JPH0483083A - 長尺斜孔直進ドリル工法及びその掘削アセンブリ - Google Patents
長尺斜孔直進ドリル工法及びその掘削アセンブリInfo
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- JPH0483083A JPH0483083A JP19636990A JP19636990A JPH0483083A JP H0483083 A JPH0483083 A JP H0483083A JP 19636990 A JP19636990 A JP 19636990A JP 19636990 A JP19636990 A JP 19636990A JP H0483083 A JPH0483083 A JP H0483083A
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Landscapes
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野1
本発明は、長尺斜孔直進ドリル工法及びその掘削アセン
ブリに関する。
ブリに関する。
〔従来の技術1
11Hに、ドリルを用いて地中を掘削する場合、特に斜
孔では地層の方向性や地層の乱れあるいは重力などによ
り、孔曲りを生ずる。
孔では地層の方向性や地層の乱れあるいは重力などによ
り、孔曲りを生ずる。
人が孔内に入らないで真直な長尺斜孔を地中に掘削する
技術は従来知られていない。例えば鉛直方向に対して数
度以上の傾斜を有し、直径400mm〜2000mm程
度で、斜孔長が1000mにも及ぶような長孔を実質的
に真直に掘削し、若し曲りが生じたとしても掘削孔の中
心の偏りが真直線に対して全方向において許容値以内に
するような技術は従来全くない。
技術は従来知られていない。例えば鉛直方向に対して数
度以上の傾斜を有し、直径400mm〜2000mm程
度で、斜孔長が1000mにも及ぶような長孔を実質的
に真直に掘削し、若し曲りが生じたとしても掘削孔の中
心の偏りが真直線に対して全方向において許容値以内に
するような技術は従来全くない。
ドリルを用いる掘削において、孔曲りが生じた場合に掘
削孔の孔曲りを修正する技術は知られている。例えば、
特開昭62−107197号公報には方向修正ガイドに
エアハンマ一部を固定し、先端ビットとロッドを回転さ
せて掘進する掘削孔の曲り修正方法が記載されている。
削孔の孔曲りを修正する技術は知られている。例えば、
特開昭62−107197号公報には方向修正ガイドに
エアハンマ一部を固定し、先端ビットとロッドを回転さ
せて掘進する掘削孔の曲り修正方法が記載されている。
この技術は、修正用外管に設けた修正用ガイドによって
エアハンマ及びビットを所望の方向へ指向させるもので
あって、水平方向の短距離の掘削に関するものであり、
(実施例では水平10m) 掘進長1000mにも及ぶ
ような長尺斜孔の直進ドリル工法については側底適用す
ることはできない。
エアハンマ及びビットを所望の方向へ指向させるもので
あって、水平方向の短距離の掘削に関するものであり、
(実施例では水平10m) 掘進長1000mにも及ぶ
ような長尺斜孔の直進ドリル工法については側底適用す
ることはできない。
本発明は、鉛直方向に対して例えば10”〜80”の傾
斜角をもつ直径400〜2000mm程度の真直斜孔を
、地中に1000m程度またはそれ以上の長さに亘って
、実質的に直線状に、その中心の偏差を一定値以内に抑
えて掘削することを課題とする。
斜角をもつ直径400〜2000mm程度の真直斜孔を
、地中に1000m程度またはそれ以上の長さに亘って
、実質的に直線状に、その中心の偏差を一定値以内に抑
えて掘削することを課題とする。
[課題を解決するための手段]
上記課題を解決するための本発明方法は、ダウンホール
ドリルの掘削前進方向を、自ら掘削した斜孔の方向に一
致させて案内し、ダウンホールドリルを高速低荷重駆動
し、必要に応じてドリルストリングを低速回転させ、真
直斜孔を掘削することを特徴とする長尺斜孔直進ドリル
工法である。
ドリルの掘削前進方向を、自ら掘削した斜孔の方向に一
致させて案内し、ダウンホールドリルを高速低荷重駆動
し、必要に応じてドリルストリングを低速回転させ、真
直斜孔を掘削することを特徴とする長尺斜孔直進ドリル
工法である。
この場合、ダウンホールドリルの回転数を、200〜3
50rpmとし、通常の1100rp程度に比して著し
く高速とし、かつ荷重を通常のビット径1インチ(25
,4mm)当り3〜4を程度から2t以下例えば0.5
を程度にまで引下げて掘削すると好適であり、また必要
に応じドリルストリングを30〜1100rpの低速で
回転すると地層の乱れ等があっても直進性が保証され好
ましい。
50rpmとし、通常の1100rp程度に比して著し
く高速とし、かつ荷重を通常のビット径1インチ(25
,4mm)当り3〜4を程度から2t以下例えば0.5
を程度にまで引下げて掘削すると好適であり、また必要
に応じドリルストリングを30〜1100rpの低速で
回転すると地層の乱れ等があっても直進性が保証され好
ましい。
また、掘削方向の傾斜と方位を検出し、この検出値が予
定斜孔方向線に対して許容値を越える偏差を生じたとき
、前記ダウンホールドリルの掘削方向に修正偏角を付与
し、前記検出値により算出される修正長を掘進して予定
斜孔方向線に引戻して合致させ、一定の変位範囲内に掘
削孔中心を保って掘削する。
定斜孔方向線に対して許容値を越える偏差を生じたとき
、前記ダウンホールドリルの掘削方向に修正偏角を付与
し、前記検出値により算出される修正長を掘進して予定
斜孔方向線に引戻して合致させ、一定の変位範囲内に掘
削孔中心を保って掘削する。
さらに、本発明は大径の斜孔を施工する場合、上記方法
により掘削した既設斜孔を導孔としてこの既設斜孔径よ
り大きい拡孔ビットによりこの既設斜孔の外周を拡孔掘
削する。
により掘削した既設斜孔を導孔としてこの既設斜孔径よ
り大きい拡孔ビットによりこの既設斜孔の外周を拡孔掘
削する。
以上の方法を好適に実施することができる本発明の掘削
アセンブリは、ダウンホールドリルと、このダウンホー
ルドリルに外嵌固定し自ら掘削した斜孔に沿ってダウン
ホールドリルを誘導する長さ7m以上のガイドスリーブ
と、このガイドスリーブの傾斜と方位を検知する測定装
置とを備えた長尺斜孔直進掘削アセンブリを用いる。こ
のダウンホールドリルのビットサイズとしては8%イン
チ〜26インチ(445mmφ〜660mmφ)とする
とよい。
アセンブリは、ダウンホールドリルと、このダウンホー
ルドリルに外嵌固定し自ら掘削した斜孔に沿ってダウン
ホールドリルを誘導する長さ7m以上のガイドスリーブ
と、このガイドスリーブの傾斜と方位を検知する測定装
置とを備えた長尺斜孔直進掘削アセンブリを用いる。こ
のダウンホールドリルのビットサイズとしては8%イン
チ〜26インチ(445mmφ〜660mmφ)とする
とよい。
ガイドスリーブは外径を凸凹のない円筒形としたブレー
ンスリーブではドリルより1.6〜3.2mm小径とし
たものでよく、また、外径に多数のローラを突設しこの
ローラを斜孔の内径に密着させると好ましく、また密着
は拡径方向に付勢された多数の平板ばねを外径に突設し
たものでもよい。この場合、密着部以外は大きなりリア
ランスを設ける。
ンスリーブではドリルより1.6〜3.2mm小径とし
たものでよく、また、外径に多数のローラを突設しこの
ローラを斜孔の内径に密着させると好ましく、また密着
は拡径方向に付勢された多数の平板ばねを外径に突設し
たものでもよい。この場合、密着部以外は大きなりリア
ランスを設ける。
また、ガイドスリーブは、外管と、外管の内径及びダウ
ンホールモータ外径間に放射状に介装するガイドスリー
ブサポートとから構成し、このガイドスリーブサポート
は、取外し可能とし、ガイドスリーブの長平方向に沿っ
て一様高さの直進用または長平方向尾端が異なる高さで
ある修正用のものを備えておき、通常は直進用のものを
使用し、孔曲りが検知されたときは後者を修正に用いる
。
ンホールモータ外径間に放射状に介装するガイドスリー
ブサポートとから構成し、このガイドスリーブサポート
は、取外し可能とし、ガイドスリーブの長平方向に沿っ
て一様高さの直進用または長平方向尾端が異なる高さで
ある修正用のものを備えておき、通常は直進用のものを
使用し、孔曲りが検知されたときは後者を修正に用いる
。
また、掘削した斜孔を拡孔する場合の掘削アセンブリと
して、拡孔ビットと、複数のロータリー刃を有するオー
プナ−とを連接し、リングスタビラザーとノーズ及び2
重管部を備えた装置を提供する。この拡孔用掘削アセン
ブリにより直径2m程度の斜孔を拡掘することができる
。
して、拡孔ビットと、複数のロータリー刃を有するオー
プナ−とを連接し、リングスタビラザーとノーズ及び2
重管部を備えた装置を提供する。この拡孔用掘削アセン
ブリにより直径2m程度の斜孔を拡掘することができる
。
[作用]
本発明方法は実質的に直線状の長尺斜孔を掘削する方法
であって、 ■ 自ら掘削した斜孔をガイドとして、ダウンホールド
リルの掘削進行方向を規制すること。
であって、 ■ 自ら掘削した斜孔をガイドとして、ダウンホールド
リルの掘削進行方向を規制すること。
■ ダウンホールドリルを地層条件等に応じて、高速低
荷重駆動することによって、地層の乱れ等があっても曲
らずに進行させることができること。
荷重駆動することによって、地層の乱れ等があっても曲
らずに進行させることができること。
■ 必要に応じドリルストリングを緩速回転させて同軸
性を確保し曲りを防止すること。
性を確保し曲りを防止すること。
■ さらに、掘削進行方向の傾斜と方位を検出し、若し
上記■〜■にも拘らず予定斜孔方向線に対して許容値を
越える偏差を生ずるおそれを検出したときは掘削方向に
修正偏角を付与して修正すること。
上記■〜■にも拘らず予定斜孔方向線に対して許容値を
越える偏差を生ずるおそれを検出したときは掘削方向に
修正偏角を付与して修正すること。
の総合的作用によって、実質的に直線状の斜孔を施工す
ることができる。
ることができる。
上記方法において、自ら掘った斜孔をガイドとしてダウ
ンホールドリルの掘削進行方向を拘束案内するために、
斜孔の内径すなわちダウンホールドリルのビット径とほ
ぼ等しい外径を有する長さ7m以上のガイドスリーブを
ダウンホールドリルに外嵌固定する。このガイドスリー
ブの長さの上限はハンドリングに依存し、12m程度ま
でが好ましい。
ンホールドリルの掘削進行方向を拘束案内するために、
斜孔の内径すなわちダウンホールドリルのビット径とほ
ぼ等しい外径を有する長さ7m以上のガイドスリーブを
ダウンホールドリルに外嵌固定する。このガイドスリー
ブの長さの上限はハンドリングに依存し、12m程度ま
でが好ましい。
このガイドスリーブの外径はビット外径より1.6mm
(16分の1インチ)〜3.2mm(8分の1インチ)
小径にし、掘削された斜孔内径を摺動するようにしてお
くと理論上1/2000以下の方向誤差しか生じないこ
ととなる。なおこの場合、摺動面の摺動抵抗を小さくす
るための逃げとして凹部や孔等を適宜設けてもよい。
(16分の1インチ)〜3.2mm(8分の1インチ)
小径にし、掘削された斜孔内径を摺動するようにしてお
くと理論上1/2000以下の方向誤差しか生じないこ
ととなる。なおこの場合、摺動面の摺動抵抗を小さくす
るための逃げとして凹部や孔等を適宜設けてもよい。
また、ガイドスリーブの外径に回転可能なローラを多数
個突設したり、拡径方向に付勢された平板ばねを備える
ことによって、掘削孔との密着を図ることも有効である
。
個突設したり、拡径方向に付勢された平板ばねを備える
ことによって、掘削孔との密着を図ることも有効である
。
ダウンホールドリルの駆動は高速回転低負荷荷重とし、
回転数は200〜350rpmとすることが好ましい。
回転数は200〜350rpmとすることが好ましい。
この範囲内では地層に応じて選択するが、従来の一般に
用いられているよりな1100rp程度は不可である。
用いられているよりな1100rp程度は不可である。
またビット荷重(ビット推力)は傾斜、地層にもよるが
、ビット径1インチ(25,4m m )当り2t以下
の低荷重とする。因みにビット径1インチ当り3〜4を
程度が地質とビット径にもよるが通常値である。このビ
ット荷重は、主としてドリルストリングの重量調整によ
って定められる。
、ビット径1インチ(25,4m m )当り2t以下
の低荷重とする。因みにビット径1インチ当り3〜4を
程度が地質とビット径にもよるが通常値である。このビ
ット荷重は、主としてドリルストリングの重量調整によ
って定められる。
ドリルストリングの回転は30〜1100rpの緩速と
し、さらに好ましくは50〜70rpmである。ドリル
ストリングの回転はビットの曲りの傾向を修正するもの
である。30rpm未満ではこの効果が少なく、110
0rpを越えると効果が飽和するので無駄となる。
し、さらに好ましくは50〜70rpmである。ドリル
ストリングの回転はビットの曲りの傾向を修正するもの
である。30rpm未満ではこの効果が少なく、110
0rpを越えると効果が飽和するので無駄となる。
掘削進行方向は、傾斜方位測定装置(MWDMeasu
rement While Drilling)で測定
する。
rement While Drilling)で測定
する。
本発明方法によれば、長さ1000mにも及ぶような地
中斜孔をその中心の偏りを真直線から許容値、例えば1
m以内に収めて掘削することができる。従って、例えば
、直径数m程度、長さ数百米の真直斜坑を開さくする場
合、本発明方法により、予めすり(破砕岩石)抜き斜孔
を開さ(斜坑断面内に掘削することがはじめて可能とな
る。
中斜孔をその中心の偏りを真直線から許容値、例えば1
m以内に収めて掘削することができる。従って、例えば
、直径数m程度、長さ数百米の真直斜坑を開さくする場
合、本発明方法により、予めすり(破砕岩石)抜き斜孔
を開さ(斜坑断面内に掘削することがはじめて可能とな
る。
[実施例1
以下、本発明の実施例として鉛直に対して35°の傾斜
角をもつ直径1500mm、斜孔長さ600m、孔の中
心の偏りの許容値が斜孔全長について全方向に対して1
m以内の斜孔の掘削について説明する。
角をもつ直径1500mm、斜孔長さ600m、孔の中
心の偏りの許容値が斜孔全長について全方向に対して1
m以内の斜孔の掘削について説明する。
この場合、掘削すべき地中の地質は、−軸圧縮強度が3
00〜2000kg/crn’、平均でおよそ1000
kg/crri″の粘板岩及び砂岩等の岩石、砂礫層で
ある。
00〜2000kg/crn’、平均でおよそ1000
kg/crri″の粘板岩及び砂岩等の岩石、砂礫層で
ある。
まず第1図、第2図に本発明方法の実施に用いる掘削ア
センブリ1を示す。この掘削アセンブリ1はビット3と
、これを駆動するダウンホールモータ5を備えている。
センブリ1を示す。この掘削アセンブリ1はビット3と
、これを駆動するダウンホールモータ5を備えている。
ダウンホールモータ5の外径には、ガイドスリーブ4が
外嵌している。ガイにスリーブ4はビット3の直径より
1/16インチ(1,6mm)小さい外径を有し7、長
さ8〜12mである。ガイドスリーブ4はダウンホール
モータ5の外径にサポート6を介して外嵌固定されてい
る。
外嵌している。ガイにスリーブ4はビット3の直径より
1/16インチ(1,6mm)小さい外径を有し7、長
さ8〜12mである。ガイドスリーブ4はダウンホール
モータ5の外径にサポート6を介して外嵌固定されてい
る。
サポート6としては、第1図(b)に示すように、ガイ
ドスリーブ4の長手間に沿って一様高さ(半径方向寸法
が一定)のもの(同軸ガイドスリーブ用)と、第2図(
b)に示すように尾端側(D−D断面)が偏心し、前端
(C−C断面)に対して一定の勾配、例えば1/600
.1/300の勾配を有するもの(側軸ガイドスリーブ
用)とがある。
ドスリーブ4の長手間に沿って一様高さ(半径方向寸法
が一定)のもの(同軸ガイドスリーブ用)と、第2図(
b)に示すように尾端側(D−D断面)が偏心し、前端
(C−C断面)に対して一定の勾配、例えば1/600
.1/300の勾配を有するもの(側軸ガイドスリーブ
用)とがある。
ガイドスリーブ4は、掘削アセンブリで自ら掘削した斜
孔をガイドとしてダウンホールドリルの掘削進行方向を
規制するものであるから、その外径を掘削孔内径とほぼ
同等にするものである。この場合、摺動抵抗が大となり
、掘削アセンブリが地層によって抑留される問題が生ず
る。第3図〜第5図はガイドスリーブ4の変形例を示す
もので、これらの問題の解決を図った例である。
孔をガイドとしてダウンホールドリルの掘削進行方向を
規制するものであるから、その外径を掘削孔内径とほぼ
同等にするものである。この場合、摺動抵抗が大となり
、掘削アセンブリが地層によって抑留される問題が生ず
る。第3図〜第5図はガイドスリーブ4の変形例を示す
もので、これらの問題の解決を図った例である。
第3図のガイドスリーブ4はその外径に多数のローラ4
1を突設したものである。このローラ41はガイドスリ
ーブの外径の円周方向の軸を有し、その外径はガイドス
リーブの円周の一部分の包絡体から成り、斜孔に密着す
ると共にガイドスリーブが斜孔に沿って前進することを
極めて容易にする。
1を突設したものである。このローラ41はガイドスリ
ーブの外径の円周方向の軸を有し、その外径はガイドス
リーブの円周の一部分の包絡体から成り、斜孔に密着す
ると共にガイドスリーブが斜孔に沿って前進することを
極めて容易にする。
第一4図に示すガイドスリーブは、その外径円周面上に
、同軸方向の軸心を有する多数のローラ42t配設した
ものである。この場合、ドリルストリングの回転が極め
て容易となる。
、同軸方向の軸心を有する多数のローラ42t配設した
ものである。この場合、ドリルストリングの回転が極め
て容易となる。
第5図は、拡径方向に付勢された多数の平板ばね43を
外周面に配設した例である。平板ばね43の形状は問わ
ないが、斜孔に密着してガイドする。
外周面に配設した例である。平板ばね43の形状は問わ
ないが、斜孔に密着してガイドする。
第3図〜第5図の実施例は斜孔内径に密着する部分と空
隙を保つ逃げ部分を備え抑留を起さない。さらに、ガイ
ドスリーブに適宜透孔を穿ち、泥水を潤滑剤としてガイ
ドスリーブの外径面に供給することも任意である。
隙を保つ逃げ部分を備え抑留を起さない。さらに、ガイ
ドスリーブに適宜透孔を穿ち、泥水を潤滑剤としてガイ
ドスリーブの外径面に供給することも任意である。
ダウンホールモータ5は傾斜方位測定装置7を介して数
ジヨイントから十数ジヨイントのドリルカラー8に連結
されている。ドリルカラー8は掘削の進行に伴って継足
される重量中空管であって、地中においてビット3に推
力を与える。ドリルカラーの間には掘削アセンブリの挙
動をさらに安定させるスタビライザー及び抑留対策用の
ジャールスを挿み込む。ドリルカラー上端はドリルパイ
プに連結していて、ダウンホールドリルモータの動力及
び掘削屑排出の機能を持つ泥水を送る。
ジヨイントから十数ジヨイントのドリルカラー8に連結
されている。ドリルカラー8は掘削の進行に伴って継足
される重量中空管であって、地中においてビット3に推
力を与える。ドリルカラーの間には掘削アセンブリの挙
動をさらに安定させるスタビライザー及び抑留対策用の
ジャールスを挿み込む。ドリルカラー上端はドリルパイ
プに連結していて、ダウンホールドリルモータの動力及
び掘削屑排出の機能を持つ泥水を送る。
傾斜方位測定装置7は、メジャメント・ホワイル・ドリ
リングを用い、傾斜と方位を測定して泥水の圧力パルス
信号として地表へ送信する機能を有している。メジャメ
ント・ホワイル・ドリリング measuremen
t while drilling (M W
D ) は掘進中の坑底の情報を地表へ伝達する方法
であり、坑底の情報が即時に得られることにより、安全
かつ効率的な掘進を行う助けとなる。このシステムは、
(1)坑底センサ、(2)伝達システム、(3)地表装
置から構成されている。伝達システムにはマッド・パル
ス方式とワイヤ、ライン方式がある。MWDの主な応用
分野は、(1)傾斜測定及びコントロール、(2)掘削
の効率化・安全化、(3)地層評価である。測定項目と
しては、傾斜、方位、ツール・フェイス、ビット荷重、
トルク、泥水温度、ガンマ・レイ、地層比抵抗などを測
定することが可能である。
リングを用い、傾斜と方位を測定して泥水の圧力パルス
信号として地表へ送信する機能を有している。メジャメ
ント・ホワイル・ドリリング measuremen
t while drilling (M W
D ) は掘進中の坑底の情報を地表へ伝達する方法
であり、坑底の情報が即時に得られることにより、安全
かつ効率的な掘進を行う助けとなる。このシステムは、
(1)坑底センサ、(2)伝達システム、(3)地表装
置から構成されている。伝達システムにはマッド・パル
ス方式とワイヤ、ライン方式がある。MWDの主な応用
分野は、(1)傾斜測定及びコントロール、(2)掘削
の効率化・安全化、(3)地層評価である。測定項目と
しては、傾斜、方位、ツール・フェイス、ビット荷重、
トルク、泥水温度、ガンマ・レイ、地層比抵抗などを測
定することが可能である。
次に、第4図は拡孔用に用いる掘削アセンブリの構造を
示すもので、第1図に示す掘削アセンブリ1で掘削され
た導孔に倣ってビット21が第1の拡孔31を拡掘する
。この拡孔31にノーズ22が嵌合している。第2の拡
孔32t追拡掘するオープナ−23は拡孔ローラーカッ
タ群24を備え、その安定性を保つためのリングスタビ
ライザ25を備えている。
示すもので、第1図に示す掘削アセンブリ1で掘削され
た導孔に倣ってビット21が第1の拡孔31を拡掘する
。この拡孔31にノーズ22が嵌合している。第2の拡
孔32t追拡掘するオープナ−23は拡孔ローラーカッ
タ群24を備え、その安定性を保つためのリングスタビ
ライザ25を備えている。
ビット21、ローラーカッタ群24の駆動用、切削扮排
除用の水、エア等は二重管26から供給される。二重管
26は拡孔アセンブリの推力付与アセンブリともなって
いる。
除用の水、エア等は二重管26から供給される。二重管
26は拡孔アセンブリの推力付与アセンブリともなって
いる。
次に、本発明方法の実施例の工程について説明する。前
記条件の直径1500mm、斜孔長600mの真直斜孔
は、まず17展インチ(445mmφ)掘削アセンブリ
で真直斜孔を掘削し、次いでこれを導孔として、37展
インチ(953mmφ)及び59インチ(1500mm
φ)の拡孔用掘削アセンブリで拡掘した。
記条件の直径1500mm、斜孔長600mの真直斜孔
は、まず17展インチ(445mmφ)掘削アセンブリ
で真直斜孔を掘削し、次いでこれを導孔として、37展
インチ(953mmφ)及び59インチ(1500mm
φ)の拡孔用掘削アセンブリで拡掘した。
(I)真直導孔の掘削。
掘削孔芯の偏りについての要求を満たすために、直径1
7V2インチ(445mm$)の導孔をまず掘削した。
7V2インチ(445mm$)の導孔をまず掘削した。
■ 掘削アセンブリを正確に予定斜孔方向線上に発進さ
せるため、地表に長さ20mのガイド管を正確に設置す
る。
せるため、地表に長さ20mのガイド管を正確に設置す
る。
■ このガイド管に倣って地中を掘削し、自ら掘削した
孔をガイドとしてガイドスリーブを用い、ダウンホール
モータやビットをガイドスリーブに固定する。また地層
による孔曲りをなくするために、ダウンホールモータに
よる低荷重・高速回転のビット運転を行う。
孔をガイドとしてガイドスリーブを用い、ダウンホール
モータやビットをガイドスリーブに固定する。また地層
による孔曲りをなくするために、ダウンホールモータに
よる低荷重・高速回転のビット運転を行う。
第6図はこの掘削状態を示すもので、ダウンホールドリ
ル2はビット3を駆動し、自ら掘削した掘削孔にガイド
スリーブ4が倣って、ダウンホールドリルの掘削方向を
規制する。
ル2はビット3を駆動し、自ら掘削した掘削孔にガイド
スリーブ4が倣って、ダウンホールドリルの掘削方向を
規制する。
ビットサイズは17坏インチ(445
mmφ)とした。ビットはイーストマン・クリステンセ
ン(Eastman Christensen)社のP
DCビット5P21Dを用いた。ダウンホールモータは
同社のナビ・ドリル・マツハ2 (Navi−Dril
l Mach2 )外径934インチ(241mmφ)
を使用した。
ン(Eastman Christensen)社のP
DCビット5P21Dを用いた。ダウンホールモータは
同社のナビ・ドリル・マツハ2 (Navi−Dril
l Mach2 )外径934インチ(241mmφ)
を使用した。
ガイドスリーブは、掘削対象地質が比較的安定しかつ孔
曲り傾向は特に大きくないと考えられるので、プレイン
ガイドスリーブとし外径17属インチ(438mmφ)
、長さ8mである。
曲り傾向は特に大きくないと考えられるので、プレイン
ガイドスリーブとし外径17属インチ(438mmφ)
、長さ8mである。
■ ダウンホールモータでビットを高速回転させるほか
、地表の掘削装置からもドリルストリング全体を50〜
70rpmで回転させてガイドスリーブの掘削孔への同
軸性を強化する。
、地表の掘削装置からもドリルストリング全体を50〜
70rpmで回転させてガイドスリーブの掘削孔への同
軸性を強化する。
■ 地層の変り目では、ビット荷重(推力)を約5トン
減少させ、約2倍の時間をかけて丁寧に掘削することに
よって、孔曲りを防止する。
減少させ、約2倍の時間をかけて丁寧に掘削することに
よって、孔曲りを防止する。
■ 破砕層や砂利含み層に遭遇した場合は、−度必要長
を掘削した後、掘削アセンブリを地上に引揚げ、セメン
トを注入して密閉し、硬化後再度掘削する。
を掘削した後、掘削アセンブリを地上に引揚げ、セメン
トを注入して密閉し、硬化後再度掘削する。
■ 傾斜方位測定器による傾斜・方位の測定から、掘削
孔中心線が許容偏位を超える傾向が現われて来た場合に
は、−旦掘削アセンブリを地表に引揚げ、同軸ガイドス
リーブの代りに側軸ガイドスリーブをダウンホールモー
タに外嵌した修正アセンブリを降下し、孔曲がり傾向に
打克つ修正を行う。
孔中心線が許容偏位を超える傾向が現われて来た場合に
は、−旦掘削アセンブリを地表に引揚げ、同軸ガイドス
リーブの代りに側軸ガイドスリーブをダウンホールモー
タに外嵌した修正アセンブリを降下し、孔曲がり傾向に
打克つ修正を行う。
この修正アセンブリは、ビットの方向がガイドスリーブ
の中心軸に対しである角度をもっ側軸ガイドスリーブと
ダウンホールドリルとから構成されている。孔曲り傾向
の強さに応じて、数種類の偏軸勾配をもつ側軸ガイドス
リーブを準備する。偏軸勾配は例えば、1/600゜1
/300などである。
の中心軸に対しである角度をもっ側軸ガイドスリーブと
ダウンホールドリルとから構成されている。孔曲り傾向
の強さに応じて、数種類の偏軸勾配をもつ側軸ガイドス
リーブを準備する。偏軸勾配は例えば、1/600゜1
/300などである。
第7図は側軸ガイドスリーブを用いて変位を修正する状
態を示したもので、予定掘削中心線11に対してガイド
スリーブの中心線が偏ってイ扁り糸泉12となったとき
、ガイドスリーブとして側軸ガイドスリーブ4aを用い
て修正アクションを与え、修正線13に沿って、変位を
回復する。
態を示したもので、予定掘削中心線11に対してガイド
スリーブの中心線が偏ってイ扁り糸泉12となったとき
、ガイドスリーブとして側軸ガイドスリーブ4aを用い
て修正アクションを与え、修正線13に沿って、変位を
回復する。
側軸ガイドスリーブを用いる場合、ガイドスリーブの軸
中心線とダウンホールドリルの軸中心線との勾配を△と
し、ガイドスリーブの長さを!、掘進軌跡の曲率半径を
Rとすれば、△=β/Rである。
中心線とダウンホールドリルの軸中心線との勾配を△と
し、ガイドスリーブの長さを!、掘進軌跡の曲率半径を
Rとすれば、△=β/Rである。
掘削長りだけ掘進した時の中心からの変位χは
χ=R−Rcosθ=R(1−cosθ)である。この
とき、 L/2πR=θ/360 である。したがって θ=180L/πR=180L△/π!となる。ガイド
スリーブの長さβ=8m、側軸ガイドスリーブの上記勾
配を△=1/600.1/300とし、例えば、掘進長
L=30m。
とき、 L/2πR=θ/360 である。したがって θ=180L/πR=180L△/π!となる。ガイド
スリーブの長さβ=8m、側軸ガイドスリーブの上記勾
配を△=1/600.1/300とし、例えば、掘進長
L=30m。
60m、Zoomとして比較すると、第1表のようにな
る。すなわち、掘進長100m以内において真直線から
の偏差1m以内から中心位置に復帰させることができる
。
る。すなわち、掘進長100m以内において真直線から
の偏差1m以内から中心位置に復帰させることができる
。
■ 抑留対策として、次の手段を講することが有効であ
る。
る。
(a) ドリリングアセンブリの途中にジャールス(
ハンマリング装置)を入れておくことによって抑留した
場合の離脱を容易にする。
ハンマリング装置)を入れておくことによって抑留した
場合の離脱を容易にする。
(b)泥水の管理をよくすると共に、ずり(破砕岩石)
の揚りをよくする。
の揚りをよくする。
(C)ガイドスリーブの外径にローラを突設し、クリア
ランスを設ける。
ランスを設ける。
(d)真直掘進はダウンホールモータ以外にストリング
全体をも同時に回転させる。
全体をも同時に回転させる。
(II)拡孔掘削。
以上のように斜孔径17局インチ(45mmφ)の導孔
を計画通り掘削し終った後、3アメインチ(953mm
φ)及び59インチ(1500mmφ)の拡孔用掘削ア
センブリを用いて拡孔掘削を行う。
を計画通り掘削し終った後、3アメインチ(953mm
φ)及び59インチ(1500mmφ)の拡孔用掘削ア
センブリを用いて拡孔掘削を行う。
1500mmφは径が大きいのですり揚げに逆循環をと
り入れなければならない。従って953mmφも同様と
する。拡堀アセンブリのビット付近の実施例を模式的に
第4図に示した。
り入れなければならない。従って953mmφも同様と
する。拡堀アセンブリのビット付近の実施例を模式的に
第4図に示した。
掘進率を良くし、孔内状況を安定させるために、オープ
ナ23へのジェットは確保する。逆循環はエアリフトに
よる。二重管26の内管中適当な深度までマカロニパイ
プを降ばて、それよりエアを導入する。ノーズ22とリ
ングスタビライザ25によって、オープナ23全体を安
定させ、先行する導孔に正確に追随させる。この時、(
エア量)/(揚水量)比はほぼ2.3とする。ポンプは
10P−130を2台各80spm(毎分ストローク数
)で運転すればその吐出量は2.1rn″/minとな
る。従って必要最小限のエア量は5rn’/minであ
る。しかし、掘削屑の存在、内管内の圧力損失によって
、このエア量は割増ししなければならない。
ナ23へのジェットは確保する。逆循環はエアリフトに
よる。二重管26の内管中適当な深度までマカロニパイ
プを降ばて、それよりエアを導入する。ノーズ22とリ
ングスタビライザ25によって、オープナ23全体を安
定させ、先行する導孔に正確に追随させる。この時、(
エア量)/(揚水量)比はほぼ2.3とする。ポンプは
10P−130を2台各80spm(毎分ストローク数
)で運転すればその吐出量は2.1rn″/minとな
る。従って必要最小限のエア量は5rn’/minであ
る。しかし、掘削屑の存在、内管内の圧力損失によって
、このエア量は割増ししなければならない。
二重管の内管の内径を3インチ(76mm)として、2
.1 rn’ / m i nの流量に対する圧力損失
は、泥水比重を1.1とすれば、0.1 k g /
c rr1″/mである。これはかなり大きな圧損であ
り、長尺掘削では内管内径を太き(できない場合は、エ
ア置割増しをかなり大きくする必要がある。
.1 rn’ / m i nの流量に対する圧力損失
は、泥水比重を1.1とすれば、0.1 k g /
c rr1″/mである。これはかなり大きな圧損であ
り、長尺掘削では内管内径を太き(できない場合は、エ
ア置割増しをかなり大きくする必要がある。
[発明の効果]
本発明によれば、直径400〜2000 m mの斜孔
を孔長1000mに及ぶ一定限度内掘削孔偏りで掘削す
ることが可能となった。
を孔長1000mに及ぶ一定限度内掘削孔偏りで掘削す
ることが可能となった。
従って、例えば、長距離の真直斜坑を間さくするための
すり抜き導孔を、開さくすべき斜坑断面内に予め施工す
ることが本発明によりできることとなった。このことに
よって、このような真直斜坑間さく工事の工事方法、工
事施設、設計、施工工程が画期的に変化することとなり
、斯界に与える寄与は美大である。
すり抜き導孔を、開さくすべき斜坑断面内に予め施工す
ることが本発明によりできることとなった。このことに
よって、このような真直斜坑間さく工事の工事方法、工
事施設、設計、施工工程が画期的に変化することとなり
、斯界に与える寄与は美大である。
第1図は本発明の実施に用いる実施例の掘削アセンブリ
の構造を示すもので、(a)は全体斜視図、(b)は縦
断面図、(c)はその中央横断面図、第2図は他の実施
例を示しくa)は全体斜視図、(b)は縦断面図、(c
)、(d)はそれぞれ(b)のC−C矢視図、D−D矢
視図、第3図〜第5図はそれぞれガイドスリーブの実施
例を示し、それぞれ(a)は斜視図、(b)は横断面図
、第6図は斜孔掘削中の状態を示す縦断面図、第7図は
その偏位修正動作の説明図、第8図は拡孔用掘削アセン
ブリの模式断面図である。 1・・・掘削アセンブリ 2・・・ダウンホールドリル 3・・・ビット 4・・・ガイドスリーブ 5・・・ダウンホールモータ 6・・・サポート 7・・・方向測定装置 8・・・ドリルカラー 11・・・予定掘削中心線 12・・・偏り線(ガイドスリーブの方向、11)13
・・・修正線 出 願 人 日本海洋掘削株式会社
の構造を示すもので、(a)は全体斜視図、(b)は縦
断面図、(c)はその中央横断面図、第2図は他の実施
例を示しくa)は全体斜視図、(b)は縦断面図、(c
)、(d)はそれぞれ(b)のC−C矢視図、D−D矢
視図、第3図〜第5図はそれぞれガイドスリーブの実施
例を示し、それぞれ(a)は斜視図、(b)は横断面図
、第6図は斜孔掘削中の状態を示す縦断面図、第7図は
その偏位修正動作の説明図、第8図は拡孔用掘削アセン
ブリの模式断面図である。 1・・・掘削アセンブリ 2・・・ダウンホールドリル 3・・・ビット 4・・・ガイドスリーブ 5・・・ダウンホールモータ 6・・・サポート 7・・・方向測定装置 8・・・ドリルカラー 11・・・予定掘削中心線 12・・・偏り線(ガイドスリーブの方向、11)13
・・・修正線 出 願 人 日本海洋掘削株式会社
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 掘削前進方向を自ら掘削した斜孔に一致させてダウ
ンホールドリルを案内し、該ダウンホールドリルを高速
低荷重駆動し、真直斜孔を掘削することを特徴とする長
尺斜孔直進ドリル工法。 2 さらに、ドリルストリングを低速回転させることを
特徴とする請求項1記載の長尺斜孔直進ドリル工法。 3 ダウンホールドリルの回転数を200〜350rp
mとし、荷重をビット径1インチ(25.4mm)当り
2t以下とした請求項1または2記載の長尺斜孔直進ド
リル工法。 4 ドリルストリングの回転を30〜100rpmとし
た請求項2記載の長尺斜孔直進ドリル工法。 5 掘削方向の傾斜と方位を検出し、該検出値が予定斜
孔方向線に対して許容値を越える偏差を生じたとき、前
記ダウンホールドリルの掘削方向に修正偏角を付与し、
前記検出値により算出される修正長を掘進し、予定斜孔
方向線から一定の変位範囲内に掘削孔中心を保つて掘削
することを特徴とする長尺斜孔直進ドリル工法。 6 既設斜孔を導孔として該既設斜孔より大径の拡孔ビ
ットにより該既設斜孔の外周を拡孔掘削することを特徴
とする長尺斜孔直進ドリル工法。 7 ダウンホールドリルと、該ダウンホールドリルに外
嵌固定し、自ら掘削した斜孔に沿ってダウンホールドリ
ルを誘導する長さ7m以上のガイドスリーブと、該ガイ
ドスリーブの傾斜と方位を検知する測定装置とを備えた
長尺斜孔直進掘削アセンブリ。 8 ダウンホールドリルのビットサイズが81/2イン
チ〜26インチ(445mmφ〜660mmφ)である
請求項7記載の長尺斜孔直進掘削アセンブリ。 9 ガイドスリーブは外径がダウンホールドリルのビッ
ト外径より1.6〜3.2mm小径である請求項7記載
の長尺斜孔直進掘削アセンブリ。 10 ガイドスリーブは外径に多数のローラを突設した
ことを特徴とする請求項7記載の長尺斜孔直進掘削アセ
ンブリ。 11 ガイドスリーブは拡径方向に付勢された多数の平
板ばねを外径に突設したことを特徴とする請求項7記載
の長尺斜孔直進掘削アセンブリ。 12 ガイドスリーブは、外管と、該外管の内径及びダ
ウンホールモータ外径間に放射状に介装するガイドスリ
ーブサポートとから成り、該ガイドスリーブサポートは
、ガイドスリーブの長手方向に沿って一様高さまたは長
手方向尾端が異なる高さである請求項7〜10のいずれ
か記載の長尺斜孔直進掘削アセンブリ。 13 拡孔ビットと、複数のロータリー刃を有するオー
プナーとを連接し、リングスタビライザーとノーズ及び
2重管部を備えたことを特徴とする拡孔用掘削アセンブ
リ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19636990A JPH0483083A (ja) | 1990-07-26 | 1990-07-26 | 長尺斜孔直進ドリル工法及びその掘削アセンブリ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19636990A JPH0483083A (ja) | 1990-07-26 | 1990-07-26 | 長尺斜孔直進ドリル工法及びその掘削アセンブリ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0483083A true JPH0483083A (ja) | 1992-03-17 |
Family
ID=16356714
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19636990A Pending JPH0483083A (ja) | 1990-07-26 | 1990-07-26 | 長尺斜孔直進ドリル工法及びその掘削アセンブリ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0483083A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009019463A (ja) * | 2007-07-13 | 2009-01-29 | Okumura Corp | ガイドロッド付き穿孔装置 |
| US7976242B2 (en) * | 2006-06-16 | 2011-07-12 | Vermeer Manufacturing Company | Drill head for a microtunnelling apparatus |
| JP2011236560A (ja) * | 2010-05-01 | 2011-11-24 | Hariyama Denki Co Ltd | カッターヘッド |
| CN105888551A (zh) * | 2016-05-13 | 2016-08-24 | 国家电网公司 | 反井法一次钻成长斜井凿井工艺 |
| JP2019183626A (ja) * | 2018-04-12 | 2019-10-24 | 株式会社技研製作所 | 管状体の回転圧入方法、壁構造の構築方法および管状体の回転圧入装置 |
-
1990
- 1990-07-26 JP JP19636990A patent/JPH0483083A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7976242B2 (en) * | 2006-06-16 | 2011-07-12 | Vermeer Manufacturing Company | Drill head for a microtunnelling apparatus |
| JP2009019463A (ja) * | 2007-07-13 | 2009-01-29 | Okumura Corp | ガイドロッド付き穿孔装置 |
| JP2011236560A (ja) * | 2010-05-01 | 2011-11-24 | Hariyama Denki Co Ltd | カッターヘッド |
| CN105888551A (zh) * | 2016-05-13 | 2016-08-24 | 国家电网公司 | 反井法一次钻成长斜井凿井工艺 |
| CN105888551B (zh) * | 2016-05-13 | 2018-11-06 | 国家电网公司 | 反井法一次钻成长斜井凿井工艺 |
| JP2019183626A (ja) * | 2018-04-12 | 2019-10-24 | 株式会社技研製作所 | 管状体の回転圧入方法、壁構造の構築方法および管状体の回転圧入装置 |
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