JP2014504688A

JP2014504688A - ダウンザホール工法による掘削時に、ドリルストリングの空隙と周囲の素材との間に連通を形成するための方法及び装置

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Publication number: JP2014504688A
Application number: JP2013552491A
Authority: JP
Inventors: マグヌス・ヘルマン
Original assignee: LKAB Wassara AB
Current assignee: LKAB Wassara AB
Priority date: 2011-02-07
Filing date: 2012-01-26
Publication date: 2014-02-24
Anticipated expiration: 2032-01-26
Also published as: US9453403B2; CA2824896A1; EP2673467A4; KR20140035339A; KR101825253B1; CA2824896C; ES2848160T3; JP5853032B2; WO2012108818A1; ZA201305130B; AU2012214869B2; SE1150083A1; EP2673467B1; US20140034300A1; AU2012214869A1; SE535593C2; CN103339347A; EP2673467A1

Abstract

本発明は、ドリルストリング１０と、ダウンザホールハンマドリル１と、ハンマドリル１に加圧媒体を供給する加圧媒体源１１とを有するドリルユニットの使用時に、ドリルストリング１０の空洞と、掘削穴６０内の下部の周囲の素材との間に連通を形成する方法に関する。この連通は、ａ）ドリルストリング１０の管状部に開口部を形成し、ｂ）通路１６を有するピストン１５を配置し、ｃ）ピストン１５を滑動可能に管状部内に挿入し、ｄ）ピストン１５が、加圧媒体源１１からハンマドリル１へ通路１６を介して流体が流れるのを可能し、ｅ）ピストン１５に、回収手段４５の第２のコネクタ４１と結合する第１のコネクタ４０を形成し、ｆ）リフト装置４２を表面レベルに配置し、ｇ）回収手段４５の第２のコネクタ４１を掘削穴６０内で下降させることにより形成される。ピストン１５が掘削穴から釣り上げられ、管状部の空洞内の区画室が測定用区画室として用いられる。

Description

本発明は、請求項１の「おいて書き部」に記載されているような、ダウンザホール工法（down-the-hole）による掘削時に、ドリルストリング（drill string）の空洞と周囲の素材（materials）との間に連通（communication）を形成する（establish）ための方法に関するものである。このような連通の形成により、掘削穴（drill hole）の下部でドリルロッド（drill rod）を包囲している地下水等の媒体（media）がドリルストリングの空洞に流入して該空洞を満たすことが可能となる。このような連通の形成が可能であるので、掘削穴の下部における現場での（in situ）測定を迅速かつ簡単に実施することが可能となる。本発明はまた、請求項５の「おいて書き部」に記載されているような、前記方法を実施するための装置（arrangement）に関するものでもある。

ダウンザホール工法により地面を掘削して掘削穴を作成する場合、掘削穴の態様は、端部同士が互いに連結された複数のドリルロッドからなるドリルストリングにより決定される（limited）。多くの場合、例えば水等の媒体を、ドリルストリングを包囲している素材からドリルストリングの空洞へ流入させるために、管ライニング（tube lining）の空洞と、ドリルストリングを包囲している素材との間に連通を実現することが必要となる。これは、前記素材の下部における掘削に係る測定に基づく調査（measurement-based investigations）の後で実施されるであろう。この調査は、温度、流量及び地下水レベル（groundwater level）に関連する。その際、測定機器は、測定用区画室内を下降させられるが、この測定用区画室の態様は、ドリルストリングの空洞により決定される。このタイプの測定は、通常、地面の透水性の測定を含んでいる。すなわち、例えば池（pond）又はこれと類似の水たまり（collection of water）における水位を低下させるために、ポンプにより排除しなければならない水の量の測定を含んでいる。現場における地面の透水性は、下記のダルシーの法則（Darcy's Law）により、排出量の測定の際に既知の手法で計算される。
Ｑ＝ＣＨＫ
このダルシーの法則によれば、ポンプ輸送される量（amount pumped）は、水位降下Ｈ（fall of water level）に比例するとともに、透水率Ｋ（permeability）に比例するということが導出される。かくして、係数Ｃが既知である場合は、ポンプ輸送される量を、これらの２つのパラメータの関数としてあらわして計算することが可能となる。ここで、係数Ｃは、掘削穴内の水と地面との間の接触面の形状（form of contact surfaces）を用いて、理論的又は実験的な方法により決定することができる。ここで、水は接触面を通って濾過されて限定された測定用区画室（limited measurement compartment）に入る。逆に、ポンプ輸送された量（amount pumped）と、測定用区画室内の水面の低下とを測定することによりＫを計算することが可能である。これは、周囲の地面から現場の測定用区画室内への透水率の値の構成要素である。その結果、前記等式により、水の流量を、１秒当たりの立方メートル（ｍ³/ｓ）の単位で求めることができる。

測定用区画室は、管ライニング（tube liner）として知られている物によって制限される。管ライニングは、その周囲のある部分、とくにその下部に設けられ、予め決定された開口面積をもつ１つ又は複数の開口部を備えている。この開口部により、地下水が測定用区画室に流入することが可能となり、かつ前記の手法で係数Ｃを決定することが可能となる。

可及的に迅速かつ効果的に作業を行うことを可能にするためには、ダウンザホール掘削（down-the-hole drilling）として知られている作業を行うときに、端部で互いに連結された複数のドリルロッドからなりダウンザホールハンマドリルに取り付けられたドリルストリングを用い、このドリルストリングで所望の測定用区画室を形成し、特別な管ライニングを必要とすることなく掘削穴の下部における複数の異なるレベルで測定作業を実施することができる可能性を高めるのが望ましい。換言すれば、管ライニングの外表面に配置された測定用開口部を備えた特別な仕様の管内張りを形成する円形の経路（circular route）をとることを必要とすることなく、必要とされる測定機器を作業現場で直接下降させることができる可能性を高めるのが望ましい。

このような多くの利点の中で特筆すべきことは、もちろん、必要とされる測定を掘削穴の下部で直接行うことができる場合に実現することができる時間の節約と、切削穴の内張りが除去され又は低減された装置を用いる場合に実現することができるコスト低減とである。それゆえ、ダウンザホール掘削を行うときに、より高いコスト効果を実現するために、掘削穴の下部、とくに地面の掘削穴の下部における現場での測定を実施するのが望ましい。

欧州特許出願公開第０３９４２５５号明細書

それゆえ、本発明の第１の目的は、少なくとも掘削孔の下部において現場での測定を実施することを可能にするために、ドリルストリングの空洞と、該ドリルストリングを包囲している素材との間にダウンザホール掘削を行った直後に連通を実現することを可能にする方法を提供することである。本発明の第２の目的は、前記方法を実施するための装置を実現することである。

本発明のこれらの２つの目的は、請求項１に規定された格別の特徴ないしは発明特定事項を備えた方法と、請求項５に規定された格別の特徴ないしは発明特定事項を備えた装置（arrangement）とによって達成される。本発明のその他の利点は、従属形式の請求項によって明確となるであろう。

本発明に係るダウンザホールハンマドリルは、１つの仕様においては、使い捨て型（single-use type）のもの、すなわち掘削及び測定を実施した後、ダウンザホールハンマドリルを掘削穴の下部に残留させることができるものである。

以下、添付の図面を参照しつつ、本発明を、非制限的な実施形態によって詳しく説明する。

ダウンザホールハンマドリルが装着されたドリルストリングの最前部に位置するドリル部に取り付けられた本発明に係る装置の異なる動作段階における複数の縦断面図のうちの１つの図である。ダウンザホールハンマドリルが装着されたドリルストリングの最前部に位置するドリル部に取り付けられた本発明に係る装置の異なる動作段階における複数の縦断面図のうちのもう１つの図である。ダウンザホールハンマドリルが装着されたドリルストリングの最前部に位置するドリル部に取り付けられた本発明に係る装置の異なる動作段階における複数の縦断面図のうちのさらにもう１つの図である。ドリルストリングの空洞と該ドリルストリングを包囲している素材との間の連通を確立するために必要とされる、順次実施される複数の動作段階における本発明に係る手順のうちの１つの手順を模式的に示す図である。ドリルストリングの空洞と該ドリルストリングを包囲している素材との間の連通を確立するために必要とされる、順次実施される複数の動作段階における本発明に係る手順のうちの１つの手順を模式的に示す図である。ドリルストリングの空洞と該ドリルストリングを包囲している素材との間の連通を確立するために必要とされる、順次実施される複数の動作段階における本発明に係る手順のうちの１つの手順を模式的に示す図である。ドリルストリングの空洞部と該ドリルストリングを包囲している素材との間の連通を確立するために必要とされる、順次実施される複数の動作段階における本発明に係る手順のうちの１つの手順を模式的に示す図であり、地面に形成された掘削穴の下部における現場での測定の実施状況を示している。

図１ａ〜図１ｃに、マシンハウジング２を有するダウンザホールハンマドリル１の前端部（forward end）を示す。マシンハウジング２は、基本的には円形かつ対称形のものであり、このマシンハウジング２には加圧された流体によって駆動される打撃機構（impact mechanism）が取り付けられている。ここで、打撃機構は、ドリルビット３に打撃を加えるように構成されている。ドリルビット３は、スプライン結合式のコネクタ（splined connector）を介して、往復移動が可能な態様でチャック（chuck）に取り付けられている。マシンハウジング２は、駆動液体、例えば水からなる駆動流体を供給するための中央供給配管４と、ドリルビット３に設けられた通路（図示せず）とを有している。使用される駆動液体は、この通路を通って流出することができる。この作用により、掘削時に生成された掘削生成物（drill cuttings）が、マシンハウジング２の外表面に沿って後向きかつ上向き（backwards and upwards）に移動させられる。このタイプのダウンザホールハンマハンマドリルは、ずっと前から知られており、例えば特許文献１に記載されたタイプの装置で構成することができる。なお、本発明に係る装置は、流体駆動式のダウンザホールハンマドリルを備えたものとして説明されているが、本発明に係る装置がこのようなタイプの装置に限定される訳ではないということが理解されるべきである。すなわち、本発明に係る装置は、普及している任意のタイプのダウンザホールハンマドリル、例えば駆動媒体として加圧状態にある空気を用いるタイプの空気圧式ダウンザホールハンマドリルを備えたものであってもよい。マシンハウジング２には、駆動流体の入口側の部位において後部に位置する末端部材８（end piece）が設けられている。この末端部材８は、ねじ式のコネクタ９（treaded connector）により、複数のドリルロッド（sections of drill rod）で構成されるドリルストリング１０に接続されている。複数のドリルロッドは、その端部でロッド中心軸の伸びる方向に接続されている。図２ａ中に環状の矢印で示すように、掘削時には、ドリルビット３はドリルストリング１０の回転に伴って回転させられる。ダウンザホールハンマドリル１を駆動するための駆動流体は、地表面レベル（surface level）において、図示していないポンプから、ドリルストリング１０内の通路１１を介して供給される。かくして、ドリルストリング１０の空洞内の通路１１は、加圧媒体源として機能する。新たなドリルロッドがドリルストリング１０に結合され、掘削穴が深くなるのに伴って、ドリルストリング１０は次第に長くなる。さらなるドリルロッド部を結合してドリルストリング１０を延長することを可能にするために、これらのドリルロッドは、ねじを備えたコネクタ１２により、隣り合うドリルロッドから取り外すことが可能な態様で接続されている。ここで、ねじは、互いに係合する管状部（meeting tube sections）を流体密封された状態（fluid-tight manner）で接続する。

なお、前記の技術的事項は、基本的には従来技術に属するものである。

再び図１ａ〜図１ｃに示すように、前部に配置され参照番号１０：１が付された、ドリルストリング１０の管状部、すなわち掘削穴内の最も深い位置に配置された管状部には、円筒形の管状部１０：１の空洞内で管状部中心軸の伸びる方向に滑動する（slide）ことができる伸長された（extended）ピストン１５が取り付けられている。ピストン１５は、その中心軸方向に伸びて該ピストン１５を貫通する中央通路１６を有している。中央通路１６は、ピストン１５が最も引き下がった位置（most withdrawn position）に配置されたときに、加圧媒体源からダウンザホールハンマドリル１へ直接的に、制御された態様で駆動流体が流れることを可能にする。ピストン１５と管状部１０：１の空洞との間での流体の移動は不可能であり、加圧媒体源側からみてピストン１５の後側に位置する区画室（compartment）、すなわちピストン１５とマシンハウジング２との間の区画室は、加圧媒体源に対して、流体の移動が可能な形態の連通状態とはなっていない。

図１ｃ中に最も明確にあらわされているように、最も前に配置された管状部１０：１の外表面には、管状部長手方向に伸びる複数の溝状の穴又は開口部１７が設けられている。これらの開口部１７は、掘削穴の下部における測定の実施のために、水を管状部の空洞に流入させることを可能にする。以下、前記の開口部１７の機能をさらに詳しく説明する。前側の管状部１０：１の空洞は、開口部１７が存在するので、測定用区画室（measurement compartment）を形成する（limit）ことができる。本明細書においては、「測定用区画室」との語は、管ライニング（tube lining）によって周囲の素材から孤立した（isolated）区画室を意味するものとする。管ライニングは、周囲からの水が、１つ又は複数の開口部１７を介して、区画室に流入することを可能にする。開口部１７は、管ライニングの外表面に配設され、予め決定された開口面積を有している。ピストン１５は、管状部１０：１内にこれと同軸状に配置され、管状部１０：１の空洞が形成するシリンダボア（cylinder bore）と制御された相互作用でもって、管状部内で滑動することを可能にするといった態様で、管状部中心軸方向に移動することが予定されている。ピストン１５は、高品質の鋼鉄で製作された前側の比較的伸長された管状部２１によって形成される（limited）駆動流体のための出口と、後側の比較的短い管状部２２によって形成される（limited）駆動流体のための入口とを有している。後側の管状部２２は、ピストン１５に連続して一体化された該ピストン１５の一部分として形成されている。すなわち、ピストン１５は単一物（single entity）として形成されている。ピストン１５の流体排除特性（fluid-excluding properties）をさらに改善するために、ピストン１５には、まず高分子材料からなる包囲シール２３（surrounding seal）が設けられている。シール２３は、ピストン１５の外側の周面の溝形のくぼみ２４（depression）に取り付けられている。

すでに説明したとおり、マシンハウジング２は、ピストン１５が最も引き下がった位置（most withdrawn position）に配置されて流体を流すことが可能な態様で打撃ハンマ１（ダウンザホールハンマドリル）に当接しているときに、打撃ハンマ１のマシンハウジング内に配置されている打撃機構に駆動流体を流すことが予定された中央通路４を有している。マシンハウジング２の末端部材８の後側の自由端に管状マフ３０（tube muff）が配置されている。管状マフ３０は、流体がピストン１５の管状部の前端部２１を流れることを可能にするといった態様で相互作用を及ぼすことが予定されている。管状マフ３０は、環状の円筒形の区画室３１を有している。区画室３１は、該区画室内の環状の溝３３内に着座させられたプラスチック製のカラー又はシールリング３２を包囲している。そして、図１ａに示すように、管状部が管状マフ３０に挿入・配置されてこの溝３３を介して、管状部の前端部２１がシールした状態で相互作用を及ぼす。ピストン１５は、静水圧の力（hydrostatic force）の作用により、最も引き下がった位置に向かって駆動される。通路１１内の駆動流体は、切削時に、加圧媒体源１１（図１ａ中において矢印の記号で示すポンプ）に対向するピストン１５の端面１５ｂに作用を及ぼす。ピストン１５の互いに係合する２つの端面１５ａ、１５ｂ間に水力学的な不均衡（hydraulic imbalance）が存在することを確実にすることにより、すなわち加圧媒体源１１（ポンプ）と対向するピストン１５の端面１５ｂがピストン１５の第２の端面１５ａの面積より常に大きい面積をもつことを確実にすることにより、たとえ連続性（continuum）が確立された場合であってもピストン１５が、流体を流れさせることが可能な態様で、マシンハウジング２の末端部材８に関連する位置に到達することを試みるといったことが確実化される。シールリング３２及び環状の溝部３３の寸法は、出口部として機能するピストン１５の管状部の前端部２１がマシンハウジング２の末端部材８内に挿入・配置されたときに、流体封止効果が得られるように選択される。ピストン１５の管状部の前端部２１が、末端部材８（end piece）の管状マフ３０をシールする位置に正しい態様で滑動することを確実にするために、末端部材は、円錐形の内表面３５、すなわちピストン１５の管状部の第１の端部２１と相互作用を及ぼすことが予定された円錐形の膨張部（expansion）を備えている。ピストン１５の中央通路１６は、マシンハウジング２の中央通路４の後向きの伸長（extension）を形成し、これにより、ピストン１５の出口が、該ピストン１５が最も引き下がった位置に配置されて、流体を流すことが可能な態様でマシンハウジング２の後側の末端部材８内の管状マフ３０を介して打撃ハンマと係合したときに、第１の管状部１０：１の外表面に形成された開口部１７を通り抜けさせて駆動流体を流れさせることができるバイパス（shunt）を形成するということを理解すべきである。

ピストン１５への駆動流体の入口部、すなわち後側の比較的短い管状部２２は、同時に、管状部中心軸方向に結合することができ、かつオス型部（male part）及びメス型部（female part）の形態に形成された相互作用を及ぼしあう２つのコネクタ４０、４１の一方を構成する。これらの２つのコネクタ４０、４１は、包括的に参照番号４５が付された回収手段（recovery means）の部品である。回収手段４５の助勢により、ピストン１５は、ドリルストリング１０から上方に持ち上げられることができる。メス型部として形成された第２のコネクタ４１は、包括的に参照番号４２が付されたリフト装置（lifting arrangement）の部品であるワイヤないしはその類似物に固定されている。この第２のコネクタ４１は、ワイヤ又はその類似物によって釣り下げられ、表面位置に配置された図示されていない適当なリフトギヤ（lifting gear）によって掘削穴内で下降させられることが予定されている。本明細書で用いられている「リフト装置」との語は、スチールワイヤと、プーリブロック（pulley block）又はこれに類似する手段とが設けられ、対象物を上昇及び下降させるために用いることができるリフトクレーン（lifting crane）を意味する。

一般的ないしは慣習的には、掘削穴に挿入された対象物は「魚（fish）」と呼ばれ、このような対象物を回収するように構成された機器は「釣り具（fishing tool）」と呼ばれているということが指摘される。

本発明に係る装置が掘削穴内で測定に基づく調査（investigation）を実施するときに用いられる場合、電気的な測定信号（electrical measurement signals）は、ワイヤ４７（wire）を介して、外部からリフト装置から釣り下げられた測定機器５０もしくはセンサに伝送され、又はこれらから外部に伝送される。これらの測定手段は、現在普及している任意の測定手段で構成することができ、測定項目としては、例えば、温度、流速、地下水の水位などが挙げられる。このようにせず、取得された測定信号を、テレメトリ（telemetry）によって、すなわち、例えば掘削穴の下部に配置された送信機と表面レベル位置に配置された受信機との間に無線リンク（radio link）又は光リンク（optical link）を設けて、ワイヤレス形態（wireless manner）で送信するようにしてもよい。

図１ａ及び図１ｂに最も明確に示されているように、リフト装置４２の端部に固定された第２のコネクタ４１は、包括的に参照番号５２が付されたロック手段（locking means）を備えている。ロック手段には、ばねの負荷がかけられている（spring-loaded）ロックピン５３が設けられている。ロック手段は、ピストン１５の後側の管状部２２の自由端の端部５４として形成された第１のコネクタ４０と相互にロック作用を及ぼすことができる。ここで、端部５４は、軸方向に対して相対的に、半径方向に拡大されている（extended）。ロック効果は、前記の半径方向に拡大されている端部５４の背面と係合しているロックピン５３によって生じる。すなわち、ロックピン５３は、より小さい直径をもつ管状部の一部分に向かって移動する。ロックピン５３を端部５４の背面にスナップ結合させることによる確実な結合（secure engagement）を実現するために、ロックピンだけでなく、半径方向に拡大された部分も非常に鋭利な縁部（markedly sharp edge）をもつように構成されている。

図１ｃを精査すれば、溝形の開口部１７は、第１の管状部１０：１ないしは最も前側に位置する管状部の周縁に、ピストン１５の全長に対して相対的に形成されていることが分かるであろう。そして、開口部１７は、ピストン１５の中央通路１６が、加圧媒体源との直接の連通を行うために、マシンハウジング２の中央通路４の後方への拡大又はバイパス（shunt）を形成するといった形態で形成されている。ピストン１５と第１の管状部１０：１の環状の内部空洞との間のシール効果により、ピストン１５とマシンハウジング２との間の管状部１０：１の区画室内に駆動流体が漏れるのが防止され、ひいては溝形の開口部１７を介して駆動流体が漏れるが防止される。その代り、駆動流体は、ピストン１５の中央通路１６を介して、加圧媒体源（ポンプ）からダウンザホールハンマドリル１へ、強制的に直接流れさせられる。

かくして、前記の装置は、ドリルストリングの空洞と掘削穴内の包囲素材（surrounding material）との間に連通（communication）を形成することを可能にし、ひいては掘削穴内で現場測定（measurements in situ）を実施することを可能にする。

図２ａに示されたダウンザホールドリルユニットは、ドリルストリング１０の第１の端部に固定されたダウンザホールハンマドリル１を有し、基本的には鉛直に伸びる掘削穴６０の下部に支障なく（in one piece）配置されている。ここで、駆動流体は、ドリルストリング１０の第２の端部に接続された加圧媒体源によって供給される。現場でのサンプリングを実施することを可能にするためには下記の測定及びステップを実施しなければならない。
ドリルストリング１０の一部を形成することが予定された第１の管状部１０：１の周囲の外表面に、予め決定された総面積を有する１つ又は複数の開口部１７を設ける。
入口部２２及び出口部２１を有するピストン１５を準備する。入口部２２及び出口部２１は、ピストン１５を経由する駆動流体の流れを案内する。
ピストン１５を、第１の管状部１０：１の空洞に沿って管状部中心軸が伸びる方向に滑動する（glide）ことができるように構成し、かつ、ピストン１５を、該ピストンの出口部が、駆動流体をダウンザホールハンマドリル１内へ流すための入口部８と対向するように配置する。
ダウンザホールハンマドリル１の入口部８とピストン１５の出口部２１とを、第１の管状部１０：１内のピストン１５を流体が流れることが可能な位置に対して管状部中心軸が伸びる方向に移動させることにより相互の接続及び接続の解除を行うことができるような動作形態にする。ここで、駆動流体がピストンを介して流れることが可能なときには、駆動流体は、加圧媒体源からダウンザホールハンマドリル１に流れる。
ピストン１５の入口部２２に、それぞれオス型部品及びメス型部品の形態に形成された、相互作用を及ぼしあう第１及び第２の回収手段４０、４１（recovery means）の一部を設ける。ドリルストリング内に下降させられた第２の部分（second part）により、ピストン１５をドリルストリング１０から釣り上げることが可能となる。

本発明に係る装置は、下記のように機能する。
図２ａ〜図２ｄに示すように、ダウンザホールドリルユニットによって、地面に掘削穴が作成される。この場合、ダウンザホールハンマドリルで必要とされる駆動流体は、加圧媒体源１１からダウンザホールハンマドリル１へ、最も前側に位置する管状部１０：１内においてその伝達位置（transfer position）にあるピストン１５を介して、直接供給される。図２ｂに示すように、ダウンザホールドリルユニットが必要な深さのところに到達したときには、ピストン１５は、リフト装置によって掘削穴の下部に下降させられた釣り具（fishing tool）の第２の相互作用部４１を介して、ドリルストリング１０から回収される。図２ｃに示すように、相互作用を及ぼしあう２つのコネクタ４０、４１が互いに結合された後、ピストン１５は、リフト装置４２によって掘削穴１０内で持ち上げられる。ドリルストリング１０によって内張りされた（lined）地中の掘削穴によって制限される開放された測定用区画室（free measurement compartment）においては、水は、周囲の岩盤（bedrock）から測定用区画室内に、開口部１７を介して流入する。図２ｄに示すように、測定機器又はセンサ５０は、リフト装置４２から測定用区画室内の所望のレベルまで釣り下げられ、この後、例えば地面の透水性などに関する所望の測定値が記録される。取得された測定データは、適切な伝送手段の助力でもって伝送される。伝送手段は、リフト装置のワイヤに沿って伸びる電気ケーブルを有していてもよく、またこれに代えて、表面レベル位置の受信機（図示せず）と通信を行う無線リンク等のワイヤレス通信を有していてもよい。

本発明は、図面に示された前記の実施形態に限定される訳ではなく、添付の特許請求の範囲によって規定される斬新な概念の範囲内において種々の態様で変形及び修正を行うことができるものである。

１ダウンザホールハンマドリル、２マシンハウジング、３ドリルビット、４中央通路、８末端部材、９ねじ式コネクタ、１０ドリルストリング、１１通路、１５ピストン、１６中央通路、１７開口部、２１第１の端部、２２管状部、２３シール、２４くぼみ。

Claims

端部同士が結合された複数のドリルロッドで構成されたドリルストリング（１０）と、前記ドリルストリング（１０）の第１の端部に固定されたダウンザホールハンマドリル（１）と、前記ドリルストリング（１０）の第２の端部に接続され前記ダウンザホールハンマドリル（１）に加圧状態の媒体を供給する加圧媒体源（１１）とを備えているダウンザホールドリルユニットの使用時において、ドリルストリング（１０）の内部の空洞と、掘削穴（６０）の下部におけるドリルストリングを包囲する素材との間に連通を形成することを可能にする方法において、
（ａ）前記ドリルストリング（１０）の管状部（１０：１）の外表面に、予め決定された開口面積を有する１つ又は複数の開口部（１７）を形成するステップと、
（ｂ）ピストン中心軸方向に伸びる貫通通路（１６）を有するピストン（１５）を準備するステップと、
（ｃ）前記ピストン（１５）を、該ピストンが前記管状部（１０：１）の空洞内で管状部中心軸方向に滑動することができる態様に配置するステップと、
（ｄ）前記ピストン（１５）を、該ピストンが前記管状部（１０：１）内において最も引き下がった位置に配置されて流体を流すことが可能な態様で前記ダウンザホールドリルユニット（１）と当接しているときに、該ピストンが前記加圧媒体源（１１）から前記ダウンザホールハンマドリル（１）へ前記貫通通路（１６）を介して駆動流体を流すことができるような態様に設定するステップと、
（ｅ）前記ピストン（１５）の、前記加圧媒体源（１１）と対向する側の部分に回収手段（４５）の第１の部分（４０）を設け、該第１の部分（４０）を、前記回収手段（４５）の部品である第２の部分（４１）と互いに保持しあうように連結することを可能にするステップと、
（ｆ）リフト装置（４２）を、前記掘削穴（６０）に係る表面レベルに配置するステップと、
（ｇ）前記表面レベルに配置された前記リフト装置（４２）に固定された前記回収手段（４５）の前記第２の部分（４１）を、前記リフト装置（４２）により前記掘削穴（６０）内で下降させることにより、前記第２の部分（４１）と前記第１の部分とを相互作用させるステップとを有していて、
前記相互作用の後に、前記リフト装置（４２）により前記ピストン（１５）を前記掘削穴（６０）から外部に釣り上げ、前記管状部（１０：１）の前記空洞内に形成された区画室を、測定用区画室として用いることを特徴とする方法。
該方法が、さらに
（ｈ）前記掘削穴（６０）の形成及び前記ピストン（１５）の釣り上げを実施した後に、リフト装置（４６）により、測定機器（５０）又はセンサを、形成された前記測定用区画室内の予め決定されたレベル位置まで下降させるステップと、
（ｉ）前記測定機器（５０）により取得された測定値を記録し、該測定値を電気信号として、ケーブル又はテレメトリを介して、さらなる処理のために前記表面レベル位置に送るステップとを有していて、
前記ステップ（ｈ）、（ｉ）を実施することにより、前記掘削穴（６０）に形成された測定用区画室の下部で現場測定を実施することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
前記ピストン（１５）が、掘削時に静水圧の作用により、その最大限に後退した位置に向かって駆動され、前記加圧媒体源（１１）によって供給された前記駆動媒体が、前記加圧媒体源（１１）に対向する前記ピストンの端面（１５ｂ）に圧力をかけることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
前記外側表面の前記開口部（１７）は前記ドリルストリング（１０）の第１の管状部（１０：１）に形成され、
前記第１の管状部（１０：１）は、前記掘削穴内の最も下側の位置において、前記ダウンザホールハンマドリル（１）に隣り合って配置され、
前記ピストン（１５）は、前記第１の管状部（１０：１）の前記内部空洞の内部で滑動することができるように配置されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１つに記載の方法。
ダウンザホールドリルユニットの部品であるドリルストリング（１０）の内部空洞と、掘削穴（６０）の下部に存在するドリルストリングまわりの素材との間に連通を形成する装置において、
前記ドリルストリング（１０）の第１の端部にダウンザホールハンマドリル（１）が固定して取り付けられる一方、表面レベルにおいて前記ドリルストリングの第２の端部に、加圧状態の媒体を前記ダウンザホールハンマドリル（１）に供給する加圧媒体源（１１）が接続され、
該装置は、予め決定された総開口面積をもつ１つ又は複数の開口部が外側表面に形成された管状部（１０：１）と、前記ドリルストリング（１０）の外部に開かれた内壁との間をシールするとともに前記ドリルストリング内のドリルロッドに沿ってドリルストリング中心軸方向に移動するように配置されたピストン（１５）とを備えていて、
前記ピストン（１５）は、加圧された駆動流体の流れが該ピストン（１５）を通り抜けて流れることを可能にする貫通通路（１６）を有していて、
前記貫通通路（１６）は、前記ピストン（１５）が前記管状部（１０：１）内において最大限に後退した位置に配置されて流体が流れるのが可能な状態でダウンザホールハンマドリル（１）と当接しているときに、前記加圧媒体源（１１）と前記ダウンザホールハンマドリル（１）との間に連通流れを確立し、前記最大限に後退した位置においては、前記加圧媒体源（１１）からの加圧された媒体は、前記貫通通路（１６）を介して前記ダウンザホールハンマドリル（１）に流れ、
該装置は、さらに、表面レベル位置に配置されるとともに前記掘削穴（６０）に関連して配置されたリフト装置（４２）と、第１及び第２のコネクタ（４０、４１）を有する回収手段（４５）とを備えていて、
前記第１及び第２のコネクタ（４０、４１）は、前記第１のコネクタ（４０）が前記ピストン（１５）に配置されて前記加圧媒体源（１１）に対向する一方、前記第２のコネクタ（４１）が前記リフト装置（４２）に固定され該リフト装置（４２）により前記掘削穴（６０）内で下降させられて前記第１のコネクタ（４０）と相互作用を及ぼしあい、
これにより、掘削が実施された後に、前記リフト装置（４２）により前記ピストン（１５）が前記掘削穴（６０）から外部に釣り上げられるように構成されていることを特徴とする装置。
前記ピストン（１５）の前記貫通通路（１６）が管状部（２１、２２）によって制限され、前記ピストン（１５）の関連する端部（１５ａ、１５ｂ）から外部に軸方向に伸びて加圧された媒体の貫通流れのための出口部及び入口部を形成し、
前記出口部を形成する前記管状部（２１）が、前記ピストン（１５）が前記ドリルストリング内において最大限に後退した位置に配置されたときに、マシンハウジング（２）の末端部（８）に配置された管状マフ（３０）を流体が通過しないような態様で相互作用を及ぼしあうように配置されていることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
前記回収手段（４５）が、それぞれオス型部及びメス型部に形成され、スナップ結合効果により互いに保持しあうように相互作用を及ぼしあう第１及び第２のコネクタ（４０、４１）を備えていることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
前記リフト装置（４２）が、前記回収手段（４５）の前記第２のコネクタ（４１）を前記掘削穴（６０）内で下降させて、前記ピストン（１５）に配置された前記第１のコネクタ（４０）と相互作用を及ぼしあわせるとともに、前記両コネクタが結合された後に前記掘削穴（６０）から前記ピストン（１５）を持ち上げるように構成されていることを特徴とする、請求項５〜７のいずれか１つに記載の装置。
前記ダウンザホールハンマドリル（１）がマシンハウジング（２）を備えていて、
駆動流体を流すための前記マシンハウジング（２）の入口部が、該マシンハウジングの末端部に配置された管状マフ（３０）によって制限され、
前記管状マフ（３０）においては、駆動媒体を流通させるための前記ピストン（１５）の出口部を形成する管状部（２１）は、前記ピストン（１５）が前記管状部（１０：１）内において最も引き下がった位置に配置されたときに、流体が流れるのを不可能にするといった態様で配置されていることを特徴とする、請求項５〜８のいずれか１つに記載の装置。