JP2013505376A - 削孔装置及び削孔装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、地面に孔を形成するための液圧式「ダウンザホール（ＤＴＨ）」衝撃式削孔装置に関する。周知のＤＴＨ削孔装置は、ドリルロッド等の構成部品の結合および切り離しの間における液圧流体の損失、および最適状態に及ばない機械効率に関して、非効率である。本発明装置は、ドリルビットに衝撃を与えるためのピストンと、ピストンの往復運動を制御するためのシャトル弁と、シャトル弁の近傍に配置される液圧流体用アキュムレータを備える液圧駆動ハンマーを含む。ピストンおよびシャトル弁の両方が、ハンマーの移動軸とほぼ一直線に配置される。

Description

本発明は、削孔装置に関する。特に、本発明は、地面に孔をあけるための液圧式「ダウンザホール（ＤＴＨ）」衝撃式削孔装置に関する。

従来から、高強度の岩のようなものに孔をあけたり、孔を貫通させたりすることは、衝撃式削孔システムによって、最も経済的に行われてきた。これらのシステムは、衝撃機構が孔の外に配置されるもの（トップハンマーシステム）、或いは、衝撃機構が孔の中に配置されるもの（ＤＴＨシステム）という二種類の何れか一つに分類される。トップハンマーシステムは、岩面に力を伝えるために、衝撃式ドリルロッドのストリングの使用を必要とする。一連のロッドを介する衝突衝撃波の伝達は、特に、より大きな孔寸法において、孔の深さおよび削孔精度の少なくともいずれか、並びに信頼性の点に関して、限界をもたらす。ＤＴＨ削孔は、孔の底において、衝突衝撃波を作り出すことにより、トップハンマーシステムに関連する問題を解決するものであり、その衝撃波は、岩と接触するドリル「ビット」に直接的に作用する。このＤＴＨシステムは、従来では、空気圧によって駆動されており、エネルギを、ドリルロッドを介して、孔の下方へ、底において衝撃機構に伝えるために、圧縮空気を用いる。この削孔システムは、一般的に、液圧式トップハンマードリルシステムと比べて、特に、孔寸法が小さい場合や深さが浅い場合において、エネルギ効率が悪く、また、緩慢である。トップハンマーおよびＤＴＨ削孔システムの利点を組み合わせることを目的として、水力駆動ＤＴＨシステムが開発されている。しかしながら、これらのシステムは、エネルギを衝撃機構に伝達するために、非潤滑性且つ潜在的に腐食性の媒体（即ち水）を用いることにより、信頼性および経済的制限に悩まされるので、広く普及していない。

特許文献１および特許文献２は、オイル駆動ＤＴＨドリルシステムの概念を開示している。これら開示されるドリルシステムの両者が、専用のドリルロッドにクリップ留めされる外部液圧ホースによって動力が供給される液圧式ハンマーを使用する。オイル駆動ハンマーの使用は、削孔のエネルギ効率および信頼性を向上させるが、これら文献に開示される構成は、ハンマーが、孔を下りて作動している時に、外孔が破損しやすいという欠点に悩まされ、オイルの損失および増加する作動費用に関して、信頼性の欠如および効率の低下に至る。また、作業効率は、ドリルロッドを追加したり取り外したりする時に、液圧ホースを再度取り付けることの複雑さによって、悪影響を受ける。

周知のオイル駆動ドリルシステム、例えば特許文献３および特許文献４に開示されるものでの更なるオイル損失の原因は、削られた孔を出入りする間に、ハンマーに圧力下でオイルを供給したり、ハンマーから戻りオイルを受け取ったりするロッドの結合および切り離しの間である。

周知の液圧式ドリルシステム、例えば、特許文献５に開示されるものの更なる効率損失は、衝撃エネルギの生成や減少が行われるサイクル速度に起因し得、ピストンの伸張行程及び圧縮行程の間に変化する流れ要件に対応するために用いられる液圧式アキュムレータは、ハンマーから離れて取り付けられる。

周知の液圧式削孔システムの更なる欠点は、ハンマーの一片構成に起因して、製造および破損した時の取り換えが高価であることである。

欧州特許第０２３３０３８号明細書 米国特許第５，０９２，４１１号明細書 米国特許第５，３７５，６７０号明細書 国際公開第９６／０８６３３２号 特開平６−３１３３９１号公報

本発明の目的は、前記の問題に取り組み、或いは、少なくとも公衆に有用な選択を提供することにある。
本発明の更なる態様および効果は、一例としてのみ与えられる次の説明から明らかになる。

本明細書において引用されるあらゆる特許および特許出願を含み、全ての参照物が、これによって、参照することにより援用される。いずれかの参照が従来技術を構成することは認められない。参照の考察は、それらの著者が主張するものを提示し、且つ、出願人は、引用文献の精度および適切性を疑う権利を保有する。明確に理解されることであるが、多くの先行技術文献が、本明細書において参照されているが、この参照は、これら文献のいずれかが、当該技術分野において、豪州国において、又は他のいずれかの国において、共通の一般知識を形成することを容認するものではない。

「備える」という用語は、様々な司法管轄下において、排他的又は包括的な意味のいずれかに属すると認められる。本明細書のために、特に断りのない限り、「備える」という用語は、包括的な意味を有しており、即ち、直接的に言及する記載された構成部品だけでなく、明記されていない構成部品又は要素の包含も意味することとなる。また、この論理的解釈は「備えられる」又は「備える」という用語が、方法又は過程において、一以上の工程に関連して使用される時にも用いられる。

本発明の第１態様によれば、液圧駆動ハンマーを備える削孔装置が提供され、
液圧駆動ハンマーは、
ドリルビットに衝撃を与えるためのピストンと、
ピストンの往復運動を制御するためのシャトル弁と、
液圧流体用アキュムレータとを備える。

ピストンおよびシャトル弁は、ハンマーの移動軸とほぼ一直線に配置される。
アキュムレータは、シャトル弁の近傍に配置される。
本明細書のために認識されているが、「シャトル弁」という用語は、液圧流体と流体連通する制御弁を意味すると共に、作動ユニットを作動させるために用いられる。

好適には、削孔装置は、少なくとも１個のドリルロッドを含む。
好適には、少なくとも１個のドリルロッドは、
ハンマーの連結弁へのドリルロッドの連結用第１連結弁と、
同様のドリルロッドの第１連結弁又は回転機器へのドリルロッドの連結用第２連結弁とを含む。

好適には、第１連結弁および第２連結弁は、対応する弁座の近傍に配置される少なくとも一個のポペットを備える。
好適には、ドリルビット、ピストン、シャトル弁、アキュムレータ、および連結弁は、互いにほぼ一直線に連結される。

好適には、ドリルビット、ピストン、シャトル弁、アキュムレータ、および連結弁は、位置決め孔および固定ピンを介して、互いに連結されるモジュラユニットである。
好適には、ドリルロッドは、
外部容器からシャトル弁への圧縮液圧流体の供給用圧力ラインと、
シャトル弁から外部容器へ戻る戻り液圧流体を供給する戻りラインと、
ドリルビットへの圧縮フラッシング媒体の供給用フラッシングラインとを備える。

好適には、戻りラインは、圧力ラインの周りに配置される円環である。
好適には、フラッシングラインは、戻りラインの周りに配置される円環である。
好適には、フラッシング媒体は空気である。
好適には、ハンマーは、ハンマーに反転可能に嵌合されるように適合される外部ハウジングを含む。

本発明の第２態様によれば、削孔装置の使用方法が提供され、本方法は、
ａ．モジュラユニットから液圧駆動ハンマーを組み立てる工程であって、モジュラユニットは、
ドリルビットと、
ピストンと、
ピストンの往復運動を制御するためのシャトル弁と、
アキュムレータ、又は、
連結弁とを含む、工程と、
ｂ．少なくとも１個のドリルロッドを連結弁に連結させる工程と、
ｃ．回転機器を、ハンマーから遠位にあるドリルロッドの一端に連結させる工程とを備え、この回転機器は、回転運動を、少なくとも１個のドリルロッドおよびハンマーに付与する方法。

好適には、本方法は、
ｄ．ピストンをその軸線に沿って直線状に移動させるように適合される液圧式フィードバックシステムに、ハンマーを連結させる工程を備える。

本発明の更なる態様は、一例としてのみ与えられる以下の説明から、また添付の図面を参照して明らかになる。

本発明の削孔装置の好適な実施形態を示す断面図。 図１に示される実施形態のハンマーの断面図。 図１に示される実施形態のドリルロッドの第１および第２連結弁の断面図。 第１および第２連結弁が連結された状態にある図１に示される実施形態の２個の隣接するドリルロッドの断面図。 図１に示される実施形態の回転機器の断面図。 シャトル弁への圧力液圧ル流体の流路を示している図１に示される実施形態のロッド連結弁、アキュムレータ、およびシャトル弁の断面図。 シャトル弁から戻り液圧流体流路を示している図１に示される実施形態のロッド連結弁、アキュムレータ、およびシャトル弁、並びに他のハンマー内排出点の断面図。 ドリルビットへのフラッシング媒体の流路を示している図１に示される実施形態のロッド連結弁、アキュムレータ、シャト弁、およびピストンハウジングの断面図。 図４に示される実施形態の２個の連結されたドリルロッドおよび戻り液圧流体流路から圧力液圧流体流路を分離させるシール位置を示す断面図。 図４に示される実施形態の２個の連結されたドリルロッドおよびフラッシング媒体流路から戻り液圧流体流路を分離させるシール位置を示す断面図。 ハンマーの下方への移動の間におけるピストンへのシャトル弁間圧力液圧流体流路を示している図１に示される実施形態のハンマーの断面図。 ハンマーの上方への移動の間におけるピストンへのシャトル弁間圧力液圧流体流路を示している図１に示される実施形態のハンマーの断面図。 ハンマーの下方への移動の間におけるピストンへのシャトル弁間液圧流体フィードバック流路を示している図１に示される実施形態のハンマーの断面図。 ハンマーの上方への移動の間におけるピストンへのシャトル弁間液圧流体フィードバック流路を示している図１に示される実施形態のハンマーの断面図。

次に、本発明を、図１から図１４に示される一つの好適な実施形態に関連して説明する。
明瞭化のために、削孔装置の様々な構成部品間における流体の相互結合部が、図面に選択的に示されている。

図１は、矢印（１）によって概して指示される削孔装置の好適な実施形態の断面図を示す。削孔装置（１）は、ダウンザホール（ＤＴＨ）削孔用液圧式オイル駆動装置である。装置は、互いに一直線に連結される一連の専用モジュラ構成部品を備える。このようにして、装置（１）は、限られた空間における装置（１）の使い勝手のよい作動を可能にすると共に、地面に幅広い範囲に亘る孔寸法が削孔されることを可能にするべく、ハンマー（２）の最小直径が提供されるように、薄型構成を有する。

削孔装置（１）は、ハンマー（２）と、少なくとも１個のドリルロッド（３，４）と、回転機器（５）を備える。当業者には自明ながら、ドリルロッド（３，４）は、回転機器（５）およびロッド連結弁（１０）の間に距離を必要としない用途では、省略されてもよい。反対に、特定の用途に対する必要に応じて、装置（１）の長さを延長させるために、あらゆる数のドリルロッドが用いられてもよい。回転機器（５）は、回転機器（５）のスピンドル（５Ａ）、ハンマー（２）およびドリルロッド（３，４）に回転運動を周知の方法で付与するために、モータおよび歯車システム（図示なし）と連結するように適合されている。ドリルシステム（１）は、矢印Ａによって指示されるように、モータおよび歯車システムにより両方向（即ち、時計回り又は反時計回り）に連続的に回転させられ得る。

図２は、削孔装置（１）のＤＴＨハンマー（２）の断面図を示す。ハンマー（２）は、ドリルビット（６）と、ピストン（７）およびピストンハウジング（７Ａ）、並びに、液圧流体圧力下で、ピストン（７）の移動に抗するためのシャトル弁（８）およびシャトル弁ハウジング（８Ａ）と、オイル等の液圧流体用アキュムレータ（９）およびロッド連結弁（１０）を備える。ハンマー（２）の全ての構成部品は、位置決め孔および連結ピン（１１）を介して、互いに一直線に連結され得る。各構成部品内における様々な流路は、削孔および構成部品境界面におけるシールを介して、隣接する（複数の）構成部品の対応する流路と連結される。構成部品は、外部着用ハウジング（１Ａ）内に、全て収容される。ハンマー（２）のモジュラ特性は、ハンマー（２）全体ではなく、個々の構成部品の取替えを可能にすることにより、維持管理費用の低減を可能にする。

組み立てられた構成部品（７から９）は、ハウジング（１Ａ）のいずれかの端部において、ねじ山を介して、着用ハウジング（１Ａ）内に保持され、このねじ山に、ドリルビットアセンブリ（６）およびロッド連結弁（１０）はねじ入る。従って、これら内部構成部品（７から９）は、ハンマー（２）のいずれかの端部において、これら対向するねじ山からの力によって、確実に接触した状態で保持される。ハウジング（１Ａ）は、削孔装置（１）の作動の間に、岩屑との衝突によって生じるハウジング（１Ａ）への損傷から、ハンマー（２）の長期に及ぶ耐用年数をもたらすために、前後逆に回転させられてもよい。

ドリルビット（６）は、ピストン（７）からの衝突を介して、約２０ミリメートルの最大範囲に亘り往復運動する。ドリルビット（６）の頭部（６Ａ）は、岩と接触すると共に切断面を形成するボタン（６Ｂ）を有する。様々な用途および地面に適当な様々な孔径を周知の方法で作り出すために、多様な範囲に亘るドリルビットの長さおよび直径が用いられてもよい。

図３は、ドリルロッド（３，４）夫々の第１連結弁（１７）および第２連結弁（１８）の断面図を示す。各ドリルロッド（３，４）は、回転機器（５）からハンマー（２）への（幾つかのドリルロッドが並列で連結されるならば、別のドリルロッドを介して）流体連通をもたらすために、内部配管構造を有する。圧力オイル流路（１４）は、ハンマー（２）のシャトル弁（８）へ圧力オイルを運ぶ。戻りオイルライン流路（１５）は、シャトル弁（８）からの戻りオイルを、回転機器（５）に戻し運ぶ。フラッシング媒体流路（１２）は、フラッシング媒体を、通常は圧縮空気の形態で、ハンマー（２）に運ぶ。当業者であれば理解できることであるが、水又は二酸化炭素等、圧縮フラッシング媒体の他の形態も、本発明の範囲から逸脱することなく用いられ得る。ドリルロッド（３），（４）は、特定の用途に対して必要とされる長さに応じて、１．８メートルまで長さが変化する。

各ドリルロッド（３，４）は、その第１および第２端部において、第１連結弁（１７）および第２連結弁（１８）を有する。第１連結弁（１７）は、圧力オイル流路（１４）の終端にばね懸架ポペット（１９）および弁座（２０）を有すると共に、戻りオイル流路（１５）の終端にばね懸架雌ポペット（２１）および弁座（２２）を有する。同様に、連結弁（１８）は、圧力オイル流路（１４）の終端にばね懸架ポペット（２３）および弁座（２４）を有すると共に、戻りオイル流路（１５）の終端にばね懸架雄ポペットリング（２５）および弁座（２６）を有する。対応する弁座（２０，２２，２４および２６）の近傍へのポペット（１９，２１，２３および２５）の位置決めは、連結弁（１７，１８）が切り離された時に、孔の下方へのドリルロッドのストリングの長さを延長させるために、新しいドリルロッドを挿入する時に、或いはドリルロッド（３，４）を分解する時に、ドリルロッドからのオイルの損失を最小にする。本構成が、オイルの損失を、結合および切り離しに際して、ねじ山およびシールの潤滑に必要とされるもののみに制限するので、それに続くオイルの節約は極めて顕著であり、著しく費用を節約すると共に、環境への影響を絶対最小値に低下させる。

図４は、ドリルロッド（４）の第１連結弁（１７）が、ドリルロッド（３）の第２連結弁（１８）に連結された状態にある２個の隣り合うドリルロッド（３，４）の断面図を示す。これら弁は、ロッド（４）肩部（４Ａ）にある雄ねじ山（図示なし）の肩部（３Ａ）にある雌ねじ山（図示なし）への係合、並びに、２個のロッド（３，４）の外側肩部（３Ａ，４Ａ）が確実に接触するまで、ロッド（３）と相対的なロッド（４）の回転により接合される。一旦これら肩部（３Ａ，４Ａ）が接触すると、３個の別個の流路が、以下のように作り出される。ポペット（２３）へのポペット（１９）の当接は、ポペット（１９および２３）を夫々の弁座（２０および２４）から持上げて、ロッド（３）の圧力オイル流路（１４）を、対応するロッド（４）の圧力オイル流路（１４）と連結させる。この圧力オイル流路（１４）を取り囲む溝のシール（２７）は、隣接する戻りオイル流路（１５）へのオイルの半径方向への内部漏出を阻止する。戻りオイル流路（１５）を取り囲む溝にある別組のシール２８は、戻りオイル流路（１５）を、フラッシング媒体流路（１２）から分離させる。リングポペット（２５）およびポペット（２１）は、軽いばね圧力によって、両方が同じ方向に、即ちロッド（４）からロッド（３）へ向けて、夫々の弁座（２６および２２）に付勢される。戻りオイルは、ロッド（３）からロッド（４）へ向けて流れる際に、最小の流量制限を伴い、これら２個のポペットを夫々の弁座から持上げて、ロッド（３）の戻りオイル流路（１５）をロッド（４）の戻りオイル流路（１５）に、一方向（戻り）オイル流のために連結させる。両方のロッド（３，４）のフラッシング媒体流路（１２）は、戻りオイル流路（１５）および各ロッド（３，４）の肩部（３Ａ，４Ａ）の間に形成される第２円環によって、互いに連結される。

図５は、回転機器（５）の拡大断面図を示す。旋回部（５Ａ）は、矢印Ａにおいて、モータおよび歯車システムと連結し、回転トルクを、旋回部（５Ａ）および連結されたドリルロッド（３，４）およびハンマー（２）に付与する。回転機器（５）の非回転部即ちハウジング（５Ｂ）上に配置された一連の三個のポートは、連結されたドリルロッド（３，４）およびハンマー（２）と流体連通する旋回部（５Ａ）から、フラッシング空気（ポート５Ｃ）、圧力オイル（ポート５Ｄ）を供給すると共に、戻りオイル（ポート５Ｅ）を受け取る。（上述された）ドリルロッド（３）の第１連結弁（１７）と同一のポペット弁構成（５Ｆ）は、回転機器（５）がドリルロッド（４）から切り離された時に、液圧オイルの損失を阻止する。

ロッド連結弁（１０）は、ドリルロッド（３）の３個の同心流路（中心＝圧力オイル流路（１４）、第１円環＝戻りオイル流路（１５）、第２円環＝フラッシング媒体流路（１２）、図３に最良に図示）の間で結合する。図６は、ロッド連結弁（１０）の中心から（図示されていないドリルロッド（３）から）、アキュムレータを介して、シャトル弁（８）まで来る圧力オイルを示す。ピストン（７）は、ピストンハウジング（７Ａ）に収容されると共に、次に、シャトル弁（８）によって往復運動させられる。図１１は、ピストン（７）の下方への移動のために、シャトル弁（８）からピストン（７）への圧力オイルの流路（２９）を示す。図１２は、ピストン（７）の上方への移動のために、シャトル弁（８）からの圧力オイルの流路（３０）を示す。図１１および図１２に関して、ピストン（７）の往復運動は、これら２つの流れ状況の間で、周知の方法で交替するシャトル弁（８）によって達成される。このシャトル弁（８）の振動は、ピストンハウジング（７Ａ）の位置感知ポート対（３１Ａ，３１Ｂおよび３２Ａ，３２Ｂ）によって制御され、ピストン（７）の運動によってカバーされない時には、シャトル弁（８）を、下方へまた次に上方へのピストン（７）運動夫々に対応して、２つの位置の間で移動させるために、圧力オイル「フィードバック」を用いる。従って、ピストン（７）の運動は、位置感知ポートの位置によって、固定されたストローク長さセットに対して制御される。図１３および図１４は、ハンマー（２）の下方および上方夫々への移動の間に、ピストン（７）からシャトル弁（８）へのフィードバック流路（３３，３４）の位置を示す。

図７は、シャトル弁（８）から、アキュムレータ（９）を介して、ロッド連結弁（１０）を通り、ドリルロッド（３）の戻りオイル流路（１５）に戻る戻りオイル流路を示す。このようにして、ドリル装置（１）の作動の間に、シャトル弁（８）へのオイル圧力の変化は、削孔の効率および速度を改善するために、最小にされる。ドリルロッド（４）の第２連結弁（１８）と同一のポペット弁構成（１６）は、ハンマー（２）がドリルロッド（３）（図示なし）から切り離されたときの液圧オイル損失を阻止する。図８は、フラッシング媒体流路（１２）から、ピストンハウジング（７Ａ）に至るまでのフラッシング媒体路を示す。フラッシング媒体は、次に、ピストン（７）およびドリルビット（６）を通り、これら構成部品の縦方向管路（１３）を通過して、ドリルビット（６）の近くから、岩屑を勢いよく流すために、ビット表面において出てくる。

当業者には自明であるが、流路（１２，１４および１５）の他の内部構成であっても、本発明の範囲から逸脱することなく、用いられ得る。
使用に際して、削孔装置（１）は、以下の方法工程によって、削孔用に組み立てられる。

・液圧駆動ハンマー（２）を組み立てる工程。液圧駆動ハンマー（２）は、
・ドリルビット（６）と、
・ピストン（７）と、
・ピストン（７）の往復運動を制御するためのシャトル弁（８）と、
・アキュムレータ（９）と、
・ロッド連結弁（１０）とを備える。

・少なくとも１個のドリルロッド（３，４）をロッド連結弁（１０）に連結させる工程。
・回転機器（５）を、ハンマー（２）から遠位にある少なくとも１個のドリルロッド（３，４）に連結させる工程。

・液圧流体源、液圧流体シンク、およびフラッシング媒体源を回転機器（５）に連結させる工程。
・モータおよび歯車システムを、ハンマー（２）から遠位にある回転機器（５）の端部に連結させる工程。このモータは、回転機器（５）、少なくとも１個のドリルロッド（３，４）およびハンマー（２）に回転運動を付与する。

・ピストンをその軸線に沿って直線状に移動させるように適合される液圧式フィードバックシステム（３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ，３３および３４）に、ハンマー（２）を連結させる工程。

削孔は、ビット（６Ｂ）が、液圧式フィードバックシステム（３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ，３３および３４）によって、岩面と接触させられることにより、また、（地面に応じて）５０〜２００バール（５０×１０^５〜２００×１０^５パスカル）の液圧が、回転機器（５）のポート（５Ｄ）に付与されることにより、開始される。穿通が開始すると、モータおよび歯車システム（図示なし）は、装置全体を（孔寸法および地面に応じて）５０〜１５０ＲＰＭで回転させ、且つ、液圧式フィードバックシステム（３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ，３３および３４）は、（地面に応じて）２〜２０ｋＮの送り分力を付与して、装置を削孔に前進させる。前進限界に到達すると、削孔は、ポート（５Ｄ）からの圧力供給を取り除くことにより停止される。更なる前進が求められるならば、回転機器（５）が、最後のドリルロッドの第２連結弁（１８）からねじ外され、付加的なドリルロッドが追加されてもよい。削孔は、次に、上述したのと同じ工程を適用することにより、再開される。

例１
装置１は、硬い石灰岩に１０５ミリメートルの直径の孔を、毎分１メートルの速度で削孔することにより、試行される。確実な削孔は、最小の液圧オイル損失を伴い実演された。

例２
装置１の試作版での実験によれば、オイル損失は、典型的には、連結／切り離し毎に、０．００８リットル（或いは、使用に応じて、一日当たり１５リットル）程度に低いことが明らかである。

従って、本発明の好適な実施形態は、以下を含む従来技術より優れた多くの効果を有し得る。
・最小オイル損失を伴うオイルの有効な再利用により、燃料効率が改善し、操作費用の低下、および環境への影響の減少に至る。

・作動サイクル間におけるオイル圧力変化に対するより早い応答時間により、機械効率が改善し、地面を穿通するために、より高速の削孔に至る。
・削孔屑（切取物）からのオイルのフェールセーフ汚染保護。

・オイルからの切取物のフェールセーフ汚染保護（鉱物採集用途において重要）。
・モジュラ構成および反転可能なドリルケーシングの結果として、長期に亘る耐用寿命また結果として起こる維持管理費用の減少による信頼性の改善。

・モジュラ構成の結果として、相対的に低い製造コスト。
本発明の態様は、一例としてのみ説明されており、また当然のことながら、添付の請求の範囲において定義される本発明の範囲から逸脱することなく、変更および付加がなされてもよい。

本発明の第２態様によれば、削孔装置の使用方法が提供され、本方法は、
ａ．モジュラユニットから液圧駆動ハンマーを組み立てる工程であって、モジュラユニットは、
ドリルビットと、
ピストンと、
ピストンの往復運動を制御するためのシャトル弁と、
アキュムレータと、
連結弁とを含む、工程と、
ｂ．少なくとも１個のドリルロッドを連結弁に連結させる工程と、
ｃ．回転機器を、ハンマーから遠位にあるドリルロッドの一端に連結させる工程とを備え、この回転機器は、回転運動を、少なくとも１個のドリルロッドおよびハンマーに付与する方法。

好適には、本方法は、
ｄ．装置全体をその軸線に沿って直線状に移動させるように適合される液圧式供給システムに、削孔装置を連結させる工程を備える。

本発明の削孔装置の好適な実施形態を示す断面図。 図１に示される実施形態のハンマーの断面図。 図１に示される実施形態のドリルロッドの第１および第２連結弁の断面図。 第１および第２連結弁が連結された状態にある図１に示される実施形態の２個の隣接するドリルロッドの断面図。 図１に示される実施形態の回転機器の断面図。 シャトル弁への圧力液圧ル流体の流路を示している図１に示される実施形態のロッド連結弁、アキュムレータ、およびシャトル弁の断面図。 シャトル弁から戻り液圧流体流路を示している図１に示される実施形態のロッド連結弁、アキュムレータ、およびシャトル弁、並びに他のハンマー内排出点の断面図。 ドリルビットへのフラッシング媒体の流路を示している図１に示される実施形態のロッド連結弁、アキュムレータ、シャト弁、およびピストンハウジングの断面図。 図４に示される実施形態の２個の連結されたドリルロッドおよび戻り液圧流体流路から圧力液圧流体流路を分離させるシール位置を示す断面図。 図４に示される実施形態の２個の連結されたドリルロッドおよびフラッシング媒体流路から戻り液圧流体流路を分離させるシール位置を示す断面図。 ピストンの上方への移動の間におけるピストンへのシャトル弁間圧力液圧流体流路を示している図１に示される実施形態のハンマーの断面図。 ピストンの下方への移動の間におけるピストンへのシャトル弁間圧力液圧流体流路を示している図１に示される実施形態のハンマーの断面図。 ピストンの上方への移動の間におけるピストンへのシャトル弁間液圧流体フィードバック流路を示している図１に示される実施形態のハンマーの断面図。 ピストンの下方への移動の間におけるピストンへのシャトル弁間液圧流体フィードバック流路を示している図１に示される実施形態のハンマーの断面図。

組み立てられた構成部品（７から９）は、ハウジング（１Ａ）のいずれかの端部において、ねじ山を介して、着用ハウジング（１Ａ）内に保持され、このねじ山に、ドリルビットアセンブリ（６）およびロッド連結弁（１０）はねじ入る。従って、これら内部構成部品（７から９）は、ハンマー（２）のいずれかの端部において、これら対向するねじ山からの力によって、確実に接触した状態で保持される。ハウジング（１Ａ）は、削孔装置（１）の作動の間に、削孔切取物によって生じるハウジング（１Ａ）への局所的な浸食損傷に対抗するべく、ハンマー（２）の長期に及ぶ耐用年数をもたらすために、前後逆に回転させられてもよい。

図３は、ドリルロッド（４，３夫々の第１連結弁（１７）および第２連結弁（１８）の断面図を示す。各ドリルロッド（３，４）は、回転機器（５）からハンマー（２）への（幾つかのドリルロッドが並列で連結されるならば、別のドリルロッドを介して）流体連通をもたらすために、内部配管構造を有する。圧力オイル流路（１４）は、ハンマー（２）のシャトル弁（８）へ圧力オイルを運ぶ。戻りオイルライン流路（１５）は、シャトル弁（８）からの戻りオイルを、回転機器（５）に戻し運ぶ。フラッシング媒体流路（１２）は、フラッシング媒体を、通常は圧縮空気の形態で、ハンマー（２）に運ぶ。当業者であれば理解できることであるが、水又は二酸化炭素等、圧縮フラッシング媒体の他の形態も、本発明の範囲から逸脱することなく用いられ得る。ドリルロッド（３），（４）は、特定の用途に対して必要とされる長さに応じて、１．８メートルまで長さが変化する。

図４は、ドリルロッド（４）の第１連結弁（１７）が、ドリルロッド（３）の第２連結弁（１８）に連結された状態にある２個の隣り合うドリルロッド（３，４）の断面図を示す。これら弁は、ロッド（４）の肩部（４Ａ）にある雄ねじ山（図示なし）の、ロッド（３）の肩部（３Ａ）にある雌ねじ山（図示なし）への係合、並びに、２個のロッド（３，４）の外側肩部（３Ａ，４Ａ）が確実に接触するまで、ロッド（３）と相対的なロッド（４）の回転により接合される。一旦これら肩部（３Ａ，４Ａ）が接触すると、３個の別個の流路が、以下のように作り出される。ポペット（２３）へのポペット（１９）の当接は、ポペット（１９および２３）を夫々の弁座（２０および２４）から持上げて、ロッド（３）の圧力オイル流路（１４）を、対応するロッド（４）の圧力オイル流路（１４）と連結させる。この圧力オイル流路（１４）を取り囲む溝のシール（２７）は、隣接する戻りオイル流路（１５）へのオイルの半径方向への内部漏出を阻止する。戻りオイル流路（１５）を取り囲む溝にある別組のシール２８は、戻りオイル流路（１５）を、フラッシング媒体流路（１２）から分離させる。リングポペット（２５）およびポペット（２１）は、軽いばね圧力によって、両方が同じ方向に、即ちロッド（４）からロッド（３）へ向けて、夫々の弁座（２６および２２）に付勢される。戻りオイルは、ロッド（３）からロッド（４）へ向けて流れる際に、最小の流量制限を伴い、これら２個のポペットを夫々の弁座から持上げて、ロッド（３）の戻りオイル流路（１５）をロッド（４）の戻りオイル流路（１５）に、一方向（戻り）オイル流のために連結させる。両方のロッド（３，４）のフラッシング媒体流路（１２）は、戻りオイル流路（１５）および各ロッド（３，４）の肩部（３Ａ，４Ａ）の間に形成される第２円環によって、互いに連結される。

ロッド連結弁（１０）は、ドリルロッド（３）の３個の同心流路（中心＝圧力オイル流路（１４）、第１円環＝戻りオイル流路（１５）、第２円環＝フラッシング媒体流路（１２）、図３に最良に図示）、および３個の隣り合うハンマー（２）の流路の間で結合する。図６は、ロッド連結弁（１０）の中心から（図示されていないドリルロッド（３）から）、アキュムレータを介して、シャトル弁（８）まで来る圧力オイルを示す。このようにして、削孔装置（１）の作動中におけるシャトル弁（８）へのオイル圧力の変化は、削孔の効率および速度を向上させるために、最小限にされる。ピストン（７）は、ピストンハウジング（７Ａ）に収容されると共に、次に、シャトル弁（８）によって往復運動させられる。図１１は、ピストン（７）の上方への移動のために、シャトル弁（８）からピストン（７）への圧力オイルの流路（２９）を示す。上方への移動は、周知の方法で、ピストン（７）のボトムランドに作用させるために、シャトル弁ハウジング（８Ａ）のポート（３１Ａ）から流出して、ピストンハウジング（７Ａ）のポート（３１Ｂ）に至る圧力オイルによって生じる。図１２は、ピストン（７）の下方への移動のために、シャトル弁（８）からの圧力オイルの流路（３０）を示す。下方への移動は、周知の方法で、ピストン（７）のトップランドに作用させるために、シャトル弁ハウジング（８Ａ）のポート（３２Ａ）から流出して、ピストンハウジング（７Ａ）のポート（３２Ｂ）に至る圧力オイルによって生じる。図１１および図１２に関して、ピストン（７）の往復運動は、これら２つの流れ状況の間で、周知の方法で交替するシャトル弁（８）によって達成される。このシャトル弁（８）の振動は、図１３に示されるように、ピストンハウジング（７Ａ）の位置感知ポート対（３５Ａ，３５Ｂ）によって制御され、ピストン（７）の運動によってカバーされない時には、シャトル弁（８）を、下方へまた次に上方へのピストン（７）運動夫々に対応して、２つの位置の間で移動させるために、圧力オイル「フィードバック」を用いる。従って、ピストン（７）の運動は、位置感知ポート（図１４に示される３６Ａ，３６Ｂ）の位置によって、固定されたストローク長さセットに対して制御される。図１３および図１４は、ピストン（７）の下方および上方夫々への移動の間に、ピストン（７）からシャトル弁（８）へのフィードバック流路（３３，３４）の位置を示す。

図７は、シャトル弁（８）および他のハンマー内排出ポートから、アキュムレータ（９）を介して、ロッド連結弁（１０）を通り、ドリルロッド（３）の戻りオイル流路（１５）に戻る戻りオイル流路を示す。ドリルロッド（４）の第２連結弁（１８）と同一のポペット弁構成（１６）は、ハンマー（２）がドリルロッド（３）（図示なし）から切り離されたときの液圧オイル損失を阻止する。図８は、フラッシング媒体流路（１２）から、ピストンハウジング（７Ａ）に至るまでのフラッシング媒体路を示す。フラッシング媒体は、次に、ピストン（７）およびドリルビット（６）を通り、これら構成部品の縦方向管路（１３）を通過して、ドリルビット（６）の近くから、削孔切取物を勢いよく流すために、ビット表面において出てくる。

・装置全体をその軸線に沿って直線状に移動させることが可能な「供給」システムに、装置全体を連結させる工程。この供給システムは、少なくとも２０ｋＮの供給又は引込み力を付与することが可能である。

削孔は、ビット（６Ｂ）が、液圧式供給システムによって、岩面と接触させられることにより、また、（地面に応じて）５０〜２００バール（５０×１０^５〜２００×１０^５パスカル）の液圧が、回転機器（５）のポート（５Ｄ）に付与されることにより、開始される。穿通が開始すると、モータおよび歯車システム（図示なし）は、装置全体を（孔寸法および地面に応じて）５０〜１５０ＲＰＭで回転させ、且つ、液圧式供給システムは、（地面に応じて）２〜２０ｋＮの送り分力を付与して、装置を削孔に前進させる。前進限界に到達すると、削孔は、ポート（５Ｄ）からの圧力供給を取り除くことにより停止される。更なる前進が求められるならば、回転機器（５）が、最後のドリルロッドの第２連結弁（１８）からねじ外され、付加的なドリルロッドが追加されてもよい。削孔は、次に、上述したのと同じ工程を適用することにより、再開される。

例２
装置１の試作版での実験によれば、オイル損失は、典型的には、連結／切り離し毎に、０．００８リットル程度に低いことが明らかである。

従って、本発明の好適な実施形態は、以下を含む従来技術より優れた多くの効果を有し得る。
・有効なエネルギ伝達、最小オイル損失を伴うオイルの有効な再利用により、燃料効率が改善し、操作費用の低下、および環境への影響の減少に至る。

図３は、ドリルロッド（４，３）夫々の第１連結弁（１７）および第２連結弁（１８）の断面図を示す。各ドリルロッド（３，４）は、回転機器（５）からハンマー（２）への（幾つかのドリルロッドが並列で連結されるならば、別のドリルロッドを介して）流体連通をもたらすために、内部配管構造を有する。圧力オイル流路（１４）は、ハンマー（２）のシャトル弁（８）へ圧力オイルを運ぶ。戻りオイルライン流路（１５）は、シャトル弁（８）からの戻りオイルを、回転機器（５）に戻し運ぶ。フラッシング媒体流路（１２）は、フラッシング媒体を、通常は圧縮空気の形態で、ハンマー（２）に運ぶ。当業者であれば理解できることであるが、水又は二酸化炭素等、圧縮フラッシング媒体の他の形態も、本発明の範囲から逸脱することなく用いられ得る。ドリルロッド（３），（４）は、特定の用途に対して必要とされる長さに応じて、１．８メートルまで長さが変化する。

本発明は、削孔装置に関する。特に、本発明は、地面に孔をあけるための液圧式「ダウンザホール（ＤＴＨ）」衝撃式削孔装置及び該削孔装置の製造方法に関する。

Claims (13)

1. 液圧駆動ハンマーを備える削孔装置であって、
   前記液圧駆動ハンマーは、
   ドリルビットに衝突するためのピストンと、
   前記ピストンの往復運動を制御するためのシャトル弁と、
   液圧流体用アキュムレータとを備え、
   前記ピストンおよび前記シャトル弁は、前記ハンマーの移動軸とほぼ一直線に配置され、
   前記アキュムレータは、前記シャトル弁に近接して配置されることを特徴とする削孔装置。
2. 前記削孔装置は、少なくとも一つのドリルロッドを備える請求項１に記載の削孔装置。
3. 前記少なくとも一つのドリルロッドは、
   前記ドリルロッドを、前記ハンマーの連結弁に連結させるための第１連結弁と、
   前記ドリルロッドを、同様のドリルロッドの前記第１連結弁に、或いは回転機器に連結させるための第２連結弁と
   を備える請求項２に記載の削孔装置。
4. 前記第１連結弁および前記第２連結弁は、対応する弁座の近傍に配置された少なくとも一つのポペットを備える請求項３に記載の削孔装置。
5. 前記ドリルビット、前記ピストン、前記シャトル弁、前記アキュムレータ、および連前記結弁は、互いにほぼ一直線に連結される請求項１乃至４のいずれか一項に記載の削孔装置。
6. 前記ドリルビット、前記ピストン、前記シャトル弁、前記アキュムレータ、および前記連結弁は、位置決め孔および固定ピンを介して互いに連結されるモジュラユニットである請求項５に記載の削孔装置。
7. 前記ドリルロッドは、
   外部容器から前記シャトル弁へ圧縮液圧流体を供給するための圧力ラインと、
   戻り液圧流体を、前記シャトル弁から前記外部容器へ戻るように供給するための戻りラインと、
   圧縮フラッシング媒体を前記ドリルビットへ供給するためのフラッシングラインとを備える請求項１乃至６のいずれか一項に記載の削孔装置。
8. 前記戻りラインは、前記圧力ラインの周りに配置される円環である請求項７に記載の削孔装置。
9. 前記フラッシングラインは、前記戻りラインの周りに配置される円環である請求項７または８に記載の削孔装置。
10. 前記フラッシング媒体は空気である請求項７乃至９のいずれか一項に記載の削孔装置。
11. 前記ハンマーは、該ハンマーに反転可能に嵌合されるように適合された外部ハウジングを備える請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の削孔装置。
12. 削孔装置の使用方法であって、
    ａ．モジュラユニットから液圧駆動ハンマーを組み立てる工程であって、該モジュラユニットは、
    ドリルビットと、
    ピストンと、
    前記ピストンの往復運動を制御するためのシャトル弁と、
    アキュムレータと、
    連結弁とを備える、工程と、
    ｂ．少なくとも一つのドリルロッドを前記連結弁に連結する工程と、
    ｃ．回転機器を前記ハンマーから遠位にある前記ドリルロッドの一端に連結する工程とを備え、該回転機器は、前記少なくとも一つのドリルロッドおよびハンマーに回転運動を付与する方法。
13. 前記方法は、
    ｄ．前記ピストンをその軸線に沿って直線状に移動させるように適合された液圧式フィードバックシステムに、前記ハンマーを連結する工程を備える請求項１２に記載の削孔装置の使用方法。