JPH02266087A - 掘削装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は掘削装置に関し、より詳細には、掘削工具と、
工具を駆動する手段と、工具に及ぼされる力を制御する
装置とを備えた掘削装置に関する。

〔従来技術および発明が解決しようとする課題〕油井又
はガス井のための石油掘削技術はよく知られているが、
これらの技術は、例えば海洋構造用の基礎又は固定体と
して使用されるパイルの設置するための、例えば、１．
５０ｍ以上の大径のポーリング操作に適用した場合、多
くの欠点を生じる。

実際、この種類の掘削では、工具を表面まで延びている
掘削ロンドの連続体の基部に固定する。

この連続体の上部分は一般に掘削船に設けられた回転テ
ーブルにより駆動される正方形断面の要素よりなる。こ
のロンドは回転テーブルにおいて摺動して工具を昇降さ
せることができる。

工具レベルでの回転駆動は同様にタービンにより行うこ
とができる。

工具にかかる重量はウィンチから吊されたケーブルに連
結されているロンド連続体の先頭で及ぼされる張力を差
引いた掘削ロンド連続体および工具の重量に等しい。

このウィンチは定張力型のものであるのがよく、膨張（
打込み）による船の垂直方向変位にもかかわらず、張力
を所望値の近くに保つために、ウィンチと掘削ロッド連
続体の先頭との間に液圧装置を組入れるのがよい（「打
込み補償器」）。

これらの装置は、可成りの掘削深さがロンドの可撓性お
よび／または掘削孔壁部に対するロンドの摩擦により表
面における張力の変動を工具の高位で減衰することを意
味するような石油掘削操作には十分である。

しかしながら、浅い深さでは、これらの装置における慣
性は高く、掘削ロンド連続体はあまり可撓性ではないが
、工具にかかる見掛は重量は可成りの割合で変化し、従
って工具の作業を最適にすることができない一方、変動
が高くなりすぎると、ロンドが破断してしまう。

第２の公知の技術は掘削装置を固定支持体に取付けるこ
とにある。これは一般に非常に高価であり、特に固定支
持体が定着すべき構造体でない場合には制限される。こ
れは特に水面下構造体又は露出部分が据付けるべきパイ
ルの軸線上に有効作業表面を有していない構造体ではそ
うである。例えば、寸法の大きいプラントホームでは、
パイルの軸線は構造体の露出部分の縁部から約１０〜３
０ｍである。

同じ作業能で浮き支持体よりもはるかに高価な自動昇降
型の支持構造体を提供することが必要であるか、あるい
は構造体の露出部分に設けられる片持ちばり型支持体を
据えつけなげればならない。

これは基礎を築くだけで数千トンの鋼を使用することを
意味している。

最後に、第３技術は水面下掘削に関する。

これらの掘削は浮き支持体から制御することができるが
、膨張問題を回避するためには、海底を基準点としなけ
ればならない。

従って、掘削機を２部分に分けて製造しなければならず
、一方の部分は底部に位置することができるか、あるい
は底部に連結された構造体に固定することができ、他方
の部分は掘削工具を支持し、駆動し、特定の重量を工具
にかけるために、あるいは工具を制御供給速度で移動さ
せるためにジヤツキにより第１部分に連結されている。

ジヤツキが限られた移動を行う場合、段階的に作業する
ことが必要であり、ジヤツキを引込めるために基準箇所
としての部分を移動させ、低くさげて（すでに形成され
た孔の部分に対して持ち上げて）固定するためにジヤツ
キがそのストロークの終端にあるときに掘削を中断する
。

この装置は複雑であり、時間がかかり、従って高価であ
り、更らに基準部分を底部に効果的に固定することがで
きるものと思われる。

これは、予め地中に沈められ、基部、従って地盤に連結
されている配管を通して孔が初めに形成される場合、孔
が基部構造を通り、次いで初めの数メートル又は数十メ
ートルにわたって沈められているとき、海底の高位で可
能である。一般に、これは開放穴では、すなわち、岩の
場合以外、掘削孔の壁部での直接支持によって固定を達
成しなければならないときには、可能でない。

本発明の目的は無張力で制御ケーブルすなわち可撓性ケ
ーブルだけで表面に連結され、固定支持体に連結されて
いない水没掘削エンジンによって工具が地面に及ぼす力
を制御することができ、工具の高位で地盤と接触するだ
けである掘削装置を提供することである。従って、公知
種類の掘削エントンが使用される。このエンジンは水没
掘削エンジンに一体化され、例えば反対方向における工
具の回転により内部ｌ・ルク補償をするモータにより工
具を駆動するために表面からのトルクの伝達を必要とし
ない。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、掘削工具と、工具を駆動する手段と、工具
に及ぼされる力を制御する装置とを備えている掘削装置
において、上記制御装置が、掘削工具にしっかり連結さ
れ、底部分に水、また上部分に空気を収容するようにな
っている少なくとも１つの溜め部と、溜め部に収容され
た水の量を変化させる手段とよりなることを特徴とする
掘削装置を提供することによって達成される。

従って、工具が地盤に及ぼす力は掘削工具に連結された
溜め部内の水の中の見掛は重量を変化させることによっ
て制御される。

溜め部に収容された水の量を知るために測定手段を設け
るのがよい。

測定手段は、例えば、溜め部の底部と頂部との間の圧力
差を測定する手段よりなってもよい。

深さをより正確に推定するために、特に工具の供給速度
を推定するためには、測定手段は同様に所定高さの２つ
の別々な箇所間差圧を連続的に測定する手段と、外側の
圧力と特定の対向圧力との間の所定高さにおける差圧を
測定する手段とよりなるのがよい。

外側の圧力と特定の対向圧力との間の所定の高さにおけ
る差圧を測定するこれらの手段はより詳細には、弁によ
り外側に連通された包囲体と、この包囲体の外側と内側
との間の差圧を測定するセンサとよりなる。

溜め部に収容された水の量を変化させる手段は単に、包
囲体の内部と外部とをつなぐ管に設けられた少なくとも
１つのポンプよりなるのがよい。

しかしながら、重量制御の反応時間を短かくするために
、またこの目的で一方向に永久的に回転するポンプを使
用するために、管は有利には一端が包囲体の外側に連結
され、他端が包囲体の内側に連結されたバイパスを備え
ており、このバイパスには、第１弁が配置されており、
主管には、ポンプと包囲体の外側のバイパス箇所との間
に第２弁が配置され、かつ包囲体の内側と包囲体の内側
のバイパス箇所との間に第３弁が配置されており、また
包囲体の内側と主管との間には、第４弁が第２弁とポン
プとの間に配置されている。

第２実施例では、溜め部に収容された水の量を変化させ
る手段は溜め部の上部分と表面との連通を行う第２管と
、この第２管を介して溜め部を加圧する手段と、溜め部
の底部分と溜め部の外側との連通を行う手段とよりなる
。

同様に、溜め部の上部分を流体密隔壁によって２つの帯
域に分割することができ、２つの溜め部の上部分の両帯
域間を選択的に連通させるために、上記隔壁に弁が設け
られる。

かくして、表面に連結された溜め部の部分を適当なレベ
ルで加圧状態に保ち、隔壁に設けられた連通弁を開くこ
とによって全体の見掛は重量を非常に急速に軽くするこ
とができ、この作用は溜め部の他の部分内の圧力を急に
増大し、従ってその部分から水を追い出すためのもので
ある。

〔実施例〕

添付図面を参照して本発明の特定の実施例を以下に説明
する。

第１図は特に岩屑を吸い出すためのポンプを内蔵した掘
削機１の上部を示している。この掘削機１の底部分には
、掘削工具およびそれらの駆動モータが配置されている
。

同様に、掘削機」は種々のセンサを備えており、これら
のセンサのいくつかを後で詳細に説明する。

掘削機１には、円筒形溜め部２がしっかり固定されてお
り、その横断面は溜め部２が掘削機１に追従して掘削穴
を通って降下することができるような横断面である。

この溜め部２は、その底部２ａに水、その上部に空気が
、水中を移動される溜め部／掘削機組立体の重量がゼロ
になるような割合で充填されている。

溜め部２を通って（あるいは溜め部に隣接して）延びる
通路３によりケーブルすなわち可撓性線４を表面から通
して掘削機１を作動するのに必要とされる電力を移送し
て掘削流体を工具に移送したり工具から戻したりし、ま
た後述の弁の作動のために掘削機１に内蔵されたセンサ
により収集されたデータを表面に伝達するようになって
いる。

管５が溜め部２の外側をその内側に連通させており、従
ってポンプ６によって溜め部に収容された水の量を変え
ることができる。

管５に連結されたバイパス７が管５を上部分５ａ、中間
部分５ｂおよび底部分５Ｃに分割している。ポンプ６は
バイパス７により短絡された中間部分５ｂに設けられて
いる。

バイパス７には、第１弁８が配置されており、部分５ｂ
には、第２弁９がポンプ６に対して部分５ａと同じ側に
配置されており、部分５Ｃには、第３弁１０が配置され
ている。

最後に、管により、管１１に設けられた弁１２を介して
中間部分５ｂのうちのポンプ６と弁９との間の部分と溜
め部の内部とを連通させることができる。

弁８．９．１０．１２を備えた組立体は工具に及ぼされ
る重量を一定に保ったりｍｓしたりすることができるよ
うに上記諸センサにより収集されたデータに従って表面
から制御される。

ポンプ６は連続的に作動すると、弁８．９を閉じかつ弁
１０．１２を開放状態に保つために重量を一定に保てば
全く十分である。水はポンプ６によって包囲体から管部
５Ｃを通して吸出されたり、管１１を経てこの同じ包囲
体に戻されたりする。

工具に及ぼされる重量を増すには、弁８を開けば十分で
ある。水はポンプ６によって部分５ａおよびバイパス７
の両方を通して部分５ｃにより吸出されたり、管１１に
より包囲体に戻されたりする。外圧が内圧未満になる恐
れがある場合にのみ、弁１０を閉じる。

最後に、工具に及ぼされる重量を減らずには、弁９．１
０を開きかつ弁８．１２を閉じれば十分であり、そうす
れば水は包囲体内から吸出され、部分５ａを通して外側
に送出される。

センサは一方では水没組立体の見掛は重量、従って工具
に及ぼされる力、他方では装置が位置決めされる絶対深
さ又は相対深さを測定して表面に連続的に伝達する特定
の手段よりなる。

所定の溜め部の配置については、工具に及ぼされる重量
の測定は溜め部に収容された水の重量を知るのと同等で
ある。

溜め部２が一定な横断面Ｓのものであると仮定すれば、
水の重量Ｑは溜め部の底部（水）と溜め部の上部（空気
）との間の圧力差ΔＰを横断面で乗じたものに等しく、
すなわち Ｑ＝Ｓ・ΔＰ （上記式中、Ｑは工具に及ぼされる力に大体等しいとみ
なされた定数である）であり、及ぼされた力について望
まれるのと同じ正確さで、例えば、問題にならない１％
の正確さでΔＰを知れば十分である。

圧力差ΔＰは２つの圧力センサ（図示せず）によって測
定される。

工具に及ぼされる力は同様に溜め部内の水の高さによっ
て、あるいは任意の他の適当な装置によって測定するこ
とができる。

掘削深さについては、バラストの外側の圧力を測定する
だけで、水の高さが求められ、その結果、深さが求めら
れる。例えば、０．２５％の正確さで水３００ｍあたり
、測定値は絶対深さにとっては十分である７５ｃｍ以内
と推定される。

他方、２時点間の深さの変化、従って任意の所定瞬間の
掘削速度の近似値を知りたい場合、下記の２つの測定を
行うことができる。

一方、差圧Δｐｈは所定の高さｈだけ分離される２箇所
間で連続的に測定される。

他方、差圧ΔＰは所定の箇所で外圧と所定の逆圧との間
で測定される。

第２図はこれらの測定のうちの初めの測定を行う方法を
示している。

参照番号１３は矢印Ｆ１で示ずように掘削機に対して移
動する流体中の掘削機の外壁部を示している。

管１４が高さｈだけ垂直方向に間隔をへだてられた壁部
１３の２つのオリフィスを連結しており、各々のオリフ
ィスは可撓性ダイヤフラム１５により塞がれている。

差圧センサ１６により２つのオリフィス間の圧力差が測
定される。

γＷが掘削機を浸漬する流体の容量である場合、この圧
力差は装置の外側のヘッド損失がｈに比例すると仮定し
て下記式の如くである。

ΔＰ＝ｋ　−ｈ＋ｈ・γｗ＝に−ｈ 二番目の測定は第３図に示す装置によって行なわれる。

この装置はベル形包囲体１７を備えており、この包囲体
１７は差圧センサ１８によって分離された上部分１７ａ
および下部分１７ｂに分割されている。

底部分１７ｂは出来る限り可撓性ダイヤフラム１９によ
って外側から分離されており、上部分１７ａは弁２２を
設けた管２１により外側に連通されている。

センサ１８により測定された差圧は外側の圧力と帯域１
７ａの対向圧力との差圧である。

所定の瞬間１＝１０では、装置が深さＺ。にあるとき、
弁２２を開き、包囲体の部分１７ａの圧力Ｐ、は部分１
７ｂの圧力Ｐ２に等しくなる。このとき、センサ１８が
ゼロの差圧を測定する。次いで、弁２２をもう一度閉じ
る。

瞬間１＝１．十Δ１０で掘削機が弁をまだ閉じた状態で
深さＺ。＋Δ２にあるとき、圧力Ｐ、は変化していない
が、圧力Ｐ２が変化しているので、センサ１８はゼロ以
外の値ΔＰを測定し、下記式％式％ その結果、初めの測定により、ΔＰｈとｈとの比例係数
が得られ、この係数はγＷと、溜め部と掘削穴の壁部と
の間に構成された環状空間におけるヘッド損失との関数
である。

２番目の測定を同じ環境で行うと、圧力差と水の高さと
の比例関係は同じである。

従って、センサ１８の測定値ΔＰでは、ΔＰが最後にゼ
ロになったときからの深さΔ２の増大を推定することが
でき、下記式の如くである。

Δｚ　＝　　−□　　ｈ ｈ Ｐがセンサ１８の現寸に近づくと、弁２２を再び開き、
同じ操作を再び開始することによって外圧に等しい対向
圧力が再び加えられる。

かくして、はぼ５ｃｍの精度でΔＰの２つのゼロ復帰間
の変位値を得ることができ、それにより任意の所定瞬間
に速度を推定することができる。

さらに、差圧の各ゼロ復帰ごとにΔ２について算出され
た最大値を互いに加算することによって深さ２が完全に
わかる。

第１図に示す装置の実施例は弁を設けた可撓性の管によ
って溜め部の上部分と表面との間の連通を行うことにあ
る。この管は表面のコンプレツサに連結されている。

かくして、溜め部を外部と等しく加圧したままにしなが
ら膨張させたり収縮させたりすることができ、それによ
り工具に及ぼされる力を非常に容易に監視することがで
きる。

しかしながら、重量の変動が実質容量の空気の圧送に関
係づけられる場合、これらの変動はゆっくり起るだけで
あり、従って弁を介して溜め部に連通された高圧の空気
を収容した包囲体に対処することができる。この弁を開
くことによって、工具に及ぼされる力の急激な低下を達
成することができる。

最後に、これらの種々の解決策を第４図に示すように第
１図の解決策と組合せることができる。

この場合、溜め部２の上部分２ｂは弁２３を取付けた隔
壁２２により２つの帯域２’ｂ、２”ｂに分割されてい
る。

広帯域２“ｂは溜め部に収容された水と接触しており、
上帯域２’ｂは弁２５を取付けた可撓性管２４によって
表面に連通されている。

前述のように、溜め部の底部は管５により外側に連通さ
れており、この管５には、第１図で述べた種類の組立体
２６　（参照番号６〜１２で示す部分よりなる）を設け
るのがよい。

弁２３を閉じると、帯域２’ｂは空気を高圧で収容する
。装置を急に軽くすることが必要である場合、弁２３を
開き、それにより帯域２’ｂを帯域２“ｂと急に連通さ
せると、帯域２″ｂの圧力は上昇する。この作用は組立
体２ｂの効率を向上させるためのものである。

このような作動は時々必要とされるだけである場合、帯
域２’ｂを再び分離して表面からの圧力まで復帰させる
ことできる。

本発明の範囲および精神を逸脱することなしに上記説明
の種々の変更例および変形例が可能であることはもちろ
んである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による装置の垂直断面図；第２図および
第３図は深さを測定する手段を示す図；第４図は他の実
施例の垂直断面図である。 １・・・・・・掘削機、２・・・・・・溜め部、３・・
・・・・通路、４・・・・・・ケーブル、５・・・・・
・管、６・・・・・・ポンプ、７・・・・・・バイパス
、８．　９．　１０．　１２・・・・・・弁、１１．１
．４・・・・・・管、１７・・・・・・包囲体、１８・
・・・・・差圧センサ、２１・・・・・・管、２２・・
・・・・隔壁、２３・・・・・・弁、２６・・・・・・
組立体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、掘削工具と、該工具を駆動する手段と、工具に及ぼ
   される力を制御する装置とを備えた掘削装置において、
   上記制御装置は掘削工具にしっかり連結され、底部分に
   水、また上部分に空気を収容するようになっている少な
   くとも１つの溜め部（２）と、該溜め部に収容された水
   の量を変化させる手段（５、１２；２３、２６）とより
   なることを特徴とする掘削装置。 ２、溜め部に収容された水の量を測定する手段を備えて
   いることを特徴とする請求項１記載の装置。 ３、水の量を測定する上記手段は溜め部の底部と頂部と
   の間の圧力差を測定する手段よりなることを特徴とする
   請求項２記載の装置。 ４、装置が位置している深さを測定する手段を備えてい
   ることを特徴とする請求項１ないし３のうちのいずれか
   に記載の装置。 ５、深さを測定する上記手段は溜め部内の少なくとも１
   つの圧力センサよりなることを特徴とする請求項４記載
   の装置。 ６、所定の高さだけ分離された２箇所間の差圧を連続的
   に測定する手段（１６）と、外側の圧力と所定の対向圧
   力との間の所定高位での差圧を測定する手段（１７、２
   ２）とを備えていることを特徴とする請求項５記載の装
   置。 ７、外側の圧力と特定の対向圧力との間の所定高位での
   差圧を測定する上記手段は弁を介して外側に連通された
   包囲体（１７ａ）と、該包囲体の外側と内側との間の差
   力を検知するセンサ（１８）とよりなることを特徴とす
   る請求項６記載の装置。 ８、溜め部に収容された水の量を変化させる上記手段は
   包囲体の内部と外部とを連結する管（５）に設けられた
   少なくとも１つのポンプ（６）よりなることを特徴とす
   る請求項１ないし７のうちのいずれかに記載の装置。 ９、上記管は一端が包囲体の外側に、他端が包囲体の内
   側に連結されたバイパス（７）をポンプのいずれかの側
   に備えており、上記バイパスには、第１弁（８）が配置
   され、主管には、ポンプと包囲体の外側のバイパス箇所
   との間に第３弁（９）が配置され、かつ包囲体の内側と
   包囲体の内側のバイパス箇所との間に第３弁（１０）が
   配置されており、また包囲体の内側と主管との間には、
   第４弁（１２）が第２弁とポンプとの間に配置されてい
   ることを特徴とする請求項８記載の装置。 １０、溜め部に収容された水の量を変化させる上記手段
   は溜め部の上部分と自由空気との連通を行う第２管（２
   ４）と、該第２管を介して溜め部を加圧する手段（２５
   ）と、溜め部の底部分と溜め部の外側との連通を行う手
   段（５）とよりなることを特徴とする請求項１ないし９
   のうちのいずれかに記載の装置。 １１、溜め部の上部分は流体密の隔壁（２２）によって
   ２つの帯域に分割されており、溜め部の上部分の両帯域
   間の連通を選択的に行うために上記隔壁に弁（２３）を
   配置したことを特徴とする請求項１０記載の装置。