JPS63593A - 流体掘削装置および流体掘削方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は地中に孔を掘削する装置および方法に関し、特
に、掘削されるべき物体に向って流体を噴射させること
により掘削を行なう流体堀削装置および流体掘削方法に
関する。

多年に亘り、石油井戸およびガス井戸は、地上から掘削
孔まで延在する管状のドリルストリングに取付けたロー
タリビットによって掘削されてきた。ドリルストリング
は地上で回転され、回転運動はドリルストリングを介し
て掘削孔の底にあるビットまで伝達される。ビットによ
って掘削された掘削片をドリルストリングと掘削孔の壁
との間に形成される空間を通して地上まで運ぶため、掘
削源として一般に知られている液体がドリルストリング
を通して導入される。この掘削方法には成る制限と欠点
とがある。ドリルストリングは、掘削孔の底にあるビッ
トまでトルクを伝達するため比較的重くなければならな
い。硬い岩石を掘削する場合には、掘削速度は遅くまた
ビットはすぐに摩耗してしまう。ビットを取換える場合
には、ドリルストリングの全体を掘削孔から引き上げな
くてはならず、またビットを取外すときには管接手を分
解しなければならない。また、比較的重いドリルストリ
ングを取扱かうには、重くてパワフルな機械を使用する
必要がある。ドリルストリングは比較的可撓性が小さく
て曲がり難く、ドリルストリングと井戸のボアとの間の
摩擦接触のために摩耗が生じ易いだけでなくドリルビッ
トの回転を妨げることにもなった。井戸の底から掘削片
を除去すべく充分に加圧された掘削源を注入するには、
パワフルな設備も必要とされる。

近年になると、井戸その他の掘削孔は、小さくて高速の
流体ジェットを掘削すべき対象物に噴射させることによ
り掘削されるようになってきた。

かような技術の例としては、米国特許筒４．４３１，０
６９号、第４，４９７，３８１号、第４，５０１，３３
７号および第４，５２７，６３９号明細書に開示された
ものがある。米国特許筒４，４３１，０６９号および第
４．５ＯＬ３３７号明細吉に開示された技術は、加圧流
体により前方に駆動される反転領域をもつ反転自在管内
に配置された中空パイプの先端部から掘削ジェットを吐
出させるように構成したものである。

また、米国特許筒４，４９７，３８１号および第４．５
２７，６３９号明細書には、流体圧力により前進駆動さ
れる掘削チューブに取付けられた流体ジェットドリルヘ
ッドが開示されており、このドリルヘッドには掘削方向
を例えば水平から垂直に変えるべきチューブを曲げる装
置が設けられている。

これ迄に提供されてきた流体ドリルヘッドでは、成る掘
削対象物にドリルストリングを通すのに充分な大きさの
孔を掘削することは困難である。掘削装置を適正に作動
させるには、ドリルストリングが掘削孔を自由に通り得
ることが必要であるため、大きな直径の孔を掘削するこ
とが重要である。

納得できるだけの丸くて真直な孔を穿けるには、掘削ド
′、１ルが対称的な掘削を行なうものでなくてはない。

これまで提供されてきたドリルヘッドでは、斜めのジェ
ットのみによって所望の掘削パターンを得ることができ
た。しかしながら、斜めに傾斜したジェットは、滑らか
で丸い孔と呼ふよりもむしろ半径方向のスロットすなわ
ち溝と呼ばれるべきものを掘削しがちであり、この問題
は傾斜角度を大きくするにつれて著しくなる。軟質の土
壌および非固形組成物においては、軸線方向に向いたジ
ェットを生じさせる非回転形の流体堀削装置により、ド
リルヘッドの直径あるいはジェット間の間隔の数倍の大
きさの孔を掘削することができる。しかしながら、より
硬質の土石および固形組成物の場合には、この形式の掘
削装置により掘削される孔の大きさを、ドリルヘッド自
体の個々のノズルの大きさよりも大きくすることはでき
ない。

大きな孔を掘削するために、斜めに傾斜したジェットを
噴射できる回転形ドリルヘッドが提供されている。かよ
うなジェットによれば同心状の？ｎやスロットを掘削す
ることができるし、ドリルヘッドより大きな孔を硬い組
成物に掘削することもできる。かようなドリルヘッドの
例が、米国特許筒２．６７８．２０３号、第３，０５５
，４４２号、第３．５７６、２２２号、第４，０３１，
９７１号、第４，１７５，６２６号及び第４，５２９，
０４６号明細書に開示されている。これらの掘削装置の
ほとんどおよび非回転形ドリルヘッドの成るものは、掘
削作用を向上させるために掘削ジェットに掘削粒子を捕
捉させるものである。回転形ドリルヘッドは非回転形ド
リルヘッドが成る組成物に掘削できる孔よりも大きな孔
を掘削することができるが、回転形ドリルヘッドの耐用
寿命は摩耗のためにきわめて短かく、特にほとんどの掘
削作業において掘削粒子を用いるために耐用寿命が著し
く短かくなってしまう。

米国特許第３，５２８，７０４号および第３，７１３，
６９９号明細書には、掘削ジェットの侵食効果を増大さ
せるために掘削流体のキャビテーション作用を利用した
ドリルヘッドが開示されている。かようなドリルヘッド
は掘削される孔の大きさに関する限り他の非回転形ドリ
ルヘッドと同じ制限および欠点を有し、更に背圧が不安
定であったり適用範囲が制限されるという問題がある。

従って本発明の主目的は、地中に孔を掘削するための新
規で改良された流体堀削装置および流体掘削方法を提供
することにある。

本発明の他の目的は、従来の流体掘削技術のもつ上記制
限および欠点を解消できる流体堀削装置および流体掘削
方法を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、石油井戸やガス井戸用の深孔
の掘削、あらゆる地中への水平孔、垂直孔あるいは傾斜
孔の掘削、および固形組成物および非固形組成物の双方
の掘削に用いることのできる流体堀削装置および流体掘
削方法を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、固形組成物に対してもドリル
ヘッドの吐出ノズルより大きなほぼ丸い孔を掘削できる
流体堀削装置および流体掘削方法を提供することにある
。

本発明の更に他の目的は、掘削孔の方向を自動的に制御
できる流体堀削装置および流体掘削方法を提供すること
にある。

本発明の更に他の目的は、ドリルストリングを掘削孔か
ら除去することなくドリルヘッドを交換できる流体堀削
装置および流体掘削方法を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、大地からコアサンプルを切出
すのに用いることのできる流体堀削装置および流体掘削
方法を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、ドリルヘッドを経済、的に製
造することのできる流体堀削装置および流体掘削方法を
提供することにある。

上記目的は、本発明によれば、ドリルヘッド内に加圧流
体の旋回マスを生じさせることにより達成される。旋回
流体は、吐出ノズル内で流体が螺旋状にスピンして、高
速の掘削ジェットとして吐出ノズルから噴射するように
、吐出ノズル内にｍ人される。本発明の幾つかの実施例
においては、流体は薄膜円錐状掘削ジェットとして中央
の吐出ノズルから噴射され、１つの実施例においては、
薄膜円錐状掘削ジェ・ノドにより掘削された円形の溝や
環状溝内の掘削片を除去するためζこ、上記中央の吐出
ノズルから間隔をへだてて複数の軸線方向に向くジェッ
トを噴射するように構成されている。他の実施例におい
ては、吐出ノズルが傾斜孔を備えており、該傾斜孔はド
リルヘット内の旋回流体によって比較的低速度（例えば
５〜５０ｒｐｍ）で回転されるロータ内に設けられてい
る。幾つかの実施例においては、掘削流体に掘削粒子を
入れて掘削能力を高めるように構成されている。

掘削孔の方向は、ドリルヘッドを支持するドリルストリ
ングの先端部から半径方向に向いて噴射されるサイドジ
ェットにより、あるいは掘削孔の掘削軌道を修正すべく
ドリルストリングの前方に向いて噴射される複数の前向
き掘削ジェットにより、掘削流体の吐出を制御すること
によって制御される。

１つの実施例においては、ドリルヘッドは、ドリルスト
リングが掘削孔内に留っている間にドリルストリングか
ら引き出して交換することのできるキャリヤに取付けら
れている。

以下、本発明の実施例を添付図面を参照して説明する。

第１図に示すように、本発明の流体堀削装置は、丸いノ
ーズすなわち先端部１７を備えた管状のドリルストリン
グ１６を有する。ブツシュ１９内には流体ドリルヘッド
１８が装着されており、該流体ドリルヘッド１８は、本
実施例においてはドリルストリング１６の先端部１７に
螺着されている。

しかしな力くら、ドリルヘッド１８を？容接のごとき他
の適当な手段によってドリルストリング１６に取付ける
ことも可能である。

第２図〜第５図に示すように、ドリルヘッド１８は、丸
いノーズ２２を備えたほぼ円筒状のボディ２１からなる
。円形の断面形状をもつ内部室すなわちプリーナムチャ
ンバ（充満室）２３がボディ２１内で同心状に配置され
ている。図示の実施例においては、このプリーナムチャ
ンバ２３は比較的長さが短かく、プリーナムチャンバの
直径は長さの約４倍になっている。ボディ２１はスチー
ルのような剛性材料で作られており、ろう付けまたは溶
接のごとき適当な手段によってブツシュ１９に固定され
ている。

プリーナムチャンバ２３内で加圧流体の旋回マス（ｗｈ
ｉｒｌｉｎｇ　ｍａｓｓ）を発生させる装置が設けてあ
り、この装置は、複数の静止入口ノズル２７が形成され
たノズルブロック２６からなる。人口ノズル２７はドリ
ルヘッド１８の軸線２８のまわりで円周方向に間隔をへ
だてて配置されており、かつ、円錐状のテーパを有して
いて軸線２８に関して斜めに傾斜している。プリーナム
チャンバ２３内での加圧流体の旋回速度は傾斜角度に大
きく依存している。第４図および第５回に示すように、
好ましい実施例においては、各入口ノズル２７は半径方
向角度Ａが７°、接線方向角度Ｂが２６°で傾斜してい
る。この実施例においては、入口ノズル２７の開先角度
Ｃは１４″である（第２図）。流体に要求される特性に
基き、他の傾斜角度およびテーパを採用することもでき
る。例えば、半径方向角度Ａは約５°〜２５°の間の角
度、接線方向角度Ｂは約２６〜４５６の間の角度、開先
角度Ｃは約１０６〜２０”の間の角度とすることができ
る。ノズルブロック２６はスチールまた；まアルミニウ
ムのごとき剛性材料で作り、ボディ２１の後部に設けた
カウンタボア２９内に圧嵌めされる。

ドリルヘッド１８のボディ２１には、ノズルブロック２
６とは反対側のプリーナムチャンバ２３の端部において
、中央の吐出ノズル３１が形成されている。該吐出ノズ
ル３１は、ノズルの後端側に形成された円錐状のテーパ
ボア３２と、先端側に形成された円筒状ボア３３とから
なる。図示の実施例においては、両ボア３２．３３の長
さはほぼ等しく、テーパボア３３は１３°の開先角度り
を有する。所望ならば他の適当なボア長さおよびテーパ
を採用することもできる。開先角度りは１０°〜２０°
の範囲とするのが望ましい。図示の実施例では、吐出ノ
ズル３１の直径は人口ノズル２７の直径よりも大きく、
テーパポア３２０入口部の直径はプリーナムチャンバ２
３の直径の２よりも僅かに小さくかつ円筒状ボア３３の
直径の２倍に形成されている。

中央の吐出ノズル３１のまわりで円周方向に間隔をへだ
でて、軸線方向に向いた複数のノズル３６が設けである
。これらのノズル３６の各々は、吐出ノズル３１の直径
よりも小さな直径の直円筒状ボアを有する。ノズル３６
の先端部において、ボディ２１のノズル２２にはリリー
フポケット３７が形成されている。図示の実施例では、
ドリルヘッド１８は、軸線２８のまわりで等間隔に配置
された６つの入口ノズル２７と６つの周辺ノズル３６と
を備えている。しかしながら、これらのノズルの個数は
任意の個数にすることができるし、人口ノズルの個数と
出口ノズルの個数とを同数にする必要がないことは理解
されよう。

第１図〜第５図に示す実施例の作動と使用方法、および
本発明による流体掘削方法は次の通りである。ドリルス
トリング１６からの加圧流体は入口ノズル２７に流入し
、該入口ノズルから加圧流体の旋回マスとしてプリーナ
ムチャンバ２３内に吐出される。旋回流体は吐出ノズル
３１に流入し、該吐出ノズルを通過するとき螺旋状にス
ピンする。

吐出ノズル３１からの流体は、第１図に示すように薄膜
円錐状ジェット４１としで吐出される。吐出ノズル３１
を出る流体の粒子は、ドリルヘッド１８の軸線に対して
傾斜した直状通路に沿って噴射される。円錐状ジェット
の角度は、ノズルの寸法およびプリーナムチャンバ２３
内での流体の旋回速度に基いて決定される。旋回速度は
、流体の圧力および入口ジェットの傾斜に基ずく。周辺
ノズル３６によって発生される軸線方向ジェット４２は
、円錐状シェルすなわち薄膜円錐状ジェット４１を通り
、薄膜円錐状ジエン１−４１で囲まれる領域内において
ドリルヘッド１８の前方にある物体に衝突する。

第１図〜第５図に示す実施例は、固形組成物および非固
形組成物の双方を掘削する場合に驚異的な効果を呈する
ことが見出されている。第１図は非固形組成物４７に水
平な掘削孔４６を形成するのに本発明の実施例に係る装
置を使用したところを示すものである。この場合、掘削
流体としてｇ、０００〜１０，０ＯＯｐｓ＋（約５６２
〜７０３ｋｇ／　ｃｆｆｌ）の水圧をもつ水が、掘削孔
４６の頂部においてドリルストリング１６内に導入され
る。このとき、ドリルストリング１６内で圧力降下が生
し、大口ノズル２７を通過する。人口ノズル２７を通る
ときの圧力降下は約２，０ＯＯｐｓｉ（約１４０ｋｇ／
　ｃｊ）であり、プリーナムチャンバ２３内の圧力は６
．０００〜８．０００ｐｓｉ（約４２２〜５６２ｋｇ／
　ｃｆｆｌ）となる。円錐状の掘削ジェットすなわち薄
膜円錐状ジェット４１の膜厚は、水粒子の軸線方向速度
および接線方向速度に基き、ドリルヘッド１８から６〜
１２インチ（約１５〜３０印）離れた所において０．０
０５〜０．０１５インチ（約０．１３〜０．３９ｍ−）
となるように計算される。第１図は、ドリルへ・７ド１
８の前方約４８インチ（約１２２ｃｍ）の所にある非固
形組成物を掘削して、約１８インチ（約４６ｃｒｎ）の
直径をもつ比較的滑らかで丸い掘削孔４６を形成する円
錐状ジェットおよび周辺ジェットを示すものである。

円錐状掘削ジェットの個々の水粒子は、組成物に向って
噴射されるときに直線状に飛行し、また、円錐状ジェッ
トにより組成物から除去された掘削片がジェット流に捕
捉されて組成物にｆＪｉ突し、掘削能力が一段と強大に
なると考えられる。ごのようにして形成されるスラリー
は、掘削が行なわれる領域において旋回する凹み形円環
面を形成すると考えられる。このような方法で掘削を行
なうことにより、別の掘削粒子を供給する必要性が無く
なる。掘削流体のスラリー４８および掘削片は掘削孔４
６の下方に集められる。

ドリルストリング１６を掘削孔４６内に入れていくとき
の摩擦力を小さくするのに°、もしも必要とするならば
、第１図に矢印４９で示すようにドリルストリング１６
をその軸線のまわりで回転させることができる。このよ
うに回転させることは、掘削ジェットが対称的掘削作用
をすることから掘削作業において必要とされるものでは
ない。

固形組成物およびより硬質の土石を掘削する場合、本発
明の掘削装置による掘削速度は、従来の流体堀削装置に
比べ著しく大きい。第１図〜第５図に示すドリルヘッド
を使用して、花崗岩の先方や小さな玉石のごと（１６，
０ＯＯｐｓｉ（約１１２４ｋ（Ｈ／　ｃＪ）の圧縮強度
および６’、　０００ｐｓ　ｉ　（約４２２ｋｇ／　ｃ
ｕｔ）の引張り強度を有する高硬度土石を掘削する場合
、１分間当り約１インチ（約２．５　ｃｍ　）の掘削速
度が得られた。以下に述べる他の掘削ヘッドを用い、か
つ、掘削流体に掘削粒子を添加すればより速い掘削速度
が得られよう。硬質土石の掘削を行なう場合、掘削孔の
大きさは軟質土石の場合よりも幾分小さくなるが、ドリ
ルストリング１６を自由に通すのに充分な大きさである
。例えば第１図の実施例の場合、ドリルヘッド１８の直
径は１．２５インチ（約３．２Ｃ１１）であり、ドリル
ストリング１６の直径は約４．５インチ（約１１ｃｍ）
である。

本発明の掘削装置は、掘削装置に用いる水圧よりも大き
な圧縮強度をもつ固形組成物をも掘削できることが重要
な点である。例えば、１６，０００ｐｓｉ（約１１２５
ｋｇ／　ｃｕｔ）の圧縮強度をもつ岩石を、ドリルヘッ
ドでの水圧が６，０００〜８，０００ｐｓｉ（約、１２
２〜５６２ｋｇ／　ｃＪ）に過ぎない場合でも掘削する
ごとができた。この方法により硬い土石を掘削できるこ
とは驚異的なことであり、これは、水粒子の乱流および
前述のごとく、水流に捕捉された掘削片による掘削作用
によるものと考えられる。

第１図〜第５図に示すドリルヘッドはコアサンプルの切
出しにも用いることができる。コアサンプルの切出しに
用いる場合には、周辺掘削ジェットは用いないで円錐状
掘削ジェットにより行なう。

第６図および第７図に示すドリルヘッドもまた、丸い先
端部すなわちノーズ５２を備えた円筒状ボディ５１を有
する。第１図〜第５図の実施例に示したノズルブロック
２６と同様なノズルブロック５３が、ボディ５１の後方
のカウンタボア５４内に取付けられている。ノズルブロ
ック５３は、ドリルヘッドの軸線５７のまわりで互に間
隔をへたてて配置された斜に傾斜する入口ノズル５６を
備えている。

ボディ５１内には内部室すなわちプリーナムチャンバ５
９が形成されており、該プリーナムチャンバ５９内に取
付けられたロータ６１がドリルヘッドの軸線のまわりで
回転する。このロータ６１は、ボディ５１の前部に設け
たベアリング６３内で回転自在に支持された前方軸６２
と、ノズルブロック５３に形成した軸線方向ボア６７内
に取付けられたヘアリング６６内で回転自在に支持され
たブツシュ６５を備えた後方軸６４とを有する。

ロータ６１の前方に形成された円錐面６９に対してブツ
シュ６８が押付けられており、該ブツシュ６８の前面部
はスラストワッシャ７２に当接している。

ロータ６１は、ほぼ扇形をなす１対のベーン７３．７４
を有し、これらのベーン７３．７４はプリーナムチャン
バ５９内の旋回流体と協働してロータ６１をその軸のま
わりで回転させる。これらのベーン７３．７４の各々は
、流体が作用する１対の対向面７３ａ、７３ｂおよび７
４ａ、７４ｂを有する。面７３ａ、７４ａに衝突する流
体はロータ６１を第７図で見て時間回り方向に回転させ
、面７３ｂ、７４ｂに衝突する流体はこの回転に抗する
作用をなす。従って、面７３ｂ、７４ｂは、ロータの回
転速度を制限するブレーキとして作用する。ベアリング
の摩耗を最小限にし、従ってドリルヘッドの寿命を増大
させるためには、ロータの回転速度は５〜５０ｒｐｍに
制限するのが望ましい。

ロータ６１に形成したボア７６は、この実施例では吐出
ノズルとして作用する。これらのボア７６は円錐状にテ
ーパしており、ロータの軸線に対して斜めに傾斜してい
る。この好ましい実施例においては、ボア７６は１４″
の開先角度を有し、かつ、ロータの軸線に対して１２″
の角度で傾斜している。第７図に最も良く示すように、
傾斜するボア７６はロータの後方軸６４の両側に切込ま
れており、ブツシュ６５が後方軸６４のこの部分に嵌め
込まれていてベアリング６６に円滑な支持面を与えてい
る。

第６図および第７図に示す本発明の掘削装置の作動およ
び使用方法と、本発明の掘削方法とを以下に説明する。

第１図〜第５図に示した実施例のドリルヘッド１８と同
様な方法で、第６図に示すドリルヘッドをドリルストリ
ングの先端部すなわちノーズに取付ける。加圧流体が入
口ノズル５Ｇに供給されると、プリーナムチャンバ５９
内に加圧流体の旋回マスが発生する。ベーン７３．７４
の面に衝突する流体により、ロータ６１は比較的低速度
（５〜５０ｒｐｍ）で回転される。

加圧流体はロータのボア７６内に流入し、該ボアから高
速の掘削ジェット７８として吐出される。

これらのジェット７８は、ボア７６の傾斜と等しい角度
で噴射され、ロータ６１が回転するときに円形の掘削孔
を形成する。この掘削装置も固形組成物および非固形組
成物の双方に優れた性能を発揮する。ロータ６１が低速
度で回転するため、高速度で回転する他の回転式流体堀
削装置よりも長寿命を得ることができる。第１図〜第５
図に示した実施例と同様に、このドリルヘッドの場合も
掘削作業を行なうときにドリルストリングを回転させる
必要はないが、ドリルストリングを前進させるときは、
摩擦を低減させるためにドリルヘッドを回転させるのが
望ましい。

第８図および第９図に示す実施例においては、ドリルへ
Ｖドは丸いノーズ８２を備えたほぼ円筒状のボディ８１
からなる。このドリルヘッドをドリルストリングに連結
するため、ボディ８１の後端部には雄ねじ８３が形成さ
れている。別の実施例としては、ドリルヘッドを適当な
手段によりドリルストリングに連結することもできる。

ボディ８１の後方部には軸線方向ボアすなわちチャンバ
８４が形成されており、ボディ８１の前方部には吐出ノ
ズル３１　（第２図）と同様な吐出ノズル８６が形成さ
れている。

チャンバ８４内にはフローデフレクタ８７が固定して取
付けられている。このフローデフレクタ８７は、チャン
バ８４の入口側に供給される加圧流体に旋回運動すなわ
ち角速度を付与し、チャンバ８４の出口側で加圧流体の
旋回マスを生じさせるためのものである。旋回流体が吐
出ノズル８６を通り、第２図〜第５図に示した実施例と
同様に、高速の薄膜円錐ジェットとして吐出ノズル８６
から噴射される。

フローデフレクタ８７は、チャンバ８４内で同心状に配
置された中心コア８９を有し、該中心コア８９はチャン
バの長平方向に延在する複数の半径方向ベーン９１を備
えている。これらのベーン９１はチャンバの軸線のまわ
りで対称的に間隔をへだてて配置されており、第８図お
よび第９図に示す実施例の場合には８つのベーン９１が
設けられている。所望ならば、ベーン９１の個数を８個
以上または以下にすることもできる。

チャンバ８４の入口側に向かうベーン９１の端部はほぼ
直線状になっており、かつ、チャンバの軸線方向に沿っ
てチャンバに供給される流体の流れと平行になっている
。チャンバ８４の出口側に向ってベーン９１は弯曲して
おり、ベーンの出口部分はチャンバの軸線に対して傾斜
している。ベーンの出口部分は流入流体に対して傾斜し
てはいるが、ベーンのこの部分は弯曲させることなく、
比較的真直な入口部分と出口部分との間で弯曲させるの
がよい。好ましい実施例においては、チャンバ８４の直
径は１インチ（約２．５ｃｍ）、各ベーンの全長は０．
７５０インチ（約１９．０５鰭）であり、ベーンの最初
の０．２５０インチ（約６．３５票ｍ）の長さ部分は真
直に形成し、残りの長さ部分は０．５５０インチ（約１
．３９ｉｎ）の曲率半径で形成されている。また、ベー
ンの前縁部および後縁部にはテーパが付されている。

フローデフレクタ８７の人口端および出口端には、軸線
方向に延在するコーン９２．９３が設けられている。こ
れらのコーン９２．９３の基部はコア８９の直径とほぼ
等しい。これらのコーン９２．９３は、デフレクタのベ
ーンへの加圧流体の流入および流出を案内すべく作用す
る。入口側のコーン９２の長さおよび開先角度は厳格で
なくてよいが、出口側のコーン９３を截頭円錐形としか
つ出口側コーン９３の開先角度を吐出ノズル８６の入口
角度と等しくしたときに最高の結果が得られた。

第一８図および第９図の実施例により得られる掘削流体
の円錐角度は、主としてベーン９１の出口角度すなわち
１つのベーンの出口側端部における弯曲面に接する平面
と吐出ノズル８６の軸線に平行な平面との間の角度によ
り決定される。流体の円錐角度は出口角度の増大と共に
増大する。流体の円錐角度はまた、吐出ノズル８６に対
するデフレクタ８７の軸線方向位置によっても少くとも
影響を受けると考えられ、ベーン９１が吐出ノズル８６
から遠去けられるにつれて流体の円錐角度が小さくなる
。

掘削流体の所定圧力に対する第８図および第９図の実施
例に示す掘削装置は、第２図〜第５図の実施例に示す掘
削装置の掘削力の約２倍の掘削力を有することが確めら
れている。ベーン９１を通るときの圧力降下は、第２図
〜第５図の実施例におけるノズルブロック２６を通ると
きの圧力降下よりも実質的に小さく、従って、第８図お
よび第９図の実施例の場合は低い作動圧力でもって第２
図〜第５図の実施例の場合と同一量の掘削を行なうこと
ができる。

砂、ケイ砂粉末、ケイ砂粒子またはケイ砂層等の掘削材
料を、ドリルヘッドに供給される掘削流体中に４人する
ことによって、第８回および第９図の実施例に示す掘削
装置の掘削能力を更に向上させることができる。これら
の掘削材料は、ドリルヘッドにより発生されるジェット
の掘削力を約１０倍程度増大させることができる。従っ
て、第８図および第９図の実施例に示す掘削装置のドリ
ルヘッドは、掘削材料を添加することによって、第２図
〜第５図の実施例の掘削装置のドリルヘッドによる掘削
力および貫通速度の約２０倍の能力になる。他の実施例
と比べた場合、掘削力および貫通速度のこのような予期
せぬ増大により、小さな流体圧力でもって同一量の掘削
を行なうことができるし、所定の流体圧力でもってより
多量の掘削を行なうことができる。

第１０図は、第８図、に示した形式の掘削ヘッドに用し
）ることのできるフローデフレクタの別の実施例を示す
ものである。このデフレクタは軸線方向に延在する単一
のベーン９６からな、す、該ベーン９６はその軸線９７
のまわりで捩られており、ドリルヘッドのチャンバ′内
で同心状に取付けられて加圧流体に所望の旋回運動すな
わち角速度を付与する。このデフレクタは、第８図に示
したコーン９３と同様な出口コーン９９を備えている。

ベーン９６の入口端部分はほぼ平らに形、成されており
、かつ、ドリルヘッドに供給される加圧流体の軸線方向
流れと平行になっている。所望ならばベーン９６の前縁
部および後縁部にテーパを付することもでき、好ましい
実施例としては、曲げ度合いすなわち捩り度合いをベー
ンの先端部における出口角度Ｑが約４５°となるまで増
大させ、チャンバの先端部に向かうにつれてベーンがよ
り急激に捩られるように構成することができる。この捩
り形ベーンを採用したドリルヘッドにより発生される掘
削ジェットは、前述の実施例のような薄膜の円錐状シェ
ルとなる。この単一ベーンを通るときの圧力降下は、複
数のベーンを通るときの圧力″降下よりも小さい。これ
は単一ベーンの断面積が小さいからである。

第１１図および第１２図の実施例においては、ドリルス
トリング１６の先端部に閉ループ制御装置が設けてあり
、ドリルヘッド（図示せず）が土石中を前進するときの
操縦すなわち案内をこの閉ループ制御装置により行なう
ようになっている。

この閉ループ制御装置は、ドリルストリング１６のまわ
りで円周方向に間隔をへだてて配置されたサイドジェッ
ト１０１からなる。図示の実施例は互に直角となるよう
に間隔をへだでて配置された４つのサイドジェット１０
１を有するが、サイドジェットの個数は任意に定めるこ
とができる。非回転形のドリルストリングの場合には少
くとも３つのサイドジェットを設けるのが望ましいが、
回転形ドリルヘッドの場合には、もしもドリルヘッドの
回転がドリルストリングの回転と同期していて適正な操
縦作用が得られるようにするには、単一のサイドジェッ
トを採用することができる。各サイドジェット１０１は
、ドリルストリング１６の側壁を貫通する吐出開口すな
わちオリフィス１０２からなる。これらのオリフィス１
０２は、該オリフィスに対して開放位置と閉鎖位置との
間で移動できるスライドバルブ部材１０３により通常閉
鎖されている。これらのスライドバルブ部材１０３は軸
線方向に移動可能な制御口、ド１０４に連結されている
。これらの制御ロッド１０４は、リテーナチューブ１０
６内に取付けられた後端部１０４ａと、ガイド１０７に
より支持された前端部１０４ｂとを有する。リテーナチ
ューブ（典型的なものとしては約１０フイート（約３ｍ
））は、該チューブの１つの接合部の全長に沿ってドリ
ルストリング１６の内壁に取付けられており、制御ロッ
ドは後端部１０４ａの後端においてリテーナチューブ１
０６に取付けられている。制御ロッド１０４は、リテー
ナチューブ１０６およびガイド１０７内で先端に向って
自由にスライドできる。

制御ロフト１０４の後端部１０４ａの直径および長さは
前端部１０４ｂの直径および長さよりも大きく、制御ロ
ソ“ドの前端部１０４ｂおよび後端部１０４ａは、リテ
ーナチューブ１０６の前端部に設けた密封流体チャンバ
１０８により互に結合されている。密封流体チャンバ１
０８は異なる直径の２つのボアを有し、該ボア内におい
て制御ロッドの前端部１０　＝ｉ　ｂおよび後端部１０
４ａの向い合った端部がピストン構造をなして受は入れ
られている。密封流体チャンバ１０８のボアの直径が異
なっているため、密封流体チャンバにより制御ロッドの
後端部１０４ａに対する前端部１０４ｂの移動量が増大
される。

サイドジェット１０１の作動は、ドリルストリング１６
の曲がりすなわち曲率に応じて行なわれる。ドリルスト
リング１６が真直であるときは、制御ロッド１０４は休
止位置にあり、スライドバルブ部材１０３によりオリフ
ィス１０２が閉鎖される。ドリルストリング１６が第１
２図に示すように弯曲しているときには、弯曲中心線の
外側にある制御ロッドはドリルストリング１６に対して
効果的に短かくなり、弯曲中心線の内側にある制御ロフ
トは効果的に長くなる。従って、弯曲中心線の内側にあ
るオリフィス１０２は開放され、矢印１１１で示すよう
に流体のジェットが半径方向に吐出される。半径方向に
吐出するジェットの反作用推力により、ドリルストリン
グ１６の曲がりに抗する作用が生じる。この閉ループ制
御装置の作動は、ドリルストリングの回転により影響を
受けることはない。

閉ループ制御装置の感度は、ドリルストリング１６の直
径および制御ロフト１０４の長さの増大により直接的に
増大する。異なる直径をもつ制御ロフトの前端部および
後端部を結合するのに密封流体チャンバ１０８を用いて
いるため、スライドバルブ部材の運動が増大され、閉ル
ープ制御装置の感度を一層向上させることができる。

所望ならば他の形式の制御装置およびセンサを使用する
ことができる。例えばドリルストリングの曲がりは、１
９８５年１２月１９日付米国特許出願第８１１，５３１
号明細書に開示された電気作動形センサにより検出する
ことができる。これらのセンサからの信号は、サイドジ
ェットを制御するための電気作動形バルブを制御するの
に用いることができる。同様に、電気作動形バルブは外
部から与えられる信号により制御することができる。

第１３図に示す実施例においては、ドリルヘッドが、該
ドリルヘッドの軸線のまわりで間隅をへたてて配置され
た４つの前向き吐出ノズル１１６を備えている。各吐出
ノズル１１６は、第８図および第９図の実施例における
吐出ノズル８６と同様なものであり、かつ、フローデフ
レクタ８７（第８図）と同様なベーン形フローデフレク
タ１１８が取付けられているボア１１７の先端に配置さ
れている。吐出ノズル１１６は、ドリルヘッドの軸線に
対して斜めに傾斜させることができるが、図示のように
軸線に対し平行に配置してもよい。フローデフレクタ１
１８は、制御ロッド１１９を介してアクチュエータ（図
示せず）に連結されており、吐出ノズル１１６から噴射
される掘削流体のジェットを制御すべくポア１１７内に
おいて前進位置と後退位置との間で移動できる。フロー
デフレクタ１１８が吐出ノズル１１６に向って前進され
ると、ジェットは比較的大きな開先角度をもつ薄膜円錐
状シェルの形状となり、逆にフローデフレクタ１１８が
後退されると、シェアドは比較的小さな開先角度をもつ
ペンシル状の流れとなる。異なる形式のジェットにより
異なる形状の孔を掘削できるので、軸線に関して互に反
対側にあるジェットを制御することによりドリルストリ
ングの前方にある掘削孔の幾何学的形状を変えることが
できる。また、これにより、地中に穿けられる孔の方向
を決めることができる。

ジェットは、フローデフレクタ１１８のベーンを吐出ノ
ズル１１６の軸線のまわりで回転することによっても制
御できる。もしもベーンが自由に回転できるようになっ
ていれば、流体マスは旋回しないし、この結果性じるジ
ェットは開先角度の小さいペンシル状流れとなる。この
制御方法を用いる１つの実施例として、フローデフレク
タ１１８を流体の流れによって各デフレクタのまわりで
回転させ、個々のデフレクタの回転を緩めたり停止させ
るべくブレーキ力を作用させることによって個々のジェ
ットの形状および掘削方向を制御するように構成できる
。

ドリルヘッドまたはドリルヘッドを取付けるドリルスト
リングにジャイロスコープのようなセンサを設け、ドリ
ルヘッドおよびドリルストリングの１頃斜を監視するこ
とができる。かようなセンサにより発生される信号は、
フローデフレクタの位置、従って掘削される孔の方向を
制御するのに用いることができる。適当なジャイロスコ
ープ装置の１つが、商品名「パスファインダ（Ｐａｔｈ
ｆｉｎｄｅｒ）　Ｊの名称でスコントランドのＦｅｒｒ
ａｎｔｉ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社から市販されている。こ
のジャイロスコープ装置は３つの静電形ジャイロスコー
プを使用していて、１　、０００フイート　（約３０５
ｍ）当り１フイート（約０．３ｍ）の精度を有する。

第１４図〜第１６図に示す実施例は、ドリルヘッドが、
該ドリルへ・ノドの軸線から間隔を隔てて配置された４
つの前向き吐出ノズル１２１を備えており、吐出ノズル
１２１から噴射されるジェットを制御する手段により掘
削される孔の方向を制御するように構成したものである
。この実施例においては、フローデフレクタ１２２がボ
ア１２３内の固定位置に取付けられており、作動時にお
いて吐出ノズル１２１から薄膜円錐状の掘削ジェットが
噴射されるようになっている。所望ならば、ボア１２３
および吐出ノズル１２１をドリルヘッドの軸線に対して
斜めに傾斜させることができ、あるいは該軸線に対して
平行に配置してもよい。

吐出ノズル１２１から噴射されるジェットを形成する掘
削流体は、ボア１２３の入口端側に設けた互に相対回転
する１対のスロットルプレート１２６．１２７を通って
流れる。スロットルプレート１２６，１２７は同軸シャ
フト１２８，１２９に取付けられている。また、各スロ
ットルプレート１２６．１２７には孔が設けてあり、こ
れらの孔は互に整合しかつ選択された１つのボア１２３
と整合して、個々の吐出ノズル１２１に向って流れる掘
削流体を制御すべく作用する。図示の実施例においては
、スロットルプレート１２６はほぼ扇形をなす１０個の
孔１３１を有しく第１５図）、名札１３１はスロットル
プレート１２６の軸線のまわりで対称的に間隔をへだで
て配置された１８″のアーク長さを有している。第１６
図に示すように、スロットルプレート１２７は１８６の
アーク長さをもつ３つの孔１３２と、３６°のアーク長
さをもつ２つの孔１３３と、１２６°のアーク長さをも
つ１つの孔１３４とを備えている。もしもスロットルプ
レート１２７の３つの孔１３２がスロットルプレート１
２６のいずれかの３つの孔１３１と整合すると、孔１３
１のすべてが開かれ、掘削流体が４つのすべての吐出ノ
ズル１２１に均一に流れることになる。これに対し、も
しもスロットルプレート１２７の孔１３２がスロットル
プレート１２６の孔１３１と整合しないときには、孔１
３２とは反対側のドリルヘッド側にある吐出ノズル１２
１に大量の掘削流体が流入し、次いで残りの吐出ノズル
１２１に掘削流体が流入することとなり、このようにし
てドリルヘッドが燥縦される。

スロットルブレート１２６，１２７は、両シ十フト１２
８，１２９に連結されたアクチュエータ（図示せず）に
よって回転される。第１３図の実施例で説明したように
、ドリルヘッドおよびドリルストリングの傾斜および位
置を適当なセンサにより監視し、スロットルプレートの
回転を制御するように構成することができる。同じ結果
を得るのに他の形式のスロットルバルブを用いることも
できる。

第１７図に示す実施例においては、ドリルへ・ノド１３
６が、管状のドリルストリング１３７の先端部に着脱自
在に取付けられており、かつ、ドリルストリング１３７
を掘削孔から外すことな（して、ドリルストリング１３
７からドリルヘッド３６を引き出して取換えることがで
きる。ドリルヘッド１３６は、例えば第２図に示したド
リルヘッド１８あるいは第６図および第７図に示したド
リルヘッドと同様なものでもよい。ドリルヘッド１３６
は、ドリルストリング１３７の軸線方向通路１３９内に
挿入された比較的薄肉の管状ライナすなわちドリルへラ
ドキャリヤ１３８の先端部に取付けられている。ドリル
ヘッド１３６およびドリルへ７ドキヤリヤ１３８は、ド
リルストリング１３７の軸線方向通路１３９の直径より
も僅かに小さな直径で作られており、通路１３９を自由
に通り得るようになっている。ドリルへラドキャリヤ１
３８は、ドリルストリング（一実施例では約１０フイー
ト（約３ｍ））の最柊部の長さＣご亘って延在しており
、かつ、後端部が開放していてドリルストリング１３７
の軸線方向通路１３９と流体連通している軸線方向通路
１４１を備えている。

ドリルへラドキャリヤの先端部にはシール１４２が取付
けられており、該シールはドリルへラドキャリヤ１３８
と共に取外すことができる。このシール１４２はドリル
ストリング１３７の先端部に形成した半径方向肩部１４
３に座台しており、ドリルストリング１３７およびドリ
ルへラドキャリヤ１３８の先端部の間の流体シールを行
なっている。

ドリルへラドキャリヤ１３８の後端部には弛緩自在のロ
ック（図示せず）が設けてあり、ドリルへラドキャリヤ
１３８の先端部をシール１４２に対して押し付けかつド
リルヘッド１３６をドリルストリング１３７の先端部か
ら突出させることによって、ドリルへラドキャリヤ１３
８をドリルストリング１３７に固定できるようになって
いる。

このロックは銃のブリーチロツクと同様に構成すること
もでき、また、工具（図示せず）を掘削孔の端面からド
リルストリングに挿入して約９０６回転させることによ
り保合および離脱するように構成することもできる。

所望ならば、第１１図および第１２図に示したものと同
様なガイド装置をドリルへラドキャリヤ１３８の内壁に
取付けて、ドリルヘッド１３６の摸縦を行なうように構
成することもできる。

作動に際し、ドリルヘッド１３６およびドリルへラドキ
ャリヤ１３８をドリルストリング１３７内に挿入し、第
１７図に示す位置に固定する。次いで加圧掘削流体をド
リルストリング１３７およびドリルヘッドキャリヤ１３
日の軸線方向通路１３９．１４１を通してドリルヘッド
１３６に供給する。ドリルヘッド１３６を取換えるには
、ドリルへラドキャリヤ１３８をドリルストリング１３
７に固定しているロックを、ドリルストリング１３７に
通した工具によって緩め、この工具あるいは他の適当な
工具によりドリルヘッド１３６およびドリルヘッドキャ
リヤ１３８をドリルストリング１３７から引き出す。ド
リルヘッド１３６およびドリルへラドキャリヤ１３８は
、同じ工具を用いてドリルストリング１３７に再挿入お
よび再連結することができる。

第１７図の実施例は、第１図〜第５図に示したドリルヘ
ッド１８を用いてコアカッタとして使用するのに特に適
している。前述のように、軸線方向に向いた周辺ジェッ
トはコアカットする場合には必要とされない。コアサン
プルは円錐状の掘削ジェットにより被掘削組成物から切
り出され、その後ドリルヘッド１３６およびドリルへラ
ドキャリヤ１３８をドリルストリング１３７から取外す
。

次にコアサンプル取出し工具がドリルストリング１３７
内に挿入され、コアサンプルが引き出される。

第１８図は、モジュラ−ボンド構造を有する掘削装置の
実施例を示すものである。この実施例は、ノズルモジュ
ール１５１、制御ボッド１５２、ジャイロボッド１５３
およびテールコーン１５４を備えている。これらの要素
はドリルストリング１５６の先端部に取付けられている
。ノズルモジュール１５１、制御ボッド１５２、ジャイ
ロボッド１５３およびテールコーン１５４は互に螺着さ
れており、かつ、ドリルストリングの内部側壁に取付け
られたスパイダ１５７．１５８によってドリルストリン
グ内で同心状に支持されている。

ノズルモジュール１５１は円筒状のハうジング１６１か
らなり、該ハウジング１６１の先端部からドリルヘッド
１６２が突出している。ドリルヘッド１６２は、ドリル
ストリングの先端壁に形成された軸線方向の開口１６３
を通って延在している。ドリルヘッド１６２および開口
１６３には互に合致するテーパが形成されており、また
これらのドリルヘッド１６２および開口１６３は０リン
グあるいは他のシール（図示せず）を有し、開口１６３
内でのドリルヘッド１６２の座台およびシーリングが容
易に行なえるようになっている。トリルヘッド１６２は
第１４図あるいは第１５図に示した形式のものとするこ
とができるし、他の適当な設計によるドリルヘッドとし
てもよい。ノズルハウジング１６１の側壁には入口開口
１６４が形成してあり、掘削流体がドリルストリング１
５６からドリルヘッド１６２に流れ得るようになってい
る。

ノズルモジュール１５１の後端部は、制御ボッド１５２
の先端部に螺着されている。制イ１「ボッド１５２は、
ドリルヘッド１６２の吐出ノズルから吐出される掘削流
体のジェットを制御するアクチュエータおよび制御ロッ
ドを包囲している。

制御ボッド１５２の後端部はジャイロボッド１５３の先
端部に螺着されている。ジャイロボッド１５３は、ドリ
ルストリング１５６およびドリルへ・７ド１６２の傾斜
を定めるジャイロスコープおよび関連電子部品を備えて
いる。制御ボッド１５２は更にロジック制御電子部品を
備えている。

ジャイロボッド１５３の後端部にはテールコーン１５４
が螺着されている。テールコーン１５４は、サッカーロ
ッドのコネクタと、テールコーンと地面との間に延在す
るケーブル（図示せず）とを備えている。図示の実施例
では、比較的薄肉の管状部材１６６が、サッカーロッド
と、ボッドストリングと地面との間で電気信号を伝送す
るケーブル用の導管との双方の作用をしている。管状部
材１６６は互に螺着された数個のセクションで作り、ド
リルストリングの１セクシヨンが付加されるたびに管状
部材１６６０１つのセクションを付加するように構成し
てもよい。ケーブルにより伝送される信号は、出力信号
としてのジャイロデータおよびサーボパワーデータと、
入力信号としての位置データである。ジャイロスコープ
からの内部ガイダンス信号は地面に伝達されるので、別
のログ用装置は必要とされない。電力はケーブルを介し
てボッドストリングに供給することができ、あるいはテ
ールコーンやドリルストリングの別のセクション内に取
付けたバッテリにより供給することもできる。

電力やデータ信号を伝送するケーブルは、管状部材１６
６の中に収納する代りに、サンカーロッドとしても使用
することができる中実バーすなわち中実ロッド内に埋入
してもよい。この中実ロッドは、例えば塩化ビニルある
いはガラス繊維のような絶縁材料で作り、導線を直接こ
の絶縁材料中に埋入してもよい。このような方法で埋入
された導線は絶縁材料により互に絶縁され、かつ、ロッ
ドの外の大気からも隔絶される。界線を埋入したロッド
の各セクションは、ケーブルを包囲する管状部材のセク
ションと同様に、ドリルストリングのセクションが付加
されるときに互に連結することができる。

モジュラ−構造は、掘削装置の利用性を高めることがで
き、例えばドリルヘッドの圧力や流れを監視するポット
または地中の被掘削組成物の試験を行なうポンド等の付
加ボッドを用いることが可能となる。ボッドストリング
は、掘削孔からドリルストリングの全体を引き出すこと
無くして、ドリルストリングを通して取外しおよび取換
えることができる。後方のスパイダ１５８は、ボッドス
トリングの装着および取外しを容易に行なうことができ
るバヨネットマウントを備えている。

以上述べたガイドおよび制御装置は、作業者にドリルス
トリングの実時間表示を与えかつドリルストリングの運
動軌道を制御しあるいは修正する実時間制御を行なうこ
とができる。この制御装置は、掘削装置が静止している
ときあるいは回転しているときであっても、ドリルスト
リングの運動軌道を変えることができる。ドリルストリ
ングは、ドリルストリングを所望の目的箇所にガイドす
るために上・下方向（ピッチング）および左・右方向（
ヨーイング）に操縦することができる。

本発明は多くの重要な特徴および利点を有している。本
発明の掘削方法および装置は、石油およびガス井戸のよ
うな深い孔、水平な孔、垂直（上向きおよび下向き）な
孔および傾斜した孔等の多種の孔を地中に掘削するのに
用いることができる。

また、固形組成物および非固形組成物の双方について、
速い掘削速度で掘削を行なうことができる。

更に、これらの双方の組成物中に孔を形成するだけでな
く、コアサンプルを切り出すのにも使用することができ
る。掘削孔の方向は、掘削孔の予期しない曲がりやうね
りを無くすために、自動的に修正制御され、かつ、掘削
孔からドリルストリングを除去することなくしてドリル
ヘッドの交換を行なうことができる。また、ドリルヘッ
ドは、比較的少ない部品で作ることができかつ経済的に
製造することができる。

以上のように、本発明によれば新規で改良された流体堀
削装置および流体掘削方法が提供される。

ここには特定の好ましい実施例のみについて詳細に説明
したが、特許請求の範囲に記載の本発明から逸脱するご
となく当業者が種々の変更および修正を行なうことがで
きることは明白であろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、地下組成物に掘削孔を形成する本発明の掘削
装置の一実施例を示す部分側面図である。 第２図は、第１図の実施例におけるドリルヘッドの中心
線を通る断面図である。 第３図は、第２図のドリルヘッドの正面図である。 第４図は、第２図のドリルヘッド内のノズルブロックの
背面図である。 第５図は、第２図のドリルヘッド内のノズルブロックの
部分断面図である。 第６図は、本発明の別の実施例によるドリルヘッドの中
心線を通る断面図である。 第７図は、第６図のドリルヘッドのロータを示す背面図
である。 第８図は、本発明の更に別の実施例によるドリルへ、ド
の中心線を通る断面図である。 第９図は、第８図の９−９　ｖＡを通る横断面図である
。 第１０図は、本発明のドリルヘッドに使用するフローデ
フレクタのベーンの一実施例を示す斜視図である。 第１１図は、本発明の別の実施例による掘削装置の中心
線を通る断面図である。 第１２図は、第１１図の掘削装置の作動を示すものであ
り、第１１図と同様な中心線を通る断面図である。 第１３図は、本発明の更に別の実施例による掘削装置の
中心線を通る部分断面図である。 第１４図は、本発明の更に別の実施例による掘削装置の
中心線を通る部分断面図である。 第１５図および第１６図は、第１４図の実施例に用いる
スロットルプレートの平面図である。 第１７図は、本発明の更に別の実施例による掘削装置の
中心線を通る部分断面図である。 第１８図は、モジュラ−ボッド構造を備えた本発明の更
に別の実施例による掘削装置の中心線を通る部分断面図
である。

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. （１）内部室と、該内部室内で加圧流体の旋回マスを生
   じさせる装置と、加圧流体を吐出する吐出ノズルとを有
   することを特徴とする流体掘削装置。
2. （２）加圧流体の旋回マスを生じさせる前記装置が、前
   記内部室の一端において前記内部室の軸線のまわりで斜
   めに傾斜した複数の静止入口ノズルを備えていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の流体掘削装置
   。
3. （３）前記吐出ノズルが、掘削流体を薄膜円錐状シェル
   の形状に吐出させる軸線方向に延びるボアを備えている
   ことを特許請求の範囲第１項に記載の流体堀削装置。
4. （４）前記吐出ノズルのまわりで円周方向に間隔をへだ
   てて配置された軸線方向に向く複数のノズルを備えてお
   り、該ノズルが、前記薄膜円錐状シェルを貫きかつ該薄
   膜円錐状シェル内で軸線方向延在する高速流体のジェッ
   トを噴射することを特徴とする特許請求の範囲第３項に
   記載の流体掘削装置。
5. （５）前記内部室内において加圧流体により軸線のまわ
   りで回転されかつ吐出ノズルを形成する斜めに傾斜した
   ボアを備えたロータを有することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の流体掘削装置。
6. （６）前記ロータが対向面を備えており、該対向面が前
   記内部室内の加圧流体と協働してロータを回転させかつ
   ロータの回転速度を約５〜５０ｒｐｍに制限することを
   特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の流体掘削装置
   。
7. （７）加圧流体の旋回マスを生じさせる前記装置が、前
   記吐出ノズル内の加圧流体に旋回運動を伝達する少くと
   も１つのフローデフレクタベーンを備えていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の流体掘削装置。
8. （８）掘削流体の一部を吐出して掘削孔の方向を制御す
   る装置を備えていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の流体掘削装置。
9. （９）掘削流体の一部を吐出して掘削孔の方向を制御す
   る前記装置が、複数の吐出開口と、該吐出開口の各々を
   通って吐出される掘削流体の流量を制御する装置とを備
   えていることを特徴とする特許請求の範囲第８項に記載
   の流体掘削装置。
10. （１０）前記吐出開口が半径方向に向いていることを特
    徴とする特許請求の範囲第９項に記載の流体掘削装置。
11. （１１）前記ドリルヘッドが管状のドリルストリングの
    先端部に取付けられており、掘削流体の流量を制御する
    前記装置がドリルストリングの曲がりに応じて吐出開口
    に対し開放位置と閉鎖位置との間で移動可能なバルブ部
    材を備えていることを特徴とする特許請求の範囲第９項
    に記載の流体掘削装置。
12. （１２）前記ドリルヘッドが管状のドリルストリングの
    先端部に取付けられており、掘削流体の流量を制御する
    前記装置が制御信号に応じて開放位置と閉鎖位置との間
    で移動可能なバルブ部材を備えていることを特徴とする
    特許請求の範囲第９項に記載の流体掘削装置。
13. （１３）前記ドリルヘッドが、掘削流体の掘削ジェット
    を掘削孔の先端部に向って噴射する複数の前向き吐出ノ
    ズルと、各吐出ノズルを通る流体の吐出を制御して掘削
    孔の方向を制御する装置とを備えていることを特徴とす
    る特許請求の範囲第８項に記載の流体掘削装置。
14. （１４）前記吐出ノズルの各々が、吐出ノズルから噴射
    されるジェットの幅を制御すべく軸線方向前進位置と後
    退位置との間で移動可能なフローデフレクタベーンを備
    えており、吐出ノズルを通る流体の吐出を制御する前記
    装置が、前記フローデフレクタベーンを前進位置と後退
    位置との間で移動させる装置を備えていることを特徴と
    する特許請求の範囲第１３項に記載の流体掘削装置。
15. （１５）吐出ノズルを通る流体の吐出を制御する前記装
    置が、それぞれの吐出ノズルを通って噴射される掘削流
    体の相対的流量を制御する装置を備えていることを特徴
    とする特許請求の範囲第１３項に記載の流体掘削装置。
16. （１６）吐出ノズルを通って噴射される掘削流体の相対
    的流量を制御する前記装置が相対的に回転可能な１対の
    スロットルプレートを備えており、該スロットルプレー
    トはドリルヘッドと同心状に配置されておりかつそれぞ
    れの吐出ノズルに供給される流体の流量を制御すべく吐
    出ノズルと整合する位置または整合しない位置に選択的
    に位置決めさせる流れ制御孔を備えていることを特徴と
    する特許請求の範囲第１５項に記載の流体掘削装置。
17. （１７）加圧流体の旋回マスを生じさせる工程と、旋回
    する加圧流体を吐出ノズルに導入し、吐出ノズル内で加
    圧流体を螺旋状にスピンさせて地中に切込まれるジェッ
    トとして吐出ノズルから噴射させる工程とからなること
    を特徴とする地中に孔を掘削する方法。
18. （１８）加圧流体の一部を吐出させて掘削孔の方向を制
    御する工程を有することを特徴とする特許請求の範囲第
    １７項に記載の掘削方法。
19. （１９）加圧流体の一部を半径方向に向けて地中でドリ
    ルヘッドの操縦を行なうことを特徴とする特許請求の範
    囲第１８項に記載の掘削方法。
20. （２０）ドリルヘッドの軸線のまわりで間隔をへだてて
    配置された吐出ノズルを通して、ほぼ軸線方向に向いた
    複数の加圧流体のジェットを吐出させる工程と、掘削孔
    の方向を制御すべくそれぞれのジェットの掘削パターン
    を制御する工程とを有することを特徴とする特許請求の
    範囲第１８項に記載の掘削方法。