(57)【要約】  メインウエルから分岐する横穴を掘削するシステムである。本システムは、回転トルクを発生するためのモータ(412)、軸線方向力を発生する軸線方向スラスター(411)、モータ及び軸線方向スラスターを掘削穴内に固定するブロックシステム(410)を含むモータアッセンブリ(415)を含む。モータアッセンブリは更に、回転トルクを伝達する駆動シャフト(414)を含む。システムは更に、回転トルク及び軸線方向力をモータアッセンブリからドリルストリングアッセンブリに伝達するための第１及び第２のコネクタ(402,404)を含む。第１コネクタは、軸線方向力だけをドリルパイプ(401)に伝達するように及び回転トルクをドリルパイプ内に配置された別の駆動シャフト(405)に伝達するようにドリルストリングアッセンブリに連結できる。第２コネクタ(402)は、軸線方向力及び回転トルクの両方をドリルパイプ(401)に伝達するようにドリルストリングアッセンブリに連結できる。
2007519839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メインウエルから分岐する横穴を掘削するためのシステムにおいて、
モータアッセンブリ（４１５）であって、
回転トルクを発生するためのモータ（４１２）、
軸線方向力を発生するための軸線方向スラスター（４１１）、
前記モータ及び前記軸線方向スラスターを掘削穴内に固定するためのブロックシステム（４１０）、及び
前記回転トルクを伝達するための駆動シャフト（４１４、５１４、６１４）、を含む、モータアッセンブリ（４１５）と、
前記回転トルク及び前記軸線方向力を前記モータアッセンブリからドリルストリングアッセンブリに伝達するためのコネクタ（４０２、４０４、５０４、６０２）であって、前記ドリルストリングアッセンブリは、ドリルパイプ（４０１、５０１、６０１）及びドリルビット（４０３）を含み、前記コネクタは、前記モータアッセンブリと前記ドリルパイプの内側との間に流体連通チャンネル（４１６、５１６、６１６）を提供し、前記コネクタは、第１コネクタ（４０４、５０４）又は第２コネクタ（４０２、６０２）の一方であり、前記第１コネクタは、前記軸線方向力だけを前記ドリルパイプに伝達するように、及び前記回転トルクを前記ドリルパイプ内に配置された別の駆動シャフト（４０５、５０５）に伝達するように、前記ドリルストリングアッセンブリに連結でき、前記第２コネクタは、前記軸線方向力及び前記回転トルクの両方を前記ドリルパイプに伝達するように前記ドリルストリングアッセンブリに連結できる、コネクタ（４０２、４０４、５０４、６０２）と、を備えたシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記モータ（４１２）は前記メインウエル内に配置される、システム。
【請求項３】
請求項２に記載のシステムにおいて、
前記コネクタに連結された前記ドリルストリングアッセンブリであって、
前記軸線方向力を伝達するための前記ドリルパイプ（４０１、５０１）、及び
前記回転トルクを伝達するための、前記ドリルパイプ内に配置された前記別の駆動シャフト（４０５、５０５）、を含むドリルストリングアッセンブリと、
前記ドリルビット（４０３）と、を更に備えたシステム。
【請求項４】
請求項３に記載のシステムにおいて、
前記横穴の一部は、所定の曲率半径を持つ湾曲した穴（７１０）を含み、
前記ドリルストリングアッセンブリは、掘削した横穴の壁と接触する三つの接触箇所を含み、これらの三つの接触箇所は、前記湾曲した穴を掘削できるようにドリルパイプ角度を画成する、システム。
【請求項５】
請求項４に記載のシステムにおいて、
前記軸線方向力を前記ドリルパイプ（７０５）から前記別の駆動シャフト（７０３）の一端に配置された前記ドリルビット（７０７）に伝達するスラストベアリング（７０８）、及び
前記ドリルパイプ内の前記別の駆動シャフトの撓みを支持するための平らなベアリングシステム（７１１）を更に含む、システム。
【請求項６】
請求項５に記載のシステムにおいて、前記モータ（７０４）は電動である、システム。
【請求項７】
請求項２に記載のシステムにおいて、
前記コネクタ（４０２、６０２）に連結された前記ドリルストリングアッセンブリであって、軸線方向力及び回転トルクの両方を伝達するための前記ドリルパイプ（４０１、６０１）を含む、ドリルストリングアッセンブリ、と、
前記ドリルビット（４０３）と、を更に含む、システム。
【請求項８】
請求項１又は２に記載のシステムにおいて、
前記ドリルビット（９０３）を前記横穴（９０４）の断面内に配置するための少なくとも一つの可変直径スタビライザー（９０５、９０６、１００１、１００２）と、
一組のスタビライザーパラメータのうちの少なくとも一つのスタビライザーパラメータを遠隔の位置から機械的に制御するための制御手段であって、前記一組のスタビライザーパラメータは、決定された可変直径スタビライザーの直径の大きさ、第１スタビライザーと前記横穴の内側のマーク装置との間の距離であって、前記マーク装置は、別個のスタビライザー又はドリルビットのうちの任意の一方である、距離、少なくとも二つの可変直径スタビライザー（９０５、９０６、１００１、１００２）の協働引っ込め、及び決定された可変直径スタビライザーの方位角半径を含む、制御手段と、を更に含む、システム。
【請求項９】
請求項８に記載のシステムにおいて、
スタビライザーパラメータの組のうちの少なくとも一つのスタビライザーパラメータを制御するための単一の制御ユニットを更に含む、システム。
【請求項１０】
請求項９に記載のシステムにおいて、
形体スロット（１０２５）、
前記制御手段によって変位できる形体プロット（１０２１）であって、一組の設定位置（ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎ）のうちから所望の設定位置を選択できる形体プロット（１０２１）を含み、
前記一組の設定位置は少なくとも三つの設定位置を含み、
各設定位置は、少なくとも一つのスタビライザーパラメータの所定の値と対応する、システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載のシステムにおいて、二つの可変直径スタビライザー（９０５、９０６、１００１、１００２）を含み、前記二つの可変直径スタビライザーは、協働するように設置できる、システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のシステムにおいて、前記二つの可変直径スタビライザー（９０５、９０６）のうちの一方の直径を計測するためのホール効果センサ（９０７）を更に含む、システム。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のうちのいずれか一項に記載のシステムにおいて、前記ドリルビット（１２０１）と近接した少なくとも一つのマイクロセンサ（１２０７、１２０８）を更に含み、前記少なくとも一つのマイクロセンサにより、基準方向に対する前記ドリルビットの配向を計測できる、システム。
【請求項１４】
請求項１、２、又は７に記載のシステムにおいて、
前記ドリルパイプ（１３０１、１４０１）は、前記回転トルク及び前記軸線方向力を伝達する際に曲がることができるように可撓性であり、
前記システムは、前記ドリルパイプ（１３０１、１４０１）を屈曲部のところで支持するための回転支持体（１３０６、１４０６）を備えた曲げガイド（１３０５）更に含む、システム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のシステムにおいて、
前記回転支持体はプーリ（１４０７）によって支持されたベルト（１４０６）である、システム。
【請求項１６】
請求項２に記載のシステムにおいて、
掘削流体を圧送するために掘削穴内に配置されたポンプ（１８０４）を更に含む、システム。
【請求項１７】
請求項１６に記載のシステムにおいて、
前記掘削流体は、前記メインウエル（１５０２）から前記ドリルビット（１５０７）まで、前記掘削された横穴（１５０１）と前記ドリルストリングアッセンブリ（１５０３）との間の環状部（１５０４）を通って循環でき、
前記掘削流体は前記ドリルビットから前記メインウエルまで前記流体連通チャンネル（１５０６）を通って循環できる、システム。
【請求項１８】
請求項１７に記載のシステムにおいて、
前記ドリルビット（１６０７）は、前記ドリルビット（１６０７）のところで発生した掘削片を前記ドリルビット（１６０７）を通して排出できるビット穴（１６０３）を含み、
前記ドリルビット（１６０７）は、切削作用を保証するための主ブレード（１６０１）を含む、システム。
【請求項１９】
請求項１６に記載のシステムにおいて、
前記横穴（１７０２、１８０２）の出力部のところに配置された通路（１７０４、１８１０）を更に含み、前記通路により、前記横穴から前記メインウエル（１７０３、１８０３）内への掘削流体の流れを案内できる、システム。
【請求項２０】
請求項１９に記載のシステムにおいて、
前記通路（１８１０）を通して前記掘削流体を強制的に循環するシーリング装置（１８１１）を更に含む、システム。
【請求項２１】
請求項１９又は２０に記載のシステムにおいて、前記通路（１７０４）は下方に配向されている、システム。
【請求項２２】
請求項１６、１９、２０、又は２１のいずれか一項に記載のシステムにおいて、
掘削流体から掘削片を分離するためのフィルタ装置（１８０５、１９０１）を更に含み、前記フィルタ装置は掘削穴内に配置される、システム。
【請求項２３】
請求項２２に記載のシステムにおいて、濾過した掘削片（１９０５、１９０６）を定期的に圧縮するためのコンパクター（１９０３、１９０４）が前記フィルタ装置（１９０１）内に設けられている、システム。
【請求項２４】
請求項２２又は２３に記載のシステムにおいて、
前記濾過した掘削片（１９０５、１９０６）が前記フィルタ装置を詰まらせることがないように前記濾過した掘削片をそれらの大きさに応じて分類するため、前記フィルタ装置（１９０１）内の適合システム（１９０２、１９０９）を更に含む、システム。
【請求項２５】
請求項１６、１９、２０、又は２１に記載のシステムにおいて、
掘削片を前記横穴（２００１）の下に集めるため、前記メインウエル（２００２）内のコンテナ（２００４）を更に含む、システム。
【請求項２６】
請求項１６又は２５に記載のシステムにおいて、
ハウジング（２１０２）、及び掘削片を前記ハウジングに引き入れるためのスクリュー（２１０１）を含む掘削片コレクタユニット（２１００）を更に含む、システム。
【請求項２７】
請求項１６に記載のシステムにおいて、
チューブ（２２０７）に沿って二次循環流を生成するための表面ポンプ（２２０４）を更に含み、前記二次循環流により、前記ドリルビット（２２０７）のところで発生し且つ一次循環流によって前記ドリルビットから前記二次循環流まで搬送された掘削片を表面まで搬送できる、システム。
【請求項２８】
請求項２６に記載のシステムにおいて、
掘削片の沈降が起こらないように、前記一次循環流を前記横穴（２３０３）と前記チューブ（２３０４）との間で比較的高い流速で循環できる流れガイド（２３０１）を更に含む、システム。
【請求項２９】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記モータ（４１２）は、前記掘削された横穴内に配置される、システム。
【請求項３０】
メインウエルから分岐する横穴を掘削するための方法において、
回転トルク及び軸線方向力を夫々生成できるモータ（４１２）及び軸線方向スラスター（４１１）を掘削穴内にブロックする工程、及び
前記回転トルク及び前記軸線方向力を、前記モータ、前記軸線方向スラスター、及び駆動シャフト（４１４、５１４、６１４）を含むモータアッセンブリ（４１５）から、ドリルパイプ（４０１、５０１、６０１）及びドリルビット（４０３）を含むドリルストリングアッセンブリまで伝達するためのコネクタ（４０２、４０４、５０４、６０２）を提供する工程を含み、
前記コネクタは、前記モータアッセンブリと前記ドリルパイプの内側との間に流体連通チャンネル（４１６、５１６、６１６）を提供し、
前記コネクタは第１コネクタ（４０４、５０４）又は第２コネクタ（４０２、６０２）のいずれか一方であり、前記第１コネクタは、前記ドリルパイプに前記軸線方向力だけを伝達するように、及び前記ドリルパイプ内に配置された別の駆動シャフト（４０５、５０５）に回転トルクを伝達するように、前記ドリルストリングアッセンブリに連結でき、前記第２コネクタは、軸線方向力及び回転トルクの両方を前記ドリルパイプに伝達するように前記ドリルストリングアッセンブリに連結できる、方法。
【請求項３１】
請求項３０に記載の方法において、前記モータ（４１２）は前記メインウエル内に配置されている、方法。
【請求項３２】
請求項３１に記載の方法において、前記ドリルパイプ（４０１、５０１）は軸線方向力を伝達し、前記別の駆動シャフト（４０５、５０５）は回転トルクを前記ドリルビット（４０３）に伝達する、方法。
【請求項３３】
請求項３２に記載の方法において、
角度モードを直線的モードと組み合わせることによって行われる、前記横穴の湾曲した穴（７１０）の有効半径を制御する工程を更に含み、
角度モード中、湾曲した穴を掘削できるように、前記ドリルストリングアッセンブリの三つの接触箇所（７０２）が、掘削した横穴の壁と接触し、
直線的モード中、
前記ドリルパイプ（７０５）を第１角度回転させる工程、
前記回転トルク及び前記軸線方向力を第１の所定の持続時間に亘って前記ドリルビット（７０７）に伝達する工程、
前記ドリルストリングアッセンブリを所定距離に亘って引き戻す工程、
前記ドリルパイプを第２角度回転させる工程、
前記回転トルク及び前記軸線方向力を第２の所定の持続時間に亘って前記ドリルビットに伝達する工程が実施される、方法。
【請求項３４】
請求項３３に記載の方法において、前記制御は、前記角度モード及び前記直線的モードを噴流モードと組み合わせることによって行われ、前記噴流モードは、決定された方向の地層（７１３）を優先的に侵蝕するために流体の噴流（７１２）を提供する工程を含む、方法。
【請求項３５】
請求項３１に記載の方法において、前記ドリルパイプ（４０１、６０１）は、前記回転トルク及び前記軸線方向力の両方を前記ドリルビット（４０３）に伝達する、方法。
【請求項３６】
請求項３０又は３１に記載の方法において、
一組のスタビライザーパラメータのうちの少なくとも一つのスタビライザーパラメータを遠隔の位置から機械的に制御する工程であって、前記一組のスタビライザーパラメータは、決定された可変直径スタビライザーの直径の大きさ、マーク装置に対する第１スタビライザーの距離であって、前記マーク装置は任意の一つの別個のスタビライザー又はドリルビットである、距離、少なくとも二つの可変直径スタビライザー（９０５、９０６、１００１、１００２）の引っ込め、及び決定された可変直径スタビライザーの方位角半径を含む、工程を更に含む、方法。
【請求項３７】
請求項３６に記載の方法において、
少なくとも一つのスタビライザーパラメータの決定された値と各々対応する、少なくとも三つの設定位置を含む一組の設定位置（ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎ）のうちの所望の設定位置を選択するように、形体プロット（１０２１）を形体スロット（１０２５）内で変位させる工程を更に含む、方法。
【請求項３８】
請求項３０、３１、又は３５に記載の方法において、
前記回転トルク及び前記軸線方向力を伝達する際に曲がることができるように、前記ドリルパイプ（１３０１、１４０１）は可撓性であり、
前記ドリルパイプは、回転支持体（１３０６、１４０６）を含む曲げガイド（１３０５）によって屈曲部のところで支持される、方法。
【請求項３９】
請求項３０乃至３８のうちのいずれか一項に記載の方法において、少なくとも一つの基準方向に対する前記ドリルビット（１２０１）の配向を、前記ドリルビットと近接して配置された少なくとも一つのマイクロセンサ（１２０７、１２０８）で監視する工程を更に含む、方法。
【請求項４０】
請求項３１に記載の方法において、
掘削穴内に配置されたポンプ（１８０４）で前記ドリルビット（１８０７）への掘削流体の循環を生成する工程を更に含む、方法。
【請求項４１】
請求項４０に記載の方法において、
掘削流体は、掘削された横穴（１５０１）と前記ドリルストリングアッセンブリ（１５０３）との間の環状部（１５０４）を通って前記ドリルビット（１５０７）に循環し、
掘削流体は前記ドリルビットから前記流体連通チャンネル（１５０６）を通って循環する、方法。
【請求項４２】
請求項４０に記載の方法において、
掘削流体を前記横穴（１７０２、１８０２）の出力部のところで所定の配向を持つ通路（１７０４、１８１０）を通して案内する工程を更に含む、方法。
【請求項４３】
請求項４２に記載の方法において、掘削流体は下方に案内される、方法。
【請求項４４】
請求項４０、４１、４２、又は４３に記載の方法において、掘削流体から掘削片を掘削穴内で濾過する工程を更に含む、方法。
【請求項４５】
請求項４４に記載の方法において、濾過した掘削片（１９０５、１９０６）をフィルタ装置（１９０１）の内側で圧縮する工程を更に含む、方法。
【請求項４６】
請求項４４又は４５に記載の方法において、前記濾過した掘削片（１９０５、１９０６）が前記フィルタ装置（１９０１）を詰まらせることがないように、前記濾過した掘削片（１９０５、１９０６）を大きさに従って分類する工程を更に含む、方法。
【請求項４７】
請求項４０、４２、又は４３に記載の方法において、
掘削片を掘削穴内で前記横穴（２００１、２１１４）の下の位置に集める工程を更に含む、方法。
【請求項４８】
請求項４０に記載の方法において、
チューブ（２２０７）に沿って二次循環流を生成する工程を更に含み、前記二次循環流により、前記ドリルビット（２２０７）のところで発生し且つ一次循環流によって前記ドリルビットから前記二次循環流まで搬送された掘削片を表面まで搬送できる、方法。
【請求項４９】
請求項３０に記載の方法において、前記モータ（４１２）は前記掘削した横穴内に配置される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体として、メインウエル(主井;main well)から横穴を掘削することに関する。
【背景技術】
【０００２】
横穴掘削が井戸(well)を形成するための新たな掘削方法となってきている。横穴掘削により、地下貯層、例えば炭化水素貯層又は帯水層の大きなゾーンにアクセスできる。横穴掘削方法は、炭化水素の粘度が高い場合、地層の透過性が低い場合、何層にも重なった貯層である場合、等で有用であることがわかっている。更に、横穴掘削方法により、例えば海洋石油掘削用プラットホームのように掘削スロットが限られている場合に貯層に到達できる。
【０００３】
メインウエルから分岐する横穴を掘削するのに掘削リグが一般的に使用されている。表面で回転トルクを発生し、これを掘削穴内のドリルストリングに伝達する。更に、回転トルクは、液圧コンバータによって掘削穴内で発生してもよい。この際、ポンプを表面で使用する。ドリルストリングの一端のドリルビットに加えられるべき軸線方向力は、ドリルストリングの重量によって、メインウエルの垂直部分又は斜行部分に沿って発生されてもよい。
【０００４】
更に、横穴を掘削するためにコイル状チューブを使用してもよい。噴射ヘッドがコイル状チューブをメインウエルに押し込む。代表的にはドリルカラー、配向工具、操向可能モータ、及びドリルビット等の幾つかの工具をコイル状チューブの一端に配置してもよい。回転トルク及び軸線方向力はドリルビットに加えられる。回転トルクは、操向可能モータの液圧コンバータによって発生される。この際、ポンプを表面で使用する。軸線方向力は、工具の重量によって、又は場合によってはコイル状チューブによっても発生される。軸線方向力は、表面で噴射ヘッドによって発生してもよい。
【０００５】
小さな横穴を掘削するための幾つかの現在のシステムは、電動モータで回転トルクを掘削穴内で発生する。多くの場合、横穴の掘削が二つの工程で行われる。第１工程中、第１掘削システムを使用して短半径の湾曲した穴を掘削する。所望の方向に達した後、第１掘削システムを横穴から取り出し、第２掘削システムが横穴を所定の方向に従って掘削する。
【０００６】
第１掘削システムは湾曲に従って掘削できるように曲がった操向可能モータであってもよい。
【０００７】
操向可能モータ
図１は、従来技術による操向可能モータの概略図を示す。操向可能モータ１０１は、ドリルパイプ１０５、及びドリルビット１０７が連結された伝動シャフト１０３を含む。ドリルパイプ１０５は、湾曲した穴を掘削できるように曲がっている。掘削中、掘削した穴の底壁に操向可能モータ１０１を押し付ける。湾曲した穴の指令半径(command radius)は、３つの接触箇所１０２の相対的な位置で決まる。
【０００８】
柔らかい地層の場合には、操向可能モータ１０１は断面が比較的大きなボアを掘削する。従って、結果的に得られた湾曲した穴の有効半径は指令半径よりも大きい。有効半径を制御するため、接触箇所１０２を比較的小さい指令半径と対応する位置に設けてもよい。操向可能モータ１０１は、角度モード又は直線的モードのいずれかで使用してもよい。
【０００９】
角度モードでは、操向可能モータ内に配置された液圧コンバータ１０４、例えば漸増キャビティモータが掘削流体（図示せず）の循環を使用して伝動シャフト１０３を回転する。従って、ドリルビット１０７が回転する。ドリルパイプ１０５は同じ方位角位置に止まり、軸線方向力を伝達する。伝動シャフト１０３の下部分は、軸線方向力をドリルパイプ１０５からドリルビット１０７に伝達するため、ベアリング１０６によって支持されている。その結果、結果的に得られた湾曲した穴は指令半径よりも大きいか或いはこれと同じ有効半径で湾曲する。
【００１０】
有効半径が所望の半径よりも小さい場合には、操向可能モータ１０１を直線的モードで使用してもよい。即ち、ドリルパイプ１０５自体を回転させてもよい。曲がり角度のため好ましい方向に向かうことができず、実質的に真っ直ぐな大きな穴が掘削される。角度モードと組み合わせた場合、直線的モードにより湾曲した穴の有効半径を制御できる。
【００１１】
掘削方向の制御
掘削中、操向可能モータ等のボトムホールアッセンブリは、スタビライザーを備えでいてもよい。スタビライザーにより、穴内にドリルパイプを位置決めできる。更に、スタビライザーにより、上方方向又は下方方向に掘削を行うことができる。
【００１２】
図２は従来技術のスタビライザーを示す。スタビライザー２０２は、ドリルストリング２０１を取り囲むブレードを含む。これらのブレードは、掘削した穴の内壁２０４に当接する。従って、スタビライザー２０２は、ドリルストリング２０１の中心を掘削した穴の断面のほぼ中央に維持する。ドリルストリングの重量により、ドリルストリングが変形しうる。従って、ドリルストリング２０１により、スタビライザーの相対的長さ方向位置及びドリルストリング２０１の重量で決まる方向に従って掘削できる。
【００１３】
図３Ａは、横穴を掘削するための従来技術によるボトムホールアッセンブリの直線的形体を示す。ドリルビット３０３がボトムホールアッセンブリのドリルストリング３０１の一端に配置されている。三つのスタビライザー（３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ）がドリルストリング３０１を様々な位置で取り囲んでいる。これらのスタビライザー（３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ）は、掘削が比較的直線的に行われるように、ドリルビット３０３の中心を掘削した穴３０４の断面の中心に維持する。
【００１４】
図３Ｂは、横穴を掘削するための従来技術によるボトムホールアッセンブリの下降形体を示す。第１スタビライザー３０２ａ及び第２スタビライザー３０２ｂがドリルストリング３０１を取り囲んでいる。第１スタビライザー３０２ａ及び第２スタビライザー３０２ｂが、ドリルストリングの一端のドリルビット３０３から比較的大きな距離のところに配置されているため、ドリルストリング３０１は自重で撓み、かくしてドリルビット３０３は下方方向に沿って穴３０４を掘削する。
【００１５】
図３Ｃは、横穴を掘削するための従来技術によるボトムホールアッセンブリの上向形体を示す。第１スタビライザー３０２ａ及び第２スタビライザー３０２ｃがドリルストリング３０１を取り囲んでいる。第１スタビライザー３０２ａ及び第２スタビライザー３０２ｃは互いから比較的大きく間隔が隔てられて配置されており、第２スタビライザー３０２ｃはドリルストリング３０１の一端のドリルビット３０３の比較的近くにある。スタビライザー（３０２ａ、３０２ｃ）間のドリルストリング３０１の部分の重量により、ドリルストリング３０１がスタビライザー間で下方に弾性的に撓む。従って、ドリルビット３０３は上方に押され、上方方向に掘削を行う。
【００１６】
方向を変更する必要がある場合には、ドリルストリングを井戸から引き出してスタビライザーの位置を変える必要がある。ドリルストリングを引き出さなくても済むようにするため、可変直径スタビライザーを設置してもよい。可変直径スタビライザーの直径を位置によって変えてもよい。位置の変更には機械的システムが必要であり、直径が異なる可変直径スタビライザーをボトムホールアッセンブリに一つだけ設置してもよい。位置の変更は表面から指令してもよい。
【００１７】
可変直径スタビライザーの設定は、代表的には、機械的イベント及び流れイベントによって制御され、例えば軸線方向力を加えること、回転トルクをなくすこと、流体の流れを加えること、流れを加えることによる圧力降下等によって制御される。機械的イベント及び流れイベントの時間的順序により適正なスタビライザー位置を設定できる。例えば機械システムは、代表的には、ボトムホールアッセンブリの周囲に沿った内部スロット内で摺動できるキーを含む。このキーは、機械的イベント及び流れイベントの時間的順序に応じて上方位置と下方位置との間で摺動できる。キーが上方位置にあるとき、伝動システムにより可変直径スタビライザーのブレードを引っ込めることができる。キーが下方位置にあるとき、伝動システムはブレードを掘削した穴の壁に押し付ける。伝動システムは、ブレードに間接的に連結されたシャフトであってもよいし、円錐形形状の内側チューブであってもよい。
【００１８】
従って、掘削が直線的方向又は他の方向に沿って行われているかどうかを表面から決定できる。他の方向は、可変直径スタビライザーの長さ方向相対位置に応じて、上方方向であってもよいし下方方向であってもよい。
【００１９】
可変直径スタビライザーを持つボトムホールアッセンブリは、図３Ａに示すように三つのスタビライザーを含んでいてもよく、これらの三つのスタビライザーのうちの一つのスタビライザーが可変直径スタビライザーである。可変直径スタビライザーは、ドリルビットスタビライザーに最も近いスタビライザーであってもよい。この場合、可変直径スタビライザーの直径を縮めることによって図３Ｂに示すのと同様の形体を提供する。従って、可変直径スタビライザーの直径に応じて直線的方向又は下方方向に従って掘削できる。
【００２０】
同様に、直径スタビライザーは、他のスタビライザー間に配置されていてもよい。この場合、可変直径スタビライザーの直径を縮めることによって図３Ｃに示すのと同様の形体を提供する。従って、可変直径スタビライザーの直径に応じて直線的方向又は上方方向に従って掘削できる。
【００２１】
掘削方向の監視
更に、ドリルビットの掘削方向を監視するため、横穴の掘削方向を制御する必要がある。このような監視は、通常は、ボトムホールアッセンブリに計測用ホワイト掘削(Measurement White Drilling: MWD)工具を設けることによって行われる。ＭＷＤ工具は、加速度計システム及び磁力計システムを含んでいてもよい。加速度計システムは少なくとも一つの加速度計を含む。この加速度計により、ドリルパイプの傾斜を地球の重力ベクトルに対して計測できる。磁力計システムにより、ドリルパイプの方位角を地球の磁界に対して計測できる。
【００２２】
加速度計システムは三つの加速度計を備えていてもよく、これにより、ドリルパイプの位置の三つの方向での計測値を提供するように三つの別個の傾斜を地球の重力ベクトルに対して計測できる。
【００２３】
磁力計システムは三つの磁力計を備えていてもよく、これにより、三つの別個の方位角を地球の磁界に対して計測できる。ＭＷＤ工具は、更に、三つの加速度計及び三つの磁力計の両方を備えていてもよい。
【００２４】
ＭＷＤ工具は、代表的には、音響的遠隔測定を使用して表面と通信する。ＭＷＤ工具は、代表的には、ドリルビットから比較的遠い距離のところ、例えば２５ｍのところに配置される。この距離のため、ＭＷＤが提供する計測値は精度が比較的低い。これは、ＭＷＤよりも下の横穴の湾曲が分からないためである。
【００２５】
極短半径の掘削
極短半径の掘削を行う場合には、メインウエル内にブロックされたモータ，及び回転トルク及び軸線方向力をドリルビットに伝達できる可撓性シャフトを使用できる。可撓性シャフトは、メインウエルと掘削した横穴との間のエルボのところで実質的に垂直に曲がっている。エルボのところで回転トルク及び軸線方向力を伝達できるように、ガイドシステムがメインウエル内に設けられる。
【００２６】
ガイドシステムには、可撓性シャフトとホイップストックとの間の接触応力をなくすように、潤滑剤が提供される。
【００２７】
ガイドシステムは、代表的にはホイップストックである。
【００２８】
国際特許出願ＷＯ９９／２９９９７には、可撓性シャフトの回転及び軸線方向移動を可能にすると同時に可撓性シャフトを撓ませ且つ回転させるため、エルボ内でブッシュを使用するシステムが記載されている。
【００２９】
流れ及び掘削片の管理
穴の掘削により、処理を必要とする掘削片が発生する。これは、例えば、以下に説明するように行われる。表面にあるポンプが中空掘削工具を通して掘削流体、例えば掘削泥水を噴射する。掘削流体は掘削工具のドリルビットに達し、掘削工具と掘削された穴との間の環状部を通して排出される。掘削流体は、ドリルビットのところで発生した掘削片を表面まで搬送するのに十分に粘性である。表面に配置されたシェールシェーカーにより、掘削片を掘削流体から分離できる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００３０】
第１の特徴では、本発明はメインウエルから分岐する横穴を掘削するためのシステムを提供する。このシステムは、回転トルクを発生するためのモータを含むモータアッセンブリ、軸線方向力を発生するための軸線方向スラスター、及びモータ及び軸線方向スラスターを掘削穴内に固定するためのブロックシステムを含む。モータアッセンブリは、更に、回転トルクを伝達するための駆動シャフトを含む。システムは、更に、回転トルク及び軸線方向力をモータアッセンブリからドリルストリングアッセンブリまで伝達するためのコネクタを含む。ドリルストリングアッセンブリは、ドリルパイプ及びドリルビットを含む。コネクタは、モータアッセンブリとドリルパイプの内側との間に流体連通チャンネルを形成する。コネクタは、第１コネクタ又は第２コネクタの一方である。第１コネクタは、軸線方向力だけをドリルパイプに伝達するように、及び回転トルクをドリルパイプ内に配置された別の駆動シャフトに伝達するようにドリルストリングアッセンブリに連結できる。第２コネクタは、軸線方向力及び回転トルクの両方をドリルパイプに伝達するようにドリルストリングアッセンブリに連結できる。
【００３１】
第１の好ましい実施形態では、モータはメインウエル内に配置される。
【００３２】
第２の好ましい実施形態では、システムはドリルストリングアッセンブリを更に含む。ドリルストリングアッセンブリはコネクタに連結されている。ドリルストリングアッセンブリは、軸線方向力を伝達するためのドリルパイプ、及び回転トルクを伝達するための別の駆動シャフトを含む。この別の駆動シャフトは、ドリルパイプ内に位置決めされている。システムは、更に、ドリルビットを含む。
【００３３】
第３の好ましい実施形態では、横穴の一部は、所定の曲率半径を持つ湾曲した穴を含む。ドリルストリングアッセンブリは、掘削した横穴の壁と接触する三つの接触箇所を含む。これらの三つの接触箇所は、湾曲した穴を掘削できるようにドリルパイプ角度を画成する。
【００３４】
第４の好ましい実施形態では、システムは、軸線方向力をドリルパイプからドリルビットに伝達するスラストベアリングを更に含む。ドリルビットは、別の駆動シャフトの一端に配置されている。システムは、更に、ドリルパイプ内の別の駆動シャフトの撓みを支持するための平らなベアリングシステムを含む。
【００３５】
第５の好ましい実施形態では、モータは電動である。
【００３６】
第６の好ましい実施形態では、システムは、ドリルストリングアッセンブリを更に含む。ドリルストリングアッセンブリは、コネクタに連結されている。ドリルストリングアッセンブリは、軸線方向力及び回転トルクの両方を伝達するためのドリルパイプを含む。システムは、更に、ドリルビットを含む。
【００３７】
第７の好ましい実施形態では、システムは、ドリルビットを横穴の断面内に位置決めするための少なくとも一つの可変直径スタビライザーを更に含む。システムは、更に、一組のスタビライザーパラメータのうちの少なくとも一つのスタビライザーパラメータを遠隔の位置から機械的に制御するための制御手段を含む。スタビライザーパラメータの組は、決定された可変直径スタビライザーの直径の大きさ、第１スタビライザーと横穴の内側の別個のスタビライザー又はドリルビットのうちの任意の一方であるマーク装置との間の距離、少なくとも二つの可変直径スタビライザーの協働引っ込め、及び決定された可変直径スタビライザーの方位角半径を含む。
【００３８】
第８の好ましい実施形態では、システムは、スタビライザーパラメータの組のうちの少なくとも一つのスタビライザーパラメータを制御するための単一の制御ユニットを更に含む。
【００３９】
第９の好ましい実施形態では、システムは、形体スロット、及び制御手段によって変位できる形体プロットを含む。形体プロットにより、一組の設定位置のうちから所望の設定位置を選択できる。設定位置の組は少なくとも三つの設定位置を含む。各設定位置は、少なくとも一つのスタビライザーパラメータの決定された値と対応する。
【００４０】
第１０の好ましい実施形態では、システムは、協働するように設置できる二つの可変直径スタビライザーを含む。
【００４１】
第１１の好ましい実施形態では、システムは、二つの可変直径スタビライザーのうちの一方の直径を計測するためのホール効果センサを更に含む。
【００４２】
第１２の好ましい実施形態では、システムは、ドリルビットと近接した少なくとも一つのマイクロセンサを更に含む。少なくとも一つのマイクロセンサにより、基準方向に対するドリルビットの配向を計測できる。
【００４３】
第１３の好ましい実施形態では、ドリルパイプは、回転トルク及び軸線方向力を伝達する際に曲がることができるように可撓性である。システムは、ドリルパイプを屈曲部のところで支持するための回転支持体を備えた曲げガイドを更に含む。
【００４４】
第１４の好ましい実施形態では、回転支持体は、プーリによって支持されたベルトである。
【００４５】
第１５の好ましい実施形態では、システムは、掘削流体を圧送するために掘削穴内に配置されたポンプを更に含む。
【００４６】
第１６の好ましい実施形態では、掘削流体は、メインウエルからドリルビットまで、掘削された横穴とドリルストリングアッセンブリとの間の環状部を通して循環できる。掘削流体は、ドリルビットからメインウエルまで流体連通チャンネルを通して循環できる。
【００４７】
第１７の好ましい実施形態では、ドリルビットは、ドリルビットのところで発生した掘削片をドリルビットを通して排出できるビット穴を含む。ドリルビットは、切削作用を保証するための主ブレードを含む。
【００４８】
第１８の好ましい実施形態では、システムは、横穴の出力部のところに配置された通路を更に含む。この通路により、横穴からメインウエル内への掘削流体の流れを案内できる。
【００４９】
第１９の好ましい実施形態では、システムは、通路を通して掘削流体を強制的に循環するシーリング装置を更に含む。
【００５０】
第２０の好ましい実施形態では、通路は下方に配向されている。
【００５１】
第２１の好ましい実施形態では、システムは、掘削流体から掘削片を分離するためのフィルタ装置を更に含む。フィルタ装置は掘削穴内に配置される。
【００５２】
第２２の好ましい実施形態では、システムは、濾過した掘削片を定期的に圧縮するためのコンパクターをフィルタ装置内に備えている。
【００５３】
第２３の好ましい実施形態では、システムは、濾過した掘削片がフィルタ装置を詰まらせることがないように、濾過した掘削片をそれらの大きさに応じて分類するため、適合システムをフィルタ装置内に備えている。
【００５４】
第２４の好ましい実施形態では、システムは、掘削片を横穴の下に集めるため、メインウエル内にコンテナを備えている。
【００５５】
第２５の好ましい実施形態では、システムは、ハウジング、及び掘削片をハウジングに引き入れるためのスクリューを含む掘削片コレクタユニットを更に含む。
【００５６】
第２６の好ましい実施形態では、システムは、チューブに沿って二次循環流を発生するための表面ポンプを更に含む。二次循環流により、ドリルビットのところで発生し且つ一次循環流によってドリルビットから二次循環流まで搬送された掘削片を表面まで搬送できる。
【００５７】
第２７の好ましい実施形態では、システムは、掘削片の沈降が起こらないように、一次循環流を横穴とチューブとの間で比較的高い流速で循環できる流れガイドを更に含む。
【００５８】
第２８の好ましい実施形態では、モータは、掘削された横穴内に配置される。
【００５９】
第２の特徴では、本発明は、メインウエルから分岐する横穴を掘削するための方法を提供する。この方法は、モータ及び軸線方向スラスターを掘削穴内にブロックする工程を含む。モータ及び軸線方向スラスターの夫々により、回転トルク及び軸線方向力を発生できる。回転トルク及び軸線方向力を、モータアッセンブリからドリルストリングアッセンブリまで伝達するためのコネクタを提供する。モータアッセンブリは、モータ、軸線方向スラスター、及び駆動シャフトを含む。ドリルストリングアッセンブリは、ドリルパイプ及びドリルビットを含む。コネクタは、モータアッセンブリとドリルパイプの内側との間に流体連通チャンネルを提供する。コネクタは第１コネクタ又は第２コネクタのいずれか一方である。第１コネクタは、ドリルパイプに軸線方向力だけを伝達するように、及びドリルパイプ内に配置された別の駆動シャフトに回転トルクを伝達するようにドリルストリングアッセンブリに連結できる。第２コネクタは、軸線方向力及び回転トルクの両方をドリルパイプに伝達するようにドリルストリングアッセンブリに連結できる。
【００６０】
第２９の好ましい実施形態では、ドリルパイプは軸線方向力を伝達し、別の駆動シャフトは回転トルクをドリルビットに伝達する。
【００６１】
第３０の好ましい実施形態では、本方法は、横穴の湾曲した穴の有効半径を制御する工程を更に含む。制御は、角度モードを直線的モードと組み合わせることによって行われる。角度モード中、湾曲した穴を掘削できるように、ドリルストリングアッセンブリの三つの接触箇所が、掘削した横穴の壁と接触する。直線的モード中、ドリルパイプを第１角度回転する工程、回転トルク及び軸線方向力を第１の所定の持続時間に亘ってドリルビットに伝達する工程、ドリルストリングアッセンブリを所定距離に亘って引き戻す工程、ドリルパイプを第２角度回転する工程、回転トルク及び軸線方向力を第２の所定の持続時間に亘ってドリルビットに伝達する工程が実施される。
【００６２】
第３１の好ましい実施形態では、制御は、角度モード及び直線的モードを噴流モードと組み合わせることによって行われる。噴流モードは、流体の噴流を提供し、決定された方向の地層(formation)を優先的に侵蝕する工程を含む。
【００６３】
第３２の好ましい実施形態では、ドリルパイプは、回転トルク及び軸線方向力の両方をドリルビットに伝達する。
【００６４】
第３３の好ましい実施形態では、方法は、一組のスタビライザーパラメータのうちの少なくとも一つのスタビライザーパラメータを遠隔の位置から機械的に制御する工程を更に含む。スタビライザーパラメータの組は、決定された可変直径スタビライザーの直径の大きさ、第１スタビライザーと任意の一つの別個のスタビライザー又はドリルビットであるマーク装置との間の距離、少なくとも二つの可変直径スタビライザーの引っ込め、及び決定された可変直径スタビライザーの方位角半径を含む。
【００６５】
第３４の好ましい実施形態では、方法は、少なくとも三つの設定位置を含む一組の設定位置のうちの所望の設定位置を選択するように形体プロットを形体スロット内で変位する工程を更に含む。各設定位置は、少なくとも一つのスタビライザーパラメータの決定された値と対応する。
【００６６】
第３５の好ましい実施形態では、回転トルク及び軸線方向力を伝達する際に曲がることができるように、ドリルパイプは可撓性である。ドリルパイプは、回転支持体を含む曲げガイドによって屈曲部のところで支持される。
【００６７】
第３６の好ましい実施形態では、方法は、少なくとも一つの基準方向に対するドリルビットの配向をドリルビットと近接して配置された少なくとも一つのマイクロセンサで監視する工程を更に含む。
【００６８】
第３７の好ましい実施形態では、方法は、掘削穴内に配置されたポンプでドリルビットへの掘削流体の循環を発生する工程を更に含む。
【００６９】
第３８の好ましい実施形態では、掘削流体は、掘削された横穴とドリルストリングアッセンブリとの間の環状部を通してドリルビットまで循環する。掘削流体は、ドリルビットから流体連通チャンネルを通って循環する。
【００７０】
第３９の好ましい実施形態では、方法は、掘削流体を横穴の出力部のところで所定の配向を持つ通路を通って案内する工程を更に含む。
【００７１】
第４０の好ましい実施形態では、掘削流体は下方に案内される。
【００７２】
第４１の好ましい実施形態では、方法は、掘削流体から掘削片を掘削穴内で濾過する工程を更に含む。
【００７３】
第４２の好ましい実施形態では、濾過した掘削片をフィルタ装置の内側で圧縮する工程を更に含む。
【００７４】
第４３の好ましい実施形態では、濾過した掘削片がフィルタ装置を詰まらせることがないように、濾過した掘削片を大きさに従って分類する工程を更に含む。
【００７５】
第４４の好ましい実施形態では、方法は、掘削片を掘削穴内で横穴の下の位置に集める工程を更に含む。
【００７６】
第４５の好ましい実施形態では、チューブに沿って二次循環流を発生する工程を更に含む。二次循環流により、ドリルビットのところで発生し且つ一次循環流によってドリルビットから二次循環流まで搬送された掘削片を表面まで搬送できる。
【００７７】
本発明のその他の特徴及び利点は、以下の説明及び添付の特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【発明を実施するための形態】
【００７８】
図４は、本発明の第１実施形態による横穴を掘削するためのシステムの一例を示す。このシステムは、回転トルクを発生するためのモータ４１２、軸線方向力を発生するための軸線方向スラスター４１１、モータ４１２及びスラスター４１１を掘削穴内に固定するためのブロックシステム４１０、及び回転トルクを伝達するための駆動シャフト４１４を含むモータアッセンブリ４１５を含む。このシステムは、更に、モータアッセンブリ４１５からドリルストリングアッセンブリまで回転トルク及び軸線方向力を伝達するためのコネクタ（４０２、４０４）を含む。ドリルストリングアッセンブリは、ドリルパイプ４０１及びドリルビット４０３を含む。
【００７９】
コネクタは、モータアッセンブリ４１５とドリルパイプ４０１の内側との間に流体連通チャンネル４１６を形成する。流体は、第２モータ（図４には示さず）によって駆動されるポンプ（図４には示さず）によって、流体連通チャンネル４１６を通して移動されてもよい。ポンプ及び第２モータは、代表的には、モータ４１２の上に設置される。
【００８０】
第１の変形例では、コネクタは、軸線方向力をドリルパイプ４０１だけに伝達するようにドリルストリングアッセンブリに連結できる第１コネクタ４０４であってもよい。第１コネクタ４０４を使用するとき、モータ４１２のところで発生した回転トルクは、ドリルパイプ内に配置された別の駆動シャフト４０５に伝達される。軸線方向力は、軸線方向ベアリング４０６を備えたドリルビット４０３に伝達されてもよい。第１コネクタ４０４は、モータアッセンブリ４１５のハウジング４０９に連結されていてもよい。掘削流体は別の駆動シャフト４０５とドリルパイプ４０１との間の環状部を通してドリルストリングアッセンブリ内を循環してもよい。このような２つの伝動形体により、湾曲した穴を掘削できる。ドリルパイプ４０１は、回転トルクが別の駆動シャフト４０５によって伝達されるため、曲げ応力を比較的容易に支持できる。
【００８１】
第２の変形例では、コネクタは、ドリルストリングアッセンブリに連結できる第２コネクタ４０２であってもよい。第２コネクタ４０２は、軸線方向力及び回転トルクの両方をドリルパイプ４０１に伝達できる。ドリルパイプ４０１への軸線方向力伝達は、軸線方向ベアリング４０７及び中間パイプ４０８によって行われてもよい。このような回転伝達形体は直線的方向に従って掘削を行うのに特に適している。湾曲した掘削穴の場合には、回転するドリルパイプは掘削した横穴又はメインウエルの壁と接触してしまい、かくして掘削効率を低下する。第２コネクタ４０２は、モータハウジング４１５のハウジング４０９に連結されてもよい。回転伝達形体では、掘削流体はドリルパイプ４０１を通して及び中間パイプ４０８を通してドリルストリングアッセンブリ内で循環してもよい。
【００８２】
本発明によるシステムは、掘削穴内にブロックされたモータ４１２を含む。ドリルビット４０３への回転トルク及び軸線方向力の伝達は、掘削対象、代表的には掘削されるべき穴の所望の半径で決まるようになっている。本発明によるシステムは、湾曲した穴又は直線状の穴のいずれかを掘削するように形成されていてもよい。湾曲した穴については、好ましくは、デュアル伝動形体を使用する。第１コネクタ４０４はモータアッセンブリ４１５に連結されてもよい。直線状の穴については、第２コネクタ４０２がモータアッセンブリ４１５に連結されてもよい。しかしながら、直線状の穴を掘削するために第１コネクタを使用し、湾曲した穴を掘削するために第２コネクタ４０２を使用してもよい。後者の場合、即ち第２コネクタ４０２を湾曲した穴の後に直線状の穴を掘削するために使用する場合、回転ドリルパイプ４０１又は回転中間パイプ４０８を穴の壁と接触してもよい。回転ドリルパイプ４０１又は回転中間パイプ４０８は、メインウエルから横穴まで、又は横穴内で曲がっていてもよい。別の段落で説明する本発明の第５実施形態により、湾曲した穴を曲がった回転ドリルパイプで掘削できる。
【００８３】
好ましくは、モータをメインウエル内にブロックし、ドリルビットが横穴を掘削する。
【００８４】
別の態様では、モータを横穴内にブロックする。比較的短いドリルストリングを使用してもよく、これにより、横穴を更に掘削する際に短いドリルストリングが掘削した穴の湾曲した区分内で回転しないようにできる。
【００８５】
回転トルクの伝達は、回転の伝達をトルクの伝達と組み合わせて含む。
【００８６】
ブロックシステムは、スラスターをブロックできる第１横アーム組を含んでいてもよい。第１横アーム組は、スラスターの一端に配置されている。第２横アーム組が、ドリルビットの近くに設けられていてもよい。ドリルビットが十分な大きさの相対的変位を有する場合、第２横アーム組がドリルビットをブロックする。次いで、第１横アーム組を閉鎖し、スラスターのブロックを解除する。スラスターは、ドリルビットまでの距離を減少するように作動してもよく、第１横アーム組を開放してスラスターを再度ブロックし、第２横アーム組を閉鎖する。この作動により、ドリルストリングの軸線方向変位に拘わらず、軸線方向力を加えることができる。
【００８７】
図５は、横穴を掘削するための本発明によるシステムのデュアル伝動形体の一例を示す。システムの一部しか示してない。第１コネクタ５０４がドリルパイプ５０１をハウジング５０９に連結する。
【００８８】
ハウジング５０９は、スラスター（図示せず）のところで発生した軸線方向力を伝達する。従って、ドリルパイプ５０４は、ドリルパイプ５０１の一端に配置されたドリルビット（図示せず）に軸線方向力を伝達する。
【００８９】
モータ（図示せず）のところで発生した回転トルクは、駆動シャフト５１４によって、一端にドリルビットが取り付けられた別の駆動シャフト５０５に伝達される。従って、駆動シャフト５１４及び別の駆動シャフト５０５の両方が回転される。駆動シャフト５１４は、ハウジング５０９内に保持されたベアリング（図５には示さず）で案内される。
【００９０】
第１コネクタ５０１は、掘削流体を循環するための流体連通チャンネル５１６を提供する。掘削作業中、システムを通して掘削流体を圧送してもよい。流体連通チャンネル５１６を通して掘削流体を循環し、ドリルビットに届かせ、システムと掘削された穴との間の環状部を通して排出してもよい。図５の大きな矢印は、掘削流体の可能な循環を示す。
【００９１】
図６は、横穴を掘削するための本発明によるシステムの回転伝動形体の一例を示す。システムの一部しか示してない。第２コネクタ６０２がパイプ６０１をハウジング６０９に連結する。
【００９２】
ハウジング６０９は、スラスター（図示せず）のところで発生した軸線方向力を伝達する。第２コネクタ６０２は、軸線方向ベアリング６０７を介して軸線方向力を中間パイプ６０８に伝達する。中間パイプ６０８は、一端にドリルビット（図示せず）が取り付けられたドリルパイプ６０１に軸線方向力を伝達する。
【００９３】
駆動シャフト６１４が、モータ（図示せず）のところで発生した回転トルクを中間パイプ６０８及び従ってドリルパイプ６０１に伝達する。かくして、駆動シャフト６１４、中間パイプ６０８及びドリルパイプが回転する。ドリルパイプ６０１はドリルビットに軸線方向力及び回転トルクの両方を伝達する。
【００９４】
第２コネクタ６０２は、掘削流体を循環するための流体連通チャンネル６１６を提供する。掘削作業中、掘削流体がシステムを通して圧送される。掘削流体は流体連通チャンネル６１６を通して循環し、ドリルビットに届き、システムと掘削された穴との間の環状部を通して排出される。図６の大きな矢印は、掘削流体の可能な循環を示す。
【００９５】
このような回転伝動形体は、直線方向で掘削を行うのに特に適している。
【００９６】
本発明の掘削システムは、メインウエルから分岐する横穴内にモータがブロックされた横形体（図示せず）で使用することもできる。横形体では、ドリルストリングの長さが比較短い。デュアル伝動形体及び回転伝動形体の両方を使用できる。しかしながら、回転伝動形体の方が好ましい。掘削システムのブロックシステムは、パッドを持つ伸張アームを含んでいてもよい。パッドにより、掘削した横穴の壁に掘削機をクランプできる。パッドは、接触応力が小さくなるように、表面積が比較的大きい。
【００９７】
掘削システムは、更に、ドリルビットとメインウエルとの間で掘削流体を循環できる流れチャンネルを含んでいてもよい。
【００９８】
操向可能装置
図１に示す操向可能モータ(steerable motor)は、ドリルパイプ内に液圧コンバータを含む。液圧コンバータは掘削流体の循環を使用して回転トルクを発生し、及び従って比較的長く、例えば３ｍである。液圧コンバータは、損傷なしに曲げることができない比較的剛性の部品を含む。操向可能モータのドリルパイプもまた比較的長く、そのため半径が比較的短く、例えば１０ｍ以下の湾曲した穴を掘削することができない。半径が短い湾曲した穴を掘削できる操向可能な装置が必要とされている。
【００９９】
図７は、本発明の第２実施形態による操向可能な装置(steerable device)の一例を示す。操向可能装置７０１は、湾曲したドリルパイプ７０５及びこのドリルパイプ７０５の一端に設けられたドリルビット７０７を含む。ドリルビット７０７は、回転トルクを伝達することによって回転される。回転トルクは、メインウエル７０９内に配置されたモータ７０４が発生する。回転トルクをメインウエル７０９内で発生する場合、操向可能装置７０１の長さは従来技術におけるよりも短く、及び従って、小半径の湾曲した穴７１０を地層７１３内に掘削できる。
【０１００】
回転トルクは、ドリルパイプ７０５を通って延びる駆動シャフト７０３によってドリルビット７０７に伝達されてもよい。軸線方向スラスター７１４のところで発生した軸線方向力を、ドリルパイプ７０５を使用して伝達してもよい。軸線方向力は、ドリルビットに直接伝達されるか或いは、図７に示すように軸線方向ベアリングシステム７０８、例えばスラストベアリングシステムを介して駆動シャフト７０３に伝達されるのかのいずれかである。
【０１０１】
駆動シャフト７０３は、曲げられた状態で高速回転を支持しなければならない。従って、駆動シャフト７０３は曲げにおいて可撓性であるが、モータ７０４からドリルビット７０７まで回転トルクを伝達できる。駆動シャフト７０３がドリルパイプ７０５の内側で湾曲するとき、ドリルパイプ７０５は低摩擦ガイドシステム７１１、例えば平ベアリングシステムを含んでもよい。代表的には、ベアリング７１１はドリルパイプ７０５に沿って実質的に均等に間隔が隔てられている。ベアリング７１１は、駆動シャフト７０３とドリルパイプ７０５との間で掘削流体を循環できる通路（図示せず）を含んでいてもよい。駆動シャフト７０３はチタニウムで形成されていてもよく、ガイドシステム７１１は青銅で形成されていてもよい。
【０１０２】
ドリルパイプ７０５は、曲げられた状態で軸線方向力を伝達する。ドリルパイプ７０５の形状は、穴の湾曲と対応し、掘削した穴に接する。変形は塑性領域で生じてもよい。
【０１０３】
モータ７０４は、メインウエル内に配置されているため、電線に接続されていてもよく、モータ７０４は電動モータであってもよい。
【０１０４】
操向可能モータは、好ましくは、回転トルクをモータから駆動シャフトに第１コネクタ（図示せず）を介して伝達するモータ駆動シャフト（図示せず）を含んでいてもよい。この場合、駆動シャフトは別の駆動シャフトである。第１コネクタは、モータアッセンブリとドリルパイプの内側との間に流体連通チャンネルを提供してもよく、モータアッセンブリは、モータ、軸線方向スラスター、ブロックシステム、及びモータ駆動シャフトを含む。第１コネクタを第２コネクタ（図示せず）と交換してもよい。第２コネクタもまた、モータアッセンブリとドリルパイプの内側との間に流体連通チャンネルを提供する。第２コネクタは、回転トルク及び軸線方向力の両方をドリルパイプに伝達できる。
【０１０５】
しかしながら、図７の操向可能モータ７０１は、モータ７０４からドリルビット７０７に回転トルクしか伝達できない単一の駆動シャフト７０３、及び軸線方向力をドリルビット７０７に伝達する単一のドリルパイプ７０５を含む。操向可能モータ７０１は、掘削されるべき穴の所望の半径に応じて、ドリルビット７０７に回転トルク及び軸線方向力を伝達するように、第１コネクタ又は第２コネクタを取り外し自在に連通することはできなくてもよい。
【０１０６】
操向可能モータ７０１により、小半径の湾曲した穴７１０を掘削できる。ドリルパイプ７０５が曲がっており、ドリルパイプ及び駆動シャフトを含むドリルストリングアッセンブリに三つの接触箇所７０２が配置されている。湾曲した穴７１０を掘削するとき、接触箇所７０２が掘削した横穴の壁と接触する。三つの接触箇所７０２は、湾曲した穴７１０を掘削できるようにドリルパイプ角度を決める。接触箇所７０２の位置が、湾曲した穴７１０の指令半径を決定する。
【０１０７】
しかしながら、比較的軟質の地層では、ドリルビットは、ドリルビットと比較して過大な穴を掘削する。従って、掘削した穴は直径が比較的大きく、従って、掘削した穴の壁は予想した壁よりも下にある。操向可能装置７０１が掘削した穴の底壁に載るため、掘削した湾曲した穴の有効曲率半径の値は、ドリルパイプ角度と対応する指令半径よりも大きくなる。
【０１０８】
有効半径の制御は、このような角度モードを直線的モードと組み合わせることによって行ってもよい。直線的モード中、操向可能装置７０１自体を第１角度で配向する。モータ７０４のところで発生した回転トルク及び軸線方向力を、デュアル伝動形体に従ってドリルビット７０７に第１の所定の持続時間に亘って伝達する。これにより、第１方向を持つ第１穴を第１部分に亘って掘削できる。操向可能装置７０１を所定距離に亘って、例えば第１部分に亘って引き戻す。この所定距離は、第１部分の長さよりも大きくてもよいし小さくてもよい。次いで、操向可能装置７０１を第２角度で配向する。回転トルク及び軸線方向力をドリルビットに第２の所定の持続時間に亘って伝達することにより、第１穴を拡げる。
【０１０９】
このような工程は任意の順序で行うことができ、例えば第２角度の回転を引き戻し前に行ってもよい。操向可能装置の第１角度での回転を、第１角度の値をゼロにして行ってもよく、即ちこの工程の実行中に操向可能装置を一回だけ第２角度で回転してもよい。
【０１１０】
図８Ａ及び図８Ｂは、直線的モード中に掘削した穴の断面の例を示す。図８Ａの断面は、上文中に説明した工程を行うことによって掘削された穴の断面を示す。代表的には、第２角度はほぼ１８０°に等しく、第２の所定の持続時間は第１の所定の持続時間と実質的に等しく、これにより楕円形の穴８１を形成する。これらの工程を繰り返すと、操向可能装置は楕円形の穴８１を所定の長さに亘って掘削する。楕円形の穴の断面はドリルビットの直径よりも大きく、方向が比較的一定である。
【０１１１】
図８Ｂは、直線的モード中に掘削した穴の断面の第２の例を示す。この例では、ドリルビットへの回転トルク及び軸線方向力の伝達が４回行われた。例えば、第２角度はほぼ１８０°に等しく、第２の所定の持続時間は第１の所定の持続時間と実質的に等しく、これにより楕円形の穴８１を形成する。次いで、操向可能装置を引き戻し、第３角度だけ回転する。この第３角度は、ほぼ９０°に等しい。第３の掘削の後、操向可能装置を引き戻し、第４角度だけ回転する。この第４角度はほぼ１８０°に等しい。回転トルク及び軸線方向力をドリルビットに伝達し第４の掘削を行う。このような作業を繰り返してもよい。結果的に得られた断面８２はドリルビットの直径よりも大きい。
【０１１２】
直線的モードにより、比較的一定の方向に従って掘削でき、これにより所定距離に亘って比較的真っ直ぐな掘削穴を形成する。角度モードと組み合わせると、指令半径が所望の半径よりも小さい場合、直線的モードにより湾曲した穴の有効半径を制御できる。
【０１１３】
別の態様では、ドリルパイプを一方の方向から反対方向に連続的に揺動してもよい。この揺動によりドリルパイプを一回転に亘って回転し、かくして、ドリルビットの断面よりも大径の円筒形の穴を掘削できる。
【０１１４】
地層が軟質である場合には、噴流モードを角度モード又は直線的モードと既に組み合わされた角度モードと組み合わせてもよい。図７は、このような噴流作動の一例を示す。流体噴流７１２を提供し、地層７１３を所定の方向で侵蝕する。図７の例では、ドリルビットには非対称噴流形体が備えられている。ドリルビットを回転させていないが、流体噴流７１２を好ましい方向に配向するようにモータ７０４が駆動シャフト７０３を配向する。流体噴流７１２の方位角方向とモータ７０４の基準方向との間のオフセット角度を計測してもよい。噴流により、軟質の地層でも湾曲した穴を所定の軌道に従って、ドリルビット７０７の回転を使用する掘削よりも正確な方向で掘削できる。
【０１１５】
掘削方向の制御
有効掘削方向を制御するため、横穴の所定の区分内にドリルビットを位置決めするため、スタビライザーを設置してもよい。詳細は、掘削システムのボトムホールアッセンブリのところに設けた可変直径スタビライザーにより、掘削が直線方向に従って行われるか或いは方向を変えるのかを遠隔の位置から決定できる。方向を変えることにより、ボトムホールアッセンブリのスタビライザーのうちの可変直径スタビライザー形態に応じて掘削を上方方向に行うことができ、又は下方方向に行うことができる。
【０１１６】
オペレータが掘削方向の変更を決定したとき、機械的プロセスにより可変直径スタビライザーに決定が伝達され且つ設定され、かくして二つの可能な方向のうちの一方を選択できる。しかしながら、方向を第３の別個の方向、例えば垂直方向が下方方向である場合の上方方向へ変更する必要がある場合、ボトムホールアッセンブリを井戸から取り外す必要がある。かくして、更に融通性が高い方向制御システムが必要とされている。
【０１１７】
図９は、本発明の第３実施形態による第１の可能なシステムの一例を示す。
【０１１８】
ボトムホールアッセンブリのドリルストリング９０１の一端のドリルビット９０３により、横穴９０４を掘削できる。ドリルストリング９０１は複数のスタビライザー（９０２、９０５、９０６）によって取り囲まれており、少なくとも一つのスタビライザーが可変直径スタビライザー（９０５、９０６）である。少なくとも一つの可変直径スタビライザー（９０５、９０６）により、ドリルビット９０３を横穴９０４の断面内に位置決めできる。本発明の第３実施形態によるシステムは、更に、一組のスタビライザーパラメータのうちの少なくとも一つのスタビライザーパラメータを遠隔の位置から機械的に制御するための制御手段を含む。一組のスタビライザーパラメータには、所定の可変直径スタビライザー（図９には示さず）の直径の大きさ、第１スタビライザー（図９には示さず）とマーク装置（図９には示さず）との間の距離が含まれる。マーク装置は、別個のスタビライザーであってもよいし、ドリルビットであってもよい。一組のスタビライザーパラメータには、更に、少なくとも２つの可変直径スタビライザー（９０５、９０６）の引っ込め、及び所定の可変直径スタビライザー（図９には示さず）の方位角半径が含まれる。
【０１１９】
図９に示す第１の可能なシステムにより、遠隔の位置、例えば表面から、２つの可変直径スタビライザー（９０５、９０６）の引っ込めを制御できる。
【０１２０】
２つの可変直径スタビライザー（９０５、９０６）は協働して設定されてもよい。図９に示す第１の可能なシステムにより、二つ以上の方向に従って掘削を行うことができる。
【０１２１】
第１の可能なシステムは、一方が可変直径の二つのスタビライザーだけを含んでいてもよい。別の態様では、図９に示すように、第１の可能なシステムは三つのスタビライザーを有し、このうちの二つが可変直径スタビライザーであってもよい。代表的には、第１可変直径スタビライザー９０６はドリルビット９０３の近くに配置され、第２可変直径スタビライザー９０５は二つの他のスタビライザー（９０２、９０６）の間に配置される。
【０１２２】
第１の可能なシステムは、二つ以上の設定位置を持つ制御システム（図９には示さず）を含む。各設定位置は、スタビライザーパラメータの関連した値と対応する。図９に示すように三つのスタビライザー（９０２、９０５、９０６）を備えた形体では、スタビライザーパラメータは、少なくとも二つの可変直径スタビライザー（９０５、９０６）の引っ込め及び伸張を決める。従って、対応する制御手段は、少なくとも三つの設定位置を有する。即ち、
−第１可変直径スタビライザー９０６及び第２可変直径スタビライザー９０５のフルゲージ(full-gauge)位置と関連した第１設定位置；
−第１可変直径スタビライザー９０６のアンダーゲージ(under-gauge)位置及び第２可変直径スタビライザー９０５のフルゲージ位置と関連した第２設定位置；及び
−第１可変直径スタビライザー９０６のフルゲージ位置及び第２可変直径スタビライザー９０５のアンダーゲージ位置と関連した第３設定位置を有する。
【０１２３】
第１可変直径スタビライザー９０６及び第２可変直径スタビライザー９０５の両方の引っ込めと関連した第４設定位置もまた、制御手段内に含まれる。
【０１２４】
第１設定位置を選択した場合、第１可変直径スタビライザー９０６及び第２可変直径スタビライザー９０５はフルゲージ位置にある。従って、第１可変直径スタビライザー９０６及び第２可変直径スタビライザー９０５は横穴９０４の壁に接触応力を加え、掘削は比較的真っ直ぐな方向で行われる。
【０１２５】
第２設定位置を選択した場合、第１可変直径スタビライザー９０６だけが引っ込められ、これにより図３Ｂに示すのと同様の形体を提供する。ドリルビット９０３の中心がドリルストリング９０１の重量により下方方向に差し向けられる。掘削は、下方方向で行われる。
【０１２６】
第２可変直径スタビライザー９０５だけをアンダーゲージ位置に設定し、即ち第２可変直径スタビライザー９０５だけを引っ込めると、これにより図３Ｃに示すのと同様の形体を提供する。ドリルビット９０３の中心はドリルストリング９０１の重量により上方方向に差し向けられる。掘削は、上方方向に行われる。
【０１２７】
二つの可変直径スタビライザーのうちの一方の直径を計測するように、ホール効果センサ９０７が設けられていてもよい。ホール効果センサ９０７は、可変直径スタビライザーのピストンの引っ込めを検出してもよい。別の態様では、二つの可変直径スタビライザーの直径を計測してもよい。
【０１２８】
両可変直径スタビライザー（９０５、９０６）の設定を調整し、所望の形体を得る。掘削されるべき穴が比較的小さい場合には、二つの可変直径スタビライザー（９０５、９０６）を一つのドリルカラー区分（図９には示さず）に設けてもよく、これにより、スタビライザーパラメータの組のうちの少なくとも一つのスタビライザーパラメータを制御する単一の制御ユニットを提供できる。
【０１２９】
本発明の第３実施形態による第２の可能なシステム（図示せず）により、少なくとも一つの決定された可変直径スタビライザーの直径の大きさを調節できる。従って、決定された可変直径スタビライザーは二つ以上の位置を含んでもよい。例えば、決定された可変直径スタビライザーを拡げてもよく、引っ込めてもよく、又は中間位置に置いてもよい。
【０１３０】
第２の可能なシステムは、少なくとも三つの設定位置を持つ制御手段を含む。各設定位置は、形体スロット、例えばＪ形スロット内に位置決めした形体プロット、例えばキーを介して選択してもよい。各設定位置は、決定された可変直径スタビライザーの位置と対応する。
【０１３１】
第２の可能なシステムにより、掘削方向を従来技術のシステムよりも正確に調節できる。
【０１３２】
図１０Ａは、本発明の第３実施形態による第３の可能なシステムの断面図である。第３の可能なシステムの半分だけが示してある。第３の可能なシステムにより、二つの可変直径スタビライザー（１００１；１００２）を調整された態様で設定できる。これらの可変直径スタビライザー（１００１；１００２）の各々は、引っ込め位置、中間位置、又は伸張位置のいずれかにある。従って、第３の可能なシステムにより、上方方向又は下方方向に従って掘削を行うことができ、掘削方向を比較的高い精度で調節できる。
【０１３３】
第３の可能なシステムは、６個の設定位置（ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎ）を持つ制御手段を含む。各設定位置は、スタビライザーパラメータの関連した値と対応し、例えば、図１０Ａに示すように、上側の可変直径スタビライザー１００１を拡げ、下側の可変直径スタビライザー１００２を引っ込める。制御手段により、複数のイベント、例えば軸線方向力の前に流れが加えられる相対的時間的順序で設定位置から別の位置までシフトできる。
【０１３４】
各可変直径スタビライザー（１００１；１００２）は、関連したピストン（１００３；１００４）の伸張及び引っ込めに応じて伸張されたり引っ込められたりする。制御手段により、上ピストン１００３及び下ピストン１００４を、上制御スリーブ１０１０及び下制御スリーブ１００７の夫々によって、カラー１０００の外側に向かって押すことができる。決定されたピストンに押圧力が加えられていない場合には、決定されたピストンは引っ込められている。
【０１３５】
各ピストン（１００３；１００４）に設けられたリング１００５により、ピストンを井戸ボアで無くさないようにする。
【０１３６】
下ピストン１００４を下制御スリーブ１００７の傾斜上で摺動することにより、カラー１０００の外側に向かって押してもよい。下制御スリーブは、カラー１０００内で軸線方向に摺動してもよい。ピン１００８により、下制御スリーブ１００７が回転しないようにする。下ばね１０４０は、下制御スリーブ１００７を上方に押す。下制御スリーブ１００７は、上側の可変直径スタビライザー１００１の近くまで上方に伸びている。下制御スリーブ１００７は、従って、長さが比較的長く、例えば数ｍに及ぶ。
【０１３７】
下制御スリーブ１００７の摺動は、上制御スリーブ１０１０のフィンガ１００９によって制御される。上制御スリーブ１０１０は、カラー１０００内で軸線方向に摺動してもよく、一方の方向に回転してもよい。ラチェットシステム１０１１が上制御スリーブ１０１０の逆回転を防ぐ。
【０１３８】
図１０Ｂは、本発明の第３実施形態による第３の可能なシステムのラチェットシステム１０１１の一例を示す。ラチェットシステム１０１１は、一方向だけに有効移動を可能にするため、爪１０４１が落とし込まれる歯１０４２を含む。
【０１３９】
図１０Ａを再び参照すると、ラチェットシステム１０１１により、上制御スリーブ１０１０をカラー１０００内で摺動させることができる。
【０１４０】
フィンガ１００９は、上制御スリーブ１０１０の方位角位置に応じた様々な接触領域（１０１２、１０１３、１０１４、１０４３、１０４４、１０４５）によって下制御スリーブ１００７を押す。
【０１４１】
図１０Ｃは、本発明の第３実施形態による第３の可能なシステムの下制御スリーブ１００７の一例を示す。下制御スリーブは、複数の接触領域（１０１２、１０１３、１０１４、１０４３、１０４４、１０４５）を含む。
【０１４２】
フィンガ１００９がフルゲージ接触領域（１０１２；１０４４；１０４５）と整合している場合には、上制御スリーブ１００７は、カラー１０００の内側に押される。その結果、下ピストン１００４は伸張位置にある。
【０１４３】
フィンガ１００９が中間ゲージ(middle-gauge)接触領域（１０１３；１０４３）と整合している場合には、下ピストン１００４は中間位置にある。
【０１４４】
フィンガ１００９がアンダーゲージ接触領域１０１４と整合している場合には、下ピストン１００４は引っ込め位置にある。
【０１４５】
従って、下スタビライザー１００２の直径は、フィンガ１００９が整合した接触領域で決まる。
【０１４６】
次に図１０Ａを参照すると、上制御スリーブ１０１０は、上ピストン１００３が載止する三つの傾斜（１０１５、１０１６、１０１７）を含む。これらの傾斜は、別個の方位角位置を有する。
【０１４７】
図１０Ｄは、本発明の第３実施形態による第３の可能なシステムの上制御スリーブ１０１０の一例を示す。上制御スリーブ１０１０は、同じ傾斜角の三つの傾斜（１０１５、１０１６、１０１７）を含む。これらの傾斜（１０１５、１０１６、１０１７）は上制御スリーブ１０１０の別個の軸線方向位置で開始する。
【０１４８】
図１０Ａを再び参照すると、上ピストン１００３が第１傾斜１０１７に載る軸線方向位置を上制御スリーブ１０１０が有する場合には、上ピストンを外側に伸張位置まで押してもよい。第２傾斜１０１６により上ピストン１００３を中間位置に位置決めでき、第３傾斜１０１５により、上ピストン１００３を引っ込めることができる。
【０１４９】
上制御スリーブ１０１０は、下ピストン１００４の大きさを制御するフィンガ１００９を含む。各接触領域は、上制御スリーブ１０１０の所与の高さと組み合わせられる。各設定位置（ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎ）は、決定された接触領域（１０１２；１０４４；１０４５）及び決定された傾斜（１０１５、１０１６、１０１７）の組み合わせと関連している。
【０１５０】
図１０Ｅは、図１０Ａに示す第３の可能なシステムの設定表を示す。例えば、フルゲージ接触領域１０１２は第１傾斜１０１７と組み合わせられる。この組み合わせは第１設定位置ｉと関連しており、これは、両ピストン（１００３；１００４）の伸張と対応し、これによりドリルは直線的方向に従って移動できる。
【０１５１】
第３設定位置ｋは、アンダーゲージ接触領域１０１４、即ち下ピストン１００４が引っ込められた状態と、第１傾斜１０１７、即ち上ピストン１００３が伸張された状態との組み合わせと関連する。第３設定位置ｋにより、下方方向に従って掘削できる。
【０１５２】
第２設定位置ｊは、中間ゲージ接触領域１０１３、即ち下ピストン１００４が引っ込められた状態と、第１傾斜１０１７、即ち上ピストン１００３が伸張された状態との組み合わせと関連する。第２設定位置ｊにより、中間下方方向に従って移動できる。
【０１５３】
他の３つの設定位置（ｌ、ｍ、ｎ）は、図１０Ｅの設定表に例示してある。
【０１５４】
図１０Ａを再び参照すると、上制御スリーブ１０１０の方位角位置は、形体スロット、例えばＪ−スロット１０２５内での形体プロット、例えばキー１０２１の位置によって制御される。Ｊ−スロット１０２５は、Ｊ−スロットスリーブ１０１８に配置されている。キー１０２１は上マンドレル延長部１０２２に取り付けられている。
【０１５５】
図１０Ｆは、図１０Ａに示す第３の可能なシステムのＪ−スロットの一例を示す。Ｊ−スロット１０２５により、一方の設定位置（ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎ）から他方の設定位置までシフトできる。
【０１５６】
軸線方向力を加える前に遠隔のポンプ（図示せず）からの流れが起こった場合には、Ｊ−スロットスリーブ１０１８は、流れによって発生した圧力降下によって下方に押圧される。下方へのストローク中、キー１０２１がＪ−スロット１０２５内で移動し、かくしてＪ−スロットスリーブ１０１８を回転させる。
【０１５７】
次に図１０Ａを参照すると、歯１０１９により、Ｊ−スロットスリーブ１０１８の回転時に上制御スリーブ１０１０を回転させることができる。しかしながら、歯１０１９の係合に応じて、Ｊ−スロットスリーブ１０１８が上制御スリーブ１０１０に対して自由に回転してもよい。
【０１５８】
上制御スリーブ１０１０が下方に移動するとき、上ピストン１００３が載った傾斜（１０１５、１０１６、１０１７）に応じて上ピストン１００３が押されてもよい。
【０１５９】
上制御スリーブ１０１０の回転により、フィンガ１００９を所定の接触領域（１０１２、１０１３、１０１４、１０４３、１０４４、１０４５）と整合し、かくして下可変直径スタビライザー１００２の直径を制御できる。
【０１６０】
流れの前に軸線方向力が加えられた場合には、上マンドレル１０２３の端部１０４６が下マンドレル１０２６の末端１０４７と接触するまで上マンドレル１０２３が下方に移動する。上マンドレル延長部１０２２がＪ−スロットスリーブ１０１８を押すため、Ｊ−スロットスリーブ１０１８と上マンドレル延長部１０２３との間で相対移動が起こらない。従って、Ｊ−スロットスリーブ１０１８は回転しない。
【０１６１】
Ｊ−スロットスリーブ１０１８が回転したときに上制御スリーブ１０１０が回転するように歯１０１９が係合している場合には、軸線方向力の前に流れを加えることによって、一方の設定位置（ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎ）から他方の設定位置へのシフトが行われる。シフトするのが望ましくない場合には、流れの前に軸線方向力を加える。適当な条件下では、キー１０２１を変位することによって、一組の設定位置（ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎ）のうちから所望の設定位置を選択できる。
【０１６２】
本発明の第３実施形態による第３の可能なシステムは、更に、位置インジケータ１０２８を含んでもよい。上マンドレル１０２３を下マンドレル１０２６に下方に押し込んだとき、位置インジケータ１０２８は下方に移動する。ばね１０３０により、位置インジケータ１０２８の変位をＪ−スロットスリーブ１０１８の機械式ストップ１０２９によって制限できる。機械式ストップ１０２９の長さは、Ｊ−スロットスリーブ１０１８の方位角位置で決まる。その結果、位置インジケータ１０２８の変位はＪ−スロットスリーブ１０１８の方位角位置で決まる。位置インジケータ１０２８のノズルのところでの圧力降下が位置インジケータの変位で決まるため、この圧力降下を監視することによって、Ｊ−スロットスリーブ１０１８の方位角位置を検出できる。
【０１６３】
上制御スリーブ１０１０に対するＪ−スロットスリーブ１０１８の可能な自由回転を考慮に入れてもよい。従って、可変直径スタビライザー（１００１、１００２）の直径を評価できる。
【０１６４】
スプライン及び溝（図１０Ａには示さず）により、上マンドレル１０２３が下マンドレル１０２６に対して回転しないようにできる。逆に、上マンドレル１０２３の端部を下マンドレル１０２６の末端１０４７と接触させることによって、軸線方向力を上マンドレル１０２３から下マンドレル１０２６に伝達する。掘削した穴からシステムをホイストで出すとき、後側接触部１０３３により、上マンドレル１０２３から下マンドレル１０２６に伸張力を伝達できる。
【０１６５】
本発明の第３実施形態の第４の可能なシステム（図示せず）により、決定された可変直径スタビライザーの方位角半径を遠隔の位置から制御できる。決定された可変直径スタビライザーは、複数のピストン、例えば図２に示す三つのピストンを含む、方位角調節可能スタビライザーであってもよい。各ピストンは所定の方位角を有する。
【０１６６】
第４の可能なシステムでは、各ピストンを互いに独立して設定してもよい。第４の可能なシステムは、少なくとも三つの設定位置を持つ制御手段を含む。これらの設定位置の各々は、スタビライザーパラメータの決定された値、例えば第１ピストンだけを伸張する、と対応する。
【０１６７】
ドリルビットと近接した方位角調節可能スタビライザーの決定されたピストンを掘削した穴に押し付けたとき、ドリルビットは、決定されたピストンの決定された方位角方向とは逆方向に掘削を行う。決定されたピストンを押すこととボトムホールアッセンブリのドリルストリングの可能な回転とを同期させるのに特定の注意を払うのがよい。
【０１６８】
方位角調節可能スタビライザーの各ピストンを独立して設定できるため、掘削を任意の方向、例えば水平方向で行うように注文できる。
【０１６９】
本発明の第３実施形態による第５の可能なシステムにより、マーク装置に対する第１スタビライザーの長さ方向位置を遠隔の位置から、例えば表面から制御できる。マーク装置は、ボトムホールアッセンブリに取り付けてもよく、例えば、マーク装置は、別個のスタビライザー又はドリルビットであってもよい。第１スタビライザー可変直径スタビライザーであってもよいし、ドリルストリングの中心を掘削した穴、例えばスタビライザーの断面の中心に位置決めできる任意の装置であってもよい。
【０１７０】
ドリルビットに対するスタビライザーの長さ方向位置の調節は、摺動区分の大きさを調節することによって行ってもよいし、又はスタビライザーをドリルストリングに沿って変位することによって行ってもよい。二つのスタビライザー間の距離を調節することによって、二つのスタビライザー間のドリルストリングの変形を調節でき、及び従って掘削方向を調節できる。
【０１７１】
図１１は、本発明の第３実施形態による第５の可能なシステムを示す。第５の可能なシステムにより、スタビライザー１１０２とドリルビット１１０１との間の距離を調節でき、及び従って、掘削方向を調節できる。このシステムは、ドリルストリング１１０５を含み、このドリルストリング内に摺動マンドレル１１０４が配置されている。ドリルビット１１０１は摺動マンドレル１１０４の一端に配置されている。
【０１７２】
掘削方向は、スタビライザー１１０２とドリルビット１１０１との間の距離に亘る摺動マンドレル１１０４の弾性変形で決まる。
【０１７３】
シーリング−ブロックシステム１１０３は、摺動マンドレル１１０４を所定位置に維持するように、係止手段、例えば内スリップを含む。シーリング−ブロックシステム１１０３は、更に、掘削流体の循環が摺動マンドレル１１０４の内側を介してドリルビット１１０１に達するように密封状態を保証するため、シール、例えばゴム製エレメントを含んでいてもよい。
【０１７４】
内スリップを物理的パラメータ、例えば制御シャフト１１０６の圧力によって制御してもよい。伝達システム１１０７により、制御シャフト１１０６を摺動マンドレル１１０４及びシーリング−ブロックシステム１１０３と連通できる。伝達システム１１０７により、代表的には、内スリップを設定でき、制御シャフト１１０６の変位を伝達できる。伝達システム１１０７は、摺動マンドレル１１０４を通して掘削流体を循環できるように、少なくとも一つの穴を有する。
【０１７５】
内スリップが固定されていない場合には摺動マンドレルを移動できる。制御シャフト１１０６を引っ張ることにより、スタビライザー１１０２とドリルビット１１０１との間の距離を縮めることができる。制御シャフト１１０６を押すことにより、スタビライザー１１０２とドリルビット１１０１との間の距離を大きくすることもできる。
【０１７６】
シーリング−ブロックシステム１１０３は、更に、回転トルク及び軸線方向力をドリルストリング１０５から摺動マンドレル１１０４に伝達できる。別の態様では、回転トルクは別のシャフト（図示せず）からドリルビット１１０１に伝達される。
【０１７７】
本発明の第３実施形態による方向制御システムは、掘削システムのドリルストリングアッセンブリ内に設けられる。好ましくは、ドリルストリングアッセンブリは、モータアッセンブリにコネクタで取り外し自在に連結される。モータアッセンブリは、回転トルクを発生するためのモータ、軸線方向力を発生するための軸線方向スラスター、モータ及び軸線方向スラスターを掘削穴内に固定するためのブロックシステム、及び回転トルクをドリルストリングアッセンブリに伝達するための駆動シャフトを含んでもよい。
【０１７８】
コネクタにより、回転トルク及び軸線方向力をモータアッセンブリからドリルストリングアッセンブリに伝達できる。ドリルストリングアッセンブリは、ドリルビット及びドリルパイプを含む。コネクタは、モータアッセンブリとドリルパイプの内部との間に流体連通チャンネルを形成する。
【０１７９】
コネクタは第１コネクタ又は第２コネクタのいずれかを含む。第１コネクタは、軸線方向力をドリルパイプにだけ伝達し、回転トルクをドリルパイプ内に配置された別の駆動シャフトに伝達するようにドリルストリングアッセンブリに連結されていてもよい。ドリルビットはドリルパイプの内側に配置された別の回転駆動シャフトの一端に配置され、ドリルパイプは軸線方向力を伝達する。複数のスタビライザーが駆動シャフトを取り囲んでいる。詳細には、本発明の第３実施形態の第４の可能なシステムで非回転ドリルパイプを使用してもよい。
【０１８０】
このようなデュアル伝動形体は、曲線に従って掘削を行うのに特に適している。
【０１８１】
更に、第２コネクタがドリルストリングアッセンブリに連結されていてもよい。第２コネクタにより、軸線方向力及び回転トルクの両方をドリルパイプに伝達できる。ドリルパイプは回転トルク及び軸線方向力の両方をドリルビットに伝達する。このような回転伝達形体は、実質的に直線的方向に従って掘削を行うのに特に適している。ドリルストリングの適切な案内を保証するため、複数のスタビライザーがドリルパイプを取り囲んでいる。
【０１８２】
別の態様では、掘削システムは、回転トルクをモータからドリルビットに伝達するための単一の駆動シャフト、軸線方向力をドリルビットに伝達するための単一のドリルパイプを含んでもよい。単一のドリルパイプは、単一の駆動シャフトと別個でなくてもよい。掘削システムは、掘削されるべき穴の所望の半径に応じて回転トルク及び軸線方向力を伝達するように、第１コネクタ又は第２コネクタを取り外し自在に連結できなくてもよい。
【０１８３】
掘削方向の監視
掘削軌道を制御するには、ドリルビットの配向を監視することが必要である。監視は、通常は、地球の重力ベクトルに対するドリルストリングの傾斜を計測する少なくとも一つの加速度計を含む加速度計システムで行われる。少なくとも一つの磁力計を含む磁力計システムにより、地球の磁界に対するドリルストリングの方位角を計測できる。加速度計システムを磁力計システムと関連してもよい。しかしながら、従来技術のシステムでは、磁力計システム及び加速度計システムは、ドリルビットから比較的長い距離、例えば２５ｍのところに配置される。ドリルビットの配向を更に正確に計測できるシステムが必要とされている。
【０１８４】
図１２は、本発明の第５実施形態によるボトムホールアッセンブリを示す。このボトムホールアッセンブリは穴を掘削するためのドリルビット１２０１を含む。このボトムホールアッセンブリは、更に、ドリルビット１２０１の直ぐ近くに設けられた少なくとも一つのマイクロセンサ（１２０７、１２０８）を含む。少なくとも一つのマイクロセンサ（１２０７、１２０８）により基準方向に対するドリルビット１２０１の配向を計測できる。
【０１８５】
少なくとも一つのマイクロセンサは、マイクロ磁力計１２０７であってもよく、これにより地球の磁界に対するドリルビット１２０１の配向を計測できる。このようなマイクロ磁力計は、マイクロ  オプトエレクトロ  メカニカル  システムズ（ＭＯＥＭＳ）社に属するものであってもよい。
【０１８６】
好ましくは、地球の磁界に対するドリルビットの三つの配向を計測するように、三つのマイクロ磁力計がドリルビットの直ぐ近くに設けられる。従って、ドリルビットの配向の３次元計測が行われる。
【０１８７】
マイクロ磁力計１２０７は、マイクロ加速度計１２０７であってもよい。マイクロ加速度計１２０７により、地球の重力ベクトルに対するドリルビット１２０１の配向を計測できる。マイクロ加速度計は、マイクロ  エレクトロ  メカニカル  システムズ（ＭＥＭＳ）社に属するものであってもよい。
【０１８８】
好ましくは、地球の重力ベクトルに対するドリルビットの三つの配向を計測するように、三つのマイクロ加速度計がドリルビットの直ぐ近くに設けられる。従って、ドリルビットの配向の３次元計測が行われる。
【０１８９】
システムは、更に、三つのマイクロ加速度計及び三つのマイクロ磁力計を含んでいてもよい。
【０１９０】
マイクロ加速度計及びマイクロ磁力計自体は従来の加速度計及び従来の磁力計よりも精度が劣る。しかしながら、本システムは、マイクロセンサをドリルビットの直ぐ近くに設けることにより、ドリルビットの配向の計測値を従来技術のシステムよりも高精度で得ることができる。
【０１９１】
少なくとも一つのマイクロセンサによりドリルビット１２０１の配向を監視できる。マイクロ磁力計１２０７及びマイクロ加速度計１２０７は、ドリルビット１２０１の近くのサブアッセンブリ１２０６内に配置してもよい。
【０１９２】
電動モータ（図示せず）は、ドリルビット１２０１を回転させることができる回転トルクを発生する。電動モータの長さは液圧モータの長さよりも短い。
【０１９３】
本発明によるボトムホールアッセンブリは、小さなチューブ１２０４をドリルストリング１２０２の中心に備えていてもよい。小さなチューブ１２０４により、メインサブ（図示せず）とマイクロセンサ（１２０７、１２０８）との間を通信できる。メインサブは、ボトムホールアッセンブリを使用して横穴が掘削されるメインウエル内に配置されていてもよい。メインサブは、ボトムホールアッセンブリの長さ方向軸線に沿ってドリルビット１２０１から比較的長い距離のところに配置された計測用ホワイト掘削工具であってもよい。
【０１９４】
通信は、電線１２０５によって行われてもよい。
【０１９５】
通信は、小さなチューブ１２０４を通してマイクロセンサ（１２０７、１２０８）に伝達され且つこれらのマイクロセンサ（１２０７、１２０８）からドリルストリングを通して伝達される電気信号によって行われてもよい。
【０１９６】
好ましくは、本発明によるボトムホールアッセンブリは、本発明の第１実施形態による掘削システムの部分である。
【０１９７】
別の態様では、変形例の掘削システムのドリルビットの直ぐ近くにマイクロセンサを配置する。この場合、変形例の掘削システムは、掘削されるべき穴の所望の半径に応じて回転トルク及び軸線方向がドリルビットに伝達されるように、第１コネクタ又は第２コネクタを取り外し自在に連結することができない。
【０１９８】
変形例の掘削システムは、操向可能モータ、操向可能装置、掘削リグシステム、コイル状チューブシステム、又は任意の他の掘削システムであってもよい。
【０１９９】
操向可能装置（図示せず）の場合には、マイクロセンサが駆動シャフト内に配置されていてもよい。
【０２００】
方向制御システム（図示せず）を持つボトムホールアッセンブリの場合には、マイクロセンサは、例えば制御ユニット（図示せず）内に配置されていてもよい。
【０２０１】
非常に短い半径の掘削
メインウエルから分岐する非常に短い半径の湾曲を持つ横穴を掘削するための掘削システムは、メインウエルと掘削された横穴との間のエルボのところで実質的に垂直方向に曲がった可撓性ドリルパイプを含んでもよい。モータ及び軸線方向スラスターは、メインウエル内にブロックされていてもよく、可撓性ドリルパイプが回転トルク及び軸線方向力をドリルビットに伝達する。従来技術の掘削システムは、回転トルク及び軸線方向力をエルボのところで伝達できるように、ホイップストック又はブッシュのいずれかを含む。
【０２０２】
しかしながら、比較的長い横穴の場合には、回転トルク及び軸線方向力の伝達は比較的困難である。これは、可撓性ドリルパイプに沿った軸線方向力の強さのためである。
【０２０３】
ホイップストックは、軸線方向スラスターからの軸線方向力及びドリルビットからの圧縮力を支持しなければならない。ホイップストックに作用する反作用力は、軸線方向力及び圧縮力のベクトルの和として計算できる。
【０２０４】
さらに、掘削中、ドリルパイプは、掘削された横穴が大きくなるにつれてホイップストック上で摺動する。しかしながら、掘削中、ドリルパイプの接線方向速度は摺動速度よりも高い。代表的には、接線方向速度と摺動速度との間の比は１００以下である。従って、接線方向速度及び摺動速度のベクトル和から得られた組み合わせ速度は、接線方向速度とほぼ等しい。
【０２０５】
反作用力及び組み合わせ速度は、大きな摩擦損及び磨耗をもたらす。これには、ホイップストック又はホイップストックの後側の岩石地層が、可撓性シャフトによって伝達された応力により爆発する危険がある。
【０２０６】
回転トルク及び比較的大きな軸線方向力を可撓性シャフトに沿ってこの可撓性シャフトの湾曲部のところで伝達できるシステムが必要とされている。
【０２０７】
図１３Ａは、本発明の第５実施形態による掘削システムの一例を示す。ドリルパイプ１３０１の一端のドリルビット１３０７がメインウエル１３０３から分岐する横穴１３０２を掘削する。ドリルパイプ１３０１は、回転トルク及び軸線方向力の両方をドリルビット１３０７に伝達する。ドリルパイプ１３０１は可撓性であり、回転トルク及び軸線方向力を伝達する際に曲がることができる。掘削システムは、ドリルパイプ１３０１を屈曲部のところで支持するための回転支持体１３０６を持つ曲げガイド１３０５を更に含む。
【０２０８】
横穴はメインウエルから実質的に垂直方向に分岐してもよい。
【０２０９】
回転トルク及び軸線方向力は、夫々、モータ１３１２及び軸線方向スラスター１３１１によって発生されてもよい。モータ１３１２は電動モータであってもよい。
【０２１０】
ガイドマンドレル１３０４は、曲げガイド１３０５をメインウエル内にブロックするように設けられていてもよい。ガイドマンドレルは、掘削が適正な方位角方向に従って行われるように、曲げガイドの方位角方向を設定し計測する配向サブ（図示せず）を含んでいてもよい。ガイドマンドレル１３０４は、電線システム（図示せず）を使用してモータ１３１２の近くに配置された制御サブ（図示せず）と通信してもよい。この場合、回転しているドリルパイプ１３０１から電線システムを保護するために特定の注意を払ってもよい。別の態様では、電磁的又は音響的遠隔測定等のワイヤレス通信システム（図示せず）を使用して制御サブと通信してもよい。
【０２１１】
ポンプにより、ドリルストリング内へ、及び掘削した横穴とドリルストリング１３０１との間の環状部内で掘削流体を循環してもよい。
【０２１２】
曲げガイド１３０５により、回転トルク及び軸線方向力を伝達しながらドリルパイプ１３０１を実質的に垂直に曲げることができる。
【０２１３】
図１３Ｂは、第５実施形態による曲げシステムの第１例の断面を示す。ドリルパイプ１３０１は、回転トルク及び軸線方向力の両方を伝達する。回転支持体１３０６、例えばローラーにより、ドリルパイプ１３０１を比較的容易に回転できる。
【０２１４】
しかしながら、曲げシステムの第１例ではドリルパイプ１３０１はローラー１３０６の比較的小さな接触領域によって支持されている。軸線方向力が非常に大きい場合には、ドリルストリングが局所的に変形する危険がある。
【０２１５】
図１４Ａ及び図１４Ｂは本発明の第５実施形態による曲げシステムの第２例を示す。図１４Ａが曲げシステムの断面を示すのに対し、図１４Ｂは曲げシステムの側面図を示す。ドリルパイプ１４０１は、二つの曲げガイド（図示せず）間で曲げられる。ドリルパイプ１４０１は、回転支持体のネット、例えばベルト１４０６と接触している。ベルト１４０６は、ドリルパイプ１４０１及び可撓性支持体例えばプーリ１４０７上に渡してある。このようなプーリシステムにより、各ベルト１４０６について適当な配向を保証できる。ベルト１４０６は、ドリルパイプ１４０１の回転に従って移動する。
【０２１６】
ベルト１４０６は、反作用力をドリルパイプ１４０１からプーリ１４０７に伝達する。ベアリング（図示せず）が可撓性支持体１４０７の両端に設けられていてもよい。ベアリングにより、ドリルパイプの回転時に可撓性支持体を回転できる。ベアリングは、ドリルパイプからの反作用力に抵抗するようにメインウエル内にブロックされていてもよい。
【０２１７】
ベルト１４０６は比較的可撓性である必要がある。ベルト１４０６は、プーリ１４０７に取り付けられたロープ又は織製構造であってもよい。
【０２１８】
ベアリングシステムの第２例により、ドリルパイプ１４０１を比較的大きな表面積に亘って支持できる。
【０２１９】
好ましくは、本発明による掘削システムはモータアッセンブリを含む。このモータアッセンブリは、回転トルクを発生するためのモータ、軸線方向力を発生するための軸線方向スラスター、モータ及び軸線方向スラスターをメインウエル内に固定するためのブロックシステム、及び回転トルクを伝達するための駆動シャフトを含む。
【０２２０】
掘削システムにより、掘削されるべき穴の所望の半径に応じて回転トルク及び軸線方向力をドリルビットに伝達するように、第１コネクタ又は第２コネクタを取り外し自在に連結できる。第１コネクタはドリルパイプに軸線方向力だけを伝達し、回転トルクはドリルパイプ内に配置された別の駆動シャフトに伝達される。これとは逆に、第２コネクタは軸線方向力及び回転トルクの両方をドリルパイプに伝達する。
【０２２１】
第１コネクタ及び第２コネクタの両方が、モータアッセンブリとドリルパイプの内側との間で掘削流体を循環するための流体連通チャンネルを提供してもよい。
【０２２２】
第２コネクタはメインウエル内に配置されていてもよく、ドリルパイプは、実質的に垂直に曲がると同時に回転トルク及び軸線方向力を伝達できるように十分に可撓性であってもよい。横穴の掘削は、メインウエルから実質的に直線的方向に従って行ってもよい。
【０２２３】
別の態様では、図１３Ａに示すように、本発明の第５実施形態による掘削システムは、モータ及び軸線方向スラスターから回転トルク及び軸線方向力をドリルビットに伝達する単一の掘削パイプ１３０１を含む。モータ及び軸線方向スラスターはメインウエル内に配置されていてもよいし、横穴内に配置されていてもよい。掘削システムは、掘削されるべき横穴の所望の半径に応じて回転トルク及び軸線方向力をドリルビットに伝達するように、第１コネクタ又は第２コネクタを取り外し自在に連結できる。
【０２２４】
流れ及び掘削片の管理
穴を掘削すると、処理しなければならない掘削片が発生する。従来技術のシステムは、表面に配置されたポンプを含み、このポンプが掘削流体、例えば掘削泥水を掘削工具を通して噴射する。掘削流体は掘削工具のドリルビットに達し、掘削工具と掘削した穴との間の環状部を通して排出される。掘削流体は、ドリルビットのところで発生した掘削片を表面まで搬送するのに十分に粘性である。表面に配置されたシェールシェーカーにより、掘削片を掘削流体から除去する。
【０２２５】
掘削流体を圧送するために掘削穴内にポンプを配置したワイヤラインシステムでは、掘削片は表面に達しなくてもよい。掘削穴内にポンプが設けられたシステムの場合、掘削流体及び掘削片の流れを処理する必要がある。
【０２２６】
図１５は、本発明の第６実施形態による掘削システムの一例を示す。掘削システムは、ドリルストリングアッセンブリ１５０３を含むドリルビット１５０７が、メインウエル１５０２から分岐する横穴１５０１を掘削する。掘削流体は、掘削した横穴１５０１とドリルストリングアッセンブリ１５０３との間の環状部１５０４を通してドリルビット１５０７まで循環する。掘削流体はドリルビット１５０７から流体連通チャンネル１５０６を通ってメインウエルまで循環し、かくして、ドリルビット１５０７のところで発生した掘削片を搬送する。
【０２２７】
ドリルストリングアッセンブリ１５０３の断面がメインウエルのケーシング（図示せず）よりも小さい場合には、掘削流体は流体連通チャンネル１５０６を通って比較的急速に循環し、これにより、掘削片が重力で沈降することがないようにする。
【０２２８】
掘削片を流体連通チャンネル１５０６を通して搬送するのに必要な圧送出力は、掘削片を環状部１５０４を通して搬送する従来の循環におけるよりも小さい。
【０２２９】
更に、流体連通チャンネル１５０６により、掘削片を別の分離装置に適切に導くことができる。
【０２３０】
横穴１５０１の掘削によって発生した掘削片は、流体連通チャンネル１５０６を通して搬送される。従って、ドリルビット１５０７は、掘削片を通すことができる大きな穴を備えている必要がある。
【０２３１】
図１６は、本発明の第６実施形態によるドリルビットの一例を示す。ドリルビット１６０７は、フィッシュテール形状であってもよい。ドリルビット１６０７は、切削作用を保証する主ブレード１６０１を備えていてもよい。ドリルビット１６０７による掘削中に発生した掘削片は、ビット穴１６０３を通して掘削流体を循環することによって排出してもよい。ビット穴１６０３の断面は、ドリルビット１６０７を通して掘削片を排出できるように比較的大きい。ドリルビットは、更に、掘削した穴内で側方を案内し、掘削方向を安定させるため、ガイドブレード１６０２を更に含んでいてもよい。主ブレード１６０１及びガイドブレード１６０２はカッター１６０４を含んでいてもよい。
【０２３２】
主ブレード１６０１は、図１６に示すようにドリルビット１６０７の直径に従って真っ直ぐであってもよい。別の態様では、主ブレードは、ドリルビット１６０７の断面の中心を通過する湾曲した形状を備えていてもよい。
【０２３３】
別の態様では、ドリルビットは複数のブレードを含んでもよく、この場合、少なくとも一つのブレードがドリルビットの断面を横切る。
【０２３４】
ドリルは、掘削方向を安定させるためのセンタリングスパイク（図示せず）を備えていてもよい。
【０２３５】
好ましくは、本発明による掘削システムはモータアッセンブリを含む。モータアッセンブリは、回転トルクを発生するためのモータ、軸線方向力を発生するための軸線方向スラスター、モータ及び軸線方向スラスターをメインウエル内に固定するためのブロックシステム、及び回転トルクを伝達するための駆動シャフトを含む。
【０２３６】
掘削システムは、掘削されるべき穴の所望の半径に応じてドリルビットに回転トルク及び軸線方向力を伝達するようになった第１コネクタ又は第２コネクタに取り外し自在に連通されていてもよい。第１コネクタは、軸線方向力をドリルパイプだけに伝達し、回転トルクはドリルパイプ内に配置された別の駆動シャフトに伝達される。逆に、第２コネクタは軸線方向力及び回転トルクの両方をドリルパイプに伝達してもよい。
【０２３７】
第１コネクタ及び第２コネクタの両方により、モータアッセンブリとドリルパイプの内側との間に流体連通チャンネルを形成できる。
【０２３８】
図１７は本発明の第７実施形態による掘削システムの一例を示す。この掘削システムは、ドリルストリングアッセンブリ１７０１を含む。ドリルビット１７０７により、メインウエル１７０３から分岐する横穴１７０２を掘削できる。ドリルストリングアッセンブリ１７０１の内側の流体連通チャンネル１７０８を通して掘削流体をドリルビット１７０７に循環してもよい。掘削流体は、ドリルストリングアッセンブリ１７０１と掘削した横穴の１７０２の内壁との間の環状部１７０９を通して横穴１７０２から排出される。掘削流体は、所定の配向を持つ通路１７０４によって横穴１７０２の出力部のところで案内される。
【０２３９】
通路１７０４を通して掘削流体を強制的に循環するため、パッカー１７０５及びシールカップ１７０６を持つシーリング装置が横穴１７０２の出力部のところに設けられていてもよい。
【０２４０】
通路により、横穴１７０２からひとたび排出された掘削流体の循環を制御できる。代表的には、通路１７０４は掘削流体を掘削穴内で更に処理するため、下方に配向されていてもよい。掘削流体は、確かに、ドリルビット１７０７のところで発生した掘削片を含んでいる。
【０２４１】
図１８は、本発明の第８実施形態による掘削システムの一例を概略に示す。この掘削システムは、ドリルストリングアッセンブリ１８０１を含む。ドリルビット１８０７により、メインウエル１８０３から分岐する横穴１８０２を掘削できる。ドリルストリングアッセンブリ１８０１の内側の流体連通チャンネル１８０８を通して掘削流体をドリルビット１８０７に循環してもよい。掘削流体は、ドリルストリングアッセンブリ１８０１と掘削した横穴の１８０２の内壁との間の環状部１８０９を通して横穴１８０２から排出される。このシステムは、掘削片を掘削流体から分離するためのフィルタ装置１８０５を更に備えている。
【０２４２】
好ましくは、掘削システムは、掘削流体をフィルタ装置１８０５に案内するように、横穴１８０２の出力部のところに所定の配向を持つ通路１８１０を含んでいてもよい。
【０２４３】
別の態様では、掘削システムはシーリング装置を全く備えていない。
【０２４４】
フィルタ装置１８０５により、掘削片を掘削流体から分離できる。分離された掘削片１８０６はフィルタ装置１８０５内に蓄えることができ、掘削流体は、掘削穴内に配置されたポンプ１８０４によって圧送できる。
【０２４５】
フィルタ装置１８０５は、図１８に示すように、メインウエル内で横穴の下に配置してもよく、又は任意の他の掘削穴位置に配置してもよい。更に、フィルタ装置は、掘削機内に配置されていてもよく、図１８では、随意のフィルタ１８１２が掘削機１８１３内に配置されている。これは、ポンプ１８０４を更に含む。
【０２４６】
図１９は、本発明の第９実施形態によるフィルタ装置の一例を示す。フィルタ装置１９０１により、掘削片を掘削流体から分離できる。フィルタ装置１９０１内のコンパクター（１９０３、１９０４）により、濾過した掘削片（１９０６、１９０５）を定期的に圧縮できる。
【０２４７】
コンパクター（１９０３、１９０４）により、フィルタ装置１９０１の充填を効率的に行うことができる。従って、フィルタ装置１９０１は従来のフィルタ装置よりも交換頻度が少ない。これは、フィルタ装置１９０１を掘削穴内に配置する場合に特に有用である。ダウンホール（掘削穴内）フィルタ装置は、確かに、交換に時間がかかる。更に、ダウンホールフィルタ装置の場合、フィルタ装置は、井戸の形状に良好に適合した長さ方向形状を備えていてもよい。従って、コンパクターは、掘削片が長さ方向フィルタ装置内に自然に充填するのでは最適でないため、特に有用である。
【０２４８】
掘削流体は、フィルタ装置入力部１９０７を通ってフィルタ装置１９０１に進入してもよい。掘削流体からの掘削片の分離は、遠心力によって行われてもよく、即ちフィルタ装置を長さ方向軸線を中心として回転させてもよい。
【０２４９】
本発明の第１０実施形態によるフィルタ装置により、掘削片を掘削流体から分離できる。図１９はこのようなフィルタ装置を示す。濾過した掘削片（１９０５、１９０６）がフィルタ装置１９０１を詰まらせることがないように、フィルタ装置１９０１内の適合システム（１９０２、１９０９）により、濾過した掘削片（１９０５、１９０６）を大きさに応じて分類することができる。
【０２５０】
粒子を均等な大きさに再区分することにより、所定のコンテナをできるだけ効率的に充填できることは既知である。本発明による適合システム（１９０２、１９０９）により、濾過した掘削片（１９０５、１９０６）を均等な大きさに再区分でき、及び従って、フィルタ装置１９０１が詰まらないようにできる。かくして、掘削流体は、濾過した掘削片（１９０５、１９０６）が小さな掘削片１９０５及び大きな掘削片１９０６に分類されるため、濾過した掘削片（１９０５、１９０６）を通って循環できる。
【０２５１】
適合システム（１９０２、１９０９）は、少なくとも一つの第１定置フィルタ装置１９０２を含んでもよい。この少なくとも一つの第１定置フィルタ装置１９０２により、濾過した掘削片（１９０５、１９０６）を分類することができ、大きな掘削片１９０６は少なくとも一つの第１定置フィルタ装置１９０２の中央に保持される。第２定置フィルタ装置１９０９により、小さな掘削片がフィルタ装置１９０１から逃げないようにできる。
【０２５２】
図１９に示すフィルタ装置は、コンパクター（１９０３、１９０４）及び定置フィルタ装置（１９０２、１９０９）の両方を含む。従って、コンパクターは、大掘削片コンパクター１９０４及び小掘削片コンパクター１９０３を含んでいてもよい。大掘削片コンパクター１９０４及び小掘削片コンパクター１９０３はフィルタ装置１９０１の長さ方向軸線に沿って摺動できる。
【０２５３】
フィルタ装置１９０１はメインウエル内に配置されていてもよく、これに対し掘削片は、メインウエルから分岐する横穴の掘削によって発生する。本発明のフィルタ装置１９０１は掘削システム（図１９には示さず）の部分であってもよい。
【０２５４】
掘削システムは、横穴の出力部に通路を備えていてもよい。この通路は、フィルタ装置１９０１を通して掘削流体を圧送するように所定の配向を備えている。
【０２５５】
好ましくは、本発明の第７実施形態、第８実施形態、第９実施形態、及び第１０実施形態によるシステムは、本発明の第１実施形態による掘削システムで使用され、又は第１実施形態による掘削システムの部分である。
【０２５６】
図２０は、本発明の第１１実施形態による掘削システムの一例を示す。この掘削システムは、メインウエルから分岐する横穴２００１を掘削するためのドリルストリング２００３及びドリルビット２００７を含む。掘削片は、横穴の外に排出される。メインウエル内に配置されたコンテナ２００４により、掘削片を横穴の下に集めることができる。
【０２５７】
横穴の掘削中、掘削片は、横穴から排出されるとき、メインウエル内に廃棄される。掘削片は、その重量のため、メインウエル内に沈降する。コンテナ２００４により、廃棄された掘削片を集めることができる。この図の黒塗りの矢印は、掘削片の循環を示す。
【０２５８】
コンテナ２００４は、メインウエルの形状又はメインウエルの構成要素、例えばケーシングの形状に適合するように長い円筒形形状を備えていてもよい。
【０２５９】
コンテナは、本発明の第９実施形態によるフィルタ装置であってもよい。掘削片は、横穴からフィルタ装置内に落下する。
【０２６０】
コンテナは、更に、定置フィルタ装置であってもよい、このフィルタ装置は、フィルタ装置を通過する掘削流体の流れから掘削片を分類する装置である。
【０２６１】
コンテナは、掘削片によるコンテナの効率的充填を保証する掘削片コレクタユニット（図２０には示さず）を含んでいてもよい。
【０２６２】
図２１Ａは、本発明の第１２実施形態による掘削片コレクタユニットの一例を示す。掘削片コレクタユニット２１００は、回転により掘削片をハウジング２１０２内に引き込む長いスクリューの形状を持つ圧縮ユニット２１０１を含む。掘削片コレクタユニット２１００は、代表的には、掻き取った掘削片をその沈降後に井戸から除去するのに使用される。代表的な作動では、スクリューは、掘削片の密度が低下しないように掘削片をゆっくりと引出すように、ゆっくりと回転する。
【０２６３】
掘削片コレクタユニット２１００は、掘削作業後に使用してもよい。掘削片コレクタユニット２１００は、代表的には、掘削機に取り付けられる。ハウジング２１０２は、掘削機が掘削片コレクタユニットを押すことができるように、掘削システムの非回転連結部分、例えば第１コネクタの外側部分に固定されていてもよい。スクリューは、掘削機の回転自在の部分、例えば第１コネクタの内側部分に取り付けられていてもよい。
【０２６４】
掘削片コレクタユニット２１００は、井戸のチューブを通過するような長さ方向形状を有する。掘削片コレクタユニット２１００により掘削片を集めることができ、掘削片は図２０に示すようにコンテナ内に沈降する。掘削片は、別の態様では、井戸の底に直接置いてもよい。
【０２６５】
スクリューは、ハウジング２１０２の上区分が掘削片で一杯になったとき、スクリューの回転をブロックすることなく適正な圧縮が行われるように、ハウジング２１０２の先端近くが円錐形形状をしていてもよい。
【０２６６】
図２１Ｂは、本発明の第１２実施形態による掘削システムの一例を示す。この掘削システムは、掘削機２１１５、ドリルストリング２１０３、及びメインウエル２１１１から分岐する横穴２１１４を掘削するためのドリルビット２１０７を含む。掘削により、ドリルビット２１０７のところで掘削片が発生する。掘削片は、掘削流体によって横穴２１１４の外に運び出される。横穴２１１４の出力部のところにあるシーリング装置２１１３が掘削流体を通路２１１０を通して下方に強制的に循環する。掘削片は、メインウエル２１１１内に沈降し、掘削片床２１１２を形成する。図２１Ｂに示すようにメインウエル２１１１が傾斜している場合には、掘削片床２１１２は、メインウエル２１１１の側部に置かれる。
【０２６７】
掘削機２１１５、ドリルストリング２１０３、ドリルビット２１０７、シーリング装置２１１３、及び通路２１１０は、掘削後にメインウエル２１１１の外に取り出される。次いで、掘削片集合ユニット（図２１Ｂには示さず）を掘削機２１１５に取り付けてもよい。掘削機２１１５及びこれに取り付けられた掘削片集合ユニットは、メインウエル２１１１内に下ろすことができる。
【０２６８】
掘削片集合ユニットは、図２１Ａに示すようなスクリューの形状を持つ圧縮ユニットを含む。圧縮ユニットは、掘削片床２１１２の沈降した掘削片を掻き取ってメインウエル２１１１の外に出すようにゆっくりと回転する。
【０２６９】
好ましくは、第１２実施形態による掘削システムは、本発明の第１実施形態の特徴、又は本発明の任意の他の実施形態の特徴を含む。
【０２７０】
図２２は、本発明の第１３実施形態による流れ循環システムの一例を示す。ドリルストリング２２０３の一端に設けられたドリルビット２２０７により、メインウエル２２０２から分岐する横穴２２０１を掘削できる。掘削穴内に配置された掘削機２２１２は、ポンプ２２０５を含む。ポンプ２２０５は一次循環流（矢印２２０８で示す）を発生する。一次循環流により、ドリルビットのところで発生した掘削片を掘削機２２１２まで搬送できる。表面ポンプ２２０４により、チューブ２２０７とメインウエル２２０１との間の環状部２２１０内に二次循環流（矢印２２０９で示す）を発生する。二次循環流により、一次循環流によって搬送された掘削片を表面まで搬送できる。
【０２７１】
本発明による流れ循環システムにより、掘削流体を掘削片とともに表面まで搬送できる。表面で行われる掘削流体の処理が当該技術分野で既知である。
【０２７２】
表面ポンプ２２０４は、流体を表面から井戸の環状部２２１０内に送出する。パッカー２２０６は、チューブ２２０７の底端のところで環状部２２１０をブロックできる。従って、表面から送出された流体は、スライディングドアバルブ２２１１を通って環状部２２１０を出る。表面から送出された二次循環流からの流体はチューブ２２０７内を上方に流れることができる。
【０２７３】
一次循環流によって搬送された掘削片の大部分は、更に処理するため、二次循環流によって表面に向かって持ち上げられる。
【０２７４】
ポンプ２２０５、及びモータ等の他の掘削工具（図示せず）は、スライディングドアバルブ２２１１の近くでチューブ２２０７に配置されていてもよい。好ましくは、ポンプ２２０５は、一次循環流及び二次循環流が良好に混合されるように、スライディングドアバルブの上方に配置されている。別の態様では、中空部材（図２２には示さず）により、一次循環流をスライディングドアバルブまで上方に延長してもよい。
【０２７５】
スライディングドアバルブは、二次循環流の発生を開始する前に開放しておく必要がある。これは、代表的には、スリックライン(slick-line)作動によって行われる。
【０２７６】
表面流体は、掘削泥水、仕上げ流体、浄化した流体、又は別の組成物を含む流体であってもよい。表面流体は、掘削流体と同じ組成であってもよい。
【０２７７】
掘削片が二次循環流によって更に持ち上げられることを保証するように、一次循環流により、掘削片をドリルビット２２０７からスライディングドアバルブまで輸送する。しかしながら、メインウエル２２０２の断面は、通常は、横穴２２０１の断面よりも遙かに大きい。メインウエル２２０２を通る一次循環流の速度は横穴２２０１を通る一次循環流の速度よりも遙かに小さい。輸送された掘削片が重力の作用でメインウエル２２０２内に落下する危険がある。
【０２７８】
図２３は、本発明の第１４実施形態による流れガイドの一例を示す。流れガイド２３０１により、横穴２３０３とチューブ２３０４との間で一次循環流を比較的高い速度で循環でき、これにより掘削片が沈降しないようにする。掘削片は、掘削システムのドリルビット（図示せず）のところで発生する。
【０２７９】
流れガイドを通して掘削流体を強制的に循環するため、流れガイド２３０１は横穴２３０３内に延びていてもよい。流れガイドは、ホイップストック（図示せず）又は任意の他の支持システムによって支持されていてもよい。掘削システムのドリルストリングが流れガイド２３０１を通過していてもよい。ドリルストリングの挫屈効果による側方への変形を制限するように、流れガイド２３０１をメインウエル２３０２のケーシングに押し付けてもよい。
【０２８０】
流れガイドは、一端、例えば横方向出力部がパッカー装置によってシールされていてもよい。
【０２８１】
掘削片は、二次循環流によって表面まで更に持ち上げるため、一次循環流によってスライディングドアバルブまで搬送される。二次循環流は、上文中に説明したように、表面に配置された表面ポンプによって発生されてもよい。
【０２８２】
本発明による流れ循環システム内で流れガイドを使用してもよい。流れガイド及び流れ循環システムの両方を、メインウエルから分岐する横穴を掘削するための掘削システムと組み合わせて使用してもよい。
【０２８３】
好ましくは、第１４実施形態による掘削システムは、本発明の第１実施形態の特徴、又は本発明の任意の他の実施形態の特徴を含む。
【０２８４】
「掘削流体」という用語は、掘削穴内を循環し掘削片を輸送できる任意の流体を意味する。掘削流体は掘削片を含んでいてもよい。掘削流体は浄化してあってもよい。
【０２８５】
本発明を限られた数の実施形態に関して説明したが、当業者は、本開示を読むことによって、本明細書中に開示した本発明の範囲を逸脱しない他の実施形態を考案できるということを理解するであろう。更に、当業者は、開示の実施形態を互いに組み合わせてもよいということを理解するであろう。
【０２８６】
従って、本発明の範囲は、特許請求の範囲のみによって限定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０２８７】
【図１】従来技術による操向可能モータの概略図である。
【図２】従来技術によるスタビライザーの図である。
【図３Ａ】従来技術によるボトムホールアッセンブリの直線状形体の図である。
【図３Ｂ】従来技術によるボトムホールアッセンブリの下降形体の図である。
【図３Ｃ】従来技術によるボトムホールアッセンブリの上向形体の図である。
【図４】本発明の第１実施形態による横穴掘削システムの一例を示す図である。
【図５】本発明による横穴掘削システムのデュアル伝動形体の一例を示す図である。
【図６】本発明による横穴掘削システムの回転伝動形体の一例を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態による操向可能装置の一例を示す図である。
【図８Ａ】図８Ａは、直線的モード中に本発明による操向可能装置によって掘削した穴の断面の例を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、直線的モード中に本発明による操向可能装置によって掘削した穴の断面の例を示す図である。
【図９】本発明の第３実施形態による第１の可能なシステムの一例を示す図である。
【図１０Ａ】本発明の第３実施形態による第３の可能なシステムの断面図である。
【図１０Ｂ】本発明の第３実施形態による第３の可能なシステムのラチェットシステムの一例を示す図である。
【図１０Ｃ】本発明の第３実施形態による第３の可能なシステムの下制御スリーブの一例を示す図である。
【図１０Ｄ】本発明の第３実施形態による第３の可能なシステムの上制御スリーブの一例を示す図である。
【図１０Ｅ】図１０Ａに示す第３の可能なシステムの設定表を示す図である。
【図１０Ｆ】本発明の第３実施形態による第３の可能なシステムのＪ−スロットの一例を示す図である。
【図１１】本発明の第３実施形態による第５の可能なシステムの図である。
【図１２】本発明の第４実施形態によるボトムホールアッセンブリの図である。
【図１３Ａ】本発明の第５実施形態による掘削システムの１例を示す図である。
【図１３Ｂ】本発明の第５実施形態による曲げシステムの第１の例を示す図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、本発明の第５実施形態による曲げシステムの第２の例を示す図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、本発明の第５実施形態による曲げシステムの第２の例を示す図である。
【図１５】本発明の第６実施形態による掘削システムの一例を示す図である。
【図１６】本発明の第６実施形態によるドリルビットの一例を示す図である。
【図１７】本発明の第７実施形態による掘削システムの一例を示す図である。
【図１８】本発明の第８実施形態による掘削システムの一例を示す概略図である。
【図１９】本発明の第９実施形態及び本発明の第１０実施形態の両方によるフィルタ装置の一例を示す図である。
【図２０】本発明の第１１実施形態による掘削システムの一例を示す図である。
【図２１Ａ】本発明の第１２実施形態による掘削片コレクタユニットの一例を示す図である。
【図２１Ｂ】本発明の第１２実施形態による掘削システムの一例を示す図である。
【図２２】本発明の第１３実施形態による流れ循環システムの一例を示す図である。
【図２３】本発明の第１４実施形態による流れガイドの一例を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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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９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１０Ｆ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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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２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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