JP5484044B2 - 共振促進掘削方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、掘削装置に関し、より詳しくは岩層のような物質を掘削するための掘削装置に関する。

岩石及び他の鉱物を掘削する分野は、掘削技術における多くの進歩が成されてきている。この点に関し、この型の掘削に関連する非常に厳しい状況、同様にしてコスト及び関連する環境問題、これら全ては、掘削方法の有効性、信頼性、及び安全性に厳格な要求をする。

結果として、石油産業のようなダウンホール掘削を採用する工業は、これらの要求に合致し、かつ掘進率を増大し、工具摩耗を減少させる掘削装置及び手段の開発を熱望している。

これに関連して、石油業界は、新しい油脈を求めて水平長大井あるいは傾斜井をますます掘削しなければならない。しかしながら、そのような掘削は、低ビット荷重に対する要求、パワーアベイラビリティの減少、井戸の全長に渡る岩石状態の変動、孔の崩壊／破砕の危険性、動作コストの増加、及び増大する工具摩耗及び障害といった、現在の掘削技術に挑戦するいくつかの問題を組み合わせる。

ある状況下における掘進率は、打撃せん孔と呼ばれる、ドリルビットが被掘削物質を貫通するときに軸方向往復運動をドリルビットへ与えることにより改善されうることが知られている。これは、これらの軸方向運動による衝撃が被掘削物質における破砕を促進し、これによりそれに続く掘削及び物質除去をより容易にするためである。

従来の打撃せん孔では、貫入メカニズムは、ドリルビットにより加えられる大きな低周波無制御衝撃によりボアホールで破砕する物質に依存する。この手段によれば、中硬岩から硬岩に対する掘進率は、標準的な回転掘削と比較して増加されうる。しかしながら、これに対する弱点は、これらの衝撃がボアホールの安定性を危険にさらし、ボアホールの特性を悪化させ、そして工具摩耗及び／又は障害を促進あるいはしばしば壊滅させる。

掘削技術に対する他の重要な進歩は、回転するドリルビットに対する超音波軸方向振動の適用である。この手段によれば、独立した高負荷衝撃よりもむしろ超音波振動が破砕伝播を促進するために用いられる。これは、低ビット荷重掘削を考慮すると、より低い荷重が適用されるという点において、従来の打撃せん孔に対してかなりの利点を提供する。しかしながら、超音波掘削により示される改良は常には両立せず、そしてダウンホール掘削に直接適用可能となるようなものではない。

それゆえ、本発明の目的は、それらの問題を軽減する掘削装置及び方法を提供することである。

本発明の第１の実施形態によれば、回転及び高周波振動荷重が可能なドリルビットと、ドリルビットに加えられる回転及び／又は振動荷重を制御するための制御手段とを備え、制御手段は、加えられる回転及び／又は振動荷重を変更するための調節手段を有し、調節手段は、ドリルが通過する物質の状況に応答し、制御手段は、ダウンホール所在地にある装置に取り付けられて用いられ、そして物質の特性のダウンホール計測を行うためのセンサを有し、これにより装置は閉ループリアルタイム制御の下で孔を操作可能である掘削装置を提供する。

この手段によれば、掘削装置は、掘削メカニズムを最適化して改善された掘進率を得るため、そのときの掘削状況に応じてドリルビットの回転及び／又は振動荷重を調節し、そして自動的に機能しうる。

好ましくは、制御手段は、始めの巨視亀裂を生成するために物質に衝撃を加えるようにドリルビットを制御し、制御手段は、さらなる巨視亀裂をさらに生成するため、物質に衝撃を加え、そして回転するようにドリルビットをさらに制御し、制御手段は、ドリルビットの前方に局所動的亀裂伝播領域を生成するため、生成された巨視亀裂の接続を促進するようにドリルビットの回転及び振動動作を同調する。

都合の良いことには、調節手段は、ドリルビット及びそれに接触する被掘削物質の間の共振を獲得及び維持するように、ドリルビットに加えられた回転及び振動荷重を制御する。このシステムにおいてドリルビット及び被掘削物質から成り立つそのような共振は、ドリルビットを駆動するために必要な入力エネルギーを最小化する。

この手段によれば、ドリルビット前方の物質における亀裂伝播は、掘削作業を容易にし、そしてこれにより掘進率を増大させながら、促進される。

本発明の第２の実施形態によれば、振動及び回転荷重が可能なドリルビットと、ドリルビットに加えられる回転及び／又は振動荷重を制御するための制御手段とを備え、制御手段は、加えられる回転及び／又は振動荷重を変更するための調節手段を有し、調節手段は、ドリルが通過する物質の状況に応答し、調節手段は、ドリルビット及びそれに接触する被掘削物質における共振を獲得及び維持するように、ドリルビットに加えられた回転及び振動荷重をさらに制御する掘削装置に用いられるドリルビット制御方法を提供する。

好ましくは、方法は、ドリルビット及びそれに接触する被掘削物質の間の共振を獲得及び維持するために、以下のステップに従ってドリルビットに対して適切な荷重パラメータを決定することをさらに備える。
Ａ）被掘削物質と共振しそして相互作用するときドリルビットの振幅限界を決定し、
Ｂ）適切な周波数掃引範囲を推定し、
Ｃ）共振曲線の形状を推定し、
Ｄ）共振曲線の最大値よりも小さい点における、共振曲線の最適共振周波数を選択し、
Ｅ）この最適共振周波数に基づいてドリルビットを駆動する。

この関係において、ドリルビットの振幅の上限は、ドリルビットの共振が破壊的にならないような値で選択される。この限界を超えると、共振が損傷効果を持ち始める可能性がある。

適切な周波数掃引範囲の推定に関しては、適切に狭い範囲が見積もられ、残りの方法をこれにより速めるために用いられるように、これが好ましくは選択される。

共振曲線の形状はドリルビット単独の基本共振曲線に基づいており、被掘削物質との相互作用を考慮して修正される。この点において、ドリルが最大値を超過及び不安定／予測不可能な領域に移動することを避けるため、最大点よりも小さい点でこの曲線上において点が選択される。

本発明の第３の実施形態によれば、回転及び高周波振動が可能なドリルビットを用いて物質を貫通する掘削方法を提供する。ドリルビットは、始めの巨視亀裂を生成するために物質に衝撃を加えるように構成され、ドリルビットはその後、さらなる巨視亀裂を生成するため、さらに物質に衝撃を加え、回転する。ドリルビットの前方に局所動的亀裂伝播領域を生成するため、生成された巨視亀裂の接続を促進するようにドリルビットの回転及び振動動作が同調される。

好ましくは、方法は、岩石構造を掘削する状況において用いられ、形成された巨視亀裂は、１０ｍｍ以下、好ましくは５ｍｍ前後の長さを有する。そのような最大長は、高度に制御された亀裂伝播領域の広がりを許容する。

都合の良いことに、１ＫＨｚ以下の高周波振動がドリルビットに加えられる。

好ましくは、ドリルビットが２００ｒｐｍ以下で回転するように駆動される。

好ましくは、ドリルビット及びそれに接触する被掘削物質の間の共振を獲得及び維持するように、ドリルビットに加えられた回転及び振動荷重が制御される。そのような共振状態において、進展破砕領域を生成するため、より少ない適用エネルギー入力が要求されることは、高く評価されるであろう。

都合の良いことに、進展破砕領域は、ドリルビットの外周からドリルビットの直径のわずか１／２０だけ、径方向外側に向けて伸びる。被掘削物質における広範囲な応力を最小化する、高度に制御された局所破砕技術をこれが示すことは、高く評価されるであろう。

好ましくは、岩石構造を掘削する状況において、掘削された破片の大きさは、１０ｍｍ以下、好ましくは５ｍｍ前後である。これらは、従来の掘削技術により精製される破片と比較して小さく、採用された手段における段階変化を明らかにする。

都合の良いことに、本方法は、１又は２以上のシャローガス、弱帯、及び破砕高圧帯の掘削アプリケーションにおいて有効である。これは、被掘削物質における広範囲な応力を最小化する、高度に制御された局所破砕技術を用いて孔を掘削する、本願発明による方法の能力の結果として生じる。

本発明の第４の実施形態によれば、
ドリルパイプとドリルカラーを有するドリルストリングと、
振動及び回転荷重が可能なドリルビットと、
ドリルビットに加えられる回転及び／又は振動荷重を制御するための制御手段とを備え、制御手段は、加えられる回転及び／又は振動荷重を変更するための調節手段を有し、前記調節手段は、ドリルが通過する物質の状況に応答し、
ドリルストリングの１メータあたりの重量が、同じ掘削条件で用いられる同じボアホール直径で動作する従来のドリルストリングのそれよりも最大７０％小さいドリルビットアセンブリが提供される。

都合の良いことに、１メートルあたりのドリルストリングの重量は、同じ掘削条件で用いられる同じボアホール直径で動作する従来のドリルストリングのそれよりも４０％から７０％小さい。

好ましくは、１メートルあたりのドリルストリングの重量は、同じ掘削条件で用いられる同じボアホール直径で動作する従来のドリルストリングのそれよりも略７０％小さい。この手段によれば、掘削装置は、掘削メカニズムを最適化して改善された掘進率を得るため、現在の掘削状況に応じてドリルビットの回転及び／又は振動荷重を調節する。

都合の良いことには、調節手段は、ドリルビット及び被掘削物質を備えるシステムの共振を維持するように、ドリルビットに加えられた回転及び振動荷重を制御する。共振現象は、掘削作業を容易にし、そしてこれにより掘進率を増大させながら、ドリルビット前方の物質における亀裂伝播を促進する。

この観点において、加えられた回転及び振動荷重は、被掘削層の予測される共振に基づく。

好ましくは、ドリルビットは、始めの巨視亀裂を生成するために物質に衝撃を加えるように構成され、ドリルビットはその後、さらなる巨視亀裂をさらに生成するため、物質に衝撃を加え、そして回転し、制御手段は、ドリルビットの前方に局所動的亀裂伝播領域を生成するため、生成された巨視亀裂の接続を促進するようにドリルビットの回転及び振動動作を同調する。

都合の良いことに、調整手段は、以下のアルゴリズムにより、ドリルビットと被掘削物質との間に共振状態を確立するためのドリルビット荷重パラメータを決定する。
Ａ）被掘削物質による影響を受けずにドリルビットの非線形共振応答を算出し、
Ｂ）被掘削物質における進展破砕領域を生成するための衝撃強度を推定し、
Ｃ）破砕掘削物質の非線形剛性特性を算出し、
Ｄ）被掘削物質と相互作用するドリルビットの共振周波数を推定し、
Ｅ）破砕掘削物質の非線形剛性特性を組み入れることにより、定常状態に対する共振周波数の値を再計算する。

この観点において、加えられた回転及び振動荷重は、被掘削層の予測される共振に基づく。

都合の良いことに、アルゴリズムは、公知でない非線形応答関数を決定する。

都合の良いことに、アルゴリズムは、非線形動的解析に基づいており、共振状態におけるドリルビットと被掘削層との動的相互作用は、解析的及び数量的技術の組合せによりモデル化される。

都合の良いことに、調整手段は、ドリルビットが前進するとき、ドリルビットに接触している造岩の共振を迅速に維持するため、適用された掘削パラメータを変えるために制御手段を更新する。

都合の良いことに、調整手段は、軟質層を貫通する掘削のためにドリルビットの振動荷重を選択的に無力化しうる。この手段によれば、効率的に掘削するために回転動作から剪断モードを許容しながら、掘削が軟質層を貫通するとき、悪影響を避けるために振動が無力化され、より重要なことには、硬質と軟質層との間でドリルビットを交換する必要をなくす。

本発明によるさらなる実施形態によれば、ドリルビットを介して振動及び回転荷重を加え、ドリルビットを用いて物質接触部分における物質特性を監視し、ドリルビットとの接触部分における造岩の共振周波数に対する値を決定し、ドリルビットとの接触部分における造岩の共振周波数を維持するため、加えられる振動及び／又は回転荷重を調節するステップを備える物質掘削方法を提供する。

都合の良いことに、前記方法は、ドリルビットとの接触部分における物質の共振周波数を決定するため、非線形動的解析からのアルゴリズムを用いるステップをさらに備える。

都合の良いことに、アルゴリズムは、以下の機能を有する。
Ａ）被掘削物質による影響を受けずにドリルビットの非線形共振応答を算出し、
Ｂ）被掘削物質における進展破砕領域を生成するための衝撃強度を推定し、
Ｃ）破砕掘削物質の非線形剛性特性を算出し、
Ｄ）被掘削物質と相互作用するドリルビットの共振周波数を推定し、
Ｅ）破砕掘削物質の非線形剛性特性を組み入れることにより、定常状態に対する共振周波数の値を再計算する。

本発明による実施形態は、付随する図面を参照して説明される。
本発明の一実施形態による掘削モジュールを示した図である。 本発明に従って共振状態を確立するためのパラメータを見つける手段を説明する図である。

ドリルビットの荷重が共振を促進するために設定される場合に造岩のような物質の掘削がドリルビット及び掘削構成により形成されるシステムであるとき、著しく高い掘進率が得られうることが、本発明の開発において認識された。

しかしながら、この共振を得ることは、標準サンプルを用いたテストリグ上で実施されうる一方で、それは、自然の造岩を掘削するときとは異なる事象である。なぜなら、掘削条件は、地層内の層から層へと変化するからである。従って、共振条件は地層に渡って変化し、それにより共振条件は掘削工程全てに渡って維持され得ない。

本発明は、物質を掘削するときに非線形共振現象を識別することにより、この問題を克服し、そしてドリルビット及び被掘削物質の組合せによるシステムにおいて共振の維持を追求する。

これを達成するため、出願人は、掘削に影響を及ぼすパラメータ及びメカニズムを正確に識別することにより、ボアホールにおける動的相互作用に対する正確かつ堅固な数学モデルを開発した。この数学モデルは、ボアホールサイトにおける共振を維持するように掘削パラメータを自動的に調節するためのフィードバックメカニズムを計算し、使用することを本願発明に可能にさせた。この手段で共振を維持することにより、ドリルビット前方の進展亀裂領域の動きが促進され、掘進率が非常に改善され、そしてそれゆえに、共振促進掘削（Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ、以下ＲＥＤと呼ぶ）として説明される。

図１は、本発明の一実施形態によるＲＥＤ掘削モジュールの説明に役立つ例を示したものである。掘削モジュールは、多結晶ダイヤモンド（ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｄｉａｍｏｎｄ、ＰＣＤ）ドリルビット１を備える。振動伝達部材２は、ドリルビット１に圧電変換器３から振動を伝達するため、圧電変換器３を介してドリルビット１に接続される。カップリング４は、モジュールをドリルストリング５に接続し、そしてシャフトかた掘削モジュールの振動を遮断するため振動遮断ユニットとして振る舞う。

掘削動作の間、部材４、３を介してドリルビット１に動きを伝達するドリルシャフトをＤＣモータが回転させる。動的荷重と共にドリルビット１へ加えられる相対的に低い静的力は、進展破砕領域を生成し、これによりドリルビットが物質に進行する。

掘削モジュール１の回転と同時に、ボアホールサイトの物質に対して適切な周波数で振動するように圧電変換器３が始動される。この周波数は、図２に概略的に示されるように、以下のアルゴリズムに応じて、ドリルビットと被掘削物質との間における非線形共振状態を算出することにより決定される。
Ａ）被掘削物質による影響を受けずにドリルビットの非線形共振応答を算出し、
Ｂ）被掘削物質における進展破砕領域を生成するための衝撃強度を推定し、
Ｃ）破砕掘削物質の非線形剛性特性を算出し、
Ｄ）被掘削物質と相互作用するドリルビットの共振周波数を推定し、
Ｅ）破砕掘削物質の非線形剛性特性を組み入れることにより、定常状態に対する共振周波数の値を再計算する。

圧電変換器３からの振動は、ドリルビット１を介してボアホールサイトに伝達され、ドリルビットの前方の進展破砕領域を生成する。ドリルビットが回転し前方に移動し続けるにつれて、地層の中の物質に切り込みながら、剪断する。しかしながら、ドリルビット前方の地層物質における亀裂伝播の生成は、わずかにそれを脆弱にし、これにより、回転剪断作用が、続いて除去されうる、より多くの物質を除去する。

亀裂伝播力学の特性は、ＲＯＰ、孔の特性、及び工具寿命、あるいは理想的にはこれら３つの組合せを最適化するように調整されうる。

亀裂は、ドリルビットの挿入部が地層に対し衝撃を与えることによる結果として始まる。他の掘削技術は、岩石を切削又は剪断加工することにより、あるいは、より大きな亀裂を生成することにより機能する。以下は、動作手段に関するＲＥＤシステムの主な特徴であり、ドリルビット前方の極近接部位における「巨視的な」亀裂の生成及び伝播に焦点をあてる。

ＲＥＤは物質に衝突するドリルヘッドの高周波数軸方向振動により動作し、ドリルビット挿入部の角度配置が物質を割り始める。ドリルビットの連続的な動作、すなわち連続振動及び回転が、ドリルビットの前方に動的亀裂伝播領域を構築する。

この現象は、同期運動学として最も良く説明されうる。本システム（被掘削物質、（発振器、）及びドリルビットから成るシステム）における共振の構築は、効率及び性能を最大限に利用する。動的亀裂伝播領域はドリルビットに近接し、典型的には、線寸法はドリルビットの直径の１／１０以下を測定する。

それゆえ、局所亀裂伝播は、その方向に関して制御可能であり、ＲＥＤ技術は、ドリルビットの前方すぐの領域外における亀裂伝播を回避する。

それゆえ、ＲＥＤは、高品質で正確なゲージ孔をもたらす。

ＲＥＤ技術の「感応性」、すなわち高度に制御された局所破砕を用い、かつ地層における広域応力を最小化して孔掘削するその能力の結果として、ＲＥＤ技術は、シャローガス、弱帯、及び破砕高圧帯といった手腕の問われる領域における過敏な地層を掘削するために、それ自体非常に役に立つ。

前述のように、本発明は、ボアホールサイトで地層からより迅速に除去することを可能にしながら、掘削工程を通じて共振を維持可能であり、結果としてより速い掘進率を達成する。さらに、破砕伝播を促進するための共振運動の利用は、工具摩耗の減少に繋がる、ドリルビットに適用される軽量化を可能にする。そのようなものとして、本発明は、増加された掘進率（ＲＯＰ）を提供するだけでなく、増加された工具寿命期間をも可能にし、その結果として、工具維持あるいは交換のために要する休止時間を減少する。

被掘削物質の機械的性質がわかった時点で、掘削パラメータは、（ＲＯＰ、孔の特性、並びに工具寿命及び信頼性に応じて）掘削性能を最適化するように修正されうる。

ＲＥＤ技術に関し、振動の周波数及び振幅は、最も効率的及び効果的な性能を確立するように修正されうる。（（発振器、）ドリルビットと被掘削物質との間における）振動システムの周波数の確立は、エネルギー効率及び掘削性能の最適な組合せを提供する。

図２は、共振状態を確立及び維持するためのパラメータがどのように見いだされるかを説明する。

第１に、ユーザは、被掘削物質と共振及び相互作用するときのドリルビットの振幅限界を決定する必要がある。この関係において、ドリルビットの振幅の限度は、ドリルビットの共振が破壊的にならないような値で選択される。この限界を超えると、共振が損傷効果を持ち始める可能性がある。

そして、ドリルビットに荷重をかけるために適切な周波数掃引範囲が推定される。適切に狭い範囲が評価され、この手段の残りの処理を迅速化するため用いられうるように、これが推定される。

共振曲線の形状が、その後、推定される。図に示されるように、これは典型的な共振曲線であり、その頂点は、被掘削物質と相互作用するドリルビットによる効果の結果として、右方向に押されている。結果として、グラフは、上方及び下方の枝、すなわち最大振幅を超える曲線上の移動が上方枝から下方枝までの振幅において飛躍的な落下となる結果を有することが、指摘される。

このように、そのような好ましくない飛躍的な変化を避けるため、次のステップは、共振曲線上の最大値よりも低い点で共振曲線上の最適周波数を選択することになる。最大値未満において最適共振周波数が選択される範囲は、安全係数を原則として設定し、そして変わりやすい／様々な掘削物質のために、これが最大振幅点からさらに選択されてもよい。制御手段は、この点において、安全係数を変更、すなわち、被掘削物質の検知された特性又はドリルの進度に応じて、共振曲線上の最大点から、あるいは最大点に向けて、安全係数を動かす。例えば、ＲＯＰが、被掘削物質の低均一性により不規則に変更された場合、その後、安全係数が増やされうる。

最後に、選択された最適共振周波数で装置が駆動され、制御手段の閉ループ制御システム内において処理が周期的に更新される。

本発明によれば、１メートルあたりのドリルストリングの重量は、同じ掘削条件の下で用いられる同じボアホール直径で動作する従来のドリルストリングのそれよりも最大７０％小さい。好ましくは、それは４０−７０％小さい範囲内であり、あるいは、より好ましくは、それは略７０％小さい。

例えば、典型的な掘削条件、及び０．３１ｍ（１２．２５インチ）の孔サイズに対して３７８７ｍ（１２，５００ｆｔ）の掘削深度の下、１メートルあたりのドリルストリング重量は、３８．４ｋｇ／ｍ（標準回転掘削）から１１．７ｋｇ／ｍ（ＲＥＤ技術使用）まで、６９．６％減少される。

典型的な掘削条件、及び０．４４ｍ（１７．５インチ）の孔サイズに対して３７８７ｍ（１２，５００ｆｔ）の掘削深度の下、１メートルあたりのドリルストリング重量は、４９．０ｋｇ／ｍ（標準回転掘削）から１４．７ｋｇ／ｍ（ＲＥＤ技術使用）まで、７０％減少される。

典型的な掘削条件、及び０．６６ｍ（２６インチ）の孔サイズに対して３７８７ｍ（１２，５００ｆｔ）の掘削深度の下、１メートルあたりのドリルストリング重量は、７７．０ｋｇ／ｍ（標準回転掘削）から２３．１ｋｇ／ｍ（ＲＥＤ技術使用）まで、７０％減少される。

低ＷＯＢ及びそれが生成する動的破砕の結果、ＲＥＤ技術は、リグにおける最大３５％のエネルギーコスト、及び７５％のドリルカラー重量を削減しうる。

ここに説明された実施形態は説明の目的のためにのみ発明の適用例を示すことが理解されるであろう。実際に、本発明は種々の異なる構成に対して適用され得るものであり、詳細な実施形態は実施する当業者にとって容易である。

例えば、モジュールのドリルビット部は、適切な掘削アプリケーションに対し必要に応じて修正されても良い。例えば、種々のドリルビット形状及び材質が用いられても良い。

他方の例において、掘削モジュールを振動させるための圧電変換器に代えて、他方の振動手段が用いられても良い。例えば、磁歪材料が用いられても良い。

さらに、不都合な効果を回避するため、軟弱層を掘削するとき、振動手段は動作が停止されても良い。例えば、本発明における掘削モジュールは、表層軟弱地盤層を始めに掘削するとき、回転（のみ）掘削モジュールとして機能するように動作が停止されても良い。掘削モジュールは、その後、より深い硬岩層に到達すると、共振周波数を与えるように動作を開始しうる。これは、これら異なる地層の間で掘削モジュールを交換するに必要となりうる休止時間を削減することにより、相当な時間短縮を提供する。

本発明は、以下の利益を得る。すなわち、低入力エネルギー、掘進率（ＲＯＰ）の改善、孔安定性及び特性の改善、及び工具寿命及び信頼性の改善を有する掘削である。

１ ドリルビット
２ 振動伝達部材
３ 圧電変換器
４ カップリング
５ ドリルストリング

Claims (4)

1. 掘削装置に用いられるドリルビット制御方法であって、
   前記掘削装置は、
   振動及び回転が可能なドリルビットと、
   前記ドリルビットに加えられる回転及び／又は振動を制御するための制御手段とを備え、
   前記制御手段は、加えられる回転及び／又は振動を変更するための調節手段を有し、
   前記調節手段は、ドリルが通過する物質の状況に応答し、
   前記調節手段は、前記ドリルビット及びそれに接触する被掘削物質における共振を獲得及び維持するように、前記ドリルビットに加えられた回転及び振動をさらに制御し、
   前記ドリルビット制御方法は、前記ドリルビット及びそれに接触する被掘削物質の間の共振を獲得及び維持するため、次のステップに従い、前記ドリルビットに対して適切な荷重パラメータを決定する。
   Ａ）被掘削物質と共振しそして相互作用するときドリルビットの振幅限界を決定し、
   Ｂ）適切な周波数掃引範囲を推定し、
   Ｃ）共振曲線の形状を推定し、
   Ｄ）共振曲線上の最大値よりも小さい点で、共振曲線上の最適共振周波数を選択し、
   Ｅ）この最適共振周波数に基づいてドリルビットを駆動する。
2. 前記ドリルビットは、物質に衝撃を加えて始めの巨視亀裂を生成し、その後、前記ドリルビットはさらに回転及び衝撃を物質に加えて、さらなる巨視亀裂を生成し、
   前記ドリルビットの回転及び振動動作を同調させて、前記ドリルビットの前方に局所的な動的亀裂伝播領域を生成し、生成された巨視亀裂の接続を促進する請求項１に記載のドリルビット制御方法。
3. 回転及び高周波振動が可能なドリルビットと、前記ドリルビットに加えられる回転及び／又は振動を制御するための制御手段とを備える掘削装置であって、
   前記制御手段は、加えられる回転及び／又は振動を変更するための調節手段を有し、前記調節手段は、ドリルが通過する物質の状況に応答し、
   前記制御手段は、ダウンホール所在地にある装置に取り付けられて用いられ、そして物質の特性のダウンホール計測を行うためのセンサを有し、これにより前記掘削装置は閉ループリアルタイム制御の下で孔を操作可能であり、
   前記掘削装置は、
   被掘削物質と共振しそして相互作用するとき前記ドリルビットの振幅限界を決定する手段と、
   前記ドリルビットに荷重を掛けるため適切な周波数掃引範囲を推定する手段と、
   共振曲線の最大値よりも小さい点における、共振曲線の最適共振周波数を選択する手段と、
   この最適共振周波数に基づいて前記ドリルビットを駆動する手段とをさらに備える
   掘削装置。
4. 前記制御手段は、始めの巨視亀裂を生成するために物質に衝撃を加えるように前記ドリルビットを制御し、前記制御手段は、さらなる巨視亀裂をさらに生成するため、物質に衝撃を加え、そして回転するように前記ドリルビットをさらに制御し、前記制御手段は、前記ドリルビットの前方に局所動的亀裂伝播領域を生成するため、生成された巨視亀裂の接続を促進するように前記ドリルビットの回転及び振動動作を同調させる請求項３に記載の掘削装置。

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