(57)【要約】水域の水底、例えば、海底の、調査及び／又は分析において用いるための装置と共に用いるのに適するプローブアセンブリ（１）。この装置は、深さ方向貫通デバイス（１０）と、水底テストツール（１１、１２）を具備している。このプローブアセンブリ（１）は、このプローブを深さ方向貫通デバイス（１０）に動作可能に接続するための第１カップリングと、プローブアセンブリ（１）を水底テストツール（１１、１２）に動作可能に接続するための第２カップリングとを具備している。このプローブアセンブリ（１）は、さらに、水底テストツールからの情報を処理するための信号処理モジュール（５）と、信号処理モジュール（５）からのデータを送信するためのデータ送信モジュール（２）と、データ送信モジュール（２）及び信号処理モジュール（５）を動作させるための電源（３）と、電源（３）からデータ送信モジュール（２）及び信号処理モジュール（５）へと選択的に接続するためのスイッチモジュール（４）と、を具備している。
2008527387.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水域の水底、例えば、海底の、調査及び／又は分析において用いるための装置と共に用いるのに適したプローブアセンブリであって、前記装置は、深さ方向貫通デバイスと、水底テストツールと、を具備しており、前記プローブアセンブリは、前記プローブアセンブリを前記深さ方向貫通デバイスに動作可能に接続するための第１カップリングと、前記プローブアセンブリを前記水底テストツールに動作可能に接続するための第２カップリングと、を具備しており、前記プローブアセンブリは、さらに、前記水底テストツールからの情報を処理するための信号処理モジュールと、前記信号処理モジュールからのデータを送信するためのデータ送信モジュールと、前記データ送信モジュール及び前記信号処理モジュールを動作させるための電源と、前記電源から前記データ送信モジュール及び前記信号処理モジュールへと選択的に接続するためのスイッチモジュールと、を具備していることを特徴とするプローブアセンブリ。
【請求項２】
前記信号処理モジュールが、前記水底テストツールからの信号をデータに処理するためのエレクトロニクスモジュールと、前記データを格納するためのデータ記録モジュールと、を具備している、請求項１記載のプローブアセンブリ。
【請求項３】
前記送信機モジュールが、音響送信機を具備している、請求項１又は２に記載のプローブアセンブリ。
【請求項４】
前記スイッチモジュールが、前記電源を前記処理モジュール及び前記送信機モジュールに電気的に接続及び切断するように構成された遠隔作動可能なデバイスである、請求項１から３のいずれか１つに記載のプローブアセンブリ。
【請求項５】
さらに、近距離無線通信デバイスを具備している、請求項１から４のいずれか１つに記載のプローブアセンブリ。
【請求項６】
前記スイッチモジュールが、磁場に反応する磁場反応スイッチングデバイスを具備している、請求項１から５のいずれか１つに記載のプローブアセンブリ。
【請求項７】
水域の水底の調査及び／又は分析において用いるための装置であって、前記装置は、深さ方向貫通デバイスと、水底テストツールと、請求項１から６のいずれか１つに記載のプローブアセンブリと、を具備しており、前記プローブアセンブリは、前記深さ方向貫通デバイス及び前記水底テストツールに動作可能に接続されており、前記装置は、さらに、前記深さ方向貫通デバイスの前記プローブアセンブリから離れた方の一端の所に配置された受信用マイクロホンを具備し、それに前記深さ方向貫通デバイスを介して音響的に結合されていることを特徴とする装置。
【請求項８】
前記受信用マイクロホンが、流体で満たされたエンクロージャ内に収容されており、前記エンクロージャは、海底の周囲の水圧と圧力を等しくされている、請求項７記載の装置。
【請求項９】
前記受信用マイクロホンが、さらに、前記深さ方向貫通デバイスと関連する駆動ユニット内に封入されている、請求項８記載の装置。
【請求項１０】
請求項１から６のいずれか１つに記載のプローブアセンブリと共に用いるのに適した遠隔作動可能なスイッチデバイスであって、前記スイッチデバイスは、電気回路内に配置されたスイッチ要素を具備しており、前記スイッチ要素は、２つの端子を具備しており、一方の端子は、前記電源に接続可能であり、他方の端子は、前記信号処理モジュール及び前記データ処理モジュールに接続可能であり、前記スイッチ要素は、通常、前記回路が閉じられている閉位置と、前記回路が開かれている開位置の、どちらか一方を取るようにされており、前記スイッチは、磁場の近傍においては磁場に反応し、その結果、前記スイッチが前記開位置を取るようにしていることを特徴とするスイッチデバイス。
【請求項１１】
磁気的に透過的なハウジングと、前記ハウジング内に配置された電気的に絶縁されたスイッチ本体と、を具備しており、前記スイッチ要素は、前記開位置と閉位置との間で移動可能なリードスイッチを具備している、請求項１０記載のスイッチデバイス。
【請求項１２】
前記磁場が、前記水底の領域内に取り付けられた磁石アセンブリを備えている、請求項１０又は１１に記載のスイッチデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水域の水底、例えば、海底の、土壌の特性を調査するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
海底の、地質学的、地球物理的、及び地球化学的特性の、測定は、海洋探査及び建設プロジェクト、例えば、油田及びガス田プラットホーム、アンカレッジ、パイプ及びケーブルの敷設、風力エネルギー及び海流タービンタワーなどの、ためのサイトアセスメントの必須の部分である。土壌の特性は、海底構造物の基礎の設計及び性能に重大な影響を及ぼし、他方、表層ガスの検出は、海底オペレーションの際の地質学的危険性の評価、又は、あるサイトのハイドロカーボン探査の潜在性の評価のために重要である。
【０００３】
土壌の特性は、通常、海底貫通計を用いて測定され、これらは“ワイヤライン”掘削ストリング、コイル管、固定海底フレーム、及び遠隔操作される海底プラットホーム、を含む、様々な手段にて展開される。調査される土壌特性のタイプに従って、異なるタイプの装置が使用され、例えば、標準のコーン貫通計によるテストは、中程度から高い強度の土壌に適し、ボール貫通計は、柔らかい土壌に、そして羽根せん断テスト及びＴ−バーテストは、粘着性の土壌の測定に適する。地球化学的測定の場合は、センサ装置は、現在は、被けん引水中ビークル又は遠隔操作されるビークルを介して、又は水上艦艇からボアホール内へと展開されたワイヤラインを介して、海底の上方においてのみ使用される。海底の科学的調査には、しばしば、幅広いレンジの計測センサをボアホール内へと展開することが必要とされる。これら海底調査は、深海及び超深海におけるより深い所で遂行される傾向がますます増加している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現地海底測定装置は、通常、リアルタイムでの分析及び表示を実現するための電力の供給及びデータの伝送を、ダウンホールプローブと海底装置又は水上艦艇との間の、ワイヤによる電気接続に依存する。深海状況においては、これらワイヤラインシステムは、しばしば、比較的大きな掘削船、浮動プラットホーム、又は専用の測量船から、展開され、これらの全ては運転に高い費用がかかる。“オーバー・ザ・サイド”（ｏｖｅｒ−ｔｈｅ−ｓｉｄｅ）装置を展開する幾つかのより安価な方法が知られており、ここでは海底装置は、電力を水中命綱又は蓄電池パックによって供給される。しかしながら、これらは動作可能な水深又は海底貫通深度において、能力が限定されている傾向がある。さらに、これら各々のタイプの測定装置は、現在は専用の単一目的のデバイスとして使用されており、ハードウェア及び処理要件における共通性がほとんどないという短所を有している。
【０００５】
したがって、多様な現地測定デバイスを交換可能に接続することができる標準化された構成の“ユニバーサル”計測プローブ（ＵＩＰ）を提供することは、有利なことである。このようなＵＩＰデバイスは、できるならば、現地にてデータを記録し、記録されたデータを遠隔的に取り出すための手段を有するだけでなく、測定データ信号をリアルタイムにて送信できることが望ましい。
【０００６】
掘削、サンプリング、テスティング、及び測定能力を有する、持ち運び可能な、遠隔操作できる、多用途の、海底プラットホームの到来により、素速く展開でき、地質上の必要性に応じて相互に交換することが可能な、レンジの現地プローブを持ち運ぶことの柔軟性が提供されることとなった。しかしながら、これら多用途海底プラットホームは、掘削ストリングを個々の長さのパイプから遠隔的に組み立てることを必要とされ、このため、ダウンホール装置へのワイヤによる電気接続を用いることはできない。そして、この場合、これらダウンホール装置は取り付けられた蓄電池パックによって遠隔的に給電される。
【０００７】
データ伝送のためのある既知の代替の方法は、これらダウンホール装置からの音響テレメトリーを介した無線通信を備えている。この方法では、測定プローブからの電気出力信号は、音響信号に変換され、この音響信号が掘削ストリングを通じてその掘削ストリングの上部に結合された受信用マイクロホンに送信される。このダウンホール音響テレメトリーは、現在、一方向すなわちプローブから海底装置への方向にのみ機能し、反対方向には機能しない。
【０００８】
現行方式においては、プローブ及び送信機は、展開の開始時に水上にてスイッチオンされ、遠隔的にスイッチオフ又はオンされるための手段は有さない。これは、とりわけ深海オペレーションにおいては、長期の展開サイクルに渡って継続的に装置に電力を供給するためには、蓄電池容量は不十分なため、重大な短所である。さらに、内蔵のデータ記録装置は、データの損失を回避するための十分なメモリを有さないこともある。場合によっては幾日にも及ぶ全展開期間の際に、ある特定のプローブは、短期間の給電しか必要とされないこともある。もしプローブを現地での測定を行うために必要とされるときにのみ遠隔的にスイッチオンできれば、十分な蓄電池及びメモリ容量が存在することとなる。従って、必要に応じてＵＩＰの電力をオン及びオフするための遠隔スイッチング手段を提供できればさらに有利である。
【０００９】
データ伝送の現在の音響的方法では、マイクロホンを掘削ストリングの上部に結合することが必要となる。これは、単に、マイクロホンハウジングを、掘削パイプの端とフィードチャック又はアンビルとの間に、下方への力を加えながら、サンドイッチ状に挟むことで達成される。この方法では、装置の下方への押し込みの際に、送信されたデータを受信することのみが可能である。しかしながら、場合によっては、例えば、ボール貫通計にて再形成された土壌の強度を測定する場合には、装置の上方への移動の際にも、データが受信できれば有利である。他の場合には、測定を行っている間、例えば、長い掘削ストリングが自身の重量下で非常に柔らかい土壌内で逸走する可能性を防止するために、又は羽根せん断ツールを回転させるために、掘削ストリングをフィードチャック内に保持できると有利である。これは、現在は可能ではなく、補助摩擦クランプを使用することが必要となる。
【００１０】
現行方式においては、記録されたデータを取り出すためには、海底プローブアセンブリを水面上に引き戻し、プローブを分解し、メモリモジュールをインタフェースデバイスにダウンローディングのために物理的に接続することが必要である。これは海底オペレーションには不便な制約であり、データの回復及び検証に大きな遅延をもたらす。
【００１１】
本発明の目的は、上述の１以上の短所を軽減するための手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の１つの形態によると、水域の水底、例えば、海底の、調査及び／又は分析において用いるための装置と共に用いるのに適したプローブアセンブリが提供される。この装置は、深さ方向貫通デバイスと、水底テストツールと、を具備し、このプローブアセンブリは、プローブアセンブリを深さ方向貫通デバイスに動作可能に接続するための第１カップリングと、プローブアセンブリを水底テストツールに動作可能に接続するための第２カップリングと、を具備する。このプローブアセンブリは、さらに、水底テストツールからの情報を処理するための信号処理モジュールと、信号処理モジュールからのデータを送信するためのデータ送信モジュールと、データ送信モジュール及び信号処理モジュールを動作させるための電源と、電源からデータ送信モジュール及び信号処理モジュールへと選択的に接続するためのスイッチモジュールと、を具備する。信号処理モジュールは、水底テストツールからの信号を処理するためのエレクトロニクスモジュールと、データを格納するためのデータ記録モジュールとを具備しても良い。送信機モジュールは、音響送信機を具備しても良い。
【００１３】
好ましくは、このスイッチモジュールは、電源を処理モジュール及び送信機モジュールに電気的に接続及び切断するように構成された、遠隔作動可能なデバイスである。このスイッチモジュールは、磁場に反応する磁場反応スイッチングデバイスを具備しても良い。
【００１４】
このプローブアセンブリは、さらに、近距離無線通信デバイスを具備しても良い。
【００１５】
本発明のもう１つの形態によると、水域の水底の調査及び／又は分析において用いるための装置が提供される。この装置は、深さ方向貫通デバイスと、水底テストツールと、上述のプローブアセンブリとを具備し、このプローブアセンブリは、これら深さ方向貫通デバイス及び水底テストツールに動作可能に接続され、この装置は、さらに、プローブアセンブリから離れた方の深さ方向貫通デバイスの一端の所に配置された受信用マイクロホンを具備し、これに深さ方向貫通デバイスを介して音響的に結合される。
【００１６】
この受信用マイクロホンは、流体で満たされたエンクロージャ内に収容され、このエンクロージャは海底の周囲の水圧と圧力を等しくされている。この受信用マイクロホンは、さらに、深さ方向貫通デバイスと関連する駆動ユニット内に封入される。
【００１７】
本発明のさらにもう１つの形態においては、上述のプローブアセンブリと共に用いるのに適する遠隔作動可能なスイッチデバイスが提供される。このスイッチデバイスは、電気回路内に配置されたスイッチ要素を具備し、このスイッチ要素は２つの端子を具備し、一方の端子は電源に接続可能であり、他方の端子は信号処理モジュール及びデータ処理モジュールに接続可能であり、このスイッチ要素は、通常、回路が閉じられている閉位置又は、回路が開かれている開位置のどちらか一方を取るようにされ、このスイッチは、磁場の近傍においては磁場に反応し、その結果、このスイッチは開位置を取るようにされる。
【００１８】
このスイッチデバイスは、磁気的に透過的なハウジングと、このハウジング内に配置された電気的に絶縁されたスイッチ本体と、を具備し、このスイッチ要素は、開位置と閉位置との間で移動可能なリードスイッチを具備している。この磁場は、水底の領域内に取り付けられた磁石アセンブリを備えている。
【００１９】
本発明の１つの好ましい形態においては、一連の海底土壌テストツールとの組み合わせにて、遠隔操作されるスイッチモジュール、蓄電池電源パックモジュール、データの処理、記録及び送信モジュールを、具備している、ユニバーサル計測プローブアセンブリ（ＵＩＰ）が提供される。このＵＩＰは、掘削ストリング又は類似する土壌貫通手段に接続され、海底装置から遠隔的に展開されるように、適応化される。
【００２０】
このＵＩＰアセンブリは直径３６ｍｍの標準の円筒状のハウジングを具備している。上端において、これは、類似するサイズのエクステンションロッドに、又は掘削パイプアダプタに、連結することができる。このＵＩＰの上端は、さらに、音響データ信号を、取り付けられた掘削パイプを通じて、少なくとも１００ｍの距離だけ送る、能力のある送信機を含む。この音響送信機モジュールの下方には、蓄電池電源パックモジュール及び遠隔操作されるスイッチモジュールが取り付けられる。スイッチモジュールは、蓄電池電力パックと直列に接続され、これら送信機及びプローブエレクトロニクスの電源を必要に応じてオン及びオフできるようにされる。
【００２１】
１つの形態においては、このスイッチモジュールは、“通常は閉”位置に配線された磁気スイッチを具備し、これは、このスイッチが強い外部磁場に近接すると“開”位置へと作動するように、磁気的に透過性の材料のハウジング内に、配置される。この外部磁場は、例えば、ＵＩＰスイッチモジュールから横方向に高々２００ｍｍの距離だけ離れた別個の構造内に配置された希土類永久磁石にて提供されても良い。このスイッチモジュールがＵＩＰの隣接するパーツに取り付けられると、これは周囲の水圧に対してその定格深度に合わせて密閉される。
【００２２】
このＵＩＰアセンブリは、さらに、スイッチモジュールと直列に取り付けられたデータ記録モジュール及びエレクトロニクスモジュールを具備している。エレクトロニクスモジュールは、マルチピンコネクタで電気的に終端され、これもエクステンションチューブ上に取り付けることができる。このエクステンションチューブの下端は、土壌測定ツール、例えば、コーン貫通計、ボール貫通計、羽根せん断ツール又はガスセンサ、を取り付けるように適合化される。このエクステンションチューブの内側に、マルチコアケーブル及び整合コネクタが、エレクトロニクスモジュールを土壌測定デバイスに連結するため、測定デバイスに電力を供給するため、及び測定データ信号を得るために、備えられる。全てのコネクタは、ＵＩＰアセンブリの定格深度に適する水中タイプとされる。
【００２３】
エクステンションチューブの長さは、取り付けられる土壌テストデバイスの特定のタイプの長さに従って適応化される。こうすることで、ＵＩＰツールアセンブリの全長は、海底プラットホーム上のツールの格納及びロボティックハンドリングのための単一の手段に合うように標準化される。こうして、多様な土壌テストツールを、遭遇する土壌条件に従って互換的に展開できるように取り揃えておくことができる。
【００２４】
幾つかの用途、例えば、ダウンホールガスセンサプローブと共に用いられるときには、掘削流体又は洗浄水を測定プローブに接続すると有利である。この目的のためには、エクステンションチューブはＵＩＰより大きな直径のものとされ、ＵＩＰの下端のエレクトロニクスモジュールにではなく、ＵＩＰの上端近傍の、掘削パイプアダプタに直接に、取り付けられる。エクステンションチューブは、こうしてＵＩＰを、その全長に渡って小さな径方向の隙間をあけ、環状の通路が形成されるよう、封入する。この通路を通して洗浄水が、掘削ストリングから、エクステンションチューブの下端のセンサへと送り込まれる。
【００２５】
もう１つのバリエーションにおいては、ＵＩＰアセンブリは、外側保護チューブを具備しており、これは、通常、羽根せん断ツール付属物の羽根を封入するが、羽根ツールが粘着性の土壌内に押し込められると引っ込める。
【００２６】
本発明の使用の一例においては、水上艦艇から展開される前に、海底プラットホームには、各々がＵＩＰに取り付けられた、一連の現地テスト及び測定ツールを装備される。典型的には、これらツールアセンブリは、系統的にラック又はマガジン内に格納され、ここからこれらはロボティック装填機構を介して、遠隔的に選択され、ボアホール内へと展開される。格納マガジンは、ＵＩＰの一部であるスイッチモジュールに近接して配置された永久磁石を備えている。
【００２７】
強い磁場の存在下においては、ツールアセンブリ内のスイッチは開状態に保持され、ツールの電源は切られた状態にとどまる。ツールの電源は、これが格納マガジンから個々のダウンホールに使用されるために取り出される間、スイッチが強い磁場が存在しないために閉状態に戻ったときにのみ、入れられる。こうして、蓄電池のエネルギーは、ツールが能動的に使用されているときにのみ抜き出される。こうしなければ、この蓄電池の容量では、海底オペレーションサイクルの全期間を通じて持続するには不十分である。
【００２８】
ＵＩＰの電源が入れられる度に、取り付けられたプローブからの測定信号は、エレクトロニクスモジュールにてデジタルデータ流へと処理され、メモリモジュール内に記録される。ツールアセンブリが掘削ドリルに取り付けられると、このデータ流は、ＵＩＰ内の音響送信機及び掘削ストリングの上部に結合された受信用マイクロホンによって、ボアホールから海底プラットホームへと、無線的に送信される。さらに、海底プラットホームからのデータ流は、リアルタイムにて、水上艦艇上のオペレータへと、電気的に、有線、光ファイバ又は他の適当な手段を介して運ばれる。
【００２９】
本発明のもう１つの形態においては、ＵＩＰメモリモジュールは、無線通信デバイス及び空中又は代替として電磁的に透過的なウインドウを具備し、これらは深海環境内の水圧に耐えられるように密封され、これによって無線又は磁気信号を送受信できるようになっている。良く知られているように、無線信号は海水内において急速に減衰され、大きな距離間での海中無線通信は現実的でない。しかしながら、短距離（数十ミリメートル）の間で送信することは可能である。磁気誘導通信は近距離海中データ伝送に対するもう１つの適切な無線技術である。この場合は、放射コイルは、磁場を、典型的には、最高で２００ｋｂｉｔｓ／ｓなるデータ速度にて送信する。従って、海底装置に対して、ロボティックツールハンドリング機構にてメモリモジュールを近接させることができる位置に、類似する通信デバイスを取り付けることで、双方向データ伝送を確立することができる。
【００３０】
ＩＥＥＥ８０２．１１標準に基づき、２．４ＧＨｚのＩＳＭ（産業、科学、医療）バンドにて動作するものを含む、多くの適当な無線通信プロトコルが存在する。これらには、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ及びＡｉｒＰｏｒｔなどの商標で知られている所有権を有するプロトコルが含まれ、これらは通常は最高で５４Ｍｂｉｔ／ｓなるデータ速度をサポートする。海底装置上の固定通信デバイスは、電気的ワイヤリング、光ファイバにより、又はこれら手段の組合せにて、水上オペレーティングステーションへと接続される。こうして、データのダウンロードは、ＵＩＰメモリモジュールが海底にある間は遠隔的に達成される。いったんＵＩＰが水上に引き上げられると、従来の通信能力を有するコンピュータ装置を用いて、無線によるダウンローディングが迅速に達成される。
【００３１】
本発明のもう１つの形態によると、改良されたマイクロホン構成が提供され、これによると海底掘削プラットホーム内の掘削ストリングの下方及び上方の両方の移動において、音響データ信号を受信することが可能になる。回転ユニット及びチャックアセンブリ内の掘削ストリングのウォータシールは、マイクロホンアセンブリを別個のチャンバ内に収容すると同時に、掘削流体が掘削ストリングへと通過するための通路を提供するように適合化される。
【００３２】
このウォータシールは、掘削パイプが回転チャック内につかまれた状態で、掘削パイプの上部内の下端部を密封するように構成された中空のシャフトを備える。このウォータシールシャフトは、回転駆動ユニットを貫通して、通常ウォータカップリング又はウォータスイベルと呼ばれる回転シールへと通じる。このウォータカップリングは、掘削流体をこのウォータシールシャフトを介して回転ユニットを通って掘削ストリングへと送り込むための、非回転の接続ポイントを備える。
【００３３】
小さな直径の接続チューブが、マイクロホンチャンバからこのウォータシールシャフトの孔を貫通してこのウォータカップリング内へと延在する。この接続チューブは、マイクロホンからの出力信号をこのウォータカップリングの上部の所の単一コンタクト回転ジョイントへと搬送するワイヤを封入する。これらマイクロホンチャンバ、接続チューブ及び回転ジョイントは、オイルを一杯に満たされ、圧力は、外圧補償器への接続を介して周囲条件と等しくされる。
【００３４】
マイクロホンアセンブリは、圧電クリスタル及び共振マスを取り付けられた面板を具備している。面板カムは、このウォータシールアセンブリの下部要素を形成し、ウォータシールアセンブリを、掘削パイプの上面と整合させ、これと音響的に結合させる、スピゴットを具備している。
【００３５】
要求される音響結合感度を備えるためには、マイクロホンの面板は、好ましくは、面板と回転ユニットの取り付けフランジとの間に配置された弾性の圧縮座金を用いて、回転ユニットの大きなマスから、分離される。
【００３６】
密封されたマイクロホンを動作させるためには、面板が掘削ストリングに対して、固定された下側クランプにて掘削ストリングを保持しながら、下方の力（ビットウェイト）を加えられることで、押し付けられ、しっかりと接触される。弾性の座金は軸方向に圧縮され、回転チャックを掘削ストリングの上部をつかむように作動させることにより、この状態で固定される。この弾性の座金のこの圧縮力のために、マイクロホンの面板は、掘削ストリングがボアホール内で上下に運動した場合でも、掘削ストリングの上部と接触した状態に保持される。掘削ストリングの移動は、常に、回転チャック又は固定されたロッドクランプによって積極的に制限される。
【００３７】
土壌テストオペレーションの際にＵＩＰツールアセンブリから測定データを受信することに加えて、この内蔵マイクロホンは、オペレータが遠隔的に海底での回転掘削オペレーションの様子を“聞く”ことを可能とし、このようにして、切削過程の解釈及び制御に対するもう１つの情報源を提供する。
【００３８】
こうして、本発明によると、土壌テスト装置の下方、上方及び回転運動の際のリアルタイムデータ伝送が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下では本発明の好ましい実施形態を添付の図面を参照しながら説明する。
【００４０】
図１との関連で、ここにはアセンブリ１としてユニバーサル計測プローブ（ＵＩＰ）が示されているが、これは、上部から下部に向かって順番に、音響送信機モジュール２、蓄電池電源パックモジュール３、スイッチモジュール４及び信号を処理するため及びデータを記録するためのエレクトロニクスモジュール５を具備している。送信機モジュール２はその上端をアダプタロッド６に結合するための手段を有し、アダプタロッド６は掘削ストリング７又は類似する土壌貫通装置に接続される。
【００４１】
エレクトロニクスモジュール５は電気的にマルチピンコネクタ８で終端されるが、さらにエクステンションチューブ９上へと取り付けても良い。エクステンションチューブ９の下端は、土壌測定ツール、例えば、コーン貫通計１０、ボール貫通計１１又は羽根せん断ツール１２を取り付けるように適合化される。エクステンションチューブ９の内部のマルチコア接続ケーブル１３及び整合プラグ１４は、土壌測定プローブを取り付けられたエレクトロニクスモジュール５に連結し、これによってプローブに電力が供給され、測定データ信号が受信される。土壌測定プローブをＵＩＰアセンブリ１に、接続ケーブル１３をよじれさせることなく、取り付けやすくするために、エクステンションチューブ９には、好ましくは、一方の端には右巻きのねじ山が設けられ、反対の端の所には左巻きのねじ山が設けられる。コネクタ８と１４及びケーブルアセンブリ１３は、ＵＩＰアセンブリ１の定格動作深度に適する水中タイプである。
【００４２】
ＵＩＰアセンブリ１は、好ましくは、直径３６ｍｍの標準の円筒ハウジングである。これらモジュールの多くは従来のタイプであるか、又は既存の製品を深海オペレーション用に適合化したものであり、音響送信機モジュール２、蓄電池電源パックモジュール３、及びエレクトロニクスモジュール５を具備し、これらによってＧｅｏｔｅｃｈ  ＡＢにて製造されるコードレスコーン貫通計テストシステムの一部が形成される。
【００４３】
アダプタロッド６及び／又はエクステンションチューブ９の長さは、必要であれば、取り付けられている土壌テストプローブの特定のタイプの長さに合わせて構成しても良い。こうすることで、ＵＩＰ及びプローブアセンブリの全長を海底プラットホーム上のツールの格納及びロボッティクハンドリングのための単一の手段に合うように標準化することができる。
【００４４】
もう１つの実施例を示す図２に関連して、エクステンションチューブ９はアダプタロッド６に直接に取り付けられる。この構成においては、エクステンションチューブ９はＵＩＰアセンブリ１を封入し、下端部は、代替測定ツール、例えば、ガスセンサ１５を取り付けるように適合化される。エクステンションチューブ９の内径は、ＵＩＰアセンブリ１の外径より大きく、環状の通路１６が形成される。掘削流体又は洗浄水は、掘削ストリング７からアダプタ６内の相互接続通路１７を経てエクステンションチューブ９内に流れ、さらにこの環状の通路１６を通って、センサ１５の近傍のエクステンションチューブ９の下端部に排出される。
【００４５】
図３との関連で、スイッチモジュール４は、磁気透過性材料、好ましくは、“Ｎｉｔｒｏｎｉｃ  ５０”などの高強度ステンレス合金から構成される構造ハウジング１８を具備し、端の形状は蓄電池ハウジング３及びエレクトロニクスモジュール５に密封接続できるように適合化される。スイッチ本体１９は、電気的に絶縁性の材料、例えば、ガラス充填ＰＴＦＥから構成され、ハウジング１８内にゆるく収納され、同心円状に配置される。スイッチ本体１９は、対称の軸と、平行するが、オフセットされている貫通孔を有し、この中にガラスリードスイッチ２０、例えば、Ａｓｓｅｍｔｅｃｈ  Ｅｕｒｏｐｅ社の製品番号8602-0551-020が配置される。リードスイッチ２０の共通リード２１は、スイッチ本体１９の一方の端の中央に配置された共通端子２２に接続される。スイッチ本体１９の反対側においては、リードスイッチ２０の通常は閉じているリード２３が、これも中央に配置された、通常は閉じている端子２４に接続される。リードスイッチ２０の通常は開いているリード２５は、接続されていない状態にとどまり、自身の上に折り返され、磁気アンテナとして機能する。絶縁スリーブ２６は、これら対のスイッチリードを分離する。ハンダボタン２７は、好ましくは、リード２１と２３を、それぞれ、端子２２と２４とに接続し、こうして、蓄電池パック３とエレクトロニクスモジュール５と結合するための適当な電気的コンタクトが形成される。
【００４６】
スイッチモジュール４の１つのバリエーションにおいては、スイッチ本体１９は乾電池の標準寸法に合わせて製造される。この場合は、このスイッチアセンブリは、電源モジュール３のケーシングが非磁性材から製造されることを前提として、電源モジュール３内に直列に配置される蓄電池の１つの代用として用いることもできる。
【００４７】
図４は、ＵＩＰにおける遠隔電力スイッチングの１つの好ましい方法を示す。ＵＩＰアセンブリ１を含むツールアセンブリ２８は、通常はツールラック又はツールマガジン２９内に保持され、これは磁石アセンブリ３０を備えている。磁石アセンブリ３０は、非磁性ケーシング３１及び多数の希土類永久磁石３２を具備し、これら磁石は、ＵＩＰスイッチモジュール４の近傍に強い磁場３３を形成するように配置される。単一の磁石アセンブリ３０を複数の隣接するツールアセンブリを作動させるために用いても良い。磁石は、ツールアセンブリ２８内のスイッチモジュール４の異なる位置に対応できるように、ケーシング３１の異なる高さの所にグループ化しても良い。ツールアセンブリ２８内のスイッチモジュール４が磁石アセンブリ３０の近傍にとどまる間は、スイッチモジュール４は、開状態に、磁気的に作動されている状態にとどまる。こうして蓄電池電源パック３は電気的に隔離され、送信機モジュール２及びエレクトロニクスモジュール５は付勢されてない状態にとどまる。
【００４８】
さらに図４との関連において、エレクトロニクスモジュール５は、電気的に外部アンテナ３４に接続されている、第１の内部無線周波数通信デバイスを具備している。アンテナ３４は、エレクトロニクスモジュール５のハウジング上の外部グルーブ内に、実質的に損傷から保護されるように密封される。第２の無線通信デバイス３５は、エレクトロニクスモジュール５をロボティックツールハンドリング機構にて接近させることができる、海底装置上の、ある固定位置に備えられる。こうして無線双方向データ転送が、エレクトロニクスモジュール５内の第１の無線通信デバイスと第２の無線通信デバイス３５との間に、さらに、有線又は光リンク３６を介して、水上艦艇上の遠隔オペレータステーションに向けて、確立される。
【００４９】
水上艦艇から海底装置を展開する前に、各ツールアセンブリ２８には電源モジュール３内の未使用のセットの蓄電池を詰められ、手動でツールマガジン２９内に装填される。海底において、ある選択されたツールアセンブリ２８が、ロボティック制御の下でツールマガジン２９からダウンホールオペレーションのために取り出され、スイッチモジュール４は、磁場３３から遠く離れると、通常は閉じられた状態に戻り、送信機モジュール２及びエレクトロニクスモジュール５が付勢される。ツールアセンブリ２８は、いったんツールマガジン２９内に戻されると、電源が再びスイッチオフされ、こうして、長期間に渡る海底での展開を通じて、複数のツールに使用するために十分な蓄電池エネルギーを節約することが可能となる。ＵＩＰアセンブリ１が付勢される度に、取り付けられた土壌測定ツールからのデータ流が、送信機モジュール２によって音響的に送信される。この音響データ信号は、掘削ストリングを上方に向かって受信用マイクロホンへと伝わり、受信用マイクロホンはこの音響データ信号を電気信号に変換する。このデータ流は、さらにエレクトロニクスモジュール５内に電子的に記録され、ツールアセンブリ２８がツールマガジン２９内に戻される前に通信デバイス３５を介してダウンロードされる。
【００５０】
図５との関連で、本発明のもう１つの態様においては、上部駆動ユニット３８内に収容されている、圧電マイクロホンアセンブリ３７が備えられ、この駆動ユニット３８は、掘削ストリング７を、チャック３９を介して下降、回転、及び上昇させる。マイクロホンアセンブリ３７は、ウォータシールシャフトアセンブリ４１内の別個のチャンバ４０を占有し、ウォータシールシャフトアセンブリ４１は駆動ユニット３８の中央を貫通している。マイクロホンの面板４２は、ウォータシールシャフトアセンブリ４１の下部要素を形成し、マイクロホンアセンブリ４１を掘削ストリング７の上端４４に整合させ、これを音響的に結合させている、スピゴット４３を具備している。面板４２と駆動ユニット３８の取り付けフランジ４６との間には弾性の圧縮座金４５が配置される。
【００５１】
小さな直径の接続チューブ４７が、マイクロホンチャンバ４０からウォータシールシャフトアセンブリ４１の孔を貫通するように延在する。接続チューブ４７は、マイクロホン３７から、ウォータシールシャフトアセンブリ４１の上部に取り付けられた単一コンタクト回転継手４９に向かって延在する、ワイヤ４８を封入する。接続チューブ４７は、チャンバ４０と回転継手４９との入口の所で、周囲を密封される。チャンバ４０、接続チューブ４７及び回転継手４９は、オイルで満たされ、圧力は、外圧補償器への接続を介して、周囲条件と同一となるように調節される。
【００５２】
ウォータシールシャフトアセンブリ４１、面板４２及びスピゴット４３は、相互接続通路５０を備えており、これによって掘削流体を加圧下にて外部ポンプから掘削ストリング７内へと供給できるようになっている。Ｏ−リングシール５１は、スピゴット４３と掘削ストリング７との間の接合部から流体が漏れることを阻止する。
【００５３】
この封入されたマイクロホンアセンブリ３７を動作させるために、掘削ストリング７を固定された下側クランプにて軸方向に保持しながら、上部駆動ユニット３８にて下側方向への力（ビットウェイト）を加えることで、面板４２が掘削ストリング７に対して、押し付けられ、これにしっかりと接触される。回転チャック３９を掘削ストリング７の上部をつかむように作動させることで、弾性の座金４５が軸方向に圧縮され、この状態に固定される。こうして、弾性の座金４５の圧縮力によって、面板４２と掘削ストリング７とが、掘削ストリング７の上下に移動に関係なく、接触した状態に保持される。ダウンホールプローブアセンブリからの測定データ流は、掘削ストリング７を通じて音響的に送信され、マイクロホンアセンブリ３７によって受信される。マイクロホン３７からの電気的出力信号は、ワイヤ４８にて回転継手４９へと搬送され、その後、リアルタイムにて、水上艦艇上のオペレーティングステーションへと送信される。
【００５４】
この明細書におけるどのような従来技術への参照も、その従来技術がオーストラリアにおける周知の一般常識の部分を形成するという了解又は任意の形態の示唆であるものと取られるべきではない。
【００５５】
この明細書及びこれに続く特許請求の範囲を通じて、文脈から特に別の解釈を要求されない限り、“備える”なる単語、及びこれらのバリエーション、例えば、“備える”又は“備えている”などは、規定の数又はステップ、又は複数の数又はステップを含んでいるということであり、その他の、数又はステップ、又は複数の数又はステップを排除しているわけではないことを示していると理解される。
【００５６】
最後に、本発明の概念は、本発明の任意の態様において、多くの異なる構造にて具現することができ、従って、前述の説明の一般性は添付の図面の特殊性によって優先されるものではないと理解されるべきである。様々な代替、修正、及び／又は追加を、本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、様々な構造及びパーツの配列内に具現することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】ユニバーサル計測プローブ（ＵＩＰ）の拡大された部分断面図を、例示としての土壌テスト付属物と共に示す。
【図２】密封エクステンションチューブ構成のＵＩＰをガスプローブ付属物と共に示す。
【図３】ＵＩＰの磁気スイッチモジュールを断面図にて示す。
【図４】ＵＩＰ電源を遠隔的にスイッチングする手段及びメモリモジュールからの無線データダウンロードの手段を示す。
【図５】回転駆動ユニット内の密封受信用マイクロホンの配置図を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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