JP2017514045A - 掘削孔内のツールをセンタリングするための制御システム及び方法 - Google Patents

Abstract

掘削孔内で使用される自己センタリングツールは、センタリング機構と、バイアス機構と、解除機構とを含む。センタリング機構は、第1の位置から第2の位置へと移動するように構成された少なくとも一つのアームを含む。アームは、その第2の位置にあるとき、ツールの中心線を掘削孔の中心線に向かって付勢する。バイアス機構はセンタリング機構に結合され、アームをその第1の位置から第2の位置へと付勢する。解除機構は、電気機械的に作動される。そのロック位置において、解除機構は、アームがその第2の位置に向かって移動することを防止し、その解除位置において、アームはその第2の位置に向かって移動可能である。解除機構は、分割スプール式の機構である。一つ以上のセンサを含む制御システムは、解除機構の動作を制御する。【選択図】図５

Description

2014年10月7日に米国特許第8,851,193号として発行された2014年4月9日出願の「SELF-CENTERING DOWNHOLE TOOL」と題された米国非仮特許出願第14/249,092号の分割特許出願でありその優先権の利益を主張する、2014年11月25日に米国特許第8,893,808号として発行された2014年4月9日出願の「CONTROL SYSTEMS AND METHODS FOR CENTERING A TOOL IN A WELLBORE」と題された米国非仮特許出願第14/249,209号の優先権の利益を、本国際特許出願は主張する。それぞれの出願の全体的な内容は参照によって本明細書に組み込まれる。

本発明は、掘削孔、特には水、油、ガス、他の自然資源、投棄井及び用役のための導水路のために掘削された掘削孔において使用されるツールに関する。特には、開示されるツールは、ツールが掘削孔内で詰まったり又は行方が分からなくなったり(すなわち、地表から分離されたり)した際にそのことを検知し、ツールが回復される可能性を高めるために掘削孔内でツールを再配置する構造を提供する。

掘削孔が作成中である場合及び完成後である場合の双方において、掘削孔内で使用される様々な種類のツールがある。ツールの種類にかかわらず、また、掘削孔がケーシング孔又は裸孔であるか否かにかかわらず、ツールが掘削孔内に詰まってしまったり、坑外からは行方が分からなくなってしまったり/地表から分離されてしまったりするリスクは常に存在する。ツールが下げ孔内で詰まってしまったり行方が分からなくなってしまったりすると、掘削孔での後続の作業が損なわれ、修復のために時間と費用がかかる。それ故、できる限り速やかにツールを回収することが望ましい。

以前は、ツールはフィッシングヘッド又はラッチングヘッドを含み、フィッシングツール又はオーバーショットがフィッシングヘッドの上に固定され係合することを可能にしていた。いったん係合すると、オーバーショット及び結合したツールは、当初に掘削孔内に運び込まれたときに使用されたワイヤライン又は他の類似の方法で回収することができる。

しかしながら、掘削孔を掘り、建造する新たな技術はツールを回収するためのオーバーショットの使用をより困難にしている。例えば、今や、多くの坑井が方向性をもって掘削されており、非常に大きな傾斜を有している可能性がある。このような場合、ツールに働く重力の結果として、ツールは掘削孔の底、すなわち低い側に横たわる可能性がある。ツールの正確な配置は不明であることが多いので、オーバーショットをフィッシングヘッドに到達させて係合させることは、しばしば非常に困難である。

この問題を解決するための以前の試みは、様々なセントラライザ(centralizer)及び機構を採用していた。しかしながら、これらの試みは、しばしば、セントラライザを制御し作動させるための粗雑な手段に頼っていた。例えば、米国特許第3,087,552号は、酸の存在下で劣化してセントラライザを始動させる酸可溶性の材料を使用した方法を開示している。このようなシステムは、所与の時間の後にセントラライザを最終的に展開させるが、正確な時間は、酸の濃度及び溶解する材料の変わりやすい特性などの関数であるので、予測ができなかった。更には、酸は「ピル(pill)」又は「スラグ(slug)」として、必要時間の間ツールの周囲の所定の位置に残留しなければならなかった。そのためには、ドリルパイプ又はケーシング内にあるときのツールの周りの流体や、産出作業中における産出された流体が流れていないことが必要とされる。ツールの周りの流体の流れを停止することは、場合によっては、コスト(特に坑井が封鎖/停止されなければならないとき)、並びに掘削孔の安定性へのリスク及びツールが詰まることへのリスクを上昇させる。更に、このようなシステムは、セントラライザが本当に展開される必要があるか否かについては感知しなかった。展開されたセントラライザは、ツールが詰まることへのリスクを上昇させるなど多くの問題を起こす可能性があり、したがって、セントラライザの展開は安易に行われるようなものではない。

それ故、回収される可能性を増すためにツールを掘削孔内でより有利に配置するセントラライザ機構を確実に作動させるツールが必要とされている。

更に、ツールを作動させる命令が坑外から出されるものであるか、特定のパラメータが満たされたときにツールによって決定されるものであるかを問わず、決まった条件の下で作動され得るセントラライザを含むツールが必要とされている。

掘削孔内で使用されるツールは、筐体中心線と、外側面と、外側面から離間した内側面とを有する筐体を含む。筐体は、内側面から外側面へと延在する少なくとも一つの開口部を含む。ツールは、少なくとも部分的に開口部に収容されるように構成された少なくとも一つのアームを備えるセンタリング機構を含む。アームは、第1の位置と第2の位置とを含む。バイアス機構はセンタリング機構に結合され、センタリング機構及び、より詳細には、アームをその第1の位置から第2の位置に向かって付勢する第1の力を加えるように構成される。解除機構はセンタリング機構に結合される。解除機構は、(a)アームを少なくとも第1の位置に維持するために、解除機構が第1の力とは反対方向の第2の力を加えるように構成されたロック位置、から、(b)解除機構が第2の力を加えず、それによってバイアス機構がアームを第1の位置に向かって付勢することを可能とする解除位置、へと電気機械的に作動される。

掘削孔内で使用されるツールの別の実施形態において、ツールは、筐体中心線と、外側面と、外側面から離間した内側面とを有する筐体を含む。センタリング機構は、第1の位置と第2の位置とを有する上部移動ヘッドと、第1の端部と前記第1の端部から離間した第2の端部とを有する少なくとも一つのアームとを含む。アームの第1の端部は上部移動ヘッドに枢動可能に接続され、したがって、上部移動ヘッドが第1の位置にあるとき、第1の端部及び第2の端部は筐体中心線に近接する。上部移動ヘッドが第2の位置にあるとき、アームの第1の端部は筐体中心線に近接し、第2の端部は筐体中心線から径方向に離間した位置にある。バイアス機構は、上部移動ヘッドに結合された第1の端部と、第1の端部から離間した第2の端部とを含む。バイアス機構の第2の端部は、筐体の内側面に対して固定される。バイアス要素は、バイアス機構の第1の端部及び第2の端部に結合される。解除機構は、センタリング機構の上部移動ヘッドに結合される。解除機構は、解除機構が上部移動ヘッドをその第1の位置に維持するロック位置から、解除機構が上部移動ヘッドを解除し、それによってバイアス要素が上部移動ヘッドをその第2の位置に向かって付勢することを可能にする解除位置へと電気機械的に作動される。

掘削孔内で使用されるツールの別の実施形態において、ツールは、上部移動ヘッドと、第1の端部と前記第1の端部から離間した第2の端部とを有する少なくとも一つのアームとを有するセンタリング機構を含む。アームの第1の端部は上部移動ヘッドに枢動可能に接続される。バイアス機構は、上部移動ヘッドに結合された第1の端部と、第1の端部から離間した第2の端部とを含む。バイアス機構の第2の端部は、筐体の内側面に対して固定される。バイアス要素は、バイアス機構の第1の端部及び第2の端部に結合される。継手は、上部移動ヘッドに結合された第1のロッドと、第2のロッドとを含む。電気機械的解除機構は、電気機械的解除機構がロック位置にあるとき第2のロッドを把持し、前記電気機械的解除機構が解除位置にあるとき第2のロッドを解除する。

任意選択的に、解除機構の実施形態は分割スプールを含む。

バイアス要素の実施形態は、線形的な力/距離関係を呈するバイアス要素を含む。バイアス要素の他の実施形態は、バネ及び線形アクチュエータのうちの少なくとも一つを含む。

ツールのための制御システムの実施形態も開示される。論じられた様々なツールの実施形態に加えて、制御システムは、第1のパラメータを検知し、第1のパラメータを反映した第1の信号を生成する、ツールに配置された第1のセンサを含む。任意選択的に、制御システムは、少なくとも第2のパラメータを検知し、第2のパラメータを反映した第2の信号を生成する少なくとも第2のセンサを含む。メモリ記憶装置は、第1の信号及び第2の信号のうちの少なくとも一つの関数として作動信号を算出するように構成された運転プログラムを記憶する。コントローラは、第1のセンサからの第1の信号及び第2のセンサからの第2の信号のうちの少なくとも一つを受信し、運転プログラムを実行し、作動信号を解除機構に送信して解除機構をロック位置から解除位置へと遷移させるように構成される。少なくとも一つの電源は、第1のセンサ、第2のセンサ、メモリ記憶装置及びコントローラのうちの少なくとも一つに電力を供給する。

制御システムの別の実施形態は、掘削孔内に配置されたツールのコンポーネントを作動させる際に使用される作動信号を算出するように構成される。第1のセンサは、第1のパラメータを検知し、第1のパラメータを反映した第1の信号を生成する。少なくとも第2のセンサは、少なくとも第2のパラメータを検知し、第2のパラメータを反映した第2の信号を生成する。メモリ記憶装置は運転プログラムを記憶し、運転プログラムは第1の信号及び第2の信号のうちの少なくとも一つの関数として作動信号を算出する。コントローラは、第1のセンサからの第1の信号及び第2のセンサからの第2の信号のうちの少なくとも一つを受信し、運転プログラムを実行し、作動信号をコンポーネントに送信するように構成される。任意選択的に、制御システムが作動信号によって作動させるコンポーネントは、解除機構である。

第1のセンサによって検知され、生成された第1のパラメータを反映した第1の信号、及び第2のセンサによって検知され、生成された第2のパラメータを反映した第2の信号のうちの少なくとも一つの関数として作動信号を算出する運転プログラムの実施形態も開示される。作動信号は、掘削孔内に配置されたツールのコンポーネントを作動させるために使用される。運転プログラムは、部分的に、運転プログラムを記憶するとともに、第1の時刻及びその後続の時刻における第1の信号及び第2の信号のうちの少なくとも一つを記憶するメモリ記憶装置を含む。コントローラは、第1のセンサからの第1の信号及び第2のセンサからの第2の信号のうちの少なくとも一つを受信し、運転プログラムを実行し、作動信号をツールのコンポーネントに送信するように構成される。いくつかの実施形態において、運転プログラムは、第1の時刻及びその後続の時刻における第1の信号及び第2の信号のうちの少なくとも一つにおける差の関数として作動信号を算出する。いくつかの実施形態において、作動信号は、解除機構であるコンポーネントを作動させる。

更には、作動信号を算出する方法が開示される。このような方法の一つの実施形態は、掘削孔内に配置されたツールのコンポーネントを作動させる際に使用される作動信号を算出するためのものである。任意選択的に、ツールは、第1のセンサ及び少なくとも第2のセンサと、作動信号を算出する運転プログラムを記憶するメモリ記憶装置と含む。コントローラは、第1のセンサによって生成された第1の信号及び第2のセンサによって生成された第2の信号のうちの少なくとも一つを受信し、運転プログラムを実行し、作動信号をコンポーネントに送信するように構成される。方法自体は、第1のセンサによって第1のパラメータを検知すること及び少なくとも第2のセンサによって第2のパラメータを検知することのうちの少なくとも一つを実行するステップを備える。方法は、第1のセンサによって第1のパラメータを代表する第1の信号を生成すること及び少なくとも第2のセンサによって第2のパラメータを代表する第2の信号を生成することのうちの少なくとも一つを実行するステップを更に含む。第1の時刻及びその後続の時刻における第1の信号及び第2の信号のうちの少なくとも一つは、メモリ記憶装置に記憶される。作動信号は、第1の時刻及びその後続の時刻における第1の信号及び第2の信号のうちの少なくとも一つにおける差の関数として算出される。方法は、作動信号をコンポーネントに送信するステップも含む。いくつかの実施形態において、作動信号によって作動されるべきコンポーネントは、解除機構である。

本明細書において使用されるとき、「少なくとも一つ」、「一つ以上」及び「及び/又は」は、接続的及び離接的の両方として働く非制限的な表現である。例えば、各表現「A、B及びCのうちの少なくとも一つ」、「A、B又はCのうちの少なくとも一つ」、「A、B及びCのうちの一つ以上」、「A、B又はCのうちの一つ以上」、「A、B、及び/又はC」は、Aだけ、Bだけ、Cだけ、A及びBをともに、A及びCをともに、B及びCをともに、又はA、B及びCをともに意味する。

本発明の様々な実施形態が、本明細書において提供され特許請求の範囲によって具体化されるのと同様に、添付の図面及び「発明を実施するための形態」において述べられる。しかしながら、この「発明の概要」は一つ以上の本発明の全ての態様及び実施形態を含んでいるわけではなく、いかなる意味においても限定的又は制限的であることを意味していないこと、本明細書において開示される本発明は、本発明に対する明確な改良及び修正を抱合すると当業者によって理解されようことを理解されたい。

本発明の更なる利点は、特に添付図面と併せて考えられた場合に、以下の記述から容易に明らかとなるであろう。

掘削孔内に配置されたツールの実施形態を示す図である。 センタリング機構が展開されていない、図1のツールの実施形態を示す図である。 センタリング機構が展開されている、図1のツールの実施形態を示す図である。 センタリング機構が展開されていない、図2のツールの部分的断面A-Aを示す図である。 センタリング機構が展開されている、図2のツールの部分的断面A-Aを示す図である。 ロック位置にある解除機構の実施形態の透視図である。 解除位置にある図6の解除機構の実施形態の透視図である。 図1のツールの制御システムの実施形態を示す図である。

次に、本発明が更に説明される。以下の節において、本発明の異なる態様がより詳細に定義される。定義されるそれぞれの態様は、そうでないことが明示されていない限り、一つ以上の任意の他の態様と組み合わせることができる。特には、好ましいか又は有利であると示された任意の特徴は、好ましいか又は有利であると示された任意の他の一つ以上の特徴と組み合わせることができる。

図1にはやぐら10が示され、その下に掘削孔20が地層15を貫通して掘削されている。掘削孔20は、掘削孔壁22と、掘削孔中心線24と、掘削孔径26とを含む。掘削孔径26は、掘削孔中心線24を中心とし、掘削孔中心線24から径方向に延在し、典型的には、掘削孔を形成したドリルビットの呼び半径であろう。掘削孔20は、裸孔、すなわち地層15のみが掘削孔壁22を画定する孔でよく、又は、ケーシング孔、すなわち鋼鉄のチューブ若しくはパイプが掘削孔壁22を画定するものでもよい。換言すれば、ツール100は、いくつかの実施形態において掘削孔20が掘削されている最中に、掘削孔20が掘削された後でありケーシングされる前に、又は(もしもケーシングされるとしたら)掘削孔20がケーシングされた後に、掘削孔20内に配置されてよい。

いくつかの実施形態において、掘削孔は、流れ経路、管路及び当技術分野において既知の他の導水路を指すことができる。それ故、本出願において掘削孔に関して言及されるとき、同様の特徴が流れ経路、管路及び他の導水路に適用される。それ故、当業者は、掘削孔、掘削孔中心線及び掘削孔径は同様に、例えば、流れ経路の孔、流れ経路の中心線及び流れ経路の径を指すことを理解されよう。同様のことは、他の管路及び導水路についても理解される。

示されるように、掘削孔20は、偏距掘削孔、つまりやぐら10の真下から離間した所望の方向に方向性をもって掘削された掘削孔である。もちろん、本発明の実施形態は、垂直、水平、大偏距(extended reach)などの様々な種類の掘削孔、並びに、例えば、水、自然資源を産出するために及び/又は単に用役が流れることのできる導水路を作るために掘削された掘削孔における使用に適している。

ツール100は、掘削孔20内に配置される。ツール100は、典型的には、ワイヤラインで運搬されるツールであり、ドリルパイプ、下げ孔トラクタ並びにコイル状チューブ及びスリックライン(slickline)などの他の機構に支援されて運搬されるツールを含む。いくつかの実施形態において、ツール100は、掘削しつつ測定する(measurement-while-drilling)及び掘削しつつ検層する(logging-while-drilling)用途において典型的には使用されるものなどのドリルカラーの一部として構成される。とはいうものの、便宜上、以下におけるツール100についての記述は、ワイヤラインツールの文脈内において提示される。当業者は、開示される要素のそれぞれが、ドリルカラー及び他の同等の構造においてどのように構成されるかを理解されよう。

ツール100は、坑外システム30にまで延在する通信リンク102を含む。図1に示されるように、通信リンク102は、坑外システム30へデータを送信すること及び/又は坑外システム30からデータを受信することが可能なワイヤラインである。通信リンク102は物理的なワイヤラインとして示されているが、泥パルステレメトリ(mud-pulse telemetry)、有線ドリルパイプ、電磁テレメトリ(electro-magnetic telemetry)、音響テレメトリ(acoustic telemetry)及び他の種類のテレメトリなどの他の通信リンクも本開示の範囲内にある。

坑外システム30は、典型的には、ワイヤライントラック、ワイヤライン検層ユニット、掘削しつつ測定及び検層する検層ユニット(measurement- and logging-while-drilling logging unit)などにおいて見られるコンピュータ及びデータ記録システムを含む。坑外システム30は、任意選択的に、通信リンク102を遠方に位置する坑外システムに延長することのできる送信機(例えば、電話通信、無線及び他の形式の電磁送信、衛星リンク、イーサネット(登録商標)など)を含む。

図2及び図3において、ツール100は、図1の掘削孔20内に配置される。上で述べたように、この例での掘削孔20は偏距しており、それ故、参考までに述べると、掘削孔壁22は高い側22aと低い側22bとを含み、高低は、垂直方向又は、より具体的には、重力ベクトルの垂直コンポーネントに対する高低を基準としている。傾きが十分に大きい角度であると、ツール100は掘削孔壁22の低い側22bに横たわるであろう。その結果、ツール100の筐体106の中心線104は、掘削孔20の中心線24から離間される。

前述のように、ツール100を掘削流体又は別の流体で下方に圧送する、ツール100を運搬するためにドリルパイプ又は下げ孔トラクタを使用するなど、ツール100を下げ孔内の更に奥へ(すなわち、測定された深さにおいて更に深く)運搬するための方法がある。

しかしながら、ツール100が運搬具の特定の形態から分離されると、それが偶発的なものであったとしても又は意図的な動作であったとしても、問題が起こる。このような場合、ツール100は、掘削孔20の低い側22bに横たわっている。この特定の配置により、ツール100の第1の端部107に近接した任意選択的なフィッシングヘッド又はラッチングヘッド108もまた低い側22bに寝た状態になる。(当業者は、フィッシングヘッド108の下に、任意選択的に、一連のツール全体の一部であるジャー及び/又は他のツールが存在することを理解されよう。これらの任意選択的なコンポーネントは、明確化のために図示されていない。)ツール100及びフィッシングヘッド108が低い側22bに横たわっていると、下げ孔内に送り込まれたオーバーショット又はラッチ機構(不図示)がフィッシングヘッド108に係合することはより困難である。更には、ツール100が低い側22bにあると、ツール100が、例えば掘削孔20の裸孔部分からケーシング孔部分に引き出されるときに、フィッシングヘッド108がケーシングに引っ掛かり、ツール100が分離されるリスクが増加することが多い。ケーシングの縁部に対するフィッシングヘッド108の位置によっては、オーバーショットのフィッシングヘッド108への係合の困難さが更に増加することもある。

ツール100が分離された場合、少なくとも一つのアーム110が、図3に示されるように、典型的には、筐体104の開口部112を通って筐体中心線106から離間するように広がる。そのようにすることで、アーム110は、ツール100及び、より詳細には、ツール100の筐体中心線106を掘削孔中心線24に向かって上昇させる。この動作によって、フィッシングヘッド108は、フィッシングヘッド108に係合するために下げ孔内に送られた任意のオーバーショット又はラッチ機構に対してより有利な位置に配置され、オーバーショットがフィッシングヘッド108にうまく係合する可能性を上昇させる。

次に図4を参照すると、ツール100の一部分の断面が示されている。上で述べたように、ワイヤラインツールに典型的なように、ツール100は筐体104を含むが、掘削しつつ測定する又は掘削しつつ検層するツールなどの他の実施形態においては、筐体はドリルカラーであってもよい。ツール100は、任意選択的に、ツール100の第1の端部107から離間したツール100の第2の端部109に接続部111を含む。接続部111は、ツール100をツール100の下方の一つ以上の追加的なツールに結合するように構成されたネジ式の接続部でよい。接続部111も、ツール100、通信リンク102及びツール100の下方に配置された他のツールへの及びそれらからの電力及び/又はデータの送信及び/又は受信を可能にする電気接点及び/又はコネクタを含んでよい。他のツールがツール100の下方に配置されていないなら、適切なエンドキャップが接続部111を覆って配置され、又は接続部111に結合され得る。

筐体104は、筐体中心線106と外側面114と、外側面114から離間した内側面116と、をも含む。

内側面116は、様々なコンポーネントが直接的に、又は任意選択的に互いから隔てられている特別な圧力封止室内に配置され得る内部空間117を少なくとも部分的に画定する。いくつかの実施形態において、掘削しつつ測定又は検層するツールなどのように、内部空間117は、当技術分野において知られるように、様々な掘削流体などの流れを可能にするとともに内部空間117内に配置され得る他のコンポーネントから隔離するための流路(不図示)を任意選択的に含む。任意選択的に、ツール100は、センタリング機構120、バイアス機構140、及び解除機構160のうちの少なくとも一つを含み、内部空間が一つ以上の個別の部屋によって形成されているか否かにかかわらず、これらのうちの任意のもの又は全てがツール100の内部空間117内に配置され得る。

任意選択的に、筐体104内には、内側面116から外側面114へと延在する少なくとも一つの、及びいくつかの実施形態においては複数の開口部112が存在する。開口部112の形状は、必ずしも必須ではないが典型的には、アーム110の大きさ及び形状である。一つの例に過ぎないが、アーム110が薄い刃状の外形を有する場合には、開口部112はスロットであり得る。

ツール100は、センタリング機構120を含む。センタリング機構は、任意選択的に、上部移動ヘッド130と少なくとも一つのアーム110とを含む。図4の断面図には二つのアーム110が示されているが、任意の数のアームを使用してよい。上部移動ヘッド130及び/又はアーム110並びに、より全体的には、センタリング機構120は、第1の位置126と第2の位置128(図5)とを含み、これらの位置の目的は、以下により詳細に論じられる。

アーム110は、典型的には開口部112内に少なくとも部分的に収容されるように構成される。すなわち、アーム110は、ツール100のいくつかの構成において、筐体104内に完全に又は少なくとも部分的に引き入れられる。しかしながら、他の実施形態において、アーム110は筐体104の外側面114に単に結合され、筐体104内に引き入れられなくてよい。

示された実施形態において、アーム110は薄い刃状の外形を有するが、アームの他の形状及び大きさも本開示の範囲内にある。例えば、アーム110は、ロッド若しくは筒状、くさび形、ひし形又は他の類似の形状でもよい。

アーム110は、第1の端部122と、第1の端部122から離間した第2の端部124とを含む。アーム110はまた、第1の位置126と第2の位置128とを含む(図5)。

アーム110は、任意選択的に、枢動接続部132において上部移動ヘッド130に枢動可能に接続又は結合される。アーム110が枢動接続部132を有する実施形態においては、上部移動ヘッド130及び/又はアーム110が第1の位置126にあるとき、アーム110の第1の端部122及び第2の端部124の両方が筐体中心線106に近接している。換言すれば、第1の位置126においては、アーム110の第1の端部122及び第2の124は少なくとも部分的にツール100の筐体104内に引き入れられている。もちろん、アーム110の他の実施形態は、伸長する筒、マルチリンク機構及びくさびなどの使用などにより、枢動可能にではなく、ツール100から直接的に径方向に広がる。

上部移動ヘッド130及び/又はアーム110が第2の位置128にあるとき(図5)、アーム110の第1の端部122は筐体中心線106に近接したまま又は近傍にあるままになっている(例えば、筐体104内に少なくとも部分的に残ったままになっている。)。しかしながら、アーム110の第2の端部124は、第1の端部122に比べると、筐体中心線106から径方向に離間するように広がるか又は径方向に離間した位置にある。ツール100が掘削孔20内に配置されていたなら、上部移動ヘッド及び/又はアーム110が第2の位置130にあるとき、アーム110の第2の端部124は、掘削孔壁22に向かって広がり、掘削孔壁22を押圧するであろう。掘削孔壁22を押圧するときに、アーム110は筐体中心線106を掘削孔中心線24に向かって付勢する。(もちろん、当業者は、アーム110が引き込まれている第1の位置126と呼ばれる位置が、代わりに第2の位置と呼ばれてもよいことを理解されよう。同様に、アーム110が広げられる第2の位置128と呼ばれる位置が、代わりに第1の位置と呼ばれてもよい。それ故、ツールの初期又はフェールセーフ位置は、アームが広げられた位置又は引き込まれた位置であっても仔細ない。)

いくつかの実施形態において、上部移動ヘッド130及び/又はアーム110が第1の位置126にあるとき、通常動作中に広がらないように、内側面114の部分113はアーム110を少なくとも部分的に保持するように機能する。

任意選択的に、外側面114は、斜めの又は傾斜した面115を含む。上部移動ヘッド130及び/又はアーム110が第1の位置126から第2の位置128へと付勢又は遷移されたとき、斜めの面115はアーム110の下側面123に接触する。そのようにすることで、斜めの面115は、筐体中心線106から径方向に離間するように広がるようにアーム110に付勢する力を下側面123に加える。

センタリング機構120は、任意選択的に、センタリング機構120及び、より具体的には、上部移動ヘッド130を解除機構160に結合する継手134を含む。いくつかの実施形態において、以下に更に詳細に説明されるように、継手134は、上部移動ヘッド130に結合された第1のロッド136を、解除機構160に結合された第2のロッド138に結合又は連結する。第1のロッド136及び第2のロッド138は、その一方若しくは両端部にネジ山を有するロッドでよく、及び/又はフランジ135及び137をそれぞれ含んでよい。任意選択的なOリング139が、ロッド136及び138の一方の又は両方の周りに配置される。

いくつかの実施形態において、ツール100は、バイアス機構140も含む。バイアス機構140の第1の端部141は、センタリング機構120に結合される。より具体的には、バイアス機構140の第1の端部141及び、より具体的には、下部移動ヘッド142は、ロッド144を介してセンタリング機構120の上部移動ヘッド130に結合される。

任意選択的に、いくつかの実施形態において、内側面116は、下部移動ヘッド142がそこで止まり更に上方へ移動すること防止される肩部118又は他の部分を含む。Oリング119は、座、任意選択的な座、を提供し、下部移動ヘッド142が肩部118に接触するときの力を減少させるために、任意選択的に含まれる。

バイアス機構140は、第1の端部141から離間した第2の端部143も含む。第2の端部143は、ツール100の内側面116に対して固定される。例えば、ロックピン145が、第2の端部143を内側面116に対して固定結合し得る。

バイアス機構140は、バイアス機構の第1の端部141、具体的には下部移動ヘッド142、及び第2の端部143に結合されたバイアス要素150も含む。バイアス要素150は、センタリング機構120及び、より具体的には、上部移動ヘッド130及び/又はアーム110をそれぞれの第1の位置126から第2の位置128へと付勢する第1の力152を加えるように構成される。ツール100の初期位置が逆転している他の実施形態においては、バイアス要素は、第1のセンタリング機構を第2の位置128から第1の位置126へと付勢する。

いくつかの実施形態において、バイアス要素150は、フックの法則に従うものなどの線形的な力-距離関係を呈する又は備える。他の実施形態において、バイアス要素150は、バネ及び線形アクチュエータのうちの少なくとも一方である。線形アクチュエータは、様々な種類の水圧又は空気圧シリンダを含み得、このシリンダは、シリンダヘッドの片側又は両側に、技術者が坑外においてシリンダの流体を追加又は除去することを可能にするポートを任意選択的に含み得る。線形アクチュエータの他の例は、駆動スクリューなどの線形駆動装置、及び他の既知の種類の線形アクチュエータを含む。更に、バネと線形アクチュエータとの様々な組み合わせを採用してもよい。例えば、組み合わせによるバイアス要素150は、バネと水圧又は空気圧シリンダとを含む。

任意選択的に、バイアス機構140は、技術者が、水圧流体、オイル、水、空気又は他の流体(液体であるか気体であるかを問わない)などの流体をバイアス機構140に供給することを可能にする一つ以上のポート146を含む。図示されるように、ポート146は、下部移動ヘッド142と第2の端部143との間に配置される。この構成において、下部移動ヘッド142を上方に付勢し、それによってバイアス要素150を伸長させるために、流体が追加され得る。このような特徴は、坑外においてアーム110を第1の位置126に配置する際に有用であり、特には、大きな力152を供給可能なバイアス要素を含む実施形態において有用であり得る。いったんバイアス要素150が伸長され、アーム110が解除機構160によって第1の位置126に係止されると、技術者は同一のポート146又は別のポートを介して流体を除去することができ、それにより、いったん解除機構160が作動されたとき、上記及び下記のようにバイアス要素150が収縮することを可能にする。もちろん、当業者は、バイアス要素150の種類及び向きに応じて、一つ以上のポート146が下部移動ヘッド142の上方、下方、及びどちらかの側に配置されてよいことを理解されよう。

上で述べたように、ツール100は、解除機構160を含む。任意選択的に、解除機構160は、内側面116に対して固定される電気機械的に動作又は作動する装置である。筐体162は、任意選択的に、解除機構160の一部分又は全てを覆う。

前述のように、解除機構160は、センタリング機構120に及び、より具体的には、上部移動ヘッド130に継手134並びにロッド136及び138を介して結合される。

解除機構160は、解除機構160が上部移動ヘッド130及び/又はアーム110をそれらの第1の位置126に維持するロック位置164を含む。いくつかの実施形態において、上部移動ヘッド130及び/又はアーム110をそれらの第1の位置126に維持するために、解除機構160は第2のロッド138を把持し、又は締め付ける。言い方を変えると、ロック位置164において、解除機構160は、バイアス機構がセンタリング機構120に加える第1の力152とは反対向きの第2の力168をセンタリング機構120に加える。そのようにすることで、解除機構は、上部移動ヘッド130及び/又はアーム110をそれらの第1の位置126に(又は、それらの位置が逆転している実施形態においては、第2の位置128に)維持する。

作動信号207を受信すると(図8)、解除機構160はロック位置164から解除位置166へと遷移する。しかしながら、解除位置166において、解除機構160は、上部移動ヘッド130及び/又はアーム110を解除し、それによってバイアス機構140及び、具体的には、バイアス要素150が、上部移動ヘッド130及び/又はアームをそれらの第2の位置128に向かって付勢することを可能にする。いくつかの実施形態において、解除機構160は、解除位置166に遷移したときに、第2のロッド138の把持を解除する。言い方を変えると、解除位置166において、解除機構160はもはや第2の力168を加えることはなく、それによってバイアス機構140が上部移動ヘッド130及び/又はアーム110をそれらの第1の位置126から第2の位置128へと(又は、その逆)付勢することを可能にする。

電気機械的に作動又は動作する解除機構160の実施形態は分割スプール170であり、その例は図6及び図7に筐体162を省略して示されている。このような分割スプール解除機構160は、カリフォルニア州カマリロのクーパーインターコネクト(Cooper Interconnect)から入手することができる。

図6の分割スプール170は、ロック位置164にあるところが示されている。バネで負荷のかけられたプランジャ172は、上部スプール174と下部スプール176との間で圧縮された位置、または、アームドポジションに係止される。ワイヤ178が、上部スプール174及び下部スプール176の周りにきつく巻き回され又は巻き付けられて分割スプール170の二つの半体を一体に保持し、それによってバネで負荷のかけられたプランジャをロック位置164に保持するために必要な圧縮力を提供している。この位置において、分割スプール170は、解除機構160をセンタリング機構120に結合する第2のロッド138を把持する。

分割スプール170をそのロック位置164から解除位置166へと遷移させるために、典型的には電流である作動信号207が電気接点180のうちの一方又は両方に与えられる。電気接点180は、作動振動207を受信したときに開くリンクワイヤ182に接続される。リンクワイヤ182が開くとワイヤ178の張力が解除されてワイヤ178は径方向に拡張し、以前に上部スプール174及び下部スプール176にかかっていたワイヤ178の張力が解除される。

いったん分割スプール170の張力が解除されると、バネで負荷のかけられたプランジャ172は前方、すなわち上部スプール174及び下部スプール176に向かって移動することで、上部スプール174の下部スプール176からの分離を容易にする。解除位置166において、分割スプール170は第2のロッド138を解放し、バイアス要素150の影響のもとで、及びバネで負荷をかけられたプランジャ172の前方への動きに支援されて、第2のロッド138はバイアス機構140に向かって付勢される。

後述され、図8に示される制御システム200の実施形態も開示される。制御システム200は、ツール100及び、より詳細には、解除機構160及びセンタリング機構120の作動の制御に適している。

制御システム200は、ツール100に配置された第1のセンサ202を含む。第1のセンサ200は、第1のパラメータを検知し、第1のパラメータを反映した第1の信号201を生成するように構成される。制御システム200は、任意選択的に、少なくとも第2のセンサ204も含む。第1のセンサ202と同様に、第2のセンサ204は、少なくとも第2のパラメータを検知し、第2のパラメータを反映した第2の信号203を生成するように構成される。いくつかの実施形態において、第1のセンサ202及び第2のセンサ204のうちの少なくとも一つはツール100に配置され、より詳細には、センサ202、204の一方又は両方がコントローラ206に配置される。もちろん、センサ202、204はそれぞれ、上で述べたようにツール100に電気的に結合された、及び/又は坑外システム30及び通信リンク102を介してツール206に電気的に結合された別のツールに配置されてもよい。

第1のセンサ202及び第2のセンサ204は、任意選択的に、様々な既知のセンサから選択される。一つの実施形態において、第1のセンサ202及び第2のセンサ204は、抵抗センサ、電力センサ、振動センサ、加速度計、圧力センサ、音響センサ、電磁センサ、ガンマ線センサ、中性子センサ、カラー探査装置として使用されるものを含む磁気計、温度センサ、流量センサ(時に、スピナーと呼ばれる)及び他の既知の種類のセンサからなる群から選択される。

例えば、第1のセンサ202は、通信リンク102を介して送信又は受信される通信及び/又は電力が存在するかを検知するように構成された抵抗/導通センサを含み得る。通信リンク102の断線又は短絡の場合には、第1のセンサ202は、通信リンク102の導通及び/又は抵抗における変化を検知する。

第2のセンサ204は、任意選択的に、ツール100が移動しているか否かを、特には第1のセンサ202が提供するデータと比較して、確認するための追加的なデータを提供する。例えば、加速度計は、ツールが移動していることの指標を提供する。第1のセンサ202が、通信リンク102の切断の可能性を示唆する通信リンク102の導通における変化を検知した抵抗/導通センサであるとしたら、制御システム200は、センサ204からの加速度計データを照会することができる。ツール100がいまだに移動していることを加速度計データが示唆するなら、制御システム200は、センサ202によって検知された導通の喪失の原因は通信リンク102の断線以外の理由(例えば、坑外システム30のコンポーネント又はツール100の別の電子コンポーネントにおける故障)であると推論することができる。開示される異なる種類のセンサ、その等価物及び当技術分野において既知の他のセンサのデータは、しばしば、第1のセンサ202からのデータ及びツール100の状態(例えば、詰まっている/自由に移動できる、接続されている/分離されている、制御された移動をしている/自由落下している)を確認するために使用できることを当業者は理解されよう。

制御システム200は、運転プログラム210及び、任意選択的に、典型的にはタイムスタンプに沿った第1の信号201及び第2の信号203を記憶するように構成されたメモリ記憶装置208も含む。理解されようが、第1の信号201及び/又は第2の信号203をメモリ記憶装置208に記憶する機能は、少なくとも時間、及び適切な機器が与えられるときの深さの関数としてデータを記録することを可能にする。それ故、ツール100は、従来からの検層作業に加えて、釣り上げつつ検層する(logging-while-fishing)作業を可能にする。ツール100が掘削孔20から釣り上げられたか、それともツール100が掘削孔20内に運搬されたときと同様の方法で帰還したかにかからず、任意のこのような記録されたデータは、全体的に若しくは部分的に、通信リンク102を介して坑外に送信可能であり、並びに/又は、任意選択的に、ツール100が坑外に帰還した際に坑外システム30にダウンロード可能である。

メモリ記憶装置208は、ランダムアクセスメモリ、リードオンリーメモリ、取り外し可能媒体、ハードウェアに組み込まれた特定命令チップ(hard-wired specific instruction chip)、及び他の既知の種類の記録可能媒体などの様々な種類の記録可能媒体を含む。更には、メモリ記憶装置208は、個別の要素でよく、又は、後述のように、コンピュータシステム又はコントローラ206に組み込まれてもよい。

運転プログラム210は、作動信号207を算出するように構成される。作動信号207は、第1の信号201及び第2の信号203のうちの少なくとも一つの関数である。いくつかの実施形態において、作動信号207は、第1の時刻及びその後続の時刻における、コントローラ206によって受信された及び/又はコントローラ206によってメモリ記憶装置208から取得された第1の信号201及び/又は第2の信号203のうちの少なくとも一つにおける差の関数として算出される。メモリ記憶装置208は、任意選択的に、作動信号207を記憶する。

運転プログラム210の実施形態の例として、運転プログラム210は、本例の目的においては通信リンク102を介して送信又は受信された通信及び/又は電力が存在するかを検知するように構成された抵抗/導通センサである第1のセンサ202によって生成された第1の信号201を使用することができる。(もちろん、運転プログラム210は、第1の信号201に加えて、又はそれに代わって第2の信号203を使用することもできる。)通信リンク102の断線又は短絡の場合には、第1のセンサ202は、通信リンク102の導通及び/又は抵抗における変化を検知する。第1の信号201は、第1の時刻における導通/予測される抵抗、及び第2の時刻における導通の喪失/抵抗における変化を反映する。

この場合、運転プログラム210は、ツール100が通信リンク102から分離された可能性があると判断することができる。この時点で、運転プログラム210は、作動信号207がセンタリング機構120を作動させる根拠があると算出又は判断してもよい。代替的には、運転プログラム210は、もしあるとしたらどのような変化が第1の時刻に対する後続の時間に第1の信号201に更に起こるかを判断するために追加的な期間待機してもよく、並びに/又は作動信号207を算出し(コントローラ206を介して)送信すべきか否かを判断するために、第2の信号204及び/若しくは他の追加的な信号などの他のデータを使用してもよい。

第1の信号201によって解決の手がかりが得られない場合、運転プログラム210は、追加的なデータを提供するために第2センサ204によって生成された第2の信号203を使用することができる。本例の目的においては、第2のセンサは、掘削孔20内のガンマ線の存在を検知し定量化するように構成されたガンマセンサ又はガンマ線センサであると想定される。もしもツール100が詰まったなら、すなわち移動していないなら、又は通信リンク102から分離されたなら、すなわち移動していないなら、第1の時刻及びその後続の時刻に計測した際に第2の信号203における変化は典型的には皆無かそれに近いであろう。ひいては、この結果は、ツール100が詰まったか又は分離されたことを更に示唆し、運転プログラムは、作動信号207が生成されコントローラ206を介して解除機構160へと送信されるべきであると算出又は判断するであろう。

代替的な例として、第2のセンサ204は、カラー探査装置として使用される磁気計でよい。第2の信号203は、短い時間間隔にわたって急速に起こる磁気スパイクを示す。第2の信号203のこのようなパターンは、磁気計/第2のセンサ204がツールの接合部、並びに/又はドリルパイプ及び/若しくはケーシングのカラーのそばを急速に通り過ぎていることを示唆する。ひいては、このデータは、ツール100が自由落下状態にあることを示唆し、第1のセンサ202からの抵抗/導通データと組み合わせると、ツールが分離され、現在掘削孔20の底に向かって落下中であることの手がかりとみなすことができる。任意の数の異なる種類のセンサ及び関連する信号に対して、他の類似のこのような推測を行うことができる。

いくつかの実施形態において、運転プログラム210及び/又はコントローラ206は、第1のセンサ202及び/又は第2のセンサ204が検知しているデータにかかわらず、坑外システム30におけるユーザが、プログラムを無効にし、運転プログラム210に対して、作動信号207を生成してコントローラ206を介して解除機構160に送信するように命じることを可能にする手段を含み得る。

制御システム200は、汎用コンピュータ、特定用途コンピュータ、縮小命令セットチップ、及び他の既知の種類のコントローラ及び/又はプロセッサなどのコントローラ206も含む。コントローラ206は、第1の信号201及び第2の信号203のうちの少なくとも一つを、第1のセンサ202及び第2のセンサ204のそれぞれから直接的に受信し、又は以前にメモリ記憶装置208が直接的に第1のセンサ202及び第2のセンサ204から又はコントローラ206から受信した第1の信号201及び第2の信号203をメモリ記憶装置208から取得する。コントローラ206は、作動信号207を算出するために、運転プログラム210を追加的に呼び出し又は実行205する。コントローラ206は、次いで、算出した作動信号207を解除機構160に送信し、解除機構160をそのロック位置164から非ロック位置166へと遷移させる。いくつかの実施形態において、リード又は電線管216が、第1のセンサ202、第2のセンサ204、メモリ記憶装置208、電源212、及び解除機構160のうちの少なくとも一つにコントローラ206を電気的に結合する。

制御システム200は、第1のセンサ202、第2のセンサ204、メモリ記憶装置208及びコントローラ206のうちの少なくとも一つに、例えばリード又は電線管214を介して電力213を供給する少なくとも一つの電源212を含む。例えば、電源202は、典型的には、ツール100上の(充電可能な又はそれ以外の)バッテリなどの化学的電力源であるが、電源は他の場所に配置されてもよい。例えば、電源212は、坑外システム30によって提供される電力源でもよく、坑外システム30は通信リンク102を介してツール100に電力を送信する。他の実施形態において、電源212はツール100が結合される別のツールに配置されてもよい。例えば、電源212は、バッテリ及び/又は掘削流体の流れを電力へと変換するタービンに結合された発電機でもよい。

制御システム200の別の実施形態は、掘削孔20内に配置されたツール100のコンポーネントを作動させる際に使用される作動信号207を算出するように構成される。第1のセンサ202は、ツール100に配置され、第1のパラメータを検知し、第1のパラメータを反映した第1の信号201を生成する。少なくとも第2のセンサ204は、少なくとも第2のパラメータを検知し、第2のパラメータを反映した第2の信号203を生成する。メモリ記憶装置208は、運転プログラム210を記憶し、運転プログラム210は第1の信号201及び第2の信号203のうちの少なくとも一つの関数として作動信号207を算出する。コントローラ206は、第1のセンサ202からの第1の信号201及び第2のセンサ204からの第2の信号203のうちの少なくとも一つを受信し、運転プログラム210を実行し、作動信号207をコンポーネントに送信するように構成される。少なくとも一つの電源212は、第1のセンサ202、第2のセンサ204、メモリ記憶装置208及びコントローラ206のうちの少なくとも一つに電力を供給する。任意選択的に、制御システム200が作動信号207によって作動させるコンポーネントは、ツール100の筐体中心線106をツール100が配置された掘削孔20の中心線24に向かって移動させるように構成されたセンタリング機構120を制御する解除機構160である。

第1のセンサ202によって検知され、生成された第1のパラメータを反映した第1の信号201、及び第2のセンサ204によって検知され、生成された第2のパラメータを反映した第2の信号203のうちの少なくとも一つの関数として作動信号207を算出する運転プログラム210の実施形態も開示される。作動信号207は、掘削孔20内に配置されたツール100のコンポーネントを作動させるために使用される。運転プログラム210は、部分的に、運転プログラム210を記憶するとともに第1の時刻及びその後続の時刻における第1の信号201及び第2の信号203のうちの少なくとも一つを記憶するメモリ記憶装置208を含む。コントローラ206は、第1のセンサ202からの第1の信号201及び第2のセンサ204からの第2の信号203のうちの少なくとも一つを受信し、運転プログラム210を実行し、作動信号207をツール100のコンポーネントに送信するように構成される。少なくとも一つの電源212は、メモリ記憶装置208及びコントローラ206のうちの少なくとも一つに電力を供給する。いくつかの実施形態において、運転プログラム210は、第1の時刻及びその後続の時刻における第1の信号201及び第2の信号203のうちの少なくとも一つにおける差の関数として作動信号207を算出する。いくつかの実施形態において、作動信号207は、ツール100の筐体中心線106をツール100が配置された掘削孔20の中心線24に向かって移動させるように構成されたセンタリング機構120を制御する解除機構160であるコンポーネントを作動させる。

更には、作動信号207を算出する方法が開示される。このような方法の一つの実施形態は、掘削孔20内に配置されたツール100のコンポーネントを作動させる際に使用される作動信号207を算出するためのものである。任意選択的に、ツール100は、第1のセンサ202及び少なくとも第2のセンサ204と、作動信号207を算出する運転プログラム210を記憶するメモリ記憶装置208と含む。コントローラ206は、第1のセンサ202によって生成された第1の信号201及び第2のセンサ204によって生成された第2の信号203のうちの少なくとも一つを受信し、運転プログラム210を実行し、作動信号207をコンポーネントに送信するように構成される。少なくとも一つの電源212は、第1のセンサ202、第2のセンサ204、メモリ記憶装置208及びコントローラ206のうちの少なくとも一つに電力を供給する。

方法自体は、第1のセンサ202によって第1のパラメータを検知すること及び少なくとも第2のセンサ204によって第2のパラメータを検知することのうちの少なくとも一つを実行するステップを備える。方法は、第1のセンサ202によって第1のパラメータを代表する第1の信号201を生成すること及び少なくとも第2のセンサ204によって第2のパラメータを代表する第2の信号203を生成することのうちの少なくとも一つを実行するステップを更に含む。第1の時刻及びその後続の時刻における第1の信号201及び第2の信号203のうちの少なくとも一つは、メモリ記憶装置208に記憶される。作動信号207は、第1の時刻及びその後続の時刻における第1の信号201及び第2の信号203のうちの少なくとも一つにおける差の関数として算出される。方法は、作動信号207をコンポーネントに送信するステップも含む。いくつかの実施形態において、作動信号207によって作動されるべきコンポーネントは、ツール100の筐体中心線106をツール100が配置された掘削孔20の中心線24に向かって移動させるように構成されたセンタリング機構120を制御する解除機構160である。

様々な実施形態において、本発明は、以前の装置又はプロセスで使用された可能性のある項目を、例えば、性能の改善、容易性の実現、及び/又は実装コストの低減のために欠く場合を含めて、本明細書又は本明細書の様々な実施形態に図示及び/又は記載していない項目を欠く場合に、装置及びプロセスを提供することを含む。

本発明の上記の記述は、例示及び説明の目的で提示されている。上記は、本明細書において開示された一つ以上の形態に本発明を限定しようと意図するものではない。例えば、上記の「発明を実施するための形態」においては、本開示を簡素化する目的で、本発明の様々な特徴が一つ以上の実施形態内にまとめられている。この開示方法は、請求される本発明が各請求項に明示されるものより多くの特徴を必要とするという意図を反映すると解釈されるべきではない。むしろ、以下の特許請求の範囲が反映するように、本発明の態様は、単一の上記に開示した実施形態の全ての特徴よりも小さい範囲にある。したがって、以下の特許請求の範囲は、本明細書によりこの「発明を実施するための形態」に組み込まれ、各請求項は、それ自体で、本発明の個別の好ましい実施形態として存在する。

更に、本発明の説明には、一つ以上の実施形態、並びに特定の改変及び修正の説明を含むが、例えば本開示を理解した後に当業者の技術及び知識内にあり得るような他の改変及び修正も本発明の範囲内にある。請求されるものに対する代替的な、交換可能及び/又は同等の構造、機能、範囲、又はステップを含めて許容される程度で代替的実施形態を含む権利を、かかる代替的な、交換可能及び/又は同等の構造、機能、範囲、又はステップが本明細書に開示されているか否かにかかわらず、特許可能な主題を公的に捧げることを意図することなく、得るものと意図される。
(付加的なクレームの付記)
１．
第1のセンサによって検知され、生成された第1のパラメータを反映した第1の信号、及び第2のセンサによって検知され、生成された第2のパラメータを反映した第2の信号のうちの少なくとも一つの関数として作動信号を算出する運転プログラムであって、前記作動信号は、掘削孔内に配置されたツールのコンポーネントを作動させるために使用され、前記ツールは、当初は坑外システムに通信リンクを介して接続されており、前記運転プログラムは、
前記運転プログラムを記憶するとともに第1の時刻及びその後続の時刻における前記第1の信号及び前記第2の信号のうちの少なくとも一つを記憶するメモリ記憶装置と、
前記第1のセンサからの前記第1の信号及び前記第2のセンサからの前記第2の信号のうちの少なくとも一つを受信し、前記運転プログラムを実行し、いったん前記ツールが前記通信リンクから分離されたときに前記作動信号を前記コンポーネントに送信するように構成されたコントローラと、
前記メモリ記憶装置及び前記コントローラのうちの少なくとも一つに電力を供給する少なくとも一つの電源と
を備える運転プログラム。
２．
前記運転プログラムは、前記第1の時刻及び前記その後続の時刻における前記第1の信号及び前記第2の信号のうちの少なくとも一つにおける差の関数として前記作動信号を算出する、クレーム1に記載の運転プログラム。
３．
前記第1のセンサ及び前記少なくとも第2のセンサのうちの少なくとも一つは、導通センサ、抵抗センサ、電力センサ、振動センサ、加速度計、圧力センサ、音響センサ、電磁センサ、ガンマ線センサ、中性子センサ、磁気計、温度センサ、及び流量センサからなる群から選択される、クレーム1に記載の運転プログラム。
４．
前記作動信号によって作動される前記コンポーネントは、ツールの筐体中心線を前記ツールが配置された前記掘削孔の中心線に向かって移動させるように構成されたセンタリング機構を制御する解除機構である、クレーム1に記載の運転プログラム。
５．
掘削孔内に配置されたツールのコンポーネントを作動させる際に使用される作動信号を算出する方法であって、前記ツールは、当初は坑外システムに通信リンクを介して接続されており、前記ツールは、第1のセンサ及び少なくとも第2のセンサと、前記作動信号を算出する運転プログラムを記憶するメモリ記憶装置と、前記第1のセンサによって生成された第1の信号及び前記第2のセンサによって生成された第2の信号のうちの少なくとも一つを受信し、前記運転プログラムを実行し、前記作動信号を前記コンポーネントに送信するように構成されたコントローラと、前記第1のセンサ、前記第2のセンサ、前記メモリ記憶装置及び前記コントローラのうちの少なくとも一つに電力を供給する少なくとも一つの電源とを備え、前記方法は、
前記第1のセンサによって第1のパラメータを検知すること及び前記少なくとも第2のセンサによって第2のパラメータを検知することのうちの少なくとも一つを実行するステップと、
前記第1のセンサによって前記第1のパラメータを代表する前記第1の信号を生成すること及び前記少なくとも第2のセンサによって前記第2のパラメータを代表する前記第2の信号を生成することのうちの少なくとも一つを実行するステップと、
第1の時刻及びその後続の時刻における前記第1の信号及び前記第2の信号のうちの少なくとも一つを、前記メモリ記憶装置に記憶するステップと、
前記第1の時刻及び前記その後続の時刻における前記第1の信号及び前記第2の信号のうちの少なくとも一つにおける差の関数として前記作動信号を算出するステップと、
前記ツールが前記通信リンクから分離されたときに前記作動信号を前記コンポーネントに送信するステップと、
前記コンポーネントを作動させるステップと
を備える、方法。
６．
前記第1のセンサ及び前記少なくとも第2のセンサのうちの少なくとも一つは、導通センサ、抵抗センサ、電力センサ、振動センサ、加速度計、圧力センサ、音響センサ、電磁センサ、ガンマ線センサ、中性子センサ、磁気計、温度センサ、及び流量センサからなる群から選択される、クレーム5に記載の方法。
７．
前記作動信号によって作動される前記コンポーネントは、ツールの筐体中心線を前記ツールが配置された前記掘削孔の中心線に向かって移動させるように構成されたセンタリング機構を制御する解除機構である、クレーム5に記載の方法。
８．
前記センタリング機構は、前記ツールの外側面にある開口部内に少なくとも部分的に位置するように構成された少なくとも一つのアームを含み、前記アームは第1の位置と第2の位置とを含み、前記方法は、前記アームを前記第1の位置から前記第2の位置へと付勢するステップを更に備える、クレーム7に記載の方法。
９．
前記ツールは、前記アームを前記第1の位置から前記第2の位置へと付勢するように構成されたバイアス機構を更に備える、クレーム8に記載の方法。
１０．
掘削孔内で使用されるツールであって、前記掘削孔は、掘削孔壁と、掘削孔中心線と、前記中心線を中心とし前記中心線から径方向に離間するように延在する掘削孔径とを含み、前記ツールは、
筐体であって、
筐体中心線と、
外側面と、
前記外側面から離間した内側面であって、少なくとも一つの内部空間を画定する内側面と、
前記内側面から前記外側面へと延在する少なくとも一つの開口部と、を含む筐体と、
センタリング機構であって、
少なくとも部分的に前記開口部に収容されるように構成された少なくとも一つのアームであって、第1の端部と第2の端部とを含み、第1の位置と第2の位置とを含む少なくとも一つのアーム、を含むセンタリング機構と、
前記センタリング機構に結合されたバイアス機構であって、前記少なくとも一つのアームを、(a)前記第1の位置から前記第2の位置に向かって付勢すること及び(b)前記第2の位置から前記第1の位置に向かって付勢することのうちの少なくとも一つを実行する第1の力を加えるように構成されたバイアス機構と、
前記センタリング機構に結合された解除機構であって、(a)前記少なくとも一つのアームを前記第1の位置及び前記第2の位置のうちの少なくとも一つに維持するために、前記解除機構が前記第1の力とは反対方向の第2の力を加えるように構成されたロック位置、から、(b)前記解除機構が前記第2の力を加えず、それによって前記バイアス機構が前記少なくとも一つのアームを前記第1の位置及び前記第2の位置のうちの少なくとも一つに向かって付勢することを可能とする解除位置、へと電気機械的に作動される解除機構と
を備えるツール。
１１．
前記センタリング機構、前記バイアス機構、及び前記解除機構のうちの少なくとも一つは、前記内部空間に少なくとも部分的に配置される、クレーム10に記載のツール。
１２．
前記ツールは、坑外システムにデータを送信すること及び前記坑外システムからデータを受信することのうちの少なくとも一つを行うことのできる通信リンクを更に備える、クレーム10に記載のツール。
１３．
前記解除機構は、分割スプールを更に備える、クレーム10に記載のツール。
１４．
前記内側面は、前記少なくとも一つのアームが前記第1の位置にあるとき、前記アームを少なくとも部分的に保持する、クレーム10に記載のツール。
１５．
前記センタリング機構は上部移動ヘッドを更に備え、前記少なくとも一つのアームは第1の端部と前記第1の端部から離間した第2の端部とを更に備え、前記第1の端部は前記上部移動ヘッドに枢動可能に接続され、したがって、前記少なくとも一つのアームが前記第1の位置にあるとき、前記第1の端部及び前記第2の端部は前記筐体中心線に近接し、前記少なくとも一つのアームが前記第2の位置にあるとき、前記第1の端部は前記筐体中心線に近接し、前記第2の端部は前記筐体中心線から径方向に離間した位置にある、クレーム10に記載のツール。
１６．
前記バイアス機構は、
前記センタリング機構に結合された第1の端部と、
前記第1の端部から離間した第2の端部であって、前記内側面に対して固定されている第2の端部と、
前記バイアス機構の前記第1の端部及び前記第2の端部に結合されたバイアス要素と
を更に備える、クレーム10に記載のツール。
１７．
前記バイアス要素は、線形的な力/距離関係を備える、クレーム16に記載のツール。
１８．
前記バイアス要素は、バネ及び線形アクチュエータのうちの少なくとも一つを備える、クレーム16に記載のツール。
１９．
前記バイアス機構は、前記少なくとも一つのアームを前記第1の位置から前記第2の位置に向かって付勢する、クレーム16に記載のツール。
２０．
前記外側面は、斜めの面を含み、したがって、前記少なくとも一つのアームが前記第2の位置に向かって付勢されたとき、前記少なくとも一つのアームの下側面が前記斜めの面に接触し、それによって前記少なくとも一つのアームを付勢して前記筐体中心線から径方向に離間するように広げる、クレーム19に記載のツール。
２１．
前記少なくとも一つのアームが、前記第2の位置にあるとき、前記少なくとも一つのアームは前記掘削孔壁を押圧し、前記筐体中心線を前記掘削孔中心線に向かって付勢する、クレーム19に記載のツール。
２２．
前記ツールは、ワイヤラインで運搬されるツールを備える、クレーム10に記載のツール。
２３．
前記ツールに配置された第1のセンサであって、第1のパラメータを検知し、前記第1のパラメータを反映した第1の信号を生成する第1のセンサと、
少なくとも第2のセンサであって、少なくとも第2のパラメータを検知し、前記第2のパラメータを反映した第2の信号を生成する第2のセンサと、
運転プログラムを記憶するメモリ記憶装置であって、前記運転プログラムは、前記第1の信号及び前記第2の信号のうちの少なくとも一つの関数として作動信号を算出するように構成される、メモリ記憶装置と、
前記第1のセンサからの前記第1の信号及び前記第2のセンサからの前記第2の信号のうちの少なくとも一つを受信し、前記運転プログラムを実行し、前記作動信号を前記解除機構に送信して前記解除機構をロック位置から解除位置へと遷移させるように構成されたコントローラと、
前記第1のセンサ、前記第2のセンサ、前記メモリ記憶装置及び前記コントローラのうちの少なくとも一つに電力を供給する少なくとも一つの電源と
を含む制御システムを更に備える、クレーム10に記載のツール。
２４．
掘削孔内で使用されるツールであって、前記掘削孔は、掘削孔壁と、掘削孔中心線と、前記中心線を中心とし前記中心線から径方向に離間するように延在する掘削孔径とを含み、前記ツールは、
筐体であって、
筐体中心線と、
外側面と、
前記外側面から離間した内側面と、を含む筐体と、
センタリング機構であって、
第1の位置と第2の位置とを有する上部移動ヘッドと、
第1の端部と前記第1の端部から離間した第2の端部とを有する少なくとも一つのアームであって、前記第1の端部は前記上部移動ヘッドに枢動可能に接続され、したがって、前記上部移動ヘッドが前記第1の位置にあるとき、前記第1の端部及び前記第2の端部は前記筐体中心線に近接し、前記上部移動ヘッドが前記第2の位置にあるとき、前記第1の端部は前記筐体中心線に近接し、前記第2の端部は前記筐体中心線から径方向に離間した位置にある、少なくとも一つのアームと、を含むセンタリング機構と、
バイアス機構であって、
前記上部移動ヘッドに結合された第1の端部と、
前記第1の端部から離間した第2の端部であって、前記内側面に対して固定されている第2の端部と、
前記バイアス機構の前記第1の端部及び前記第2の端部に結合されたバイアス要素と、を含むバイアス機構と、
前記上部移動ヘッドに結合された解除機構であって、前記解除機構が前記上部移動ヘッドを前記第1の位置に維持するロック位置から、前記解除機構が前記上部移動ヘッドを解除し、それによって前記バイアス要素が前記上部移動ヘッドを前記第2の位置に向かって付勢することを可能にする解除位置へと電気機械的に作動される、解除機構と
を備える、ツール。
２５．
前記筐体は、前記内側面から前記外側面へと延在する少なくとも一つの開口部を更に備え、前記少なくとも一つのアームは、少なくとも部分的に前記開口部内に配置される、クレーム24に記載のツール。
２６．
前記ツールは、坑外システムにデータを送信すること及び前記坑外システムからデータを受信することのうちの少なくとも一つを行うことのできる通信リンクを更に備える、クレーム24に記載のツール。
２７．
前記解除機構は、分割スプールを更に備える、クレーム24に記載のツール。
２８．
前記内側面は、前記少なくとも一つのアームが前記第1の位置にあるとき、前記アームを少なくとも部分的に保持する、クレーム24に記載のツール。
２９． 前記バイアス要素は、バネ及び線形アクチュエータのうちの少なくとも一つを備える、クレーム24に記載のツール。
３０．
前記外側面は、斜めの面を含み、したがって、前記上部移動ヘッドが第2の位置に向かって付勢されたとき、前記少なくとも一つのアームの下側面が前記斜めの面に接触し、それによって前記少なくとも一つのアームを付勢して前記筐体中心線から径方向に離間するように広げる、クレーム24に記載のツール。
３１．
前記ツールに配置された第1のセンサであって、第1のパラメータを検知し、前記第1のパラメータを反映した第1の信号を生成する第1のセンサと、
少なくとも第2のセンサであって、少なくとも第2のパラメータを検知し、前記第2のパラメータを反映した第2の信号を生成する第2のセンサと、
運転プログラムを記憶するメモリ記憶装置であって、前記運転プログラムは、前記第1の信号及び前記第2の信号のうちの少なくとも一つの関数として作動信号を算出するように構成される、メモリ記憶装置と、
前記第1のセンサからの前記第1の信号及び前記第2のセンサからの前記第2の信号のうちの少なくとも一つを受信し、前記運転プログラムを実行し、前記作動信号を前記解除機構に送信して前記解除機構をロック位置から解除位置へと遷移させるように構成されたコントローラと、
前記第1のセンサ、前記第2のセンサ、前記メモリ記憶装置及び前記コントローラのうちの少なくとも一つに電力を供給する少なくとも一つの電源と
を含む制御システムを更に備える、クレーム24に記載のツール。
３２．
掘削孔内で使用されるツールであって、前記掘削孔は、掘削孔壁と、掘削孔中心線と、前記中心線を中心とし前記中心線から径方向に離間するように延在する掘削孔径とを含み、前記ツールは、
センタリング機構であって、
上部移動ヘッドと、
第1の端部と前記第1の端部から離間した第2の端部とを有する少なくとも一つのアームであって、前記第1の端部は前記上部移動ヘッドに枢動可能に接続されている、少なくとも一つのアームと、を含むセンタリング機構と、
バイアス機構であって、
前記上部移動ヘッドに結合された第1の端部と、
前記第1の端部から離間した第2の端部であって、前記内側面に対して固定されている第2の端部と、
前記バイアス機構の前記第1の端部及び前記第2の端部に結合されたバイアス要素と、を含むバイアス機構と、
継手であって、
前記上部移動ヘッドに結合された第1のロッドと
第2のロッドと、を含む継手と、
電気機械的解除機構であって、前記電気機械的解除機構がロック位置にあるとき、前記第2のロッドを把持し、前記電気機械的解除機構が解除位置にあるとき、前記第2のロッドを解除する電気機械的解除機構と
を備えるツール。
３３．
前記電気機械的解除機構が解除位置にあるとき、前記バイアス機構は前記上部移動ヘッドを第1の位置から第2の位置へと付勢する、クレーム32に記載のツール。
３４．
筐体中心線と、外側面と、前記外側面から離間した内側面とを含む筐体を更に備え、前記上部移動ヘッドが前記第1の位置にあるとき、前記少なくとも一つのアームの前記第1の端部及び前記第2の端部は前記筐体中心線に近接し、前記上部移動ヘッドが前記第2の位置にあるとき、前記少なくとも一つのアームの前記第1の端部は前記筐体中心線に近接し、前記少なくとも一つのアームの前記第2の端部は前記筐体中心線から径方向に離間した位置にある、クレーム33に記載のツール。
３５．
前記筐体は、前記内側面から前記外側面へと延在する少なくとも一つの開口部を更に備え、前記少なくとも一つのアームは、少なくとも部分的に前記開口部内に配置される、クレーム34に記載のツール。
３６．
前記ツールは、坑外システムにデータを送信すること及び前記坑外システムからデータを受信することのうちの少なくとも一つを行うことのできる通信リンクを更に備える、クレーム32に記載のツール。
３７．
前記解除機構は、分割スプールを更に備える、クレーム32に記載のツール。
３８．
前記バイアス要素は、バネ及び線形アクチュエータのうちの少なくとも一つを備える、クレーム32に記載のツール。
３９．
前記外側面は、斜めの面を含み、したがって、前記少なくとも一つのアームが第2の位置に向かって付勢されたとき、前記少なくとも一つのアームの下側面が前記斜めの面に接触し、それによって前記少なくとも一つのアームに付勢して前記筐体中心線から径方向に離間するように広げる、クレーム34に記載のツール。

Claims (16)

1. ツールの筐体中心線を前記ツールが配置された掘削孔の中心線に向かって移動させるように構成されたセンタリング機構のための制御システムであって、前記ツールは、筐体と、外側面と、前記外側面から離間した内側面とを含み、前記掘削孔は、掘削孔壁と、前記中心線を中心とし前記中心線から径方向に離間するように延在する掘削孔径とを含み、前記制御システムは、
   センタリング機構であって、
   第1の位置と第2の位置とを有する上部移動ヘッドと、
   第1の端部と前記第1の端部から離間した第2の端部とを有する少なくとも一つのアームであって、前記第1の端部は前記上部移動ヘッドに枢動可能に接続され、したがって、前記上部移動ヘッドが前記第1の位置にあるとき、前記第1の端部及び前記第2の端部は前記筐体中心線に近接し、前記上部移動ヘッドが前記第2の位置にあるとき、前記第1の端部は前記筐体中心線に近接し、前記第2の端部は前記筐体中心線から径方向に離間した位置にある、少なくとも一つのアームと、を含むセンタリング機構と、
   バイアス機構であって、
   前記上部移動ヘッドに結合された第1の端部と、
   前記第1の端部から離間した第2の端部であって、前記内側面に対して固定されている第2の端部と、
   前記バイアス機構の前記第1の端部及び前記第2の端部に結合されたバイアス要素と、を含むバイアス機構と、
   前記上部移動ヘッドに結合された解除機構であって、前記解除機構が前記上部移動ヘッドを前記第1の位置に維持するロック位置から、前記解除機構が前記上部移動ヘッドを解除し、それによって前記バイアス要素が前記上部移動ヘッドを前記第2の位置に向かって付勢することを可能にする解除位置へと電気機械的に作動される、解除機構と、
   前記ツールに配置された第1のセンサであって、第1のパラメータを検知し、前記第1のパラメータを反映した第1の信号を生成する第1のセンサと、
   少なくとも第2のセンサであって、少なくとも第2のパラメータを検知し、前記第2のパラメータを反映した第2の信号を生成する第2のセンサと、
   運転プログラムを記憶するメモリ記憶装置であって、前記運転プログラムは、前記第1の信号及び前記第2の信号のうちの少なくとも一つの関数として作動信号を算出するように構成される、メモリ記憶装置と、
   前記第1のセンサからの前記第1の信号及び前記第2のセンサからの前記第2の信号のうちの少なくとも一つを受信し、前記運転プログラムを実行し、前記作動信号を前記解除機構に送信して前記解除機構をロック位置から解除位置へと遷移させるように構成されたコントローラと、
   前記第1のセンサ、前記第2のセンサ、前記メモリ記憶装置及び前記コントローラのうちの少なくとも一つに電力を供給する少なくとも一つの電源と
   を備える、制御システム。
2. 前記第1のセンサ及び前記少なくとも第2のセンサのうちの少なくとも一つは前記コントローラに配置される、請求項1に記載の制御システム。
3. 前記第1のセンサ及び前記少なくとも第2のセンサのうちの少なくとも一つは、導通センサ、抵抗センサ、電力センサ、振動センサ、加速度計、圧力センサ、音響センサ、電磁センサ、ガンマ線センサ、中性子センサ、磁気計、温度センサ、及び流量センサからなる群から選択される、請求項1に記載の制御システム。
4. 前記メモリ記憶装置は、第1の時刻及びその後続の時刻における前記第1の信号及び前記第2の信号のうちの少なくとも一つを記憶し、前記運転プログラムは、第1の時刻及びその後続の時刻における前記第1の信号及び前記第2の信号のうちの少なくとも一つにおける差の関数として前記作動信号を算出する、請求項1に記載の制御システム。
5. 前記制御システムは、坑外システムにデータを送信すること及び前記坑外システムからデータを受信することのうちの少なくとも一つを行うことのできる通信リンクを更に備える、請求項1に記載の制御システム。
6. 前記解除機構は、分割スプールを更に備える、請求項1に記載の制御システム。
7. 前記ツールは、ワイヤラインで運搬されるツールを備える、請求項1に記載の制御システム。
8. 前記バイアス機構は、バネ及び線形アクチュエータのうちの少なくとも一つを更に備える、請求項1に記載の制御システム。
9. 前記筐体は、前記内側面から前記外側面へと延在する少なくとも一つの開口部を更に備え、前記少なくとも一つのアームは、少なくとも部分的に前記開口部内に配置される、請求項1に記載の制御システム。
10. 前記少なくとも一つのアームの前記第2の端部が前記筐体中心線から径方向に離間した位置にあるとき、前記少なくとも一つのアームは前記掘削孔壁を押圧し、前記筐体中心線を前記掘削孔中心線に向かって付勢する、請求項1に記載の制御システム。
11. 掘削孔内に配置されたツールのコンポーネントを作動させる際に使用される作動信号を算出するように構成された制御システムであって、前記ツールは、当初は坑外システムに通信リンクを介して接続されており、前記制御システムは、
    前記ツールに配置された第1のセンサであって、第1のパラメータを検知し、前記第1のパラメータを反映した第1の信号を生成する第1のセンサと、
    少なくとも第2のセンサであって、少なくとも第2のパラメータを検知し、前記第2のパラメータを反映した第2の信号を生成する第2のセンサと、
    運転プログラムを記憶するメモリ記憶装置であって、前記運転プログラムは、前記ツールが前記通信リンクから分離されたときに前記第1の信号及び前記第2の信号のうちの少なくとも一つの関数として前記作動信号を算出するように構成される、メモリ記憶装置と、
    前記第1のセンサからの前記第1の信号及び前記第2のセンサからの前記第2の信号のうちの少なくとも一つを受信し、前記運転プログラムを実行し、前記作動信号を前記コンポーネントに送信するように構成されたコントローラと、
    前記第1のセンサ、前記第2のセンサ、前記メモリ記憶装置及び前記コントローラのうちの少なくとも一つに電力を供給する少なくとも一つの電源と
    を備える、制御システム。
12. 前記第1のセンサ及び前記少なくとも第2のセンサのうちの少なくとも一つは前記コントローラに配置される、請求項11に記載の制御システム。
13. 前記第1のセンサ及び前記少なくとも第2のセンサのうちの少なくとも一つは、導通センサ、抵抗センサ、電力センサ、振動センサ、加速度計、圧力センサ、音響センサ、電磁センサ、ガンマ線センサ、中性子センサ、磁気計、温度センサ、及び流量センサからなる群から選択される、請求項11に記載の制御システム。
14. 前記メモリ記憶装置は、第1の時刻及びその後続の時刻における前記第1の信号及び前記第2の信号のうちの少なくとも一つを記憶し、前記運転プログラムは、第1の時刻及びその後続の時刻における前記第1の信号及び前記第2の信号のうちの少なくとも一つにおける差の関数として前記作動信号を算出する、請求項11に記載の制御システム。
15. 前記制御システムは、坑外システムにデータを送信すること及び前記坑外システムからデータを受信することのうちの少なくとも一つを行うことのできる通信リンクを更に備える、請求項11に記載の制御システム。
16. 前記作動信号によって作動される前記コンポーネントは、前記ツールの筐体中心線を前記ツールが配置された前記掘削孔の中心線に向かって移動させるように構成されたセンタリング機構を制御する解除機構である、請求項11に記載の制御システム。

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