JPH0434671B2 - - Google Patents

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JPH0434671B2
JPH0434671B2 JP61050297A JP5029786A JPH0434671B2 JP H0434671 B2 JPH0434671 B2 JP H0434671B2 JP 61050297 A JP61050297 A JP 61050297A JP 5029786 A JP5029786 A JP 5029786A JP H0434671 B2 JPH0434671 B2 JP H0434671B2
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JP
Japan
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nozzle assembly
cutting
fluid
drill string
underground
Prior art date
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JP61050297A
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JPS61257501A (ja
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Geraa Edowaado
Kaabi Maiku
Maasaa Jon
Oohanron Tomu
Raikuman Jimu
Taimaa Ken
Subensen Robaato
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YUUTEIRUTSUKUSU CORP
Original Assignee
YUUTEIRUTSUKUSU CORP
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Publication date
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Application filed by YUUTEIRUTSUKUSU CORP filed Critical YUUTEIRUTSUKUSU CORP
Publication of JPS61257501A publication Critical patent/JPS61257501A/ja
Publication of JPH0434671B2 publication Critical patent/JPH0434671B2/ja
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    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
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    • E21B7/06—Deflecting the direction of boreholes
    • E21B7/065—Deflecting the direction of boreholes using oriented fluid jets
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    • E21B47/022—Determining slope or direction of the borehole, e.g. using geomagnetism
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    • E21B47/0232—Determining slope or direction of the borehole, e.g. using geomagnetism using electromagnetic energy or detectors therefor at least one of the energy sources or one of the detectors being located on or above the ground surface
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、軟材料の穿孔に、特定的には高圧流
体を用いて大地のような材料を穿孔することに、
更に特定すればユーテイリテイを敷設する目的で
土壌を穿孔することに係るものである。
美観及び安全上の見地から、電力、電話、水道
及びガスラインのようなユーテイリテイは地下ラ
インから供給されることが多い。これらのライン
を敷設する最も一般的な方法はカツトアンドカバ
ー技術であり、ラインを所望する領域に先ず溝を
掘る。次でこの溝の中にユーテイリテイラインを
敷設し、溝を埋め戻す。この技術は新たに敷設す
る場合には最も満足できるものである。
しかし、既成市街地では、このカツトアンドカ
バー技術は多くの問題を有している。先ず、溝を
掘るために既存の構造及び交通を妨害せざるを得
ない。また溝を掘る際に既存のユーテイリテイラ
インを妨害する恐れが増加する。最後に、埋め戻
した後の溝が交通の部分的な障害として残ること
が多い。
上述の理由から、土壌のような層を成していな
い材料に穴を穿つ多くの手段が提案されて来た。
現在まで、多くの理由から広く商業的に採用され
る穿孔法は無かつた。
本発明は、ジエツトカツテイング技術を用いる
ことによつて層を成していない材料を通して穿孔
する経済的な方法を提供する。本発明は、所定の
通路内に孔を形成するか或は既存ユーテイリテイ
ラインを追随するように、電子的手段による工具
の案内をも提供する。
本発明は、高圧流体の源を含んでいる。この流
体は、パイプのある区分に取付けられているスイ
ベルまで輸送される。パイプは流線形の継手によ
つて、必要に応じて複数のパイプ区分に接続され
る。パイプ列の終端は、パイプ列に対して小さく
曲げられている1つのノズル、或は複数のノズル
の組合せである。ノズルには無線送信器及び指向
性アンテナを装備することもできる。受信器によ
つてノズルの位置を検出することができる。
工具は、モータを回転させ、押すことによつて
前進させられる。曲線に沿つて前進させるには、
回転を停止させ、曲げられたチツプが適切な方向
を指すようにドリルを配向する。次で適切な量の
弯曲が得られるまで、回転させることなく工具を
押す。この押しの間、ドリルに若干の振動を与え
てチツプを岩石の周囲で働らかせ、カツテイング
を増加させることができる。
以下に添付図面を参照して本発明の実施例を説
明する。
第1図はシステムの前進フレームの斜視図であ
る。前進フレーム1はシステムの静止要素を含ん
でいる。フレーム1は、ドリルを挿入するために
どのような角度にも傾けることができる。モータ
2は横方向に運動できるようにフレーム1に取付
けられている。この実施例では、モータ2は、前
進用モータ4に接続されているチエーン3によつ
て前進することができる。モータ4を付活すると
モータ2が前進するのである。高圧スイベル6が
モータ2のシヤフトに接続されている。スイベル
6には継手8によつてパイプ7も接続されてい
る。スイベル6によつて、モータ2がパイプ7を
回転させていても、高圧流体をパイプ7に供給す
ることができる。モータ2を付活するとパイプ7
が回転するのである。この実施例ではスイベル6
には105.5乃至281Kg/cm2(1500〜4000psi)の圧
力で流体が供給されている。流体は水、或は水/
ベトナイトスラリ、或は他の適当なカツテイング
流体でよい。供給はありふれた高圧ポンプ(図示
せず)から行われる。
第2図はドリルパイプ11のある区分の部分横
断面図である。ドリルパイプ11の各区分は、雄
端12及び雌端13を含んでいる。この実施例で
は端12,13は、疲れ寿命を増加させるために
約45℃の角度の溶接部15,16によつて、直線
パイプ区分17に取付けられている。各端12及
び13は、トルクを保持し且つ分解を容易ならし
めるために6゜のテーパはめあいを含んでいる。雄
端12はキー18を含んでおり、キー18は雌端
13のスロツト19と整列して両区分を錠止し、
回転力をドリル列に沿つて伝達できるようにす
る。流線形のナツト14が雄端12を包んでい
る。ナツト14は、一方の端に内ねじ21を、ま
た他方の端に外六角形22を含んでいる。ナツト
14のねじ21は雄端13の外ねじ23とねじ係
合できる。雌端13にはスパナのための六角形2
4も設けられている。最後に、雌端13にはノツ
チ25が設けてあり、雌端13を雄端12にシー
ルするためのOリング26を受入れるようになつ
ている。動作させる際、雄端12を雌端13に取
付け、ナツト14を締付けると連続する長さのド
リルラインを形成することができ、これらの部分
は何れの方向にも回転力を伝える耐漏洩型流線形
継手になる。
第3図は本発明に用いられるノズルの横断面図
である。第3図に示すような雌端(図示せず)を
有するドリルパイプ31区分の端32は細工が施
されておらず、ノズルボデーの雌半分33が取付
けられている。この取付けは溶接34によつて行
つてよい。雌半分33のパイプ31に取付けられ
ていない方の端には内ねじ36が設けられてい
る。ねじ36の軸はパイプ31の軸からある角度
に傾斜している。この実施例では、この角度は約
5゜である。雌半分33の内部空洞37も相応して
傾斜している。ノズルボデーの雄半分38は外ね
じ39によつて雌半分33にねじ込まれて取付け
られる。雄半分38には、ねじ36と同軸になる
内部空洞41も設けてある。パイプ31から遠い
方の空洞41の端には宝石ノズルマウント43を
受入れるための内ねじ42が切つてある。宝石ノ
ズルマウントには人造サフアイアのような耐流体
材料のオリフイスが設けてあり、このオリフイス
からカツテイングジエツト44を放出できるよう
になつている。空洞41の他方の端にはストレー
ナ48を支持するためのストレーナ支持具47を
受入れる内ねじ46が切つてある。ストレーナ4
8として用いるには50メツシユのスクリーンが効
果的であることが分つた。以上の結果、もしパイ
プ31を回転させながら高圧流体を供給すれば、
回転カツテイングジエツト44が回転軸に対して
約5゜傾斜して宝石ノズルマウント43から放出さ
れることになる。
動作中、ノズルは、第1図のモータ2によつて
ドリル列を通してドリルパイプ31が回転される
ので、回転を与えられる。この回転には第1図の
モータ4の作用によるドリルパイプ31の作用を
介してのノズルの押し進みが伴なう。曲線に沿つ
て前進させるには、雄半分38を弯曲させたい方
向に向け、回転を与えずに前進させるようにす
る。雄半分38は5゜の角度傾斜しているので、得
られる孔が弯曲するのである。雄半分38は岩石
の周囲で仕事させる場合には振動を与えることが
できる。直線通路を続行させるには、モータ2を
付活して回転を再開させればよい。
第4図はノズルの雄半分の第2の実施例の横断
面図である。この雄半分51には第3図の実施例
の雌半分に結合可能なようにねじ付き端52が設
けてある。他方の端には正三角形状に配列されて
いる3つの宝石ノズルマウント53,54及び5
5が設けてあり、またこれらに高圧流体源を接続
するための通路56,57及び58も設けてあ
る。この実施例は若干の型の土壌に対してより適
していよう。土壌の状態に依存して8個までのノ
ズルを必要とするかも知れない。
第5図は本発明に用いられるリーマの横断面図
である。このリーマは、より大きいユーテイリテ
イのために、ドリルによつてあけられた孔の中を
引き戻して直径を広げるものである。雌継手61
がリーマの一方の端に設けてあり、第2図に示す
ドリルパイプの区分(図示せず)にはナツト62
によつて取付けられる。内部通路63がドリルパ
イプの内部に通じている。複数の出口孔66を有
するバツフルコーン64が通路63内に配置され
ている。流体はドリルパイプから雌継手61を通
つて通路63内に入り、そこから孔66を通して
バツフルコーン64に達し、バツフルコーン64
とリーマボデー68との間の領域67に流入す
る。複数の通路69〜74がリーマボデー68の
外部へ通じている。各通路69〜74には宝石オ
リフイス75〜80を取付けることができてる。
リーマボデー68には端キヤツプ81がボルト8
2,83によつて取付けられている。端キヤツプ
81にはリーマボデー68内の通路63に通じて
いる内部空洞84が設けられている。この空洞8
4はジエツトオリフイス88,89を取付けた通
路86,87を含んでいて付加的な拡孔作用が得
られるようになつている。最後に、端キヤツプ8
1は、孔を通してケーブルを引き戻す際に、シヤ
ツクル91に取付けるための取付け点90を含んで
いる。
孔を拡張するには、孔をあけた後にノズルを取
外し、ナツト62を締付けることによつてリーマ
を取付ける。次でドリルパイプ内に流体をポンプ
してカツテイングジエツトをオリフイス75〜8
0及び88,89から噴出させる。次にドリルパ
イプを回転せしめ、ケーブルを引くことによつて
リーマを曳き戻す。これによつて孔は所望の寸法
に拡張され、同時にユーテイリテイラインを孔を
通して引き戻す。
第6図は、本発明の案内システムに組込まれる
ノズルの部分横断面図である。このノズル101
は、第3図の実施例と類似の雌コネクタ102及
びナツト103を含んでいる。ボデー104はコ
ネクタ103に接続されており、第3図の実施例
と同じようにチツプ108内のストレーナ105
を通して流体をオリフイス107へ流すようにす
る通路106を含んでいる。ボデー104は電池
111及び水銀スイツチ112のための空洞10
9を含んでいる。空洞への接近は、ねじ114に
よつて取付けられているスリーブ113を介して
行われる。ボデー104は回路基板116のため
の第2の空洞115をも含んでいる。回路基板1
16は、電池111から給電されると無線周波信
号を発生可能な送信器及びダイポールアンテナを
含んでいる。83KHzの周波数が満足できるもので
あることが分つた。アンテナは、電線を適当回数
だけ巻いたフエライトロツドであることが好まし
い。水銀スイツチ112は、チツプ108が上方
へ傾斜すると送信器をスイツチオフにするように
接続されている。このようにすると、送信器がス
イツチオン及びオフとなる回転の角度を測定する
ことによつて、地表でチツプの傾斜を検知するこ
とが可能になる。
システムを案内するには多くの方法を用いるこ
とができる。もし第3図或は第4図のノズルを使
用するのであれば、ケーブルトレーサ送信器をド
リル列に取付けることができる。ケーブルトレー
サ受信器を使用すれば、工具ボデー及びドリル列
が検知される。試験では、83KHzの連続波信号を
発生する市販のライントレーサが使用された。こ
のトレーサはメトロテツク社製モデル810である。
第6図のノズルを使用する場合には、送信器がノ
ズルに内蔵されているので、ドリル列に送信器を
取付ける必要はない。若干のトレーサは深さ情報
の他に位置情報も提供する。深さ情報は、ドリル
列を通してチツプ内へ圧力トランスジユーサを導
入することによつても決定できる。即ち、圧力は
流体供給レベルに対して決定されるのである。こ
のような方法で±25.4mm(1インチ)の精度が得
られる。
第7図は本発明の送信器の回路図である。クリ
スタル121によつて制御されている発振器12
0は出力122に80KHzの信号を、また出力12
3に1.25KHzの信号を発生する。80KHzの信号は、
信号を振巾変調することができる変調器124及
びバツフア増巾器126を通る。次でこの信号は
アンテナ同調用可変コンデンサ127及びフエラ
イトダイポールアンテナ128に印加される。電
源接続は図示してないが、全ての成分には適当な
動作電圧が供給されていることは明白である。
ドリリングヘツドの傾度を決定するために電解
トランスジユーサ129が組込まれている。トラ
ンスジユーサ129の共通電極131は接地され
ており、他の電極132,133は差動増巾器1
34の入力に接続されている。また電極132,
138はそれぞれ抵抗136及び139、及びコ
ンデンサ138を通して発振器120の1.25KHz
出力123に接続されている。差動増巾器134
の出力137はロツクイン増巾器141の入力に
接続されている。増巾器141はリード142を
通して参照番号も受けている。増巾器141の出
力143に現われる直流信号はヘツドの傾度に従
つて変化する。出力143上の信号は電圧・周波
数コンパータ144を駆動し、コンパータ144
の出力146は発振器120の出力122上の信
号を変調するのに用いられる。アンテナ128か
らの最終結果は、ヘツドの傾度に比例する変調周
波数で振巾変調された信号となる。
第8図は本発明のトランスジユーサ129の斜
視図である。このトランスジユーサは、電解流体
152を部分的に充填した硝子外囲器151内に
収容されている。導電性のシリンダ153が外囲
器151の中心に配置されており、外囲器を通つ
ているコネクタ154がシリンダ153に接続さ
れている。両端には抵抗性パツド156及び15
7が設けられており、それぞれリード158及び
159を介して第7図の差動増巾器134の入力
に接続されている。リード158及び159と共
通電極コネクタ154との間の抵抗が硝子外囲器
151の傾斜に従つて差動的に変化することは明
白である。
動作中のドリリングヘツドの位置は、ダイポー
ル電界強度及び磁束パターンを検出して工具の深
さ及び方向を決定する地表の検出器によつて決定
される。この検出器は信号の振巾変調もピツクア
ツプする。振巾変調の周波数は工具の傾度を決定
するのに用いることができる。例えば、傾度Vが
信号の振巾変調であり、ωcが送信周波数(ラジ
アン/秒)であり、ωmが変調周波数(ラジア
ン/秒)であり、そしてmが変調指数であるとす
れば、ωmは傾度の関数であるから次の関係が得
られる。
傾度Vは(1+m cosωmT)cos ωcTこれ
は cos ωcT+m/2cos(ωc+ωm)T+m/2coc(ωc
−ωm)T に等しい。従つて例えばωc5×105ラジアン/
秒ならば ωc−ωm104ラジアン/秒或は ωc−ωm≪ωc また項cos(ωc+ωm)T及びcos ωcTは容易に濾
波できるから、ωmは容易に決定することができ
る。
以上説明した実施例は単なる例示に過ぎず、本
発明は特許請求の範囲によつて限定されるもので
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の前進フレームの斜視図であ
り、第2図はドリルパイプの区分の部分横断面図
であり、第3図は本発明と共に使用可能なノズル
の断面図であり、第4図は本発明と共に使用可能
なノズルの第2の実施例であり、第5図は本発明
のためのリーマの部分横断面図であり、第6図は
本発明のためのノズルの第3の実施例の部分横断
面図であり、第7図は本発明の送信器の回路図で
あり、そして第8図は装置の傾度センサの斜視図
である。 1…前進フレーム、2…モータ、3…チエー
ン、4…前進用モータ、6…高圧スイベル、7…
パイプ、8…継手、11…ドリルパイプ、12…
雄端、13…雌端、14…ナツト、15,16…
溶接部、17…直線部分、18…キー、19…ス
ロツト、21…内ねじ、22…外六角形、23…
外ねじ、24…六角形、25…ノツチ、26…O
リング、31…ドリルパイプ、32…細工してな
い端、33…ノズルボデーの雌半分、34…溶
接、36…内ねじ、37…空洞、38,51…ノ
ズルボデーの雄半分、39,52…外ねじ、41
…空洞、42…内ねじ、43,53,54,55
…宝石ノズルマウント、44…カツテイングジエ
ツト、46…内ねじ、47…ストレーナ支持具、
48…ストレーナ、56,57,58…流体通
路、61…雌半分、62…ナツト、63…流体通
路、64…バツフルコーン、66…出口孔、67
…バツフルコーンとリーマボデー間の領域、68
…リーマボデー、69〜74,86,87…通
路、75〜80,88,89…宝石オリフイス、
81…端キヤツプ、82,83…ボルト、84…
空洞、90…取付け点、91…シヤツクル、10
1…ノズル、102…雌コネクタ、103…ナツ
ト、104…ボデー、105…ストレーナ、10
6…通路、107…オリフイス、108…チツ
プ、109…空洞、111…電池、112…水銀
スイツチ、113…スリーブ、114…ねじ、1
15…第2の空洞、116…回路基板、120…
発振器、121…クリスタル、124…変調器、
126…バツフア増巾器、127…アンテナ同調
用可変コンデンサ、128…フエライトダイポー
ルアンテナ、129…電界トランスジユーサ、1
34…差動増巾器、136,139…抵抗、13
8…コンデンサ、141…ロツクイン増巾器、1
44…電圧・周波数コンバータ、151…硝子外
囲器、152…電解流体、153…導電性シリン
ダ、156,157…抵抗性パツド。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 屈曲できる管状のドリルストリングと、 このドリルストリングの前端に取りつけられた
    ノズルアセンブリと、ドリルストリングとノズル
    アセンブリとを前進させるためドリルストリング
    へ結合された直線駆動装置と、ドリルストリング
    の前進中ノズルアセンブリを回転するよう結合さ
    れた回転駆動装置と、ドリルストリングへ接続さ
    れた流体供給装置とを備え、前記のノズルアセン
    ブリは回転軸を有し、そして前記のドリルストリ
    ングの前端に取りつけられ、そしてノズルアセン
    ブリは地下通路を切削する流体切削ジエツトを生
    じ、前記の回転軸から外れた路に沿つて流体切削
    ジエツトを向けるよう配向されている少なくとも
    一つのジエツトオリフイスを有し、更にノズルア
    センブリは流体切削ジエツトの外れた方向と反対
    のノズルアセンブリの側に滑らかな先細りの案内
    面を有し、前記の流体供給装置は前記の流体切削
    ジエツトが通路を切削できるようにする速度で前
    記のジエツトオリフイスから切削流体を放出する
    ためノズルアセンブリの直進中と回転・直進中と
    の両方でノズルアセンブリへ切削流体を圧送し、
    それによりドリルストリングを前進させ、そして
    ノズルアセンブリを回転することなく同時に流体
    切削ジエツトを放出させると、湾曲した通路に沿
    つて切削し、そしてノズルアセンブリを回転さ
    せ、同時に流体切削ジエツトを放出させながらド
    リルストリングを前進させると直線状の通路を切
    削するようにしたことを特徴とする地下ユーテイ
    リテイの敷設装置。 2 案内面はジエツトオリフイスから放出される
    流体切削ジエツトの向きと平行している請求項1
    に記載の地下ユーテイリテイの敷設装置。 3 ジエツトオリフイスはノズルアセンブリの回
    転軸に対して横にずれている請求項1に記載の地
    下ユーテイリテイの敷設装置。 4 案内面と直径方向で反対のノズル面はノズル
    アセンブリの回転軸と平行な輪郭を有する請求項
    1に記載の地下ユーテイリテイの敷設装置。 5 ドリルストリングはノズルアセンブリと流体
    連絡している複数の区分を有し、流体供給装置は
    ドリルストリングの内部へ高圧流体を供給する手
    段を含んでいる請求項1に記載の地下ユーテイリ
    テイの敷設装置。 6 ノズルアセンブリに接続したダイポールアン
    テナと、このダイポールアンテナへ接続され、そ
    して発振電流をダイポールアンテナへ供給する無
    線送信器とを備える請求項1に記載の地下ユーテ
    イリテイの敷設装置。 7 ノズルアセンブリへ接続され、そしてノズル
    のピツチに応じてアンテナが送信する信号を調整
    するピツチ感知手段を送信器が含んでいる請求項
    6に記載の地下ユーテイリテイの敷設装置。 8 ノズルアセンブリのピツチに従つて送信器の
    信号の振幅を変調する振幅変調手段を含む請求項
    6に記載の地下ユーテイリテイの敷設装置。 9 ドリルストリングの区分にインターロツキン
    グするキーとスロツトとを設け、そのスロツトは
    回転力がドリルストリングに沿つて伝えられるよ
    うな形にした請求項1に記載の地下ユーテイリテ
    イの敷設装置。 10 ドリルストリングを回転するよう回転駆動
    装置を結合し、そしてドリルストリングの回転が
    ノズルアセンブリに伝えられるようにした請求項
    1に記載の地下ユーテイリテイの敷設装置。 11 外れた路に沿つて切削力が生じるような角
    度で流体切削ジエツトをそれぞれが放出するよう
    形成した複数のジエツトオリフイスをノズルアセ
    ンブリが含んでいる請求項1に記載の地下ユーテ
    イリテイの敷設装置。 12 前端に回転ノズルアセンブリを取りつけた
    屈曲できる管状のドリルストリングを地下通路切
    削のため用意し、 このノズルアセンブリへ加圧切削流体を供給し
    てノズルアセンブリの回転軸から外れた路に沿つ
    て向けられた流体切削ジエツトをノズルアセンブ
    リから放出し、 ドリルストリングとノズルアセンブリとを前進
    させ、ノズルアセンブリを回転させ、そして同時
    に切削流体をノズルアセンブリから放出させて流
    体切削ジエツトで地中に直線状通路を切削し、 ドリルストリングとノズルアセンブリとを、ノ
    ズルアセンブリを回転することなく前進させ、流
    体切削ジエツトで湾曲した通路を地中に切削し、
    そして 切削中通路の進展を監視し、そして所望の通路
    からのずれをなくすように修正する 諸段階を備え、前記のノズルアセンブリはノズル
    アセンブリの回転軸から外れた路の方向と反対
    の、ノズルアセンブリの側で滑らかな案内面を有
    し、この案内面は前記の路に向かう方向に回転軸
    から傾斜していることを特徴とする地下通路の切
    削法。 13 地表の受信器へ流体切削ジエツト付近から
    の無線放射により監視を行う請求項12に記載の
    地下通路の切削法。 14 ノズルアセンブリのピツチを監視する段階
    を更に含む請求項12に記載の地下通路の切削
    法。 15 ノズルアセンブリをリーマに取り替え、そ
    して通路を通してドリルストリングとリーマとを
    曳き戻して通路を削る段階を備える請求項12に
    記載の地下通路の切削法。 16 ユーテイリテイラインをドリルストリング
    へ接続し、そしてドリルストリングとユーテイリ
    テイラインとを穿孔通路を通して曳き戻すことに
    より穿孔通路にユーテイリテイラインを通す段階
    を備えている請求項15に記載の地下通路の切削
    法。 17 ユーテイリテイラインをリーマに接続する
    ことによりユーテイリテイラインをドリルストリ
    ングへ接続する請求項16に記載の地下通路の切
    削法。
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