KR20240005164A

KR20240005164A - 드릴링 시스템 및 이를 이용한 방법

Info

Publication number: KR20240005164A
Application number: KR1020237044363A
Authority: KR
Inventors: 룩 찰랜드
Original assignee: 룩 찰랜드
Priority date: 2017-07-24
Filing date: 2018-07-24
Publication date: 2024-01-11
Also published as: KR20200032727A; US20210131191A1; EP3658741A1; CA3070870A1; WO2019018927A1; US20230044315A1; US11959336B2; EP3658741A4; US11499376B2

Abstract

수축 가능한 윙들을 가지는 천공 시스템 및 이를 이용하는 방법이 개시된다. 상기 시스템은 하나 이상의 윙을 포함하는데, 이는 상기 윙이 케이싱에 결합하고 상기 케이싱의 상기 하단부에서 어버트먼트 링에 맞닿으면 상기 시스템으로부터 확장될 수 있다. 상기 시스템이 그라운드에 홀을 드릴링하기 시작하면 상기 홀 아래에 상기 케이싱이 설치된다. 일 구성에서, 상기 적어도 하나의 윙은 적어도 부분적으로 상기 드릴링 시스템으로 수축되고 이러한 위치에 록킹된다. 다른 구성에서, 상기 적어도 하나의 윙은 상기 드릴링 시스템으로부터 확장되어 확장된 위치로 록킹된다. 상기 시스템은 다운-더-홀 해머, 탑-해머 드릴링 로드 또는 기타 적합한 암석 드릴링 도구/장치에 연결될 수 있고, 단일 및 듀얼 회전 드릴링 도구/장치와 함께 사용할 수 있다.

Description

드릴링 시스템 및 이를 이용한 방법{DRILLING SYSTEM AND METHOD OF USING SAME}

본 발명은 일반적으로 그라운드에 홀들을 드릴링하는 것에 관한 것으로, 보다 상세하게는 그라운드에 홀들을 드릴링하는 시스템들, 장치들 및 이를 이용한 방법에 관한 것이다.

본 국제 특허 출원은 2017년 7월 24일에 출원 된 미국 임시 특허 출원 제 62/536,201호의 우선권을 주장하며, 그 내용은 여기에 참조로 포함된다.

그라운드 드릴링(ground drilling)은 수십 년 동안 수행되어 왔으며, 이러한 드릴링을 수행하기 위한 기기들, 시스템들, 장치들 및 수단들은 점진적으로 진화되었다. 그라운드 드릴링 시스템들은 많은 분야에서 사용을 찾고 있다. 예를 들어, 그라운드 드릴링은, 지열 시스템 케이싱(casing); 유체(가령, 물) 도관들; 지하 케이싱들; 구조물들 및 건물들의 안정화 또는 고화를 위한 암석 또는 그라운드 앵커들; 드릴로 뚫은 파일들 및 마이크로-파일들; 및 지하 천연 자원들(가령, 천연 가스, 석유)을 이용한 산업 우물들의 설치에 사용된다. 이들 상이한 목적들 각각에 적합한 많은 유형의 시스템들 및 방법들이 상기 산업에 존재한다.

전술한 바와 같이, 그라운드 드릴링을 수행하는 한 가지 측면은 여러 가지 이유로 그라운드에 케이싱(casing) 또는 배관(piping)을 설치하는 것이다. 그라운드 드릴링에 사용되는 특정 기술을 종종 케이싱 드릴링(가령, 다운-더-홀 드릴링(down-the-hole drilling) 및/또는 퇴적물 드릴링(overburden drilling) 및/또는 퇴적물 케이싱 시스템들(overburden casing systems) 및/또는 케이싱 진각 시스템(casing advancement system)이라고도 함) 이라고 한다. 이러한 유형의 드릴링 작업을 수행하는 데 사용되는 상기 시스템들은 일반적으로 상기 드릴 가이드 장치가 상기 홀 아래로 구동될 때 그라운드를 분쇄하고 드릴링하기 위한 회전 동작과 함께 반복적인 충격(타악 시스템(percussive system))을 생성하도록 구성된다. 한마디로, 상기 작업을 통해 암석, 퇴적물 또는 기타 유형들의 그라운드에 홀을 드릴링할 수 있고, 상기 홀을 드릴링할 때 케이싱(또는 배관)을 아래로 구동한다. 상기 홀을 드릴링한 후, 상기 전체 드릴링 시스템을 상기 홀에서 빼낼 수 있으므로, 상기 케이싱은 제자리에 남는다. 이러한 기술은 상기 홀 드릴링 및 케이싱 배치가 하나의 단일 작업으로 수행되기 때문에 시간 효율을 실질적으로 증가시킨다. (따라서 작업 비용들을 감소시킨다.)

그라운드 드릴링을 수행하기 위한 기존의 시스템들에는 결함들이 있으며, 본 발명은 적어도 부분적으로 이들을 처리하는 것을 목표로 한다.

본 발명의 다양한 측면에 따르면, 케이싱을 홀 아래로 설치하는 동안 그라운드에 상기 홀을 드릴링하는 드릴링 시스템이 제공된다. 상기 드릴링 시스템은 다양한 보어 크기(various bore sizes)를 드릴링할 수 있고, 단일(single) 및 듀얼(dual) 회전 드릴링 장치로 작동될 수 있는 확장 가능한 드릴링 시스템이다. 상기 드릴링 시스템은 케이싱 내부, 케이싱 외부 또는 케이싱 없이 드릴링하는 드릴링 장치로 사용될 수 있다. 상기 드릴링 시스템은 드릴비트(drill bit)로 사용될 수 있고, 그 작동 중에 언더리머(under reamer)로 변형될 수 있다. 상기 드릴링 시스템은 암석(rock), 퇴적물(overburden) 또는 이들의 조합을 포함하여 다양한 유형의 그라운드에 적응할 수 있다. 상기 드릴링 시스템은 몇 개의 이동 가능한 부품들을 포함하고, 부품을 교체하거나 유지 보수 목적으로 쉽게 분해할 수 있다.

예를 들어, 본 발명의 측면에 따르면, 구동부, 가이드 장치 내에 적어도 하나의 수축 가능한 윙, 및 상기 구동부를 유지하기 위한 리텐션 시스템을 포함하는 가이드 장치를 포함하는 드릴링 시스템이 제공된다. 상기 구동부는 상기 적어도 하나의 윙은 수축된 위치에 있는 제1축 방향 위치와 상기 적어도 하나의 윙은 확장된 위치에 있는 제2축 방향 위치 사이에서 일반적으로 상기 드릴링 시스템의 길이 방향 축을 따라 이동 가능하다. 상기 제1축 방향 위치의 상기 구동부는 기계적으로 록킹 가능하여, 적어도 하나의 윙은 상기 수축된 위치에 구속된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 구동부, 피봇식으로 수축 가능한 적어도 하나의 윙을 포함하는 가이드 장치, 상기 가이드 장치에서 상기 구동부를 유지하는 리텐션 시스템, 및 상기 적어도 하나의 윙을 수축된 위치 또는 확장된 위치에서 록킹하는 록킹 메커니즘을 포함하는 드릴링 시스템이 제공된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 드릴링 시스템을 위한 윙 세트가 제공된다. 상기 윙 세트는 적어도 하나의 윙을 포함하고, 상기 적어도 하나의 윙은 한 쌍의 피봇 니플(pivot nipples)을 포함한다. 상기 드릴링 시스템은 구동부 및 가이드 장치를 포함하고, 상기 가이드 장치는 상기 윙 세트의 상기 적어도 하나의 윙 각각의 상기 한 쌍의 피봇 니플들을 수용하도록 구성된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명에 따른 드릴링 시스템의 사용 방법이 제공된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 그라운드에 홀을 드릴링하는 드릴링 시스템이 제공된다. 상기 드릴링 시스템은: 제1부재; 제2부재; 및 리텐션 시스템을 포함한다. 상기 리텐션 시스템은 상기 제1부재와 상기 제2부재를 연결하는 연결부(connection)를 포함하고, 상기 연결부는 제1록킹 위치를 포함하고, 상기 리텐션 시스템은 상기 제1부재 및 상기 제2부재가 상기 드릴링 시스템의 축 방향들로 그리고 상기 드릴링 시스템의 제1회전 방향으로 서로에 대해 실질적으로 이동하는 것을 유지하며; 상기 제1부재 및 상기 제2부재는 상기 드릴링 시스템의 제2회전 방향으로 서로에 대해 이동하여 제1록킹 위치로부터 결합 해제될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 그라운드에 홀을 드릴링하는 드릴링 시스템이 제공된다. 상기 드릴링 시스템은: 제1부재; 제2부재; 및 리텐션 시스템을 포함한다. 상기 리텐션 시스템은 상기 제1부재 및 상기 제2부재를 연결하는 연결부를 포함하고, 상기 연결부는 록킹 위치를 포함하며, 상기 리텐션 시스템은 상기 제1부재 및 상기 제2부재가 상기 드릴링 시스템의 축 방향으로 그리고 상기 드릴링 시스템의 제1회전 방향으로 서로에 대해 실질적으로 이동하는 것을 유지하고, 상기 제1부재 및 상기 제2부재는 상기 드릴링 시스템의 제2회전 방향으로 서로에 대해 이동하여 제1록킹 위치로부터 결합 해제될 수 있다. 상기 드릴링 시스템은 수축 가능한 윙을 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 그라운드에 홀을 드릴링하는 드릴링 시스템이 제공된다. 상기 드릴링 시스템은: 구동부에 드릴링 작업을 부여하도록 구성된 드릴링 로드에 연결하기 위한 상기 구동부(driver); 가이드 장치(guide device); 상기 가이드 장치에 장착되는 적어도 하나의 윙(wing)-상기 적어도 하나의 윙은 상기 드릴링 시스템이 확장된 직경 보어를 드릴링하도록 구성하는 확장된 위치(extended position), 및 상기 드릴링 시스템이 감소된 직경 보어를 드릴링하도록 구성하는 수축된 위치(retracted position)를 획득할 수 있음-;을 포함하고, 상기 구동부는 상기 적어도 하나의 윙이 상기 확장된 위치에 있는 제1결합 위치, 및 상기 적어도 하나의 윙이 상기 수축된 위치에 있는 제2결합 위치를 포함하는 복수의 결합 위치들 중 선택된 하나에서 상기 가이드 장치와 결합하도록 구성되고; 상기 제1 및 제2결합 위치들 중 하나에서, 상기 구동부는 상기 확장된 또는 수축된 직경 중 선택된 하나의 보어를 드릴링하기 위해 상기 드릴링 로드에 의해 부여된 상기 드릴링 작업을 상기 가이드 장치에 전달(communicate)하도록 구성된다.

본 발명의 이들 및 다른 측면들은 첨부 도면과 함께 이하의 실시 예의 설명을 검토할 때 당업자에게 명백해질 것이다.

본 발명의 비 제한적 실시 예의 상세한 설명은 상기 아래 도면을 참조하여 다음에 제공된다.
도 1은 본 발명에 따른 상기 드릴링 시스템의 일 실시 예의 분해 사시도를 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 상기 드릴링 시스템의 사시도로서, 작은 직경의 홀을 드릴링하기 위해 상기 윙들이 수축되는 제1구성으로 도시된다.
도 3은 도 1에 도시된 드릴링 시스템의 사시도로서, 큰 직경의 홀을 드릴링하기 위해 상기 윙들이 확장되는 제2구성으로 도시된다.
도 4는 도 1에 도시된 상기 드릴링 시스템의 구동부의 상부 사시도이다.
도 5는 도 4의 상기 구동부의 측면도이다.
도 6은 도 4의 상기 구동부의 측면도지만, 도 5의 상기 구동부와는 상이한 각도의 측면도이다.
도 7은 도 4, 도 5 및 도 6의 상기 구동부의 저면도이다.
도 8은 가이드 장치에 결합된 것으로 도시된 도 4 내지 도 7의 구동부의 단면도로서, 상기 단면은 상기 구동부의 길이 방향 축에 수직인 수평면에서 취해지고, 도 8은 일련의 리테이닝 핀들을 포함하는 상기 가이드 장치에 상기 구동부를 고정하는 리테이닝 시스템을 도시한다.
도 9는 도 1에 도시된 상기 드릴링 시스템의 상기 구동부 및 가이드 장치 어셈블리의 상면도로서, 상기 도면은 특정 세부 사항들을 설명하기 위해 부분적으로 절단되고, 상기 구동부는 상기 윙들이 수축되고 록킹 해제되는 구성으로 도시된다.
도 10은 도 9의 라인들 B-B을 따라 취한 단면도이다.
도 11은 도 1에 도시된 상기 드릴링 시스템의 상기 구동부 및 가이드 장치 어셈블리의 평면도로서, 상기 도면은 특정 세부 사항들을 설명하기 위해 부분적으로 절단되고, 상기 구동부는 상기 윙들이 수축되고 록킹되는 구성으로 도시된다.
도 12는 도 11의 라인들 A-A 을 따라 취한 단면도이다.
도 13은 도 1에 도시된 상기 드릴링 시스템의 상기 구동부 및 가이드 장치 어셈블리의 평면도로서, 상기 도면은 특정 세부 사항들을 설명하기 위해 부분적으로 절단되고, 상기 구동부는 상기 윙들이 확장되고 및 록킹 해제되는 구성으로 도시된다.
도 14는 도 13의 라인들 D-D을 따라 취한 단면도이다.
도 15는 도 1에 도시된 상기 드릴링 시스템의 상기 구동부 및 가이드 장치 어셈블리의 상면도로서, 상기 도면은 특정 세부 사항들을 설명하기 위해 부분적으로 절단되고, 상기 구동부는 상기 윙들이 확장되고 록킹되는 구성으로 도시된다.
도 16은 도 15의 라인들 C-C를 따라 취한 상기 구동부 및 가이드 장치 어셈블리의 단면도이다.
도 17은 도 1에 도시된 상기 드릴링 시스템의 상기 가이드 장치의 사시도이다.
도 18은 도 17에 도시된 상기 가이드 장치의 측면도이다.
도 19는 도 18의 라인들 18-18을 따라 취한 도 17에 도시된 상기 가이드 장치의 단면도이다.
도 20은 도 17에 도시된 상기 가이드 장치의 상면도이다.
도 21은 도 17에 도시된 상기 가이드 장치의 저면도이다.
도 22는 도 1에 도시된 상기 드릴링 시스템의 상기 구동부 및 가이드 장치 어셈블리의 사시도로서, 상기 도면은 상기 구동부가 축 방향 위치에서 상기 가이드 장치에 고정될 수 있게 하는 상기 구동부의 록킹 기능들을 나타내기 위해 부분적으로 절단된 도면이다.
도 23은 도 1에 도시된 드릴링 시스템의 상기 구동부 및 상기 가이드 장치 어셈블리의 사시도로서, 상기 도면은 상기 구동부가 도 22에 도시된 위치와 상이한 축 방향 위치에서 상기 가이드 장치에 고정될 수 있게 하는 상기 구동부의 록킹 기능들을 나타내기 위해 부분적으로 절단된 도면이다.
도 24는 도 17에 도시된 상기 가이드 장치의 사시도로서, 상기 도면은 도 1에 도시된 상기 드릴링 시스템의 상기 구동부 상의 상기 록킹 기능들과 협력하는 상기 가이드 장치 상의 록킹 기능들을 도시하기 위해 부분적으로 절단된다.
도 25는 도 4에 도시된 상기 구동부의 사시도로서, 상기 가이드 장치가 생략된다.
도 26은 본 발명에 따른 윙의 일 실시 예의 사시도이다.
도 27은 도 26에 도시된 상기 윙의 측면도이다.
도 28은 도 26에 도시된 상기 윙의 정면도이다.
도 29는 케이싱 내에 도시된, 도 1에 도시된 상기 드릴링 시스템의 단면도로서, 상기 드릴링 시스템의 상기 윙들이 수축된 위치에 있고, 상기 단면은 상기 드릴링 시스템의 상기 길이 방향 축을 따라 취해진다.
도 30은 도 29에 도시된 상기 드릴링 시스템의 단면도로서, 상기 드릴링 시스템은 상기 케이싱의 외부에 부분적으로 연장되고, 상기 케이싱의 하단부에 설치된 어버트먼트 링에 맞닿아 있다.
도 31은 도 30에 도시된 상기 드릴링 시스템의 단면도로서, 확장된 위치에서의 상기 드릴링 시스템의 상기 윙들을 도시한다.
도 32는 도 1 내지 도 3에 도시된 상기 드릴링 시스템의 평면도이다.
도 33은 상기 드릴링 시스템의 저면 사시도로서, 상기 도면은 상기 윙들이 수축된 위치에 있고 록킹 해제되는 구성으로 도시되며, 상기 구동부, 상기 가이드 장치 및 상기 윙들 사이의 상기 협력을 도시하기 위해 도 32의 라인들 H-H을 따라 부분적으로 절단된다.
도 34는 도 1 내지 도 3에 도시된 상기 드릴링 시스템의 상면도로서, 상기 도면은 상기 드릴링 시스템의 상기 구동부 및 상기 가이드 장치의 기능들을 나타내기 위해 부분적으로 절단된다.
도 35는 도 1의 상기 드릴링 시스템의 저면 사시도로서, 상기 도면은 상기 윙들이 수축된 위치에서 록킹된 구성으로 도시되고, 상기 구동부, 상기 가이드 및 상기 윙들 사이의 협력을 도시하기 위해 도 34의 라인들 G-G을 따라 부분적으로 절단된다.
도 36은 도 1의 상기 드릴링 시스템의 상기 가이드 장치에 상기 구동부를 고정시키기 위한 상기 리테이닝 시스템의 일 실시 예의 리테이닝 핀을 도시한다.
도 37은 상기 가이드 장치에 상기 구동부를 고정시키기 위해 도 36에 도시된 상기 리테이닝 핀을 고정시키기 위한 기계식 파스너들의 실시 예를 도시한다.
도 38은 도 17에 도시된 상기 가이드 장치의 부분 단면도로서, 윙을 수용하는 상기 가이드 장치의 내부를 도시한다.
도 39는 본 발명에 따른 상기 드릴링 시스템의 다른 실시 예의 분해 사시도를 도시한다.
도 40은 도 39에 도시된 상기 드릴링 시스템의 측면도로서, 큰 직경의 홀을 드릴링하기 위해 윙들이 확장된 구성으로 도시된다.
도 41은 도 39에 도시된 상기 드릴링 시스템의 상기 가이드 장치의 사시도를 도시한다.
도 42는 도 39에 도시된 상기 드릴링 시스템의 구동부의 사시도를 도시한다.
도 43은 도 39에 도시된 상기 드릴링 시스템의 상기 구동부의 측면도를 도시한다.
도 44는 도 39의 상기 드릴링 시스템에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 윙의 다른 실시 예의 사시도를 도시한다.
도 45는 도 44에 도시된 상기 윙의 측면도를 도시한다.
도 46은 도 44에 도시된 상기 윙의 정면도를 도시한다.
도 47은 도 39에 도시된 상기 드릴링 시스템의 사시도를 도시하며, 상기 도면은 상기 윙들이 수축된 위치에서 록킹되는 상기 드릴링 시스템의 상기 구동부, 상기 가이드 장치 및 상기 윙들의 기능들을 보여주기 위해 부분적으로 절단된다.
도 48은 도 47의 라인들 X-X을 따라 취한 상기 드릴링 시스템의 단면도를 도시한다.
도 49는 도 39에 도시된 상기 드릴링 시스템의 사시도로서, 상기 도면은 상기 윙들이 수축된 위치에서 록킹 해제된 구성으로 도시된 상기 드릴링 시스템의 상기 구동부, 상기 가이드 장치, 및 윙들의 기능들을 보여주기 위해 부분적으로 절단된다.
도 50은 도 49의 라인들 X-X을 따라 취한 상기 드릴링 시스템의 단면도를 도시한다.
도 51은 도 39에 도시된 상기 드릴링 시스템의 사시도로서, 상기 도면은 상기 윙들이 확장된 위치에 있고 록킹 해제된 구성으로 도시되고, 상기 드릴링 시스템의 상기 구동부, 상기 가이드 장치 및 상기 윙들의 기능들을 나타내기 위해 부분적으로 절단된다.
도 52는 도 51의 라인 X-X을 따라 취한 상기 드릴링 시스템의 단면도를 도시한다.
도 53은 도 39에 도시된 상기 드릴링 시스템의 사시도를 도시로서, 상기 도면은 상기 윙들이 확장된 위치에 록킹되는 구성으로 도시되고, 상기 드릴링 시스템의 상기 구동부, 상기 가이드 장치 및 상기 윙들의 기능들을 나타내기 위해 부분적으로 절단된다.
도 54는 도 53의 라인 X-X을 따라 취한 상기 드릴링 시스템의 단면도를 도시한다.
도 55는 케이싱 내에 도시된, 도 39에 도시된 상기 드릴링 시스템의 단면도로서, 상기 드릴링 시스템의 상기 윙들이 수축된 위치에 있고 록킹되며, 상기 단면이 상기 드릴링 시스템의 길이 방향 축을 따라 취해지며, 상기 드릴링 시스템은 상기 케이싱 내부를 드릴링하도록 구성된다.
도 56은 케이싱 내에 도시된, 도 39에 도시된 상기 드릴링 시스템의 단면도로서, 상기 드릴링 시스템의 상기 윙들이 확장된 위치에 있고 록킹되며, 상기 드릴링 시스템의 길이 방향 축을 따라 취해지며, 상기 드릴링 시스템은 예를 들어 케이싱을 설치하기 위해 큰 직경의 홀을 드릴링 하도록 구성된다.
도 57은 케이싱에 장착하기 위한 어버트먼트 링의 예의 사시도를 도시한다.
도 58은 케이싱의 하단부에 장착될 수 있는 케이싱 크라운의 예의 사시도를 도시한다.
도 59는 케이싱 내에 도시된, 도 39에 도시된 상기 드릴링 시스템의 단면도를 도시하며, 상기 드릴링 시스템의 상기 윙들이 오므린 위치에 있고 잠겨 있으며, 상기 드릴링 시스템의 길이 방향 축을 따라 취해지며, 도 58에 도시된 케이싱 크라운은 상기 케이싱 하단부에 장착된다.
상기 도면들에서, 본 발명의 실시 예들이 예로서 도시되어 있다.
상기 설명 및 도면들은 단지 예시의 목적을 위한 것이며 이해를 돕기 위한 것이며, 본 발명의 한계를 정의하려는 것이 아님을 명백히 이해해야 한다.

상기 설명을 용이하게 하기 위해, 하나의 도면에서 요소를 지정하는 임의의 참조 번호가 임의의 다른 도면에서 사용되는 경우 동일한 요소를 지정할 것이다. 실시 예들을 설명함에 있어서, 특정 용어가 사용되지만, 본 발명은 그렇게 선택된 특정 용어로 제한되도록 의도되지 않는다.

본 발명은 당 업계에 공지된 DTH(다운-더-홀) 해머 또는 탑 해머 드릴링 로드(top hammer drilling rod)와 함께 특히 사용될 수 있는 드릴링 시스템에 관한 것이다. 본 발명을 이해하기 위해 DTH 해머 또는 탑 해머 드릴링 로드의 구조 및 작동에 대한 상세한 설명은 필요하지 않다. 상기 드릴링 로드(drilling rod)는 암석 또는 기타 재료를 파괴하여 홀을 생성하기 위해 상기 드릴링 시스템에 부여되는 해머링 작업(hammering action)을 할 수 있다고 말하면 충분하다. 상기 드릴링 로드는 또한 회전이 가능하며, 상기 회전은 상기 해머링 작용과 함께 드릴링 시스템을 인덱싱(index)하여 상기 암석을 점진적으로 분해시킨다. 마지막으로, 상기 드릴링되는 상기 홀에서 상기 드릴링 시스템을 전진(advance)시키거나 수축(retract)시키기 위해 상기 드릴링 로드는 길이 방향으로 변위(displaced)될 수도 있다.

본 발명의 상기 드릴링 시스템은 그라운드에서 홀을 드릴링하고 상기 홀에 케이싱을 설치하는데 사용될 수 있다. 상기 홀을 드릴링하고 상기 케이싱을 상기 홀에 설치한 후, 상기 드릴링 시스템을 상기 홀 밖으로 빼내서 상기 케이싱을 제자리에 남겨 둘 수 있다. 광범위한 실시 예에서, 상기 기술은 다음 방법에서 본 발명의 상기 드릴링 시스템으로 구현될 수 있다. 상기 드릴링 시스템은 홀 아래로 구동될 케이싱에 결합될 수 있다. 상기 드릴링 시스템이 상기 케이싱 내에서 변위되는 동안, 상기 드릴링 시스템의 상기 보어 크기(bore size)는 상기 케이싱의 내부 직경보다 작다. 상기 드릴링 시스템이 상기 케이싱의 하단부에 도달한 후, 상기 보어 크기가 상기 케이싱의 외부 직경보다 약간 커질 수 있도록 상기 드릴링 시스템의 상기 보어 크기는 선택적으로 그리고 순간적으로 확장될 수 있다. 따라서, 상기 드릴링 시스템이 홀을 점진적으로 드릴링함에 따라, 상기 케이싱은 상기 홀 아래로 구동될 수 있다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 드릴링 시스템(1)의 예를 도시한다. 본 실시 예에서, 상기 드릴링 시스템(1)은, 그 상단(2)에서 DTH 해머(도시되지 않음) 또는 임의의 다른 적합한 암석 드릴링 도구/기기(예를 들어, 드릴링 로드)에 연결되도록 구성된 구동부(driver)(100); 상기 구동부(100)를 수용/결합하도록 구성된 가이드 장치(guide device)(200); 상기 가이드 장치(200)와 결합하도록 구성된 적어도 하나의 윙(wing)(300); 및 상기 구동부(100)가 상기 가이드 장치(200)내로 결합되면 상기 가이드 장치(200) 내에서 상기 구동부(100)를 유지하는 리텐션 시스템(retention system)(400)을 포함한다. 본 예에서, 상기 드릴링 시스템(1)은 상기 가이드 장치(200)와 피봇식으로(pivotally) 결합하도록 구성된 3개의 윙들(300)을 포함하고, 상기 리텐션 시스템(400)은 상기 가이드 장치(200) 내로 상기 구동부(100)를 유지하기 위한 3개의 리테이닝 핀들(401)을 포함한다. 다른 변형들에서, 당업자는 상기 유지 시스템(400)이 임의의 수의 리테이닝 핀들(401) 및/또는 임의의 다른 적절한 리텐션 컴포넌트들을 포함할 수 있음을 쉽게 이해할 것이다. 또한, 다른 변형들에서, 상기 드릴링 시스템(1)은 임의의 수의 윙들(300)을 포함할 수 있다. 동작의 일 예로서 더 상세한 내용들은 후술하겠지만, 상기 드릴링 시스템(1)은 상기 홀을 드릴링하는 동시에 상기 홀 내부에서 케이싱을 다운 구동시키기 위해 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 상기 구동부(100)의 구성은 임의의 적합한 형태를 취할 수 있다. 본 발명에 따른 상기 구동부(100)의 일 실시 예의 상이한 측면들 및 도 1 내지 도 3에 도시된 상기 드릴링 시스템(1)의 상기 구동부(100)와 다른 부분들 간의 상호 작용들이 이제 설명될 것이다. 본 발명에 따른 드릴링 시스템(1)의 다른 부분들에 자세한 내용들은 후술한다.

상기 구동부(100)는 그 외부 표면에 기계 가공된 직경 변화들, 프로젝션들, 그루브들 또는 슬롯들을 포함하는 일반적으로 원형 형상을 가질 수 있다. 도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 상기 구동부(100)의 예를 도시한다. 본 실시 예에서, 상기 구동부(100)는 DTH 해머 또는 탑 해머 드릴 로드(도시되지 않음)에 연결되는 상부 섹션(101) 및 가이드 장치(200)와 결합하는 하부 섹션(102)을 가진다. 상기 상부 섹션(101)은 상기 DTH 해머가 상기 구동부(100)에 회전 모션을 부여할 수 있게 하는 일련의 스플라인들(splines)을 포함하고, 또한, 상기 해머링 작용을 허용하도록 상기 구동부(100)와 상기 DTH 해머 사이의 제한된 범위의 축 방향 이동을 허용한다.

상기 구동부(100)는 상기 하부 섹션(102)의 상기 상부 영역에 베이요넷 연결부(bayonet connection)를 포함한다. 상기 베이요넷 연결부는 상기 구동부(100)가 상기 가이드 장치(200) 내로 인입된 후 상기 구동부(100)를 가이드 장치(200)에 록킹시키기 위해 트위스트되는 것이고, 상기 구동부(100)를 상기 가이드 장치(200)와 연결하는 것을 허용한다. 상기 베이요넷 연결부는 상기 구동부(100)와 상기 가이드 장치(200) 모두에 인터피팅(inter-fitting) 특징 부분들을 포함하며, 상기 연결을 실현하기 위해 짝을 이룰 수 있다. 상기 구동부(100)에서, 상기 베이요넷 연결부는 원의 세그먼트로서 각각 형상화된 아치형 프로젝션들(arcuate projections)(129, 131) 사이에 정의된 2개의 수직으로 이격된 슬롯들(slots)(126 및 127)을 가지는 적어도 하나의 리세스 영역(recessed portion)(128)을 포함한다. 상기 프로젝션들(129, 131)의 자유단들(free extremities)은 상기 가이드 장치(200)의 대응하는 특징들과의 결합을 용이하게 하기 위해 캐밍 표면들(camming surfaces)(133, 135)을 가진다. 선택적으로 또는 추가적으로, 다른 실시 예들에서, 적어도 하나의 리세스 영역(128)은 2개 이상의 수직으로 이격된 슬롯들을 포함할 수 있다.

상기 베이요넷 연결부는 상기 구동부(100)가 2개의 상이한 축 방향 위치들에서 상기 가이드 장치(200)에 록킹되도록 구성된다. 이들 위치 중 제1위치에서, 상기 구동부(100)는 상기 제2위치에서보다 상기 가이드 장치(200)로부터 더 멀리 돌출된다. 즉, 상기 제2위치에서, 상기 구동부(100)는 상기 제1위치보다 상기 가이드 장치(200) 내에 더 깊게 위치된다. 상기 2개의 록킹 위치들은 상기 구동부(200)에 다수의 슬롯들이 존재하여 달성될 수 있으며, 이는 2개 또는 그 이상의 결합 옵션들(engagement options)을 정의한다. 예를 들어, 일부 실시 예에서, 상기 베이요넷 연결부는 상기 구동부(100)가 2개 이상의 상이한 축 방향 위치들에서 상기 가이드 장치(200)에 록킹되도록 구성될 수 있다. 상기 가이드 장치(200)와 관련하여 선택된 축 방향 위치에 상기 구동부(100)를 위치시키고, 상기 컴포넌트들을 함께 록킹하기 위해 트위스트 이동을 수행함으로써 특정 결합 옵션이 달성될 수 있다.

상기 원하는 결합 옵션을 달성하기 위해 상기 구동부(100)와 상기 가이드 장치(200) 사이에서 축 방향 이동이 필요하기 때문에, 상기 구동부(100)가 상기 가이드 장치(200)로부터 완전히 빼내지는 것을 방지하기 위해 리텐션 시스템(retention system)이 제공된다. 상기 리텐션 시스템은 2개 이상의 결합 옵션들(engagement options)을 허용하기에 충분한 상기 구동부(100)와 상기 가이드 장치(200) 사이의 축 방향 이동 범위를 허용하도록 설계된다. 그러나, 상기 리텐션 시스템은 상기 구동부(100)가 상기 이동 범위 밖에서 상기 가이드 장치(200)와 관련하여 축 방향으로 이동하는 것을 허용하지 않는다. 실질적인 이점은 대부분의 최종 결합 옵션들이 일반적으로 상기 리텐션 시스템에 의해 허용된 이동의 단부와 일치하도록 상기 리텐션 시스템을 설계하는 것이다. 이는 상기 오퍼레이터가 이동 위치의 단부에 인접(abut)할 때까지 상기 구동부(100)를 축 방향으로 원격으로 변위(displace)시킬 수 있게 하며, 여기서 상기 슬롯들과 대응 프로젝션들은 서로 정렬된다. 그런 다음 트위스트 모션으로 상기 슬롯들과 상기 프로젝션들이 맞물릴(mesh) 수 있다.

상기 구동부(100)와 상기 가이드 장치(200) 사이의 축 방향 이동은 상기 가이드 장치(200)에 결합된 상기 윙들(300)을 작동시켜 상기 윙들(300)이 오므린 위치와 펴진 위치(혹은 그 반대로) 사이에서 점진적으로 이동할 수 있게 한다. 상기 가이드(200)에 대한 상기 구동부(100)의 하부 방향 및 상부 방향의 축 방향 이동으로 인하여 상기 윙들(300)의 이동이 제어될 수 있다. 예를 들어, 본 실시 예에서, 상기 가이드 장치(200) 내에서 상기 구동부(100)를 하부 방향으로 (즉, 더 깊게) 축 방향으로 이동할 때, 상기 윙들(300)은 상기 드릴링 장치(1)의 상기 전체 보어 크기를 증가시키기 위해 상기 가이드 장치(200) 밖으로 점진적으로 뻗게 된다(spread out). 상기 가이드 장치(200) 내에서 상기 구동부(100)를 상부 방향으로 축 방향으로 이동시키면, 상기 윙들(300)은 상기 가이드 장치(200) 내부로 점진적으로 오므릴 수 있다(retract inside). 본 실시 예에서, 상기 윙들(300)은 오므린 위치와 펴진 위치(또는 반대로) 사이에서 점진적으로 피봇되어, 상기 윙들(300)은 확장된 위치(extended position)에 있을 때 상기 드릴링 시스템(1)의 상기 전체 보어 크기가 증가되고, 상기 윙들(300)이 수축된 위치(retracted position)에 있을 때, 상기 드릴링 시스템(1)의 상기 전체 보어 크기가 감소된다. 다른 실시 예에서, 상기 윙들(300)은 병진 모션(translational motion)과 같은 피봇 모션(pivotal motion) 이외의 모션으로 상기 가이드 장치(200)로부터 확장 및 수축될 수 있다.

상이한 보어 크기, 예를 들어 2개 이상의 상이한 보어 크기들을 채택할 수 있는 드릴링 시스템(1)의 실질적인 이점은 홀의 내부 직경을 그 길이 방향을 따라 변화시킬 수 있고, 및/또는 직경들이 상이한 연속적인 홀들을 드릴링 사용함에 있어서 유연성을 제공할 수 있다. 추가적으로 또는 선택적으로, 다양한 보어 크기들을 가질 수 있는 드릴링 시스템(1)은 예를 들어 제한된 공간(예를 들어, 터널, 홀, 배관, 튜빙, 케이싱 또는 다른 제한된 통로들)과 결합할 수 있고, 이어서 상기 제한된 공간이 클리어(claear) 되었을 때 그 전체 보어 크기를 늘리기 위해 확장/전개(expand/deploy)된다. 상기 원리를 구현하는 드릴링 시스템(1)의 실제 작동 예는 후술될 것이다.

상기 윙들(300)의 상기 피봇 운동의 이러한 제어를 달성하기 위해, 상기 구동부(100)의 상기 하부 섹션(102)의 하부 영역은 상기 윙들(300)과 슬라이딩 가능하게 협동하도록 구성된다. 보다 구체적으로, 상기 구동부(100)는 상기 하부 섹션(102)의 상기 하부 영역에 상기 윙들(300)의 후면(350)과 슬라이딩 가능하게 결합하도록 구성된 안내면(guiding surface)(125)을 포함하는 확대부(enlargement)(104)를 포함한다. 상기 안내면(125)은 구형 형상을 정의하는 캠 프로파일(cam profile)을 가진다. 본 실시 예에서, 상기 안내면(125)은 상기 구동부(100)의 길이 방향 축(X-X)을 따라 길이 방향으로 연장되고 확대부(104)의 하부단(lower extremity)에서 중심선을 향해 테이퍼(taper)져서, 상기 확대부(104)의 직경은 상기 구동부(100)의 상기 하단부(103)를 향하여 점진적으로 감소한다. 상기 가이드 장치(200) 내에서 상기 구동부(100)를 축 방향으로 이동시킴으로써, 상기 안내면(125)은 다음 도면에 도시된 바와 같이 상기 윙들(300)의 상기 후면(350)과 슬라이딩 가능하게 결합된다. 상기 안내면(125)이 테이퍼지기 때문에, 상기 확대부(104)가 하향으로, 즉 상기 가이드 장치(200)의 하단부를 향해 이동할 때, 상기 안내면(125)은 상기 가이드 장치(200)의 애퍼쳐들(250)을 통해 상기 윙들(300)과 결합하고 점진적으로 구동한다. 상기 확대부(104)가 상향으로, 즉 상기 가이드 장치(200)의 상단을 향해 이동할 때, 상기 확대부(104)는 상기 윙들(300)과 결합으로부터 벗어나서 상기 윙들(300)은 상기 가이드 장치(200)의 상기 애펴쳐들(250) 내부로 수축하게 된다.

상기 드릴링 시스템(1)은 하나 이상의 드릴링 구성들에서 홀을 드릴링하도록 선택적으로 구성될 수 있다. 본 실시 예에서, 제1드릴링 구성에서, 상기 윙들(300)은 구동부(100)가 상기 제1축 방향 위치에 위치된 결과로 상기 가이드 장치(200)에서 피봇식으로 수축된다. 상기 제2드릴링 구성에서, 상기 윙들(300)은 상기 가이드 장치(200) 내에서 상기 제2축 방향 위치에 상기 구동부(100)가 위치된 결과로 상기 가이드 장치(200)로부터 피봇식으로 확장된다.

상기 드릴링 시스템(1)은 또한 상기 윙들(300)을 확장된 위치 및/또는 수축된 위치에 록킹시키도록 구성될 수 있다. 상기 윙들(300)을 수축된 위치에 록킹할 수 있다는 실질적인 이점은 특히 상기 드릴링 시스템(1)이 상기 케이싱의 내부를 클리닝하기 위해 케이싱 내에서 길이 방향으로 변위하면서 회전하게 하고, 또는 다른 목적으로 예를 들어, 상기 드릴링 시스템(1)이 상기 케이싱 내에 및/또는 케이싱을 통과하는 동안 원심력 또는 기계적 결합으로 인해 상기 윙들(300)이 전개된 결과로서, 상기 케이싱 내부에 상기 윙들(300)이 끼워질(jam) 위험이 없다는 점이다. 또한, 상기 윙들(300)을 확장된 위치에 록킹할 수 있다는 실질적인 이점은, 특히 상기 드릴링 시스템(1)이 드릴링된 홀로부터 케이싱을 빼내기 위해 사용될 수 있다는 점이다. 이들 2개의 상이한 축 방향 위치들은 이후에 추가로 설명되고 다음 도면에 도시될 것이다.

상기 구동부(100)는 상기 하부 섹션(102)의 최하부에 (즉, 상기 구동부(100)의 하단(103)에 근접) 각각의 상기 윙들(300)의 내부 표면(320)에 형성된 노치(340)와 상호 작용하도록 구성된 방사상 프로젝션들(130)을 포함하고, 이들 모두는 상기 수축된 위치에서 상기 윙들(300)을 록킹하기 위한 록킹 메커니즘을 정의한다. 상기 방사상 프로젝션들(130)은 윙(300)의 노치(340)에서 방사상 프로젝션(130)의 회전 가능한 결합을 용이하게 하기 위해 캐밍 표면(camming surface)(132)을 포함한다. 본 실시 예에서, 상기 구동부(100)의 상기 록킹 메커니즘은 3개의 방사상 프로젝션들(130)을 포함하고, 이들 각각은 상기 3개의 윙들(300) 각각의 대응하는 노치(340)에 레지스트되도록 구성된다. 3개보다 많거나 적은 윙들(300)이 있을 수 있는 다른 실시 예에서, 상기 구동부(100) 상의 상기 윙 리테이닝 메커니즘은 3개보다 많거나 적은 방사형 프로젝션들(130)을 포함할 수 있으며, 이들 각각은 대응하는 윙(300)과 상호 작용하기 위한 것으로 이해되어야 한다. 상기 록킹 메커니즘의 작동은 이후에 더 상세히 설명될 것이다.

도 8은 본 발명에 따른 드릴링 시스템(1)의 예의 단면도를 도시한다. 상기 단면은 하부 섹션(102)의 중간 부분에서 상기 구동부(100)의 길이 방향 축(X-X)과 직교하는 수평면에서 취해지고 있다. 상기 단면 평면은 상기 가이드 장치(200)의 상기 하부 섹션(220)의 상부 영역과 수평으로 교차하고, 그리고 상기 리테이닝 시스템(400)에 의해 상기 구동부(100)가 상기 가이드 장치(200) 내에 어떻게 고정(secured)되는지를 도시한다.

상기 리테이닝 시스템(400)은 하나 이상의 방식으로 구현될 수 있다. 본 실시 예에서, 상기 리테이닝 시스템(400)은 상기 가이드 장치(200)의 상기 하부 섹션(220)의 상부 영역에 상주하고, 홀들(260)에 슬라이드-피트 방식(slide-fit fashion)으로 삽입된 리테이닝 핀들(401)을 포함한다. 상기 리테이닝 핀들(401)은 기계적 파스너들, 예를 들어 클립들(circlips)(800)에 의해 홀들(260)에 고정되어, 상기 DTH 또는 상부 해머의 상기 해머링 작용에 의해 상기 드릴링 시스템으로의 상기 타악들(percussions) 또는 충격들(impacts)이 상기 홀들(260)로부터 상기 리테이닝 핀들(401)을 우연히 이탈(dislodge)시키지 않을 수 있다. 다른 변형들에서, 상기 리테이닝 핀들(401)은 또한 상기 리테이닝 핀들(401)을 홀들(260)에 고정(secure)시키기 위해 기계적 파스너들이 필요 없이 프레스-피트 방식(press-fit fashion)으로 홀들(260)에 삽입될 수 있다. 상기 홀들(260)은 상기 가이드 장치(200)의 길이 방향 축(Y-Y)에 직교하는 방향으로 (그러나 상기 길이 방향 축과 교차하지는 않음) 상기 가이드 장치(200)의 주변에 위치된다. 본 예에서, 상기 리테이닝 핀들(401)은 동일한 수평면, 즉 그것들은 동일 평면(coplanar) 상에 있다(도 8 참조). 상기 리테이닝 핀들(401)은 각각의 길이 방향 축들(Z1, Z2, Z3)이 일반적으로 상기 가이드 장치(200)의 주변에서 교차하도록 구성된다. 본 실시 예에서, 상기 3개의 리테이닝 핀들(401)은 삼각형의 에지들을 형성한다(정확한 기하학적 형상은 상기 리테이닝 시스템이 작동하는 방법에 영향을 미치지 않으며; 이것은 당업자가 단순히 도 6에 표시된 것을 더 잘 이해하기 위한 것이다). 다른 실시 예에서, 예를 들어, 4개의 리테이닝 핀들(401)이 있을 수 있는 경우, 상기 리테이닝 핀들(401)은 (상술한 바와 같은 삼각형 대신) 정사각형의 에지들을 형성한다. 또 다른 변형에서, 상기 리테이닝 시스템(400)은 임의의 다른 적합한 방식으로 구현될 수 있다(즉, 반드시 리테이닝 핀들(401)로 구현될 필요는 없다).

본 실시 예에서, 상기 구동부(100)의 상기 하부 섹션(102)의 중간 부분은 (도 4 내지 6에 가장 잘 도시된) 상부 이동 단부 어버트먼트(122) 및 하부 이동 단부 어버트먼트(123)에 의해 한정된 원형 표면(121)을 갖는 잘록한 영역(constricted area)(120) (즉, 하부 및 상부 인접 부분보다 작은 직경을 갖는 영역)을 포함한다. 본 실시 예에서, 상기 구동부(100)가 (전술한) 상기 제1축 방향 위치와 (전술한) 상기 제2축 방향 위치 사이에서 상기 가이드 장치(200)와 관련하여 축 방향으로 이동할 때, 상기 잘록한 영역(120)의 상기 표면(121)은 상기 잘록한 영역(120) 주위에 분포된 상기 리테이닝 핀들(401)의 원주와 슬라이딩 가능하게 상호 작용하도록 구성되며, 여기서 상기 구동부(100)는 상기 가이드 장치(200) 내에서 더 깊이 결합된다. 본 실시 예에서, 상기 리테이닝 핀들(401)은 일반적으로 상기 구동부(100)가 상기 제1축 방향 위치에 있을 때 상기 잘록한 영역(120) 주위에서 상기 어버트먼트(123)와 결합하고, 상기 잘록한 영역(120)은 상기 구동부(100)가 상기 제2축 방향 위치에 있을 때 상기 리테이닝 핀들(401)이 대체로 상기 어버트먼트(122)와 결합하도록 구성된다.

도 2, 및 도 9 내지 12는 제1 드릴링 구성의 예를 보여주고, 상기 제1축 방향 위치에서 상기 가이드 장치(200) 내에 위치될 때 상기 확대부(104)의 상기 안내면(125)이 상기 윙들(300)에 인접하여(abut) 상기 구동부(100)가 상기 윙들(300)과 상호 작용하는 방법을 도시하고, 또한 상기 구동부(100) 및 가이드 장치(200)가 상기 제1록킹 위치에 록킹될 때 상기 윙들(300)을 상기 수축된 위치에 록킹하는 록킹 메커니즘은 상기 윙들(300)이 상기 가이드 장치(200)로부터 외측으로 확장되는 것을 방지하는 방법을 도시한다. 본 실시 예에서, DTH 해머 또는 드릴링 로드(도시되지 않음)에 연결된 상기 드릴링 시스템(1)은 윙들(300)이 수축된 위치에 배치되는 동안, 즉 상기 윙들(300)이 상기 가이드 장치(200)의 대응하는 애퍼쳐들(250) 내에 완전히 (또는 실질적으로) 수축된 방식으로 안착(rest)되는 동안 홀을 드릴링할 수 있다. 이러한 위치에서, 상기 윙들(300)은 상기 가이드 장치(200)가 드릴링 동안 그라운드 아래와 접촉하는 상기 드릴링 시스템(1)의 유일한 부분이 되도록 위치된다. 이러한 제1드릴링 구성에서, 상기 구동부(100)는 상기 제1축 방향 위치에 있으며, 상기 리테이닝 시스템(400)의 리테이닝 핀들(401)은 일반적으로 상기 구동부(100)의 하부 이동 단부 어버트먼트(123)와 일치한다. 이러한 축 방향 위치에서, 상기 구동부(100)가 시계 방향으로 트위스트(twist)하면, 제1록킹 위치에서 상기 구동부(100) 및 상기 가이드 장치(200)가 상대 각도(relative angular) 및 축 방향 이동(axial movement)에 대해 록킹되도록 상기 베이요넷 연결부의 상기 슬롯들 및 상기 프로젝션들이 맞물린다. 이러한 록킹 위치에서, 상기 확대부(104)의 상기 하부단은 일반적으로 상기 윙들(300)의 상기 후면(350)을 자유롭게 하고, 즉 상기 확대부(104)의 상기 안내면(125)은 상기 수축된 위치에 있는 상기 윙들(300)의 상기 후면 (350)에 대해 가압되지 않는다. 이러한 제1록킹 위치에서, 상기 윙들(300)을 상기 수축된 위치에 고정하는 록킹 메커니즘은 각각의 상기 방사상 프로젝션들(130)이 각각 윙(300)의 내부 표면(320)에 형성된 노치(340)와 회전 가능하게 결합하도록 구성된다. 각각의 윙(300)의 상기 노치(340)와 결합함으로써, 각각의 방사상 프로젝션(130)은 상기 윙(300)의 피봇 운동을 방지하고, 즉 각 윙(300)은 그 수축된 위치에서 기계적으로 구속(유지)된다. 상기 윙들(300)이 피봇할 수 있게 하기 위해, 상기 가이드 장치(200)로부터 록킹 해제하고 각각의 윙들(300)로부터 상기 노치들(340)로부터 상기 방사상 프로젝션들(130)을 분리하기 위해, 상기 구동부(100)는 상기 가이드 장치(200)에 대해 반 시계 방향으로 회전되어야 한다. 다른 변형들에서, 그 구동부(100) 및 가이드 장치(200)를 포함하는 드릴링 시스템(1)은 상기 가이드 장치(200)로부터 상기 구동부(100)를 록킹 해제하기 위해 상기 구동부(100)가 상기 가이드 장치(200)에 대해 반 시계 방향 대신 시계 방향으로 회전하도록 구성될 수 있다.

도 3 및 도 13 내지 도 16은 제2드릴링 구성의 예를 도시하고, 상기 구동부(100)가 상기 제2축 방향 위치에서 상기 가이드 장치(200) 내에 위치될 때 상기 구동부(100)의 상기 확대부(104)의 상기 안내면(125)이 상기 윙들(300)과 상호 작용하는 방법을 도시한다. 본 실시 예에서, 상기 드릴링 시스템(1)은 상기 윙들(300)이 상기 확장된 위치에 있는 동안 홀을 드릴링할 수 있다. 상기 윙들(300)은 상기 가이드 장치(200)의 상기 길이 방향 축(Y-Y)에 대한 영각(angle of attack)(θ)으로 상기 애퍼쳐들(250)로부터 확장된다. 상기 윙들(300)이 상기 확장된 위치에 있을 때, 상기 각 윙(300)의 영각(θ)은 일반적으로 동일하고, 상기 확대부(104)가 상기 윙들(300)의 상기 후면(350)에 대해 동심원인 결과로서 각 윙(300)의 상기 후면(350)을 동일하게 푸싱(pushing)하고 있다. 이는 상기 드릴링 시스템의 균형을 더 잘 유지하는 데 도움이 되고, 상기 드릴링 시스템의 상기 컴포넌트들에 상기 시추력들(drilling forces)의 균형 잡힌 분포를 제공할 수 있다. 본 실시 예에서, 각 윙(300)의 영각(θ)은 대략 30°이다. 다른 실시 예들에서, 상기 영각(θ)은 대략 20°, 대략 60°, 또는 임의의 다른 적절한 영각(θ)일 수 있다. 상기 제2드릴링 구성에서, 상기 윙들(300)이 그들의 확장된 위치에 있는 동안, 상기 베이요넷 연결부의 상기 슬롯들 및 상기 프로젝션들은 맞물려(mesh) 상기 구동부(100) 및 상기 가이드 장치(200)가 제2록킹 위치에서 록킹될 수 있다. 그러므로 상기 윙들(300)은 그들의 확장된 위치에서 차단된다(blocked).

상기 구동부(100) 및 상기 가이드 장치(200)가 상기 제2록킹 위치로부터 결합 해제되면, 비로소 상기 가이드 장치(200) 내에서 상기 구동부(100)의 축 방향 이동이 가능하다. 상기 구동부(100)는 따라서 상기 가이드 장치(200)에 대해 상기 제2축 방향 위치로부터 상기 제1축 방향 위치를 향해 길이 방향으로 이동할 수 있고, 이는 결국 상기 윙들(300)이 그들의 확장된 위치로부터 피봇식으로 수축하게 한다. 후술하겠지만, 상기 윙들(300)은 단순히 중력(gravity)의 영향에 의해 또는 상기 윙들(300)에 집중력(concentric force)을 가함으로써 그들의 확장된 위치로부터 그들의 수축된 위치로 수축될 수 있다.

상기 구동부(100)는 상기 구동부(100)의 상기 길이 방향 축(X-X)을 따라 중앙으로 확장되는 개방 채널(open channel)(190)을 포함하고, 이는 막힘 또는 파편을 제거하기 위해 상기 드릴링 시스템(1)의 하단부를 향한 압축된 공기(또는 다른 유체들 및/또는 혼합물들, 예를 들어 물, 드릴링 폼, 화학 제품들 또는 기타 유체들)의 통로를 구성한다.

도 17 내지 도 20에 도시된 바와 같이, 상기 가이드 장치(200)는 일반적으로 원형 형상(circular geometry)을 가진다. 상기 구동부(100)를 수용하는 개방 상단(205), 상부 섹션(210) 및 하부 섹션(220)을 포함한다. 상기 가이드 장치(200)의 상기 상부 섹션(210)은 외부 직경(D1)을 가지고, 상기 하부 섹션(220)은 외부 직경(D2)을 가진다. 상기 가이드 장치(200)의 외부 직경(D1)은 외부 직경(D2)보다 크다. 예를 들어, 상기한 예에서, 상기 외부 직경(D1)은 12인치 이하(30.5cm 이하)이고, 상기 외부 직경(D2)은 11인치 이하(28cm 이하)이다. 다른 실시 예들에서, 상기 외부 직경들(D1 및 D2)은 다른 치수를 가질 수 있다. 예를 들어, 다른 실시 예들에서, 상기 외부 직경(D1)은 상기 외부 직경(D2)과 동일할 수 있다.

상기 가이드 장치(200)의 상기 상부 및 하부 섹션들(210, 220)의 접합부는 숄더(shoulder)(230)를 형성한다. 상기 숄더(230)는 모따기(chamfer)를 포함한다. 상기 드릴링 시스템(1)이 홀을 드릴링 하기 위해 동작하고 동시에 드릴링되는 상기 홀의 케이싱을 다운 구동시키기 위해 작동 할 때, 상기 숄더(230)는 상기 드릴링 시스템(1)이 드릴링되고 있는 홀에서 상기 케이싱을 다운 구동 할 수 있도록 케이싱의 단부에 장착된 어버트먼트 링(510)에 맞닿아 있다(abut against).

상기 숄더(230)는 임의의 적절한 치수를 가질 수 있다. 예를 들어, 본 실시 예에서, 상기 숄더(230)의 두께(S)는 0.5인치 이하(1.3cm 이하)이다. 다른 실시 예들에서, 상기 두께(S)는 0.2인치 이하(0.5cm 이하)이다. 상기 두께(S)는 상기 드릴링 시스템(1)의 크기 및/또는 상기 사용된 DTH 해머의 크기에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에, 상기 가이드 장치(200)의 외부 직경(D1)에 대한 두께(S)의 비는 바람직하게는 8% 미만이다. 상기 숄더(230)가 너무 얇으면, 상기 숄더(230)는 상기 드릴링 시스템(1)이 홀을 드릴링하기 위해 동작하고 동시에 드릴링되는 상기 홀에서 케이싱을 다운 구동할 때 케이싱의 단부에 장착된 (후술할) 어버트먼트 링(510)과의 마찰로 인해 너무 빨리 마모될 수 있다. 상기 숄더(230)가 너무 크면, 상기 윙들(300)은 다운 구동되는 상기 케이싱의 외경보다 더 크도록 상기 드릴링 시스템의 상기 보어 크기를 충분히 증가시키기 위해 더 확장될 수 있다(예를 들어, 영각(θ)은 더 커야 하고 및/또는 상기 윙들(300)은 더 길어야 한다).

상기 가이드 장치(200)는 드릴링이 발생하는 동안 상기 보어 홀의 바닥으로부터 슬러지, 모래들, 자갈들 및 그라인딩들을 방출하기 위해 그 외부 표면에서 상기 가이드 장치(200)의 길이(Lx)를 따라 길이 방향으로 연장되는 슬러지 배출 홈들(sludge discharging grooves)(240)을 포함한다. 상기 가이드 장치(200)는 상기 가이드 장치(200)의 상기 외부 표면의 주변에 분포된 3개의 슬러지 배출 홈들(240)을 포함한다. 다른 변형들에서, 다소의 슬러지 배출 홈들(240)이 있을 수 있고, 및/또는 상기 배출 홈들(240)은 직선이 아니라 상기 드릴링 시스템(1)의 상기 가이드 장치(200)의 길이 방향 축(Y-Y)에 대해 적어도 부분적으로 만곡되고 및/또는 각도를 가질 수 있다.

상기 윙들(300)을 수용하는 상기 애퍼쳐들(250)은 상기 가이드 장치(200)의 상기 하부 섹션(220)에서 동일하게 이격되고 원주 상으로 존재한다. 다른 변형들에서, 상기 개구들(250)은 동일하게 이격되지 않을 수 있다.

도 38은 상기 가이드 장치(200)의 내부를 도시한다. 본 실시 예에서, 상기 가이드 장치(200)는 한 쌍의 윙 피봇 니플들(wing pivot nipples)(330)을 수용하기 위한 피봇 서포터들(281)을 형성하는 (도 26 내지 28에 가장 잘 도시된) 한 쌍의 슬롯들(280)을 포함한다. 상기 가이드 장치(200)의 애퍼쳐(250)에 각 윙(300)을 설치할 때, 상기 한 쌍의 윙 피봇 니플들(330)은 한 쌍의 슬롯들(280)과 정렬되고, 이들이 각 슬롯(280)의 상기 폐쇄 단부(즉, 상기 말단)에 일반적으로 도달할 때까지 그 내부에서 슬라이딩한다. 이러한 위치에서, 상기 한 쌍의 윙 피봇 니플들(330)은 상기 슬롯들(280) 내에 제자리에 놓일 수 있어서, 각 윙(300)은 상기 가이드 장치(200)에 추가로 고정되거나 체결되지 않고 자유롭게 지지될 수 있다. 이러한 위치에서, 상기 윙들은 전술한 바와 같이 상기 수축된 위치와 상기 확장된 위치 사이에서 피봇할 수 있다. 다른 실시 예들에서, 예를 들어 윙들(300)을 수용하기 위한 가이드 장치(200)의 상기 내부는 임의의 다른 적절한 방식으로 구성될 수 있다.

도 22 내지 도 25는 상기 구동부(100)를 상기 가이드 장치(200)에 록킹할 수 있게 하는 상기 가이드 장치(200)상의 상기 베이요넷 연결부의 예를 도시한다. 본 실시 예에서, 상기 가이드 장치(200) 상의 상기 베이요넷 연결부는 상기 가이드 장치(200)의 상기 상부 섹션(210)에서 각각 원의 세그먼트로서 형상화된 2개의 수직으로 이격된 아치형 길다란 프로젝션들(212 및 214) 세트를 포함한다. 각각의 길다란 프로젝션들(212 및 214)의 양쪽 말단들은 상기 구동부(100) 상에 위치된 상기 베이요넷 연결부의 상기 인터-피팅 피처들과의 결합을 용이하게 하기 위해 캐밍 표면들(camming surfaces)(216 및 218)을 가진다.

도 22는 전술한 바와 같이, 상기 제1드릴링 구성에서의 상기 드릴링 시스템(1)의 예를 도시한다. 도시된 바와 같이, 상기 구동부(100)가 상기 제1축 방향 위치에 있고 시계 방향으로 트위스트될 때, 상기 가이드 장치(200) 상의 상기 베이요넷 연결부의 길다란 프로젝션(212)은 상기 구동부(100) 상의 상기 베이요넷 연결부의 슬롯(127)에 레지스터(register)된다. 상기 구동부(100) 상의 상기 베이요넷 연결부의 아치형 프로젝션(131)은 상기 가이드 장치(200) 상의 상기 베이요넷 연결부의 길다란 프로젝션들(212 및 214) 사이에 레지스터된다. 상기한 제1드릴링 구성에서, 상기 베이요넷 연결이 실현되고, 따라서 상기 구동부(100) 및 상기 가이드 장치(200)는 상대 각도 및 축 방향 이동에 대해 록킹된다. 상기 수축된 위치에서 상기 윙들(300)을 록킹하는 록킹 메커니즘은 상기 윙들(300)의 추가 피봇 이동을 차단한다. 이러한 구성에서 상기 드릴링 시스템(1)이 드릴링할 때, 드릴링 동안 상기 DTH 해머의 해머링 작용에 의해 제공되는 대부분의 충격력은, 상기 가이드 장치(200)의 길다란 프로젝션들(212, 214)과 상기 구동부(100)의 아치형 프로젝션들(131, 133) 사이의 인터페이스에 의해 상기 구동부(100)를 통해 상기 가이드 장치 (200)에 전달된다.

도 23은 전술한 바와 같이, 상기 제2드릴링 구성에서의 상기 드릴링 시스템(1)의 예를 도시한다. 도시된 바와 같이, 상기 구동부(100)가 상기 제2축 방향 위치에 있고 시계 방향으로 트위스트될 때, 상기 가이드 장치(200)의 상기 베이요넷 연결부의 길다란 프로젝션들(212 및 214)은 각각 구동부(100) 상의 상기 베이요넷 연결부의 슬롯들(126 및 127)에 레지스트된다. 상기한 제2드릴링 구성에서, 상기 베이요넷 연결이 실현되고, 따라서 상기 구동부(100) 및 상기 가이드 장치(200)는 상대 각도 및 축 방향 이동에 대해 록킹된다. 이러한 구성에서 상기 드릴링 시스템(1)이 드릴링할 때, 드릴링 동안 상기 DTH 해머의 상기 해머링 작용에 의해 제공되는 상기 충격력의 적어도 대부분은, 아치형 프로젝션들(131) 아래에 위치되고, 상기 구동부(100)의 원주를 따라 연장되는 충격 전달 표면(124) 사이의 인터페이스에 의해 상기 구동부(100)를 통해 상기 가이드 장치(200)에 전달되고, 상기 구동부(100)의 충격 전달 표면(124)과 정합하도록 구성된 상기 가이드 장치(200) 상의 대응 충격 전달 표면(224)을 포함한다.

상기 가이드 장치(200)는 상기 바닥면(270)을 가로 지르고, 상기 구동부(100)의 채널(190)과 유체 연통하는 유체 출구 포트들(fluid outlet ports)(700)를 포함하여, 이를 통해 압축된 공기가 (또는 다른 유체들 및/또는 혼합물들, 예를 들어 물, 드릴링 폼, 화학 제품들) 상기 유체 출구 포트들(700)을 통해 배출되게 한다. 일부 변형들에서, 상기 가이드 장치(200)의 상기 주변의 다른 위치들에 출구 포트들이 있을 수 있다.

상기 가이드 장치(200)는 상기 가이드 장치(200)의 바닥면(270)과 정합된 인서트들(inserts)(600)을 포함한다. 상기 인서트들(600)은 카바이드 버튼들(carbide buttons) 또는 다른 유형의 버튼을 포함할 수 있다. 상기 인서트들(600)은 상기 바닥면(270)(상기 바닥면(270)의 주변에서 각진 모서리를 포함함) 상에 위치될 수 있고, 이는 드릴링 동안 그라운드와 주로 접촉하는 상기 가이드 장치(200)의 표면이다. 마모되거나 파손된 경우, 상기 인서트들(600)은 새로운 인서트들(600)의 세트들로 교체될 수 있다.

상기 윙들(300)의 상이한 측면들 및/또는 추가적 변형들이 이제 설명될 것이다.

도 26 내지 도 28은 본 발명에 따른 윙(300)의 예를 도시한다. 본 실시 예에서, 각 윙(300)은 외부 표면(310), 내부 표면(320), 윙 피봇 니플들(330), 상기 윙들(300)의 상기 내부 표면(320)에 형성된 노치(340), 후면(350), 상부 표면들(360, 370) 및 하부 표면들(380)을 포함한다.

상기 형상, 크기 및/또는 영각(θ)과 같은 상기 윙들(300)의 일부 특성들은 상기 드릴링 시스템(1)의 작업 측면들에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, (전술한) 상기 제2드릴링 구성에서 드릴링하는 동안 상기 드릴링 시스템(1)의 상기 보어 크기는 상기 윙들(300)의 형상, 크기 및/또는 영각(θ)에 따라 더 크거나 작을 수 있다. 선택적으로 또는 추가적으로, 상기 윙들(300)의 상기 모양, 크기 및/또는 영각(θ)은 상기 윙들(300)이 상기 구동부(100)의 상기 록킹 메커니즘과 상호 작용하고 상기 가이드 장치(200) 상의 접촉 영역과 접촉하는 방법을 포함하여, 상기 윙들(300)은 상기 구동부(100) 및 상기 가이드 장치(200)와 같은 상기 드릴링 시스템(1)의 다른 컴포넌트들과 상호 작용하는 방식에 영향을 미칠 수 있다. 이러한 측면들은 상기 드릴링 시스템(1)의 변형들과 관련하여 나중에 더 논의될 것이다.

상기 윙들(300)이 그들의 확장된 위치에 있고 상기 드릴링 시스템(1)이 홀을 드릴링할 때, 상기 윙들(300)의 상기 바닥면(380)은 그라운드에 부딪친다. 상기 윙들(300)의 상기 바닥면(380)은 상기 가이드 장치(200)와 관련하여 전술한 바와 같이 인서트들(600)을 포함한다.

다시 도 9 내지 도 12를 참조하면, 상기 윙들(300)은 그들의 수축된 위치에 있을 때, 각 윙(300)의 상기 상부 표면(360)은 상기 애퍼쳐들(250)의 상부 내부 표면(251)과 접촉한다.

다시 도 13 내지 도 16을 참조하면, 상기 윙들(300)이 그들의 확장된 위치에 있을 때, 각 윙의 상기 상부 표면(370)은 애퍼쳐들(250)의 상기 상부 내부 표면(251)과 접촉하고, 상기 윙들(300)의 상기 후면은 상기 확대부(104)와 접촉한다. 상기 윙들(300)의 상부 표면(370)과 애퍼쳐들(250)의 상기 상부 내부 표면(251) 사이의 상기 접촉 영역은 상기 윙들(300)의 상기 하부 표면(380)에 가해지는 응력(stress)에서 중요하고, 상기 드릴링 시스템(1)이 그라운드 아래에 부딪히고 상기 확장된 위치에서 상기 윙들(300)을 가지고 홀을 드릴링하는 동안, 이러한 접촉 영역에서 상기 가이드 장치(200) 구조로 대부분 전달되어, 이러한 드릴링 구성에서 드릴링 동안 윙 피봇 니플들(330)에 더 적은 응력(또는 거의 응력이 없음)이 적용되도록 한다.

윙들(300)은 일반적으로 상기 가이드 장치(200) 및 상기 드릴링 시스템 어셈블리의 일부에 조립되는 것으로 설명되지만, 윙들(300)은 예를 들어 상기 드릴링 시스템(1)의 오퍼레이터에게 제공되는 교체 키트들(replacement kits)에 포함될 수 있다.

전술한 상기 드릴링 시스템(1)의 각 부분이 동시에 또는 교대로 상호 작용하는 방법을 추가로 설명하기 위해, 전술한 상기 드릴링 시스템(1)을 사용하는 동안 수행될 수 있는 드릴링 작업의 예가 설명된다.

도 29 내지 도 31은 드릴링 시스템(1)이 단일 회전 드릴링 장치와 함께 사용될 때 본 발명에 따른 드릴링 시스템(1)을 이용한 드릴링 동작의 예를 도시한다. 상기 드릴링 시스템(1)은 상기 윙들(300)이 상기 가이드 장치(200)에 설치되도록 우선적으로 조립되고, 상기 구동부(100)는 상기 가이드 장치(200)에 축 방향으로 결합되어 있으며, 리테이닝 핀들(401)에 의하여 상기 가이드 장치(200) 내에 고정된다. 이어서, 상기 드릴링 시스템 어셈블리는 상기 구동부(100)의 상기 상단(2)에 의해 DTH 해머(도시되지 않음) 또는 임의의 적절한 장치(예를 들어, 드릴링 로드)에 연결된다. 상기 드릴링 시스템(1)이 조립되면, 상기 드릴링 시스템(1)은 상기 드릴링 시스템(1)을 작동시킴으로써 드릴링될 홀에 다운 구동될 케이싱(500)과 결합한다.

도 29를 참조하면, 상기 드릴링 시스템(1)은 케이싱(500)의 일단에 결합된다. 상기 케이싱은 일반적으로 원형 형상(즉, 원통형)을 가지며, 내부 직경(Dc1) 및 외부 직경(Dc2)을 가진다. 상기 드릴링 시스템(1)의 오퍼레이터가 상기 케이싱(500)에서 상기 드릴링 시스템(1)과 결합하는 상기 방식은 상기 드릴링 시스템이 어떻게 작동할 수 있는지 이해하는 데 필요하지 않다. 상기 드릴링 시스템(1)은 상기 케이싱(500)의 반대 단부(예를 들어, 케이싱(500)의 하단부)에서, 장착(예를 들면, 용접)되거나 상기 케이싱의 일단에 결합되어 있고, 도 57에 도시된 바와 같이, (어버트먼트 크라운으로도 알려진) 어버트먼트 링(510)을 포함하는 상기 케이싱(500)의 일단에 결합되어 있다고 해도 충분하다. 본 실시 예에서, 상기 가이드 장치(200)의 상기 숄더(230)는 상기 드릴링 시스템(1)이 상기 케이싱(500)의 상기 하단부에 도달할 때 그리고 드릴링이 발생하는 동안 어버트먼트 링(510)에 맞닿을 수 있다. 실제로, 상기 숄더(230)가 드릴링 동안 어버트먼트 링(510)에 맞닿아 있기 때문에, 상기 케이싱(500)은 상기 홀에서 하강함에 따라 상기 드릴링 시스템(1)에 의해 상기 홀 아래로 구동될 수 있으며, 즉 상기 드릴링 시스템(1)은 상기 홀을 드릴링하고 상기 홀에서 상기 케이싱(500)을 동시에 구동시킨다. 상기 어버트먼트 링(510)에 대해 상기 드릴링 시스템(1)에 의해 부여된 상기 어버트먼트 링(510)과 숄더(230) 사이의 상기 마찰은 상기 구동부(100) 및 상기 가이드 장치(200)가 상기 베이요넷 연결부의 상기 록킹 위치들 중 하나로부터 록킹 및 록킹 해제를 허용할 수 있다. 따라서, 상기 가이드 장치(200)는 상기 가이드 장치(200) 내부에서 상기 구동부(100)가 예를 들어 상기 록킹 위치들 중 하나로부터 록킹 해제하기 위해 트위스트되는 동안 마찰식으로 고정 유지된다.

상기 가이드 장치의 상기 상부 섹션(210)의 상기 외부 직경(D1)은 상기 케이싱(500)의 상기 내부 직경(Dc1)과 실질적으로 동일하므로, 상기 가이드 장치(200)의 상기 상부 섹션(220)은 상기 케이싱(500)에 슬라이딩 가능하게 결합될 수 있다.

상기 드릴링 시스템(1)이 도 29에 도시된 바와 같이 상기 케이싱(500) 내에 결합되는 동안, 상기 드릴링 시스템(1)은 전술한 바와 같이 상기 제1드릴링 구성으로 배열될 수 있어서, 상기 케이싱(500)의 내부를 청소하기 위해, 또는 다른 목적으로 상기 케이싱(500) 내부에서 (원심력 또는 기계적 결합으로 인해 상기 윙들(300)이 전개된 결과) 상기 윙들(300)이 걸리지(jam) 않도록 상기 드릴링 시스템(1)이 상기 케이싱(500) 내에서 길이 방향으로 이동하면서 회전할 수 있도록 한다.

상기 가이드 장치(200)의 상기 숄더(230)가 (도 30 및 31에 도시된 바와 같이) 상기 케이싱(500)의 단부에서 상기 어버트먼트 링(510)에 맞닿으면, 상기 가이드 장치(200)의 상기 하부 섹션(220)의 실질적인 부분은 상기 케이싱(500)을 클리어(clear)하여, 상기 윙들(300)이 그들의 확장된 위치에 배치될 수 있게 한다.

도 30 및 도 31을 참조하면, 상기 드릴링 시스템(1)은 상기 베이요넷 연결부를 해제하고 상기 윙들(300)의 록킹 메커니즘을 해제하기 위해 상기 가이드 장치(200)에 대해 상기 구동부(100)를 반 시계 방향으로 회전시킴으로써 상기 제1록킹 위치로부터 록킹 해제된다. 상기 제1록킹 위치에서 록킹 해제한 후, 상기 드릴링 시스템(1)은 상기 제2축 방향 위치로 이동한 후, 상기 가이드 장치(200)에 대해 시계 방향으로 트위스트되어 상기 제2록킹 위치에서 상기 베이요넷 연결부를 록킹할 수 있다. 상기 드릴링 시스템(1)이 (도 30에 도시된 바와 같이) 상기 제2드릴링 구성에 있고, 상기 윙들(300)이 확장되는 동안, 상기 드릴링 시스템(1)의 보어 크기(B)는 상기 케이싱(500)의 상기 외부 직경(Dc2)보다 약간 더 크다.

상기 드릴링 시스템(1)이 상기 제2드릴링 구성에 있고, 상기 윙들(300)이 확장되는 경우, 드릴링이 발생할 수 있다. 드릴링이 완료되면, 예를 들어, 상기 케이싱(500)이 그라운드에 완전히 또는 실질적으로 위치될 때, 상기 오퍼레이터는 상기 드릴링 로드(도시되지 않음)를 반 시계 방향으로 작동시킬 수 있어, 상기 구동부(100)는 상기 가이드 장치(200)에 대해 회전하고 결과적으로 상기 제2록킹 위치로부터 록킹 해제된다. 상기 구동부(100)는 상기 가이드 장치(200) 내에서 상기 제2축 방향 위치로부터 상기 제1축 방향 위치로 축 방향으로 이동할 수 있다. 상기 구동부(100)가 상기 제1축 방향 위치를 향해 점진적으로 이동함에 따라, 상기 구동부(100)의 상기 확대부(104)의 상기 안내면(125)은 상기 윙들(300)의 상기 후면(350)을 자유롭게 하여 상기 윙들(300)이 상기 애퍼쳐(250) 내에서 피봇식으로 수축하게 한다. 상기 윙들(300)은 일반적으로 예를 들어 상기 홀이 수직으로 드릴링될 때 상기 중력의 영향에 의해 단순히 수축될 수 있다. 또는, 상기 드릴링 시스템(1)을 상기 케이싱(500)으로부터 빼냄으로써, 상기 윙들(300)의 상기 외부 표면(310)은 상기 어버트먼트 링(510)에 맞닿을 수 있어, 상기 윙들(300)은 상기 윙들(300)의 외부 표면(310)에 대해 가압되는 상기 어버트먼트 링(510)에 의해 내측으로 편향된다.

상기 가이드 장치(200)로부터 수축 및 확장하기 위해 피봇할 수 있는 윙들(300)을 가지는 실질적인 이점은 상기 윙들(300)이 그 자체로 쉽게 (가령, 상기 중력의 영향에 의해서만) 또는 거의 어려움 없이 수축할 수 있다(가령, 상기 어버트먼트 크라운(510)에 의해 상기 윙들(300)의 상기 외부 표면에 명목상 힘(nominal force)이 가해져서 상기 윙들(300)을 내측으로 편향시켜 수축하도록)라는 점이다. 예를 들어 원하는 경우, 상기 윙들(300)을 수축시키고 상기 구동부가 상기 제1축 방향 위치에 있는 동안, 상기 오퍼레이터는 상기 어버트먼트 링(510)에 여전히 인접하고 있는 상기 가이드 장치(200)에 대해 상기 구동부(100)를 회전시키기 위해 상기 드릴 방향을 시계 방향으로 동작시킬 수 있고, 이에 의해 상기 제1드릴링 구성에서 상기 드릴링 시스템(1)을 구성한다.

어떠한 이유로든 상기 오퍼레이터가 상기 드릴링된 홀로부터 상기 케이싱(500)을 잡아당기고자 한다면, 상기 제2드릴링 구성으로 구성된 상기 드릴링 시스템(1)이 이러한 목적으로 사용될 수 있다. 이러한 경우, 상기 드릴링 시스템(1)이 상기 제2드릴링 구성에 있는 동안, 상기 윙들(300)은 그들의 확장된 위치에 록킹되어 있고, 따라서 상기 드릴링 시스템(1)을 상기 홀의 상기 바닥에서 상방으로 잡아당김으로써, 상기 윙들(300)의 상기 외부 표면(310)은 상기 어버트먼트 링(510)에 맞닿을 수 있고, 이에 의해 상기 드릴링 시스템(1)은 상기 케이싱(500)을 상기 홀 밖으로 잡아당긴다.

상기 드릴링 시스템(1)은 또한 듀얼 회전 드릴링 장치와 함께 사용될 수 있다. 상기 듀얼 회전 드릴링 장치를 사용한 상기 드릴링 시스템(1)의 동작은 단일 회전 드릴링 장치를 사용한 동작과 관련하여 전술한 바와 유사하지만, 약간의 차이점이 아래에 논의된다.

듀얼 회전 드릴링 장치와 함께 상기 드릴링 시스템(1)을 사용할 때, 상기 케이싱(500)은 상기 케이싱(500) 내부의 상기 드릴링 시스템(1)과 동시에 드릴링하면서 상기 홀을 드릴링하기 위한 장치로서 역할을 한다. 보다 구체적으로, 상기 케이싱(500) 내의 상기 드릴링 시스템(1)이 상기 시계 방향으로 드릴링되는 동안 상기 케이싱(500)은 반 시계 방향으로 회전 할 수 있다(즉, 상기 듀얼 회전 드릴링 장치는 상기 케이싱(500)을 회전시킬 수 있다)

그러한 경우에, 도 59에 도시된 바와 같이, 케이싱 크라운(casing crown)(520)은 상기 케이싱 (500)의 단부(즉, 상기 케이싱(500)의 상기 하단부)에 장착(예를 들어, 용접, 나사 또는 다른 체결)된다. 도 58에 도시된 바와 같이, 상기 케이싱 크라운(520)은 상기 케이싱(500)이 회전함에 따라 그라운드로 파고들(dig) 수 있는 원주를 따라 일련의 프로젝션들(522)(예를 들어, 톱니)을 포함한다. 상기 케이싱 크라운(520)의 상기 형상 및 그것의 프로젝션들(522)은 상기 케이싱 크라운 (520)이 그라운드로 파고드는 동안 상기 케이싱(500)이 그라운드에서 하강하는 것을 허용한다. 또한 듀얼 회전 드릴링 장치로 작동할 때, 단일 회전식 드릴링 장치를 가지는 상기 드릴링 시스템(1)의 상기 동작과 관련하여 전술한 상기 어버트먼트 링(510)과 반대로 상기 드릴링 시스템(1)이 상기 케이싱 크라운(520)에 맞닿지 않을 수 있으므로, 상기 케이싱 크라운(520)은 상기 케이싱(500)과 상기 드릴링 시스템(1)의 상대 위치를 제한하지 않을 수 있다.

상기 케이싱(500)이 하강하는 동안, 토양(토양 코어가 상기 케이싱(500) 내부에 축적됨)으로 채워진다. 이러한 동작 동안, 상기 드릴링 시스템(1)은 상기 케이싱(500) 내부에 남아 상기 케이싱(500)을 채우는 토양(예를 들어 퇴적물)을 통해 드릴링한다.

홀을 드릴링하는 동안 상기 드릴링 시스템(1)을 사용하고 이러한 방식으로 상기 케이싱(500)을 설치하는 실질적인 이점은, 드릴링 동안 사용된 상기 압축된 공기는 파편으로 상기 가이드 장치(200)의 상기 슬러지 배출 홈들(240)을 통해 상향으로 배출되기 전에 상기 케이싱(500) 내부에 실질적으로 남아있을 수 있기 때문에, 그라운드에서 압축된 공기(또는 다른 유체들 및/또는 혼합물들, 예를 들어 물, 드릴링 폼, 화학 제품들) 손실을 줄이는 데 도움이 될 수 있다는 점이다. 이것은 궁극적으로 드릴링 동안 사용되는 압축된 공기 (또는 다른 유체들)로 인해 그라운드에 가해지는 압력 증가(pressure build-up)를 피하거나 적어도 실질적으로 감소시킬 수 있다.

드릴링 동안 볼더(boulder) 또는 암석이 닿으면, 상기 드릴링 시스템(1)은 상기 케이싱 (500) 내부로 전방으로 이동할 수 있고, 상기 볼더 또는 암석이 부서지거나 상기 케이싱 (500)의 경로가 클리어될 때까지 (전술한 바와 같이) 상기 제1드릴링 구성에서 드릴링할 수 있다. 또는 상기 케이싱(500)은 상기 윙들(300)이 그들의 확장된 위치에 배치될 수 있도록 상기 가이드 장치(200)의 적어도 상기 하부 섹션(220)을 클리어하기 위해 위로 당겨질 수 있고, 이로써 상기 드릴링 시스템(1)이 (전술한 바와 같이) 상기 제2드릴링 구성에서 드릴링할 수 있게 한다.

본 실시 예에서, 상기 가이드 장치(200)는 상기 숄더(230)가 없을 수 있고, 이와 같이, 상기 가이드 장치(200)의 나머지 부분 주위의 간극을 허용하고 상기 드릴링 시스템(1)이 그라운드로 하강하는 것을 효과적으로 허용하기 위해 D2는 D1 이상일 수 있다.

상기 드릴링 시스템(1)의 또 다른 실질적인 이점은 자유로이 드릴비트(drill bit) 또는 언더리머(under reamer)로 사용되도록 그 구성을 변환하는 능력이다. 예를 들어 어떤 경우에는, 일단 그라운드에서 필요한 깊이에 도달하면 (예를 들어, 상기 케이싱(500)이 그라운드에서 주어진 깊이에서 기반암석에 도달할 때) 상기 케이싱(500)의 상기 하단부 아래의 지면에서 "소켓"을 드릴링하는 것이 바람직할 수 있다. 소켓은 일반적으로 그라운드에서 상기 케이싱(500)의 상기 하단부를 고정(immobilize)시키거나 적어도 고화(solidify)시키기 위해 콘크리트 또는 다른 구조 재료(예를 들어, 시멘트)로 채워질 수 있는 보이드(예를 들어, 빈 공간)로 정의될 수 있다.

상기 소켓은 다양한 크기와 모양을 가질 수 있다. 예를 들어, 본 실시 예에서, 상기 소켓은 DC1 이하 (예를 들어 동일한)의 크기를 가질 수 있으며, 다른 실시 예들에서, 상기 소켓은 적어도 상기 케이싱(500)의 상기 외부 직경(Dc2)보다 큰(즉, 크거나 같은) 보어 크기를 가질 수 있다.

상기 드릴링 시스템(1)은 상기 소켓을 드릴링하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 케이싱(500)이 그라운드에서 필요한 깊이에 도달하면, 상기 드릴링 시스템(1)은 전술한 바와 같이 상기 제1드릴링 구성 또는 상기 제2드릴링 구성에서 상기 소켓을 드릴링할 수 있다. 상기 케이싱(500)의 상기 외부 직경(Dc2)보다 큰 보어 크기의 소켓이 필요한 경우, 상기 드릴링 시스템은 상기 케이싱(500)의 상기 하단부보다 깊은 주어진 깊이(예를 들어, 12인치)에 도달할 때까지 상기 제1드릴링 구성에서 먼저 드릴링할 수 있다. 이어서, 상기 윙들(300)은 그들의 확장된 위치(예를 들어, 상기 암석 또는 퇴적물 상태)에 배치될 수 있고, 이에 의해 상기 드릴링 시스템(1)은 상기 제2드릴링 구성에서 드릴링하여 상기 케이싱(500)의 외부 직경(Dc2)보다 큰 보어 크기를 가지는 상기 소켓을 완성할 수 있다.

전술한 동작의 예는 홀을 드릴링하기 위해 케이싱(500)에 결합된 드릴링 시스템(1)을 노출시키고 동시에 드릴링되는 상기 홀에서 케이싱을 다운 구동시키지만, 본 발명의 상기 드릴링 시스템(1)은 상기 케이싱(500) 및/또는 어버트먼트 링(510)의 존재없이 작동할 수 있으며, 즉, 상기 드릴링 시스템은 상기 홀 아래로 상기 케이싱(500)을 동시에 구동시키지 않고 홀을 드릴링하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 케이싱(500)의 어버트먼트 링(510)을 사용하여 상기 록킹 위치 중 하나로부터 상기 구동부(100)를 록킹 및 록킹 해제하고 상기 윙들(300)을 수축 또는 확장시키는 대신에, 상기 가이드 장치(200)는 상기 구동부 장치(100)에 대해 상기 가이드 장치(200)를 정지 상태로 유지하기 위해 단순히 그라운드와 마찰 관계에 있을 수 있다.

도 39 내지 도 56을 참조하면, 본 발명에 따른 드릴링 시스템(1)의 다른 실시 예가 도시되어 있다. 본 실시 예에서, 상기 드릴링 시스템(1)은 전술한 바와 유사하게 작동한다. 이와 같이, 전술한 실시 예의 상기 드릴링 시스템(1)과 관련하여 앞서 논의된 특징들과 유사한 본 실시 예에 따른 드릴링 시스템(1)의 특징들은 이하에 논의되는 상기 차이점에 대해서는 더 이상 논의하지 않을 것이다.

본 실시 예에서, 상기 구동부(100)의 상기 하부 섹션(102)의 최하부에 있는 상기 윙 록킹 메커니즘은 각 윙들(300)의 내부 표면(320)에 형성된 노치(340)와 상호 작용하도록 구성된 3개의 방사상 프로젝션들(130)을 포함한다. 각 방사상 프로젝션들(130)은 상기 3개의 윙들(300) 각각의 대응하는 노치(340)에 레지스트되도록 구성된다. 본 실시 예에서, 상기 윙 록킹 메커니즘은 전술한 것과 다른 형상을 가진다. 보다 구체적으로, 상기 구동부(100)의 상기 하부 섹션(102)의 상기 최하부는 상기 드릴링 시스템(1)이 (전술한) 상기 제2드릴링 구성에 있을 때 상기 윙들(300)의 후면(372)과 접촉하도록 구성된 확대부(134)를 포함한다. 이와 같이, 상기 윙 록킹 메커니즘은 상기 윙들(300)을 상기 수축된 위치에 록킹시키는 역할을 할뿐만 아니라, 상기 드릴링 시스템(1)이 상기 제2드릴링 구성에 있는 동안 상기 구동부(100)와 상기 윙들(300) 사이에 추가적인 접촉 영역을 제공할 수도 있다. 이것은 이러한 드릴링 구성에서 드릴링 동안 상기 윙들(300), 상기 구동부(100) 및 상기 가이드 장치(200) 내에서 상기 드릴링 로드들을 추가로 분배하는 데 도움이 될 수 있다.

본 실시 예에서, 상기 윙들(300)은 상기 이전에 제시된 실시 예와 약간 다른 형상을 가진다. 보다 구체적으로, 전술한 바와 같이, 각 윙(300)은 전술한 바와 같이 상기 구동부의 상기 확대부(134)와 접촉하도록 구성된 그 하단에 후면(372)을 포함한다. 또한, 각 윙(300)은 상기 가이드 장치(200)에서 상기 애퍼쳐(250)의 상기 하부 표면과 접촉하도록 구성된 하부 표면(374)을 포함한다. 상기 윙의 이러한 특징은 상기 제2드릴링 구성에서 드릴링 동안 상기 윙들(300), 상기 구동부(100) 및 상기 가이드 장치(200) 내에 드릴링 로드들을 추가로 분배하는 것을 도울 수 있다.

일부 변형들에서, 어버트먼트 링(510) 또는 케이싱 크라운(520)이 상기 드릴링 시스템(1)과 함께 사용되는 경우, 예를 들어, 상기 오퍼레이터가 상기 윙들(300)을 상기 제2드릴링 구성으로부터 록킹 해제하고 수축시키길 원할 때 상기 가이드 장치(200)가 상기 구동부(100)에 대해 회전하는 것을 방지하기 위해, 상기 어버트먼트 링(510) 또는 상기 케이싱 크라운(520)은 상기 드릴링 시스템(1)의 상기 윙들(300)이 그들의 확장된 위치에 있을 때 상기 윙들(300)과 결합하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 57 및 도 58에 도시된 바와 같이, 상기 어버트먼트 링(510) 및 상기 케이싱 크라운(520)은 상기 확장된 윙들(300)과 맞물리도록 구성된, 그 둘레에 일련의 리세스들(524)을 포함할 수 있다. 상기 확장된 윙들(300)이 상기 케이싱 크라운(520) 또는 어버트먼트 링(510) 상의 각각의 리세 스들과 결합하면, 상기 윙들(300)과 연결된 상기 가이드 장치(200)는 상기 케이싱 크라운(520) 또는 어버트먼트 링(510)에 대해 회전하는 것이 방지되고, 이에 의해 상기 구동부(100)와 상기 가이드 장치(200)의 상기 베이요넷 연결부를 록킹 해제하는 것을 용이하게 하고, 그리고 상기 제2드릴링 구성으로부터 상기 드릴링 시스템(1)을 록킹 해제하는 단계를 포함한다.

일부 실시 예들의 동작을 위해 필요할 수 있는 특정 추가 요소들은 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자의 범위 내에 있는 것으로 가정되어 설명되거나 도시되지 않았다. 더욱이, 특정 실시 예는 본 명세서에 구체적으로 개시되지 않은 임의의 요소 없이, 결여될 수 있고/있거나 기능할 수 있다.

본 명세서에서 논의된 임의의 실시 예의 임의의 특징은 일 실시 예에서 본 명세서에서 논의 된 임의의 다른 실시 예의 임의의 특징과 결합될 수 있다.

본 명세서에 사용된 용어와 본 명세서에 참조로 포함된 임의의 문서에 사용된 용어 사이에 불일치, 모순 또는 다른 차이가 있는 경우, 본 명세서에서 사용된 용어의 의미가 우선하고 사용된다.

다양한 실시 예들 및 예시들이 제시되었지만, 이는 본 발명을 설명하기 위한 것이지 제한하기 위한 것이 아니다. 다양한 수정들 및 개선들이 당업자에게 명백해질 것이며 첨부된 청구 범위에 의해 정의된 본 발명의 범위 내에 있다.

Claims

드릴링 시스템(drilling system)으로서,
구동부에 드릴링 작업을 부여하도록 구성된 드릴링 로드에 연결하기 위한 상기 구동부(driver);
가이드 장치(guide device);
상기 가이드 장치에 장착되고 상기 구동부에 결합된 적어도 하나의 윙(wing);
을 포함하고,
상기 적어도 하나의 윙은:
상기 드릴링 시스템이 확장된 직경의 보어를 드릴링하도록 구성하는 확장된 위치(extended position), 및
상기 드릴링 시스템이 감소된 직경의 보어를 드릴링하도록 구성하는 수축된 위치(retracted position),
를 획득할 수 있고,
상기 구동부와 상기 가이드 장치는 복수의 록킹 위치들을 정의하는 베이요넷 연결부를 포함하는 연결부를 통해 서로 연결되고,
상기 복수의 록킹 위치들은
상기 적어도 하나의 윙이 상기 확장된 위치에 있고 상기 구동부가 상기 가이드 장치와 록킹 결합되는 제1록킹 위치, 및
상기 적어도 하나의 윙이 상기 수축된 위치에 있고 상기 구동부가 상기 가이드 장치와 록킹 결합되는 제2록킹 위치를 포함하고,
상기 제1 및 제2록킹 위치들 중 하나에서, 상기 구동부는 상기 드릴링 로드에 의해 부여된 상기 드릴링 작업을 상기 가이드 장치에 전달(communicate)하여 상기 확장된 직경 또는 상기 수축된 직경 중 선택된 하나의 보어를 드릴링하도록 구성되고,
상기 적어도 하나의 윙은 상기 수축된 위치 또는 상기 확장된 위치에서 상기 적어도 하나의 윙을 록킹하기 위한 록킹 메커니즘을 통해 상기 구동부에 결합되는 것을 특징으로 하는, 드릴링 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 드릴링 로드에 의해 부여된 상기 드릴링 작업은 회전 드릴링 모션(rotational drilling motion)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 드릴링 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 드릴링 로드에 의해 부여된 상기 드릴링 작업은 해머링 작업(hammering action)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 드릴링 시스템.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 드릴링 시스템은 회전 축을 가지고, 상기 베이요넷 연결부의 상기 제1록킹 위치 및 상기 베이요넷 연결부의 상기 제2록킹 위치는 상기 회전 축을 중심으로 서로 이격되며,
상기 구동부는 상기 가이드 장치와 관련하여 상기 회전 축을 중심으로 이동하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 드릴링 시스템.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 드릴링 시스템은 회전 축을 가지고, 상기 구동부는 상기 가이드 장치와 관련하여 상기 회전 축을 중심으로 이동하여 상기 제1 및 제2록킹 위치들 중 하나를 선택적으로 결합하거나 벗어나도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 드릴링 시스템.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구동부, 상기 가이드 장치 및 상기 적어도 하나의 윙은;
상기 구동부와 상기 가이드 장치가 상기 제1록킹 위치에 있는 경우, 상기 적어도 하나의 윙이 상기 확장된 위치에 록킹되고,
상기 구동부와 상기 가이드 장치가 상기 제2록킹 위치에 있는 경우, 상기 적어도 하나의 윙이 상기 록킹 메커니즘을 통해 상기 수축된 위치에 록킹되도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 드릴링 시스템.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구동부가 상기 제1록킹 위치에서 벗어나 상기 제2록킹 위치를 획득하는 경우, 상기 구동부는 상기 확장된 위치로부터 상기 수축된 위치로 상기 적어도 하나의 윙을 변위(displacement) 시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 드릴링 시스템.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 드릴링 시스템은 복수의 윙들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 드릴링 시스템.
제 8 항에 있어서,
상기 복수의 윙들은 상기 가이드 장치의 주변에 대해 등거리로 배치되는(equispaced) 것을 특징으로 하는, 드릴링 시스템.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 윙은 바닥면을 포함하고,
상기 구동부와 상기 가이드 장치가 상기 제1록킹 위치에 있는 경우, 상기 바닥면은 상기 확장된 직경의 상기 보어를 드릴링하기 위해 상기 가이드 장치의 주변으로부터 외측으로 확장되고,
상기 구동부와 상기 가이드 장치가 상기 제2록킹 위치에 있는 경우, 상기 바닥면은 상기 감소된 직경의 상기 보어를 드릴링하기 위해 상기 제1록킹 위치에서 획득한 상기 위치에 대해 수축되는 것을 특징으로 하는, 드릴링 시스템.
제 10 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 윙은 상기 확장된 위치와 상기 수축된 위치 사이에서 피봇식으로 이동하는 것을 특징으로 하는, 드릴링 시스템.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 록킹 메커니즘은 상기 구동부 상의 적어도 하나의 프로젝션(projection)과, 상기 적어도 하나의 윙 상의 적어도 하나의 노치를 포함하는 것을 특징으로 하는, 드릴링 시스템.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 록킹 메커니즘은 상기 수축된 위치에서 상기 적어도 하나의 윙을 록킹하도록 구성되고,
상기 구동부와 상기 가이드 장치가 상기 제1록킹 위치에 있는 경우, 상기 구동부의 확대부(enlargement)는 상기 확장된 위치에서 상기 적어도 하나의 윙을 록킹하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 드릴링 시스템,
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에서 정의된 상기 드릴링 시스템과 함께 사용하도록 구성된 윙.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에서 정의된 상기 드릴링 시스템과 함께 사용하도록 구성된 가이드 장치.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에서 정의된 상기 드릴링 시스템과 함께 사용하도록 구성된 구동부.