JP6786069B2 - 坑井掘削用ビット及びそれを用いた坑井掘削方法 - Google Patents
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Description
ビットボディ2は、略従来のPDCビットと同様であり、掘削する坑底の岩盤と接触する下端付近の外表面に複数のダイヤモンド焼結体のチップからなるPDCカッターが固着されている(図示せず)。このビットボディ2は、掘削流体の流れによってシャフトを回転させるマッドモーターにより回転駆動され、硬質なPDCカッターの刃先により岩石を削り取って破壊しながら坑井を掘削する機能を有している。
流路3は、地上や海上に設置されたマッドポンプ(泥水ポンプ)などのポンプ(図示せず)と接続され、掘削流体を流通させるための流路である。そして、この流路3のビットボディ2の上部には後述のチョークセクション(Choke Section)となる断面積が減少する縮径部(図1の破線楕参照)が形成されたベンチュリ管VPが設けられている。
次に、図3を用いて、ベンチュリの原理について簡単に説明する。図3は、ベンチュリの原理を示す説明図である。図3に示すように、流体の流路にチョークセクションA(Choke Section)となる断面積が減少する縮径部が形成されたベンチュリ管VPを設けると、ベンチュリ効果により、矢印の大きさで示すように、チョークセクションAで流速が速くなる。
次に、図6、図7を用いて、本発明の第2実施形態に係る坑井掘削用ビット1’について説明する。図6は、本発明の第2実施形態に係る坑井掘削用ビット1’の掘削モードを模式的に示す鉛直断面図であり、図7は、坑井掘削用ビット1’の減圧モードを模式的に示す鉛直断面図である。
ビットボディ2’は、略従来のPDCビットと同様であり、掘削する坑底の岩盤と接触する下端付近の外表面にダイヤモンド焼結体のチップからなる複数のPDCカッター20’が固着されている。このビットボディ2’は、この硬質なPDCカッター20’の刃先により岩石を削り取って破壊しながら坑井を掘削する機能を有している。
流路3’は、地上や海上に設置されたマッドポンプなどのポンプ(図示せず)と接続され、掘削流体を流通させるための流路である。そして、この流路3’のビットボディ2’の上部には後述のチョークセクション(Choke Section)となる断面積が減少する縮径部が形成されたベンチュリ管VP1が設けられている。
次に、図1、図2、図6、図7を用いて、本発明の実施形態に係る坑井掘削方法について簡単に説明する。
2,2’ :ビットボディ
20’ :PDCカッター
3,3’ :流路
31、31’ :第1流路
31a,31a’ :センター流路
31b,31b’ :ビットノズル流路
31c,31c’ :センターノズル
31d,31d’ :ビットノズル
32、32’ :第2流路
33、33’ :第3流路
SP1,SP2 :スライドポート
CB :チャンバー
4 :ビストン
40 :ピストン本体
41,42 :連通孔
S :コイルスプリング
VP,VP1 :ベンチュリ管
DB :ドロップボール
DP :ドロップボール受け
A :チョークセクション
Claims (7)
- 円柱状のビットボディと、このビットボディ内に形成され、坑底や前記ビットボディ周辺から掘削屑を押し流す掘削流体の流路と、を備えて岩盤を掘削するための坑井掘削用ビットであって、
前記流路に断面積が減少する縮径部が形成されたベンチュリ管を有し、ベンチュリ効果により前記ビットボディの先端周辺に周囲より減圧された減圧領域を発生可能なベンチュリ機構を備えること
を特徴とする坑井掘削用ビット。 - 前記流路は、前記ベンチュリ管と前記ビットボディの先端付近の外表面とを連通する第1流路と、前記ベンチュリ管と前記ビットボディの先端付近を除く外表面とを連通する第2流路と、前記ビットボディの先端付近の外表面と前記第2流路とを連通する第3流路と、を備え、
前記第1流路と前記第2流路とは、一方が開放されると他方が閉塞されるように切り替え自在に構成され、
前記ベンチュリ機構は、前記第2流路を開放したときに前記掘削流体が第2流路を流れる流速で第3流路内に前記掘削流体を吸引して前記減圧領域を発生させるものであること
を特徴とする請求項1に記載の坑井掘削用ビット。 - 前記流路の前記第1流路と前記第2流路の切り替えは、スライドポートの開閉により行うこと
を特徴とする請求項2に記載の坑井掘削用ビット。 - 前記流路の前記第1流路と前記第2流路との切り替えは、球体からなるドロップボールで前記第1流路を閉塞するか否かにより行うこと
を特徴とする請求項2に記載の坑井掘削用ビット。 - 前記ビットボディの外表面にダイヤモンド焼結体のチップからなるPDCカッターが固着されたPDCビットであること
を特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の坑井掘削用ビット。 - 請求項1ないし5のいずれかに記載の坑井掘削用ビットを用いて、高温かつ硬質の岩盤に坑井を掘削する坑井掘削方法であって、
前記ビットボディの先端周辺に前記減圧領域を発生させて前記掘削流体を減圧沸騰させ、前記掘削流体が蒸発した際の蒸発潜熱で前記岩盤を急冷し、その急冷部分と他の部分との熱応力差で前記岩盤に亀裂を発生させて掘削すること
を特徴とする坑井掘削方法。 - 請求項2ないし4のいずれかに記載の坑井掘削用ビットを用いて、高温かつ硬質の岩盤に坑井を掘削する坑井掘削方法であって、
前記第1流路を開放して前記掘削流体を前記第1流路に流通させる掘削モードと、前記第2流路を開放して前記掘削流体を前記第2流路に流通させる減圧モードと、を交互に繰り返し、前記減圧モードで前記ビットボディの先端周辺に前記減圧領域を発生させて前記掘削流体を減圧沸騰させ、前記掘削流体が蒸発した際の蒸発潜熱で前記岩盤を急冷し、その急冷部分と他の部分との熱応力差で前記岩盤に亀裂を発生させ、その後、前記掘削モードで掘削すること
を特徴とする坑井掘削方法。
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