な最適特性を有する。
【００５１】
ヤング率はパイプの引っ張り強度に対応するが、厳密には１対１の割合ではない。かくして、管に関するヤング率が大きくなるほど、引っ張り強度は大となる。パイプの引っ張り強度を最小化し、これにより所定の引っ張り力を印加して作業ストリングを引っ張れるようにすることは重要である。
【００５２】
しかしながら、強靭な管は固い管でもある。管を可撓性としてそれを屈曲可能及び巻き取り可能とすることは必要である。巻回管は、雁首を越えて通過できるよう屈曲可能としなければならない。それはまた所定径まで屈曲可能とし、それを巻き取り可能とし、巻回管をスプール上で移送し、繰り出し、そこで坑井内外に出し入れできるようにしなければならない。それ故、管に関するヤング率を低減し、これにより管を屈曲可能とし、しかも十分な引っ張り強度を有するよう十分大型のものとする。
【００５３】
複合巻回管を巻き取るのに用いるスプールの標準的な直径は、１３フィートである。しかしながら、現実の制約は実際に取り扱うことの出来るスプール直径である。リール直径の限界は、リールを実際に移動させる実用限界である。リール直径を一旦大きくしてしまえば、それは移送することが出来なくなり、それが実用限界となる。掘削船用のスプールは、管が直接船上へ巻き取れるようドックから管を繰り出すのに十分な大きさとしなければならない。最大直径は、４０フィートとすることができる。トラックのための高速道路規制が、橋などの下をトラック及びスプールが通過できるようスプールの直径を制限している。トラック用のフランジ付きスプールは、ほぼ１３フィートの最大直径を有することがある。さらに、パイプ直径が大きくなるにつれ、スプールのコアの直径もまた増大する筈である。複数ストリング複合巻回管巻き取り装置の一例を、ここに本願明細書に参照によって取り込む２０００年２月１０日出願の米国許出願第０９／５０１，９１３号に見出すことができる。巻回管の取り扱いシステムの一例は、ここに参照によって本願明細書に取り込む２０００年２月１１日出願の米国特許出願第０９／５０２，３１７号で、現米国特許第６，３５２，２１６号に見出すことができる。
【００５４】
複合巻回管の顕著な動作特性は、５００，０００〜５，０００，０００ｐｓｉの範囲のヤング率をもった弾性率の軸部品を有する複合管である。ヤング率の好適な範囲は、５００，０００から２，０００，０００ｐｓｉである。複合管は非等方性であり、弾性率は全ての軸で同一ではなく、また線形でもない。管の実施形態は、非金属ファイバや金属ファイバや非金属と金属ファイバの複合体で構成することができる。一実施形態は、螺旋状に巻回し或いは編成した強化ファイバ熱可塑性物質か強化ファイバ熱硬化性ポリマーかエポキシから構成した管を含む。ファイバは、非金属又は金属或いは非金属と金属の混合材料とすることができる。
【００５５】
以下は、鋼と複合巻回管との屈曲歪の比較である。
２−７／８インチ鋼管では、一般的な挫屈歪は、θｙ＝８０，０００ｐｓｉである。
それ故、挫屈応力εｙ＝θｙ／Ｅであり、ここでＥは材料のヤング率である。
Ｅｓｔｅｅｌ＝３０×１０６ｐｓｉであるから、ここではεｙ（ｓｔｅｅｌ）＝８００００／３０００００００＝０．００２６７インチ／インチとなる。
同様に、複合管については、Ｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅ＝１．４３×１０６ｐｓｉである。一般に、θｙ（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）＝２６０００ブシーである。
それ故、εｙ（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）＝２６０００／１４３００００＝０．０１８１８インチ／インチ、すなわち１．８％である。
挫屈前の最大の屈曲歪は、鋼材に関するものよりも６．８１倍高い。屈曲の算出には、本願明細書に参照によって取り込むバウマイスター（Ｂａｕｍｅｉｓｔｅｒ）、セオドア（Ｔｈｅｏｄｏｒｅ）、アバロン（Ａｖａｌｌｏｎｅ）、ユージン・エー（Ｅｕｇｅｎｅ  Ａ．）、バウマイスター（Ｂａｕｍｅｉｓｔｅｒ）、セオドア三世（Ｔｈｅｏｄｏｒｅ  ＩＩＩ）著、「マークの機械技術者向け規格ハンドブック（Ｍａｒｋ’ｓ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｆｏｒ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）」、第８版、マグロウヒル社、ニューヨーク、１９７８年、頁５−５４を参照されたい。
【００５６】
挫屈歪は、挫屈応力をヤング率で除算することで算出される。それ故、管の挫屈応力が２６，０００ｐｓｉである場合、そのときはヤング率範囲での除算にて巻き取り可能な管を獲得する挫屈歪の範囲を割り出すことができる。この範囲は、管用に用いる最小スプール径により規定される。挫屈応力は、複合巻回管に使用するファイバの設計に関与する。挫屈歪範囲を割り出す際に、挫屈応力を低下させヤング率を低下させることが好ましく、範囲内の異なるヤング率で一つの強度を除算することは好ましくはない。強度と率の比を共に高めたり低くしたりし、挫屈歪の範囲が類似するようにさせる。かくして、挫屈歪を一定に保ち管の剛性が変化する範囲の中間を最適とすることが好ましい。
【００５７】
２６，０００ｐｓｉの挫屈応力と１，４３０，０００ｐｓｉのヤング率を用いた上記の挫屈歪の算出は、１．８％であった。２６，０００ｐｓｉの挫屈応力が一定であれば、５００，０００ｐｓｉの下側ヤング率は１．３％の挫屈歪をもたらし、２，０００，０００ｐｓｉの上側ヤング率は５．２％の挫屈歪をもたらす。２％の挫屈歪は、１３フィートのコア直径を有する規格リール上に巻き取る複合巻回管にとっては好ましいものである。スプールの直径を３倍にすると、挫屈歪は管の挫屈歪のほぼ下限である０．５％にほぼなろう。複合巻回管が２，０００，０００のヤング率を有する場合、そのときは巻回管は好ましくは１．５％の挫屈歪をもたらす３０，０００ｐｓｉ近い強度をもとう。
【００５８】
管直径を上げるにつれスプール芯もまた増大するが、それは複合巻回管がスプール上に巻回する際に好ましくは２％の歪を有するようにしてあるからである。かくして、２％歪を用いてスプール周りに管を屈曲させることが可能である。ヤング率を減らすことで歪を減らした場合、そのときは管の強度もまた低下する。
【００５９】
挫屈歪の上限は、製造能力に依存する。熱可塑性や熱硬化性を用いた場合、管は非常に強く、弾性率はかくして高いものとなる。現在、実用上限はほぼ３％である。かくして、挫屈歪の範囲はほぼ１／２％乃至３．０％となる。最も好ましくは、挫屈歪はほぼ２％である。
【００６０】
弾性率と挫屈応力と挫屈強度のパラメータを有する上記の式を用いることで、５００，０００乃至２，０００，０００の範囲の弾性率に挫屈応力すなわち１／２％乃至３．０％と好ましくは約２％の好適な挫屈歪を用いて挫屈応力の範囲を計算することができる。管に作用する重要な力は、引っ張り力と挫屈応力である。
【００６１】
以下は、鋼材か複合巻回管のどちらかを引っ張るのに必要な力の比較を提供し、地堀推進システムならびにより深く試掘坑へ移動させ試掘坑から回収する複合巻回管を備えるシステムの能力を例示するものである。
【００６２】
単純摺動摩擦に打ち勝つのに鋼材又は複合巻回管を引っ張るのに必要とされる力は、以下の通りである
鋼材管に要求される引っ張り力（Ｆｓｔｅｅｌ）は、
Ｆｓｔｅｅｌ＝μ×Ｗｓｔｅｅｌ×Ｋｓｔｅｅｌ×Ｌｓｔｅｅｌ
ただし、μ＝坑井孔の摩擦係数（０．５と仮定）
Ｗｓｔｅｅｌ＝鋼材の１フィート当り重量＝４．５３ポンド／フィート（２−７／８インチ外径×５／１６インチ壁）
Ｋｂｓｔ＝１２．５ｐｐｇ泥水中の鋼材の浮力係数＝０．８０９
Ｌｓｔｅｅｌ＝水平方向パイプ長＝１００００フィート
である。それ故、１００００フィートの鋼材を引っ張るのに必要な力は、
Ｆｓｔｅｅｌ＝１８，３２４ポンド
となる。同様に複合管では、
μ＝坑井孔の摩擦係数（０．５と仮定）
Ｗｃｏｍｐｏｓｉｔｅ１＝複合管の１フィート当り重量＝１．７ポンド／フィート（２−７／８インチ外径×５／１６インチ壁）
Ｋｂｃｏｍｐｏｓｉｔｅ＝１２．５ｐｐｇ泥水中の鋼材の浮力係数＝０．０１５７
Ｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅ＝水平方向のパイプ長で＝１００００フィート
である。それ故、１００００フィートの複合物を引っ張るのに必要な力は、
Ｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅ＝１３３ポンド
となる。
１００００フィートの鋼管を引っ張るのに必要な力は、合成パイプの同量を引っ張るのに必要な力よりも１３８倍大である。摩擦計算については、ここに参照によって本願明細書に取り込むバウマイスター（Ｂａｕｍｅｉｓｔｅｒ）、Ｔｈｅｏｄｏｒｅ（セオドア）、アバロン（Ａｖａｌｌｏｎｅ）、ユージン・エイ（Ｅｕｇｅｎｅ  Ａ．）、バウマイスター（Ｂａｕｍｅｉｓｔｅｒ）、セオドア三世（Ｔｈｅｏｄｏｒｅ  ＩＩＩ）著、「マークの機械技術者向け規格ハンドブック（Ｍａｒｋ’ｓ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｆｏｒ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）」、第８版、マグロウヒル出版、ニューヨーク、１９７８年、頁３−２４乃至３−２７を参照されたい。
【００６３】
ここで図１１を参照するに、異なる浮力条件下すなわちほぼ８乃至１３ポンドの間の通常の泥水重量範囲で複合巻回管又は鋼製巻回管のいずれかを用いて５０，０００フィートの横方向坑井を掘削するのに必要な引っ張り力を比較するグラフが図示してある。泥水重量は、おそらく図１１に示すよりも大きく、上は１８ポンドまで調整し得る。泥水重量は、図１１に示したものよりも軽量にはならない筈である。水はほぼ８ポンドであり、油泥はほぼ７．９ポンドである。図１１は、５０，０００フィートの横方向坑井孔内の管長についての想定摩擦係数を用いた５０，０００フィートの長さを有する複合巻回管に関するものである。図１１は、複合巻回管（黒四角）と鋼管（円）の間の力の相違を示す。鋼管は、ほぼ一桁大きな大きさである。尺度に違いをもたせないと、二つの図を同一頁上に存在させることはできなかろう。図１１は、特定の泥水重量について管に印加される軸方向の力を示す。
【００６４】
管の破壊強度は、複合巻回管の引っ張り強さに関連する。図１１は、複合巻回管のために必要な引っ張り力の強さの範囲を示す。
【００６５】
複合巻回管は、好ましくは、１立方センチメートルにつき０．９９グラムから２．９グラムまでの範囲の比重を有する密度を有する材料で出来ている。別段規定しない限り、本出願に使用する複合巻回管なる語は、連続的に巻き取り可能か或いは分断し接続した前述の特性を有する筒状ストリングを意味するものとする。複合巻回管はそのパイプの壁の中に導体を有する継ぎ合わせた複合パイプともし得ることは、言うまでもない。継ぎ合わせた複合管を用いる利点は、非常に大きなスプールを用いずにパイプを所定位置へ移動させることがより簡単である点にある。また、継ぎ合わせ管は回転させることができる。本発明用の上記パイプは巻回管を含まないが、本発明の様々な構成要素が巻回管、特に到達距離の短い坑井や自動式牽引機と共に用いるよう適用できることは言うまでもない。
【００６６】
上記の特性を有する複合巻回管２０は、多くの利点をもたらす。低弾性率により、大型管は巻回管２０の材料を挫屈させることなく小径スプール上に巻き取ることができるようになる。管は、屈曲では疲労しない。下部モジュールにより、不明確な疲労寿命の巻回管はスプール上に巻回できるようになる。さらに、坑井内外に巻回管を出し入れする際に試掘坑内の短径屈曲や湾曲周りに巻回管を強制したときに、下部モジュールは非常に低い抗力しか提示しない。低密度により、管は移送用と離床用に軽量とすることができる。また、坑井孔の管の浮力は、適切な荷重の泥水を使用するか或いは管を特別設計することにより調整することができる。１ガロン当り１２．９ポンドの泥水は、最も好適な構造の管に中立浮力をもたらす。掘削流体の重量に近い浮力を持たせることで、巻回管を試掘坑内外に移動させる際に重力に起因する試掘坑壁の最小摩擦抗力がもたらされる。坑底組立体とビットのための起動手段として推進システムに頼るときに、このことは特に有利である。
【００６７】
複合巻回管と共に用いる長さ修正システム及び方法の一例が、「長さ修正システム及び方法（Ｌｅｎｇｔｈ  Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ）」と題する２００２年２月８日出願の米国特許出願第６０／２６９，２８０号と米国特許出願第１０／０７１，２７９号に見出され、これらは参照によって本明細書に組み入れる。
【００６８】
ここで図２と図３を参照するに、複合巻回管２０は好ましくは前述の特性を有する複合材料である。複合巻回管２０は、好ましくは不浸透性流体ライナ３２と複数の荷重担持層３４と磨損層３６を有する。図３に最も良く示したように、複数の導体４０が荷重担持層３４内に埋設してある。これらの導体４０は、電力伝送導電体４１及び／又はデータ伝送導体４２等のデータを伝送する導体等の導電体４１とすることができる。１以上の導体４０に、複数のセンサを含めることもできる。導体が圧力流体伝送用に巻回管２０の長さを延ばす通路ともし得ることは、言うまでもない。
【００６９】
自動式坑井には、地堀センサにより計測し収集したデータ及び情報を坑外へ伝送するセンサと導体を含む。データ伝送導体４２は、電線か光ファイバか液圧式か他種のデータ導体とすることができる。導体４２が、情報や計器コマンドを給送できる電気ケーブルや光ファイバケーブルや同軸ケーブルや他の手段を含むことは、言うまでもない。光ファイバは、大量のデータ及び情報を坑外へ実時間で素早く伝送することが可能である。例えば、光ファイバは地堀坑の温度と圧力を計測し、それらの計測値を坑外へ坑井制御用に実時間で伝送するのに用いることができる。自動式坑井はまた、様々な貯槽流体及び区域の制御が可能である。加えて、自動式坑井設備は長期の実時間での貯槽の動的工程監視及び管理用に複合巻回管２０と一体化することができる。
【００７０】
複合巻回管２０の壁に埋設した導体４２は、解析及び処理のために坑外へ実時間データと情報を伝送する。光ファイバは好適であり、何故なら光ファイバは導電体よりも多くのデータを伝送でき、より簡単に微調整し使用できるからである。通信システムを有する小型採掘付随装置を、そこで中心場所へデータや他の採掘情報を送信するのに用いることができる。仕上システムや掘削システムから伝送されるコマンドやデータは、音響や振動や液圧や無線周波や狭帯域或いは広帯域や他の任意のエネルギ機構により伝送することができる。例えば、センサのデータと情報に基づき、仕上装置は開いたり閉じたり調整したり、さもなくば導体を介して装置へ伝送されるコマンドや信号により操作することができる。ここに参照によって本願明細書に取り込む米国特許第６，２５７，３３２号を参照されたい。
【００７１】
複合管の種別は、米国特許第５，０１８，５８３号や第５，０９７，８７０号や第５，１７６，１８０号や第５，２８５，００８号や第５，２８５，２０４号や第５，３３０，８０７号や第５，３４８，０９６号や第５，４６９，９１６号に示され説明されおり、これらの各特許は本願明細書に参照によって取り込むものとする。同様に、ここに参照によって本願明細書に取り込むエイ・サスジャウォスキー（Ａ．  Ｓａｓ−Ｊａｗｏｒｓｋｙ）とジェイ・ジー・ウィリアムズ（Ｊ．Ｇ．  Ｗｉｌｌｉａｍｓ）によるＳＰＥ論文２６５３６（１９９３年）「油田施設用の複合巻回管の開発（Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ｃｏｉｌｅｄ  Ｔｕｂｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｏｉｌｆｉｅｌｄ  Ｓｅｒｖｉｃｅｓ）」を参照されたい。米国特許第５，０８０，１７５号や第５，１７２，７６５号や第５，２３４，０５８号や第５，４３７，８９９号や第５，５４０，８７０号は、これら各特許を参照によって本願明細書に取り込むものであるが、複合ケーブル内に収容した複合ロッドや電気的或いは光学的導体を開示している。
【００７２】
不透液性ライナ３２は、好ましくはポリ塩化ビニル或いはポリエチレン或いはＰＤＶＦ（ポリ弗化ビニリデン）等のポリマーで出来た内管である。ライナ３２はまた、ナイロンや他の特殊なポリマーや弾性材で作製することもできる。流体ライナ３２用に適切な材料を選択するときに、脇に逸れた坑井１３の掘削に使用する掘削流体内の化学薬品や地堀坑井にて遭遇する温度について考察すべきである。内部ライナー３２に関する第一義的な目的は不浸透性流体障壁としてのものであり、何故なら炭素繊維はそれらを屈曲してしまった後は流体移動に対し不浸透性ではなくなるからである。内部ライナ３２は流体を浸透させず、それによってライナ３２の流体孔４６を通過する掘削流体から荷重担持層３４を隔離している。内部ライナ３２は、複合巻回管２０の製造工程期間中に荷重担持層３４を作用させる心棒としても役立つ。
【００７３】
荷重担持層３４は、好ましくは複合巻回管２０及び坑底組立体３０の重量を含む流体中に懸架した作業ストリング２０の要求荷重を支える十分な数の層を有する樹脂ファイバである。
【００７４】
荷重担持層３４の繊維は、好ましくは熱硬化型すなわち硬化性樹脂内へ巻き込む。炭素繊維はそれらの強度故好ましく、ガラス繊維はそれほど強くはないが、炭素繊維よりも非常に廉価である。また、炭素繊維とガラス繊維の混成を用いることもできる。このように、荷重担持層３４は坑井、特に坑井深度に依存し、かくして選択したファイバにおいて強度と費用の適当な妥協を果すことができる。一般に、全炭素繊維はその強度と圧力に耐えるその能力が故に、好ましいものである。
【００７５】
荷重担持ファイバ３４が、複合巻回管２０の機械特性を規定する。荷重担持層３４は、引っ張り強度及び圧縮強度や破裂強度や可撓性や腐食性流体に対する抵抗やガス侵入や外部液圧や内部液圧や試掘坑内に挿入する能力や密度すなわち浮力や疲労抵抗力や他の機械的特性を含む様々な機械的特性を複合巻回管２０にもたらすよう、巻き付けて編成してある。ファイバ３４は独自に巻き付けて編成し、実質的にその強度を付加することを含め複合巻回管２０の機械的特性を最大化してある。
【００７６】
磨損層３６は、好ましくは最外部の荷重担持層３４周りに編成してある。磨損層３６は電気防食層であり、何故ならそれはそれを試掘坑１２の内壁に係合させ、巻回管２０を坑井１２内に挿入する際に磨損するであろうからである。磨損層３６は、下敷きとなる荷重担持層３４を保護している。一つの好適な磨損層は、摩滅に抗する非常に強い材料であるケブラー（登録商標Ｋｅｖｌａｒ）の該当品である。一つの磨損層３６だけを示したが、追加の磨損用層を必要に応じて設けることもできる。例えば、磨損指示層３５を荷重担持層間に含めることもできる。磨損層３５の一つの利点は、一つを異なるファイバやカラーとし、複合巻回管２０上の磨損位置を簡単に割り出せる点にある。磨損層３５は便宜的なものであり、管にとって必須のものではない。磨損層３５，３６は、ガラス繊維等のグラスファイバで出来ている。内部ライナ３２と磨損層３６は複合巻回管２０の使用に不可欠ではなく、特定の応用分野には必要ないであろうことは、言うまでもない。必要はないが、圧力層３８もまた適用することができる。
【００７７】
液体とガスに対する外部不浸透性層として役立てるのに、好ましくは別の不透液性流体層３７を設ける。好ましくは、層３７は負透過性に対し外部不浸透性層をもたらすＰＶＤＦ層である。環状路内により高い圧力があるときに、すなわち流体孔の差圧が流体孔の方へより大きいと、そこで負透過性が生ずる。このように、ガス透過を阻止する内層と外層のＰＶＤＦが存在する。流体ライナ３２について適当な材料の選択時に、脇に逸れた坑井１３の掘削に使用する掘削流体内の化学薬品と地堀坑にて遭遇する温度に対し考察を加える。内部ライナ３２の主要目的は不浸透性流体障壁であり、何故なら炭素繊維は特にそれらを屈曲した後は流体の移動に対し不浸透性とはならないからである。外層３７は、好ましくはポリ塩化ビニルやポリエチレンやＰＤＶＦ等のポリマーで出来ている。ライナ３２はまた、ナイロンや他の特別なポリマや弾性材で作製することもできる。
【００７８】
複合管は、以前に説明した好適な特徴と管の特定の応用分野に合わせ設計してある。管は、ファイバを共に保持する母材に対し一定の炭素繊維比率を有する。ファイバの各層に対し、一定の角度もまた存在する。ファイバ角度は、層間で変化する。炭素繊維層は、所定角度でパイプ周囲に巻回してある。カーボン層３４は付加又は削減ができ、多少のガラス繊維を付加することで複合巻回管の重量を制御することができる。例えば、ガラス繊維は、ガラス繊維よりも軽量の炭素繊維と置換することができる。ガラス繊維は、一般に複合巻回管をより重くするグラスファイバ層を含む。このように、複合巻回管は中立的な浮力に仕上げてあり、掘削流体内で複合巻回管を浮遊させることができる。
【００７９】
編成工程期間中、電気及び／又はデータ伝送導体等の導体やセンサや他のデータリンクを、複合巻回管２０の壁内の荷重担持層３４の間に埋設することができる。これらは、荷重担持層３４のカーボンファイバや混成ファイバやグラスファイバと共に複合巻回管２０の壁内へ巻き込む。任意の所望数の導電体とデータ伝送導管とセンサを複合巻回管２０の壁に埋設できることは、言うまでもない。図示の如く、導体４０はガラス繊維４７の層のライナ３２周りに配置してある。ガラス繊維の主要機能は、導体４０を包み込むことにある。導体４０はガラス繊維層４７に埋め込まれ、連続する外周面をもたらす。ガラス繊維４７は、導体４０間の充填剤として役立つ。導体４０は先ずライナ３２の周囲に巻回し、続いてガラス繊維４７を塗布する。ガラス繊維４７と導体４０の層の周囲には、多層炭素繊維３４が存在する。炭素繊維母材は、管に対し強度をもたらす。
【００８０】
導電体４１には、１以上の銅線（例えば、単一導線や多導体銅線や編成導線や同軸編成導体）を含めることができる。これらは、坑外の電源に接続してある。編成銅線４３や光ケーブル４５は、荷重担持層３４と一体のファイバと共に巻回する。個別銅線を用いることができるが、編成銅線４３は複合巻回管２０沿いにより少ない抵抗値のより大きな伝送容量をもたらす。導電体４１は、実質的に単一導体を介して坑外から坑底組立体３０まで大量の電力伝送を可能にする。多重伝送を用いることで、坑外と坑底組立体３０の間に単一導体４１を介する双方向通信を存在させることができる。導体４０は、坑外への実時間データ伝送をもたらす。
【００８１】
坑底組立体３０に坑外の電源から坑底組立体３０への電力伝送用に使用する主銅製導体４１は、好ましくは編成銅線４３である。編成銅線４３は、ビット１４０を回転させる動力部９０へ電力供給するのに用いることができる。編成銅線４３は、放散させねばならない熱を生成することになる坑外から、４００ボルトの電気等の大電圧を給電することができる。編成銅線４３は、好ましくは二つの最外部荷重担持層３４間に配置する。複合巻回管２０の外径に隣接させて編成銅線４３を位置決めすることで、編成銅線４３を層３４のより大きな表層領域を覆って配置し熱放散を最大化する。
【００８２】
４個の電力導体は、一方を電力搬送に他方を接地として一まとめにしてある。それらは正電力と負電力であり、２対２である。信号導線は、「バーストＱＡＭ地堀遠隔計測システム（Ｂｕｒｓｔ  ＱＡＭ  Ｄｏｗｎｈｏｌｅ  Ｔｅｌｅｍｅｔｒｙ  Ｓｙｓｔｅｍ）」と題する２０００年６月２２日出願の米国特許出願第０９／５９９，３４３号（現米国特許第６，３４８，８７６号）と、「バーストＱＡＭ地堀遠隔計測システム（Ｂｕｒｓｔ  ＱＡＭ  Ｄｏｗｎｈｏｌｅ  Ｔｅｌｅｍｅｔｒｙ  Ｓｙｓｔｅｍ）」と題する２００１年１２月７日出願の米国特許出願第１０／０１７，１７６号に開示されており、ここでは双方を参照によって本願明細書に取り込むものとする。導体４１は、それぞれ好ましくは一群の編成銅線、２２番ゲージである。それらは、構造的な理由、すなわち構造的な一体性から編成してあり、互いに電気的に接触させてある。二つのデータ導体は、二つの独立したリード線である。下りリンク通信は、給電リード線上にある。二つデータ導体は、地堀坑から坑外への通信を搬送する高速化リンクである。データは、実時間で坑外へ伝送される。
【００８３】
センサは荷重担持層３４内に埋設し、光ファイバケーブル等の１以上のデータ伝送導体に接続することもできる。埋設センサの代替物として、光ファイバーケーブルをその長さに沿って様々な間隔でエッチングし、複合巻回管２０の長さに沿う所定場所のセンサとして役立たせることもできる。これにより、圧力と温度と他のパラメータを複合巻回管２０に沿って監視し、坑外の制御器に伝送できるようになる。
【００８４】
一体型の掘削中計測（ＭＷＤ；ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｗｈｉｌｅ  ｄｒｉｌｌｉｎｇ）器具及び／又は掘削中検層（ＬＷＤ；ｌｏｇｇｉｎｇ  ｗｈｉｌｅ  ｄｒｉｌｌｉｎｇ）器具に結合した導体４０を備える複合巻回管２０は、坑井構築工程期間中に大きな便宜もたらすことができる。導体４０は先の従来のデータ伝送が使用不能となる期間中の手順を含む全ての動作手順の間、連続的なデータ伝送を可能にする。さらに、伝送レートは大幅に増大し、地層評価や方向性の読み取りや圧力計測値やビットにかかる引っ張り重量（ＷＯＢ）や他の地堀データ及び情報に関する高解像度が実時間で得られる。高解像度と連続データ伝送は、坑井掘削時に降りかかる可能性のある難題を解決するのに役立つ。これらの難題は、より高い等価循環密度（ＥＣＤ；ｅｑｕｉｃａｌｅｎｔ  ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ  ｄｅｎｓｉｔｙ）とより長い開口間隔と環状路内の減少する間隙を含むことがある。高品質データは、坑井の土壌機構的環境に対処する他の技術のより効果的な使用を可能にする潜在能力もまた有する。複合巻回管２０は、浸透性区域と掘削誘発破砕と試掘坑の膨張を識別することができる。
【００８５】
掛け外し期間を含むデータへの連続的なアクセスは、破砕開始或いは試掘坑不安定等の起き得る課題の早期指示をもたらすのに役立つ。損失区域の場所についての知識は、開口の破砕抵抗を増やすべく化学処置の有効性を改善することができる。連続的な坑井構築工程中にケーシングやライナを固定する前に洗浄済み領域の充填に掘削先行材料や化学的ケーシング材料を用いねばならないとき、この知識は特に役立つ。また、どんなケーシングを固定する前でも、長期間に亙って掘削することは非常に有益となり得る。
【００８６】
特定の状況下では、ＥＣＤ管理が坑井構築プロジェクトの成功にとって不可欠である。ＭＷＤ／ＬＷＤ坑底組立体掘削システムを有する複合巻回管２０は、ＥＣＤ管理能力を強化することができる。掘削ストリングとしての巻回管の使用により坑内で掛け外しながらの連続的な計算が可能となり、坑とアクティブ泥水システムを通じて泥水特性の連続的な最適化が可能となる。複合巻回管２０を介して伝送される環状路の圧力計測値への連続的なアクセスは、ＥＣＤに関する有益な情報をもたらす。この情報を用い、掘削パラメータと流体特性を連続的に調整し、孔圧力と部分勾配圧力の限界内に止まるようにすることができる。スワブ作業から生ずる圧力の低減は、坑から掛け外しながら巻回管掘削ストリングを介して送液することで取り除くことができる。
【００８７】
坑外での実時間データ及び情報により、坑井孔内の圧力の監視と制御が可能である。掘削システムは、掘削流体重量や送液レートや狭窄起動等のパラメータを自動制御するよう設けられた坑外の制御系へ実時間坑底圧力計測値を供給する。制御系は、坑外に配置した他の圧力センサや泥水体積センサや流量計を含む坑底圧力センサからの入力を受信する。制御系はそこで、掘削流体密度や送液レートや狭窄起動のうちの１以上を調整し、密閉検出して坑井孔の流入を循環させる。
【００８８】
一つの好適な実施形態には、掘削ビットが坑の底部にあるときに坑井孔内への地層流体の流入を検出し制御する方法が含まれる。一旦跳ね返りを検出すると、地堀圧力検出により或いは質量流量平衡によるかのいずれかにより、坑井を閉じ、地層圧力を地堀圧力センサにより計測する。地堀圧力計測は、一旦循環が停止するか或いは循環が継続する間になすことができる。一旦地層圧力が確立されると、制御システムは１以上の掘削流体密度や送液流量や坑井孔流入を循環排出する狭窄起動を調整する。本願明細書に参照によって取り込む「掘削中圧力計測値を用いた坑井制御（Ｗｅｌｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｓｉｎｇ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｗｈｉｌｅ  Ｄｒｉｌｌｉｎｇ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ）」と題する２００２年１０月４日出願の米国特許出願第１０／２６４，５７７号（弁護士事務処理番号第１３９１−３４９００号）を参照されたい。
【００８９】
坑井孔内の圧力を制御する改善された能力に加え、掘削システムは孔圧力と圧力破砕能力を向上させる。ポンプを停止するか速度を緩めたときにガス流入が観察された場合は、この事象期間中の坑井孔圧力を正確に計測することができる。同様に、地層保全性試験（ＦＩＴ；ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ  ｔｅｓｔ）或いは漏洩試験（ＬＯＴ；ｌｅａｋ  ｏｆｆ  ｔｅｓｔ）を試験期間中の過渡的な圧力挙動の実時間地堀坑計測値を用いて実行することができる。地層の破砕を含むＬＯＴ期間中、高解像度データは試験分析を改善し高速化することができる。破砕を望まないＦＩＴ期間中、高品質の実時間データが地層の不注意な破砕を防ぐことができる。複合巻回管２０内の導体４０を介して得られる一定の掘削中圧力（ＰＷＤ；ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｗｈｉｌｅ  ｄｒｉｌｌｉｎｇ）は、高度の制御をもたらす。
【００９０】
システムのこれらの特性は、先行技術により可能とされるものではなく孔圧力と破砕勾配の幅狭の窓内でより安全に動作する潜在能力を生み出す。貯蔵器孔を穿設する間、進んだ理解に対する可能性と共に破砕圧力の坑井孔内の改善された圧力制御が、貯槽に対する掘削泥水の紛失機会を低減することができる。この低減は、この種の紛失に関連する製造課題を防止するのに役立たせることができる。
【００９１】
本発明の掘削システムは、深海坑井に用いて二重勾配掘削をすることができる。二重勾配穿設技術は、坑井孔に含まれる流体柱の密度の調整を捜し求めている。このことは、本発明を使用してオペレータに実時間地堀圧力計測値を提供することで達成される。一般の単一勾配掘削技術は、坑井底部からリグへのほぼ一定の密度掘削流体柱を用いて坑井孔圧力を制御しようとしている。対照的に、二重勾配掘削は海水とほぼ同一比重の低比重流体をリグから海底まで用い、そこで実際の地層内、すなわち海底と坑底との間により大きな比重の掘削流体を用いる。二重勾配掘削技術は実際に海底に置かれた掘削リグを模擬し、それによって深海の掘削に関連する幾つかの課題を排除している。このように、同数のケーシングストリングを用いてより大坑井深度を掘削することができ、或いは同数のケーシングストリングを用いてより大深度へ達することができる。ここに参照によって本願明細書に取り込む「窒素注入を用いた二重勾配掘削（Ｄｕａｌ−Ｇｒａｄｉｅｎｔ  Ｄｒｉｌｌｉｎｇ  Ｕｓｉｎｇ  Ｎｉｔｒｏｇｅｎ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）」と題する２００２年１０月４日出願の米国特許出願第１０／２６４，５４０号（弁護士事務処理番号第１３９１−３４８００号）を参照されたい。
【００９２】
複合巻回管２０により、坑底組立体は従来のＭＷＤ／ＬＷＤシステムとは異なる設計ができるようになる。従来システムは、バタフライ或いはタービンのいずれかをもって自力給電しなければならない。電池は高価で有害であり、定期的に替えねばならない。タービンは、浸食や逆転制動にさらされる複雑な機械装置である。泥水パルサーもまた、これらの機械的な故障を欠点として有する。パルサーは、現状では低速遠隔計測法である。それは、坑外へはセンサ計測値の一部しか実時間で送信できない。それは、循環期間中に作動できるだけであり、それ故に継ぎ合わせたパイプの掛け外し期間中の遠隔計測は排除される。この属性は、これらのシステムが大多数の取得データを地堀器具メモリ内に記憶させることを要求する。データは、坑底組立体を坑外へ掛け外し、ケーブルを介して坑外へダウンロードすることによってのみ取得することができる。これらの器具は、データの記憶と遠隔計測を最適化すべく試行するよう予め構成してある。大型プロセッサを地堀器具内で使用してセンサ信号と生データを処理し、記憶データの大きさを最小化してある。しばしば、決定を下すのに必要なデータは実時間で伝送されず、坑からの次の掛け外しまで器具のメモリ内に残留する。
【００９３】
複合巻回管２０及び坑底組立体３０を有する掘削システム１０は、巻回管２０の埋設導体のお陰でこの概念図式から逃げることが可能である。動力は坑外から供給され、電池やタービンの必要性は取り除かれる。全ての生センサデータは実時間で直接坑外へ伝送され、パルサーの必要性は否定される。これらの３個の部品は、一般に従来のＭＷＤ／ＬＷＤシステムの最高率の不良を有する。生センサデータを坑外で処理するため、大型プロセッサや地堀坑内のメモリは不要である。この利点が複雑さを減らし、振動や衝撃に影響されやすい坑底組立体の印刷回路基板上の大型部品を撤廃する。品質保証は、坑底組立体３０ごとに容易に監視する。最も重要なこととして、常に全てのデータの正確な入手可能性により掘削中に正確な実時間判定をなすことが可能となる。
【００９４】
多くの要因は、横完成の性能及び信頼性にとって重要である。貯槽特徴や有効な坑井長や坑井孔近傍条件が、仕上の流入能力を決定する。流入能力と併せ砂土の一様性及び頁岩性等の地層特性が、未固化地層中の仕上の信頼性にとって重要である。所望採算にある水平坑井のより効果的な配置は、性能と信頼性の改良に通ずる。
【００９５】
掘削システム１０の地層評価センサは、ベッド浸漬判定用の方位角合焦ガンマ線センサと最適坑井孔配置用の複数深度探査能力付き比抵抗センサを含む。これらのセンサは、高傾斜坑井と貯槽内の坑井路の土壌操縦に特に適したものである。
【００９６】
透孔や拡張可能なスクリーンや機械的仕上の密閉や化学溶剤／技術は、複合巻回管２０と坑底組立体３０を用いてより能率的に配置することができる。最も重要な目的のうちの一つが、最大可能な採掘を伴う最も効率的な坑井構築工程を有することにある。複合巻回管掘削仕上システム１０は、この全体的な原理をサポートする。
【００９７】
複合巻回管２０は巻回可能であって、これによりそれはドラム上に巻き取ることができる。複合巻回管２０を製造する際に、内部ライナ３２はドラムから巻き戻され、編成機械を直線的に通り抜ける。炭素繊維や混成繊維やガラス繊維はそこで、複数の編成機械をライナ３２が通過する際に内部ライナ上に編成され、それぞれファイバ層を内部ライナ３２に編成する。仕上がった複合巻回管２０は、ドラム上へ巻き取られる。「巻回管取り扱いシステム及び方法（Ｃｏｉｌｅｄ  Ｔｕｂｉｎｇ  Ｈａｎｄｌｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ）」と題する２０００年２月１１日出願の米国特許出願第０９／５０２，３１７号で、現米国特許第６，３５２，２１６号と、「巻回管巻回器具（Ｃｏｉｌ  Ｔｕｂｉｎｇ  Ｗｉｎｄｉｎｇ  Ｔｏｏｌ）」と題する２０００年２月２４日出願の米国特許出願第０９／５１２，５３６号と、「多ストリング複合巻回管巻き取り装置（Ｍｕｌｔｉ−Ｓｔｒｉｎｇ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ｃｏｉｌｅｄ  Ｔｕｂｉｎｇ  Ｓｐｏｏｌｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ）」と題する２０００年２月１０日出願の米国特許出願第０９／５０１，９１３号を参照されたく、全てをここに参照によって本願明細書に取り込むものとする。
【００９８】
編成工程期間中、電気導体４１及び／又はデータ伝送導体４２等の導体４０及びセンサ４４を荷重担持層３４の編成間の複合巻回管２０に適用する。導体４１，４２は、ファイバを編成中の製造工程期間中に直線的に敷設したり、螺旋状に巻回したり、巻回管２０周りに編成したりできる。さらに、導体４１，４２は特定の角度に巻き付け、複合巻回管２０への圧力印加時に内側ライナ３２の膨張を補償するようにもできる。
【００９９】
複合巻回管２０は、様々な直径で作製することができる。コイル状金属管には通常１−１／２インチの直径が用いるが、複合巻回管２０は好ましくは１−１／２インチよりも大きい直径を有する。巻回管の大きさは、無論、それを使用しようとしている特定の応用分野と坑井とにより決まる。
【０１００】
複合巻回管２０には最大２５，０００フィートまで等の任意の連続長を持たせることが可能であるが、複合巻回管２０はより短い長さ、例えば１，０００フィートや５，０００フィートや１０，０００フィートの長さ等に製造することが好ましい。一般的なドラムは、ほぼ１２，０００フィートの複合巻回管を保持しよう。しかしながら、追加の複合巻回管２０が利用可能な追加のバックアップドラムを持たせることは一般的である。これらのドラムは、無論、複合巻回管２０の長さを付加或いは短縮するのに用いることができる。複合巻回管２０の直径と重量については、その長さに関するような実用上の制限は一切存在しない。
【０１０１】
複合巻回管２０は、拡張領域坑井の掘削と完成を可能にするのに必要な全ての特性を有する。特に、複合巻回管２０は、鉄材料に比べて流体中に懸架したときにその重量に対しより強度を有しており、良好な長命を有する。複合巻回管２０も試掘坑を掘削するのに用いる穿設流体と互換性を持ち、その流体孔４６を掘削流体が流れ落ちる際に浮力（泥水重量と比重に依存）へ近づけ、試掘坑１２が形成する環状路８２をバックアップするよう設計することができる。浮力は、金属パイプがこれまで遭遇していた受容可能な限界抗力及び他の摩擦要因を低減する。複合巻回管２０は、特に試掘坑１２を循環する穿設流体を冷却するプラットフォーム１６熱交換器を配置したときに、高温で使用することができる。複合巻回管２０はビット１４０回転用に回転させないので、複合巻回管２０にトルクがかかることは一切ない。
【０１０２】
ここで図４を参照するに、複合巻回管２０の隣接する長さ部分５２，５４を接続するコネクタ５０が図示してある。以下に説明する如く、ジェットサブ６０をコネクタ５０内に配置することもできる。他種のコネクタが、米国特許第４，８４４，５１６号や第５，３３２，０４９号に示されており、双方ともここに参照によって取り込むものとする。
【０１０３】
コネクタ５０の詳細な説明は、ここに参照によって本願明細書に取り込む２０００年３月２４日出願の米国特許出願第０９／５３４，６８５号に記載されている。管内の導電体については、本願明細書に参照によって取り込む米国特許第５，１４６，９８２号を参照されたい。
【０１０４】
ここで図４Ａを参照するに、雄端コネクタ５６は一般に中空シリンダの形をとる。概ね図４Ａの右から左へ移るに、雄端コネクタの幾つかの特徴が図示してある。スプライン２８は、前記雄端コネクタの外端に機械加工するか取り付けてある。内部電気接点５１もまた、雄端コネクタ５６に配置してある。内部電気接点５１はその形状が概ね筒状であり、電気接点又はリング５２やワイパーシール５３を含む。内部電気接点５１は、端部コネクタ５６の外径上に概ね係止させてある。接点リング５２は任意の導電体から成り、ワイパーシール５３は電気絶縁体から成る。
【０１０５】
さらに図４Ａを参照するに、回転リング２７が雄端コネクタ５６上に配置してある。回転リング２７は、雄端コネクタ５６の胴周りに自由回転する。しかしながら、回転リング２７は雄端コネクタ５６の長さ沿いに軸方向には摺動しない。回転リング２７は、ロックリング３０により雄端コネクタ５６の長さ沿いの摺動を阻止されており、スプラインやストッパ等の従来の機械式の装置により阻止することもできる。回転リング２７はまた、その外面に螺子３３を含む。
【０１０６】
雄端コネクタ５６と回転リング２７の別の特徴は、シール２９の存在にある。本発明の好適な実施形態では、シール２９は雄端コネクタ５６と回転リング２７の表面に配置してある。しかしながら、シールはまた雌端コネクタ５８上に配置することもできる。シールはそれ自体、圧縮シールをして壁内で遭遇する液圧に抗して造形するエラストマー性材料で出来ている。図示の如く、シール２９は雄端コネクタ５６と回転リング２７上に配置した溝又は凹部或いはリング内に位置決めすることができる。
【０１０７】
ここで図４Ｂを参照するに、雌端コネクタ５８が図示してある。雄端コネクタ５６と同様、雌端コネクタ５８もまた形状が概ね筒状をなす。雌端コネクタ５８は、スロット又は溝４８と螺子受け４９を含む。雌端コネクタ５８は、共に雌端コネクタ５８の内径に配置した封止面８０と外部電気接点６１もまた有する。
【０１０８】
外部電気接点６１は形状が概ね筒状であり、外部電気プレートすなわち外部電気リング６３を含む。外部電気接点６１は、内部電気接点５１上の各導体ごとに外部電気リング６３を含む。接点リング６３は、任意の導体材料で構成することができる。外部電気リング６３はワイパーシールによって仕切ってはいないが、図示しないプラスチック製絶縁器によって仕切ってある。外部電気接点６１は、雌端コネクタ５８の内径上に配置してある。電気リング６３は、雌端コネクタ５８に合体した複合管２０内に埋設した導体に接続してある。
【０１０９】
雄端コネクタ５６と雌端コネクタ５８は共に、多くの共通する特徴を共有する。考察を容易にするため、これらの共通の特徴を併せ以下に識別する。
【０１１０】
図４Ａと図４Ｂを再度参照するに、通路７１と適合シール７２が図示してある。適合シール７２は、圧縮シールを液圧下で造形させるエラストマー性材料で出来ている。
【０１１１】
雄ハウジングと雌ハウジングは共に、軸方向通路７３を含む。これらの通路は、ほぼ電線の直径又は軸間距離の中空部或いは溝である。この通路は、コネクタ５０の究極の形状と選択された製造方法に応じて幾つかの形状のうちのいずれかをとることができる。
【０１１２】
雄端コネクタ５６と雌端コネクタ５８と回転リング２７は、各部材に穿設した複数の開口８２，８４，８６を有する。
【０１１３】
雄端コネクタ５６と雌端コネクタ５８は共に、外部円錐状ハウジング４４と内部スカート８７を含む。雄ハウジングと雌ハウジングの両方の上の囲繞内部スカート８７は、分割リング楔８５である。分割リング楔８５の外径は真っすぐで、内径は先細である。円錐状ハウジング４４は、直線的外径と先細内径を有する。内部スカート８７は、直線的内径と先細外径を有する。分割されたリング楔８５自体は、高応力で強度を示しやはり比較的可撓性の材料から製造する。ベリリウム銅が、適切な材料として使われてきた。雌端コネクタと雄端コネクタ５６，５８の双方の他の構成要素は、鋼等の任意の高強度材料、好ましくは腐食に耐える材料で構成してある。
【０１１４】
さらに図４Ａと図４Ｂを参照するに、雄コネクタと雌コネクタ５６，５８の内径に遷移部５５，５７が図示してある。
【０１１５】
内部電気接点５１と外部電気接点６１は、それぞれ４個の接点プレートすなわち接点リング５１，６１を有する。この数は、使用時に典型的な巻回管２０内に配置した導体数に一致するよう選択してある。異なる数の接点リングを用いることもできる。内部電気接点５１と外部電気接点６１は、シール５３等のワイパーシールを含もう。エラストマー性絶縁材料で出来たワイパーシールは、電気接点５１，６１間の隆起に似た仕切りを創成している。ワイパーシールは内部電気接点５１上にのみ存在し、外部電気接点６１には存在しない。
【０１１６】
また、図４Ａと４Ｂに図示したのは、雌端コネクタと雌端コネクタに配置したキャップ８３，９０である。これらのキャップは、組み立てられたコネクタの一部ではない。しかしながら、それらは製造期間中に各コネクタへ取り付け、取り扱いを可能にすると共に異物が進入してハウジングを出来る限り損傷させないようにしてある。雄端コネクタと雌端コネクタ５６，５８の構造は、最終ハウジングへ組み立てる別々の部品で構成することができる。
【０１１７】
図４に最も良く示したように、組み立てたコネクタ５０は複合巻回管２０の外面と面一の外面を有する。このことで、巻回管２０はガイド５２８上の通過と、注入機５１８とストリッパ５３２の通過が容易になる。それによりさらに、コネクタは管スプール５１６上へ巻回させることができるようになる。
【０１１８】
装置をプラットフォーム床１６上に用い、コネクタ５０を接続できることは、言うまでもない。かかる一つの装置は、坑井１２内へ延びる一定の長さの複合巻回管２０の端部用万力と、新規の長さの複合巻回管２０の端部にあるトングで新規長さを挿入回転させて接続５０を形成するトングを含もう。
【０１１９】
端部コネクタ５６，５８を製造工程期間中に複合巻回管２０の端部に装着し、それによって掘削場所への移送時には巻回管２０の端部に既に装着済みにできることは、言うまでもない。また、端部コネクタ５６，５８は金属で作製する必要はないが、複合体で作製するであろうことは、言うまでもない。複合端部コネクタは、複合巻回管２０の端部に加熱接着することもできる。また、高圧ホース接続に用いる高速接続種等の他の高速接続種を用い得ることは言うまでもない。
【０１２０】
コネクタ５０を介するコネクタ４０用の個別コネクタへの代替例は、コネクタ５０を通過するのではなく結線周りに信号を電磁気的に伝送する通信リンクである。ここに本願明細書に参照によって取り込む米国特許第５，１６０，９２５号を、参照されたい。しかしながら、導体４０は結線５０にて一緒に直接接続することが好ましい。
【０１２１】
コネクタ５０と同等のコネクタを、複合巻回管２０の下流端を坑底組立体３０と坑外の電気システムとに接続して電力の供給とデータを処理するのに用いる。コネクタ５０はまた複合巻回管２０の破壊端の修理に用い、破壊端を切除し、残りの部分を作業ストリング２０に再接続する。各壁ごとに複合巻回管２０の特定用途向けの長さを作製しておかないことが、好ましい。
【０１２２】
ここで図５を参照するに、坑底組立体３０は、駆動軸１４１に搭載したビット１４０と、軸受組立体１６１と、電子機器部１８１と好ましくは傾斜計・磁力計パッケージ１３０を有するビット近傍姿勢センサ５５６とを含む可操縦組立体１２４と、上部定速（ＣＶ；ｃｏｎｓｔａｎｔ  ｖｅｌｏｃｉｔｙ）サブ６１６と、導線サブ付き動力部９０と、逆止弁６１８と、比抵抗器具１２１と、電気切断機６２２を含む。電気切断機に関する詳細については、ここに参照によって本願明細書に取り込む２００１年１１月３０日出願の第０９／９９８，１２５号を参照されたい。可操縦組立体を動かすためのアクチュエータ組立体に関する詳細については、ここに参照によって本願明細書に取り込む２０００年１０月４日出願の米国特許出願第０９／６７８，８１７号を参照されたい。坑底組立体３０には、配向パッケージ５５４を含むセンササブ６２４を含めることもできる。坑底組立体３０には、下部牽引機背圧制御モジュール６６０と下部引っ張り／圧縮サブ６６２と上部牽引機背圧制御モジュール６６６を有する推進システム１２０を含めても、含めなくともよい。坑底組立体３０は、圧力計測サブ６６４と上部引っ張り／圧縮サブ６６８と管理サブ６７２と脱着器具８０を含む。脱着器具に関するより詳細については、ここに参照によって本願明細書に取り込む２０００年２月１５日出願の米国特許出願第０９／５０４，５６９号（現米国特許第６，３１８，４７０号）を参照されたい。
【０１２３】
坑底組立体３０は、坑井表面に延びる作業ストリング２０に接続してある。坑底組立体３０は、一切回転させない。他の器具を坑底組立体３０に含めることができることは、言うまでもない。坑底組立体３０を作り上げている器具は、使用する掘削システムと掘削対象試掘坑に応じて変わろう。本発明が特定の坑底組立体に限定されず、他の代替組立体も用い得ることは、言うまでもない。たとえば、操縦組立体１２４は、動力部９０から隔離したり、動力部９０上方に配置することができる。操縦組立体１２４及びその使用方法に関するさらなる詳細は、ここに参照によって本願明細書に取り込む１９９９年１２月２０日出願の米国特許出願第０９／４６７，５８８号に見出すことができる。
【０１２４】
坑底組立体３０は、脱着器具８０により複合作業ストリング２０の下流端７８に接続することができる。脱着器具８０は、坑外からの電気的起動用に導体４０の一つに接続することができる。別の脱着器具が、ここに本願明細書に参照によって取り込む「地堀組立体の脱着可能な接続（Ｄｏｗｎｈｏｌｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ  Ｒｅｌｅａｓａｂｌｅ  Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）」と題する２００１年１１月３０日出願の米国特許出願第０９／９９８，１２５号に示されている。
【０１２５】
起爆性電荷や化学的切断機や機械式脱着機等の様々な種の脱着器具を、脱着器具８０として用いることができる。コイル状金属管を脱着する機械式脱着機の一種が、ここに参照によって本願明細書に取り込む米国特許第５，１４６，９８４号に開示されている。一つの脱着器具８０には、坑底組立体３０と作業ストリング２０との結合を電気的に起爆して切断する装荷燃料が含まれる。この種の脱着器具は、単純で信頼できるものである。万が一坑底組立体３０が坑井１２内で詰まった場合、脱着器具８０が必要である。
【０１２６】
動力部９０は、ビット１４０回転用の電力を供給する。推進システム１２０は坑底組立体３０に試掘坑１２内外を歩む起動力を供給する。複合巻回管２０は試掘坑に押し込むことが出来ないことは、言うまでもない。推進システム１２０は複合巻回管２０を試掘坑内に引っ張り込むことができるか、或いは試掘坑から複合巻回管を後退させるのに用いることができる。比抵抗器具１２１は坑底組立体３０周囲の地層の比抵抗を測定し、電子機器部１８１に収容した電子機器パッケージを含む。可操縦組立体１２４は、試掘坑１２の弾道を変え、好ましくは推進システム１２０内に収容してある。
【０１２７】
また、坑底組立体３０がここに参照によって本願明細書に取り込む米国特許第５，３３２，０４８号に開示された如き同心可調整安定機を含み得ることも、言うまでもない。安定機は、用途に応じて坑底組立体３０上の任意の位置に配置することができる。
【０１２８】
坑底組立体３０上の仕上げが用途と坑井に従って変化することは、言うまでもない。坑底組立体３０に追加し得る他の器具の例には、坑外にデータを伝送してそれらの可搬性や識別や組成を含む周囲の地層内の流体の様々な特性を示すＮＭＲ磁気共鳴映像法器具が含まれる。異種のセンサを電子機器部１８１に含めるか或いは坑底組立体の何処かに配置し、方向制御及び探査用の三軸加速度計や傾斜計等の掘削及び地層に関する他の情報を提供できることも、言うまでもない。例えば、掘削中検層をもって割り出すパラメータや特性を全て坑底組立体３０内に包含させることもできる。センサからの他のパラメータや特性には、操作圧力や動作温度や環状路圧力や地層圧力や圧力採取や流体識別やジャイロスコープ探査や有孔率や密度が含まれる。放射能検出器を含む坑底組立体の一例については、ここに参照によって本願明細書に取り込む１９９９年３月２５日出願の米国特許出願第０９／２７６，４３１号を参照されたい。
【０１２９】
動力部９０は、液圧駆動部や電気駆動部やタービンやベーン型モータやビット１４０に動力を供給する他の地堀モータを含む動力源の一つ又は組み合わせとすることができる。動力部９０は、そのトルクや毎分回転数を変えることができ、坑外から制御することができる。
【０１３０】
一つの典型的動力部９０には、出力軸を回転させる従来の定量給送式を用いる地堀液圧モータが含まれる。モータはロータとステータを有しており、液圧流体が複合巻回管２０を流れ下り、動力部９０内のロータとステータの間を流れる際にロータが回転する。ロータには、坑外制御変速機へ送り込む出力軸が接続してある。地堀掘削モータは、ここに参照によって本願明細書に取り込む米国特許第５，６２０，０５６号に開示されている。
【０１３１】
坑外へ延びる複合巻回管２０の導電体４１により動力部９０が１以上の電動モータを含むようになることは、言うまでもない。坑外から電流を通電し、多段電気モータを動力部９０として作動させることができる。かかる多段モータは、掘削ビット１４９の要求性能特性を供給する能力を有する。多段モータは耐久性があり、信頼性があり、掘削流体から封止することもできる。
【０１３２】
たとえ非液圧モータを動力部として用いても、掘削流体をやはり試掘坑１２が複合巻回管２０の流体孔４６を形成する外部環状路８２まで流下させ、複合巻回管２０をして掘削ビット１４０の掘り屑を取り除かせ、ビット１４０と坑底組立体３０の他の部品を冷却し潤滑することは、言うまでもない。
【０１３３】
電子機器部１８１は、計測と検層と掘削中の採算区域操縦用の電子機器パッケージと計装を備える。電子機器部１８１には、比抵抗器具１２１用の電子パッケージが含まれる。比抵抗を計測する器具は、米国特許第５，２３３，５２２号や第５，２３５，２８５号や第５，２６０，６６２号や第５，３３９，０３６号や第５，４４２，２９４号に示されており、全て参照によって本願明細書に取り込むものとする。電子機器部１８１は、地層計測器具として機能する。
【０１３４】
ここで図６と図７を参照するに、地堀巻回管推進システムは、いずれかの方向への坑底組立体３０の押し込み或いは推進や、周囲の地層の比抵抗計測や、試掘坑軌跡を操縦する採算区域用可操縦組立体１２４を含む複数の目的に役立つ。推進システム１２０は、複合巻回管２０の流体孔４６を流れ下る掘削流体用にそこを貫通する流体孔１１４を有するハウジング１０６を含む。適切に地堀流を得るとともにやはりハウジング１０６内に十分に壁厚を維持する十分な流れ領域が存在しなげればならないことは、言うまでない。
【０１３５】
自律推進にとっては、推進システム１２０が原動機となり、下流パッカー状牽引モジュール１０２と上流パッカ―状牽引モジュール１０４を含む。推進システム１２０が３以上の牽引モジュールを含み得ることは、言うまでもない。推進システム１２０のハウジング１０６は、下流部１０８と上流部１１２を含み、ほぼ１０フィートの長さの各ハウジング部１０８，１１２を有するほぼ２０フィートの長さである。電動出力軸１１６が、中心流体孔１１４を通って延びている。
【０１３６】
図７に最も良く示される如く、牽引モジュール１０２の断面が図示してある。牽引モジュール１０２，１０４が構造的に類似しているため、一つの牽引モジュールの説明はその他の説明に近いものなる。牽引モジュール１０２は、伸長し収縮して試掘坑１２の壁と係合することのできるその外周周りに鋼製脚部９６を含む。牽引モジュール１０２を伸長させて試掘坑１２の壁に係合させたときに、脚部９６を形成する鋼製バンドの内周縁に複数の縦溝すなわち長手方向流体流路を配設し、掘削流体が環状路８２から上流へ流れるようにすることができる。牽引モジュール１０２，１０４には、以下に詳述する如く、ハウジング１０６に対し偏心的にモジュール１０２，１０４を拡張する独立して膨張可能な個別チャンバを持たせることができる。牽引モジュールの別の実施形態は、ここに参照によって本願明細書に取り込む２００１年４月３０日出願の米国特許出願第０９／８４５，４７３号に開示されている。
【０１３７】
下流ハウジング部１０８は、下流牽引モジュール１０２を装着した液圧ラム１２８を配置した管状シリンダ１２６を含む。液圧ポート１３０，１３２は、ラム１２８に液圧を印加すべく管状シリンダ１２６の両端部に配置してある。液圧ポート１３４，１３６は、試掘坑１２の壁と係合或いは係合離脱する牽引モジュールを伸長或いは収縮させる下流牽引モジュール１０２に隣接させて配置してある。上流ハウジング部１１２は構成と動作が同様であることは、言うまでもない。推進システム１２０が、牽引モジュール１０２，１０４及びそれぞれ牽引モジュール１０２，１０４上に装着したラム１２８，１２９を起動する流体圧力を用いる一連の弁を含むことは、言うまでもない。
【０１３８】
推進システム１２０のサイクルには、上流牽引モジュール１０２が収縮し係合離脱した状態で下流牽引モジュール１０２を坑井孔１２の内部へ係合させる伸長が含まれる。ラム１２８に圧力印加する液圧ポート１３０を介して、液圧を印加する。係合状態の牽引モジュール１０２に対するその取着によって静止したラム１２８に対し圧力を印加すると、ハウジング１０６は地堀駆動ビット１４０を前方上流へ移動させる。液圧流体が液圧ポート１４２へ同時印加され、収縮した上流牽引モジュール１０４を上流ハウジング部１１２へ前方移動させる。上流牽引モジュール１０４は、ハウジング１０６と同時に前進し、ビット１４０を地堀させ起動する。一旦下流牽引モジュール１０２が管状シリンダ１２６の上流端に達すると、それはその前進ストロークを完了して収縮させられる。同時に、上流牽引モジュール１０４はここで筒状シリンダ１２７の下流へのその移動を完了し、それはそのリセット位置にあってそのビット１４０の下方ストロークを開始する。牽引モジュール１０４はそこで伸長させ、試掘坑１２と係合させる。液圧ポート１３１を通り上流のラム１２９に対し液圧が印加されるため、推進システム１２０はビット１４０に対し下方へストローク動する。同時に、下流側牽引モジュール１０２を収縮させ、上流ポート１３２を介して液圧を印加することでリセットする。このサイクルがそこで反復され、推進システム１２０は一つの流体の動きにおいて下流へ連続的に移動し、掘削ビット１４０に下方圧力を供給する。各ストロークは、ハウジング部１０８，１１の長さに近いものである。
【０１３９】
液圧起動を逆転し、それによって推進システム１２０を試掘坑１２の上流へ移動できることは、言うまでもない。換言すれば、推進システム１２０は試掘坑１２内を前へ、下流へ、後方へ、上流へのいずれかに歩むことができる。また、推進システム１２０は液圧駆動すると説明してきたが、電力伝送導体４３が供給する電力でもってそれを電気的に作動させ得ることは、言うまでもない。
【０１４０】
推進システム１２０が２個の牽引モジュールについて説明してきたが、推進システム１２０は用途に応じて三つの連結動作モジュール等の追加の牽引モジュールを用いて構成し得ることは、言うまでもない。
【０１４１】
ウェスタン・ウェル・ツール（Ｗｅｓｔｅｒｎ  Ｗｅｌｌ  Ｔｏｏｌ）社は、自律推進掘削ビット用の液圧ラム及びシリンダ上に装着した伸縮可能な上流及び下流の填塞脚を有する牽引機を製造している。ウェスタン・ウェル・ツール社製牽引機は、１９９６年８月２２日出願の欧州特許出願ＵＳ９６／１３５７３号で、１９９７年３月６日発行の国際公開公報第９７／０８４１８号に記載されており、これをここに参照によって本願明細書に取り込むものとする。他の推進システムを、本発明の坑底組立体３０と共に使用するよう適用することができる。
【０１４２】
他種の牽引機には、カムコ・インターナショナル社（Ｃａｍｃｏ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，  Ｉｎｃ．）によるインチワーム（尺取り虫）で、ここに参照によって本願明細書に取り込む米国特許第５，３９４，９５１号と、ホンダ（Ｈｏｎｄａ）によるここに参照によって本願明細書に取り込む米国特許第５，６６２，０２０号が含まれる。また、ロボット式牽引機が、マーチン・マリエッタ・エネルギ・システムズ（Ｍａｒｔｉｎ  Ｍａｒｉｅｔｔａ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）社によリ生産されていて、それぞれここに参照によって本願明細書に取り込む米国特許第５，４９７，７０７号と第５，６０１，０２５号に開示されている。別の会社が、「螺旋（Ｈｅｌｉｘ）」と呼ぶ牽引機を製造している。アレキサンダー・ファワーン（Ａｌｅｘａｎｄｅｒ  Ｆｅｒｗｏｒｎ）とデボラ・ステイシィー（Ｄｅｂｏｒａｈ  Ｓｔａｃｅｙ）による「尺取り虫の機動性−安定で信頼でき廉価（Ｉｎｃｈｗｏｒｍ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ−Ｓｔａｂｌｅ，  Ｒｅｌｉａｂｌｅ  ａｎｄ  Ｉｎｅｘｐｅｎｓｉｖｅ）」や、オーストラリアの連邦科学産業研究機構（ＣＳＩＲＯ−ＵＴＳ）による「油田牽引機（Ｏｉｌ  Ｗｅｌｌ  Ｔｒａｃｔｏｒ）」や、フレデリック・シィースラー（Ｆｒｅｄｒｉｋ  Ｓｃｈｕｓｓｌｅｒ）による「偏向した水平坑井内で使用する坑井牽引機（Ｗｅｌｌ  Ｔｒａｃｔｏｒ  ｆｏｒ  Ｕｓｅ  ｉｎ  Ｄｅｖｉａｔｅｄ  ａｎｄ  Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ  Ｗｅｌｌｓ）」や、エル・ジェイ・ライシング（Ｌ．Ｊ．  Ｌｅｉｓｉｎｇ）とイー・シー・オニア（Ｅ．Ｃ．  Ｏｎｙｉａ）とエス・シー・タウンゼント（Ｓ．Ｃ．  Ｔｏｗｎｓｅｎｄ）とピー・アール・パズレイ（Ｐ．Ｒ．  Ｐａｓｌａｙ）とディー・エイ・シュタイン（Ｄ．Ａ．  Ｓｔｅｉｎ）による「巻回管掘削（推進機と等化器と牽引機）の到達範囲の拡張（Ｅｘｔｅｎｄｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｒｅａｃｈ  ｏｆ  Ｃｏｉｌｅｄ  Ｔｕｂｉｎｇ  Ｄｒｉｌｌｉｎｇ  （Ｔｈｒｕｓｔｅｒｓ，  Ｅｑｕａｌｉｚｅｒｓ  ａｎｄ  Ｔｒａｃｔｏｒｓ）」、１９９７年度ＳＰＥ論文３７６５６も参照されたく、全てはここに参照によって本願明細書に取り込むものとする。１９９４年１０月２５〜２７日にロンドンで開催の１９９４年度ＳＰＥ欧州石油会議（Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ）に提示されたＳＰＥ論文２８８７１「非常に偏向した水平方向石油牽引機（Ｗｅｌｌ  Ｔｒａｃｔｏｒｓ  ｆｏｒ  Ｈｉｇｈｌｙ  Ｄｅｖｉａｔｅｄ  ａｎｄ  Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ  Ｗｅｌｌｓ）」もまた、参照されたい。別のものは、起動力を地堀坑へ供給するのに試掘坑の壁を把持しない牽引機である。
【０１４３】
掘削システムの他の好適な実施形態は、どんな推進システムも利用せず、重力に依存するものである。この種のシステムは浅い坑井の掘削に使用でき、以下に説明する如き設計された複合巻回管及び坑底組立体を含めることができる。例えば坑底組立体の重量や複合巻回管の重量や巻回管用の坑外注入機（注入機ヘッド装置５１８）の力やこれらの手段の任意の組み合わせを含む様々な手段を、ビット上に重量を載置するのに用いることができる。
【０１４４】
ここで図１２を参照するに、試掘坑３０２を掘削する重力ベース掘削システム３００の好適な一実施形態が示してある。図１２に示す坑井はランドを母体とする坑井であり、そこでは試掘坑３０２は坑外１１から重力ベース掘削システム３００を用いて掘削する。試掘坑３０２は図１Ａに示したものに似た実質的に脇に逸れた試掘坑とならないよう図示してあるが、重力ベース掘削システム３００を用いて掘削する試掘坑を実質的に偏向した試掘坑とし得ることは言うまでもない。しかしながら、より垂直な試掘坑３０２とすればするほど、重力ベース掘削システム３００上の重力の恩恵は大きくなる。明らかに、高く逸れた試掘坑に比べ、ほぼ垂直な試掘坑内では重力はその最大となろう。重力の引力が大きなほど、重力ベース掘削システム３００は注入機ヘッド装置５１８や推進システムの使用等の他の起動手段の支援を用いることなく、より深く掘削できるようになる。本実施形態が開示した特定の試掘坑に限定されず、著しく偏向していない浅いも深いも様々な試掘坑を掘削するのに用いることができることは、言うまでもない。
【０１４５】
重力ベース掘削システム３００は、複合巻回管ストリング３２０の下端部に取り付けられて試掘坑３０２内に延出する坑底組立体３１０を含む。複合巻回管ストリング３２０を取り扱う巻回管システム１０は、図１Ａと図１Ｂについて説明してきた。他に記載した掘削システムとは識別される如く、重力ベース掘削システム３００は牽引機等の推進システムを含まない。
【０１４６】
複合巻回管３２０は、ほぼ複合巻回管３２０がほぼ中立的に浮力を受けず、複合巻回管の壁内に埋設した導体を含まない点を除き、先に説明した複合巻回管２０とほぼ同一である。複合巻回管３２０は好ましくは実質的に中立的に浮力を受けず、それによって複合巻回管の全重量がビットに作用する重量にかかるようにしてあるが、所定の環境下では複合巻回管３２０は一部制限された浮力を有するよう設計することもできる。深海探査坑井は一般にほぼ垂直であって、坑清掃問題を最小化することができる。例えば、水深は１０，０００フィートであり、それに泥水線下方に掘削した７，０００フィートの試掘坑が加わる。１０ポンド／ガロン内の掘削泥水の浮力重量は、ほぼ０．９７ポンド／フィートである。かくして、坑底組立体が詰まり、複合巻回管上に引っ張り力を配置して坑底組立体を取り外す場合、ほぼ１７，０００ポンドの懸架荷重が存在し、これは複合巻回管の３０，０００ポンドの引っ張り力のほぼ１／２に相当する。それ故、ビット上に載置する荷重は、複合巻回管上で引っ張る能力をもって平衡させる必要がある。かくして、複合巻回管はまさに浮力下で設計することとなろう。
【０１４７】
複合巻回管３２０はかくして「非導体」複合巻回管と呼ぶこともでき、それは管壁内にエネルギ及びデータ導体が一切埋設されていないからである。管３２０が連続する巻回管であることが好ましいが、複合管を継ぎ合わせ管とすることもできることは言うまでもない。ＡＭＦが出荷する如き一部複合管には、鋼製器具継手が含まれる。
【０１４８】
一例を挙げれば、重力ベース掘削システムは異なる寸法を有することもできる。一つのシステムには、３−１／８インチ坑底組立体３１０用の３．０６インチ複合巻回管３２０が含まれよう。別のシステムには、４−１／４インチの複合巻回管３２０や４−３／４インチＢＨＡ３１０が含まれよう。さらに別のシステムには、５−１／２インチの複合巻回管３２０や６−３／４インチＢＨＡ３１０が含まれよう。
【０１４９】
ここで図１３を参照するに、複合巻回管ストリング３２０の下端に３０４にて接続した坑底組立体３１０が図示してある。非導体管３２０は、ここに参照によって本願明細書に取り込む２０００年３月２４日出願の米国特許出願号第０９／５３４，６８５号に記載されたコネクタを用い、坑底組立体３１０に接続することができる。コネクタ３０４には、前述の脱着機８０等の脱着機構を含めることができる。坑底組立体３１０には、地堀モータ３１２の出力軸３０８に装着した掘削ビット３０６が含まれる。
【０１５０】
上側のモータ３１２と下側のコネクタ３０４には、１以上の一方向弁３１４，３１６が配置してある。逆止弁３１４，３１６は、地層流体と圧力が複合非導体管３２０内に進入し、坑外１１へ流れるのを阻止する。図１３に示した弁３１４，３１６の実施例は、それぞれ３２６，３２８にて蝶着したフラッパ３２２，３２４を含む。フラッパ３２２，３２４は、非導体管３２０の流体孔３３０を介して流体の下降流により下方へ付勢することができる。また、フラッパ３２２，３２４が、それぞれハウジング３３６上にあって坑底組立体３１０の一部として機能するストッパ３３２，３２４に対するフラッパ３２２，３２４の係合により逆流を阻止している。弁３１４，３１６は、ダーツ弁かポペット弁とすることもできる。
【０１５１】
地堀モータ３１２は、非導体管３２０と坑底組立体３１０を通って流れる掘削流体により動力を供給でき、標準的な容積式モータ或いはタービンとすることができる。地堀モータ３１２が、液圧駆動部や電気駆動部やタービンやベーン型モータやビット３０６に動力を与える他の地堀モータを含む一つの動力源或いは複合動力源により動力供給できることもまた、言うまでもない。坑底組立体３１０は、垂直坑井用の計器を備えないモータ３１２、すなわち坑外との通信を持たず計器を装備していないモータを含むだけとすることもできる。計器装備のないモータは計器を全く含んでおらず、その唯一の機能は単にビットを回転させるだけにある。
【０１５２】
一つの好適な重力ベース掘削システム３００には、非導体管３２０（管壁内に埋設した導体は皆無）と、計器を装備していない地堀モータ３１２と、弁３１４又は３１６等の逆止弁と、ビット３０６を含む。非導体管３２０は、非等方性であって弾性率が全ての軸中で同一ではなく直線でもない複合管を含む。盲管３２０は、好適な方法で渦巻き状に巻回したファイバの構成と接着剤やエポキシ内のファイバを用いたライナ周りの角度により設計してある。さもなくば、基本的な掘削システム３００には非動体複合巻回管３２０の流体孔を下って延びるエネルギ導体３４０を含ませることもできる。
【０１５３】
重力ベース掘削システム３００が坑外１１と坑底組立体３１０の間の通信用に遠隔計測を含もうと含まなくともよいことは、言うまでもない。基本的な実施形態では、重力ベース掘削システム３０２用に遠隔計測は一切設けていない。万が一遠隔計測手段が望ましい場合は、遠隔計測手段には泥水パルス遠隔計測や音響遠隔計測や電磁（ＥＭ）遠隔計測や流体柱遠隔計測や電気導体（Ｅライン）遠隔計測を含めることができる。
【０１５４】
例示目的に、図１３には坑外１１から非導体管３２０の流体孔３３０を通って下って延びる電線３４０を含めてある。電線３４０の下端部は、コネクタ３４２によりハウジング３３６の壁内の１以上の導管から延びる１以上の導線３４４，３４６に接続してある。導線３４４，３４６は、ビット３０６を回転させる電気モータ（図示せず）を有する地堀モータ３１２へ導管３４８を通って延びている。ＳＰＥ５４４６９、すなわち１９９９年５月２５，２６日開催のＳＰＥ／ＣｏＴＡ巻回管円卓会議の発表に向け準備されたターナー（Ｔｕｒｎｅｒ）とヘッド（Ｈｅａｄ）とユラティッヒ（Ｙｕｒａｔｉｃｈ）とキャメロン（Ｃａｍｅｒｏｎ）による、「全電化ＢＨＡ：知的巻回に向けた近年の開発−管掘削システム（Ｔｈｅ  Ａｌｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ＢＨＡ：  Ｒｅｃｅｎｔ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ  ｔｏｗａｒｄ  ａｎ  Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ  Ｃｏｉｌｅｄ−Ｔｕｂｉｎｇ  Ｄｒｉｌｌｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）」と、ＳＰＥ６８４４１、すなわち２００１年５月７，８日開催のＳＰＥ／ＣｏＴＡ巻回管円卓会議の発表に向け準備されたヘッド（Ｈｅａｄ）とユラティッヒ（Ｙｕｒａｔｉｃｈ）とハンソン（Ｈａｎｓｏｎ）による「電気巻回管掘削（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｉｌｅｄ  Ｔｕｂｉｎｇ  Ｄｒｉｌｌｉｎｇ（Ｅ−ＣＴＤ））」と、ＳＰＥ６８４８９、すなわち２００１年３月７，８日開催のＳＰＥ／ＣｏＴＡ巻回管円卓会議の発表に向けに準備されたターナー（Ｔｕｒｎｅｒ）とヘッド（Ｈｅａｄ）とユラティッヒ（Ｙｕｒａｔｉｃｈ）による「地堀掘削用新型直流モータ及びポンプ応用例（Ｎｅｗ  ＤＣ  Ｍｏｔｏｒ  ｆｏｒ  Ｄｏｗｎｈｏｌｅ  Ｄｒｉｌｌｉｎｇ  ａｎｄ  Ｐｕｍｐｉｎｇ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）」を参照されたい。米国特許第４，０３９，２３７号や第４，２２０，３８１号や第４．５５７，５３８号や第４，４９６，２０３号は掘削パイプを通して電気導体を延ばすことを開示しており、ここでは全てを参照によって本願明細書に取り込むものとする。
【０１５５】
電線３４４，３４６と導線３４０は、坑外１１とＢＨＡ３１０の間に双方向通信をもたらし、その一方でまた地堀モータ３１２に電力を供給する。重力ベース掘削システム３００について説明はしていないが、導線３４４，３４６を坑底組立体３１０の一部或いはその中に配置した後述する１以上の地堀センサに接続し得ることもまた、言うまでもない。好ましいものの必要ではないが、坑底組立体３１０は試掘坑３０２の底部で地堀圧力を計測する環状路圧力センサ等の地堀圧力センサを含めることができる。ＢＨＡ３１０には、前述の坑底組立体内に全てのセンサとアクチュエータを含めることができる。
【０１５６】
他の部品は、随意選択的である。一般に所定の基本的な地堀情報は、坑外へ伝送すべきである。例えば、坑井制御目的で環状路地堀圧力を知ることは好ましいことである。可操縦組立体は、必要ないかも知れない。好ましくは、坑底組立体はこの種のサブなしで掘削することも可能ではあるが、引っ張り／圧縮サブを含む。
【０１５７】
先に述べた坑底組立体３０から識別される如く、推進システムは存在しないので、ビット３０６上に荷重を載せるのに様々な手段を用いることもできる。一つの手段には、管３２０すなわち坑底組立体３１０に下方への力を印加する注入機５１８の使用が含まれる。注入機５１８が、管が非導体管（管壁に導体は一切埋設していない）か或いは導体管（１以上の導体が管壁に埋設してある）かどうかに関係なく管に力を及ぼすことができることは、言うまでもない。別の手段には、坑底組立体３１０に掘削カラーを付加することが含まれる。さらに別の手段は、複合巻回管３２０の重量を用いてビット３０６上に荷重を印加することが含まれる。他の起動手段を、試掘坑の掘削にビット３０６を支援するのに用いることもできる。この種の一つの手段には、坑底組立体３１０を振動させる振動器具が含まれる。さらに別の起動手段には、坑底組立体３１０の一部としての液圧推進機が含まれる。さらに別の起動手段には、坑底組立体３１０を通過する掘削流体の脈動を引き起こす坑外のポンプの循環が含まれる。坑外ポンプ速度を変化させることによって、ビット荷重の若干の増大を達成することが可能である。例えば、１分又は２分に亙り送液レートは５０乃至９０ガロン／分とすることができる。公称掘削流量は、一般に９０ｇｐｍである。送液レートのこの変化により、管の内径に圧力変化が生じる。より高い圧力では、管の外径は増大し、管の長さは減少する。長さが減少するにつれ、注入機は試掘坑に追加の管を前進させる。送液レートが減少すると、管の外径は減少し、管長は増加する。管長のこの増加は、ビット上に若干の増大荷重を付加する。さらに別の起動手段には、脈動を引き起こすオリフィス或いは渦流弁の使用が含まれる。この種の一つの脈動システムは、ロガランド（Ｒｏｇａｌａｎｄ）が販売している。さらに別の起動手段は、ベンチュリ器具である。
【０１５８】
動作時に、重力ベース掘削システム３００は、先に組み付けて試掘坑内に結合した構造或いは導体ケーシング３５０等を介して坑井内へ降下させる。坑底組立体３１０は、ケーシング３５０を介する重力により降下させられ、試掘坑３０２を掘削する。掘削流体は非導体管３２０の流体孔を下り、坑底組立体３１０を介して送液される。掘削流体の流れは弁３１４，３１６を開弁させ、液圧地堀モータの場合、翻って駆動軸３０８上のビット３０６を回転させる地堀モータ３１２を駆動する。掘削流体はビット３０６内のノズル（図示せず）を通過し、続いてビット３０６から坑外１１へ掘り屑を搬送する環状路３５２を上へ戻る。重力ベース掘削システム３００は、目標深度か又はケーシングの固定を必要とする深度のいずれかへ至る試掘坑３０２の掘削を継続する。
【０１５９】
ここで図１４を参照するに、特に海中坑井を掘削するよう設けられ、特に深海での掘削に適用する重力ベース掘削システム３５０の別の好適な実施形態が図示してある。掘削システム３５０は、プラットフォーム３５４のうちの３５２の床から延びる。プラットフォームは海底３５６から延びる固定されたプラットフォームとすることができるが、深海坑井では、プラットフォーム３５４を浮遊式プラットフォームとし、浮遊式掘削船上のプラットフォームとすることもできる。様々な制御器３５８が地堀坑にて信号を送受信するプラットフォーム３５４に配置してある。この種の制御は、従来公知である。噴出防止機と他の必要な安全制御機器３６０はまた坑井の掘削と完成に向けてプラットフォーム３５４上或いは海底３５６のいずれかに配置できることは、言うまでもない。重力ベース掘削システム３５０は、複合巻回管３８０の下端部に接続され、重力ベース掘削システム３５０により掘削する試掘坑３６２内に延びる坑底組立体３７０を含む。本実施形態が開示した特定の海中試掘坑に限定されないことは言うまでもなく、本発明が重力ベース掘削システムを用いることのできる任意の試掘坑と共に用い得ることは理解されたい。図１４には示していないが、図１Ａと図１Ｂに示した如き巻回管作業システムを掘削システム３５０と共に用いることができることは言うまでもない。例えば、複合巻回管３８０は、２０，０００フィートを超える複合巻回管の容量を有する自動巻き取りシステムから展開させることができる。
【０１６０】
図１２と図１３について開示し説明した掘削システム３００を図１４に示し、かつ基本的な重力ベース掘削システムとして説明することのできる海中坑井を掘削するのに用いることができることは、言うまでもない。しかしながら、深海の海中坑井の掘削において、図１４に示し説明したようなより洗練された掘削システムが好適であることは、言うまでもない。さらに、掘削システムを設計し、相当な深度の坑井及び／又は海中坑井用の坑井計画を具体的に指向する部品を含むことは、言うまでもない。
【０１６１】
複合巻回管３８０は、図１２と図１３について説明した如く管３２０等の非導体管か、図１２と図１３について説明した１以上の遠隔計測手段を備える非導線管３２０とすることができる。重力ベース掘削システム３５０用の遠隔計測手段は、好ましくは坑外の制御器３５８と坑底組立体３７０の間の直結を含む。坑外から坑底組立体３７０まで１以上の導体を延ばすのに、様々な手段を使用することができる。一つの手段は、坑外から坑底組立体３７０へ導線を延ばすものである。導線は、管３８０への取り付けを用いることなく、複合巻回管３８０の流体孔を通って延ばすだけかも知れない。流体孔内の導線は、管３８０の流体孔を通す器具の通過を妨げる。別の可能性（私がそうするかどうかは確かではないが、他の人がするかも知れない）は、導線を管外径上を走らせ、地堀側面入力サブを用いることである。この種の方法は最適ではなく、何故なら掘削流体は管３８０を通るか、環状路を通って流れ、かくして導体を絶えず洗うことになるからである。
【０１６２】
別の手段には、複合巻回管３８０の内壁か外壁に導体を取着することが含まれよう。例えば、導体は例えば接着剤や外被等により、複合巻回管３８０の内壁に固着することもできる。別の方法は、管３８０の外面に外被を配置し管３８０外部に導体を配置する等して、複合巻回管３８０の外面に導体を取着することを含めることができる。これらの方法は最適ではなく、何故なら導体が管３８０の内面或いは外面のいずれかからも分離されるからである。導体を管３８０に取り付けることのさらなる懸念は、管３８０とそこに取り付けた導体との間の弾性のあらゆる格差である。弾性率が異なる場合、そのときは一方は他方よりも大きな範囲に亙って伸長或いは収縮しやすく、かくして導体が管から分離してしまうことがある。
【０１６３】
管３８０が、特定の状況下では、複合巻回管ではなくコイル状金属管とすることもできる。導体用の金属巻回管及び金属導線の弾性はより類似するが、その一方で複合管と金属導体の間の弾性は、特に管を圧力下に置いたときには非常に異なるものとある。巻回管にかかる圧力を増すと、複合巻回管は短くなる傾向があり、その一方で金属導体が長くなる傾向がある。このことが、導体の上端部のケーブルヘッドをして鳥の巣状態とすることもある。管が導体よりも伸長する場合、キャプスタン効果を起こすことがある。
【０１６４】
上記の理由から、複合巻回管３８０が前述の複合巻回管２０とほぼ同一とすることが好ましい。かくして、図１４の重力ベース掘削システム３５０の説明目的に合わせ、複合巻回管３８０は複合巻回管２０について図３に説明したもの等の複数の導体を含むものと仮定しよう。導体４０は、複合巻回管の層を荷重担持層内に埋設してある。導体４０は、坑外から坑底組立体３７０への電力伝送用と遠隔計測すなわち坑外の制御センターと坑底組立体３７０内のデータ取得システムの間の双方向通信を提供する１以上の銅線を含もう。例えば、複合巻回管３８０を通って延びる６個の導体を設け、４個の導体を電力導体とし、２個の導体を坑外と坑底組立体３７０の間の通信を搬送し、それによって坑外へデータを実時間で伝送する高速リンクをもたらす導体とすることができる。
【０１６５】
ここで図１５を参照するに、坑底組立体３７０の拡大図が図示してある。坑底組立体３７０は、高度坑井構造システムを形成するディジタル的に制御された自動巻回管掘削システムを形成している。坑底組立体３７０に関して説明する部品は一つの好適な集合であり、またこの部品は坑井計画に応じて変化し異なる組み合わせを含むであろうことは、言うまでもない。下端部から始めるに、坑底組立体３７０は、ビット３７２と三次元摺動器具又は可操縦組立体３７４と定量型モータ等の地堀モータ３７６と地層比抵抗計測器具等の比抵抗器具３７８と電気切断機３８２と合焦ガンマ線センサ３８４と方向センサ３８６と引っ張り／圧縮サブ３９０と圧力／温度サブ３９２と循環サブ３９４とケーシングカラー位置検出器３９８とボール降下切断機４００と電圧変換器サブ４０２とビット荷重すなわち起動手段４０４を含む。循環サブ３９４は電子的に作動し、環状路へのポートを採用しており、高循環率が掘り屑を移送し、紛失した循環材料は坑底組立体３７０を閉塞する危険なしで送液できるようにしてある。しかしながら、垂直試掘坑が多くなるほど、循環サブ３９４に対する必要性は少なくなる。引っ張り／圧縮センサ３９０は、坑底組立体３１０に一体化してもある。引っ張り力センサ３９０は、起動手段４０４がビット３７２に対し印加した力を計測する。深海掘削では、検層センサもまた坑底組立体３７０内に含めることができる。しかしながら、試掘坑を掘削した後で検層を実行できることも、言うまでもない。
【０１６６】
高価値坑井は地堀圧力センサが必要であるが、浅い坑井は地堀圧力センサは必要なかろう。深海では、地堀圧力計測値が好ましい。この種のセンサは必須ではないが、地堀圧力センサを坑底組立体３７０に含むことは非常に好ましいことである。圧力／温度サブ３９２は、実時間水力学解析をもたらす環状路圧力センサと差圧センサを含む。環状路圧力センサは、掘削モードや掛け外しモードや循環モードや静的モードを含む動作モード期間中に坑底圧力計測値を供給する。これらの実時間計測値は等価循環密度（ＥＣＤ；ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ  ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ  ｄｅｎｓｉｔｙ）監視と、掛け外し期間中の過度のスワブ作業サージ圧力の防止と、坑清掃の最適化に用いることができる。加えて、圧力計測値は漏洩試験や掘削期間中の流入／跳ね返りの検出や掘削業務の最適化に用いることができる。実時間の掘削中地堀圧力は、オペレータにとって極めて貴重である。
【０１６７】
実時間遠隔計測が好ましいが、それは不可欠ではなく、泥水パルス遠隔計測等の前述の他の遠隔計測手段を用い、地堀圧力を坑外へ伝送し得ることは、言うまでもない。良好な遠隔計測は、特に坑井制御にとって重要である。泥水パルス遠隔計測は、地堀坑流体循環が停止したり、泥水パルス遠隔計測の作動にとって余りに緩慢な流量であるときにはそれを使用できない点において、制約を有する。電磁遠隔計測では、信号は大地を介して送信される。しかしながら、高周波信号は大地を良好に通過するものの、それらは水中は通過しない。かくして、電磁遠隔計測は深度と地層種別により制限され、特に地層の比抵抗に依存することになる。信号の送信を持続するのにパイプ沿いに距離を置いた中継器を用いることもできるが、これらの中継器はパイプ内にある。
【０１６８】
本掘削システム３７０により、複合巻回管３８０内の埋設導体を介する実時間坑データの伝送が可能となる。実時間坑底データにより、オペレータは複雑な遠隔土壌操縦を遂行できるようになる。掘削者は、ポンプ圧力等の実時間データ変数を観察することができ、掘削流体システムや弁や流体流量を監視することができる。流れ計測は、坑井制御にとって特に重要である。加えて、比抵抗器具３７８と合焦ガンマ線センサ３８６と上部及び下部引っ張り／圧縮サブ３８８，３９０と方向センサとケーシングカラー位置検出器３９８が、オペレータに対し実時間掘削情報を供給する。下部引っ張り／圧縮サブ３９０はビット荷重を正確に計測し、精度をもってビット作用力を制御する。坑外の注入機５１８は、上部引っ張り／圧縮サブ３９６からのデータにより直接制御することができる。注入機５１８は、好ましくは１００キップのブロック把持機構である。
【０１６９】
図１４に示した重力ベース掘削システム３５０は、特に細坑の掘削に適用可能である。細坑掘削には通常、６〜１／２インチ未満の径を有する試掘坑の掘削が含まれる。細坑試掘坑の掘削には、精密な掘削が要求される。
【０１７０】
重力ベース掘削システム３５０は、浮遊掘削船等の浮遊式掘削プラットフォーム３５４から掘削するときに特に好都合である。掘削システム３５０は、従来の掘削システムよりも非常に小さいものである。さらに、浮遊プラットフォームや船からのコイル状金属管の使用は実用的ではなく、何故なら金属パイプは浮遊船やプラットフォームが波打つ際に疲労するからである。複合巻回管は好都合であるが、それはそれが大いに疲労耐久性があるからである。
【０１７１】
重力ベース掘削システム３５０は、海中フロア３５６とプラットフォーム３５２から延びる高圧竪管を通過させることができる。従来の低圧竪管を用いることもできるが、経済性が劣ることは言うまでもない。開放水掘削が可能な箇所では、泥水線と坑外の間に竪管は不要である。
【０１７２】
重力ベース掘削システム３５０を用いる経済的な倹約は、水深が大きくかつ／又は坑井が深いほど大きなものとなる。坑井深度については、単一径坑井孔を達成する場合、重力ベース掘削システム３５０を用いて坑井を掘削することのできる深度は坑井の水力学によって制限されるだけである。
【０１７３】
ここで図１６を参照するに、掘削システムは推進システム又は牽引機を含ませ、試掘坑の初期部分を重力を用いて掘削し、試掘坑の下部を推進システムを用いて掘削することは同様に言うまでもない。坑底組立体４１０は、高度坑井構造システムを形成するディジタル的に制御される自動巻回管掘削システムを形成していて、深海開発掘削に特に適している。下端部から始めるに、坑底組立体４１０はビット４１２と三次元操縦器具すなわち可操縦組立体４１４とビット近傍姿勢４１６と定量型モータ等の地堀モータ４１８を含む。この組立体４１０は、四角合焦ガンマ線センサ４２０と地層比抵抗計測器具４２２と方向センサ４２４を有する土壌操縦部もまた含む。この組立体４１０はそこで、音響測径器具４２６と補償型熱中性子器具４２８と方位角密度器具４３０と高次モード音響（ＢＡＴ）音波器具４３２を有する地層評価部を含む。この組立体は、地層試験器４３４と磁気共鳴映像（ＭＲＩ）掘削中検層（ＬＷＤ）器具４３６を有する流体評価部を含む。この組立体は、ここでは下部電気循環サブ４３８とビット荷重（ＷＯＢ）サブ４４０と掘削中圧力サブ４４２を有する掘削原動部を含む。この組立体は、ここでは牽引機４４４付きの推進部を有する。この組立体は、上部電気循環サブ４４６と引っ張り／圧縮サブ４４８と管理サブ４５０とボール降下切断機４５２を有する介在部を含む。組立体４１０の上端部は、導体複合巻回管４５４の下端部に接続してある。坑底組立体４１０について説明した部品が一つの好適な部品群であり、この部品が坑井計画に応じて変化し異なる組み合わせを含むであろうことは、言うまでもない。坑底組立体には、電気切断機や圧力／温度サブやケーシングカラー位置検出器や電圧変換器サブも含めることができる。
【０１７４】
坑底組立体４１０の構成要素は、様々な機能に役立つ。ビット近傍姿勢センサ４１６は、傾斜と方位角を計測する。四角合焦ガンマ線センサ４２０は、試掘坑合焦ガンマ線検出器である。地層比抵抗計測器具４２２は、比抵抗配列の計測を実行する。方向センサ４２４には、器具面の傾斜と方位角の測定に用いる３個の加速度計と磁力計とが含まれる。センサ４２６はビット近傍傾斜及び方位角を供給し、センサ４２４は明確な調査計測値を供給する。音響測径器具４２６は、試掘坑の直径を計測し、音響波をパルス出力し、それが試掘坑壁で跳ね返った後にそこでその音響波を検出する３個の音響変換器を有する。補償された熱中性子器具４２８は、地層の有孔率を割り出す中性子有孔率器具である。方位角密度器具４３０は、地層の塊密度すなわちｇ／ｃｃを計測する。複峰音響（ＢＡＴ；ｂｉ−ｍｏｄａｌ  ａｃｏｕｓｔｉｃ）音器具４３２は、地層中の音響伝送時間を計測するとともに多孔率も計測する音響器具である。それは地震データを用いて較正するが、このデータは時間を基準としていて、過渡時間は深度と統合し、時間深度変換を達成できるようにしてある。それは、岩盤強度の算出にも用いられる。掘削中の磁気共鳴映像（ＭＲＩ）掘削中検層（ＬＷＤ）器具４３６は、流体を見て浸透性を計測する。それは、流体と地層中の流体含有率を決める。それは、移動可能な炭化水素やガスや油や水、すなわち坑井内の残留油やガスや水の量を決める。掘削中圧力サブ４４２には、掘削中の圧力と坑底組立体周囲の試掘坑内の圧力と坑底組立体内の圧力を計測する圧力センサと温度センサが含まれる。サブ４４２は、坑外へ実時間で圧力計測値を送信する。管理サブ４５０は地堀マスターコントローラであり、坑底組立体内のセンサから全てのデータを取得し、続いてそのデータを坑外に送信する地堀ＣＰＵとして機能する。ビット荷重（ＷＯＢ）サブ４４０と引っ張り／圧縮サブ４４８は同様の計測値をとる。サブ４４８は作業ストリング上の引っ張り力を計測し、ＷＯＢサブ４４０がビット上に配置した重量を計測する。ビット荷重は負の力として計測し、その一方で引っ張り力は正の力として計測する。
【０１７５】
ここで可操縦組立体１２４の好適な実施形態を例示する図８Ａ乃至図８Ｅを参照するに、可操縦組立体１２４の一実施形態は、継手接続により本体に接続した鼻部を有する本体で、鼻部がビットに作動的に接続してある本体を含む。アクチュエータが本体に可動装着してあり、鼻部に係合して継手接続において本体に対し鼻部を移動させ、継手接続において鼻部軸を本体軸に対し変更する。アクチュエータは、ビットの第１の掘削方向を形成する本体の軸に対する鼻部の軸を変更する第１の位置と、第２の掘削方向を形成する本体の軸に対する鼻部の軸を変更する第２の位置を有する。アクチュエータは、ビットが試掘坑内にある間に第１の位置から第２の位置へ鼻部の軸を変更し、組立体が掘削している間にその位置を変更する。本実施形態は、ここでは本願明細書に参照によって取り込む１９９９年１２月２０日出願の米国特許出願第０９／４６７，５８８号に詳しく記載されている。
【０１７６】
牽引モジュールが反動トルクに起因するビット回転とは逆方向に若干回転させることは可能である。地堀巻回管推進システム１２０は、自動的に推進システム１２０を対抗回転させて屈曲角度を正確な方向に維持させ、試掘坑の正確な方向の歴程が維持されるようにする一体型対抗回転装置が含まれよう。
【０１７７】
地堀巻回管推進システム１２０は、一体型のＷＯＢ／ＴＯＢ（ビット荷重及びビットトルク）センサを含む。このセンサは坑外コンピュータへ情報を提供し、このコンピュータがデータを処理し続いて推進システム１２０へ指示を発し、これによりビットの毎分回転速度とビット上の印加重量を修正して掘進率（ＲＯＰ；ｒａｔｅ  ｏｆ  ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ）を最適化し、ビットの跳ね返りとビットの球状化を低減する。流量と流体圧力は、ＲＯＰを改善すべく修正することもできる。
【０１７８】
動作時に、推進システム１２０は一姿勢を維持し、これにより可操縦組立体１２４の起動時にビット１４０に既知の傾向が存在するようにしてある。
【０１７９】
この地層データはそこで導体４０を介して電子機器部１８１から坑外に伝送され、坑外においてデータを制御器２１により処理し、坑底組立体３０を直に囲繞する地層特性を識別する。ビットにおける比抵抗計測値とガンマと傾向の組み合わせが、坑外からの採算区域の操縦を容易にする。
【０１８０】
ハリバートン（Ｈａｌｌｉｂｕｒｔｏｎ）やシュルンベルジェ（Ｓｃｈｌｕｍｂｅｒｇｅｒ）やドレッサー・スペリー社（Ｄｒｅｓｓｅｒ  Ｓｐｅｒｒｙ，  Ｉｎｃ．）やベーカー・ヒューズ（Ｂａｋｅｒ  Ｈｕｇｈｅｓ）を含む幾つかの会社が、比抵抗器具を製造している。比抵抗器具はまた、ここに参照によって本願明細書に取り込む米国特許第５，３１８，１３８号に記載されている。
【０１８１】
比抵抗器具１２１と三軸加速度計からの比抵抗計測値は、土壌操縦すなわち坑井路の採算区域操縦について主要な計測値である。これらの計測値は坑外で処理され、ビット１４０の適正な掘削方向を保証し、必要に応じて可操縦組立体１２４により坑井路の方向を修正する。
【０１８２】
比抵抗器具１２１は坑底組立体３０に含めて図示してきたが、比抵抗器具が本発明の掘削システム１０の動作に必要でないことは言うまでもない。さらに、本発明掘削システム１０はしばしば既存の坑井において使用するので、既存の坑井は先にマップ作成しておくとともに迂回した炭化水素区域を先に割り出しておき、比抵抗や他の採算区域操縦センサの使用を介するそれらの場所を必要とすることなく、迂回炭化水素への幾何学的な坑井路を用いて坑井計画が設計できるようにしておく。
【０１８３】
動作時に、坑底組立体３０はビット１４０と地堀巻回管推進システム１２０と可操縦組立体１２４と比抵抗器具１２１と電子機器部１８１と変速機１００と動力部９０を含めて組み立ててある。坑底組立体３０はそこで、複合巻回管２０の下端へ、脱着器具８０の先端へ接続される。坑底組立体３０は、複合巻回管２０上の試掘坑１２内に降下させる。坑井内に複合巻回管２０を配備する一つの好適な方法では、先ず１０，０００本の所定長さの複合巻回管２０を配備し、続いてコネクタ５０が互いに接続する個別１，０００フィートの長さを配備する。掘削流体は、複合巻回管２０の流体孔４６を流れ下り、動力部９０を通り、推進システム１２０を通る流体孔１１４と、ビット１４０を通って流れ、環状路８２を戻って坑外に至る。動力部９０が地堀定量型モータかタービンか他の液圧モータである場合、掘削流体はステータ内のロータを回転させ、出力軸１１６をして推進システム１２０を通って延出させ、ビット１４０を作動的に回転させる。複合巻回管２０内の電気導管４１は電子機器部と全ての地堀センサへ電力を供給し、動力部９０が電動機であるときは電力部９０へ給電するのに用いられる。
【０１８４】
方向性掘削の追加情報については、米国特許第５，３３２，０４８号や、１９９３年１月１９日国際ＭＷＤ協会発刊、Ｄ．Ｒ．スキナー（Ｄ．Ｒ．  Ｓｋｉｎｎｅｒ）著、「最新ＭＷＤ技術」、第１巻、第２章及び第３章の石油採掘序説や、１９９３年４月／７月発行の油田レビュー、「ビットにおいての計測（Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  ａｔ  ｔｈｅ  Ｂｉｔ）：新型ＭＬＷＤ器具（Ａ  Ｎｅｗ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ＭＬＷＤ  Ｔｏｏｌｓ）」や、アナドリル・シュルンベルジェ（Ａｎａｄｒｉｌｌ  Ｓｃｈｌｕｍｂｅｒｇｅｒ）による１９９１年版、「アナドリル方向性掘削人、貴方のより手の届く範囲内にある器具及び技術（Ａｎａｄｒｉｌｌ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  Ｄｒｉｌｌｉｎｇ  Ｐｅｏｐｌｅ，  Ｔｏｏｌｓ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｐｕｔ  Ｍｏｒｅ  Ｗｉｔｈｉｎ  Ｙｏｕｒ  Ｒｅａｃｈ）」や、Ｊ．Ｓ．ウィリアムソン（Ｊ．Ｓ．  Ｗｉｌｌｉａｍｓｏｎ）及びＡ．ルビンスキー（Ａ．  Ｌｕｂｉｎｓｋｉ）による１９８６年版ＩＡＤＣ／ＳＰＥ１４７６４「坑底組立体の性能予測（Ｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇ  Ｂｏｔｔｏｍ  ｈｏｌｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）」や、ベーカー・ヒューズ・インテック（Ｂａｋｅｒ  Ｈｕｇｈｅｓ  Ｉｎｔｅｑ）による１９９４年版「ナビゲータ用技術データシート（Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄａｔａ  Ｓｈｅｅｔ  ｆｏｒ  Ｎａｖｉｇａｔｏｒ）」や、アナドリル・シュルンベルジェ（Ａｎａｄｒｉｌｌ  Ｓｃｈｌｕｍｂｅｒｇｅｒ）による１９９５年版「地下革命、一体型掘削の評価及び記録（Ａｎ  Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ  Ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎ，  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｄｒｉｌｌｉｎｇ  Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｌｏｇｇｉｎｇ）」（１９９５）や、アナドリル・シュルンベルジェ（Ａｎａｄｒｉｌｌ  Ｓｃｈｌｕｍｂｅｒｇｅｒ）による「理想的坑井サイト情報システム（Ｉｄｅａｌ  Ｗｅｌｌｓｉｔｅ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）」や、フランク・ハーン（Ｆｒａｎｋ  Ｈｅａｒｎ）とジョン・ヒッキー（Ｊｏｈｎ  Ｈｉｃｋｅｙ）とポール・シートン（Ｐａｕｌ  Ｓｅａｔｏｎ）とル・シャール（Ｌｅｓ  Ｓｈａｌｅ）による１９９６年版「ナビゲータセールス姿勢マニュアル（Ｔｈｅ  Ｎａｖｉｇａｔｏｒ  Ｓａｌｅｓ  Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ  Ｍａｎｕａｌ）」や、ベーカー・ヒューズ（Ｂａｋｅｒ  Ｈｕｇｈｅｓ）による「ナビゲータ・リザーバ・ナビゲーション・サービス（Ｎａｖｉｇａｔｏｒ  Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓｅｒｖｉｃｅ）」を参照されたく、ここに全てを参照によって本願明細書に取り込むものとする。
【０１８５】
推進システム１２０はビット１４０を地層中に推進し、新規の試掘坑１２を掘削する。浸透或いは給送レートは、坑外から制御する。坑底組立体３０の唯一の回転部分が、出力軸１１６とビット１４０である。複合巻回管２０と坑底組立体３０の残余部分は、試掘坑１２内で回転しない。かくして、本発明の掘削システム１０は、複合巻回管２０が掘削目的に決して回転しない点において、摺動モードにおいて動作するだけとなる。三軸加速度計と比抵抗器具１２１が、ビット１４０の姿勢と方向と位置及び地層中の収益区域に対する試掘坑１２近傍を坑外のオペレータへ供給する。推進システム１２０はそこで可操縦組立体１２４により統合され、方向センサと収益区域センサからのデータに応答してビット１４０に適切に指示を与える。坑底組立体３０が坑外の制御器２１内のマイクロコントローラ回路等の制御回路により制御できることは、言うまでもない。この回路が複合巻回管２０の壁内の導体４２を介して地堀信号及びデータを受信し、これらの信号とデータを分析し、そこで導体４２を介して坑下方へ指示を送信し、地堀作業に指示を与える。例えば、米国特許第５，７１３，４２２と第５，８４２，１４９号を参照されたく、両方ともここでは参照によって本願明細書に取り込むものとする。また、例えば米国特許出願第０９／５９９，３４３号と第０９／４６７，５８８号と、「バーストＱＡＭ地堀遠隔計測システム（Ｂｕｒｓｔ  ＱＡＭ  Ｄｏｗｎｈｏｌｅ  Ｔｅｌｅｍｅｔｒｙ  Ｓｙｓｔｅｍ）」と題する２００１年１２月７日出願の米国特許出願第１０／０１７，１７６号を参照されたく、双方ともここに参照によって本願明細書に取り込むものである。
【０１８６】
再度図４を参照するに、ジェットサブがコネクタ５０の端部５６，５８間に配置してある。循環サブは、ここで本願明細書に参照によって取り込む１９９９年８月２０日出願の米国特許出願第０９／３７７，９８２号（現米国特許第６，３４９，７６３号）に図示し、説明されている。装置及び方法は、掘り屑の撤去支援に用いることができる。「掘り屑撤去方法及び装置（Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｒｅｍｏｖｉｎｇ  Ｃｕｔｔｉｎｇｓ）」と題する２００２年８月２８日出願の米国特許出願第１０／２２９，９６４号と、「偏向坑井孔からの掘り屑撤去方法及び装置（Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｒｅｍｏｖｉｎｇ  Ｃｕｔｔｉｎｇｓ  ｆｒｏｍ  ａ  Ｄｅｖｉａｔｅｄ  Ｗｅｌｌｂｏｒｅ）」と題する２００２年１０月４日出願の米国特許出願第６０／４１６，０２０号（弁護士ファイル第１３９１−２８４００号）を参照たれたく、双方ともここに参照によって本願明細書に取り込むものとする。
【０１８７】
本発明の掘削システムは、海中の坑井の最初の試掘坑を穿設するのに用いることができる。「開口掘削用の方法及び装置（Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｏｐｅｎ  Ｈｏｌｅ  Ｄｒｉｌｌｉｎｇ）」と題する２００２年１０月４日出願の米国特許出願第１０／２６５，０２８号（弁護士事務処理番号第１３９１−３５０００号）と、「竪管を用いない掘削のための方法及び装置（Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｒｉｓｅｒｌｅｓｓ  Ｄｒｉｌｌｉｎｇ）」と題する２００２年１０月４日出願の米国特許出願第１０／２６４，５４９号（弁護士事務処理番号第１３９１−３５１００号）を参照されたく、双方ともここに参照によって本願明細書に取り込むものとする。
【０１８８】
坑底組立体３０はただ一つの地堀巻回管推進システム１２０をもって説明してきたが、坑底組立体に複数の地堀巻回管推進システム１２０を含めることができ、追加の力をビット１４０の推進用に供給するタンデム機等の２以上の地堀巻回管推進システムで構成することもできることは、言うまでもない。この種の地堀巻回管推進システムは、用途に応じて２以上の牽引モジュールを含めることもできる。
【０１８９】
さらに、坑底組立体３０を掘削での用途にのみ関与させる必要はなく、実際のところ坑井内での他の作業を遂行する他の坑井器具とし得ることは、言うまでもない。この種の坑井器具には、坑井介入器具や坑井刺激器具や検層器具や密度設計器具や穿孔器具や粉砕機が含まれる。
【０１９０】
例えば、坑底組立体には深度修正アルゴリズムを実証する掘削システム内ケーシングカラー位置検出器を含めることができる。ケーシングカラー位置検出器は、ケーシングを計数することが可能である。坑井内にあるケーシングの記録は、そこで非常に正確な長さ計測値を提供するのに用いる。かくして、ケーシングカラー位置検出器を先ず巻回管の伸長を修正する深度アルゴリズムの検証に用いる。ケーシングカラー位置検出器は、一旦ライナを固定すると穿孔用に用いることもできる。一旦ライナを固定すると、ケーシングカラー位置検出器はライナー内の透孔の正確な配置に用いられる。この同じ組立体が、その前面の穿孔銃と共に用いられよう。坑底組立体の他の部品は、坑底組立体の前面に突き出して懸架した穿孔銃を備える圧力計測サブや張力サブ等として用いられよう。ケーシングカラー位置検出器により、ライナ内に穿孔銃を非常に正確に配置できるようになる。そこで、電気信号が穿孔銃の点火に用いられよう。ケーシングカラー位置検出器の一例とその使用方法が、「磁気駆動坑井器具（Ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ  Ａｃｔｉｖａｔｅｄ  Ｗｅｌｌ  Ｔｏｏｌ）」と題する１９９９年４月５日出願の米国特許出願第第０９／２８６，３６２号と２００２年４月１２日出願の米国特許出願第１０／１２１，３９９号に含まれており、双方ともここに参照によって本願明細書に取り込むものとする。
【０１９１】
複合巻回管２０は、大量の引っ張り力と圧縮力に耐える必要はない。掘削流体が流体孔４６を流れ落ち、環状路８２を上昇する際に、掘削流体は複合巻回管２０に浮力をもたらし、それによって複合巻回管２０にかかる引っ張り力と圧縮力を軽減する。さらに、複合巻回管２０は試掘坑内で回転しないため、複合巻回管２０は坑底組立体３０からのあらゆる反動トルクからも隔絶される。
【０１９２】
複合巻回管２０はまた、掘削中の最大の異常状態に耐える十分な引っ張り力及び圧縮力強度を有する。例えば、坑底組立体３０が坑井内で詰まった場合、複合巻回管２０は大半の状況で坑底組立体３０を引っ込める十分な引っ張り強度を有する。さらに、坑底組立体３０を採掘坑井へ組み入れた場合、流体静力学又は地層圧力の結果として圧縮負荷を印加する採掘坑井の圧力に抗して複合巻回管２０を稼働させることができる。このことは、採掘を改善するよう再刺激する作業坑井内で時々発生する。複合巻回管２０は掘削流体からの内圧を有し、適切な圧壊強度だけでなく外部坑井圧力もまた平衡させる。
【０１９３】
電子機器部１８１に使用する電子機器は、従来の坑底組立体の電子部品に比べ安価である。かくして、たとえ電子機器が高温が原因で時間の経過とともに劣化したとしても、坑井から坑底組立体３０を回収し、電子機器部１８１内の電子基板を交換して修理することができる。
【０１９４】
様々な種のデータを、複合巻回管２０内の導体４０を利用して坑外へ伝送することができる。坑外へ伝送できる一部データ種には、傾斜、方位角、ジャイロスコープ探査データ、比抵抗計測値、地堀温度、地堀圧力、流量、動力部の毎分回転速度、ガンマ線計測値、流体識別、地層標本、及び圧力、衝撃、振動、ビット荷重、ビットトルク、他のセンサデータが含まれる。坑底組立体は、例えば試掘坑１２の環状路８２内の圧力を検出する圧力計測サブ６６４を含む。
【０１９５】
坑外へのデータ伝送手段の好適な実施形態が、２０００年６月２２日出願の米国特許出願第０９／５９９，３４３号と１９９９年１２月２０日出願の米国特許出願第０９／４６７，５８８号に示されており、ここに双方を参照によって本願明細書に取り込むものとする。データ伝送導体４２により大量のデータ伝送が可能となり、これらのデータは坑外の強力なコンピュータにより処理することができる。坑外でデータ処理することで、坑底組立体３０は非常により廉価となり、非常により効率的となる。坑外への高データ伝送レートを有する能力により、大半の従来技術坑底組立体の撤廃が可能である。泥水柱を介するデータのパルス伝送が撤廃されるので、それは坑外へのデータ伝送の信頼性を高めもする。
【０１９６】
坑底組立体３０の最頂部の器具は、導線式電気器具である。これらは非掘削導線式器具技術であり、電圧変換器の使用を可能にする。器具は、トランスへ１，０００ボルトで０．３アンペア又は３ミリアンペアを給送する。坑底組立体は、実際に３０ボルトで３アンペアの電流を使用する。トランスは、１，０００ボルト３ミリアンペアを３０ボルト３アンペアへ変圧する。地堀坑電池はより大量の電力を給電するが、それは電池が高電流デバイスであるからである。しかしながら、それはこの電力を非常に短い期間に亙って供給するに過ぎない。坑底組立体は、高電力作動システムではない。坑底組立体は、他の地堀タービン駆動坑底組立体と同じ電力範囲にある。
【０１９７】
複合巻回管２０の導電体４１は、このように地堀坑をより多くの電力が伝送できるようにする。導体４１は、坑底組立体３０まで下る３アンペアの電流を得ることができる。このように、導体４１は３アンペアの電流と１，０００ボルトの電気を得ることができる。この電源はまた、電池電源が供給する典型的な電力サージに代りより一定となる。これにより、比抵抗計測は地層内のより深くへ達することができるようになる。さらに、交流発電機や電池部分は坑底組立体内ではもはや必要とされない。坑外からのより大きい電力を用いて電流を地層内に伝え、比抵抗器具１２１により比抵抗計測値を改善することもできる。
【０１９８】
複合巻回管２０と推進システム１２０が様々な坑井装置の坑井内への搬入に用い、坑井の掘削と仕上と掘削の期間中に他の用途を有する坑底組立体と共に使用できることは、言うまでもない。複合巻回管２０と推進システム１２０は、掘削期間中に試掘坑内外を移動するのに、電動機、タービン、ベーン、又は定量型掘削モータや空間内の三次元位置を計測する様々な種のセンサ等の坑井装置、ビット、又はジェット等の地層変位部材や測径検層（音波式或いは機械式）やホイップストック等のキックオフ装置やケーシング粉砕機、ケーシング出口システム（化学的或いは起爆性）又は掘削に用いる地堀器具等として用いることができる。複合巻回管２０と推進システム１２０は、ガンマ線、比抵抗、磁気共鳴（ＭＲＩ）、音波、中性子密度、温度、圧力、地層圧力、又は他の地堀パラメータ等の様々な掘削性能センサと共に用いることもできる。複合巻回管２０と推進システム１２０はさらに、ビット荷重、ビットトルク、掘進率、パイプ圧力、環状路圧力、衝撃及び振動、モータの毎分回転速度、モータにかかる差圧、又は他の性能パラメータ等の掘削性能センサと共に用いることができる。モータ内部或いは上部の固定湾曲部、配向器付きモータ内部或いは上部の固定湾曲部、可調整配向器付きモータの内部或いは上部の可調整屈曲サブ、三次元以下の可操縦システム、１以上の逆流阻止弁、循環サブ、高速隔離サブ、ケーシングカラー位置検出器、電池、電動タービン、電子機器、安定機、又は坑底組立体を操縦するのに用いる他の装置等の様々な操縦装置を、複合巻回管２０と推進システム１２０と共に使用することができる。複合巻回管２０及び推進システム１２０は、地堀ポンプ、裸坑填塞機、ケーシングに収容した坑填塞機、砂土スクリーン、圧力制御地堀弁、透孔付きライナ、透孔銃、又は坑井の生成に用いる他の装置等の採掘機器と共に用いることもできる。複合巻回管２０と推進システム１２０はさらに、改修機器やケーシング泥落とし機、噴流掃除器具、酸や他の坑井処置流体システム、区域処置流体システム、又は改修或いは坑井処置用の他の装置等の地層処置用に用いることができる。複合巻回管２０と推進システム１２０は、例えば坑井調整器具、坑井刺激器具、密度設計器具、又は検層器具の搬送に用いることもできる。坑井サービス及び保守管理器具の上記リストは、例示を意図したものであって、全てを包含することを意図したものではない。
【０１９９】
新規試掘坑の製造ストリングとして複合巻回管２０を用いることが可能である。複合巻回管２０は、外部ケーシング填塞機へ結び付けたり、ケーシング出口点で封止し坑外へ延ばすこともできる。
【０２００】
本発明は、試掘坑内にケーシングを実装するのに用いることができる。この方法では、推進システムは使い捨てとすることもできる。「試掘坑内にケーシングを組み込む装置及び方法（Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｉｎｓｔａｌｌｉｎｇ  Ｃａｓｉｎｇ  ｉｎ  ａ  Ｂｏｒｅｈｏｌｅ）」と題する２００２年１０月１日出願の米国特許出願第１０／２６２，１３６号（弁護士事務処理番号第１３９１−２８５００号）を参照されたく、ここではこれを参照によって本願明細書に取り込むものとする。
【０２０１】
坑底組立体３０を用いることで掘削システム１０を試掘坑１２内へ送り込み、試掘坑１２から素早く撤去させることができる。本発明の掘削システム１０の一つの目的は、それらの制限された製造寿命が故に迂回地層を素早くかつ経済的に生成することにある。
【０２０２】
坑井を穿孔するのに複合巻回管２０を用いることができることは、言うまでもない。例えば、坑底組立体３０を坑井１２から撤去し、坑井をケーシングで囲った後、透孔継手を複合巻回管２０の地堀端に取り付け、新たな試掘坑１２内に下方給送することができる。透孔継手は、そこで採掘用試掘坑１２を穿設すべく爆発させることができる。複合巻回管２０は、そこで採掘管として用いることができる。複合巻回管２０の下流端で、スクリーンを稼働させることもできる。
【０２０３】
本発明の坑底組立体の別の応用は、掘削中の試験である。坑底組立体は、坑井内に降下させ、試験対象地層に隣接配置する。坑底組立体上の上部及び下部牽引モジュールは、ケーシングに収容した試掘坑内の採掘区域を隔離するのに用いられる。続いてデータを、概ね地層圧力の試験用に収集し処理する。しばしば、坑外からの検索用に標本を収集する。坑底組立体は、極めて苛酷な掘削環境に耐えるよう格別頑丈でなければならない。
【０２０４】
本発明の地堀巻回管推進システムには、他の応用分野も含まれよう。これらには、例えば従来の記録器具の搬送及びケーシングの引っ張り又は試掘坑内へのストリングの仕上が含まれる。
【０２０５】
他の用途には、坑井を採掘管内でワックス塗布するか研磨した箇所の被加工物を清掃するための掘削組立体の使用が含まれる。掘削システムは、包含する坑底組立体と共に坑井内に挿入される。モータと圧力器具は、坑底組立体の端部に配置し、どんなワックスも砂土も一掃することができる。圧器具器具は、掘削中圧力器具や引っ張り及び圧縮サブやモータを含もう。長い水平方向作業では、組立体は牽引機も含もう。比抵抗やガンマ線や方向性部品は、必ずしも坑底組立体内に必要なかろう。
【０２０６】
組立体は、填塞器や交叉填塞器の固定に用いることもできる。事実、本システムは、坑井孔内に配置する必要のあるどんなものにも、特に水平方向に坑井内に延出させる必要のある任意の器具に使用することもできる。配置対象品目は、坑底組立体前方に配置する。
【０２０７】
このシステムは、セメント接着検層の稼働に用いることもできる。また、ケーシングに収容した坑のどんな検層も坑底組立体前面で稼働させることができる。どんな電線記録器具も用いることができ、何故なら複合巻回管壁をずっと降下して延びる導体が存在するからである。
【０２０８】
ここで図９と図１０を参照するに、新規試掘坑のケーシングに鋼材を使用することは依然として好ましいものである。鋼材は、より大きな絶対的な引っ張り及び圧縮強度を有しており、今日の複合管よりも弾力性がある。また、鋼材は採掘坑内に存在する他の環境条件だけでなく採掘坑内の温度勾配にも耐えることが可能である。鋼製ケーシングは、採掘坑の多くの剪断力に耐えることもできる。それ故、掘削システム１０は好ましくは複合巻回管２０上で坑底組立体を使用して試掘坑を掘削し、続いて鋼製ケーシングを新規試掘坑内に降下させて坑井を仕上げる。
【０２０９】
本発明の掘削組立体１０の目的はリグ要件の撤廃にあるため、仕上組立体２４０がリグを一切必要としない図９と図１０に図示してある。仕上組立体２４０は、パイプ取り扱いシステム２４２、ケーシング昇降機２４４、ケーシングトング２４６、及びケーシングラム２５０を含む。パイプ取り扱いシステム２４２は２４８で示す水平位置における個別ケーシング継手を取り上げ、続いて個別ケーシング継手を２５１における中間位置へ、続いて起立位置２５３へ移動させる。新規継手は、そこで坑井ヘッド２５４の上方に水平に位置決めする。坑井ヘッド２５４上の垂直位置において、液圧制御ケーシング昇降機２４４が坑井ヘッド２５４から突出するケーシングストリングの上端部との整列配置用にパイプの新規継手を把持する。ケーシング継手を試掘坑内のケーシングストリングの上端部へ螺合させるトング２４６が、液圧ケーシングラム２４０のフレーム上に装着してある。
【０２１０】
ここで図１０を参照するに、ケーシングラム２５０は上部ボウル２５６と底部ボウル２５８によりケーシング昇降機２４４を支持している。ボウル２５６，２５８は、ケーシングストリングを懸架する滑面を含む。ケーシングストリングは、ケーシングを支持し把持するボウル２５６，２５８の滑面を通過する。ケーシングラムには、新規なケーシング継手とケーシングストリング上に、すなわち新規の試掘坑内へ下方へ押し込む４個のラム２６０が含まれる。ケーシングラムの一種が、オクラホマ市のＲ．Ｌ．ギルストラッブ（Ｒ．Ｌ．  Ｇｉｌｓｔｒａｐ  Ｃｏ．）社により製造されている。ここに参照によって本願明細書に取り込むＲ．Ｌ．ギルストラッブ社による「追加パイプ引っ張り力用の坑井ヘッドケーシングジャッキ（Ｔｈｅ  Ｗｅｌｌｈｅａｄ  Ｃａｓｉｎｇ  Ｊａｃ  ｆｏｒ  Ｅｘｔｒａ  Ｐｉｐｅ  Ｐｕｌｌｉｎｇ  Ｐｏｗｅｒ）」を、参照されたい。パイプの新規継手をケーシングストリングに螺合接続した後、液圧ケーシングジャッキ２５２を用いて試掘坑内に持ち上げる。仕上システム２４０はまた、坑井内における新規ケーシングの従来型の接着も含む。巻回管注入システムの一例は、２００１年３月２０日出願の米国特許出願第６０／２８０，０８８号に見出され、ここにこれを参照によって本願明細書に取り込むものとする。
【０２１１】
仕上システム２４０は、従来技術に勝る幾つかの利点を有する。お分かりの如く、新規の試掘坑内にケーシングストリングを取り付けるのにリグは一切不要である。さらに、仕上システム２４０は僅か２人の男性により作動させることができる。また、ケーシングラム２５０は坑井からケーシングを引抜く能力を有するとともに、ケーシングに収容した試掘坑に対するケーシングの摩擦や引っ張りに打ち勝つ十分な力を有する。さらに、ケーシングラム２５０はケーシングストリングを坑井内に押し込む能力を有する。従来のリグはこの種の能力を有しておらず、重力及び／又は回転を用いたケーシングの重量か又は坑井内にケーシングストリングを組み込む往復動に依存している。
【０２１２】
本発明が従来のリグと共に使用することも、或いは従来の掘削リグの縮減された用途を含めることもできることは言うまでもない。例えば、オペレータは従来のリグを用いて導体ケーシング用の試掘坑を掘削し、続いて他の坑井での使用に向けそのリグを脱着する。
【０２１３】
本発明の好適な実施形態を図示し説明してきたが、本発明趣旨から逸脱することなく当業者はその改変をなすことができる。
【図面の簡単な説明】
【０２１４】
【図１Ａ】例示坑井の概略図である。
【図１Ｂ】、坑井用の坑外装置を示す図１Ａの一部の概略拡大図である。
【図１Ｃ】坑井用の一般的な掘削用途における本発明の掘削システムの概略立面図である。
【図２】本発明の複合巻回管の断面図である。
【図３】導電体及びデータ伝送導体を有する複合巻回管の図２の３−３平面に沿う断面図である。
【図４】二つの長さの複合管を接続するコネクタの断面図である。
【図４Ａ】コネクタの雄ハウジングの断面図である。
【図４Ｂ】はコネクタの雌ハウジングの断面図である。
【図５】複合巻回管の下流端に接続した図１Ａに示した坑底組立体の拡大図である。
【図５Ａ】図５の可操縦組立体の上端面図である。
【図６】比抵抗触覚と可操縦組立体を備える推進システムの断面図である。
【図７】牽引モジュールの一つを示す図６の７−７平面に沿う断面図である。
【図８Ａ】自在継手から電動機への可操縦組立体の断面図である。
【図８Ｂ】自在継手から電動機への可操縦組立体の断面図である。
【図８Ｃ】自在継手から電動機への可操縦組立体の断面図である。
【図８Ｄ】自在継手から電動機への可操縦組立体の断面図である。
【図８Ｅ】自在継手から電動機への可操縦組立体の断面図である。
【図９】新規試掘坑内への鋼管装脱システムの概略図である。
【図１０】ケーシングの継ぎ目を新規試掘坑に配備し回収するケーシングラムの分解図である。
【図１１】引っ張り力対複合巻回鋼管上の泥水荷重を比較するグラフである。
【図１２】重力ベース掘削組立体用の例示坑井の概略図である。
【図１３】非導体複合巻回管の下流端に接続した図１２に示した坑底組立体の拡大図である。
【図１４】海中坑井掘削用に設けた重力ベース掘削組立体用の例示坑井の概略図である。
【図１５】非導体複合巻回管の下流端に接続した、図１４に示した坑底組立体の拡大図である。
【図１６】図１４に示した坑井に使用し、導体複合巻回管の下流端に接続した別の坑底組立体の拡大図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図５Ａ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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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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【国際調査報告】
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