海底ドリルシステム及びドリルシステムの操縦方法
海底ドリルシステムは、水の中又は外で取外し可能且つ交換可能なツールカルーセルを有するドリルモジュールと、スキッドモジュールと、及び水の中又は外で前記スキッドモジュールと接続及び切断されるＲＯＶとを備え、該ＲＯＶは、前記海底ドリルシステムを作動するため用いられる。海底ドリルシステムを作動させる方法は、水の中又は外で、ツールカルーセルをドリルモジュールから取外して該ツールカルーセルを他のツールカルーセルに交換するステップを含む。ＲＯＶは、水の中又は外で、スキッドモジュールに接続され、前記スキッドモジュールから切断される。前記海底ドリルシステムは、前記ＲＯＶを用いて作動させられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海底ドリルシステム、より詳しくは、ＲＯＶ（Ｒｅｍｏｔｅ Ｏｐｅｒａｔｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ：遠隔操縦車両）を有するようなシステムに関する。本発明は、また、海底ドリルシステムの操縦方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
モントレー研究所（Ｍｏｎｔｅｒｅｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）のために製造された或る既存の装置は、２つのＲＯＶに搭載され操作される水平削孔ドリルを有する。さらに、モントレーベイ研究所（Ｍｏｎｔｅｒｅｙ Ｂａｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）のために製造された他の装置は、スキッドを使用する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、この装置においては、カルーセルは固定されており、水平に取付けられる。海底ドリルシステムは、垂直に取付けられる取外し可能なカルーセルを有する。
【０００４】
従って、本発明の目的は、この通常の方式の従来の装置及び方法の、ここに前述した不利な点を克服することであって、すなわち、カルーセルを、水面又は海底上で取外し可能とし、カルーセルをピンおよびガイド用レセプタクルにより所定場所にガイドして他のＲＯＶを使用して水中で取外し又は交換可能とし、また、ＲＯＶを海底ドリルシステムに接続して海底ドリルシステムを操縦できるように、システムを水中でＲＯＶに結合可能とし、さらに、ＲＯＶを水中で海底ドリルシステムスキッドパッケージから切り離し可能とするとともに、ＲＯＶを、ＲＯＶが支援船のデッキ上にある間、海底ドリルシステムに速やかに取り外し又は搭載可能とする、海底ドリルシステム及び海底ドリルシステムの操縦方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前述の及び他の目的を視野に入れ、本発明によれば、海底ドリルシステムが提供される。本システムは、水の中又は外で取外し可能且つ交換可能なツールカルーセルを有するドリルモジュールと、スキッドモジュールと、水の中又は外で前記スキッドモジュールに接続され及びスキットモジュールから切り離される、海底ドリルシステムを操縦するためのＲＯＶとを備える。
【０００６】
本発明の目的を視野に入れ、海底ドリルシステムの操縦方法もまた提供される。この方法は、水の中又は外で、ツールカルーセルをドリルモジュールから除去して該ツールカルーセルを他のツールカルーセルに交換するステップ、水の中又は外で、ＲＯＶをスキッドモジュールに接続し、前記ＲＯＶを前記スキッドモジュールから切断するステップ、及び前記海底ドリルシステムを、前記ＲＯＶを用いて作動させるステップを含む。
【０００７】
本発明に従う海底ドリルシステムは、水深３０００ｍ又は９８４０フィートで従来のダイヤモンドドリル技術を使用することにより、地質学的なコアのサンプルを採取するために構成される。システムは、好適な重量クラスのＲＯＶに関連して形成され、且つ陸上の削孔及びコアリング技術を利用する。従来のコアリングのツール及びドリルシステムは、逆循環ドリルシステムとともに使用される。
【０００８】
２つの主なアセンブリ又はパッケージ、即ち海底ドリルパッケージおよび表面制御パッケージが海底ドリルシステムに設けられる。本発明に従う海底ドリルシステムは、例えばＴｒｉｔｏｎ ＳＴ２００ ｃｌａｓｓ ＲＯＶのような好適なＲＯＶにインターフェースで接続する。海底ドリルシステムは、油圧源および電源のための通信回線を供給するため好適なＲＯＶを採用することによって作動する。海底ドリルシステムは、供給、サービス及び作動を画定するため、ＳＴ２００ ｃｌａｓｓ ＲＯＶまたは任意の重量クラスのＲＯＶを使用する。
【０００９】
ベースライン海底ドリルシステムのための機能系統性能要件は、１２ｍ又は３９．４フィートのコアリング深さと、３．５の比重と推定されるコア密度である。コア直径及び長さは、それぞれ５１．８ｍｍ又は２．０４インチ、及び１バレル当たり１．５ｍ又は５９インチである。ドリルの打込み力は０から４０ｋＮ（９０００ポンド／フィート）であり、引抜き力も同様である。
【００１０】
パイプロッド取扱性能は、２．０ｍ又は７９インチの長さのロッドで、毎分１つのジョイントの形成又は分解に対応する。ロッドの打込み及び引き抜きのための稼動速度は、無負荷状態で０から０．２ｍ又は０．６６フィート毎秒であり、４０ｋＮ又は９０００ポンド／フィートの荷重負荷状態で０から０．０２５ｍ又は１インチ毎秒である。ドリルヘッドは、１５．２ｍ又は５０フィート毎分の速度で打ち込まれ、１０．７ｍ又は３５フィート毎分の速度で引き抜かれる。ドリルトルクの範囲は、１５Ｎｍから２５０Ｎｍまで、又は１１フィートポンドから１８５フィートポンドまでである。ドリル速度の範囲は０から９００ｒｐｍ、連続可変であり、２速モータを使用し、最大ドリルスピンドル速度は１２００ｒｐｍである。
【００１１】
海底ドリルシステム構造は、Ｄｅｔ Ｎｏｒｓｋｅ ＶｅｒｉｔａｓないしＤＮＶのＲｕｌｅｓ ｆｏｒ Ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｌｉｆｔｉｎｇ Ａｐｐｌｉａｎｃｅｓに従い、負荷試験がＤＮＶの立会いにより行われた。
【００１２】
本発明に特有と考えられる他の特徴は、特許請求の範囲において規定される。
【００１３】
本発明は、海底ドリルシステム、及び海底ドリルシステムを作動させる方法における実施形態としてここに図示及び説明されるが、それでもやはり、本発明の技術思想から逸脱することなく、特許請求の範囲の均等の範囲内で、種々の応用と構造上の変更がなされ得ることから、示された詳細に限定することは意図されていない。
【００１４】
しかしながら、本発明の構成及び作動の方法とそれらの追加の目的及び利点は、添付の図面と関連して読まれる時、以下の、特定の実施形態の説明から最も良く理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に従う海底ドリルシステムの構成要素を示す図である。
【図２Ａ】ドリルモジュール及びスキッドモジュールを含む海底スキッドパッケージの前面側面斜視線図である。
【図２Ｂ】ＲＯＶの前方及び側方からの斜視図である。
【図２Ｃ】ＲＯＶを搭載したドリルモジュール及びスキッドモジュールの前方及び側方からの斜視図である。
【図３】脚部を伸ばし、かつドリルヘッドアセンブリとツールカルーセルを搭載した図２Cに類似する、前方及び側方からの斜視図である。
【図４】ドリルヘッドアセンブリの拡大立面図である。
【図５】ドリルヘッドアセンブリの更に拡大した断面図である。
【図６】ドリルヘッドアセンブリのより一層更に拡大した断面図である。
【図７】ドリルモジュールのツールカルーセルの上面斜視図である。
【図８】ツールカルーセルの立面図である。
【図９】図８と異なる大きさに拡大したツールカルーセルの立面図である。
【図１０】カルーセルピンレセプタクルを備えたツールカルーセルの立面図である。
【図１１】駆動機構の斜視図である。
【図１２】フットクランプの斜視図である。
【図１３】引込位置におけるツールアームの斜視図である。
【図１４】延伸位置におけるツールアームの斜視図である。
【図１５】ツールアームのグリッパの拡大斜視図である。
【図１６】レベリング脚部の外側斜視図である。
【図１７】レベリング脚部の内側立面図である。
【図１８】レベリング脚部の拡大部分内側立面図である。
【図１９】ドリルモジュール用構造フレームの前面側面斜視図である。
【図２０】ドリルウォータポンプの斜視図である。
【図２１】ドリルモジュールマニホールドの油圧系の略図である。
【図２２】ドリルモジュールマニホールドの油圧系の略図である。
【図２３】ドリルモジュールマニホールドの油圧系の略図である。
【図２４】電気ケーブルと海底制御装置の略図である。
【図２５】スキッドモジュール用構造フレームの斜視図である。
【図２６】表面制御ステーションの斜視図である。
【図２７Ａ】主ドリルスクリーンを示す図である。
【図２７Ｂ】ツール変更スクリーンを示す図である。
【図２８】データロガーを示す図である。
【図２９】逆循環ドリルヘッドの斜視図である。
【図３０】循環ドリルビットの部分斜視図である。
【図３１】循環ドリルビットの一部の、拡大部分斜視図である。
【図３２】循環ドリルビットの一部の、拡大部分斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
ここで添付図面の図を詳細に、そしてまずは特にその図１を参照すると、海底スキッドパッケージ及び表面制御パッケージを含み、以下に詳細に説明される、本発明に従う海底ドリルシステムの構成要素を示すチャートが示される。
【００１７】
図２Ａは、ドリルモジュール１及びスキッドモジュール１００を含む海底スキッドパッケージを示す。図２Ｂは、海底スキッドパッケージに使用されるＲＯＶ３を示し、図２Ｃは、海底スキッドパッケージに搭載されたＲＯＶ３を示す。ここで図示する好適なＲＯＶは、ＸＬＸＳ１２５であるが、他のものを代わりに使用してもよい。ドリルモジュール１は、２つの安定水平化脚部８０を有し、スキッドモジュール１００は、１つの安定水平化脚部８０を有して、これらは改良された三脚構造をなす。脚部８０は、図２Ａに示すとおり延伸することができ、図２Ｃに示すとおり引込むことができ、又は、海底の凹凸に対応するため部分的に延伸することができる。脚部８０は、最大延伸長５３”を有するが、より長いまたは短い最大延伸長をもつよう構成することもできる。以下により詳細に説明される２つのツールアーム７０及びドリルヘッド１０は、図２Ｃにも見ることができる。延伸された脚部８０も示す図３は、下方に配置されたドリルヘッド１０を示す一方、ドリルヘッド１０は図２Ｃにおいて上方に配置される。最後に、図２Ａ、２Ｃ及び３は、ドリルモジュール１のための構造フレーム９０及びスキッドモジュール１００のための構造フレーム１３０も示す。
【００１８】
図２Ｂ、２Ｃ及び３に示すＲＯＶは、海底で海底ドリルシステムと結合することができる好適なＲＯＶである。海底ドリルシステム自体は、単独では操作されることができないが、代わりにＲＯＶにより操作される。また、一の海底ドリルシステムから他の海底ドリルシステムへと移動でき、それらを様々な設定で操作することができる１つのＲＯＶを用いて、水底上の複数海底ドリルを操作するようにしてもよい。ＲＯＶは、海底ドリルシステムを操縦するために車両との電気的、油圧的及び通信的な接続をもたらし得る結合ピン及び湿式の結合コネクタを位置１２に有する。
【００１９】
海底ドリルシステムは、掘削及びコアリングするシステムである。システムの一般的な要求事項は、ＲＯＶが油圧動力、電力、遠隔操作（テレメトリ）及びスペアファイバを供給することである。システムは、図示の構造及びダイヤモンドドリルツールを用いて２０ｍ（メートル）のコアを堀り回収することができる。ＲＯＶ２７５コア・バレル・アンド・ロッド・アセンブリ（ＲＯＶ２７５ Ｃｏｒｅ Ｂａｒｒｅｌ ａｎｄ Ｒｏｄ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と称される特別なコアバレルシステムが使用される。ＸＬＳ１２５ＲＯＶがベースラインシステムとして使用されるが、他の多くの種類の重量クラスのＲＯＶが本発明に従う海底ドリルシステムとともに使用できる。システムは、２つのパッケージ、即ち、表面制御パッケージと、図１に見られるとおりドリルモジュール１をもつ海底スキッドパッケージを使用する。
【００２０】
図４は、ドリルモジュール１のドリルヘッド１０の更なる詳細を示す拡大図であり、アルミニウム製のクロスビーム１４と、２本の油圧昇降シリンダ１５、１６と、スピンドルアセンブリ１８と、油圧スピンドル駆動モータ１９と、非金属製のスピンドル駆動ベルト２０とを含むのが分かる。
【００２１】
ドリルヘッド１０に関するより一層更なる詳細が図５の断面図により与えられる。図５には、スピンドルアセンブリ１８が、スピンドル２１、スピンドルロックシリンダ２２、ウォータスイベル２３及びセーバーサブ２４を有することが示される。スピンドルロックシリンダ２２は、シリンダがトルク伝達に使用されるようシリンダをロックする。ウォータスイベル２３は、削孔される孔の潤滑と削り屑の除去のために水がドリルヘッド１０に入ってドリルパイプ内へ流れ落ちる場所である。セーバーサブ２４は、削孔のためのドリルパイプ又はコアバレルに接続される。油圧スピンドル駆動モータ１９は、吊りモータアダプタ２６及び駆動スプロケット２７に非金属スピンドル駆動ベルト２０を使用して接続される。
【００２２】
図６に再び示されるスピンドルアセンブリ１８の更なる拡大図は、スピンドル２１、スピンドルロックシリンダ２２、ウォータスイベル２３及び交換可能なセーバーサブ２４を示す。スピンドル２１は、４つのスピンドル戻止部２９、８つのスピンドル駆動ボール３０、並びに、スピンドルスプロケット２５及びスピンドルロックスプリング２８をもつスピンドルロックシリンダを有する。ボール作動回路３１は、加圧されることができ、かつ、ボールを内方へ押してボールをスピンドル２１に対してロックするため摺り上げることができるスライド３６を有する部分に通じている。ドリルヘッド１０は、ドリルの適用から生ずるいずれかの方向の荷重を受容する上側ボールベアリング３２と下側ボールベアリング３３も含む。上側ベアリング補正回路３４が、ベアリング内に油を加えて海水が入らないようにするため設けられる。位置３５に搭載される図示されないＲＰＭセンサが、ドリルヘッド１０のＲＰＭを測定する。
【００２３】
図７は、ドリルモジュール１の一部であるツールカルーセル４０を示す。ツールカルーセル４０は、ドリルモジュールフレーム９０に支持され、ドリルモジュールフレーム９０はまた、ドリルヘッド１０をも、上側又は上昇位置に保持する。ツールカルーセル４０は、ツールを運ぶことができる１２個のスロットを有する円筒形状を成している。各スロットは、２つのツールを運ぶことができ、ツールカルーセル４０内に２４個のツールまで使用する可能性を与える。
【００２４】
図８及び９は、ツールカルーセル４０のより詳細を示すため拡大されている。ツールカルーセル４０の底部は、間欠駆動ホイールとして、カルーセルをスロットからスロットへ駆動する駆動ホイール４３を有する。ドリルツール４５、４６は、それぞれのスロットに配置されてツール保持フィンガー７６により保持される。ドリルツールは、以下に説明するとおりカルーセルに配置されるコアバレルも含む。上述のとおり、１２個のスロットがあるものの、１１個のスロットは２２個のドリルツール４５、４６まで使用可能にしたままで、１つのスロットは未使用に維持される。１つのスロットは、ツール４５、４６が開始及び回収作業の間カルーセル４０から抜け落ちることを防止するため空いたままとされる。カルーセル４０は、ツール４５、４６をカルーセル４０へ着脱可能とするアクセス容易性のためその中に形成された開口部をもつ上側保持リング４２を有する。カルーセル４０は、吊上げアイ４３及び、１つだけが図９に示され、かつ図７に見られるとおりフレーム９０上の上側案内ピンと結合するカルーセル案内レセプタクル４４を有する。下側保持リングもまた設けられ、以下に説明される。カルーセルは、吊上げアイ４３を用いるとともに海底ドリルシステム上に駆動アセンブリを降ろすことにより、無事にカルーセルを引き抜き、交換することができ、これにより、追加のツールを運んだりより深い孔を継続的に掘削する必要性が生じたりした場合に、カルーセルを異なるカルーセルに交換することができる。
【００２５】
図１０は、ツールカルーセル４０の下側部分の拡大図であり、該ツールカルーセル４０は、その時のシステムのオペレータによって実施される操作に従い、海底から引き抜かれて他のカルーセルと交換されることができる。参照符号４８は、下側案内ピン５１を受容するための下側案内ピンレセプタクル４９を有する下側保持リングを示す。カルーセル４０自体の一部である案内ピンレセプタクル５３は、駆動機構５０の一部である正方形の雄型駆動ピン５４を受容する。カルーセル４０が滑り降りる際、図７に見られるとおり、下側案内ピン５１は、カルーセルの底部を向き、その一方で、上側案内ピンはカルーセルの頂部へ向く。カルーセルは、これら案内ピン上に載置されて駆動システムにより駆動されることができる。カルーセルが引かれる時、正方形駆動ピン５４はレセプタクル５３から分離され、底部上の案内ピン５１はレセプタクル４９から分離され、頂部の案内ピンはそのレセプタクルから分離される。
【００２６】
図１１は、間欠駆動のために使用される周知のジェネバ機構アセンブリを、ツールカルーセル４０の駆動のために採用する駆動機構５０を示す。駆動機構５０は、３６０度回転するジェネバ駆動モータ５５を有する。油補給モータ取付アダプタ５６は駆動モータ５５の上方に配置され、モータ５５に駆動されるジェネバ駆動ホイール５８は、ツールカルーセル４０に接続及び切り離される駆動ピン５４を持つ。駆動ホイール５８は、モータ５５の各回転毎に外周の１／１２ずつ間欠駆動する。間欠駆動は、スロット５７に噛合うシャフトを有するピン５９によって実行される。
【００２７】
図１２は、ドリルモジュール１のフットクランプアセンブリ６０を示す。フットクランプアセンブリ６０は、フレームに取付けられるプレート６５によって分離された、カバーを除去され示される上側フットクランプ６２と、下側フットクランプ６４とを含む。上側フットクランプ６２は、フットクランプグリップシリンダ６６、６７とグリッパスライドベアリング６８を有する。下側フットクランプもまた、シリンダ６６、６７と同一のシリンダと、スライドベアリング６８と同一のスライドベアリングを使用する。フットクランプアセンブリ６０は、パイプを掴んでジョイントを形成及び分解するために機能する。ベアリングに取り付けられることができ、かつ、ジョイントを形成及び分解するため使用される油圧シリンダによって１００度まで回転されることができる回転シリンダ６９が、上側フットクランプ６２を回転させるため使用される。下側フットクランプ６４は、回転しないが、代わりに静止しフレームに取り付けられる。使用されるフットクランプは、高強度の高硬度材料からなりパイプを掴むのに使用される特別なグリップである。
【００２８】
フェールセーフ機構がジョーを油圧の解除で開かせる。ジョーは２５から７０ｍｍの間の範囲のグリップ寸法のツールのため、８９ｍｍまでのより大きい寸法が求められる他の一組のジョーを備えて構成される。最大通過開口は１０８ｍｍに設定される。トルク許容値は、１０００フィートポンド（１３５６Ｎｍ）までである。
【００２９】
図１３は、図２Ｃ及び３に示すドリルモジュール１の２つのツールアーム７０の１つを示す。上側ツールアーム７０は採集ツールアームであり、下側ツールアーム７０は調整ツールアームである。独立して又は一緒に油圧で作動される各ツールアーム７０は、採集アーム７２と取付ブラケット７４を含む。ツールアーム７０は、ドリルヘッド１０により発生された最大トルクに耐えるため使用され、かつ、ツールジョイントをスピンドルで締め付け及び緩めるため使用される。ツールアーム７０は、従って、グリッパ７６をもつ延長部を有する。下側調整ツールアーム７０は、ツールを、フットクランプアセンブリ６０の中心線に関連して配置するため使用される。移動ホースのためのエネルギーチェーン７３がグリッパアーム７２に設けられる。図１３が引込まれたグリッパアーム７２を示す一方、図１４は、伸長されたグリッパアーム７２を示す。プラスチックのインサートが下側又は調整ツールアームに設けられる一方、グラバーツールアームのグリッパ７６はカーバイドのインサート７７を有することが図１５の拡大図から理解される。
【００３０】
ツールアーム７０は、アルミニウムからなり、かつ、押されてスライドしながら出し入れできるように油圧シリンダによって作動される。ジョー７６の開閉により達成されるグリップ機能も油圧で作動される。アームの微調整を助けるために、アームを横方向の一方に１インチ（２．５４ｃｍ）まで移動させることができる追加的なバンプ機能が設けられている。
【００３１】
図１６から１８に示す安定水平化脚部８０は、調整可能なクランプによりフレームに取付けられる外側シリンダ８２と、外側シリンダ８２内を油圧により伸縮可能な内側シリンダ８４とを有する。内側シリンダ８４は、取外し可能な脚パッド８６も有する。２つのスライドベアリングリングアセンブリ８７は、脚部８０が伸縮する時、スライド荷重を負担する。繰り返すが、脚部８０の機能は、海底作業の間、システム全体の高さを上下することである。最大２０°の角度までの種々の地形状況にある海底に置かれると、脚部はシステムの高さを調整するため使用されることができる。
【００３２】
図１９は、取外し可能なガイドビーム９２、ドリルヘッド１０の移動のためのスライド及びローラを有する、ドリルモジュール１のための構造フレーム９０を示す。フレーム９０は、ボルト止めされた垂直部材をもつアルミニウム製の溶接された頂部及び底部からなり、３Ｇ（重力加速度の３倍）までの荷重試験がなされる。
【００３３】
図２０は、ドリルモジュール１とともに海底スキッドパッケージを形成するスキッドモジュール１００のドリルウォータポンプ１０２を示す。ドリルウォータポンプ１０２は、油圧モータに駆動される従来の、容易に入手可能な装備品である。ドリルウォータポンプ１０２は、水をドリルパイプに沿って、ドリルシェービングを洗い流すため使用されることができるドリルビットへ送出するため使用される。
【００３４】
図２１、２２及び２３は、ＳＴ２００ＲＯＶの油圧系統を動力源とするドリルモジュールマニホールド１、２及び３のそれぞれの油圧系統１０５、１１０及び１１５の略図である。即ち、ＲＯＶは、油圧液を海底ドリルシステムに供給した後再びＲＯＶへ戻すことにより、油圧機能を作動させる。海底ドリルシステムを制御するため使用される３つから９つの機能制御マニホールドが、海底ドリルシステムに取付けられる。
【００３５】
更に詳しくは、図２１は、マニホールド１内の油圧システム１０５の概略全体図を示し、マニホールド１は、左から右に見られるとおり、ドリル供給、ドリルヘッド上昇及び下降並びに昇降ドリル制御に使用される、最初の４つの動作制御を有する、３つのマニホールドのうちの第１のマニホールドである。第５の制御はカルーセルモータ用である。最後の４つの油圧制御は、フットクランプ及びスピンドルロックのため使用される。
【００３６】
図２２は、マニホールド２の油圧系統１１０を示す。再び、左から右へ見た最初の２つのバルブは、スピンドルを駆動する油圧モータの速度制御に使用される。３番目のバルブは油圧モータの高低シフトを制御するため使用されるシフトスピード用である。残りのバルブは、グリッパ又はグラバ、調整アーム及びバンプ機能のため使用され、基本的にツールアームのため使用される。
【００３７】
図２３は、スキッドとオプションを制御するマニホールド３の油圧系統１１５を示す。最初のバルブは空白とされている。２番目のバルブは、水をドリルストリングを通ってドリルビットへ送るため使用されるウォータポンプのモータを制御するため使用される。残りの３つのバルブは、調整脚部のため使用され、脚部を上下移動するため使用されることができる。
【００３８】
図２４は、電気ケーブル配線図１２０及び海底コントローラ１２５を示す。ケーブル配線図は、油圧系統に基本的に類似し、マニホールド１及び２並びにスキッドマニホールド３である３つの全てのマニホールドのためのコントローラを有している。略図は、種々のセンサ及び種々の応用を示す。これら各マニホールドの内側は、Ｐｅｒｒｙ Ｓｌｉｎｇｓｂｙ社のｓｍａｒｔ ｖａｌｖｅ ｐａｃｋ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ又はＬＣＶ（ｌｏｃａｌ ｖａｌｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）である。各ボードは、そのマニホールド内の特定の機能を制御する。
【００３９】
図２５は、種々のインターフェースのため構成されるスキッドモジュール１００のための構造フレーム１３０を示す。図示された構造フレーム１３０は、ＳＴ２００ＲＯＶのインターフェースのため特に設けられる。構造フレーム１３０もやはり、アルミニウム製の溶接されたフレームからなり、３Ｇまでの試験がなされる。
【００４０】
図２６は、表面制御パッケージが、ディスプレイ１４２をもつラックマウント１４１、２本のドリルジョイスティックをもつ傾斜した制御パネル１４５、１９インチタッチスクリーンＬＣＤカラーモニター１４３、装備品へのＵＳＢインターフェースをもつＩＢＭ Ｂｌａｄｅ ｃｏｍｐｕｔｅｒ１４４、ＲＳ２３２からＲＳ４８５へのコンバータ、キーボード及びマウスを有する独立型コンソールを含む表面制御１４０を備えることを示す。
【００４１】
図２７Ａ及び２７Ｂは、タッチスクリーンモニター上に表示される、表面制御１４０の主ドリルスクリーン及びツール変更スクリーンの例を示す。
【００４２】
図２８は、削孔作業の間、機能がどのようにログ記録され記憶されるかの例を示す、表面制御１４０のデータロガーを示す。ログ記録は、削孔の工程が首尾よく実施されたことを認証するため、孔が掘られてから地質学者に後で使用される。
【００４３】
図２９は、水の逆循環を使用するため従来のドリルとは異なる逆循環ドリルのため使用される構成を示す。水はドリルツール環状セクションの外側を通じて下方に送られ、中心部を通じて引き上げられる。基本的に、逆循環ドリルは、削り屑を取ってこれをコアバレルへ供給する代わりに貯水バッグアセンブリ内へ引き入れる。
【００４４】
図４と図２９の比較は、ドリルヘッド１０を逆循環に改造するためにドリルヘッド１０に何がなされるべきかを示す。第２スイベル１３１が試料貯水バッグに繋がる雁首形状管又は接続ホース１３２とともに加えられる。逆循環ドリルは、異なるドリルツール、即ち、ＲＣＤ（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ：逆循環ドリル）ドリルロッド１３３及び異なるビットを使用する。
【００４５】
図３０は、ＲＣＤドリルロッド１３３とＲＣＤドリルビット１３４を示す拡大図である。水が矢印の方向に流れる外側管１３６と内側管１３７が設けられることが理解される。矢印は、水が外側管１３６を通じて押し下げられ、その後ドリルビット１３４内へ押し込まれ、水はその後内側管１３７の中心部を通じ、かつ接続部１３２を通じて貯水バッグへ引き上げられることを示す。
【００４６】
図３１及び３２は、２重チューブ、ないし逆循環チューブ構造１３６、１３７及びドリルビット１３４のより詳細をそれぞれ示すため更に拡大される。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海底ドリルシステム、より詳しくは、ＲＯＶ（Ｒｅｍｏｔｅ Ｏｐｅｒａｔｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ：遠隔操縦車両）を有するようなシステムに関する。本発明は、また、海底ドリルシステムの操縦方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
モントレー研究所（Ｍｏｎｔｅｒｅｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）のために製造された或る既存の装置は、２つのＲＯＶに搭載され操作される水平削孔ドリルを有する。さらに、モントレーベイ研究所（Ｍｏｎｔｅｒｅｙ Ｂａｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）のために製造された他の装置は、スキッドを使用する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、この装置においては、カルーセルは固定されており、水平に取付けられる。海底ドリルシステムは、垂直に取付けられる取外し可能なカルーセルを有する。
【０００４】
従って、本発明の目的は、この通常の方式の従来の装置及び方法の、ここに前述した不利な点を克服することであって、すなわち、カルーセルを、水面又は海底上で取外し可能とし、カルーセルをピンおよびガイド用レセプタクルにより所定場所にガイドして他のＲＯＶを使用して水中で取外し又は交換可能とし、また、ＲＯＶを海底ドリルシステムに接続して海底ドリルシステムを操縦できるように、システムを水中でＲＯＶに結合可能とし、さらに、ＲＯＶを水中で海底ドリルシステムスキッドパッケージから切り離し可能とするとともに、ＲＯＶを、ＲＯＶが支援船のデッキ上にある間、海底ドリルシステムに速やかに取り外し又は搭載可能とする、海底ドリルシステム及び海底ドリルシステムの操縦方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前述の及び他の目的を視野に入れ、本発明によれば、海底ドリルシステムが提供される。本システムは、水の中又は外で取外し可能且つ交換可能なツールカルーセルを有するドリルモジュールと、スキッドモジュールと、水の中又は外で前記スキッドモジュールに接続され及びスキットモジュールから切り離される、海底ドリルシステムを操縦するためのＲＯＶとを備える。
【０００６】
本発明の目的を視野に入れ、海底ドリルシステムの操縦方法もまた提供される。この方法は、水の中又は外で、ツールカルーセルをドリルモジュールから除去して該ツールカルーセルを他のツールカルーセルに交換するステップ、水の中又は外で、ＲＯＶをスキッドモジュールに接続し、前記ＲＯＶを前記スキッドモジュールから切断するステップ、及び前記海底ドリルシステムを、前記ＲＯＶを用いて作動させるステップを含む。
【０００７】
本発明に従う海底ドリルシステムは、水深３０００ｍ又は９８４０フィートで従来のダイヤモンドドリル技術を使用することにより、地質学的なコアのサンプルを採取するために構成される。システムは、好適な重量クラスのＲＯＶに関連して形成され、且つ陸上の削孔及びコアリング技術を利用する。従来のコアリングのツール及びドリルシステムは、逆循環ドリルシステムとともに使用される。
【０００８】
２つの主なアセンブリ又はパッケージ、即ち海底ドリルパッケージおよび表面制御パッケージが海底ドリルシステムに設けられる。本発明に従う海底ドリルシステムは、例えばＴｒｉｔｏｎ ＳＴ２００ ｃｌａｓｓ ＲＯＶのような好適なＲＯＶにインターフェースで接続する。海底ドリルシステムは、油圧源および電源のための通信回線を供給するため好適なＲＯＶを採用することによって作動する。海底ドリルシステムは、供給、サービス及び作動を画定するため、ＳＴ２００ ｃｌａｓｓ ＲＯＶまたは任意の重量クラスのＲＯＶを使用する。
【０００９】
ベースライン海底ドリルシステムのための機能系統性能要件は、１２ｍ又は３９．４フィートのコアリング深さと、３．５の比重と推定されるコア密度である。コア直径及び長さは、それぞれ５１．８ｍｍ又は２．０４インチ、及び１バレル当たり１．５ｍ又は５９インチである。ドリルの打込み力は０から４０ｋＮ（９０００ポンド／フィート）であり、引抜き力も同様である。
【００１０】
パイプロッド取扱性能は、２．０ｍ又は７９インチの長さのロッドで、毎分１つのジョイントの形成又は分解に対応する。ロッドの打込み及び引き抜きのための稼動速度は、無負荷状態で０から０．２ｍ又は０．６６フィート毎秒であり、４０ｋＮ又は９０００ポンド／フィートの荷重負荷状態で０から０．０２５ｍ又は１インチ毎秒である。ドリルヘッドは、１５．２ｍ又は５０フィート毎分の速度で打ち込まれ、１０．７ｍ又は３５フィート毎分の速度で引き抜かれる。ドリルトルクの範囲は、１５Ｎｍから２５０Ｎｍまで、又は１１フィートポンドから１８５フィートポンドまでである。ドリル速度の範囲は０から９００ｒｐｍ、連続可変であり、２速モータを使用し、最大ドリルスピンドル速度は１２００ｒｐｍである。
【００１１】
海底ドリルシステム構造は、Ｄｅｔ Ｎｏｒｓｋｅ ＶｅｒｉｔａｓないしＤＮＶのＲｕｌｅｓ ｆｏｒ Ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｌｉｆｔｉｎｇ Ａｐｐｌｉａｎｃｅｓに従い、負荷試験がＤＮＶの立会いにより行われた。
【００１２】
本発明に特有と考えられる他の特徴は、特許請求の範囲において規定される。
【００１３】
本発明は、海底ドリルシステム、及び海底ドリルシステムを作動させる方法における実施形態としてここに図示及び説明されるが、それでもやはり、本発明の技術思想から逸脱することなく、特許請求の範囲の均等の範囲内で、種々の応用と構造上の変更がなされ得ることから、示された詳細に限定することは意図されていない。
【００１４】
しかしながら、本発明の構成及び作動の方法とそれらの追加の目的及び利点は、添付の図面と関連して読まれる時、以下の、特定の実施形態の説明から最も良く理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に従う海底ドリルシステムの構成要素を示す図である。
【図２Ａ】ドリルモジュール及びスキッドモジュールを含む海底スキッドパッケージの前面側面斜視線図である。
【図２Ｂ】ＲＯＶの前方及び側方からの斜視図である。
【図２Ｃ】ＲＯＶを搭載したドリルモジュール及びスキッドモジュールの前方及び側方からの斜視図である。
【図３】脚部を伸ばし、かつドリルヘッドアセンブリとツールカルーセルを搭載した図２Cに類似する、前方及び側方からの斜視図である。
【図４】ドリルヘッドアセンブリの拡大立面図である。
【図５】ドリルヘッドアセンブリの更に拡大した断面図である。
【図６】ドリルヘッドアセンブリのより一層更に拡大した断面図である。
【図７】ドリルモジュールのツールカルーセルの上面斜視図である。
【図８】ツールカルーセルの立面図である。
【図９】図８と異なる大きさに拡大したツールカルーセルの立面図である。
【図１０】カルーセルピンレセプタクルを備えたツールカルーセルの立面図である。
【図１１】駆動機構の斜視図である。
【図１２】フットクランプの斜視図である。
【図１３】引込位置におけるツールアームの斜視図である。
【図１４】延伸位置におけるツールアームの斜視図である。
【図１５】ツールアームのグリッパの拡大斜視図である。
【図１６】レベリング脚部の外側斜視図である。
【図１７】レベリング脚部の内側立面図である。
【図１８】レベリング脚部の拡大部分内側立面図である。
【図１９】ドリルモジュール用構造フレームの前面側面斜視図である。
【図２０】ドリルウォータポンプの斜視図である。
【図２１】ドリルモジュールマニホールドの油圧系の略図である。
【図２２】ドリルモジュールマニホールドの油圧系の略図である。
【図２３】ドリルモジュールマニホールドの油圧系の略図である。
【図２４】電気ケーブルと海底制御装置の略図である。
【図２５】スキッドモジュール用構造フレームの斜視図である。
【図２６】表面制御ステーションの斜視図である。
【図２７Ａ】主ドリルスクリーンを示す図である。
【図２７Ｂ】ツール変更スクリーンを示す図である。
【図２８】データロガーを示す図である。
【図２９】逆循環ドリルヘッドの斜視図である。
【図３０】循環ドリルビットの部分斜視図である。
【図３１】循環ドリルビットの一部の、拡大部分斜視図である。
【図３２】循環ドリルビットの一部の、拡大部分斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
ここで添付図面の図を詳細に、そしてまずは特にその図１を参照すると、海底スキッドパッケージ及び表面制御パッケージを含み、以下に詳細に説明される、本発明に従う海底ドリルシステムの構成要素を示すチャートが示される。
【００１７】
図２Ａは、ドリルモジュール１及びスキッドモジュール１００を含む海底スキッドパッケージを示す。図２Ｂは、海底スキッドパッケージに使用されるＲＯＶ３を示し、図２Ｃは、海底スキッドパッケージに搭載されたＲＯＶ３を示す。ここで図示する好適なＲＯＶは、ＸＬＸＳ１２５であるが、他のものを代わりに使用してもよい。ドリルモジュール１は、２つの安定水平化脚部８０を有し、スキッドモジュール１００は、１つの安定水平化脚部８０を有して、これらは改良された三脚構造をなす。脚部８０は、図２Ａに示すとおり延伸することができ、図２Ｃに示すとおり引込むことができ、又は、海底の凹凸に対応するため部分的に延伸することができる。脚部８０は、最大延伸長５３”を有するが、より長いまたは短い最大延伸長をもつよう構成することもできる。以下により詳細に説明される２つのツールアーム７０及びドリルヘッド１０は、図２Ｃにも見ることができる。延伸された脚部８０も示す図３は、下方に配置されたドリルヘッド１０を示す一方、ドリルヘッド１０は図２Ｃにおいて上方に配置される。最後に、図２Ａ、２Ｃ及び３は、ドリルモジュール１のための構造フレーム９０及びスキッドモジュール１００のための構造フレーム１３０も示す。
【００１８】
図２Ｂ、２Ｃ及び３に示すＲＯＶは、海底で海底ドリルシステムと結合することができる好適なＲＯＶである。海底ドリルシステム自体は、単独では操作されることができないが、代わりにＲＯＶにより操作される。また、一の海底ドリルシステムから他の海底ドリルシステムへと移動でき、それらを様々な設定で操作することができる１つのＲＯＶを用いて、水底上の複数海底ドリルを操作するようにしてもよい。ＲＯＶは、海底ドリルシステムを操縦するために車両との電気的、油圧的及び通信的な接続をもたらし得る結合ピン及び湿式の結合コネクタを位置１２に有する。
【００１９】
海底ドリルシステムは、掘削及びコアリングするシステムである。システムの一般的な要求事項は、ＲＯＶが油圧動力、電力、遠隔操作（テレメトリ）及びスペアファイバを供給することである。システムは、図示の構造及びダイヤモンドドリルツールを用いて２０ｍ（メートル）のコアを堀り回収することができる。ＲＯＶ２７５コア・バレル・アンド・ロッド・アセンブリ（ＲＯＶ２７５ Ｃｏｒｅ Ｂａｒｒｅｌ ａｎｄ Ｒｏｄ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と称される特別なコアバレルシステムが使用される。ＸＬＳ１２５ＲＯＶがベースラインシステムとして使用されるが、他の多くの種類の重量クラスのＲＯＶが本発明に従う海底ドリルシステムとともに使用できる。システムは、２つのパッケージ、即ち、表面制御パッケージと、図１に見られるとおりドリルモジュール１をもつ海底スキッドパッケージを使用する。
【００２０】
図４は、ドリルモジュール１のドリルヘッド１０の更なる詳細を示す拡大図であり、アルミニウム製のクロスビーム１４と、２本の油圧昇降シリンダ１５、１６と、スピンドルアセンブリ１８と、油圧スピンドル駆動モータ１９と、非金属製のスピンドル駆動ベルト２０とを含むのが分かる。
【００２１】
ドリルヘッド１０に関するより一層更なる詳細が図５の断面図により与えられる。図５には、スピンドルアセンブリ１８が、スピンドル２１、スピンドルロックシリンダ２２、ウォータスイベル２３及びセーバーサブ２４を有することが示される。スピンドルロックシリンダ２２は、シリンダがトルク伝達に使用されるようシリンダをロックする。ウォータスイベル２３は、削孔される孔の潤滑と削り屑の除去のために水がドリルヘッド１０に入ってドリルパイプ内へ流れ落ちる場所である。セーバーサブ２４は、削孔のためのドリルパイプ又はコアバレルに接続される。油圧スピンドル駆動モータ１９は、吊りモータアダプタ２６及び駆動スプロケット２７に非金属スピンドル駆動ベルト２０を使用して接続される。
【００２２】
図６に再び示されるスピンドルアセンブリ１８の更なる拡大図は、スピンドル２１、スピンドルロックシリンダ２２、ウォータスイベル２３及び交換可能なセーバーサブ２４を示す。スピンドル２１は、４つのスピンドル戻止部２９、８つのスピンドル駆動ボール３０、並びに、スピンドルスプロケット２５及びスピンドルロックスプリング２８をもつスピンドルロックシリンダを有する。ボール作動回路３１は、加圧されることができ、かつ、ボールを内方へ押してボールをスピンドル２１に対してロックするため摺り上げることができるスライド３６を有する部分に通じている。ドリルヘッド１０は、ドリルの適用から生ずるいずれかの方向の荷重を受容する上側ボールベアリング３２と下側ボールベアリング３３も含む。上側ベアリング補正回路３４が、ベアリング内に油を加えて海水が入らないようにするため設けられる。位置３５に搭載される図示されないＲＰＭセンサが、ドリルヘッド１０のＲＰＭを測定する。
【００２３】
図７は、ドリルモジュール１の一部であるツールカルーセル４０を示す。ツールカルーセル４０は、ドリルモジュールフレーム９０に支持され、ドリルモジュールフレーム９０はまた、ドリルヘッド１０をも、上側又は上昇位置に保持する。ツールカルーセル４０は、ツールを運ぶことができる１２個のスロットを有する円筒形状を成している。各スロットは、２つのツールを運ぶことができ、ツールカルーセル４０内に２４個のツールまで使用する可能性を与える。
【００２４】
図８及び９は、ツールカルーセル４０のより詳細を示すため拡大されている。ツールカルーセル４０の底部は、間欠駆動ホイールとして、カルーセルをスロットからスロットへ駆動する駆動ホイール４３を有する。ドリルツール４５、４６は、それぞれのスロットに配置されてツール保持フィンガー７６により保持される。ドリルツールは、以下に説明するとおりカルーセルに配置されるコアバレルも含む。上述のとおり、１２個のスロットがあるものの、１１個のスロットは２２個のドリルツール４５、４６まで使用可能にしたままで、１つのスロットは未使用に維持される。１つのスロットは、ツール４５、４６が開始及び回収作業の間カルーセル４０から抜け落ちることを防止するため空いたままとされる。カルーセル４０は、ツール４５、４６をカルーセル４０へ着脱可能とするアクセス容易性のためその中に形成された開口部をもつ上側保持リング４２を有する。カルーセル４０は、吊上げアイ４３及び、１つだけが図９に示され、かつ図７に見られるとおりフレーム９０上の上側案内ピンと結合するカルーセル案内レセプタクル４４を有する。下側保持リングもまた設けられ、以下に説明される。カルーセルは、吊上げアイ４３を用いるとともに海底ドリルシステム上に駆動アセンブリを降ろすことにより、無事にカルーセルを引き抜き、交換することができ、これにより、追加のツールを運んだりより深い孔を継続的に掘削する必要性が生じたりした場合に、カルーセルを異なるカルーセルに交換することができる。
【００２５】
図１０は、ツールカルーセル４０の下側部分の拡大図であり、該ツールカルーセル４０は、その時のシステムのオペレータによって実施される操作に従い、海底から引き抜かれて他のカルーセルと交換されることができる。参照符号４８は、下側案内ピン５１を受容するための下側案内ピンレセプタクル４９を有する下側保持リングを示す。カルーセル４０自体の一部である案内ピンレセプタクル５３は、駆動機構５０の一部である正方形の雄型駆動ピン５４を受容する。カルーセル４０が滑り降りる際、図７に見られるとおり、下側案内ピン５１は、カルーセルの底部を向き、その一方で、上側案内ピンはカルーセルの頂部へ向く。カルーセルは、これら案内ピン上に載置されて駆動システムにより駆動されることができる。カルーセルが引かれる時、正方形駆動ピン５４はレセプタクル５３から分離され、底部上の案内ピン５１はレセプタクル４９から分離され、頂部の案内ピンはそのレセプタクルから分離される。
【００２６】
図１１は、間欠駆動のために使用される周知のジェネバ機構アセンブリを、ツールカルーセル４０の駆動のために採用する駆動機構５０を示す。駆動機構５０は、３６０度回転するジェネバ駆動モータ５５を有する。油補給モータ取付アダプタ５６は駆動モータ５５の上方に配置され、モータ５５に駆動されるジェネバ駆動ホイール５８は、ツールカルーセル４０に接続及び切り離される駆動ピン５４を持つ。駆動ホイール５８は、モータ５５の各回転毎に外周の１／１２ずつ間欠駆動する。間欠駆動は、スロット５７に噛合うシャフトを有するピン５９によって実行される。
【００２７】
図１２は、ドリルモジュール１のフットクランプアセンブリ６０を示す。フットクランプアセンブリ６０は、フレームに取付けられるプレート６５によって分離された、カバーを除去され示される上側フットクランプ６２と、下側フットクランプ６４とを含む。上側フットクランプ６２は、フットクランプグリップシリンダ６６、６７とグリッパスライドベアリング６８を有する。下側フットクランプもまた、シリンダ６６、６７と同一のシリンダと、スライドベアリング６８と同一のスライドベアリングを使用する。フットクランプアセンブリ６０は、パイプを掴んでジョイントを形成及び分解するために機能する。ベアリングに取り付けられることができ、かつ、ジョイントを形成及び分解するため使用される油圧シリンダによって１００度まで回転されることができる回転シリンダ６９が、上側フットクランプ６２を回転させるため使用される。下側フットクランプ６４は、回転しないが、代わりに静止しフレームに取り付けられる。使用されるフットクランプは、高強度の高硬度材料からなりパイプを掴むのに使用される特別なグリップである。
【００２８】
フェールセーフ機構がジョーを油圧の解除で開かせる。ジョーは２５から７０ｍｍの間の範囲のグリップ寸法のツールのため、８９ｍｍまでのより大きい寸法が求められる他の一組のジョーを備えて構成される。最大通過開口は１０８ｍｍに設定される。トルク許容値は、１０００フィートポンド（１３５６Ｎｍ）までである。
【００２９】
図１３は、図２Ｃ及び３に示すドリルモジュール１の２つのツールアーム７０の１つを示す。上側ツールアーム７０は採集ツールアームであり、下側ツールアーム７０は調整ツールアームである。独立して又は一緒に油圧で作動される各ツールアーム７０は、採集アーム７２と取付ブラケット７４を含む。ツールアーム７０は、ドリルヘッド１０により発生された最大トルクに耐えるため使用され、かつ、ツールジョイントをスピンドルで締め付け及び緩めるため使用される。ツールアーム７０は、従って、グリッパ７６をもつ延長部を有する。下側調整ツールアーム７０は、ツールを、フットクランプアセンブリ６０の中心線に関連して配置するため使用される。移動ホースのためのエネルギーチェーン７３がグリッパアーム７２に設けられる。図１３が引込まれたグリッパアーム７２を示す一方、図１４は、伸長されたグリッパアーム７２を示す。プラスチックのインサートが下側又は調整ツールアームに設けられる一方、グラバーツールアームのグリッパ７６はカーバイドのインサート７７を有することが図１５の拡大図から理解される。
【００３０】
ツールアーム７０は、アルミニウムからなり、かつ、押されてスライドしながら出し入れできるように油圧シリンダによって作動される。ジョー７６の開閉により達成されるグリップ機能も油圧で作動される。アームの微調整を助けるために、アームを横方向の一方に１インチ（２．５４ｃｍ）まで移動させることができる追加的なバンプ機能が設けられている。
【００３１】
図１６から１８に示す安定水平化脚部８０は、調整可能なクランプによりフレームに取付けられる外側シリンダ８２と、外側シリンダ８２内を油圧により伸縮可能な内側シリンダ８４とを有する。内側シリンダ８４は、取外し可能な脚パッド８６も有する。２つのスライドベアリングリングアセンブリ８７は、脚部８０が伸縮する時、スライド荷重を負担する。繰り返すが、脚部８０の機能は、海底作業の間、システム全体の高さを上下することである。最大２０°の角度までの種々の地形状況にある海底に置かれると、脚部はシステムの高さを調整するため使用されることができる。
【００３２】
図１９は、取外し可能なガイドビーム９２、ドリルヘッド１０の移動のためのスライド及びローラを有する、ドリルモジュール１のための構造フレーム９０を示す。フレーム９０は、ボルト止めされた垂直部材をもつアルミニウム製の溶接された頂部及び底部からなり、３Ｇ（重力加速度の３倍）までの荷重試験がなされる。
【００３３】
図２０は、ドリルモジュール１とともに海底スキッドパッケージを形成するスキッドモジュール１００のドリルウォータポンプ１０２を示す。ドリルウォータポンプ１０２は、油圧モータに駆動される従来の、容易に入手可能な装備品である。ドリルウォータポンプ１０２は、水をドリルパイプに沿って、ドリルシェービングを洗い流すため使用されることができるドリルビットへ送出するため使用される。
【００３４】
図２１、２２及び２３は、ＳＴ２００ＲＯＶの油圧系統を動力源とするドリルモジュールマニホールド１、２及び３のそれぞれの油圧系統１０５、１１０及び１１５の略図である。即ち、ＲＯＶは、油圧液を海底ドリルシステムに供給した後再びＲＯＶへ戻すことにより、油圧機能を作動させる。海底ドリルシステムを制御するため使用される３つから９つの機能制御マニホールドが、海底ドリルシステムに取付けられる。
【００３５】
更に詳しくは、図２１は、マニホールド１内の油圧システム１０５の概略全体図を示し、マニホールド１は、左から右に見られるとおり、ドリル供給、ドリルヘッド上昇及び下降並びに昇降ドリル制御に使用される、最初の４つの動作制御を有する、３つのマニホールドのうちの第１のマニホールドである。第５の制御はカルーセルモータ用である。最後の４つの油圧制御は、フットクランプ及びスピンドルロックのため使用される。
【００３６】
図２２は、マニホールド２の油圧系統１１０を示す。再び、左から右へ見た最初の２つのバルブは、スピンドルを駆動する油圧モータの速度制御に使用される。３番目のバルブは油圧モータの高低シフトを制御するため使用されるシフトスピード用である。残りのバルブは、グリッパ又はグラバ、調整アーム及びバンプ機能のため使用され、基本的にツールアームのため使用される。
【００３７】
図２３は、スキッドとオプションを制御するマニホールド３の油圧系統１１５を示す。最初のバルブは空白とされている。２番目のバルブは、水をドリルストリングを通ってドリルビットへ送るため使用されるウォータポンプのモータを制御するため使用される。残りの３つのバルブは、調整脚部のため使用され、脚部を上下移動するため使用されることができる。
【００３８】
図２４は、電気ケーブル配線図１２０及び海底コントローラ１２５を示す。ケーブル配線図は、油圧系統に基本的に類似し、マニホールド１及び２並びにスキッドマニホールド３である３つの全てのマニホールドのためのコントローラを有している。略図は、種々のセンサ及び種々の応用を示す。これら各マニホールドの内側は、Ｐｅｒｒｙ Ｓｌｉｎｇｓｂｙ社のｓｍａｒｔ ｖａｌｖｅ ｐａｃｋ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ又はＬＣＶ（ｌｏｃａｌ ｖａｌｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）である。各ボードは、そのマニホールド内の特定の機能を制御する。
【００３９】
図２５は、種々のインターフェースのため構成されるスキッドモジュール１００のための構造フレーム１３０を示す。図示された構造フレーム１３０は、ＳＴ２００ＲＯＶのインターフェースのため特に設けられる。構造フレーム１３０もやはり、アルミニウム製の溶接されたフレームからなり、３Ｇまでの試験がなされる。
【００４０】
図２６は、表面制御パッケージが、ディスプレイ１４２をもつラックマウント１４１、２本のドリルジョイスティックをもつ傾斜した制御パネル１４５、１９インチタッチスクリーンＬＣＤカラーモニター１４３、装備品へのＵＳＢインターフェースをもつＩＢＭ Ｂｌａｄｅ ｃｏｍｐｕｔｅｒ１４４、ＲＳ２３２からＲＳ４８５へのコンバータ、キーボード及びマウスを有する独立型コンソールを含む表面制御１４０を備えることを示す。
【００４１】
図２７Ａ及び２７Ｂは、タッチスクリーンモニター上に表示される、表面制御１４０の主ドリルスクリーン及びツール変更スクリーンの例を示す。
【００４２】
図２８は、削孔作業の間、機能がどのようにログ記録され記憶されるかの例を示す、表面制御１４０のデータロガーを示す。ログ記録は、削孔の工程が首尾よく実施されたことを認証するため、孔が掘られてから地質学者に後で使用される。
【００４３】
図２９は、水の逆循環を使用するため従来のドリルとは異なる逆循環ドリルのため使用される構成を示す。水はドリルツール環状セクションの外側を通じて下方に送られ、中心部を通じて引き上げられる。基本的に、逆循環ドリルは、削り屑を取ってこれをコアバレルへ供給する代わりに貯水バッグアセンブリ内へ引き入れる。
【００４４】
図４と図２９の比較は、ドリルヘッド１０を逆循環に改造するためにドリルヘッド１０に何がなされるべきかを示す。第２スイベル１３１が試料貯水バッグに繋がる雁首形状管又は接続ホース１３２とともに加えられる。逆循環ドリルは、異なるドリルツール、即ち、ＲＣＤ（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ：逆循環ドリル）ドリルロッド１３３及び異なるビットを使用する。
【００４５】
図３０は、ＲＣＤドリルロッド１３３とＲＣＤドリルビット１３４を示す拡大図である。水が矢印の方向に流れる外側管１３６と内側管１３７が設けられることが理解される。矢印は、水が外側管１３６を通じて押し下げられ、その後ドリルビット１３４内へ押し込まれ、水はその後内側管１３７の中心部を通じ、かつ接続部１３２を通じて貯水バッグへ引き上げられることを示す。
【００４６】
図３１及び３２は、２重チューブ、ないし逆循環チューブ構造１３６、１３７及びドリルビット１３４のより詳細をそれぞれ示すため更に拡大される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
海底ドリルシステムであって、
水の中又は外で取外し可能且つ交換可能なツールカルーセルを有するドリルモジュールと、
スキッドモジュールと、
水の中又は外で前記スキッドモジュールと接続及び切断されるＲＯＶとを備え、該ＲＯＶは、前記海底ドリルシステムを作動するため用いられる、海底ドリルシステム。
【請求項２】
前記ドリルモジュールは構造フレームを有し、前記ツールカルーセルはピンとガイドレセプタクルにより前記構造フレーム上の位置へガイドされる、請求項１に記載の海底ドリルシステム。
【請求項３】
前記ツールカルーセルは他のＲＯＶにより水中で取外し可能且つ交換可能である、請求項２に記載の海底ドリルシステム。
【請求項４】
前記ピンの１つは前記ツールカルーセルを駆動する、請求項２に記載の海底ドリルシステム。
【請求項５】
前記ツールカルーセルはドリルツールを受容するためのスロットを有する、請求項１に記載の海底ドリルシステム。
【請求項６】
前記ドリルモジュールは、スピンドルアセンブリと、ドリルロッドを駆動するための駆動モータとをもつドリルヘッドを有し、前記ドリルヘッドは、油圧昇降シリンダ上を昇降移動可能である、請求項１に記載の海底ドリルシステム。
【請求項７】
前記ドリルモジュールは、パイプを掴んでジョイントを形成及び分解するためのフットクランプを有する、請求項１に記載の海底ドリルシステム。
【請求項８】
前記ドリルモジュールは、前記ドリルツールを前記スロットへ挿入するための、及び前記ドリルツールを前記スロットから取り外すためのツールアームを有する、請求項５に記載の海底ドリルシステム。
【請求項９】
前記ドリルモジュールは構造フレームを有し、前記スキッドモジュールは構造フレームを有し、安定水平化脚部が、前記フレームに取付けられて水中の凸凹の地形に対応する、請求項１に記載の海底ドリルシステム。
【請求項１０】
前記スキッドモジュールは、水を、ドリルパイプに沿って、削り屑を洗い流すためのドリルビットへ送るためのウォータポンプを有する、請求項１に記載の海底ドリルシステム。
【請求項１１】
前記スキッドモジュールは、前記ＲＯＶを受容するための構造フレームを有する、請求項１に記載の海底ドリルシステム。
【請求項１２】
前記構造フレームは、前記ＲＯＶのためのピン及びコネクタを有する、請求項１１に記載の海底ドリルシステム。
【請求項１３】
海底ドリルシステムを遠隔制御するためのディスプレイ、モニタ、コンピュータ及びインターフェースを有する表面制御パッケージを更に備える、請求項１に記載の海底ドリルシステム。
【請求項１４】
前記ドリルロッドは、逆循環ドリルロッドであり、スイベルホースが逆循環削孔のため前記スピンドルアセンブリに接続されて貯水バッグへ繋がる、請求項６に記載の海底ドリルシステム。
【請求項１５】
海底ドリルシステムを操縦する方法であって、
水の中又は外で、ツールカルーセルをドリルモジュールから取り外して該ツールカルーセルを他のツールカルーセルに交換するステップと、
水の中又は外で、ＲＯＶをスキッドモジュールに接続し、前記ＲＯＶを前記スキッドモジュールから切り離すステップと、
前記海底ドリルシステムを、前記ＲＯＶを用いて操作するステップとを含む方法。
【請求項１６】
前記ツールカルーセルを前記ドリルモジュールの構造フレーム上の位置にピン及びガイドレセプタクルを用いてガイドするステップを更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ツールカルーセルを水中で他のＲＯＶを用いて取り外し及び交換するステップの実行を更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記ツールカルーセルを前記ピンの１つを用いて駆動するステップを更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
ドリルツールを前記ツールカルーセルのスロット内に配置し、前記ドリルツールを前記ツールカルーセルのスロットから取り外すステップを更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
ドリルロッドを、前記ドリルモジュールのドリルヘッド上のスピンドルアセンブリ及び駆動モータを用いて駆動するステップと、前記ドリルヘッドを油圧昇降シリンダで昇降移動させるステップとを更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
前記ドリルモジュールのフットクランプを用いて、パイプを掴んでジョイントを形成及び分解するステップを更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２２】
前記ドリルモジュールのツールアームを用いて、前記ドリルツールを前記スロットに挿入し、前記スロットから取り外すステップを更に含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記ドリルモジュール及び前記スキッドモジュールの構造フレームに取付けられた安定水平化脚部を用いて、水中の凸凹の地形に対応するステップを更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２４】
前記スキッドモジュールのウォータポンプを用いて、水を、ドリルパイプに沿って、削り屑を洗い流すためのドリルビットへ送るステップを更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２５】
前記ＲＯＶを、前記スキッドモジュールの構造フレーム上のピン及びコネクタに結合させるステップを更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２６】
前記海底ドリルシステムを、ディスプレイ、モニタ、コンピュータ及びインターフェースを有する表面制御パッケージを用いて遠隔制御するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２７】
逆循環削孔のため、逆循環ドリルロッドからの削り屑を、スピンドルアセンブリとスイベルホースを通じて、貯水バッグへガイドするステップを更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１】
海底ドリルシステムであって、
水の中又は外で取外し可能且つ交換可能なツールカルーセルを有するドリルモジュールと、
スキッドモジュールと、
水の中又は外で前記スキッドモジュールと接続及び切断されるＲＯＶとを備え、該ＲＯＶは、前記海底ドリルシステムを作動するため用いられる、海底ドリルシステム。
【請求項２】
前記ドリルモジュールは構造フレームを有し、前記ツールカルーセルはピンとガイドレセプタクルにより前記構造フレーム上の位置へガイドされる、請求項１に記載の海底ドリルシステム。
【請求項３】
前記ツールカルーセルは他のＲＯＶにより水中で取外し可能且つ交換可能である、請求項２に記載の海底ドリルシステム。
【請求項４】
前記ピンの１つは前記ツールカルーセルを駆動する、請求項２に記載の海底ドリルシステム。
【請求項５】
前記ツールカルーセルはドリルツールを受容するためのスロットを有する、請求項１に記載の海底ドリルシステム。
【請求項６】
前記ドリルモジュールは、スピンドルアセンブリと、ドリルロッドを駆動するための駆動モータとをもつドリルヘッドを有し、前記ドリルヘッドは、油圧昇降シリンダ上を昇降移動可能である、請求項１に記載の海底ドリルシステム。
【請求項７】
前記ドリルモジュールは、パイプを掴んでジョイントを形成及び分解するためのフットクランプを有する、請求項１に記載の海底ドリルシステム。
【請求項８】
前記ドリルモジュールは、前記ドリルツールを前記スロットへ挿入するための、及び前記ドリルツールを前記スロットから取り外すためのツールアームを有する、請求項５に記載の海底ドリルシステム。
【請求項９】
前記ドリルモジュールは構造フレームを有し、前記スキッドモジュールは構造フレームを有し、安定水平化脚部が、前記フレームに取付けられて水中の凸凹の地形に対応する、請求項１に記載の海底ドリルシステム。
【請求項１０】
前記スキッドモジュールは、水を、ドリルパイプに沿って、削り屑を洗い流すためのドリルビットへ送るためのウォータポンプを有する、請求項１に記載の海底ドリルシステム。
【請求項１１】
前記スキッドモジュールは、前記ＲＯＶを受容するための構造フレームを有する、請求項１に記載の海底ドリルシステム。
【請求項１２】
前記構造フレームは、前記ＲＯＶのためのピン及びコネクタを有する、請求項１１に記載の海底ドリルシステム。
【請求項１３】
海底ドリルシステムを遠隔制御するためのディスプレイ、モニタ、コンピュータ及びインターフェースを有する表面制御パッケージを更に備える、請求項１に記載の海底ドリルシステム。
【請求項１４】
前記ドリルロッドは、逆循環ドリルロッドであり、スイベルホースが逆循環削孔のため前記スピンドルアセンブリに接続されて貯水バッグへ繋がる、請求項６に記載の海底ドリルシステム。
【請求項１５】
海底ドリルシステムを操縦する方法であって、
水の中又は外で、ツールカルーセルをドリルモジュールから取り外して該ツールカルーセルを他のツールカルーセルに交換するステップと、
水の中又は外で、ＲＯＶをスキッドモジュールに接続し、前記ＲＯＶを前記スキッドモジュールから切り離すステップと、
前記海底ドリルシステムを、前記ＲＯＶを用いて操作するステップとを含む方法。
【請求項１６】
前記ツールカルーセルを前記ドリルモジュールの構造フレーム上の位置にピン及びガイドレセプタクルを用いてガイドするステップを更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ツールカルーセルを水中で他のＲＯＶを用いて取り外し及び交換するステップの実行を更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記ツールカルーセルを前記ピンの１つを用いて駆動するステップを更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
ドリルツールを前記ツールカルーセルのスロット内に配置し、前記ドリルツールを前記ツールカルーセルのスロットから取り外すステップを更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
ドリルロッドを、前記ドリルモジュールのドリルヘッド上のスピンドルアセンブリ及び駆動モータを用いて駆動するステップと、前記ドリルヘッドを油圧昇降シリンダで昇降移動させるステップとを更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
前記ドリルモジュールのフットクランプを用いて、パイプを掴んでジョイントを形成及び分解するステップを更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２２】
前記ドリルモジュールのツールアームを用いて、前記ドリルツールを前記スロットに挿入し、前記スロットから取り外すステップを更に含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記ドリルモジュール及び前記スキッドモジュールの構造フレームに取付けられた安定水平化脚部を用いて、水中の凸凹の地形に対応するステップを更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２４】
前記スキッドモジュールのウォータポンプを用いて、水を、ドリルパイプに沿って、削り屑を洗い流すためのドリルビットへ送るステップを更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２５】
前記ＲＯＶを、前記スキッドモジュールの構造フレーム上のピン及びコネクタに結合させるステップを更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２６】
前記海底ドリルシステムを、ディスプレイ、モニタ、コンピュータ及びインターフェースを有する表面制御パッケージを用いて遠隔制御するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２７】
逆循環削孔のため、逆循環ドリルロッドからの削り屑を、スピンドルアセンブリとスイベルホースを通じて、貯水バッグへガイドするステップを更に含む、請求項１５に記載の方法。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７Ａ】
【図２７Ｂ】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７Ａ】
【図２７Ｂ】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【公表番号】特表２０１１−５１０１８８（Ｐ２０１１−５１０１８８Ａ）
【公表日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５４２４０３（Ｐ２０１０−５４２４０３）
【出願日】平成２１年１月１２日（２００９．１．１２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０３０７３７
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０８９５２８
【国際公開日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【出願人】（５１０１９２１４５）ペリー シリングズビー システムズ インコーポレイテッド (2)
【氏名又は名称原語表記】ＰＥＲＲＹ ＳＬＩＮＧＳＢＹ ＳＹＳＴＥＭＳ， ＩＮＣ．
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月１２日（２００９．１．１２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０３０７３７
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０８９５２８
【国際公開日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【出願人】（５１０１９２１４５）ペリー シリングズビー システムズ インコーポレイテッド (2)
【氏名又は名称原語表記】ＰＥＲＲＹ ＳＬＩＮＧＳＢＹ ＳＹＳＴＥＭＳ， ＩＮＣ．
【Ｆターム（参考）】
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