JP6920008B2 - 地層を掘削するためのアースボーリング要素及びパーカッション要素を含むハイブリッドビット - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
「地球の地層を掘削するためのアースボーリング要素及びパーカッション要素を含むハイブリッドビット」（ＨＹＢＲＩＤ ＢＩＴ ＩＮＣＬＵＤＩＮＧ ＥＡＲＴＨ−ＢＯＲＩＮＧ ＡＮＤ ＰＥＲＣＵＳＳＩＯＮ ＥＬＥＭＥＮＴＳ ＦＯＲ ＤＲＩＬＬＩＮＧ ＥＡＲＴＨ ＦＯＲＭＡＴＩＯＮＳ）と題された米国仮特許出願第６２／４６８，３６３号（第’３６３号仮出願）の出願日である２０１７年３月７日に対する優先権をこれにより主張する。第’３６３号仮出願の開示全体をこれによりここに援用する。

本開示は、概括的には、地球の地層の中へと掘削するすなわち孔（穴）を掘る（穿つ）ためのビットに関し、より詳しくは、地層を掘削するためのハイブリッドビットに関する。より具体的には、本開示は、一体化されたアースボーリング要素及びパーカッション要素を含んでいるハイブリッドビットに関しており、なおいっそう厳密には、アースボーリングビットとパーカッション要素が互いと一体化されて含まれているビットに関する。地層にボーリング孔（例えば、油井、ガス井、など）を形成するための方法も開示されている。

様々な地層の中へと掘削するのにアースボーリングドリルビットがよく使用される。一部の層（例えば、石灰岩層、など）を貫く堀穿中に、より硬質でより掘削することが困難な物質（例えば、摩損性の物質、高い圧縮強さを有する物質、など）、一例としてチャートなど、に遭遇することもある。その様な掘削することが困難な物質を貫いて掘削し続けるためには、パーカッション要素としても知られている鎚打ち要素が必要になることもある。

掘削することが困難な物質に鎚打ち要素を欠く坑底アセンブリ（ＢＨＡ：bottom hole assembly）が遭遇すれば、鎚打ち要素をＢＨＡへ組み入れることができるようにドリルストリングがボーリング孔又は井戸から取り除かれなくてはならない。鎚打ち要素がボーリング孔の中へ導入されたら、掘削は再開されることができる。

従来、掘削することが困難な物質の破砕を支援するには技術的にダウンザホール（ＤＴＨ）ドリルとも呼称される空気圧式（即ち、空気駆動の）鎚打ち要素が使用されてきた。空気圧式鎚打ち要素は、ボーリング孔の底又は終端にてジャックハンマーの様に機能する。ＤＴＨの使用が完了すると、それはボーリング孔から取り除かれなくてはならず、次いでビットを含んでいるＢＨＡがボーリング孔の中へ再導入されることになる。ドリルストリングをボーリング孔から取り除くこととドリルストリングをボーリング孔の中に再設置することの繰り返しは、好ましくないことに貴重な掘削時間を消費してしまうだろう。

最近では液圧式鎚打ち要素が開発されている。典型的には、ドリルビットが液圧式鎚打ち要素の底端へ取り付けられている。鎚打ち要素は、アースボーリングドリルビットに軸方向の揺動を誘導し、アースボーリングドリルビットがボーリング孔の終端又は底の層に係合して揺動させるのに用いる圧力及び力を生じさせるものであり、アースボーリングドリルビットを設計上想定されていない力に曝す可能性がある。鎚打ち要素付きの従来式アースボーリングドリルビットの使用は、アースボーリングドリルビットを過早に失陥させかねない。

米国仮特許出願第６２／４６８，３６３号

１つの態様では、本開示によるハイブリッドビットが、互いと一体化されているパーカッション要素及びアースボーリング要素を含んでいる。その様なハイブリッドビットのパーカッション要素は、ここでは「鎚打ち要素」又は「パーカッションビット」と呼称されることもある。本開示によるハイブリッドビットのアースボーリング要素は、「アースボーリングドリルビット」と呼称されることもある。本開示によるハイブリッドビットは、パーカッション要素及びアースボーリング要素に加えて、コネクタを含んでいる。

パーカッション要素とアースボーリング要素は、アースボーリング要素がパーカッション要素を取り囲んだ状態で同軸に配列されることができる。アースボーリング要素とパーカッション要素の相対的軸方向位置は固定されていてもよい。幾つかの実施形態では、アースボーリング要素の上側部分と、パーカッション要素の上側部分であってより厳密にはパーカッション要素の被固定部材の上側部分とは、互いに固定されていてもよい。パーカッション要素の下側部分は、パーカッション要素の被固定部材の下側部分を取り囲んでいる往復運動部材を含め、アースボーリング要素の下側部分の喉部内に配置されることができ、したがってアースボーリング要素の下側部分によって取り囲まれてはいるがアースボーリング要素の下側部分へ固定されているわけではない。その様な配列は、往復運動部材がアースボーリング要素の喉部内で軸方向に揺動することを又はハイブリッドビットの向きに依存して上下に又は前後に動くことを可能にすることができる。

パーカッション要素の底端又は底面は、アースボーリング要素の底端にて露出している。パーカッション要素がアースボーリング要素の及びハイブリッドビットの軸又は長さに沿って揺動すると、パーカッション要素の底端は、アースボーリング要素の底端に対し異なる場所への運動を周期的に繰り返す。こうして、パーカッション要素の底端の、アースボーリング要素の底端に対する場所は、パーカッション要素の往復運動部材の、パーカッション要素の被固定部材の下側部分に沿った位置に依存して変わり、ひいては往復運動部材の、アースボーリング要素の下側部分に対する位置に依存して変わり得る。往復運動部材が被固定部材の下側部分の長さに沿ったその最下位置にある間は、パーカッション要素の底端はアースボーリング要素の底端から突き出る。往復運動部材が、被固定部材の下側部分の長さに沿ったその最上位置にあるときは、パーカッション要素の底端は、アースボーリング要素の底端に対して引っ込んでいるか、アースボーリング要素の底端と実質的に面一又は面一であるか、又はアースボーリング要素の底端から僅かに突き出ているだろう。

パーカッション要素の底端は、それがボーリング孔の底又は終端にて地層に接触し、係合し、又は接面することを可能にする構成を有することができる。加えて、パーカッション要素の構成が、パーカッション要素がその往復運動部材の揺動から生じる力に耐えることを可能にしており、構成には、その様な揺動（例えば、振動、パーカッション要素の底端によってボーリング孔の底又は終端へ加えられる力の繰り返される変化、地層に当てての繰り返される激突、など）の間にパーカッション要素の底端がボーリング孔の底又は終端と相互作用するやり方も含まれる。幾つかの実施形態では、パーカッション要素の構成は、アースボーリング要素がボーリング孔の底又は終端へ揺動力を殆ど又は全く加えていない間に、往復運動部材の底端が、往復運動部材の揺動によって生成される揺動力をボーリング孔の底又は終端へ加えることを可能にするようになっていてもよい。

ハイブリッドビットのパーカッション要素の底端は、パーカッション要素の往復運動部材の揺動によって誘導される力を吸収することで、更にボーリング孔の底とハイブリッドビットのアースボーリング要素の間の接触を強化することもできる。パーカッション要素とアースボーリング要素が配列されるやり方は、アースボーリング要素の揺動を制限しながらもパーカッション要素の往復運動部材が揺動することを可能にすることができ、即ち、アースボーリング要素の揺動する範囲又はそのストローク長さは往復運動部材が揺動する範囲より小さく、アースボーリング要素が鎚としてではなく従来のアースボーリングドリルビットとして機能することを可能にするわけである。

本開示によるハイブリッドビットの他の実施形態では、アースボーリング要素は、パーカッション要素の往復運動部材へ固定されていてもよい。その様な実施形態では、往復運動部材の揺動がアースボーリング要素の同等の揺動を生じさせる。

別の態様では、本開示による地層を掘削するための方法が、掘削の少なくとも一部がハイブリッドビットのアースボーリング要素によって遂行され、掘削の少なくとも一部がハイブリッドビットのパーカッション要素を用いて起こる、というハイブリッドビットの使用を含んでいる。その様な方法は、ドリルストリングの底にアースボーリング要素によって同軸に取り囲まれたパーカッション要素を含んでいるハイブリッドビットを用いて、ドリルストリングを地層の中へ導入する段階を含んでいてもよい。アースボーリング要素は、適切なビットへの荷重（ＷＯＢ：weight on bit）下に地層の中へと掘削するように使用されることができる。ハイブリッドビットのパーカッション要素の往復運動部材は、ＷＯＢを繰り返し持ち上げるように軸方向に揺動して、ボーリング孔の底又は終端へ振動を導入することができ、又は往復運動部材にボーリング孔の底又は終端に繰り返し激突するよう仕向けることさえできる。アースボーリング要素とパーカッション要素の互いと協調した作動は、これらの要素が地層内の多種多様な物質を貫いて効率的に掘削することを可能にし、しかも新しい種類の物質に遭遇した場合のＢＨＡの最適化のためにドリルストリングがボーリング孔から取り除かれることを必要としない。

幾つかの実施形態では、アースボーリング要素とパーカッション要素は、同じ時点にて作動するようになっていてもよい。他の実施形態では、アースボーリング要素は継続的に作動し、かたやパーカッション要素は選択的に（例えば、パーカッション要素内の（例えば、掘削流体又は泥などの）少なくとも閾値液圧の印加があり次第、パーカッション要素への少なくとも閾値力（例えば、ＷＯＢ、など）の印加によって、などにより）作動するようになっていてもよい。更に他の実施形態では、アースボーリング要素の作動が選択的に（例えば、ハイブリッドビットを回転させることによって、ＷＯＢを印加することによって、などにより）制御されながらパーカッション要素が作動するようになっていてもよい。パーカッション要素の及び随意にはアースボーリング要素の作動が選択的に制御される実施形態では、パーカッション要素の（アースボーリング要素と共の又はアースボーリング要素無しの）使用によって、ハイブリッドビットが地層の特に困難な場所を通過（例えば、チャートを通過）でき次第、パーカッション要素の使用は打ち切られ、アースボーリング要素が地層の中へ堀穿するために再び使用されるようになっていてもよい。同様に、パーカッション要素が摩耗又は破損した場合には、その使用は打ち切られ、アースボーリング要素の使用が継続し又は再開するようになっていてもよい。

当業者には、次の説明、添付図面、及び付随の特許請求の範囲から、開示されている主題の他の態様並びに開示されている主題の様々な態様の特徴及び利点が自明であろう。

本開示によるハイブリッドビットの断面表現を提供しており、ハイブリッドビットのパーカッション要素とハイブリッドビットのアースボーリング要素の間の配列の或る実施形態を描いている。 図１と共に、本開示によるハイブリッドビットの断面表現を提供しており、ハイブリッドビットのパーカッション要素とハイブリッドビットのアースボーリング要素の間の配列の実施形態を描いている。 本開示によるハイブリッドビットの或る実施形態の底面斜視図である。 図３と共に、本開示によるハイブリッドビットの実施形態の底面斜視図である。 図３及び図４に示されているハイブリッドビットの実施形態の底面図である。 本開示によるハイブリッドビットの別の実施形態の底面斜視図である。 図６に示されているハイブリッドビットの実施形態の底面図である。

図１を参照すると、本開示によるハイブリッドビット１０の断面表現が描かれている。ハイブリッドビット１０は、アースボーリング要素２０とパーカッション要素４０を含んでいる。アースボーリング要素２０とパーカッション要素４０は、アースボーリング要素２０の喉部２３がパーカッション要素４０を受け入れた状態で同軸に配列されている。ハイブリッドビット１０は、更に、その頂端１１にコネクタ１５を含んでいる。

アースボーリング要素２０は、軸方向に配置されていてアースボーリング要素２０の内部を画定している比較的幅広の喉部２３を備えてコアリングビットと同様に構成されることができる。喉部２３は、それがパーカッション要素４０を受け入れることを可能にする直径を有している。

アースボーリング要素２０は、その外部２５に、アースボーリングドリルビットの構成に似た構成を有していてもよい。描かれている様に、アースボーリング要素２０は、いわゆる「ドラグビット」又は「ＰＤＣビット」として構成されていて、その外部２５は、多結晶質ダイヤモンドコンパクト（ＰＤＣ）カッター２８を担持するポケット（図示せず）を有する幾分半径方向に突き出ている複数のブレード２６と、隣接するブレード２６間のジャンクスロット３０と、を含んでいる。ブレード２６は、アースボーリング要素２０のゲージとアースボーリング要素２０の底のクラウン３４を画定している。加えて、その様なアースボーリング要素２０は、掘削流体又は「泥」をアースボーリング要素２０の外部２５へ連通させる内部流体コース（図示せず）及びノズル３２を含んでいてもよい。アースボーリング要素２０の機構は、その外部２５上の機構を含め、何れの適切なやり方で選択され配列されていてもよく、それらの選択及び配列はアースボーリング要素２０の他の機構と併せて、掘削されるべき特定の地層又は特定の地層種類向けに最適化されることができる。ドラグビットの機構を含むことへの或る代替形として、アースボーリング要素２０は、ダイアモンド含浸ビットの構成、ドラグビットとダイアモンド含浸ビットのハイブリッドの構成（例えば、ＦｕｓｅＴｅｃｈ（商標）、ベーカー・ヒューズ・インコーポレイテッド社（Ｂａｋｅｒ Ｈｕｇｈｅｓ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）によるＫＹＭＥＲＡ（登録商標）、など）、又はハイブリッド型ドラグビット−ローラーコーンビットの構成を有していてもよい。

アースボーリング要素２０の喉部２３は、長手方向に向き付けられている１つ又はそれ以上の陥凹２４を含んでいて、陥凹２４は、喉部２３とパーカッション要素４０の間に、アースボーリング要素２０とパーカッション要素４０の間の掘削流体の流れを促すチャネルを画定していてもよい。陥凹２４を通る掘削流体の流れは、パーカッション要素４０の及び／又はアースボーリング要素２０の潤滑、冷却、及び／又は洗浄を可能にすることができる。

パーカッション要素４０は、液圧式パーカッション要素（例えば、泥又は掘削流体がそれを通って流れることで作動するパーカッション要素、など）を備えていてもよく、又はドリルストリングの坑底アセンブリの一部として使用され得る空気圧式パーカッション要素（即ち、空気鎚）を備えていてもよい。限定するわけではないが或る特定の実施例として、パーカッション要素４０は、テキサス州ヒューストンのナショナル・オイルウェル・バルコ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｏｉｌｗｅｌｌ Ｖａｒｃｏ（ＮＯＶ））から入手可能なＦｌｕｉｄＨａｍｍｅｒ（登録商標）と同様に構成され得る液圧式パーカッション要素を備えている。

より具体的には、パーカッション要素４０は被固定部材４５と往復運動部材５０を含むことができる。被固定部材４５は、アースボーリング要素２０の上側部分２１へ固定されているか又はアースボーリング要素２０の上側部分２１との一体化さえあり得る上側部分４６を含むことができる。往復運動部材５０は、被固定部材４５の底部分４７を覆って長手方向に且つアースボーリング要素２０の喉部２３を通って長手方向に動くことができる。

図１は、往復運動部材５０の底端５６でありしたがってパーカッション要素４０の底端５６がハイブリッドビット１０のアースボーリング要素２０のクラウン３４の底面３６と面一になっている完全引込位置にあるパーカッション要素４０の往復運動部材５０を描いている。代わりに、パーカッション要素４０の底端５６は、往復運動部材５０が完全引込位置にあるときにアースボーリング要素２０のクラウン３４の底面３６に対して僅かに引っ込んでいるか又はアースボーリング要素２０のクラウン３４の底面３６から僅かに突き出ている、というようになっていてもよい。

図２では、パーカッション要素４０の往復運動部材５０は、パーカッション要素４０の底端５６がアースボーリング要素２０のクラウン３４の底面３６を越えて突き出ている完全伸張位置で示されている。完全伸張の往復運動部材５０及びその底端５６がアースボーリング要素２０のクラウン３４の底面３６を越えて突き出る距離は、往復運動部材５０のストローク長さに対応している。往復運動部材５０のストローク長さ、往復運動部材５０の底端５６がボーリング孔の底又は終端の地層に及ぼす打撃力、及び／又は往復運動部材５０が揺動する又は前進後退を周期的に繰り返す頻度、のうちの何れかは、様々な目的の何れかのために特注仕様化されていてもよい。これらは、限定するわけではないが、パーカッション要素４０の、或る特定の型式及び／又は構成のアースボーリング要素２０との使用、ハイブリッドビット１０が使用されるやり方（例えば、垂直方向掘削、指向性掘削、など）、及び掘削される地層の種類（例えば、掘削中に遭遇されるはずの物質、掘削中に遭遇される条件、など）を含み得る。

パーカッション要素４０が液圧式パーカッション要素を備えているハイブリッドビット１０の諸実施形態では、ドリルストリングを通る掘削流体の流れはパーカッション要素４０とアースボーリング要素２０の間で分割されてもよい。当然ながら、パーカッション要素４０への掘削流体の流れ（例えば、約６８０リットル／分（約１８０ｇｐｍ（ガロン毎分）、約７６０リットル／分（約２００ｇｐｍ）、など）は、パーカッション要素４０を駆動する（即ち、閾値鎚打ち圧力に到達できる及び／又は閾値鎚打ち圧力を超過できる）に十分か又はパーカッション要素４０を意図通りに作動するよう仕向けるに十分であり、一方アースボーリング要素２０に入りアースボーリング２０を通る掘削流体の流れは、アースボーリング要素２０を及び随意的にはパーカッション要素４０を潤滑する、冷却する、及び／又は洗浄するに十分であるものとすることができる。

パーカッション要素４０が作動するには（即ち、往復運動部材５０が揺動するには）パーカッション要素４０への十分な掘削流体の流れだけで十分であるとされていてもよい。代わりに、パーカッション要素４０の作動は、更に、パーカッション要素４０の底端５６がボーリング孔の底又は終端と接触に置かれることに依存していてもよく、及び随意的には少なくとも閾値荷重（例えば、ＷＯＢ）がパーカッション要素４０及びその往復運動部材５０へかけられることに依存していてもよい。

コネクタ１５は、ハイブリッドビット１０が、ドリルストリングへ、ドリルストリングのＢＨＡの一部として又はドリルストリングのＢＨＡとして接続されることを可能にすることができる。コネクタ１５は、ハイブリッドビット１０の、ひいてはそのアースボーリング要素２０の大きさ（即ち、直径）に対応する大きさを有する標準ＡＰＩ（米国石油協会）ねじ式コネクタを備えていてもよい。

次に図３−図７を見て、本開示によるハイブリッドビット１０’及びハイブリッドビット１０’’の非限定的な実施形態が示されている。

図３−図５に示されているハイブリッドビット１０’は、６つのブレード２６を有するドラグ型式のアースボーリング要素２０’を含んでおり、各ブレード２６は複数のカッター２８を担持していて、カッター２８はＰＤＣカッターを備えていてもよい。加えて、各ブレード２６のゲージ面２７は、ゲージプロテクタ２９、ゲージカッター（図示せず）、及び／又はゲージパッド（図示せず）を担持していてもよい。各隣接対のブレード２６間の陥凹区域はジャンクスロット３０を備えている。ジャンクスロット３０の幾つかはノズル３２を含んでおり、ノズルは、アースボーリング要素２０’の本体内の流体コースからの掘削流体を、切削物及び他の岩屑をアースボーリング要素２０’のクラウン３４から掃き出す方向に及び掃き出す圧力で方向決めし、アースボーリング要素２０’がアースボーリング要素２０’並びにその機構及び構成要素の摩損的擦れを回避しながら地層の中へ効率的に切り込んでゆくことを可能にすることができる。

ハイブリッドビット１０’のパーカッション要素４０’は、アースボーリング要素２０’の喉部２３内で揺動することのできる往復運動部材５０’を含んでいる。往復運動部材５０’は、ボタンインサート５８又は炭化タングステンインサートを含む底端５６’を含んでいる。ボタンインサート５８は、円錐ボタンインサート及び／又はチゼルボタンインサートを備えていてもよい。円錐ボタンインサート５８は、摩損性である物質及び高い圧縮強さを有する物質を粉砕することができるだろう。チゼルボタンインサート５８は、摩損性である物質及び高い圧縮強さを有する物質を粉砕し及び切り込むことができるだろう。加えて、ノズル６２が、往復運動部材５０’内からの掘削流体の流れをその底端５６’側へ方向決めすることができる。

パーカッション要素４０’の往復運動部材５０’の周辺面５２’は、周辺面５２’に沿って長手方向に向き付けられている陥凹５４’を含んでいてもよい。陥凹５４’は、アースボーリング要素２２の内面を画定している喉部２３と共に、喉部２３とパーカッション要素４０’の周辺面５２’の間のチャネルを画定していてもよい。陥凹５４’及びそれによって部分的に画定されているチャネルは、アースボーリング要素２０とパーカッション要素４０の間の掘削流体の流れを促すことができる。陥凹５４’を通る掘削流体の流れは、パーカッション要素４０’の及び／又はアースボーリング要素２０’の潤滑、冷却、及び／又は洗浄を可能にすることができる。

図６及び図７によって例示されているハイブリッドビット１０’’の実施形態は、図３−図５に示されているハイブリッドビット１０のアースボーリング要素２０’と同じ機構及び構成要素を有するアースボーリング要素２０’’を含んでいる。加えて、図３−図５に示されているハイブリッドビット１０’のパーカッション要素４０’の様に、図６及び図７に示されているハイブリッドビット１０’’のパーカッション要素４０’’は、ボタンインサート５８を担持している底端５６’’と、長手方向に向き付けられたチャネルを画定する陥凹５４’’がそれに沿って延びている周辺面５２’’と、を有する往復運動部材５０’’を含んでいる。但し、ノズル６２（図３−図５）に代わって、一対のブレード延長部６６’’が底端５６’’から突き出ている。パーカッション要素４０’’の往復運動部材５０’’の底端５６’’のブレード延長部６６’’は、アースボーリング要素２２’’の対応する対のブレード２６と整列していて、したがって、それらのブレード２６に隣接するノズル３２によって射出される掘削流体を底端５６’’上へ案内して底端５６’’を潤滑、冷却、及び／又は洗浄させることができる。各ブレード延長部６６’’は、更に、１つ又はそれ以上のカッター２８を担持していてもよい。

使用時、本開示によるハイブリッドビット１０、１０’、１０’’など、はドリルストリングの底に組み立てられることができる。ハイブリッドビット１０、１０’、１０’’、などは、モーター及びＢＨＡの他の構成要素を含む他のダウンホール工具と共に使用されてもよい。

再び図１及び図２を参照して、本開示によるハイブリッドビット１０は、垂直方向掘削に使用されることができ、また指向性掘削工具と共に使用されることもできる。その様なハイブリッドビット１０は、技術的に知られているやり方で、ボーリング孔を画定することができ又はボーリング孔の中へ導入されることができる。

ハイブリッドビット１０の回転は、それのアースボーリング要素２０が従来式アースボーリングドリルビットとして（例えば、ドラグビット、など、として）機能することを可能にすることができる。アースボーリング要素２０が回転するのと同時点にてパーカッション要素４０が作動する場合、ハイブリッドビット１０の構成が、パーカッション要素４０が打撃力を含む力をボーリング孔の底又は終端に当てて加えることを可能にし、しかもアースボーリング要素２０にその様な力をボーリング孔の底又は終端へ加えるよう仕向けることなくそうすることを可能にする。

ハイブリッドビット１０は、それがボーリング孔を画定する間は、又はそれが既存のボーリング孔の中へ導入される際に、回転させられることになる。ハイブリッドビット１０が、アースボーリング要素２０が効率的に又は有効に掘削することのできない物質（例えば、摩損性の物質、高い圧縮強さを有する物質、など）、一例としてチャートなど、に遭遇したとき、パーカッション要素４０は、ドリルストリングをボーリング孔から取り除くことを要することなくハイブリッドビット１０が地層の中へと掘削し続けることを可能にすることができる。

幾つかの実施形態では、アースボーリング要素２０及び／又はパーカッション要素４０の作動は選択的に制御されることができる。アースボーリング要素２０の回転及びＷＯＢが、技術的に知られているやり方で制御されてもよい。パーカッション要素４０が液圧式パーカッション要素を備えている実施形態では、その作動が、パーカッション要素４０内の掘削流体によって生成される液圧を制御することによって、及び／又はパーカッション要素４０の往復運動部材５０の底端５６がボーリング孔の底又は終端に接触する際の底端５６へ加えられる力（例えば、ＷＯＢ）を制御することによって、制御されてもよい。

ハイブリッドビット１０のアースボーリング要素２０及び／又はパーカッション要素４０の作動を選択的に制御することの一実施例として、アースボーリング要素２０が地層の中へと掘削できるようにハイブリッドビット１０が回転させられるとする。アースボーリング要素２０に地層の中へと掘削し地層から物質を除去するように仕向けるためのハイブリッドビット１０の回転は、パーカッション要素４０の作動と共に起こってもよいし又はパーカッション要素４０の作動無しに起こってもよい。ハイブリッドビット１０が、そのアースボーリング要素２０が効率的に又は有効に掘削することのできない物質に遭遇したとき、仮にパーカッション要素４０がそれまでに作動していなかったなら、その作動が開始されてもよい。掘削することが困難な物質に遭遇する前にパーカッション要素４０が作動していたなら、その作動は継続されてもよい。ハイブリッドビット１０の回転は、ハイブリッドビット１０が掘削することが困難な物質の中へとボーリング孔を延伸させてゆく際に、継続することもあれば中断されることもあるだろう。ひとたびハイブリッドビット１０が掘削することが困難な物質を貫いてボーリング孔を延伸させたら、パーカッション要素４０の作動は、一部の実施形態では、打ち切られることになる。代わりに、パーカッション要素４０は作動し続けてもよい。ハイブリッドビット１０が掘削することが困難な物質を貫いてボーリング孔を延伸させる間、ハイブリッドビット１０が回転させられていなければ、その回転は、ハイブリッドビットが有効に除去することのできる物質に再び到達するや再開されることができる。

ハイブリッドビット１０の使用が完了すれば、それはボーリング孔から引き出されることができる。

以上の説明は多くの明細事項を示しているが、これらは特許請求の範囲の請求項の何れかの範囲を限定するものと解釈されるのではなく、開示されている主題の要素又は特徴の幾つかの実施形態及び変形型の例示を提供しているにすぎないと解釈されるべきである。開示されている主題の他の実施形態であって、特許請求の範囲の請求項の何れかの主旨又は範囲から逸脱しない実施形態が考案される余地もある。異なる実施形態からの特徴同士が組合せとして採用されることもできるだろう。したがって、特許請求の範囲の各請求項の範囲は、その平易な用語遣い及び特許請求の範囲の法的等価物によってのみ限定される。

１０、１０’、１０’’ ハイブリッドビット
１１ 頂端
１５ コネクタ
２０、２０’、２０’’ アースボーリング要素
２１ 上側部分
２３ 喉部
２４ 陥凹
２５ 外部
２６ ブレード
２７ ゲージ面
２８ 多結晶質ダイヤモンドコンパクト（ＰＤＣ）カッター
２９ ゲージプロテクタ
３０ ジャンクスロット
３２ ノズル
３４ クラウン
３６ 底面
４０、４０’ パーカッション要素
４５ 被固定部材
４６ 上側部分
５０、５０’、５０’’ 往復運動部材
５２’、５２’’ 周辺面
５４’、５４’’ 陥凹
５６、５６’、５６’’ 底端
５８ ボタンインサート
６２ ノズル
６６’’ ブレード延長部

Claims (15)

1. 地層の中へボーリング孔を掘るためのハイブリッドビットであって、当該ハイブリッドビットは、
   当該ハイブリッドビットの残部をドリルストリング側の坑底アセンブリの底端へ固定するコネクタと、
   前記コネクタに対して所定場所に固定されている上側部分を有する被固定部材と、掘削中に前記ボーリング孔の底又は終端と接面することのできる底端を有する往復運動部材と、を含んでいるパーカッション要素であって、前記往復運動部材は前記往復運動部材を揺動させるような方法で前記被固定部材に沿った前進後退長手方向運動が可能である、パーカッション要素と、
   前記パーカッション要素の前記被固定部材の前記上側部分へ固定されていて、前記パーカッション要素の前記往復運動部材の少なくとも一部分を同軸配列に取り囲んでいるアースボーリング要素であって、前記パーカッション要素の前記往復運動部材の前記底端は当該アースボーリング要素の先端の部分にて露出しており、前記往復運動部材の前記底端は、前記アースボーリング要素の先端の部分を越えて突き出ることができることにより、揺動力を前記ボーリング孔の底又は終端に加えている間に且つ前記ボーリング孔の底又は終端と接触し続けている間に、前記ボーリング孔の底又は終端と常に接触している状態を維持することができる、アースボーリング要素と、
   を備えているハイブリッドビット。
2. 前記パーカッション要素の前記往復運動部材の前記底端によって担持された複数のボタンインサートであって、前記アースボーリング要素の前記底端を越えて突き出ている複数のボタンインサートをさらに備えている、請求項１に記載のハイブリッドビット。
3. 前記パーカッション要素の前記往復運動部材の前記底端は、前記アースボーリング要素の先端の部分の中に引っ込められることができる、請求項１又は請求項２に記載のハイブリッドビット。
4. 前記アースボーリング要素は、ドラグビットとして構成されている、請求項１から請求項３の何れか一項に記載のハイブリッドビット。
5. 前記パーカッション要素は、液圧式パーカッション要素を備えている、請求項１から請求項４の何れか一項に記載のハイブリッドビット。
6. 掘削流体の流れを前記液圧式パーカッション要素と前記アースボーリング要素の間で分割することができる、請求項５に記載のハイブリッドビット。
7. 前記パーカッション要素は、空気圧式パーカッション要素を備えている、請求項１から請求項４の何れか一項に記載のハイブリッドビット。
8. 前記パーカッション要素は、前記アースボーリング要素に前進後退長手方向運動を誘導することなく前記往復運動部材の前記前進後退長手方向運動を誘導することができる、請求項１から請求項７の何れか一項に記載のハイブリッドビット。
9. 前記パーカッション要素の前記往復運動部材の前記底端は、前記パーカッション要素の前記往復運動部材の前記前進後退長手方向運動中は前記アースボーリング要素の前記底端を越えて繰り返し突き出ることができる、請求項１から請求項８の何れか一項に記載のハイブリッドビット。
10. 請求項１から請求項９の何れか一項に記載のハイブリッドビットを用いて地層にボーリング孔を掘削するための方法であって、当該方法は、
    ドリルストリングを前記地層の中へ導入する段階であって、前記ハイブリッドビットのパーカッション要素は当該ドリルストリングの底にてアースボーリング要素によって同軸に取り囲まれている、ドリルストリングを導入する段階と、
    ビットへの受容可能な荷重が前記アースボーリング要素に所望の貫入速度で作動することを可能にしている間に前記アースボーリング要素を用いて前記地層の中へと掘削する段階と、
    前記ドリルストリングを前記地層から取り除くことなく、前記地層の中へと掘削する段階を更に促進するべく、前記往復運動部材の底面の少なくとも一部分が前記アースボーリング要素の先端の部分を越えて突き出ている間に且つ前記ボーリング孔の終端へ振動を導入するために前記ビットへの荷重により前記往復運動部材の底面が前記ボーリング孔の終端に当たった状態を保っている間に、前記パーカッション要素の前記往復運動部材を揺動する段階と、
    を備えている、方法。
11. 前記アースボーリング要素の先端の部分に対して前記パーカッション要素の前記往復運動部材を引っ込める段階をさらに備えている、請求項１０に記載の方法。
12. 前記パーカッション要素の前記往復運動部材を揺動する段階は、前記アースボーリング要素が前記地層の中へと更に掘削することを可能にすることなく前記パーカッション要素の前記往復運動部材を揺動する段階を含んでいる、請求項１０又は請求項１１に記載の方法。
13. 前記パーカッション要素の前記往復運動部材を揺動する段階は、前記アースボーリング要素が前記地層の中へと掘削し続けている間に前記パーカッション要素の前記往復運動部材を揺動する段階を含んでいる、請求項１０から１２の何れか一項に記載の方法。
14. 前記パーカッション要素の前記往復運動部材を揺動する段階の後に、前記アースボーリング要素を用いて前記地層の中へと更に掘削する段階、を更に備えている請求項１０から請求項１３の何れか一項に記載の方法。
15. 前記パーカッション要素の前記往復運動部材の底端を回転させる段階であって、前記パーカッション要素の前記往復運動部材を揺動している間に、前記アースボーリング要素の先端の部分に対して突き出ている前記往復運動部材の底端のボタンインサートにボーリング孔の終端と物理的に相互作用させるやり方で、前記パーカッション要素の前記往復運動部材の底端を回転させる段階をさらに備えている、請求項１４に記載の方法。

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