JP6980227B2 - 連続掘削システム - Google Patents

Description

本発明は、連続掘削システムに関する。

従来、海底掘削を船上から行う方法として、例えば特許文献１に示されるように、ドリルストリングの先端に掘削ビットを備え、その掘削ビットの直上のドリルストリングに着脱可能な孔口先端装置が外嵌され、さらに孔口先端装置で孔口支持筒を装着した状態で海底まで下降する方法が知られている。この場合には、孔口支持筒を海底に着床させて設置した後、その孔口先端装置に対してドリルストリングを切り離して、掘削ビットの回転とともにドリルストリングを下降させる連続的な掘削が行える掘削方法となっている。

従来の孔口先端装置では、例えば水深が３０００ｍより浅い浅深度の場合において、孔口先端装置を遠隔操作体を伴って下降させ、孔口先端装置が海底に着床したタイミングで、ドリルストリング全体を回転させることにより孔口先端装置の本体と軸部を切り離す機構を備えている。切り離されたドリルストリングは、軸部が装着された状態のまま本体に対して上下に移動されるようになっている。
この場合には、従来のような孔口支持筒に対して孔口先端装置を切り離す構造ではないので、ドリルストリングに装着された孔口先端装置を孔口支持筒に対して切り離し、一旦、孔口先端装置とともにドリルストリングを船上に引き上げて、孔口先端装置を取り外したドリルストリングを再度、海底に設置される孔口支持筒の内側に配置して掘削するというパイプの揚降することによる盛り替えにかかる作業工程が不要となり、作業時間と費用の低減が図れる利点がある。

特開２００４−８４１９９号公報

しかしながら、孔口先端装置を使用し、孔口先端装置の本体と軸部とを回転により切り離す従来の連続掘削方法では、遠隔操作体を伴った３０００ｍより浅い浅深度での設置作業に限定されていた。これは、３０００ｍ以上の大深度の場合には、水中カメラを併用しての作業となるため、ドリルストリングを回転させると水中カメラ用のケーブルがドリルパイプに巻き込むという問題があった。

また、前述のような大深度の場合には、船上のドリルストリングの吊り点と海底面との距離が非常に大きくなってドリルストリングの総延長が長くなるため、ドリルストリングを船上で回転させた回数と海底面のリリースポイントとの回転数が合わないことが起こりやすく、コントロールが非常に困難となっていた。
つまり、実際には孔口先端装置上での回転数が５回程度であっても船上で２０回近く回さないと回転しないことが多く、また回転トルクを継続してかけておく必要があってもどの程度トルクが孔口先端装置側に付与されているかが不明な場合が多いことから、回転により切り離す従来の機構は不向きであり、その点で改善の余地があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、ドリルストリングを回転させることなく孔口ケーシングと装着筒との着脱させることができ、深海であってもドリルストリングに近傍のケーブルが巻き込まれることを防止できる連続掘削システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る連続掘削システムは、海底地盤に掘削される掘削孔の孔口に設置される筒状の孔口ケーシングと、海上から吊り下ろされるドリルストリングに接続された筒状のツールステムと、前記ツールステムに外嵌され、かつ前記孔口ケーシングの内側に着脱可能に設けられた装着筒と、前記装着筒から径方向の外側に突出して前記孔口ケーシングの内面に係止する係止突部と、前記装着筒から径方向の内側に突出して前記ツールステムに係止する凸部と、前記ツールステムの挿通孔内における前記装着筒及び前記孔口ケーシングが装着されるプラグ設置位置に挿入されるロックプラグ及びアンロックプラグと、を備え、前記ロックプラグは、前記挿通孔内の前記プラグ設置位置に挿入され、前記挿通孔内に流体を流したときに、前記係止突部が突出して前記孔口ケーシングの内面に係止するとともに、前記凸部が突出して前記ツールステムに係止してロック状態とし、前記アンロックプラグは、前記ロックプラグと入れ替えて前記挿通孔内の前記プラグ設置位置に挿入され、前記挿通孔内に流体を流したときに、前記係止突部を前記孔口ケーシングから切り離すとともに、前記凸部を前記ツールステムから切り離し、前記ロック状態を解除することを特徴としている。

本発明では、船上にて孔口ケーシングの所定位置にツールステムを備えた装着筒を配置した後、ロックプラグをツールステムの挿通孔内のプラグ設置位置に挿入し、例えば海水や掘削流体等の流体を流すことで、装着筒から径方向の外側に係止突部を突出させて孔口ケーシングの内側に係止させる。これにより装着筒に孔口ケーシングが装着されたロック状態なる。そして、ロックプラグを引き上げた後、ロック状態のまま装着筒とともに孔口ケーシングをドリルストリングによって海底地盤まで吊り下ろし、着底させることができる。着底後において孔口ケーシングを装着筒から切り離す際には、アンロックプラグを船上からドリルストリングを介してツールステムに投げ入れ、プラグ設置位置にセット可能となる。その後、船上から流体を送ることでロック状態を解除できる。

このように、本発明では、従来のようにドリルストリングを回転させることなく、装着筒と孔口ケーシングとのロック状態を解除することが可能となるため、例えば３０００ｍを超えるような深海での離脱作業であってもドリルストリングの回転数を管理するという困難な作業が不要となり、作業効率を向上させることができる。
また、本発明では、深海での作業で必須となる水中カメラ等の作業監視装置をドリルストリングに沿わせて配置する場合であっても、その作業監視装置のケーブルがドリルストリングの回転とともに巻き込まれるといった不具合を防ぐことができる。

また、本発明に係る連続掘削システムは、前記ロックプラグは、前記ドリルストリング内の流体を流通するプラグ流路部を有し、前記装着筒は、前記プラグ設置位置において前記プラグ流路部に連通する筒流路部を有し、前記係止突部は、前記プラグ流路部を流通する流体の圧力によって前記装着筒から突出して前記孔口ケーシングの内面に係止されることが好ましい。

このような構造によれば、船上からドリルストリング内に送り込まれる流体を使用し、その流体をツールステムの挿通孔内のプラグ設置位置に挿入されたロックプラグのプラグ流路部に流通させ、さらにその流体をプラグ流路部から装着筒の筒流路部に流通させることができる。そして、流体の圧力によって係止突部を突出させて孔口ケーシングの内側に係止させることができる。この場合には、係止突部が流体の圧力で突出する構成となるので、係止突部を出没させるための駆動部を装着筒やツールステムに搭載する必要がなく、簡単な構造となり、深海における操作が容易になる利点がある。

また、本発明に係る連続掘削システムは、前記ロック状態において、前記アンロックプラグが前記挿通孔内の前記プラグ設置位置に挿入されたときに、前記筒流路部の流体が前記プラグ流路部に向けて流出することで、前記係止突部が前記孔口ケーシングの内面より切り離すことを特徴としていてもよい。

この場合には、ロック状態において、流体を筒流路部からプラグ流路部に向けて流出させることで、係止突部に作用する圧力が低下して係止突部が径方向の内側に引き込み、係止突部が前記孔口ケーシングの内面より切り離すことができる。この場合には、係止突部が流体の圧力で容易に引き込む構成となるので、上述したように係止突部を出没させるための駆動部が不要な簡単な構造となり、深海における操作が容易になる。

また、本発明に係る連続掘削システムは、前記孔口ケーシングの内面には、前記係止突部が係止可能な係止凹部が形成されていることを特徴としてもよい。

この場合、係止突部が孔口ケーシングの内面の係止凹部に係止するので、強固にロックすることができる。

本発明の連続掘削システムによれば、ドリルストリングを回転させることなく孔口ケーシングと装着筒との着脱させることができ、深海であってもドリルストリングに近傍のケーブルが巻き込まれることを防止できる。

（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態による連続掘削システムによる海底掘削手順を示した図である。 孔口先端装置の要部を示す縦断面図である。 ツールステムを備えた装着筒の構成を示す斜視図である。 孔口先端装置の構成を示す縦断面図であって、ロック状態を示す図である。 孔口先端装置の要部を示す縦断面図であって、アンロック状態を示す図である。 孔口先端装置の要部を示す縦断面図であって、ロック状態を示す図である。 図２に示すＡ−Ａ線断面図であって、ツールステムを備えた装着筒のアンロック状態を示す縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態による連続掘削システムについて、図面に基づいて説明する。

図１（ａ）〜（ｄ）に示すように、本実施の形態の連続掘削システム１は、海底地盤Ｇの掘削を海底探査船等の船体１Ａから行うシステムである。

連続掘削システム１は、ドリルストリング１０の先端に掘削ドリル１２を備え、その掘削ドリル１２の直上のドリルストリング１０に対して孔口先端装置２が着脱可能に外嵌され、さらに孔口先端装置２によって孔口ケーシング４を装着させた状態で海底地盤Ｇまで下降させ、着床させて設置する。そして、孔口ケーシング４を設置した後、孔口先端装置２に設けられる後述する孔口ケーシング４と装着筒６を切り離して、掘削ドリル１２とともにドリルストリング１０を下降させて連続的な掘削を行うための掘削システムである。
そして、本実施の形態の連続掘削システム１では、孔口先端装置２の上方近傍に水中カメラを搭載した作業監視装置８がドリルストリング１０に沿わせるようにして船体１Ａから吊り下げられている。

船体１Ａは、前後方向の略中間部において掘削作業を行うドリルフロアと、ドリルフロア上に立設される櫓と、ドリルフロアの下方の位置において船体１Ａ下方のムーンプールに連通するプール開口部と、を備えている。プール開口部内には海面が露出しており、ドリルストリング１０、孔口先端装置２、及び孔口ケーシング４がプール開口部を通じて海中に投入され、海底地盤Ｇを掘り下げることができる。

ドリルストリング１０は、例えば１本当たりの長さが９ｍで両端がねじ加工された中空鋼管からなり、複数本を繋ぎ足しながら下降させることにより海底に掘削孔を掘削するものである。掘削中、最下端に配置されるドリルストリング１０の下端部には掘削ドリル１２が取り付けられ、掘削ドリル１２の回転によって海底地盤Ｇを掘削することができる。海底地盤Ｇの掘削を行うにあたり、ドリルストリング１０の内側には船体１Ａから流体Ｒ（海水および掘削泥水）が供給される。ドリルストリング１０の内側に供給された海水は、ドリルストリング１０内を下降してパイプ下端部に到達し、そのパイプ下端部において供給された海水の圧力によって掘削ドリル１２を回転させて海底地盤Ｇを掘削し、発生する掘り屑と供給された海水とが混合される。そして、掘削ドリル１２で海底地盤Ｇを掘削して発生した掘り屑が混合された泥水は、海中に放出される。

ここで、図２に示す符号３は、孔口先端装置２と孔口ケーシング４をロック状態に組み付ける際に、孔口ケーシング４を船体１Ａのリグフロアもしくはムーンプールで支持するためのクランプを示している。クランプ３には、周方向に間隔をあけて複数の凸状係止部３４が設けられている。これら凸状係止部３４は、径方向の内側に向けて突出可能に設けられていて、突出した状態で孔口ケーシング４の外周面４ａに形成される外周溝４１（後述する）に周方向に摺動可能に係合される。

孔口先端装置２は、船体１Ａから吊り下ろされるドリルストリング１０の下方に接続されるツールステム５と、孔口ケーシング４の内側に着脱自在に挿通される装着筒６と、ツールステム５の挿通孔５ａ内に挿通可能なロックプラグ７Ａ及びアンロックプラグ７Ｂ（図７参照）と、を備えている。

これら孔口ケーシング４、ツールステム５、装着筒６、ロックプラグ７Ａ及びアンロックプラグ７Ｂは、それぞれの中心軸線が共通軸上に位置して配置されている。以下では、この共通軸をドリル軸Ｏといい、ドリル軸Ｏから見た平面視でドリル軸Ｏに直交する方向を径方向といい、ドリル軸Ｏ周りに周回する方向を周方向という。
また、孔口ケーシング４は、ケーシングの上端に取り付けられる。

孔口ケーシング４は、略円筒状をなし、上述した孔口ケーシング４に上方から挿入された状態で一体的に連結されている。孔口ケーシング４の外周面４ａの上下方向の略中央部分には、周方向に延在する外周溝４１が形成されていて、上述したクランプ３の複数の凸状係止部３４が周方向に摺動可能に係合されている。これにより孔口ケーシング４は上下方向の移動が規制されている。なお、ここで使用するクランプ３の凸状係止部３４と外周溝４１との係合は、装着筒６と孔口ケーシング４とを組み付ける際のみに使用される。

孔口ケーシング４の内周面４ｂにおける上部には、後述する装着筒６のストッパー６２が係止可能な係止凹部４２が形成されている。係止凹部４２は、周方向全周にわたって延在する一対の円周溝を形成している。

装着筒６は、図２及び図３に示すように、ツールステム５の内側（後述するステム流路部５１）に連通する筒流路部６５を有する筒本体６１と、筒本体６１の外周面６１ａから径方向の外側に突出可能なストッパー６２（係止突部）と、筒本体６１の外周面６１ａに沿って上下移動可能に設けられストッパー６２を径方向に進退移動させるスライドリング６３と、筒本体６１の上部に設けられツールステム５の外周面５ｂに着脱可能なステム用クランプ６４と、径方向の内側（筒本体６１の内面）に突出可能なインターナルストッパー６６（凸部）と、を備えている。

筒本体６１は、図４乃至図６に示すように、下端部分において、径方向の外側に張り出すとともに、ストッパー６２を下方から支持するフランジ部６１１を有している。フランジ部６１１の内側には回転阻止片６１４が設けられ、ツールステム５には回転阻止片６１４を周方向に回転不能に係合するキー溝５４が形成されている。また、筒本体６１には、フランジ部６１１の上方に位置する胴部６１２において、ストッパー６２が配置される部分（外周面６１２ａ）の上方に周方向に沿って延在する案内溝６１３が形成されている。

案内溝６１３は、外周側の開口がスライドリング６３によって液密に覆われ、内部に流体Ｒが流入可能に設けられている。スライドリング６３の摺動片６３２（後述する）は、案内溝６１３内で流体Ｒの圧力に応じて上下方向に摺動するように構成されている。案内溝６１３の溝内空間は、前記摺動片６３２によって上下の領域が仕切られて画成されている。
つまり、摺動片６３２が案内溝６１３の上端に位置（これをアンロック位置Ｐ２という）しているときには、摺動片６３２の下側に形成される下溝空間６１３ｂに流体Ｒが圧入された状態となる。一方、摺動片６３２が案内溝６１３の下端に位置（これをロック位置Ｐ１という）しているときには、摺動片６３２の上側に形成される上溝空間６１３ａに流体Ｒが圧入された状態となる。
ここで、本実施の形態で採用される流体Ｒは、図１に示す船体１Ａからドリルストリング１０内に送り込まれる流体Ｒである。

図７に示すように、案内溝６１３における溝底面の上部と下部には、それぞれ筒流路部６５（後述する第１流路６５Ａ、及び第２流路６５Ｂ）に接続する流路穴６１３Ａ、６１３Ｂが設けられている。つまり、第１流路穴６１３Ａと第２流路穴６１３Ｂは、それぞれスライドリング６３の摺動片６３２によって画成される上溝空間６１３ａ（図６参照）と下溝空間６１３ｂに連通している。

筒本体６１の内側に設けられる上述した筒流路部６５は、一端が案内溝６１３に連通するとともに、他端がツールステム５の内側（図２に示す第１プラグ流路部７１）に連通する第１流路６５Ａと第２流路６５Ｂとを有している。摺動片６３２がアンロック位置Ｐ２にあるときに、ツールステム５内から第１流路６５Ａを通じて上溝空間６１３ａ内に流体Ｒが流入すると、その流体Ｒの圧力によって、第２流路６５Ｂを通じて下溝空間６１３ｂの流体Ｒがツールステム５へ流出するとともに、摺動片６３２が下方に向けて移動する。

ストッパー６２は、図５及び図６に示すように、周方向に間隔をあけて複数設けられ、それぞれ径方向の外側に突出可能に装着筒６の胴部６１２の外周面６１２ａに配置されている。ストッパー６２は、胴部６１２の外周面６１２ａとの間にスライドリング６３のリング本体６３１の下部の押込み部６３１ｂが押し込まれるように設けられている。そして、押込み部６３１ｂが胴部６１２との間に押し込まれると、図６に示すように、ストッパー６２が胴部６１２の外周面６１２ａから離反する方向（径方向の外側）に向けて突出し、孔口ケーシング４の内周面４ｂに形成されている係止凹部４２に係止されてロック位置Ｐ１となる。そのため、ストッパー６２の突出長は、リング本体６３１の厚さ寸法に相当している。また、押込み部６３１ｂがストッパー６２と胴部６１２との間から外れると、ストッパー６２が拘束されないフリーな状態となり、孔口ケーシング４の係止凹部４２との係止が外れてロック状態が解除されたアンロック位置Ｐ２（図５参照）となる。

また、図５及び図６に示すように、装着筒６の胴部６１２には、周方向に間隔をあけて上述したストッパー６２と周方向に重ならない位置において、径方向の内側（筒本体６１の内面）に突出可能なインターナルストッパー６６が複数設けられている。インターナルストッパー６６は、図６に示すように、スライドリング６３がロック位置Ｐ１にあるときには、スライドリング６３の押込み部６３１ｂによって内側に突出し、ツールステム５の外周面５ｂに形成されている第２係止凹部５３に係止して、装着筒６とツールステム５とがロック状態となる。また、インターナルストッパー６６は、図５に示すように、スライドリング６３がアンロック位置Ｐ２にあるときには拘束されないフリーな状態となり、装着筒６とツールステム５とがアンロック状態となる。

スライドリング６３は、筒本体６１の案内溝６１３の開口を覆うとともに、胴部６１２に外周面６１２ａに沿って上下に移動可能に外嵌されたリング本体６３１と、リング本体６３１の内面６３１ａに設けられ、案内溝６１３内の流体Ｒの圧力によって上下方向に摺動する摺動片６３２と、リング本体６３１の上部において筒本体６１の上部に係止可能な係止ピン６３３と、を有している。

リング本体６３１は、筒本体６１の胴部６１２における案内溝６１３の上下の位置でパッキンによって液密に接触しており、スライドリング６３が上下移動しても案内溝６１３内の流体Ｒが漏出しないように液密状態が維持されている。リング本体６３１の下端は、下方に向かうに従い漸次、内側となるテーパ６３１ｃが形成され、そのテーパ６３１ｃの形状によってストッパー６２と胴部６１２の外周面６１２ａとの間に押し込み易くなっている。

摺動片６３２は、リング本体６３１の内面６３１ａにおける上下方向の中央部分に周方向の全周にわたって径方向の内側に突出している。摺動片６３２の突出長は、案内溝６１３の深さ寸法と同等となっており、摺動片６３２の突出端６３２ａが案内溝６１３の底面６１３ｃに対して液密に当接している。

摺動片６３２は、図６に示すように、リング本体６３１の押込み部６３１ｂがストッパー６２と胴部６１２との間の所定位置に押し込まれたロック位置Ｐ１のときに、案内溝６１３の下端６１３ｄに当接する位置となる。また、図５に示すように、摺動片６３２は、押込み部６３１ｂがストッパー６２と胴部６１２との間から外れたアンロック位置Ｐ２のときに、案内溝６１３の上端６１３ｅに当接する位置となる。すなわち、摺動片６３２は、案内溝６１３の上溝空間６１３ａに流体Ｒが送り込まれたときに案内溝６１３の下端６１３ｄに当接し、下溝空間６１３ｂに流体Ｒが送り込まれたときに案内溝６１３の上端６１３ｅに当接する。

ステム用クランプ６４は、図２に示すように、周方向に延在し、ツールステム５の外周面５ｂを外側から着脱可能に把持する構成となっている。

ツールステム５は、図２及び図７に示すように、筒状をなし、上端及び下端がドリルストリング１０に接続され、内側に装着筒６を孔口ケーシング４に対してロックするためのロックプラグ７Ａ（図２参照）、及び孔口ケーシング４に対する装着筒６のロック状態を解除するためのアンロックプラグ７Ｂ（図７参照）の２種類のプラグが挿入される挿通孔５ａが形成されている。

ツールステム５の上下方向の中央部分には、一端が外周面５ｂに開口して装着筒６の筒本体６１に設けられている筒流路部６５（第１流路６５Ａ、第２流路６５Ｂ）に連通可能で、他端が挿通孔５ａに開口してロックプラグ７Ａの第１プラグ流路部７１、及びアンロックプラグ７Ｂの外周部に形成される第２プラグ流路部７２にそれぞれ連通可能なステム流路部５１が設けられている。

また、ステム流路部５１には、逆止弁５２が設けられている。この逆止弁５２は、ステム流路部５１から筒流路部６５に流れた流体Ｒがステム流路部５１に逆流して戻らないように規制する弁である。
挿通孔５ａには、ロックプラグ７Ａ及びアンロックプラグ７Ｂが所定の挿入位置で位置決めされるように支持するプラグ支持部５５が形成されている。

ロックプラグ７Ａは、図２に示すように、一端の第１流路口７１ａがツールステム５の挿通孔５ａ内に接続され、かつ他端の第２流路口７１ｂがステム流路部５１及び装着筒６の第１流路６５Ａに連通する第１プラグ流路部７１を有している。ロックプラグ７Ａは、ツールステム５の挿通孔５ａ内に挿入され図示しないプラグ支持部に係止する位置で、第１プラグ流路部７１の第２流路口７１ｂがツールステム５の内側に開口するステム流路部５１の流路口に接続する。

アンロックプラグ７Ｂは、図５に示すように、上述したロックプラグ７Ａと入れ替えてツールステム５の挿通孔５ａ内に挿入される。
アンロックプラグ７Ｂは、外周側で挿通孔５ａとの間に形成され、かつステム流路部５１及び装着筒６の第２流路６５Ｂに連通する第２プラグ流路部７２を形成している。アンロックプラグ７Ｂは、ツールステム５の挿通孔５ａ内に挿入されプラグ支持部に係止する位置で、第２プラグ流路部７２がツールステム５の内側に開口するステム流路部５１の流路口に接続する。

図１（ｂ）に示すように、作業監視装置８は、水中カメラ８０を搭載した装置本体８１と、ドリルストリング１０を挿通させて装置本体８１を固定しドリルストリング１０に沿って上下移動可能なガイド筒８２と、装置本体８１を船体１Ａから吊り下げるケーブル８３と、を有している。装置本体８１は、孔口先端装置２の上方に位置するように船体１Ａよりケーブル８３を上下に移動させることで配置されている。

次に、上述した連続掘削システム１を用いて海底地盤Ｇを掘削する手順と、連続掘削システム１の作用について図面に基づいて説明する。
図１（ａ）に示すように、海底地盤Ｇの掘削にあたり、孔口先端装置２を使用して海底地盤Ｇに孔口ケーシング４を設置する。
先ず、船体１Ａにおいて、孔口ケーシング４に対する所定位置にツールステム５を備えた装着筒６を配置した後、図２に示すように、ロックプラグ７Ａをツールステム５の挿通孔５ａ内に挿入し、ロック位置Ｐ１（図４参照）に配置する。上記所定位置とは、装着筒６のストッパー６２と孔口ケーシング４の内面に形成される係止凹部４２とが水平方向に対向する位置である。なお、この船体１Ａでの作業時において、ツールステム５の上端には適宜な本数のドリルストリング１０が接続されていてもよい。また、ツールステム５の下端にも適宜な本数のドリルストリング１０および掘削ドリル１２が設けられている。ここで、掘削ドリル１２の直上には、ドリル駆動用のモータ（図示省略）が設けられている。

このときツールステム５は、装着筒６に対して所定の固定位置で装着され、ステム流路部５１が装着筒６の筒流路部６５と連通した状態で配置されている。なお、この状態では、装着筒６のストッパー６２は径方向の外側に突出していない状態（アンロック位置Ｐ２）であり、スライドリング６３がストッパー６２に接触しない上方の位置に配置されている。

次に、ツールステム５の挿通孔５ａ内に船体１Ａから流体Ｒを送り込むと、その流体Ｒがロックプラグ７Ａの第１プラグ流路部７１を流通する。つまり、ロックプラグ７Ａ内では、第１プラグ流路部７１の第１流路口７１ａから第２流路口７１ｂに向けて流体Ｒが流れる。その流体Ｒは、第２流路口７１ｂに接続されるツールステム５のステム流路部５１を通過して装着筒６の第１流路６５Ａに流入する。このとき装着筒６の第２流路６５Ｂには、ロックプラグ７Ａ内の第１プラグ流路部７１を流通する流体Ｒが流れないようになっている。

図２に示すように、第１流路６５Ａを流通した流体Ｒは、装着筒６の案内溝６１３の上溝空間６１３ａ内に流入し、その流体Ｒの圧力によりスライドリング６３の摺動片６３２が押し下げられる。これにより、スライドリング６３が下方にスライドしてストッパー６２と装着筒６の胴部６１２との間に上方から押し込まれ、ストッパー６２が径方向の外側に突出して孔口ケーシング４の内面に形成される係止凹部４２に係止する。同時にインターナルストッパー６６も働き、ツールステム５と装着筒６をロックする。これにより、ツールステム５を備えた装着筒６によって一体的に設けられた孔口ケーシング４がロックされた状態で装着される。このとき、ロック側・アンロック側はバランスするため、ロック状態が維持される。さらに、装着筒６に設けられた係止ピン（図示省略）をツールステム５の外周に挿入させて係止する。

続いて、図１（ｂ）に示すように、孔口先端装置２に装着した孔口ケーシング４を、ツールステム５の上端にドリルストリング１０を順次継ぎ足しながら海底に向けて下降させ海底地盤Ｇまで吊り降ろし、着底させる。このとき、孔口先端装置２の直上の位置には、ドリルストリング１０に沿わせながら水中カメラ８０を搭載した作業監視装置８を同時に吊り下ろし、孔口先端装置２の状態を船体１Ａで監視できるようにする。
そして、孔口ケーシング４の下端が着底するタイミングで、孔口ケーシング４から少し出ている掘削ドリル１２によって海底地盤Ｇを掘削しながら、孔口ケーシング４を海底地盤Ｇ中に埋設を開始する。

次に、孔口ケーシング４の着底後に装着筒６を孔口ケーシング４から切り離す工程について説明する。
先ず、図２に示すように船上で固定した後、ツールステム５の挿通孔５ａ内に挿入されているロックプラグ７Ａを引き上げる。
なお、ロックプラグ７Ａを引き上げても、上述したようにロック状態は維持されている。

続いて、図５に示すように、ツールステム５のプラグ設置位置にアンロックプラグ７Ｂが配置され、装着筒６の第２流路６５Ｂがアンロックプラグ７Ｂの第２プラグ流路部７２に連通した状態になる。そして、ツールステム５の挿通孔５ａ内に船体１Ａから流体Ｒが送り込まれると、その流体Ｒがアンロックプラグ７Ｂの外周側に形成される第２プラグ流路部７２を流通する。その流体Ｒは、ツールステム５のステム流路部５１内に流入してさらに装着筒６の第２流路６５Ｂに流入する。このとき装着筒６の第１流路６５Ａには、アンロックプラグ７Ｂ内の第２プラグ流路部７２を流通する流体Ｒが流れないようになっている。

第２流路６５Ｂを流通した流体Ｒは、装着筒６の案内溝６１３の下溝空間６１３ｂ内に流入し、その流体Ｒの圧力によりスライドリング６３の摺動片６３２が押し上げられる。これにより、スライドリング６３が上方にスライドしてストッパー６２と装着筒６の胴部６１２との間から外れ、ストッパー６２が外れ、孔口ケーシング４の係止凹部４２に対する係止状態が解除され、ロック状態が解除され、アンロック位置Ｐ２となる。これにより、ツールステム５を備えた装着筒６を、孔口ケーシング４に一体的に設けられた孔口ケーシング４から切り離すことができる。
また、スライドリング６３が上方にスライドすることにより、ストッパー６２のロック解除と同時に、図５に示すように、ツールステム５をロック状態とするインターナルストッパー６６によるロックも解除される。
なお、スライドリング６３は、上昇位置に押し上げられた位置でばねによって付勢された係止ピン６３３が筒本体６１の胴部６１２に係止することで、上昇位置が保持され、アンロック状態が維持される。

次に、図１（ｃ）に示すように、装着筒６を孔口ケーシング４に載せた状態で、装着筒６からツールステム５を切り離し、その切り離したツールステム５をドリルストリング１０とともに下降させつつ、掘削ドリル１２で海底地盤Ｇを掘削する。

さらに掘削ドリル１２を使用して所定深度の掘削が完了した後には、図１（ｄ）に示すように、掘削ドリル１２をドリルストリング１０及び拘束されずにフリーな状態になっている装着筒６とともに引き上げて、一連の掘削作業が完了となる。

このように上述した連続掘削システム１では、図１（ａ）〜（ｄ）に示すように、従来のようにドリルストリング１０を回転させることなく、装着筒６と孔口ケーシング４とのロック状態を解除することが可能となる。本連続掘削システム１は、深度にとらわれることなく使用できるが、特に例えば３０００ｍを超えた７０００ｍのような深海での離脱作業であってもドリルストリング１０の回転数を管理するという困難な作業が不要となり、作業効率を向上させることができる。
また、本実施の形態では、深海での作業で必須となる水中カメラ等の作業監視装置８をドリルストリング１０に沿わせて配置する場合であっても、その作業監視装置８のケーブル８３がドリルストリング１０の回転とともに巻き込まれるといった不具合を防ぐことができる。

また、本実施の形態の連続掘削システム１では、図２及び図７に示すように、海上からドリルストリング１０内に送り込まれる流体Ｒを使用し、その流体Ｒをツールステム５の挿通孔５ａ内のプラグ設置位置に挿入されたロックプラグ７Ａ及びアンロックプラグ７Ｂのプラグ流路部７１、７２に流通させ、さらにその流体Ｒをプラグ流路部７１、７２から装着筒６の筒流路部６５に流通させることができる。そして、流体Ｒの圧力によってストッパー６２を突出させて孔口ケーシング４の内側に係止させることができる。
この場合には、ストッパー６２およびインターナルストッパー６６が流体Ｒの圧力で突出する構成となるので、ストッパー６２を出没させるための駆動部を装着筒６やツールステム５に搭載する必要がなく、簡単な構造となり、深海における操作が容易になる利点がある。

さらに、本実施の形態では、ロック状態において、ストッパー６２およびインターナルストッパー６６にかかる流体Ｒを筒流路部６５から流すことで、ストッパー６２に作用する圧力が低下してストッパー６２が径方向の内側に引き込み、ストッパー６２が前記孔口ケーシング４の内面より切り離すことができる。この場合には、ストッパー６２が流体の圧力で容易に引き込む構成となるので、上述したようにストッパー６２を出没させるための駆動部が不要な簡単な構造となり、深海における操作が容易になる。

また、本実施の形態では、ストッパー６２が孔口ケーシング４の内面の係止凹部４２に係止するとともに、インターナルストッパー６６もツールステム５の内面に対して係合することで、強固にロックすることができる。さらに、装着筒６に設けられた係止ピン（図示省略）をツールステム５の外周に挿入させて係止する構成であるため、所定の圧力がかからなければアンロックとすることはできない。

上述のように本実施の形態による連続掘削システム１では、ドリルストリング１０を回転させることなく孔口ケーシング４と装着筒６との着脱させることができ、深海であってもドリルストリング１０に近傍のケーブルが巻き込まれることを防止できる。

以上、本発明による連続掘削システムの実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、本実施の形態では、装着筒６のストッパー６２を突出方向に進退移動させる手段として、ロックプラグ７Ａとアンロックプラグ７Ｂのプラグ流路部７１、７２と筒流路部６５に流体Ｒを流通させ、流体Ｒの圧力でストッパー６２を駆動しているが、このような流体Ｒを用いる方法に限定されることはない。例えば、ロックプラグ７Ａとアンロックプラグ７Ｂをツールステム５の挿通孔５ａの所定の位置に挿入されたときに、機械的にスライドリング６３を押し下げてストッパー６２を突出させるような構成とすることも可能である。

また、本実施の形態では、作業監視装置８をドリルストリング１０に沿わせて常に孔口先端装置２の上方近傍に配置して、上述したような装着筒６と孔口ケーシング４とのロックやアンロックの作業を監視しているが、このような作業監視装置８を設けることに限定されることはない。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

１ 連続掘削システム
２ 孔口先端装置
３ クランプ
４ 孔口ケーシング
５ ツールステム
５ａ 挿通孔
６ 装着筒
７Ａ ロックプラグ
７Ｂ アンロックプラグ
８ 作業監視装置
１０ ドリルストリング
１２ 掘削ドリル
４２ 係止凹部
５１ ステム流路部
５２ 逆止弁
５５ プラグ支持部
６１ 筒本体
６２ ストッパー（係止突部）
６３ スライドリング
６３２ 摺動片
６５ 筒流路部
６５Ａ 第１流路
６５Ｂ 第２流路
６６ インターナルストッパー（凸部）
７１ 第１プラグ流路部
７２ 第２プラグ流路部
Ｇ 海底地盤
Ｐ１ ロック位置
Ｐ２ アンロック位置

Claims (4)

1. 海底地盤に掘削される掘削孔の孔口に設置される筒状の孔口ケーシングと、
   海上から吊り下ろされるドリルストリングに接続された筒状のツールステムと、
   前記ツールステムに外嵌され、かつ前記孔口ケーシングの内側に着脱可能に設けられた装着筒と、
   前記装着筒から径方向の外側に突出して前記孔口ケーシングの内面に係止する係止突部と、
   前記装着筒から径方向の内側に突出して前記ツールステムに係止する凸部と、
   前記ツールステムの挿通孔内における前記装着筒及び前記孔口ケーシングが装着されるプラグ設置位置に挿入されるロックプラグ及びアンロックプラグと、
   を備え、
   前記ロックプラグは、前記挿通孔内の前記プラグ設置位置に挿入され、前記挿通孔内に流体を流したときに、前記係止突部が突出して前記孔口ケーシングの内面に係止するとともに、前記凸部が突出して前記ツールステムに係止してロック状態とし、
   前記アンロックプラグは、前記ロックプラグと入れ替えて前記挿通孔内の前記プラグ設置位置に挿入され、前記挿通孔内に流体を流したときに、前記係止突部を前記孔口ケーシングから切り離すとともに、前記凸部を前記ツールステムから切り離し、前記ロック状態を解除することを特徴とする連続掘削システム。
2. 前記ロックプラグは、前記ドリルストリング内の流体を流通するプラグ流路部を有し、
   前記装着筒は、前記プラグ設置位置において前記プラグ流路部に連通する筒流路部を有し、
   前記係止突部は、前記プラグ流路部を流通する流体の圧力によって前記装着筒から突出して前記孔口ケーシングの内面に係止されることを特徴とする請求項１に記載の連続掘削システム。
3. 前記ロック状態において、前記アンロックプラグが前記挿通孔内の前記プラグ設置位置に挿入されたときに、前記筒流路部の流体が前記プラグ流路部に向けて流出することで、前記係止突部が前記孔口ケーシングの内面より切り離すことを特徴とする請求項２に記載の連続掘削システム。
4. 前記孔口ケーシングの内面には、前記係止突部が係止可能な係止凹部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の連続掘削システム。

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