KR20080053504A

KR20080053504A - 드릴 스트링 지지장치

Info

Publication number: KR20080053504A
Application number: KR1020087009209A
Authority: KR
Inventors: 로저 피파러트; 그레고리 도날드 웨스트
Original assignee: 플렉시드릴 리미티드
Priority date: 2005-09-27
Filing date: 2006-09-21
Publication date: 2008-06-13
Also published as: EA200800944A1; WO2007037704A1; EP1937929A1; TW200726900A; NZ542700A; CA2623012A1; AU2006295513B2; JP2009510289A; BRPI0616445A2; ZA200802507B; CN101283159A; US20100139912A1; AU2006295513A1; EA012662B1

Abstract

드릴 스트링(the drill string)을 운반하는 진동헤드(vibrational head) 및 구동 어셈블리(drive assembly)에 대한 순응적 지지부(compliant support)(공기 백(air bag), 자석 등과 같은)가 마련되는 수직(Vertical) 및/또는 방향성(directional) 구멍 뚫기 장치(drilling apparatus)가 개시된다. 진동이 직접 발생되지 않는 셔틀(a shuttle)을 갖는 상기 진동헤드와 상기 방향성 모드(the directional mode)에서 후퇴(복귀)(pull back)를 허용하는 상기 순응적 지지부에 의하여 여러 가지 이점들이 얻어진다.

Description

드릴 스트링 지지장치{Drill String Suspension}

본 발명은 구멍 뚫기 장치(drilling apparatus)와 특히 지반을 뚫기(drilling) 위한 드릴 스트링 지지장치(drill string suspension of apparatus)에 관한 것이다. 본 출원인의 특허 명세서(PCT/NZ04/000128)에는, 구멍 뚫기에 사용되는 진동헤드(vibrational head)와 같은 진동 장치에 관한 많은 선택적 기술 내용들이 개시되어 있다. 이들 내용은 본 발명에 대한 참조로서 본 발명에 포함된다.

많은 진동 장치는 편심회전에 의존한다. 다른 어떤 것들은 진동 출력(the vibrational output)의 직접 출력을 제공하는 피스톤을 왕복 운동시키기 위하여 기체역학(pneumatics) 및/또는 수력학(hydraulics)에 의존한다. 그러나 이러한 구조는, 많은 최종 사용들에서 알려진 것이지만, 출력 피스톤이 부착된 장치가 스스로 작동을 멈춘 경우에, 피스톤 자체가 그의 실린더나 실린더에 상당하는 것에 관하여 움직이지 않으려고 하므로 진동 출력의 재개를 보장하는 데 어려움이 있다는 점에서 약점을 지닌다. 이러한 것은 반트리 社(Bantry Limited)의 PCT/NZ2003/000158 (WO 2004/009298)의 장치에 있어서의 경우가 될 것이다.

본 발명은, 몇몇 측면들에서, 장치가 어떻게 장착되는 지와는 무관하게 진동 개시관점 및/또는 조율관점으로부터 도출되는 중요한 이점을 보장한다. 이것은 다음과 같은 사실에서 비롯된다. 그 사실은 바로, 진동하는 상기 장치에 대해 직접 출력을 하지 않는 셔틀(shuttle)은, 고체와 고체 간을 밀착시키지 않고서도(자기학, 수력학 및/또는 기체역학과 관련된 것인지의 여부를 불문한다), 셔틀 수용구조체(예컨대, 셔틀의 하우징, 셔틀의 일단 또는 양단의 보완물)로부터 필수적인 출력을 스스로 충분히 제공할 수 있다는 사실이다. 실시 예들은 본 출원인의 PCT/NZ2003/000128 (WO 2004/113668로 간행된), PCT/NZ2005/000047 (WO2005/087393으로 간행된) 및 PCT/NZ2005/000329 (WO2006/065155로 간행된)에서 개시된 진동헤드의 몇몇 형태들을 포함한다.

본 발명은, 몇몇 실시 예에서, 상기 진동헤드의 형태에 관계없이 다음 중 적어도 어느 하나를 바람직하게 보장한다.

· 더욱 깊이 구멍을 뚫을(drill) 수 있는 능력

· 드릴 후퇴(drill withdrawal)에서의 유리함

· 구멍 뚫기 재개의 유리함

· 진동 구멍 뚫기의 유리함

· 방향성 구멍 뚫기(directional drilling)의 유리함

본 발명은 또한 또는 부가적으로 진동헤드를 조종 가능하게 지지하는 것이나 진동헤드를 순응적으로(compliantly) 지지하는 프레임에 있어서 이점이 있다. 이것은 상기 드릴 스트링(the drill string)의 길이들이 추가되는 상기 진동헤드에 관한 것이다. 바람직하게는, 상기 순응적(compliant) 장착 또는 지지 방식에 의해, 상기 진동헤드에는 상기 지지부 또는 프레임이 파괴되지 않는 정도의 상당한 운동 자유도가 허용됨에도 불구하고, 여전히 (a) 구멍 뚫기에 대한 이점, 더욱 깊게 구멍을 뚫는 능력, 드릴 작업의 개시, 재개 및/또는 후퇴 상황에서의 장점 및/또는 (b) 다른 방식으로 매달린 진동 헤드와 임의로 부착되거나 부착된 드릴 스트링에 비해 장치의 수명 및/또는 단순함에 있어서의 이점, 및 바람직하게는 방향성 구멍 뚫기를 위한 드릴 스트링을 일정한 방향으로 향하게 하는 능력을 제공한다.

본 발명은 또한, 드릴 스트링에 부착되거나 부착될 수 있는 상기 진동헤드에 대한 부양 또는 순응적 지지로부터 또 다른 이점을 보장하며, 이는 특히 상기 진동헤드 및/또는 드릴 스트링의 하중을 감당하는 부양(floating) 또는 순응적 지탱(bearing)이 있고 또한 상기 진동헤드 및/또는 드릴 스트링 지지가 그 밖에 다른 순응적 수단들에 의해 그러한 부양 또는 순응 지지로만 제한될 때에 더욱 그러하다. 이러한 부양 및/또는 순응적 지지는 기체(가스) 또는 제한된 기체에 전적으로 또는 부분적으로 의지할 수 있지만, 그것은 예컨대 자성체와 같은 부양 또는 순응적 물체의 그와 같은 다른 구속들에 의해 강화되거나 대체될 수도 있다. 따라서 그러한 다른 형태들을 포함하는 것은 본 발명의 범위 안에 포함된다.

종종 구멍 뚫는 작업(drilling)은 드릴 비트(drill bit), 또는 적어도 드릴 스트링에 있는 연결부들이 어느 한 방향으로는 단단히 죄고 다른 방향으로 느슨해지는 종류의 작업이다. 또한 어느 정도 비대칭의 치수를 가져 어느 정도 방향성 제어가 가능한 비트를 종종 사용하는 경우도 있다. 이러한 방향 제어는 통상적으로는 상기 비트의 완전 회전운동(조종제어를 제공하지 않음)에서부터 전후 제한적 회전까지의 변화량에 좌우되는데, 여기서 전후 제한적 회전은 저항성 암반에 비대칭을 구축하므로 상기 드릴 스트링과 비트를 전방으로 미는 것에 의해 조절된 편차(a controlled deviation)가 얻어진다. 이러한 방향성 구멍 뚫기의 특징들은 잘 알려져 있고 그 예로서 본 출원인의 PCT/NZ98/00055 (WO98/50667로 간행된)가 있다.

순응적 또는 부양 지지가 있는 경우에, 적정한 기계적 유체(mechanical fluid)나 다른 입력(기계적이거나 아니면 그 밖에 다른 방법에 의한)으로 하중에 대한 부양 또는 순응적 지지부 안으로 가압함으로써 , 상기 드릴 스트링 및 이의 비트로 가해지는 압력의 감소 가능성(진동 출력이 계속되든 아니든)이 있다고 우리는 결론짓는다. 이러한 압력 감소가 없을 때, 암반면에서의 회전 및 압력이 제한될 수 있고(진동 입력이 있든 없든), 드릴 스트링에서의 어떤 연결이 풀리는 경향이 줄어들 정도로 일단 상기 압력의 감소가 있게 되면(상기 부양 또는 순응적 지지부에 영향을 끼치게 됨으로써) 다른 방향으로의 회전이 제한될 수 있다. 예를 들어, 만일 구멍 뚫기를 위한 정상적인 회전 방향이 시계방향이라면, 가압된 부분적 시계방향 회전에 뒤따라오는 부분적 반시계방향 회전동안 상기 압력의 감소가 있을 수 있다.

본 발명 역시 그와 같은 특징들에 관한 것이다.

본 발명의 일실시 예로서 구멍 뚫기 장치(drilling apparatus)는, 지지 프레임(support frame), 진동헤드(vibrational head), 상기 지지 프레임으로부터 상기 진동헤드를 직간접으로 운반(carry)하는 제1 진동반응 지지부(a first vibrationally responsive support), 상기 지지 프레임으로부터 상기 제1 진동반응 지지부까지 상기 진동헤드를 직간접으로 지지(hold)하는 제2 진동반응 지지부(a second vibrationally responsive support), 상기 진동헤드에 의해 직간접으로 운반되며, 선택적인 요소로서(optionally) 비트(bit)를 갖는 드릴 스트링(drill string), 및 상기 드릴 스트링과 어느 선택적인 비트를 직간접으로 회전시키는 구동부(drive) 또는 복수의 구동부들을 구비(comprising) 또는 포함(including)한다.

상기 진동헤드는 상기 지지 프레임으로부터 상기 제1 진동반응 지지부에 매달려서(dangle) 지지되는 것이 바람직하다.

선택적으로, 상기 제1 진동반응 지지부는 유체(a fluid)의 순응적 저장부(compliant reservoir)를 포함한다.

선택적으로, 상기 제1 진동반응 지지부는 자계의 상호 반발작용을 포함한다.

선택적으로, 상기 제2 진동반응 지지부는 유체의 순응적 저장부를 포함한다.

선택적으로, 상기 제2 진동반응 지지부는 자계의 상호 반발작용을 포함한다.

상기 지지 프레임은 상기 제1 및 제2 진동반응 지지부 사이에서 상기 진동헤드의 연결이 모자가 뒤집힌 형태로 매달린 구조를 포함하는 것이 바람직하다. 선택적으로 상기 진동헤드는 실질적으로 수평인 플레이트(substantially horizontal plate)나 실질적으로 수평인 한 쌍의 플레이트들에 걸리고, 상기 지지부는 각각 한 쌍의 실질적으로 수평인 플레이트들이나 실질적으로 수평인 각각의 플레이트를 가져 상기 하나의 실질적으로 수평인 플레이트의 상부 및 하부에서 순응적 상호작용이 일어날 수 있도록 되어 있다.

비트가 제공된 것이 바람직하다.

상기 비트는 방향성 구멍 뚫기(directional drilling)를 허용하는 종류의 비트인 것이 바람직하다.

상기 구동부 또는 구동부들은 상기 드릴 스트링을 회전시켜 비트를 360°를 통과하여 회전 시킬 수 있는 것이 바람직하다.

상기 구동부 또는 구동부들은 또한 상기 드릴 스트링을 회전시켜 비트가 역회전 되기 전에 360°미만으로 회전시킬 수 있는 것이 바람직하다.

적어도 상기 제1 진동반응 지지부는 상기 진동헤드를 들어올려 상기 드릴 스트링 및 방향성 구멍 뚫기 비트를 들어올리도록 변형될 수 있는 것이 바람직하다.

선택적으로 상기 구동부 또는 구동부들은 상기 드릴 스트링을 회전시킬 수 있거나 상기 드릴 스트링을 회전시키도록 동기되고 그래서 구멍을 뚫을 때 360°통과하여 상기 비트를 역회전 시킬 수 있거나 역회전 시키도록 동기되고, 또는 방향성 구멍 뚫기의 목적으로 360°미만으로 회전된 상태에서 상기 비트를 역회전 시킬 수 있거나 역회전 시키도록 동기된다.

본 발명의 또 다른 실시예로서 구멍 뚫기 장치는, 지지 프레임, 진동헤드, 상기 지지 프레임으로부터 상기 진동헤드를 직간접으로 운반하는 적어도 하나의 진동반응 지지부, 상기 진동헤드에 의해 직간접으로 운반되며 선택적으로 비트(bit)를 갖는 드릴 스트링, 상기 드릴 스트링 및 어느 선택적인 비트를 직간접으로 회전시키는 구동부 또는 복수의 구동부들을 구비 또는 포함하며, 적어도 상기 제1 진동반응 지지부는 상기 진동헤드를 들어올려 상기 드릴 스트링 및 방향성 구멍 뚫기 비트를 들어올리도록 변형될 수 있고, 적어도 상기 제1 진동반응 지지부가 변형되거나 변형되었을 때, 상기 구동부 또는 구동부들은 상기 드릴 스트링을 회전시킬 수 있거나 상기 드릴 스트링을 회전시키도록 동기되고 그래서 구멍을 뚫을 때 360°를 통과하여 상기 비트를 역회전 시킬 수 있거나 역회전 시키도록 동기되고, 또는 방향성 구멍 뚫기의 목적으로 360° 미만으로 회전된 상태에서 상기 비트를 역회전 시킬 수 있거나 역회전 시키도록 동기된다.

상기 진동헤드는 상기 지지 프레임으로부터 상기 적어도 하나의 진동반응 지지부 상에 매달려서(dangle) 및/또는 상기 적어도 하나의 진동반응 지지부에 의하여 매달려서 지지되는 것이 바람직하다.

선택적으로 상기 적어도 하나의 진동반응 지지부는 유체(a fluid)의 순응적 저장부(compliant reservoir)를 포함한다.

선택적으로 상기 적어도 하나의 진동반응 지지부는 자성체의 상호 반발작용을 포함한다.

상기 지지 프레임은 상기 제1 및 제2 진동반응 지지부 사이에서 상기 진동헤드의 연결이 모자가 뒤집힌 형태로 매달린 구조를 포함하는 것이 바람직하다. 선택적으로 상기 진동헤드는 실질적으로 수평인 플레이트(substantially horizontal plate)나 실질적으로 수평인 한 쌍의 플레이트들에 걸리고 상기 지지부는 상기 하나의 실질적으로 수평인 플레이트의 상부 및 하부에서 순응적 상호작용(들)이 일어날 수 있도록 각각 한 쌍의 실질적으로 수평인 플레이트들이나 실질적으로 수평인 각각의 플레이트를 갖는다.

비트가 제공되고 상기 비트는 방향성 구멍 뚫기(directional drilling)를 허용하는 종류의 비트인 것이 바람직하다. 상기 구동부 또는 구동부들은 상기 드릴 스트링을 회전시켜 비트를 360°를 통과하여 회전 시킬 수 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 실시 예는 본 발명이 가리키는 드릴 스트링에 부착되거나 부착될 수 있는 진동헤드를 지지하는 부양(floating) 또는 순응적 지지부(compliant support)를 갖는 구멍 뚫기 장치의 사용에 관한 것이다.

상기 부양 또는 순응적 지지부는 기체(가스)상 및/또는 자석 하중 지지부를 포함하는 것이 바람직하고, 그러한 하중지지를 위해 어떤 기체상 및/또는 자석의 구속이 바람직하다. 또한 측부 이동(lateral migration)도 구속하는 것이 바람직하다.

하나의 셔틀의 행정 또는 상기 셔틀(shuttle)의 행정(stroke)의 하나의(또는 양쪽 모두의) 제한(들)에 순응적 제한부(compliant restriction)가 있어 타격이 생기지 않도록 하는 것이 바람직하다.

그의 지지부에 대한 상기 진동헤드의 이동에 대한 순응적 제한부가 있는 것이 바람직하다.

상기 진동 장치 및 어느 연결된 드릴 스트링의 하중을 지지하는 순응적 베어링(compliant bearing)이 있는 것이 바람직하다.

상기 진동 장치의 부분 또는 전체의 회전결여 또는 회전운동과는 독립적으로 상기 드릴 스트링을 회전시키는 구동부(drive)가 있는 것이 바람직하다.

상기 진동헤드를 매다는(dangle) 모자(top hat) 형태의 지지 어셈블리(support assembly)가 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 실시 예로서, 구멍 뚫기 장치는, 드릴 스트링에 부착되거나 부착될 수 있는 진동헤드, 지지부, 및 상기 지지부로 상기 진동헤드를 구속하고 운반하는 적어도 하나의 변형 가능한(예컨대, 순응하는) 유체 저장부(fluid reservoir, 예컨대 순응적 기체 백)을 구비하며(comprising), 상기 진동헤드, 상기 지지부 및 상기 적어도 하나의 변형 가능한 유체 저장부 간의 상호작용은 상기 부착된 또는 상기 부착될 드릴 스트링의 하중을 운반하는 효과를 갖게 되어 상기 드릴 스트링 축선의 길이방향 및 가로방향으로 상기 지지부에 대한 상기 진동헤드의 운동의 자유를 어느 정도 허용한다.

적어도 두개의 저장부들(reservoirs)이 있는 것이 바람직하다.

적어도 하나의 저장부에 들어 있는 유체는 기체(예컨대, 공기)인 것이 바람직하다.

바람직하게는 적어도 하나, 그리고 바람직하게는 여러 개 또는 모든 저장부들이 기체 백(gas bag)인 것이다.

상기 지지부는 프레임(frame)인 것이 바람직하다.

진동헤드(상기 구멍 뚫기의 축선이 수직일 때)의 대부분은 상기 저장부(들)의 하부에 있는 것이 바람직하다.

상기 길이방향의 지지부는 반드시 그럴 필요는 없지만 상기 가로방향의 지지부보다 운동의 자유를 더 많이 허용하는 것이 바람직하다.

상기 진동헤드는 셔틀(shuttle)을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 셔틀의 왕복이 어떻게 이루어지는 지와는 무관하게

(a) 진동 아웃테이크(vibrational outtake)는 상기 셔틀로부터 직접적으로 되지 않는 것이 바람직하다.

(b) 상기 셔틀은 왕복 운동을 하는 것이 바람직하다.

(c) 상기 셔틀은 각각의 왕복행정(stroke)의 단부에서 순응적 구조물(compliant structure)에 부딪히는 것이 바람직하다.

(d) 하나 또는 각각의 순응적 구조물은 기체 백(gas bag)일 수도 있다.

(e) 상기 순응적 구조물(들)은 유체 또는 기체 공급량의 변화에 의해 왕복행정에 영향을 주는 특성이 가변될 수 있는 것이 바람직하다.

(f) 상기 진동 아웃테이크는 순응적 구조물로부터가 아니라 순응적 구조물을 거친다.

(g) 상기 셔틀은 왕복행정 축선을 중심으로 회전할 수도 있고 회전하지 않을 수도 있다.

상기 진동헤드로부터 상기 드릴 스트링으로 향하는 상기 진동 아웃테이크는 비회전이지만 진동하는 성분으로부터 직간접적으로 회전 가능한 그리고 회전하는 구성요소(예컨대, 상기 드릴 스트링에 연결가능한 또는 상기 드릴 스트링의 일부를 구성하는)로의 전이부(transition)를 거치는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 실시 예로서, 구멍 뚫기 장치는, 드릴 스트링에 부착된 또는 부착될 수 있는 진동헤드, 지지부, 상기 진동헤드 및 상기 지지부의 부분(들) 사이에 개재되어, 제1 상호작용으로서, 상기 진동헤드 및 상기 또는 어느 부착된 드릴 스트링의 하중을 운반하는 적어도 하나의 기체 백(gas bag), 및 상기 지지부 및 상기 진동헤드의 부분(들) 사이에 개재되어, 제2 상호작용으로서, 상기 진동헤드를 상기 지지부에 구속시켜 그것에 의해 상기 진동헤드의 진동주기의 어느 일부 동안 상기 제1 상호작용이 완전히 종료되지 않도록 하는 적어도 하나의 기체 백을 구비한다.

상기 진동헤드의 부분(들)은 상기 지지부에 의해 마련된 꼭대기 및 바닥 구속부들(constraints) 사이에 개재되고 적어도 하나의 기체 백은 상기 부분(들)의 상부와 어느 구속부의 하부 사이에 개재되며 적어도 하나의 기체 백은 상기 부분(들)의 하부와 상기 다른 구속부의 상부 사이에 개재된 것이 바람직하다.

상기 진동헤드의 대부분은 상기 부분(들)의 하부에 있는 것이 바람직하다.

상기 장치(the arrangement)는, 하중에 반응하여, 상기 진동헤드의 운동과 여전히 진동헤드의 운반된 또는 운반되어야 할 상기 지지부에 대해 드릴 스트링이 운반되는 상기 진동헤드의 움직일 수 있는 자유들을 제공하고, 상기 지지부에 대한 상기 진동헤드의 기준 상태(a datum condition)에 대하여 한쪽으로 치우치게(bias) 하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 실시 예로서, 구멍 뚫기 장치는, 드릴 스트링에 부착된 또는 부착될 수 있는 진동헤드, 상기 진동헤드는 상기 드릴 스트링에 의해 규정되거나 규정될 길이방향 축의 측면방향으로(laterally) 한 개 이상의 돌출부(들)를 갖고, 상기 돌출부(들)는 적어도 하나의 상부 표면 및 적어도 하나의 하부 표면을 규정하며, 상기 진동헤드에 대한 지지 프레임, 상기 프레임과 상기 적어도 하나의 상부 표면 사이에서 동작하는 적어도 하나의 기체 백(gas bag), 및 상기 프레임과 상기 적어도 하나의 하부 표면 사이에서 동작하는 적어도 하나의 기체 백을 구비한다.

상기 진동헤드는 셔틀(shuttle) 왕복행정의 각 끝 지점에서 순응적(예컨대, 기체 백 등과 같은) 한계를 가함과 동시에 지지부 또는 프레임에 상기 진동헤드 자신을 순응적(예컨대, 기체 백 등과 같은)으로 장착하기 위한 수단을 갖는 것이 바람직하다.

상기 상부 표면(들) 및 상기 하부 표면(들)은 둘 다 상기 진동헤드의 바닥보다는 꼭대기에 더 가까운 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 실시 예로서, 구멍 뚫기 장치는, 드릴 스트링에 부착된 또는 부착될 수 있는 진동헤드, 및 지지부를 구비하며, (I) 상기 진동헤드는 순응적 수단들(compliant means)에 의해 왕복행정의 적어도 일부에서 순응적으로 제한되는 셔틀(shuttle)을 포함하고, (II) 상기 진동헤드는 상기 지지부에 의하여 순응적으로 지지되며, 상기 진동헤드의 순응적 지지를 통한 상기 지지는 상기 부착된 또는 부착될 드릴 스트링의 하중을 운반하거나, 또는 관성 또는 모멘트를 지지하도록 적응화되어 있으면서도, 상기 드릴 스트링 축의 길이방향과 측면방향의 양쪽으로 상기 지지부에 대한 상기 진동헤드의 운동의 자유를 어느 정도 허용한다.

상기 진동헤드의 순응적 지지를 제공하는 적어도 두개의 유체 저장부들이 있는 것이 바람직하다.

적어도 하나의 저장부에 들어 있는 상기 유체는 기체(예컨대, 공기)인 것이 바람직하다.

적어도 하나의, 그리고 여러 또는 모든 상기 저장부들은 기체 백(gas bag)인 것이 바람직하다.

상기 지지부는 프레임인 것이 바람직하다.

상기 진동헤드(상기 구멍 뚫기의 축선이 수직일 때)의 대부분은 상기 저장부(들)의 하부에 있는 것이 바람직하다.

상기 셔틀의 순응적 제한부는 왕복행정이 한계선에 도달할 때에 상기 셔틀의 단부에 있는 유체 저장부인 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 실시 예로서, 구멍 뚫기 장치는, 드릴 스트링에 부착된 또는 부착 가능한 진동헤드, 지지부, 제1 상호작용으로서, 상기 진동헤드와 상기 또는 어느 부착된 드릴 스트링의 하중을 운반하는 순응적 수단들(예컨대, 상기 진동헤드 및 상기 지지부의 부분(들) 사이에 개재된 적어도 하나의 기체 백(gas bag)인 것이 바람직하다), 및 (바람직하게는, 상기 진동헤드를 상기 지지부에 구속시키는) 제2 상호작용으로서 기능하며, 이에 의해 상기 제1 상호작용은 상기 진동헤드의 진동주기의 어느 일부 동안 (바람직하게) 완전히 종료되지 않도록 하는, 순응적 수단들을 구비하는 것이 바람직하다.

상기 진동헤드는 왕복행정에 대해 순응적으로 제한되는 셔틀(shuttle)을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 진동헤드의 부분(들)은 상기 지지부에 의해 마련된 꼭대기 및 바닥 구속부들(constraints) 사이에 개재되고, 적어도 하나의 기체 백은 상기 부분(들)(예컨대, 상기 순응적 수단들에 관한 하나의 선택사항으로서)의 상부와 어느 하나의 구속부의 하부 사이에 개재되며, 적어도 하나의 기체 백은 상기 부분(들)의 하부와 상기 나머지 다른 하나의 구속부의 상부 사이에 개재된 것이 바람직하다.

스프링, 가변 용량 저장부에 수용되는 압축성 유체, 백(bag), 벨로우즈(bellows) 또는 그와 같은 가변 형상 용기 안에 수용되는 비압축성 또는 압축성 유체, 또는 그 둘 모두, 또는 탄성체 등을 포함하는 상기 순응적 수단들에 관해서는 다른 선택(options)들이 존재한다.

상기 장치(the arrangement)는 , 상기 진동헤드와 이의 운반된 또는 운반될 드릴 스트링의 상기 지지부에 관한 운동의 자유를 제공하도록 되어 있으면서도, 하중에 반응하여, 상기 지지부에 관하여 상기 진동헤드의 기준 레벨(a datum condition)쪽으로 치우치게(bias) 할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예로서, 구멍 뚫기 장치는, 드릴 스트링에 부착된 또는 부착 가능한 진동헤드, 상기 진동헤드는 상기 드릴 스트링에 의해 규정된 또는 규정될 길이방향 축선의 측면방향으로 하나 또는 그 이상의 돌출부(들)를 갖고, 상기 돌출부(들)는 적어도 하나의 상부 표면 및 적어도 하나의 하부 표면을 규정하며, 상기 진동헤드에 대한 지지 프레임, 상기 프레임과 상기 적어도 하나의 상부 표면 사이에서 동작하는 적어도 하나의 기체 백(gas bag), 및 상기 프레임과 상기 적어도 하나의 하부 표면 사이에서 동작하는 적어도 하나의 기체 백을 구비하며, 상기 진동헤드는 드릴 스트링에 대한 연결부로의 또는 이에 인접한 드릴 스트링 회전 구동부를 갖는다.

특히 본 발명의 바람직한 실시 예로서, 상기 장치는, 셔틀(a shuttle)을 가지며 진동 아웃테이크가 상기 셔틀로부터 직접적이지 않은 진동헤드, 상기 셔틀의 작용하에서, 상기 진동헤드가 장착되어 순응적으로 진동하도록 조종 가능한 지지부(a manoeuvrable support), 상기 진동헤드로부터의 진동 아웃테이크로부터 지지된 베어링, 및 상기 베어링에 의해 운반되는 드릴 스트링 연결부, 상기 드릴 스트링 연결부에 대한 회전 구동부를 구비하는 진동 구멍 뚫기 장치인 것이 바람직하다.

상기 드릴 스트링 연결부에 대한 상기 회전 구동부는 모터(motor) 엔진 또는 다른 동력원(예컨대, 연소성, 수압, 공압, 전기 등과 같은)으로부터 유연한 전동(flexible transmission)을 하는 것임이 바람직하다.

상기 유연 구동부는 상기 아웃테이크로부터 상기 베어링을 통해 상기 지지부에 대한 상기 드릴 스트링 연결부의 진동 움직임을 허용하는 상기 드릴 스트링 연결부로부터의 충격을 감소시켜 전달하는 능력을 갖는 회전 전동을 제공할 수 있는 벨트로 이뤄진 것이 바람직하다.

선택적으로 보완 구조물(a complementary structure) 및 상기 셔틀 사이에 추가적인 이벤트(event) 없이 가압하기 위하여 소개되는 것에 의한 셔틀 운동을 일으키는 단독 수단으로서 외부적으로 가압된 유체의 제공에만 의존하지는 않는다.

본 발명은 또한 진동 출력(a vibrational output)을 제공할 수 있는 진동 장치에 관한 것으로서, 상기 장치는, 셔틀 축선 상 또는 제1 및 제2 보완 구조물들 사이의 위치에서 반복적으로 왕복할 수 있는 셔틀, 상기 셔틀 축선 또는 위치의 적어도 일부에 대하여 상기 셔틀을 회전시키는 구동부, 및 상기 또는 어느 보완 구조물 및 상기 셔틀 사이에서 교호적으로 인력과 척력이 되는 왕복유발력에 상기 셔틀이 영향 받도록 상기 셔틀이 회전될 때에 적어도 하나의 보완 구조물과 상기 셔틀 각각에 있는 자기 상호 작용부를 구비 또는 포함하며, 상기 진동의 상기 출력은 상기 셔틀 자체로부터 직접적인 것이 아닌 상기 보완 구조물들의 어느 하나 또는 다른, 또는 둘 다로부터 나온다.

다음 중 적어도 하나, 몇몇 또는 모두를 포함하는 것이 바람직하다.

· 어느 또는 상기 셔틀 행정의 하나(또는 양쪽)의 한계(들)에서의 순응적 제한

· 상기 진동 장치의 지지부에 대한 상기 진동 장치의 운동에 관한 순응적 제한

· 상기 진동 장치 및 어느 연결된 드릴 스트링의 하중을 지지하는 순응적 베어링

· 상기 진동 장치의 부분 또는 전체 회전의 결여 또는 회전 운동과는 독립적으로 상기 드릴 스트링을 회전시키는 구동부

상기 진동헤드를 매다는(dangle) 모자(top hat) 형태의 지지 어셈블리(support assembly). 이는 상기 진동헤드가 실질적으로 수평인 플레이트(plate)나 실질적으로 수평인 한 쌍의 플레이트들에 매달리는 것을 수반하고 상기 지지부는 상기 하나의 실질적으로 수평인 플레이트의 상부 및 하부에서 순응적 상호작용(들)이 일어날 수 있도록 각각 한 쌍의 실질적으로 수평인 플레이트들이나 실질적으로 수평인 각각의 플레이트를 갖는 것이 바람직하다.

본 발명은 또한 진동 출력을 제공할 수 있는 진동 장치에 관한 것으로서, 상기 장치는, 한정된 셔틀 축선에 대하여 회전가능하고 상기 셔틀 축선 상에서 전후방향으로 이동 가능한 셔틀, 셔틀 축선에 대하여 상기 셔틀을 회전시키는 구동부, 상기 셔틀의 운동으로 셔틀을 향하고 그리고 그 반대방향의 운동으로 셔틀에서 멀어지는 제1 보완 구조물, 상기 셔틀의 운동으로 셔틀로부터 멀어지고 그리고 그 반대방향의 운동으로 셔틀을 향하는 제2 보완 구조물을 구비 또는 포함하며, 상기 셔틀은 상기 보완 구조물들 사이에서 동작하고, 제1 보완 구조물/셔틀 및 셔틀/제2 보완 구조물의 각각의 쌍의 인접부들은 상기 셔틀이 회전함에 따라 각 쌍에 대해 인력과 척력을 택일적으로 제공하도록 조종 가능한 자기 영역들(magnetic areas)을 갖고, 상기 쌍들 사이에서의 위상조정(the phasing)은 상기 셔틀의 회전에 의해 상기 셔틀에 작용하는 자기 상호 작용들(the magnetic interactions)의 결과로서 상기 셔틀이 왕복 축선 상에서 왕복운동 하는 것이거나, 또는 왕복운동이 될 수 있도록 하는 것이며, 상기 진동 출력은 상기 셔틀 자체로부터 직접적인 것이 아닌 상기 보완 구조물들 중 어느 하나 또는, 다른, 또는 양 쪽 모두로부터 나온다.

· 어느 또는 상기 셔틀 행정의 한 쪽(또는 양쪽) 한계(들)에 관한 순응적 제한

상기 제1 및 제2 보완 구조물들은 간격을 갖는 한 상호 고정된 것이 바람직하다.

상기 왕복행정은 고체 대 고체 간(solid to solid)의 고충격(high impact)이나 충돌 접촉(impact contact)이 없는 것이 바람직하다.

선택적으로 상기 셔틀은, 예컨대 유체 압박에 의해 영향 받는 완충력을 제공하기 위해 적어도 어느 단부에서 보완 구조물과 협력한다. 택일적으로 양단부가 될 수도 있다. 상기 셔틀의 어느 또는 양 단부(셔틀이 안내 접촉부를 이미 갖고 있어도)는 왕복행정의 단부에서만 상기 보완 구조물의 부분 또는 상기 셔틀의 단부 및 상기 보완 구조물 사이에 개재된 어떤 요소에 접촉될 수 있다.

상기 진동 출력은 상기 보완 구조물들 중 하나로부터 나오는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 실시 예로서, 진동 구멍 뚫기 장치는, 진동헤드, 상기 헤드에 연결된 또는 연결될 드릴 스트링을 회전시키는 회전 구동부를 갖는 상기 진동헤드에 매달린 드릴 스트링 지지부, 진동헤드 지지부, 및 상기 지지부와 순응적으로 상호작용하며 상기 진동헤드를 매다는 상기 진동헤드 지지부로부터의 상기 진동헤드를 위한 장착부(a mount)를 구비한다.

상기 순응적 상호작용은 적어도 하나의 기체 백(gas bag)을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 드릴 스트링 지지부 및 회전 구동부는 상기 진동헤드가 상기 드릴 스트링과 함께 회전하는 것을 허용하지 않는 것이 바람직하다.

또 다른 실시 예로서, 본 발명은 진동 출력을 제공할 수 있는 진동 장치에 관한 것으로서, 상기 장치는, 보완 구조물들 사이에서 왕복행정 가능한 셔틀을 갖는 어셈블리를 구비 또는 포함하며, 보완 구조물들 중 적어도 하나는 상기 진동 출력을 제공하고, 상기 셔틀을 회전시키는 구동부가 배치되고 상기 회전 셔틀과 상기 보완 구조물들 사이에서 자기 상호 작용이 이루어져 각각의 보완 구조물들과 상호 작용하며, 상기 셔틀의 왕복운동의 결과로 상기 셔틀에 대한 상기 보완 구조물들의 위상조정, 자기력의 교호작용이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

· 어느 또는 상기 셔틀 행정의 한 쪽(또는 양쪽)의 한계(들)에 관한 순응적 제한

· 상기 진동 장치 및 어느 연결된 드릴 스트링의 하중 또는 관성 또는 추력(thrust)을 지지하는 순응적 베어링

· 상기 진동헤드를 매다는 모자 형태의 지지 어셈블리

상기 자기 상호 작용들은 영구자석에 의한 것이 바람직하다.

상기 셔틀의 상기 구동부는 벨트 또는 상기 셔틀의 다른 주변 구동부이거나 상기 셔틀의 축선상의 연장부에 대한 구동부 또는 왕복행정 한계들(자기적으로 한정된 것이 바람직하다) 사이의 상기 셔틀의 왕복운동에 지장 없는 상기 셔틀에 연결된 구동부인 것이 바람직하다.

선택적으로 보완 구조물 및 상기 셔틀 사이에 추가적인 이벤트 없이 가압하기 위하여 소개되는 셔틀 운동을 일으키는 수단으로서 외부적으로 가압되는 유체의 제공에 의존하지 않을 수 있다.

또 다른 실시 예로서, 본 발명은 드릴 스트링을 경유하여 비트에 대한 하중 적용(application of weight)을 허용하거나 상기 비트로부터의 압력을 경감시키는 수단으로서 드릴 스트링을 운반하는 방향 구멍 뚫기 비트를 지지하는 순응적 매달림 지지부(a compliant dangled support)의 상태를 이용하는 것에 관한 것이다.

본 명세서에서 사용된 "셔틀(shuttle)"이란 용어는 움직이는 것 및 움직이지 않는 것 등(what moves and what does not, etc)에 관한 최광의의 의미들을 갖는다.

셔틀은 직진 운동하는 것이 바람직하다. 셔틀은 구동부에 의해 한 방향 또는 양방향으로 구동 될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 "및/또는" 이란 용어는 "및" 또는 "또는", 또는, 문맥의 전후관계가 허용하는 곳에서는 둘 다를 의미한다.

본 명세서에서 사용된 용어 "구비한다(comprises)" 또는 "구비하는(comprising)"은 "포함하다(includes)" 또는 "포함하는(including)"을 의미할 수 있다.

본 명세서에서 명사의 뒤를 따라 사용된 용어 "(들)"은 해당 명사의 단수와 복수 둘 다를 의미할 수도 있다.

본 명세서에서 사용된 용어 "(왕복)행정(stroke)" 또는 "행정 한계(stroke limit)"는 직진 행정의 한계 또는 어느 곡선 행정(예컨대, 고정된 것이든 이동하는 것이든, 선회축선 또는 다른 지지부에 대하여 스윙(swing) 운동할 수도 있다)의 한계를 의미할 수도 있다.

본 명세서에서 사용된 용어 "순응하는(compliant)"과 이의 변형된 용어들은 기체 백, 기체 스프링 또는 그와 동등한 것이든 아니든, 원하는 결과(예컨대, 행정 한계(stroke limitation), 충격 감소, 댐핑(damping), 충돌 회피 등)를 달성할 수 있는 어떤 구조의 특성을 언급하는 것이고, 진동헤드 지지부(즉, 진동헤드의 하중 또는 관성 또는 추력 및 드릴 스트링/비트 등의) 및 그 지지부에 지지된 것인 경우에는 어떤 그러한 배열(예컨대, 유체 백, 유체[액체 및/또는 기체] 저장부, 등 및/또는 어느 자석의 또는 다른 부양 또는 이격 지지)의 특성을 언급하는 것이다.

본 명세서에서 사용된 무방향성 구멍 뚫기(non-directional drilling)에 대한 "부양(floating)"이란 용어는 적어도 상기 셔틀 축선의 수직 배치에 근접하는 것만을 포함하지 않고 반드시 그러할 필요는 없다. 설령 셔틀 축선이 수평이더라도 상기 드릴 스트링 축선에 대한 "부양"을 의미할 수도 있다.

본 발명의 바람직한 실시 예가 첨부 도면을 참조로 이하에서 설명될 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른, 모자모양의 꼭대기 지지부(top hat support)로부터 매달려 내려와 공기 백들(air bags) 위에 놓인 진동헤드의 정면도이다.

도 2는 도 1과 유사하지만 공기 백들 또는 기체 백들과 같은 도 1의 저장부들 안에서 자석들이 어느 정도 이격되어 반발력으로 지원하도록 된 배치를 보여주는데, 그러나 여기서 상기 반발력은 상기 진동헤드로부터 나온 진동 출력이 상기 드릴 스트링 안으로 전달되도록 허용하도록 되어 의도된 대로 부분적으로 극복될 수 있고, 나아가 약간의 기계적 입력, 즉 압박(squeezing up) 또는 팽창 및/또는 수축에 의존하는 구멍파기 드릴 스트링(downhole drill string)에 가해지는 압력을 줄이고자 할 때에 부분적으로 극복될 수 있다.

도 3은 도 2와 유사하지만, 공기 백들이 없이 자석간의 상호 작용들 만을 보여주는 도면으로서, 이동(migration)하려는 것에 대항하여 상기 지지부의 수평 위치를 잡아 지지하는 다른 자석 등과 같은 순응적 억제부들이 있고, (예컨대, 점선으로 공기 백들을 도시함으로써), 도 1, 2 및 3에 도시된 장치(the arrangement)들을 혼합한 것들이 어떻게 활용될 수 있는지 이해되도록 도시한다.

도 4는 도시된 장치의 변화도로서, 팽창/수축, 또는 기계적 자극이 작용하는 조건 하에서, 어떻게 도 1의 장치에서 가장 낮게 위치한 백(들)이 진동헤드를 부분적으로 들어올려 구멍파기 비트(downhole bit)에 가해지는 압력을 줄여 줄 수 있는지를 보여준다.

도 5는 유체 압력(예컨대, 수압 및/또는 공압) 하에서 조종될 수 있는 진동 헤드의 부분절개 사시도로서, 셔틀의 각 단부는 로터리 밸브로 주입이 제어되는 유체의 진입에 의해 번갈아 구동되고, 그 때 다른 단부는 유체의 배출을 허용한다(이것 또한 로터리 밸브를 통해 이루어지는 것이 바람직하다). (본 도면은 본 출원인의 2005년 9월 22일에 WO2005/087393으로 공개된 PCT 명세서 PCT/NZ2005/000047의 도 11과 같음),

도 6은 또한 상기 셔틀을 더 잘 보여주기 위한 점에서 차이가 있도록 절개한 도 5의 장치 구성도로서, 상기 셔틀은 가이드로서의 회전축 또는 운반축을 포함하며, 진동 출력은 상기 셔틀 자체에 직접 연결된 것으로부터 나오기보다는 케이스의 고정 피스톤과 같은 부재로부터 나오는 것이 바람직하다.

도 7A 및 도 7B는 상기 셔틀의 인력(A)과 척력(R)에 관한 회전 상대성을 도시한, 2006년 6월 22일에 국제공개번호 제 WO2006/065155호로 공개된 본 출원인의 국제특허출원 제PCT/NZ2005/000329호의 도 2 및 도 4에 설명된 자기식 왕복 상호 작용들의 원리를 보여주는 도면이다.

도 8은, 본 명세서의 도 1 내지 도 4와 유사하며, 본 출원인의 국제공개번호 제WO2006/065155의 도 8에 개시된 자기식 상호작용 왕복 헤드의 실시 예를 나타낸 도면이다.

도 9는 직진 구멍 뚫기를 달성하기 위해 360° 이상으로 회전될 수 있고 그리고 어느 정도의 방향성(directional) 구멍 뚫기를 허용하기 위해 360° 미만으로 부분적으로 회전될 수 있도록 드릴 스트링의 단부에 부착 가능한 본 출원인 소유의 특허인 방향성 드릴 비트의 도면이다.

도 10은 도 9의 상기 비트의 비대칭을 도시한 측면도이다.

도 11은 상기 비트의 작업 단부를 향한 관점에서 바라본 도면이다.

도 12는 대략 12.5°의 조향면을 갖지만 직진 구멍 뚫기 모드(a straight drill mode)로 작동되는, 즉 360°이상으로 회전하여 도시된 구멍파기 프로파일(downhole profile)을 제공하는 도 9 내지 도 11에 도시된 비트를 보여주는 도면이다.

도 13은 도 12와 유사하지만 360°미만으로 회전된 후에, 즉 조향모드(a steering mode)에서 앞으로 이동되고 이에 의해 구멍파기 프로파일 상에 약간의 비대칭을 형성하고, 비트는 8-10mm 정도의 짧은 거리를 전진한 모습을 도시한다.

도 14는 도 13과 유사하지만, 비트는 여전히 조향모드에 있음에도 불구하고 이번에는 조향모드에서 대략 50mm 정도 전방 이동을 한 경우를 도시한다.

도 15는 도 14와 유사하지만, 도 14의 50mm 이동 위치로부터 대략 110mm까지 전진한 상태를 보여준다.

도 16은 도 15와 유사하지만, 조향모드에서 25mm 더 전진하여 예컨대 대략 135mm까지 전진한 상태를 보여준다.

도 17은 도 16과 유사하지만, 조향모드에서 25mm 더 전진하여 즉 전체 전진 거리는 대략 160mm가 되는 비트를 나타낸다.

도 18은 도 17에 도시된 상태에 이어서 본 출원인 소유의 특허인 비트의 완전한 회전을 개시한 결과를 도시한다.

도 19는 점진적으로 더 깊은 구멍 뚫기 그래프로서, 암석을 절삭하기 위해 시계방향의 부분적인 회전, 구멍 뚫기 압력의 경감, 반시계방향의 부분적인 회전 등("시계방향"은 아래쪽 그래프의 상향 선으로 표시되고, "반시계방향" 부분적 회전은 하향 선으로 표시되며, 회전 없는 "후퇴(복귀)(pull back)" 상태는 그래프의 최상부의 수평 선으로 표시되고, 회전 없는 "전진(push forward)"은 최하부의 수평선으로 표시됨)을 나타내는 관련된 그래프들을 도시한다.

도 20은 도 19의 그래프들에서 도시된 10시부터 12시까지의 제한된 회전을 나타낸 도면이다.

도 21은 도 1에 도시된 장치의 팽창 가능한 저장부들로 입출하는 압력라인을 나타낸 것으로, 그러한 압력라인들은, 도 4에서 도시된 상태에서 장비(rig)에 의해 반대방향의 부분 회전 이전과 그 부분 회전 동안(조향모드에서)의 성과에 영향을 주도록 하기 위해, 팽창 및 수축에 의한 변화를 허용한다.

도 22는 스러스트 플레이트(thrust plate) 상에 작용하는 봉으로 결합된(tie rodded) 두개의 플레이트의 바람직한 실시 예를 도시하며, 결합 봉들(tie rods)은 그 스러스트 플레이트로 전방 및 후방 플레이트가 정렬되도록 속박한다.

도 23은 셔틀과 드릴 스트링 각각에 유(수)압 구동을 제공하기 위한 흐름도와 도 1 및 도 4의공기 백들을 팽창/수축 시키는 공압적 회로의 흐름도를 도시한다.

바람직하게, 앞서 언급한 본 출원인의 특허 명세서들의 공개일을 기준으로, 본 출원인의 모든 상기 명세서들은 인용에 의해 본 명세서의 일부로 포함된다. 국 제공개번호 제WO2004/009298호에서와 같이. 본 발명은, 그의 바람직한 실시 예에 따르면, 매달려서 지지되는 진동헤드와 이의 구동부(임의의 클러칭 메커니즘 또는 거기에 포함되는 다른 메커니즘을 포함한다)에 관한 것이고, 제어부를 포함한다. 이 제어부는 구멍 뚫기 방향(a drilling sense)으로 360°이상의 회전과, 방향성 구멍 뚫기의 목적을 위하여, 구멍을 뚫는 방향으로 360°미만의 대략 아크(arc) 형태의 회전, 그리고 후퇴 또는 복귀 상태에서는 다른 방향으로(예컨대, 정상적으로는 각각 시계방향 및 반시계방향으로) 유사한 아크 형태의 회전을 허용한다.

본 발명의 바람직한 실시 예로서, 상기 지지부는 다른 플레이트들 명목상 "전방" 및 "후방" 플레이트들에 위치하는(결합 봉과 같은 것에 의한 것이 바람직하다) 측 또는 "하부" 및 "상부" 플레이트들에 위치하는 측의 압력 지지 플레이트를 포함한다. 이들 플레이트들과 상기 압력 플레이트 사이에는 순응적 타입의 상호작용(바람직하게는 꼭대기와 바닥 양측 모두에서)이 있게 된다.

참조된 것은 하부 및 상부 플레이트들을 지지하거나 매다는 것에 관한 것인 반면, 본 발명에서의 하부 및 상부 플레이트들에 관한 것은 방향성 구멍 뚫기의 목적을 위하여 상기 진동헤드의 배치가 수직에 가깝기 보다는 다른 어떤 형태가 될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들면, 하부 및 상부 플레이트들의 지지에 있어서 상기 진동헤드의 수평배치가 본 발명의 범위 내에서 또한 고려되어지고 따라서 매달림(dangle), 하부(lower), 상부(upper) 등과 같은 용어들은 그러한 장치 가 수평배치에 사용되어질 때에도 적합한 의미들로 받아들여져야 한다. 그러한 수평 사용에 있어서는 가이드들(guides), 예컨대 이하에서 설명되는 결합 볼트들(tie bolts) 등은 바람직하게 순응적 수단들이 진동 또는 주로 상기 셔틀의 진동으로부터 상기 지지부를 보호하기 위하여 이용될 수 있게 남겨지는 것을 보장하는 보다 더 중요한 의미를 갖는다.

그러한 플레이트들 간에는 상기 순응적 수단들 또는 상기 순응적 상호작용을 제공하는 수단들이 개재된 것이 바람직하다.

이하에서 언급되는 "공기 또는 유체(기체) 백"은 내부와 외부로 유체를 이동시킴 없이 주위 환경들에 적합하게 될 수 있는 변화들에 순응하는 어떤 제어나 대응 하에서 유체의 채워짐 및/또는 유체의 배출에 대해 응답할 수 있는 어느 포함 구조 또는 적용 가능한 기체 포함 외관을 포함한다.

어떤 적합한 천연 또는 인조 고무 타입의 재료가 그러한 용기를 형성할 수 있다. 어떤 적합한 직조 또는 비직조 방식의 유연한 재료(탄력이 있는 것이든 없는 것이든 관계 없다)가 또한 이용될 수 있고, 또한 원한다면, 고무 성질의 적합한 밀봉재가 포함될 수도 있다. 적합한 직조재료는 TEFLON™, 유리, 나일론 등과 같은 인조 섬유들을 포함한다. 다른 재료들도 또한 사용될 수 있다.

도 1은 도시된 진동 장치부(셔틀을 갖는 "진동헤드", 진동 출력은 진동헤드의 케이싱으로부터 나옴)(11)와 고정 또는 조종 가능한 구멍 뚫기(drill) 헤드 프레임 어셈블리(6) 사이에서 협력하는 주(main) 공기 또는 유체(기체) 백 그룹(4)을 보여준다. 도시된 바와 같이 상기 공기 백(4)들 사이에 결합된 고정물에 동일한 압력을 제공하는 공기 밸브들에 의해 필요하다면 상기 드릴 스트링은 조절될 수 있으므로 하중을 무시하고 작동되는 동안 상기 뚫기 구멍(drill hole) 안에서 "부양"하는 능력을 갖는 상기 드릴 스트링(7)을 이 어셈블리는 제공한다. 물론 상기 능력은 이후에 설명되는 바대로 방향성 구멍 뚫기 시 압력 경감을 위해 불균일한 압력이 사용되는 것도 허용한다.

이 어셈블리는 또한 상기 드릴 스트링(7)의 이동부(the moving mass)와 셔틀 어셈블리 및 상기 구멍 뚫기 장치 구조(the drill rig structure) 또는 지지부/프레임(6) 사이에 격리부를 제공한다.

그러한 두 가지 기능들은 상기 헤드의 작동에 있어서 중대한 것임이 증명될 수 있고 바람직한 것들이다.

상기 이동부(셔틀)(5)는 말단 플레이트들 내에 있는 각각의 단부에 공기 백들이나 순응적 수단들을 가질 수 있다. 말단 플레이트(12)는 상기 드릴 스트링에 출력을 제공하기 위한 것이다. 상기 공기 백(8)들은 운전중인 셔틀의 왕복 운동의 중심에 그 셔틀을 위치시키는 데에 이용된다. 이것은 바람직하고 또한 셔틀이 운전 중인 동안에 상기 셔틀이 상기 말단 플레이트(12) 및 (13)((11)의)에 대해 가장 낮은 레벨에 이를(bottom out) 수 있으므로 중요한 것이 될 수 있다. 이들 공기 백(8)들 안의 압력은 상기 셔틀의 작동 변수가 변하도록 즉, 상기 셔틀의 운동을 제한하거나 증가시키도록 대칭 또는 비대칭적으로 변경될 수 있다. 이 어셈블리는 상기 셔틀 어셈블리가 상기 드릴 스트링에 부착되는 동안 완벽하게 매달려 있도록(suspended) 한다.

전이부(transition)로서의 회전 베어링 어셈블리는 상기 드릴 스트링(7)에 회전을 허용한다. 상기 베어링의 상부에서 상기 진동 아웃테이크(the vibrational outtake)는 회전하지 않는다. 즉, 진동은 하지만, 고정되거나 드릴 스트링 회전과는 독립적이다. 상기 회전 입력은 고정 모터(1)에 의해 구동되는 광폭 치 벨트 어셈블리(a wide tooth belt assembly)(2)에 의해 제공되는 것이 바람직하다. 상기 구동부들 간의 거리는 상기 드릴 스트링의 이동 거리이고 그에 따른 진동은 상기 벨트 구동부에 의해 흩어지게 되며 따라서 상기 구멍 뚫기 구조체까지 전달되지는 않는다. 상기 벨트 구동부는 또한 상기 진동 때문에 고장나지는 않는다.

도 1, 2, 3 및 4는 플레이트(14)들 사이에(도 1, 2 및 4의 경우에서) 개재된 스러스트 플레이트(a thrust plate)(10)를 보여준다.

도 1에서와 같이 배치된 각각의 기체 백(4)은 도 1에 도시된 상태로부터 도 4에 도시된 수축까지 상부(도 4에 도시된 바와 같이) 또는 하부를 향한 아니면 그에 역방향의 진동 입력들 하에서 운동들을 조절할 수 있다. 필요하다면 그러한 운동들은 이후에 설명될 상기 백(4)들의 적합한 팽창 수축에 의해 유도될 수 있다.

도 2는 자석(15)들이 상호 간에 반발 효과를 제공하기 위하여, 즉 상기 스러스트 플레이트(10)의 플레이트들 중 어느 하나에 대해 상기 플레이트(14)들 중 어느 하나로부터 정렬된 자석들이 같아서 접촉이 방해되도록 하기 위한 자석(15)들이 상기 백들(4)의 내부 또는 외부로 드러난 복합체를 도시한다. 이것은 상기 공기 백들 자체에 의한 시스템이다. 그러한 자석 상호 작용들과 공기 백 상호 작용들과의 합성은 적합한 수단들에 의해 진동 운동을 유도하거나 자석(15)의 접촉 없이 변위를 일으키는 것을 가능하게 한다.

상기 셔틀의 목적은 상호 동작으로 상기 인접 부재들에게 에너지를 전달하는 것이다. 이러한 에너지의 전달은 과거에는 상기 셔틀과 이에 인접한 부재들(상기 셔틀이 상호 동작으로 움직이도록 하는 적합한 속도조절(timing)을 갖는) 사이에 오일이 주입됨으로써 달성될 수 있으며, 이렇게 하여 가장 효율적인 방법으로 에너지가 상기 드릴 스트링의 아래로 내려가 상기 비트로 전달되는 상기 셔틀 동작과 같은 방향의 선형 동작으로 상기 드릴 스트링이 움직이도록 한다. 본 출원인은 이후에 설명되는 상기 자석 상호작용에 대한 접근을 또한 지지한다.

상기 셔틀의 질량은 상기 인접 부재들에 대한 에너지 전달에 있어서 중요한 요소이다. 이동방향의 변화는 상기 인접 부재들에게 상기 에너지를 분배한다. 상기 셔틀의 질량이 커질수록 이러한 방향변화를 달성하기 위한 에너지는 점점 더 많이 요구되고 이는 요구 마력과도 직접적으로 연관된다. 상기 셔틀의 질량과 진동되는 상기 드릴 스트링의 전체 질량 간의 관계는 적합하게 고려되어야 하고 크기도 적합하게 결정되어야 한다.

상기 셔틀 동작(상기 셔틀은 진동의 경감과는 무관하다)은 상기 뚫기 구멍 안에서 상기 드릴 스트링이 잠기거나 구속되어 상기 진동헤드가 멈춰지게 되는 상황이 결코 발생하지 않는다는 이점을 갖는다. 상기 셔틀은 상기 드릴 스트링 또는 고정될 수 있는 부착물들에게 전체 동력을 전할 수 있다.

도 5 및 6은 본 출원인의 WO2005/087393의 도 11 및 10과 각각 같다. 도시된 것은 상기 축(18)(각 단부에 베어링이 마련된 것이 바람직하다)에서 전후로 왕복될 수 있는 셔틀(17)이다. 앞서 언급된 명세서에서 설명된 상기 왕복 동작은 고정된 피스톤들(21 및 22) 각각에 대하여 작용할 수 있는 유체가 각 챔버(18 및 20)에 각각 유입되고 배출됨으로써 일어난다. 상기 셔틀(17)의 각 단부에는 밀폐된 챔버(19 또는 20)가 있다. 로터리 밸브 장치들(23 및 24)은 챔버에 예컨대, 상기 축(18)이 아닌 상기 고정된 피스톤(21)을 통하여 진동 출력을 제공함으로써 챔버(19 또는 20)로의 유체의 유입 및 배출을 각각 제공하는 데에 적용된다. 만일 상기 축이 상 기 셔틀(19)에 고정된다면. 만일 상기 축이 상기 셔틀(19)에 고정되지 않는다면 상기 축이 어느 회전역할을 갖든지 또는 상기 고정된 피스톤들 안에서 단지 봉인된 것인 지와는 무관하게 상기 동력 출력은 상기 축으로부터 나올 수 있다.

도 5 및 6에 도시된 진동헤드 장치의 및 진동헤드 장치로부터의 적합한 공압적인 제어들은 본 출원인의 언급된 특허 명세서에서 충분히 설명되어진다.

본 출원인의 WO2006/065155의 자석 상호작용 헤드에 대하여 도 7A는 상기 고정된 보완 부재들 사이에서 상기 셔틀이 시계방향으로 회전하는 것과 어느 보완 요소 및 상기 셔틀 그리고 상기 셔틀 및 다른 보완 부재 사이에서 척력 및 인력이 각각 작용하여 상기 셔틀에는 화살표 방향으로 순수한 왕복 추력(thrust)이 발생되는 상황 "R" 및 "A"을 보여주는 개략도이다. 도 7B는 상기 한 쌍의 고정된 보완 요소 및 상기 셔틀 간에 "A"의 인력 및 "R"의 척력이 역전된 후에 상기 셔틀이 상기 화살표 방향으로 이동되는 순간의 도 3에 도시된 장치들을 보여준다.

도 7A 및 7B는 영구 또는 다른 자석들의 상이한 극성의 영역들을 참고로 그 효과를 보여준다. 지그재그 화살표는 제1 보완 구조물로부터 동력이 옮겨지는 것을 표시한 것이다. 도시된 장치에서는 "양(+)"극과 "음(-)"극으로 도시된 것과는 정반대로 도시된 제2 보완 구조물도 있다. 상기 셔틀은, 도 3에 도시된 상태에서, 그러한 각 단부들에서 동일한 극성을 갖는 것이 바람직하며, 상기 셔틀과 상기 제2 보 완 구조물 사이에는 "양"과 "음"의 인력 "A"가 있는 반면, 그와 동시에, 상기 셔틀과 상기 제1 보완 구조물 사이에는 "양" 및 "양"극들의 배치로부터 발생된 순수 반발력이 있다. 도 7B에도시된 바대로, 반대 상황 이후의 짧은 순간은 존재하고 이것은 상기 셔틀이 회전함에 따라 왕복 방향의 반대로 뒤집는 "R" 및 "A"를 "A" 및 "R"로 신속히 교체하는 것이다.

본 발명의 어떤 형태에서, 상기 보완 구조물들은 도시된 상황에 180°정반대로 마련되고 변경될 수 있다.

상기 진동의 아웃테이크(outtake)는 도 7A 및 7B에 도시된 바와 같이 상기 제1 보완 구조물을 경유하는 것이 바람직하다.

상기 셔틀은 자성체 수단들에 의해서 왕복 운동 되는 것이 바람직하다. 상기 셔틀의 단부들은 상기 셔틀이 회전될 때에 상기 셔틀을 왕복 운동시키는 원인이 되는 방법으로 설치되어 인접 부재들에 대한 펄스반응을 일으키는 그러한 배치로 설치된 전자석들 또는 (바람직하게는) 희토류자석(rare earth magnets)들을 갖는다.

상기 전술한 구동부들 및/또는 다른 종류의 구동부들의 혼합형이 사용될 수 있다.

상기한 모든 예들은 공통된 주제를 갖는다.

- 상기 셔틀은 상기 자석들 및 상기 관련된 구멍파기 장비(the associated down hole equipment)와 함께 상기 드릴 스트링 조인트들에 손상을 줄 수 있기 때문에 상기 인접 부재들과 물리적으로 접촉하는 것을 결코 필요로 하지 않는 것이 바람직하다.

- 상기 셔틀의 운동은, 상기 셔틀의 운동에 관하여 움직임이 자유로운, 상기 드릴 스트링 또는 부착 장비에 결코 종속되지 않는 것이 바람직하다.

- 상기 셔틀 동작은 바람직하게는 상기 드릴 스트링을 두 가지 방향으로 즉, 안과 밖으로 구동하는 것이고, 이렇게 함으로써 드릴 비트 회전이 거의 저항 없이 드릴 비트 카바이드들(drill bit carbides)로 전달될 수 있게 한다. 이 동작으로 구멍들이 후방으로 확장된다.

영구 자석들이 사용되는 것이 바람직하다. (특히 고 자성 밀도를 갖는 희토류형 자석(Rare Earth type magnets)들, 즉 180℃에서도 안정적일 수 있는 NdFeB와 같은 네오디뮴(Neodymium) 자석들과 400℃까지 사용될 수 있는 사마리움 코발트 자석(Samarium Cobalt magnetic)(FmCo))

미래에 개발될 수도 있는 자석들을 포함하는 자석의 다른 형태들이 활용될 수 있다. 그러나 일반적으로 말하자면, 전자석들은 순수하게 크기의 관점으로부터 그리고 진동하며 불리한 환경들에 영향을 받는 구조물에 적당한 전기적인 입력들을 제공해야 할 필요가 있어 부정적이다.

상기 셔틀에 대한 회전속도는 뚜렷하게 변할 수 있다는 것은 예견되는 것이다. 그러한 회전의 단순한 예는 1600RPM이 설명한 자석들에 있어서 상당한 진동 출력을 제공하기 위하여 상기 셔틀의 전방 및 후방의 충분한 행정을 제공하기에 충분하다는 것이다. 통상의 범위들은 1000에서 2000RPM이 될 수 있지만, 더 높거나 더 낮아질 수 있다. 2000RPM은 대략적으로 130Hz와 같다.

도 8은 본 발명에 따라 진동헤드를 매달아 운반하기 위해 걸려있는 본 출원인의 WO2006/065155의 발명에 따른 구멍 뚫기 헤드(a drilling head)를 보여주며, 진동장치 그 자체는 부분 단면도에 보여진다. 상기 명세서의 전체 내용은 2006년 6월 22일 이전에 공개되지 않은 것을 기준으로 하여 본 명세서의 내용으로 인용하고자 한다.

예를 들어, 도 8의 장치에 있어서, 상기 셔틀은 1.5m의 길이를 가지면 0.1mm부터 15mm까지의(셔틀 회전 속도, 셔틀 질량, 자석의 배치들, 자력의 세기들, 장치의 결합구조(geometry) 및 장치의 틈새들(clearances)에 의해 좌우됨) 왕복운동의 폭을 가질 수 있다.

정상 상태(steady state) 조건에서는 (바람직하게) 상기 20 cycle/sec로부터 200 cycles/sec까지의 진동수가 고려되는 것이 바람직하다. 진동수 200 cycles/sec 는 대략 3000RPM의 셔틀 순환에 의지한 4/8 자석 상호 작용들을 이용하여 용이하게 발생시킬 수 있다.

상기 말단 플레이트들(end plates)과 결합 봉들(tie rods)은 상기 인접 부재들간의 연결부이고 그리고 이들은 왕복운동 에너지를 상기 드릴 스트링으로 전달한다.

도 8에서는 드릴 헤드 프레임 어셈블리(drill head frame assembly)에 고정되거나 바람직하게 매달려 조종 가능한 진동 장치의 해당 부분 사이에서 함께-작용하는 주요 공기 또는 유체(기체) 백(bag) 그룹이 도시된다. 이 어셈블리는 상기 드릴 스트링의 하중과는 관계없이 운전되는 동안에 드릴 구멍에서 부양하는 능력을 상기 드릴 스트링(25)에 제공하는데, 이는 상기 공기 백들 사이에 지지되거나 또는 혼자 남겨질 수도 있는 상기 드릴 스트링 고정물에 동일한 압력을 제공하는 것이 공기 밸브(미도시)들에 의해 조절될 수 있기 때문이다. 이 어셈블리는 또한 상기 드릴 스트링(25)과 셔틀 어셈블리(26)의 이동부(the moving mass)와 상기 드릴 외장 구조체 내지 지지부/프레임(27) 사이에는 격리부(insulation)를 제공한다.

그러한 두 가지 기능들은 바람직한 것들이자 상기 헤드의 운전에 있어서 중대한 것으로 될 수 있다. 이것은 또한 나중에 더 상세하게 설명될 방향성 구멍 뚫기에 대한 이점들을 준다.

말단 플레이트들(28 및 29)은 상기 셔틀에 대해 반작용한다. 말단 플레이트(28)는 축(30) 및 축의 연장부(extension)(31)를 경유하여 상기 드릴 스트링에 출력을 제공한다. 전이부로서의 회전 베어링 어셈블리(32)는 상기 드릴 스트링이 회전하는 것을 허용한다. 상기 베어링 어셈블리(32) 위, 상기 진동 아웃테이크는 드릴 스트링의 회전과는 독립적이다(즉, 회전하지 않는다). 상기 드릴 스트링의 하부 스핀들(spindle)에 대한 회전 입력은 고정 모터(34)에 의해 구동되는 광폭 치 벨트 어셈블리(33)에 의해 제공되는 것이 바람직하다. 상기 모터(34)로부터의 거리는 상기 드릴 스트링의 이동 거리 정도로 하여 그에 따른 진동은 상기 벨트 구동부(33)에 의해 흩어지게 되며 따라서 상기 드릴 구조체에서 상기 모터(34)로 전달되지는 않는다. 상기 벨트 구동부는 또한 상기 진동 때문에 고장나지는 않는다.

상기 셔틀(25)은 설명된 대로 자석들(38 및 39)의 배열들과 각각 상호 작용하도록 자석들(36 및 37)의 배열들을 (도 7A 및 7B에 도시된 방법으로) 운반한다.

상기 셔틀 회전의 상기 구동부는 벨트(41)들과 같은 유연 구동부들을 구동하는 전기적, 공압 또는 수압 모터(40)인 것이 바람직하다. 복수의 구동 벨트들이 사용되는 것이 바람직하다. 그러한 벨트(41)들은 요구되는 운동 폭들을 조절할 수 있는 것이 바람직하다.

다른 구동 형태에서 상기 셔틀은 유체(예컨대, 공기, 물 등과 같은)에 의해 부딪혀지는 날개들(vanes)에 의해 회전이 강제될 수도 있다. 구동 형태에 관한 다른 선택이 존재하거나 사용될 수 있다. 예컨대, 상기 셔틀의 축선으로 연장된 어떤 구동부들이 존재하거나 사용될 수 있다(주변(peripheral) 전동이 반드시 필요한 것은 아니다).

상기 진동 장치가 관여되는 한, 말단 플레이트는 상기 셔틀에 자석들(36 및 37)의 배열을 각각 지지하는 상기 셔틀의 (42) 및 (43)(예컨대, 상기 셔틀에 적합하게 볼트 결합되거나 상기 셔틀의 측부들을 향해 방사상으로 감싸지고 고정됨)을 운반하며, 각 배열은 플레이트들(28 및 29)의 자석들(38 및 39)의 배열과 협력(도 7A 및 7B에 도시된 바와 같이)하는 것을 확인할 수 있다.

도시된 바와 같이, 적어도 상기 셔틀에, 상기 각각의 자석들은 절두체 원뿔(frustoconnical) 또는 억류 플레이트들(42 및 43)에 의해 지지될 수 있는 형태로 마련되어 상기 셔틀의 몸체에 결합된다. 만일 원한다면, 플레이트들(28 및 29)와 그들의 배열들(38 및 39)에도 동일하게 사용될 수 있다.

셔틀 몸체는 상기 축의 제2 자극(45)의 자석 라이닝(lining)에 대해 자기적으로 공중 부양되는 제1 자극(44)의 영구 자석들로 라이닝된 것이 바람직하다.

상기 자석들은 각 셔틀의 단부에서 노출되는 것이 바람직한 반면, 어떤 경우에는, 자석 상호 작용의 효율을 떨어뜨리지 않는 보호덮개로 덮일 수도 있다. 상기 말단 플레이트들의 상기 고정 자석들 각각도 마찬가지이다. 이들은 상기 셔틀에도 유사하게 적용될 수 있고 또는 단순 부착으로도 충분하다.

원할 때에 상기 셔틀이 상기 말단 플레이트들 사이에서 회전 여부와는 무관하게 안정적인 상태에 머물 수 있도록 각각 또는 하나의 말단 플레이트가 회전(예컨대, 45°만큼)될 수 있다는 것은 예견되는 것이다.

안내(guiding) 축선 상에는 상기 셔틀의 상기 자석 지지부가 바람직하지만 다른 대안 형태들에서는 어떤 공기 또는 다른 지지부가 마련될 수도 있다. 이것은 상기 영구 자석들의 성능을 떨어뜨릴 수도 있는 어느 불필요한 열의 증가를 회피하기 위한 것이다.

상기 장치를 관통하여 상기 드릴 스트링으로 연장되어 냉각기능의 가능성 뿐만 아니라 세척(flushing) 능력까지도 제공하는 유체 통로(46)가 마련될 수도 있다. 그러한 유체로는 공기, 액체(예컨대, 물)가 될 수 있으며 또는 일반적으로 구멍 뚫기에 사용되는 윤활 유체(예컨대, 슬러리(slurry))를 포함할 수 있다.

도 9는 직진 구멍 뚫기를 달성하기 위해 360°이상 회전되고 편평한 면(47) 에 의해 마련된 비대칭에 의지하여 어느 정도의 방향성 구멍 뚫기를 허용하기 위해 360°미만으로 부분적으로 회전되도록 드릴 스트링의 상기 단부에 부착될 수 있는 방향성 구멍 뚫기 비트를 도시한 것이다. 도 10은 도 9의 상기 비트의 비대칭을 도시한 측면도이다. 도 11은 상기 비트의 작업 단부를 향한 관점에서 절단부들(the cutters)을 보여주는 도면이다.

도 12는 대략 12.5°의 조향면(47)을 갖고 그러나, 직진 구멍 뚫기의 모드로 작동되는, 즉 도시된 대칭된 구멍파기 프로파일(symmetric downhole profile)(48)(예컨대, 145mm 직경의 구멍을 생성하는 방향성 비트에서 95mm 직경의 존데(Sonde) 하우징 몸체를 갖는)을 제공하도록 360°이상으로 회전되는 도 9 내지 도 11에 도시된 비트를 보여준다. 도 13은 도 12와 유사하지만 360°미만으로 회전된 후에, 즉 조향모드(a steering mode)에서 그것에 의해 비대칭으로 구멍파기 프로파일을 형성하고, 상기 비트가 8-10mm만큼 작은 거리로 전진(forward progress)한 것을 보여준다. 도 14는 도 13과 유사하지만 조향모드에서 대략 50mm 전방 이동한 후에 여전히 조향모드 상태에 있는 비트를 보여준다. 도 15는 도 14와 유사하지만 도 14의 50mm 이동 위치로부터 대략 110mm 전진한 상태를 보여준다. 도 16은 도 15와 유사하지만 25mm 더 전진한, 예컨대 조향모드에서 대략 135mm로 전진한 상태를 보여준다. 도 17은 도 16과 유사하지만 조향모드에서 25mm 더 진행한, 즉 전체 전진 거리는 대략 160mm가 되는 비트를 보여준다. 이것은 360°이상의 완전 회전/새로운 방향의 구멍 뚫기에서 제거되는 상기 비대칭의 프로파일 영역(50)으로부터 의 상기 물질(49)을 보여준다.

도 18은 도 17에 도시된 상태를 제1 상태로 가정하여 이에 의한 전체 회전 개시의 결과를 보여준다.

도 19는 점진적으로 더 깊이 구멍을 뚫는 구간으로서, 암석을 가르는 부분적인 시계방향 회전, 구멍 뚫기 압력의 경감, 반시계방향의 부분 회전, 등 (상향 선에 의해 하부구간에서 보여지는 "시계방향", 하향 선에 의해 보여지는 "반시계방향"의 부분 회전, 최상부의 수평 선에 의해 보여지는 회전 없는 "후퇴(pull back)"("PB") 상태, 최하부의 수평선에 의해 보여지는 회전 없는 "전진(push forward)"("PF"))을 보여주는 관련된 구간들[운전 대. 시간(최하부에서) 및 깊이 대. 시간(최상부에서)]을 보여준다.

도 19에서 수직 점선들 중 더 인접한 쌍들은 200 밀리 초("PF") 추력 압력(즉, 그래프 하부구간이 수평이고 가장 하부일 때)과 상부 영역에서 동일한 그래프의 구간이 수평일 때에 상응하는 200 밀리 초 추력 압력의 해제("PB")에 교대로 대응된다. 이들 위치들은 회전 없는 전진과 후퇴에 각각 교대로 대응된다.

지반 굴착(The cutting)은 바닥구간에서 도 20에 도시된 10시 위치에서의 경사진 선의 최하부 구간의 시간부터 도 20에 도시된 2시 위치에서의 위쪽으로 향하 는 경사진 선의 최상부 사이에서만 대략 10rpm의 구멍 뚫기 봉 회전이 있는 위쪽으로 향하는 경사진 선에 의하여 도시된다. 12시 위치는 상기 상향 및 하향 구획 선들을 통해 가운데가 수평하게 통과되는 구간의 중심선이다.

도 19의 상기 하부구간의 위쪽으로 경사진 선들과는 반대로, 상기 하향 선들은 상기 전진(the push forward) 이전의 반시계방향의 회전을 보여준다.

상기 하부구간의 상기 상향 선들로 도시된 시계방향성의 상기 굴착 회전(the cutting rotation)과 상기 하향 선들에 의해 도시된 반시계방향의 비굴착 회전(non-cutting rotation)은 당연히 이해되어지는 것이다.

상기 상부구간(the upper plot)은 상기 하부 대부분의 구간(the lower most plot)과 시간적으로 정확하게 대응된다. 이것은 암반면(a rock face)(수평 구획선)에 대한 출발지점에서 하부 그래프에 연결된 그래프와 상기 하부구간에 관해 설명된 다양한 조건들에 관한 상기 비트의 일련의 하향 운동을 보여준다.

도 20은 도 19의 상기 구간들에 도시된 10시부터 12시까지의 제한된 회전을 보여준다.

도 21은 도 1에 도시된 장치의 팽창 가능한 저장부들로의 공급과 그러한 저장부들로부터의 공급을 위한 압력라인을 나타낸 것으로, 그러한 압력라인들은 도 4 에서 도시된 조건의 장비(rig)에 의해 반대방향의 부분 회전 이전에 그리고 반대방향의 부분 회전 동안(조향모드에서) 의 성과에 영향을 주도록 팽창 및 수축에 의한 변화를 허용한다. 도시된 장비(rig)는 도시된 대로 또는 도시된 것과 반대로 될 수도 있다.

중요한 것은 각각의 백(들)(51/52)을 공기/기체로 가압/감압하기 위해 블래더들(bladders), 벨로우즈(bellows) 또는 백들(bags)(51 및 52)이 각각의 실린더들(53 및 54)로의 수력학적인 입력 및/또는 공기식의 입력에 의하여 개별적으로 팽창/수축될 수 있다는 것이다.

도 22는 전방 및 후방 플레이트가 정렬되도록 전방 및 후방 플레이트를 속박하는 결합 봉들(tie rods)과 함께 스러스트 플레이트(thrust plate) 상에서 작동하는 바람직하게 결합 봉이 설치된(tie rodded) 두개의 플레이트 실시 예를 도시한다. 여기서 블래더들, 벨로우즈 등과 같은 (57) 및 (58)은 각각 어느 경우에서는 플레이트들(60 및 61)에 작용하고 다른 경우에서는 플레이트들(60 및 62)에 작용함으로써 상기 결합 봉들(59)을 플레이트(60)를 통하여 상하로 이동시킬 수 있다. 상기 고정(fixed) 또는 크레인(crane) 등과 같은 지지된 프레임(supported frame)은 플레이트(60)이거나 또는 이에 고정되게 연결된 것일 수 있다.

도 23은 각각의 상기 셔틀과 드릴 스트링 둘 다에의 유(수)압 구동을 위한 흐름도와 도 1 및 도 4에서 말한 공기 백들을 팽창/수축 시키는 공압적 회로의 흐름도를 보여준다.

도 22의 상기 플레이트들(60, 61 및 62), 상기 결합 봉들(59) 및 상기 벨로우즈, 백들 등과 같은 (57) 및 (58)이 도 23에 도시된다. 도시된 공급 백들(57 및 58)은 각각 도 21의 (53) 및 (54)에 각각 대응되는 실린더들(66 및 67)이다. 여기서 상기 실린더들(66 및 67)에 대한 제어는 가압 유체의 입력(intake)(유압 및/또는 공압)을 받아들이는 밸브 메커니즘의 작용 하에 있고 도시된 바와 같이 각각 기체 타입으로 연결된 블래더, 벨로우즈, 백 등과 같은(57) 또는 (58)이 팽창되거나 수축될 필요가 있을 때에 상기 제어는 유체의 입력을 상기 실린더들(66 및 67) 안의 피스톤들(rams)의 하부 측을 향해 통과시킬 수 있다.

도시된 것은 말단 플레이트에 배치된 자석들로 자석 왕복 상호 작용들이 구동되는, 앞에서 설명된 바와 같은, 바람직하게는 상기 바람직한 형태의 셔틀을 회전시키는 효과를 갖는 전기적 또는 유압 모터(64)의 벨트(65)로부터의 입력 하에서 상기 셔틀(미도시)이 내부에서 움직여지는 하우징(63)이다.

도시된 것은 유체를 받아들이거나 내보내며 상기 드릴 스트링의 상기 스핀들(74)에 대한 적합한 회전을 분배함으로써 회전 유압 모터들(71)에 동력을 공급하는 작용을 갖는 상기 밸브 메커니즘(68)과 밸브 메커니즘(70)을 둘 다 제어하는 CPU(69)이다. 각각의 유압 모터(71)에 대한 이들 벨트들(72 및 73)은, 상기 CPU(69)와 이의 밸브 장치(70)의 제어 하에서, 앞서 언급한 바와 같이, 적어도 직진 전방 구멍 뚫기(straight forward drilling)에 관한 360°이상의 회전 또는 선택적인 360°미만 회전의 후방 및 전방 구멍 뚫기(drilling back and forth)를 허용한다.

특허 명세서, 다른 외부의 서류나 정보의 다른 소스들에 대한 참조가 이루어진 본 명세서에서, 이는 일반적으로 본 발명의 특징들을 논의하기 위한 전후관계를 제공할 목적이다. 여기서 특별히 언급되지 않았다면, 그러한 외부문서들에 대한 참조는, 어떠한 재판관할에서도, 그러한 문서들 또는 정보의 소스들이 선행기술이거나 당업계에 알려진 일반적 상식이라는 것을 인정하는 것으로 해석되지 않는다.

본 발명은 구멍 뚫기 장치(drilling apparatus)와 특히 지반을 뚫기(drilling) 위한 드릴 스트링 지지장치(drill string suspension of apparatus)에 적용될 수 있고, 작업 시 진동이 발생되는 진동장치에 적용될 수 있다.

Claims

구멍 뚫기 장치(drilling apparatus)에 있어서,

지지 프레임(support frame),

진동헤드(vibrational head),

상기 지지 프레임으로부터 상기 진동헤드를 직간접으로 운반(carry)하는 제1 진동반응 지지부(a first vibrationally responsive support),

상기 지지 프레임으로부터 상기 제1 진동반응 지지부까지 상기 진동헤드를 직간접으로 지지(hold)하는 제2 진동반응 지지부(a second vibrationally responsive support),

상기 진동헤드에 의해 직간접으로 운반되며 선택적으로 비트(bit)를 갖는 드릴 스트링(drill string), 및

상기 드릴 스트링과 어느 선택적인 비트를 직간접으로 회전시키는 구동부(drive) 또는 복수의 구동부들을 구비(comprising) 또는 포함(including)하는 것을 특징으로 하는 구멍 뚫기 장치.
제1항에 있어서,

상기 진동헤드는 상기 지지 프레임으로부터 상기 제1 진동반응 지지부에 매달려서(dangle) 지지되는 것을 특징으로 하는 구멍 뚫기 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제1 진동반응 지지부는 유체(a fluid)의 순응적 저장부(compliant reservoir)를 포함하는 것을 특징으로 하는 구멍 뚫기 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 진동반응 지지부는 자성체의 상호 반발작용을 포함하는 것을 특징으로 하는 구멍 뚫기 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제2 진동반응 지지부는 유체의 순응적 저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 구멍 뚫기 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제2 진동반응 지지부는 자성체의 상호 반발작용을 포함하는 것을 특징으로 하는 구멍 뚫기 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 지지 프레임은 상기 제1 및 제2 진동반응 지지부 사이에서 상기 진동헤드의 연결이 모자가 뒤집힌 형태로 매달린 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 구멍 뚫기 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

비트가 제공된 것을 특징으로 하는 구멍 뚫기 장치.
제8항에 있어서,

상기 비트는 방향성 구멍 뚫기(directional drilling)를 허용하는 종류의 비트인 것을 특징으로 하는 구멍 뚫기 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 구동부 또는 구동부들은 상기 드릴 스트링을 회전시켜 비트를 360°회전 시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 구멍 뚫기 장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 구동부 또는 구동부들은 또한 상기 드릴 스트링을 회전시켜 비트가 역회전 되기 전에 360°미만으로 회전시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 구멍 뚫기 장치.
제9항에 있어서,

적어도 상기 제1 진동반응 지지부는 상기 진동헤드를 들어올려 상기 드릴 스트링 및 방향성 구멍 뚫기 비트를 들어올리도록 조절될 수 있는 것을 특징으로 하 는 구멍 뚫기 장치.
제12항에 있어서,

적어도 상기 제1 진동반응 지지부가 조절되거나 조절되었을 때, 상기 구동부 또는 구동부들은 상기 드릴 스트링을 회전시킬 수 있거나 상기 드릴 스트링을 회전시키도록 동기되고 그래서 구멍을 뚫을 때 360°를 통과하여 상기 비트를 역회전 시킬 수 있거나 역회전 시키도록 동기되고, 또는 방향성 구멍 뚫기의 목적으로 360°미만으로 회전된 상태에서 상기 비트를 역회전 시킬 수 있거나 역회전 시키도록 동기되는 것을 특징으로 하는 구멍 뚫기 장치.
구멍 뚫기 장치에 있어서,

지지 프레임,

진동헤드,

상기 지지 프레임으로부터 상기 진동헤드를 직간접으로 운반하는 적어도 하나의 진동반응 지지부,

상기 진동헤드에 의해 직간접으로 운반되며 선택적으로 비트(bit)를 갖는 드릴 스트링,

상기 드릴 스트링 및 어느 선택적인 비트를 직간접으로 회전시키는 구동부 또는 복수의 구동부들을 구비 또는 포함하며,

적어도 상기 제1 진동반응 지지부는 상기 진동헤드를 들어올려 상기 드릴 스 트링 및 방향성 구멍 뚫기 비트를 들어올리도록 조절될 수 있고,

적어도 상기 제1 진동반응 지지부가 조절되거나 조절되었을 때, 상기 구동부 또는 구동부들은 상기 드릴 스트링을 회전시킬 수 있거나 상기 드릴 스트링을 회전시키도록 동기되고 그래서 구멍을 뚫을 때 360°를 통과하여 상기 비트를 역회전 시킬 수 있거나 역회전 시키도록 동기되고, 또는 방향성 구멍 뚫기의 목적으로 360°미만으로 회전된 상태에서 상기 비트를 역회전 시킬 수 있거나 역회전 시키도록 동기되는 것을 특징으로 하는 구멍 뚫기 장치.
제14항에 있어서,

상기 진동헤드는 상기 지지 프레임으로부터 상기 적어도 하나의 진동반응 지지부에 매달려서(dangle) 및/또는 상기 적어도 하나의 진동반응 지지부에 의하여 매달려서 지지되는 것을 특징으로 하는 구멍 뚫기 장치.
제14항 또는 제15항에 있어서,

상기 적어도 하나의 진동반응 지지부는 유체(a fluid)의 순응적 저장부(compliant reservoir)를 포함하는 것을 특징으로 하는 구멍 뚫기 장치.
제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 적어도 하나의 진동반응 지지부는 자석의 상호 반발작용을 포함하는 것을 특징으로 하는 구멍 뚫기 장치.
제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 지지 프레임은 상기 제1 및 제2 진동반응 지지부 사이에서 상기 진동헤드의 연결이 모자가 뒤집힌 형태로 매달린 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 구멍 뚫기 장치.
제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,

비트가 제공되고 상기 비트는 방향성 구멍 뚫기(directional drilling)를 허용하는 종류의 비트인 것을 특징으로 하는 구멍 뚫기 장치.
제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 구동부 또는 구동부들은 상기 드릴 스트링을 회전시켜 비트를 360°통과하여 회전 시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 구멍 뚫기 장치.
드릴 스트링에 부착되거나 부착될 수 있는 진동헤드를 상하로 지지하는 부양(floating) 또는 순응적(compliant) 지지부(support)를 갖는 것을 특징으로 하는 구멍 뚫기 장치의 사용.
제21항에 있어서,

어떤 기체(가스)상의 하중 지지부가 있는 것을 특징으로 하는 구멍 뚫기 장 치의 사용.
제21항 또는 제22항에 있어서,

어떤 자석 하중 지지부가 있는 것을 특징으로 하는 구멍 뚫기 장치의 사용.
제22항 또는 제23항에 있어서,

상기 하중 지지부에 대한 어떤 기체상의 강제부가 있는 것을 특징으로 하는 구멍 뚫기 장치의 사용.
제22항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 하중 지지부에 대한 어떤 자석 강제부가 있는 것을 특징으로 하는 구멍 뚫기 장치의 사용.
제21항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 진동헤드를 매다는(dangle) 거꾸로 뒤집힌 모자(top hat) 형태의 지지 어셈블리(support assembly)가 있는 것을 특징으로 하는 구멍 뚫기 장치의 사용.
제21항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 진동 장치는 셔틀(a shuttle)을 포함하고 상기 진동 출력은 상기 셔틀의 하우징(the housing)으로부터 나오는 것을 특징으로 하는 구멍 뚫기 장치의 사 용.
구멍 뚫기 장치에 있어서,

드릴 스트링에 부착되거나 부착될 수 있는 진동헤드,

지지부, 및

상기 지지부에 대해 상기 진동헤드를 강제 운반하는 적어도 하나의 변형 가능한(예컨대, 순응하는) 유체 저장부(fluid reservoir, 예컨대 순응적 기체 백)을 구비하며(comprising),

상기 진동헤드, 상기 지지부 및 상기 적어도 하나의 변형 가능한 유체 저장부 간의 상호작용은, 상기 드릴 스트링 축선의 길이방향 및 가로방향으로 상기 지지부에 대한 상기 진동헤드의 운동의 자유를 어느 정도 허용하며, 상기 부착된 또는 상기 부착될 드릴 스트링의 하중을 운반하는 효과를 갖는 것을 특징으로 하는 구멍 뚫기 장치.
구멍 뚫기 장치에 있어서,

드릴 스트링에 부착된 또는 부착될 수 있는 진동헤드,

지지부,

상기 진동헤드 및 상기 지지부의 부분(들) 사이에 개재되어, 제1 상호작용으로서, 상기 진동헤드 및 상기 또는 어느 부착된 드릴 스트링의 하중을 운반하는 적어도 하나의 기체 백(gas bag), 및

상기 지지부 및 상기 진동헤드의 부분(들) 사이에 개재되어, 제2 상호작용으로서, 상기 지지부에 대해 상기 진동헤드를 구속하여 그것에 의해 상기 진동헤드의 진동주기의 어느 일부 동안 상기 제1 상호작용이 완전히 종료되지 않도록 하는 적어도 하나의 기체 백을 구비 또는 포함하는 것을 특징으로 하는 구멍 뚫기 장치.
제29항에 있어서,

상기 진동헤드의 부분(들)은 상기 지지부에 의해 마련된 꼭대기 및 바닥 구속부들(constraints) 사이에 개재되고 적어도 하나의 기체 백은 상기 부분(들)의 상부와 어느 구속부의 하부 사이에 개재되며 적어도 하나의 기체 백은 상기 부분(들)의 하부와 상기 다른 구속부의 상부 사이에 개재된 것을 특징으로 하는 구멍 뚫기 장치.
제30항에 있어서,

상기 진동헤드의 대부분은 상기 부분(들)의 하부에 있고, 상기 배치(the arrangement)는 하중에 반응하여, 상기 지지부에 대한 상기 진동헤드의 운동의 그리고 그것의 운반된 또는 운반되어진 드릴 스트링의 움직일 수 있는 자유들을 제공하고, 상기 지지부에 대한 상기 진동헤드의 기준 상태(a datum condition)에 대하여 한쪽으로 치우치게(bias) 하기 위한 것임을 특징으로 하는 구멍 뚫기 장치.
구멍 뚫기 장치에 있어서,

드릴 스트링에 부착된 또는 부착될 수 있는 진동헤드, 상기 진동헤드는 상기 드릴 스트링에 의해 규정되거나 규정될 길이방향 축선의 측면방향으로(laterally) 하나 또는 그 이상의 돌출부(들)를 갖고, 상기 돌출부(들)는 적어도 하나의 상부 표면 및 적어도 하나의 하부 표면을 규정하며,

상기 진동헤드에 대한 지지 프레임,

상기 프레임과 상기 적어도 하나의 상부 표면 사이에서 동작하는 적어도 하나의 기체 백(gas bag), 및

상기 프레임과 상기 적어도 하나의 하부 표면 사이에서 동작하는 적어도 하나의 기체 백을 구비하는 것을 특징으로 하는 구멍 뚫기 장치.
제32항에 있어서,

상기 진동헤드는 셔틀(shuttle) 왕복행정의 각각의 단부에서의 순응적(예컨대, 기체 백 등과 같은) 한계와 지지부 또는 프레임으로부터 상기 진동헤드 스스로의 순응적(예컨대, 기체 백 등과 같은) 장착 둘 다를 위한 예비를 갖는 것을 특징으로 하는 구멍 뚫기 장치.
제32항 또는 제33항에 있어서,

상기 상부 표면(들) 및 상기 하부 표면(들)은 둘 다 상기 진동헤드의 바닥보다는 꼭대기에 더 가까운 것을 특징으로 하는 구멍 뚫기 장치.
구멍 뚫기 장치에 있어서,

드릴 스트링에 부착된 또는 부착될 수 있는 진동헤드,

지지부를 구비 또는 포함하며,

(I) 상기 진동헤드는 순응적 수단들(compliant means)에 의해 왕복행정의 적어도 일부에서 순응적으로 제한되는 셔틀(shuttle)을 포함하고, (II) 상기 진동헤드는 상기 지지부에 의하여 순응적으로 지지되며,

상기 진동헤드의 순응적 지지를 통한 상기 지지는 상기 부착된 또는 부착될 드릴 스트링의 하중을 운반, 또는 관성 또는 모멘트를 지지하는 데에 적용되고 상기 드릴 스트링 축선 상의 길이방향 및 가로방향으로 상기 지지부에 대한 상기 진동헤드의 운동의 자유를 어느 정도 허용하는 것을 특징으로 하는 구멍 뚫기 장치.
제35항에 있어서,

상기 진동헤드의 순응적 지지를 제공하는 적어도 두개의 유체 저장부들이 있는 것을 특징으로 하는 구멍 뚫기 장치.
제36항에 있어서,

적어도 하나의 저장부에 들어 있는 상기 유체는 기체(예컨대, 공기)인 것을 특징으로 하는 구멍 뚫기 장치.
제36항 또는 제37항에 있어서,

상기 진동헤드(상기 구멍 뚫기의 축선이 수직일 때)의 대부분은 상기 저장부(들)의 하부에 있는 것을 특징으로 하는 구멍 뚫기 장치.
구멍 뚫기 장치에 있어서,

드릴 스트링에 부착된 또는 부착 가능한 진동헤드,

지지부,

제1 상호작용으로서, 상기 진동헤드와 상기 또는 어느 부착된 드릴 스트링의 하중을 운반하는 순응적 수단들(예컨대, 상기 진동헤드 및 상기 지지부의 부분(들) 사이에 개재된 적어도 하나의 기체 백(gas bag)인 것이 바람직하다), 및

제2 상호작용(바람직하게 상기 진동헤드를 상기 지지부에 구속시키기 위해)으로, 그것에 의해 상기 진동헤드의 진동주기의 어느 일부 동안 상기 제1 상호작용이 (바람직하게) 완전히 종료되지 않도록 하는 순응적 수단들을 구비하는 것을 특징으로 하는 구멍 뚫기 장치.
제39항에 있어서,

상기 진동헤드의 부분(들)은 상기 지지부에 의해 마련된 꼭대기 및 바닥 구속부들(constraints) 사이에 개재되고 적어도 하나의 기체 백은 상기 부분(들)(예컨대, 상기 순응적 수단들의 하나의 선택으로서)의 상부와 어느 구속부의 하부 사이에 개재되며 적어도 하나의 기체 백은 상기 부분(들)의 하부와 상기 다른 구속부의 상부 사이에 개재된 것을 특징으로 하는 구멍 뚫기 장치.
제40항에 있어서,

상기 진동헤드의 대부분은 상기 부분(들)의 하부에 있는 것을 특징으로 하는 구멍 뚫기 장치.
구멍 뚫기 장치에 있어서,

드릴 스트링에 부착된 또는 부착 가능한 진동헤드, 상기 진동헤드는 상기 드릴 스트링에 의해 규정된 또는 규정될 길이방향 축선의 측면방향으로 하나 또는 그 이상의 돌출부(들)를 갖고, 상기 돌출부(들)는 적어도 하나의 상부 표면 및 적어도 하나의 하부 표면을 규정하며,

상기 진동헤드에 대한 지지 프레임,

상기 프레임과 상기 적어도 하나의 상부 표면 사이에서 동작하는 적어도 하나의 기체 백(gas bag), 및

상기 프레임과 상기 적어도 하나의 하부 표면 사이에서 동작하는 적어도 하나의 기체 백을 구비하며,

상기 진동헤드는 드릴 스트링에 대한 연결부로 향하는 또는 이에 인접한 드릴 스트링 회전 구동부를 갖는 것을 특징으로 하는 구멍 뚫기 장치.
진동 구멍 뚫기 장치에 있어서,

셔틀(a shuttle)을 가지며 진동 아웃테이크가 상기 셔틀로부터 직접적이지 않은 진동헤드,

상기 셔틀의 작동 하에 상기 진동헤드가 장착되어 순응적으로 진동하도록 하는 조종 가능한 지지부(a manoeuvrable support),

상기 진동헤드로부터의 진동 아웃테이크를 지지하는 베어링, 및 상기 베어링에 의해 운반되는 드릴 스트링 연결부,

상기 드릴 스트링 연결부에 대한 회전 구동부를 구비하는 것을 특징으로 하는 진동 구멍 뚫기 장치.
진동 출력을 제공할 수 있는 진동 장치에 관한 것으로서,

셔틀 축선 상 또는 제1 및 제2 보완 구조물들 사이의 위치에서 반복적으로 왕복할 수 있는 셔틀,

상기 셔틀 축선 또는 위치의 적어도 일부에 대하여 상기 셔틀을 회전시키는 구동부, 및

적어도 하나의 보완구조물과 상기 셔틀 각각에서, 상기 셔틀의 회전이 상기 셔틀에 상기 또는 어느 보완 구조물 및 상기 셔틀 사이에서 교호적으로 인력과 척력이 되는 왕복유발력을 작용시키는 효과를 가지도록 하는 자기 상호작용 영역들을 구비 또는 포함하며,

상기 진동의 상기 출력은 상기 셔틀 자체로부터 직접적인 것이 아닌 상기 보완 구조물들의 어느 하나 또는 다른 하나, 또는 둘 다로부터 나오는 것을 특징으로 하는 진동 장치.
진동 출력을 제공할 수 있는 진동 장치에 있어서,

한정된 셔틀 축선에 대하여 회전가능하고 상기 셔틀 축선 상에서 전후방향으로 이동가능한 셔틀,

셔틀 축선에 대하여 상기 셔틀을 회전시키는 구동부,

상기 셔틀의 운동으로 셔틀을 향하고 그리고 그 반대방향의 운동으로 셔틀에서 멀어지는 제1 보완 구조물,

상기 셔틀의 운동으로 셔틀로부터 멀어지고 그리고 그 반대방향의 운동으로 셔틀을 향하는 제2 보완 구조물을 구비 또는 포함하며,

상기 셔틀은 상기 보완 구조물들 사이에서 동작하고,

제1 보완 구조물/셔틀 및 셔틀/제2 보완 구조물의 각각의 쌍의 인접부들은 상기 셔틀이 회전함에 따라 각 쌍에 대해 인력과 척력을 택일적으로 제공하도록 조종 가능한 자기(magnetic)영역들을 갖고,

상기 쌍들 사이에서의 위상조정(the phasing)은 상기 셔틀의 회전에 의해 상기 셔틀에 작용하는 자기 상호 작용들의 결과로서 상기 셔틀이 왕복 축선 상에서 왕복운동 하는 것이거나, 또는 왕복운동이 될 수 있도록 하는 것이며,

상기 진동 출력은 상기 셔틀 자체로부터 직접적인 것이 아닌 상기 보완 구조물들 중 어느 하나 또는, 다른, 또는 양 쪽 모두로부터 나오는 것을 특징으로 하는 진동 장치.
진동 구멍 뚫기 장치에 있어서,

진동헤드,

상기 헤드에 연결된 또는 연결될 드릴 스트링을 회전시키는 회전 구동부를 갖는 상기 헤드로부터 지지된 드릴 스트링 지지부,

진동헤드 지지부, 및

상기 지지부와 순응적으로 상호작용하며 상기 진동헤드를 매다는 상기 진동헤드 지지부로부터의 상기 진동헤드에 대한 장착부(a mount)를 구비하는 것을 특징으로 하는 진동 구멍 뚫기 장치.
진동 출력을 제공할 수 있는 진동 장치에 있어서, 보완 구조물들 사이에서 왕복행정 가능한 셔틀을 갖는 어셈블리를 구비 또는 포함하며, 보완 구조물들 중 적어도 하나는 상기 진동 출력을 제공하고, 상기 셔틀을 회전시키는 구동부가 배치되고 상기 회전 셔틀과 상기 보완 구조물들 사이에서 자기 상호 작용이 이루어져 각각의 보완 구조물들과 상호 작용하며, 상기 셔틀의 왕복행정 운동의 결과로 상기 셔틀에 대한 상기 보완 구조물들의 위상조정, 자기력의 교호작용이 이루어지는 것을 특징으로 하는 진동 장치.
드릴 스트링을 경유하여 비트에 대한 하중 적용(application of weight)을 허용하거나 상기 비트로부터의 압력을 경감시키는 수단으로서 드릴 스트링을 운반하는 방향 구멍 뚫기 비트를 지지하는 순응적 매달림 지지부(a compliant dangled support)의 상태의 이용.