Drill string element, the drill pipe and the corresponding drill pipe section

本発明は、ドリルパイプと、場合によっては終端間接続された他の管状コンポーネントとにより構成された回転式ドリルストリングが掘削要件に依存して使用される油井またはガス井を試掘し操業する分野に関する。

より詳細には、本発明は、ドリルパイプセクションに配置された回転式掘削設備用のドリルパイプ、重量ドリルパイプ、ドリルカラー、もしくは、ドリルスタビライザ、または、異なる径もしくはネジ型式をもつクロスオーバーサブのようなプロファイル加工部品に関する。

ドリルストリングの他のコンポーネント（ドリルカラー、スタビライザなど）と関連付けられたこのようなドリルパイプセクションは、特に、湾曲した坑井 、すなわち、垂直または水平に対する傾斜が掘削中に変更可能である坑井が掘削できることを意味する。 湾曲した坑井は、これまでのところ、２〜８ｋｍのオーダの深さと２〜１５ｋｍのオーダの水平距離までに到達することができる。

実際には水平セクションを備える湾曲した坑井の場合、 坑井の中のドリルストリングの回転による摩擦トルクは掘削中に非常に高い値に達する可能性がある。 摩擦トルクは、使用される設備または掘削対象が見直しされるべきことを意味することができる。 さらに、掘削によって生じた岩屑を持ち上げることは、掘削された穴の中に生じた岩屑の沈降のため、特に、垂直に対して非常に傾斜した穴の部分では、極めて多くの場合に困難である。 この結果として、穴の清掃が不十分であり、掘削された穴内部のドリルパイプセクションのドリルパイプの摩擦係数、および、ドリルパイプと穴の壁との間の接触面積の両方が増加する。

特許文献１は、掘削された穴の壁と接触し、壁に対して回転中に静止した状態を保ち続けることができるカラーと、掘削液の循環を活発にさせることができる溝付きセクションとをもつドリルパイプのプロファイルを提案する。

さらに近年の特許文献２は、掘削された穴の壁を圧迫するゾーンと、掘削設備の周りの掘削された穴の中で掘削液の循環の活発化を生じさせる乱流ゾーンと、支圧ゾーンおよび乱流ゾーンに隣接し、プロファイル加工された要素の軸方向に延在し、掘削軸に対して傾斜した少なくとも１つの面を含む湾曲ゾーンとを備え、軸平面内の経度線が掘削された穴の中のプロファイル加工された要素のサービス位置において下から上へ移動する方向にプロファイル加工された要素の軸から離れる、回転式掘削設備用のプロファイル加工された要素に関する。

上記タイプの装置は、最近まで十分であることを示していた。 しかし、現在では、特に頑強であり、多機能であり、かつ、かなりの深さおよびかなりの逸脱度での掘削のために設計されたドリルストリングを提供する必要性がある。

本発明は上記状況を改善することを目的としている。

前記要素の周りで掘削された穴の底から地表へ向かって進む方向に掘削液の循環を用いて穴を掘削するドリルストリング要素は、要素の他の部分の径より大きい外径をもつ少なくとも１つの支圧セクションが外面に設けられ、掘削中に穴の壁を圧迫する少なくとも１つの支圧ゾーンと、支圧ゾーンに実質的に隣接し、支圧ゾーンの上流および下流に配置され、前記要素の軸の周りでほぼ螺旋形状をしている複数の溝を含む２つのアクティブ化ゾーンとを備える。 アクティブ化ゾーンは支圧ゾーンと一体化されている。 支圧ゾーンは、凸状の丸みを帯びた回転体の形で、支圧セクションの上流および下流に配置され、支圧セクションに隣接する２つの案内セクションを含む。 案内セクションは支圧セクションおよびアクティブ化ゾーンに接している。

前記要素の周りで掘削された穴の底から地表へ向かって進む方向に掘削液の循環を用いて穴を掘削するドリルストリング要素は、ドリルストリングまたは重量ドリルパイプセクションと坑底組立体との間に継手を形成する。 この要素は、第１の径および雌ネジをもつ外面を含む第１の端部と、第２の径および雄ネジをもつ外面を含む第２の端部とを備え、第１の径は、第２の径より小さいかまたは等しく、掘削中に少なくとも１つのゾーンが穴の壁を圧迫し、円筒状外面および要素の他の部分の径より大きい外径をもつ少なくとも１つの支圧セクションが設けられ、支圧ゾーンに実質的に隣接し、支圧ゾーンの上流および下流に配置された２つのアクティブ化ゾーンとを備える。 前記アクティブ化ゾーンは、前記要素の軸の周りでほぼ螺旋形状をしている複数の溝を備える。 支圧ゾーンは、凸状の丸みを帯びた回転体の形で、支圧セクションの上流および下流に配置され、支圧セクションに隣接する２つの案内セクションを備える。 前記案内セクションは、支圧セクションおよびアクティブ化ゾーンに接する。

「ドリルストリング要素」という用語は、ドリルストリングのコンポーネント（ドリルパイプなど）だけでなく、例えば、溶接のような何らかの手段を使用してドリルパイプの端部に取り付けられることがあり、ドリルパイプが組立によって一緒に接続されることを可能にする、例えば、ツールジョイントのような前記コンポーネントの構成部分も意味する。

本明細書中で使用されるような「上流」および「下流」という用語は、要素の周りの環状空間における掘削液の循環の方向のことを指す。

特に断らない限り、「ドリルパイプセクション」という用語は、標準ドリルパイプおよび重量ドリルパイプの両方を含むドリルストリングの部分を意味する。

本出願人は、回転中の静荷重および動荷重が削減され、ストリングを坑井に入れるとき、および、ストリングを坑井から引き抜くときの軸重量が減少され、重量をツールへ伝達する能力が増大され、岩屑取り出し能力が増大され、過剰張力および過剰トルクの安全限界が改善され、臨界座屈条件が低減され、交互屈曲下での疲労強度が増大され、ドリルストリングの摩耗および摩滅が軽減され、取り出し時の岩屑における作業能率が改善され、すなわち、ブロッキングの危険性が低減され、ネジ接続の機械的完全性が十分に保たれ、油圧低下が低減され、泥および岩屑がドリルパイプの周りをより良好に流れ、 掘削坑の内壁の摩滅による摩耗が軽減され、特に、掘削中に泥の静水圧が物質、例えば、岩の中に広がる圧力より高いときに、差圧に起因する膠着の危険性の多大な低減があり、引き抜き手順中にドリルパイプセクションのジャミングの危険性が著しく低減され、そして、掘削された穴の壁の表面特性が改善されることを明らかにした。

ドリルパイプは、上述されるように少なくとも１つの要素と、ネジ無しの前記要素の端部に終端間溶接された管とを備えることができる。 管は摩擦によって要素に溶接されることができる。 前記要素は、短い、大径の部品から機械加工されることができ、一方、管は、より小さい径を有することができ、結果的に、機械加工されるべき金属の質量および機械加工屑の量の非常に多くの削減をもたらす。 前記短い部品は０．３〜１ｍ長のオーダでもよい。

ドリルパイプセクションは、好ましくは、上述されるようにドリルパイプの大部分、例えば、少なくとも８０％、好ましくは、９５％より多くを含む。 上述のドリルパイプで構成されたドリルパイプセクションは、上述の効果から利益を受けることができる。 ドリルパイプセクションは少なくとも２つの隣接するドリルパイプを備えることができる。

前記要素の周りで掘削された穴の底から地表まで進む方向に掘削液の循環を用いて穴を掘削するドリルストリングスタビライザは、スタビライザの他の部分の径より大きい外径をもつ少なくとも１つの支圧セクションが設けられ、掘削中に穴の壁を圧迫する少なくとも１つの支圧ゾーンと、支圧ゾーンに実質的に隣接し、支圧ゾーンの上流および下流に配置され、前記スタビライザの軸の周りでほぼ螺旋形状をしている複数の溝を含む２つのアクティブ化ゾーンとを備えることができる。 アクティブ化ゾーンは支圧ゾーンと一体化されている。 支圧ゾーンは、凸状の丸みを帯びた回転体の形で、支圧セクションの上流および下流に配置され、支圧セクションに隣接する少なくとも２つの案内セクションを含む。 案内セクションは支圧セクションおよびアクティブ化ゾーンに接している。 ほぼ螺旋形状をしている循環溝は、支圧ゾーンの外面で前記スタビライザの軸の周りに設けられている。

本発明は、限定されることのない実施例として記載され、添付図面に図示されているいくつかの実施形態についての以下の詳細な説明からより良好に理解されるであろう。

図１は、両端部のそれぞれにネジ付きコネクタ要素を備えるドリルパイプ（ドリルストリングのコンポーネント）の側面図である。

図２は、図１のドリルパイプの軸方向断面図である。

図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面図である。

図４は、図１のＩＶ−ＩＶに沿った断面図である。

図５は、図１のＶ−Ｖに沿った断面図である。

図６は、図１のＶＩ−ＶＩに沿った断面図である。

図７は、図１の部分詳細図である。

図８は、図１の部分詳細図である。

図９は、２つのドリルパイプの結合端部における２つの要素の部分側面図である。

図１０は、２つのドリルパイプの結合端部における２つの要素の部分側面図である。

図１１は、４つの支圧セクションを含むドリルカラーの側面図である。

図１２は、４つの支圧セクションを含む重量ドリルパイプの側面図である。

図１３は、支圧セクションをもつ掘削スタビライザの側面図である。

図１４は、通常クロスオーバーサブと呼ばれる継手ピースの側面図である。

図１５は、図７および８の接続されたドリルパイプを示す。

図１〜１２に示されているように、プロファイル加工されたドリルパイプ１は、一般に、ドリルパイプセクションのプロファイル加工されたドリルパイプ１がドリルストリングの端部に配置されたドリルビットのようなツールによって生成された掘削された穴の内側のサービスイチにあるとき、実質的に掘削軸を構成する軸２の周りの回転体として形成される。 軸２はドリルパイプセクションの回転軸である。 プロファイル加工されたドリルパイプ１は管状の形状を有し、実質的に円筒状の回転体として形成された通路３がプロファイル加工されたドリルパイプ１の中央部分に設けられている。

ドリルストリングのコンポーネント（特に、図１〜１２に示されたドリルパイプセクションのドリルパイプ）は、管状の形状で製造され、一体的に終端間接続されるので、それらの中央通路３が互いの延長状に位置決めされ、掘削が行われる起点の地表から掘削ツールが作用する掘削された穴の底まで図２の矢印４によって指示されているように、上から下までの掘削液の循環用の連続的な中央空間を構成する。 掘削液または泥は、その後に、掘削された穴の壁とドリルパイプセクションの外面との間に画定された環状空間の中を上昇する（矢印５を参照）。 ドリルストリングは、ドリルパイプ、重量ドリルパイプ、ドリルカラー、スタビライザまたは継手を備えることができる。 ドリルパイプは、ドリルストリングの全長の実質的な部分あるいはさらに主な部分を構成するドリルパイプセクションへの組立によって終端間接続される。

掘削液がドリルパイプセクションの外側を上昇するとき、掘削液は掘削ツールが横断した地層から掘削が行われる起点の地表まで岩屑を引っ張り上げる。 ドリルパイプセクションは、ドリルパイプと坑井壁との間の環状空間内での掘削液の上向き循環を実現し易くするため設計されている。 掘削岩屑を効率的に引っ張り上げること、そして、穴の内部でのドリルパイプセクションの前進を実現し易くするために掘削された穴の壁と支圧面とを掃除することが望ましい。

ドリルパイプセクション、および、より一般的に、ドリルストリングのコンポーネントの特性は、厳密な意味で掘削段階中であるか、または、底と地表との間でトリッピングが行われている段階中であるかにかかわらず、一般的な掘削工程の基本的な品質の性質、性能および安全性に役立つ。 炭化水素の探査の変更は、ますます複雑であり、より極端な地質条件の下に置かれる軌道の作成を要求する。 現在のところ、炭化水素は、定期的に４ｋｍ以上の深さで、かつ、固定された施設に対して１０ｋｍを超える可能性がある水平距離で探査されている。

本出願人は、ドリルストリングのコンポーネントと掘削された穴の壁との間の接触点での機械的特性および油圧特性が極めて重要であると判定した。 実際には、ストリングは、掘削された穴の壁に対して回転中および並進中に擦れる。 摩擦は、ストリングのコンポーネントの緩やかであるが、しかし、重大な摩耗と、掘削された穴の壁のかなり急速な摩耗とを引き起こし、結果として、掘削された穴の径を増加させ、非常に長い穴の場合には相当な量であると判明することができる岩屑の体積を増加させる。 さらに、掘削された穴とストリングとの間の岩屑の質量の増加に起因するブロッキングは回避されるべきである。

本出願人は、底から地表までと地表から底までの軸方向摩擦係数を極めて実質的に低減し、そして、回転が掘削中の穴全体のダイナミックな清掃と、ドリルパイプセクションの引き抜き行程中に生じ得る岩屑の集積の破壊とを可能にする、新しいユニバーサルプロファイルを開発した。 プロファイルは、ストリングの摩滅による摩耗を大幅に低減し、特にドリルパイプセクションにおいて、摩滅による掘削された穴の壁の摩耗を低減することが可能である。 このプロファイルは、組み立てられた継手における最大応力ゾーンの間の接触を阻止することも可能である。 このプロファイルは、設備の耐用年数が増加され、掘削段階およびトリッピング段階中のプロファイルの機械的強度が維持されることを意味する。

プロファイル加工されたドリルパイプ１はモノブロック型で高張力鋼から製造されることができ、または、セクション単位で製造され、その後に、一体的に溶接されることができる。 より具体的には、プロファイル加工されたドリルパイプ１は、ドリルパイプと、一体的に溶接されたときに１０ｍを超えることができる長さをもつ中央管状セクション８とを接続する比較的短い成形ツールジョイントである２つのプロファイル加工された端部セクション６および７を備えることができる。 中央セクション８は、端部セクションより小さい外径を有することができる。 短い端部セクション６、７からの長い中央セクション８の製造は、廃棄物、特に、機械加工切り屑または削り屑の量を著しく削減する可能性がある。 このようにして、かなり高い材料歩留まりが達成される。 中央セクション８は、実質的に一定のボアおよび実質的に一定の外径（ドリルパイプセクションの公称直径）を含み、場合によっては、溶接によるセクション６および７の接続を実現し易くするためセクション６、７の端部付近で余分な厚さをもつことができる管の形でもよい。

一般に、以下の説明は、セクション６の自由端からセクション７の自由端まで記載されている。 セクション６（雌型ツールジョイント）は、別のドリルパイプ１の雄ネジに接続するための雌ネジ９ａが設けられたボアを含む外側環状円筒面をもつ雌型継手部分９を備える。 雌ネジ９ａは、例えば、ＡＰＩ仕様書７に準拠した、または、本出願人の特許、例えば、米国特許第７２１０７１０号、米国特許第６５１３８４０号に準拠したテーパー付きでもよい。 継手部分９はドリルパイプ１の端部セクション６の自由端を構成する。

端部セクション６は、このとき、外面上に、断面図が図３に示されているアクティブ化ゾーン１０を備える。 アクティブ化ゾーン１０は、継手部分９の外側円筒面に接する外面を備えるが、継手部分９の外径に対する極めて僅かな環状凹部、したがって、増加する外径を有することができる。 アクティブ化ゾーン１０は、螺旋として形成され、図１および３〜６に矢印９１によって示されているドリルパイプセクションの回転の方向に泥が上昇するようことを促進する全体的な形状（傾斜を含む）を有する複数の溝１１を備える。 溝１１は継手部分９の外側円筒面からアクティブ化ゾーン１０の端部付近へ軸方向に延在する。 軸２に対する溝１１の螺旋の傾斜角は７〜４５度の範囲にあることができる。

溝１１の底は、継手部分９に対して径が減少する部分１１と、継手部分９の反対側にある長さが短い環状底部分１１ｂおよび傾斜部分１１ｃとを備え、その結果、アクティブ化ゾーン１１の外径を再接合する。 アクティブ化ゾーン１０の外面の中の環状凹部は実質的に溝１１の傾斜部分１１ａに位置している。 図３においてわかるように、溝１１は、アクティブ化ゾーン１０の外側円筒面に対して、一方側で鈍角をもち、反対側で鋭角をもつスコップの形をした非対称的なプロファイルを有している。 鈍角がドリルパイプセクションの回転方向（矢印９１）で溝の裏側または後辺部に設けられることができる。 ドリルパイプセクションは、ネジ付きジョイントが抜けることを阻止するために常に同じ方向に回転駆動されることに注意を要する。 溝の表側または前辺部に設けられた鈍角は、流体の溝１１への流入を実現し易くするため設計されている。 溝１１は溝の非対称的なプロファイルにより岩屑の掻き集め機能を提供する。

より具体的には、アクティブ化ゾーン１０は、７〜９つの範囲、例えば、９の個数の溝１１が設けられることができる。 部分１１ａの軸方向長さは、１０〜７０ｍｍの範囲、好ましくは、３５〜４５ｍｍの範囲にあり、例えば、３９ｍｍであることができる。 中央部分１１ｂの軸方向長さは５〜４０ｍｍの範囲、好ましくは、１０〜１５ｍｍの範囲にあり、例えば、１１ｍｍであることができる。 軸に対する第１の部分１１ａの角度α _１は、範囲１０°〜３０°、好ましくは、範囲１５°〜２５°にあり、例えば、２０°であることができる。 部分１１ｃの角度β _１は、範囲３０°〜６０°、好ましくは、範囲４０°〜５０°にあり、例えば、４５°でもよい。 前記部分の間のフィレット半径は範囲３〜１０ｍｍにあることができる。 溝１１の深さは、範囲５〜２０ｍｍ、好ましくは、範囲１０〜１５ｍｍでもよい。 γ _１に相補的である溝１１の後縁部上の鋭角は、範囲５０°〜８０°、好ましくは、範囲６０°〜７０°にあり、例えば、６５°である。 アクティブ化ゾーン１０の外側の２つの溝１１の距離ｄ１は、範囲２０〜４０ｍｍ、例えば、範囲２５〜３０ｍｍにあることができる。 アクティブ化ゾーン１０は、掘削（ドリルパイプセクションの回転式降下）の間に泥および岩屑の再循環効果をもたらし、ドリルパイプセクションが引き抜かれるときに穴の壁を擦るか、または、拡掘する。

次に、ドリルパイプ１は、その外面に継手部分９から離れる支圧ゾーン１２を備える。 支圧ゾーン１２は、案内部分１３、中央支圧部分１４および案内部分１５を備える。 ドリルパイプ１の外側で掘削泥の流れる方向５において、案内部分１３は下流にあり、案内部分１５は上流にある。 支圧ゾーン１２は、５０〜１１０ｍｍのオーダ、好ましくは、７０〜８０ｍｍのオーダの軸方向長さを有することができる。 中央支圧部分１４は、ドリルパイプ１の他の部分の外径より大きい外径をもつ円筒状回転体の形状をしている。

案内部分１３および１５の外側形状は、丸みを帯びた回転体、例えば、円錐曲線回転体、オージャイブ形（ｏｇｉｖａｌ）または長円体である。 案内部分１３および１５は、アクティブ化ゾーン１０の外面に外接している。 案内部分１５は、後述されるアクティブ化ゾーン１６に外接している。 支圧セクション１４の長さは支圧ゾーン１２の長さの半分のオーダであることができる。 案内部分１３および１５は、それぞれが、支圧ゾーン１２の長さの４分の１のオーダの長さを有することができる。 円錐曲線回転体形状の場合、案内部分１３および１５は、５０〜１００ｍｍのオーダ、好ましくは、７０〜８０ｍｍの範囲にある曲率半径を有することができる。 支圧ゾーン１２、特に、支圧セクション１４は、ドリルパイプ１の残りの部分より硬質の材料から形成された被覆または上塗りの形で製造されることができる。 硬質材料は、炭化クロムまたは炭化タングステンで構成されることができる。 硬質材料は、範囲１〜１０ｍｍにある厚さ、例えば、２〜４ｍｍの厚さを有することができる。 前記硬質材料は、溶接または熱溶射プロセス（例えば、炎またはプラズマ中）によって供給されることができる硬質被覆の形をしている。 支圧ゾーン１２は、掘削された穴の壁に対する軸または回転摩擦に耐えるため設けられている。 支圧ゾーン１２、特に、案内部分のプロファイルは、流体が流体支圧効果を発生させることを可能にする。

ドリルパイプ１の外側の掘削泥の流れの方向に支圧ゾーン１２の上流に配置されたアクティブ化ゾーン１６は、矢印５の向きで掘削泥の流れの方向に一般に増加する外径を有する。 外側形状は、例えば、凸状卵形でもよい。 アクティブ化ゾーン１６は、支圧ゾーン１２の案内部分１５の一方側へ接線方向に接続し、別のドリルパイプ１に接続する前にドリルパイプ１を垂直方向に支持するためもう一方側でテーパー付きの表面に接続することができる（昇降機テーパー）。 アクティブ化ゾーン１６は、溝１１の形状とほぼ同様の形状をもち、異なる寸法をもつ複数の溝１７を備える。 溝１７は、４〜８の範囲の個数、例えば、６つでもよい。 アクティブ化ゾーン１６は、泥および岩屑が掘削（ドリル・スプリングの降下）中に泥を再循環させるため掻き集められることを確実にする。 上流アクティブ化ゾーン１６と下流アクティブ化ゾーン１０との間で泥の軸方向速度、よって、泥再循環効果を増大させるため、溝１７の下流に位置している溝１１の螺旋の軸に対する傾斜は溝１７の傾斜より小さくあり得る。

溝１７は、案内部分１５に近接した下流部分１７ａと、円筒状底を含む中央部分１７ｂと、矢印５の方向に減少する径をもつ上流部分１７ｃとを備える。 下流部分１７ａは、軸２に対して範囲３０°〜６０°、好ましくは、範囲４０°〜５０°、例えば、４５°の角度β _２を有することができる。 上流部分１８ｃは、軸２に対して範囲１０°〜３０°、好ましくは、範囲１５°〜２５°、例えば、２０°の角度α _２を有することができる。 中央部分１７ｂの軸方向長さは、範囲２０〜６０ｍｍ、より好ましくは、範囲３０〜４０ｍｍ、例えば、３６ｍｍでもよい。 上流部分１７ｃの軸方向長さは、範囲１０〜５０ｍｍ、好ましくは、範囲２０〜３０ｍｍ、例えば、２４ｍｍでもよい。 中央部分１７ｂは、アクティブ化ゾーン１０の溝１１の中央部分１１ｂの径より小さい径を有することができる。 溝１７は、溝１１の深さより大きく、好ましくは、２倍より大きい深さを有することができる。 溝１７の深さは、範囲２０〜３０ｍｍ、好ましくは、範囲２５〜２８ｍｍにあることができる。 好ましくは、溝の円筒状底１７ｂとボア３との間の材料の厚さは、後述される継手ゾーン１８の厚さより大きい。 例として、溝底の径は継手ゾーン１８の外径以上でもよい。

図４に断面が示されている溝１７は、ドリルパイプセクションの回転方向に、アクティブ化ゾーン１６の回転外面に対する鈍角と、γ _２に対し相補的であり、例えば、範囲５０°〜８０°にあり、好ましくは、範囲６０°〜７０°にあり、例えば、６５°である後辺部上の鋭角とをもつ前縁部を有する。 ２つの溝１７の間の距離ｄ _２は、前記距離が最小であるゾーンの中で、範囲１０〜５０ｍｍにあり、好ましくは、範囲２０〜４０ｍｍにあり、例えば、３０ｍｍでもよい。

アクティブ化ゾーン１６を越えて、端部セクション６は、アクティブ化ゾーン１６、したがって、端部まで中央セクション８に溶接されている円筒状外面をもつ継手ゾーン１８の外面に接するテーパー付きの昇降機ゾーン９２（ドリルパイプが持ち上げられ、掘削リグの昇降機によって保持されるときにドリルパイプを支持するように意図されている）を備えることができる。

上流端部セクション７（雄ツールジョイント）の形状は、極めて一般的に、端部セクション６の形状に対称的である。 端部セクション７は、矢印４の方向で外面上に、継手ゾーン１９と、溝２１が設けられたアクティブ化ゾーン２０と、下流案内部分２３、中央支圧部分２４および中央支圧部分２４を備える支圧ゾーン２２と、上流案内部分２５と、溝２７が設けられたアクティブ化ゾーン２６と、雄継手ゾーンとを備える。

より正確には、継手ゾーン１９は、一方側で溶接によって中央セクション８に固定され、反対側でアクティブ化ゾーン２０に接している外側円筒回転体として成形されている。 アクティブ化ゾーン２０は、個数が４〜８、例えば、６つである溝２１が設けられている。 溝２１は、図５に示された断面図において観察され、溝１７の幾何学的特徴に類似するが、深さが僅かに浅い幾何学的特徴を有することができる。 アクティブ化ゾーン２０は、掘削中（ドリルパイプセクションの下降中）に泥および岩屑の再循環効果を提供し、ドリルパイプセクションの上昇時に穴を擦るか、または、拡掘する。

軸方向断面の観点から、図２および８を参照すると、溝２１は、溝１１および１７の場合の３つではなく、２つの主要部分を備える。 溝２１は、少なくとも継手ゾーン１９の壁の厚さに等しいドリルパイプの壁の厚さを溝２１の部分２１ａで維持するため、継手ゾーン１９の外面の拡張部に位置している下流部分２１ａを備える。 換言すると、下流ゾーン２１ａでは、溝２１の底は実質的に平坦である。 下流部分２１ａを越えて、溝２１は、アクティブ化ゾーン２０の外径を繋ぎ合わせるため傾斜した上流部分２１ｂを備える。 上流部分２１ｂは、軸２に対して、範囲３０°〜６０°にあり、好ましくは、範囲４０°〜５０°にあり、例えば、４５°である傾斜角β _３を有することができる。 アクティブ化ゾーン２０の外面は、継手ゾーン１９と支圧ゾーン２２との間にほぼドーム形、例えば、オージャイブ形を有する。 下流部分２１ａの軸方向長さは、範囲５０〜１００ｍｍにあり、好ましくは、範囲６０〜８０ｍｍにあり、より好ましくは、この場合も、案内セクションの平均径より小さい。 溝２１間の距離ｄ _３は距離ｄ _２に等しくてもよい。

支圧ゾーン２２は、支圧ゾーン１２の特徴に類似した幾何学的、物理的および／または化学的特徴を有することができる。 下流案内セクション２３はアクティブ化ゾーン２０の外面および支圧部分２２の外面に接する。 上流案内部分２５はアクティブ化ゾーン２６の外面および支圧部分２２の外面に接する。

アクティブ化ゾーン２６は、複数個、例えば、５〜１０、例えば、７つの溝２７を備える。 アクティブ化ゾーン２６の外面は、矢印５の方向に径が増加する部分と、次に、継手部分２８の外径に接続する径が減少する部分とを備える。 溝２７の底は、矢印５の方向に径が増加する下流部分２７ａと、中央円筒状底部分２７ｂと、矢印５の方向に径が減少する上流部分２７ｃとを備える。 下流部分２７ａは、軸２に対して、範囲３０°〜６０°にあり、好ましくは、範囲４０°〜５０°にあり、例えば、４５°である角度β _４を有することができる。 上流部分２７ｃは、軸２に対して、範囲１０°〜３０°にあり、好ましくは、１５°〜２５°にあり、例えば、２０°である角度α _４を有することができる。 中央部分２７ｂの径は、溝１１の中央部分１１ｂの径から溝１７の中央部分１７ｂの径までの範囲にある。 中央部分２７ｂの軸方向長さは、範囲１０〜５０ｍｍにあり、好ましくは、範囲２０〜３０ｍｍにある。 上流部分２７ｃの軸方向長さは、範囲２０〜８０ｍｍにあり、好ましくは、範囲４０〜６０ｍｍにあり、例えば、５３ｍｍである。 アクティブ化ゾーン２６は、掘削中（ドリルパイプセクションの下降中）に泥および岩屑を掻き集め、再循環する。 上流アクティブ化ゾーン２６と下流アクティブ化ゾーン２０との間の泥の軸方向速度を増加させ、よって、岩屑の上昇を増加させるため、溝２７の下流に位置している溝２１の螺旋の軸に対する傾斜は溝２７の傾斜より小さくあり得る。

断面の観点から、図６を参照すると、溝２７は、ドリルパイプセクションの回転方向に、アクティブ化ゾーン２６の外周に対して鈍角をもち、後縁部側にγ _４に相補的である鋭角、例えば、外周に対して範囲５０°〜８０°にあり、好ましくは、範囲６０°〜７０°にあり、例えば、６５°である角度をもつ前縁部を有する。 溝２７の深さは、範囲１５〜３０ｍｍにあり、好ましくは、範囲２０〜２５ｍｍにあることができる。 溝間の距離ｄ _４は、範囲１０〜４０ｍｍにあり、好ましくは、範囲２０〜３５ｍｍにあり、例えば、２５ｍｍでもよい。

アクティブ化ゾーン２６の上流で継手ゾーン２８は、円筒状回転体の外部形状を有する。 継手ゾーン２８は、対応する雌ネジと協働するように設けられた雄ネジ２８ａをさらに備える。

図示された実施形態では、プロファイル加工された要素１は、互いに分離され、それぞれが２つのアクティブ化ゾーン１０および１６、２０および２６によって囲まれた２つの支圧ゾーン１２および２２を備える。 支圧ゾーン１２と２２との間の距離は、相対的に広くてもよく、例えば、プロファイル加工された要素１の長さに依存して、５〜１５ｍのオーダである。 プロファイル状ドリルパイプ１は、別個のセクション６、７および８で組み立てることが有利である。 端部セクション６および７（ツールジョイント）の最大径より実質的に小さい最大径をもつ回転体の形をしている中央セクション８は、実質的に小さい外径、例えば、端部セクション６および７の外径の１５％〜３０％のオーダの外径をもつ管状素材から製作されることができる。 よって、機械加工されるべき材料の量は、モノブロックから製造されたドリルパイプ１と比べるとかなり削減される。 セクション６、７および８は、アクティブ化ゾーンの溝の機械加工の前後、および、支圧ゾーン１２および２２の硬質強化材の形成の前後に、例えば、摩擦によって、一体的に溶接される。

ドリルストリングは、クロスオーバーサブ、または、重量ドリルパイプ、ドリルカラーもしくはスタビライザのような他の要素が追加されること、あるいは、追加されないことがあるドリルパイプ１で構成されることができる。 特に、直線的な前進速度、低い巻き込みトルク、および、掘削された穴の少しの摩滅に関して、優れた掘削特徴を確実にする高い割合のドリルパイプ１からストリング、より具体的には、ドリルパイプセクションを組み立てることが特に有利である。 アクティブ化ゾーン１０、１６、２０および２６は、特に、掘削岩屑が掘削された穴の下方部分に堆積し始める傾向がある実質的に水平方向に湾曲した坑井の場合に、ドリルパイプ１の外側にある掘削泥および岩屑をスクラップ化および拡掘効果を伴って動かす原因になる。 アクティブ化ゾーンは、アクティブ化ゾーンの螺旋状傾斜とドリルストリングの回転方向とのため、この堆積物を捕捉することが可能であり、矢印５の方向に持ち上げる傾向ができる。 一般に、支圧ゾーン１２、２２は、ドリルパイプ１の残りの部分の材料より硬質であり、半径方向厚さの２倍だけ縮小された支圧セクションの外径が要素のネジ付き部分の外径より大きくなるような半径方向厚さに亘る材料から製造される。

少なくとも１つの案内セクションは、流体軸受を形成するために、２０ｍｍより大きく、好ましくは、６０ｍｍより大きい平均半径をもつ円錐曲線回転体形状を有することができる。

少なくとも１つのアクティブ化ゾーンは支圧ゾーンに向かって増大する外径を有することができる。

少なくとも１つの案内セクションはオージャイブ形状または回転楕円体形状を有することができる。

支圧セクションの長さは範囲２０〜５０ｍｍにあり、好ましくは、範囲３０〜４０ｍｍにあることができる。

支圧ゾーンの長さは範囲５０〜１００ｍｍにあり、好ましくは、範囲７０〜８０ｍｍにあり、より好ましくは、案内セクションの平均径未満であることができる。

図１５は、それぞれのネジ９ａおよび２８ａを経由する２つのドリルパイプ１の組立体を示している。 一方のドリルパイプの支圧ゾーン１２とアクティブ化ゾーン１０、１６とは、もう一方のドリルパイプの支圧ゾーン２２とアクティブ化ゾーン２０および２６とにかなり接近している（０．５０ｍ未満のオーダの距離）。 ドリルパイプセクションの外側での泥および岩屑の循環の方向５のため、泥および岩屑は、最初にアクティブ化ゾーン１６に、次に支圧ゾーン１２に、次にアクティブ化ゾーン１０に、次に数１０ｃｍ後でアクティブ化ゾーン２６に、次に支圧ゾーン２２に、そして最後にアクティブ化ゾーン２０に衝突する。

これらのゾーンの近接性のため、これらの種々のゾーンに沿った泥および岩屑の軸方向速度を増加させようとすることが有利であることができる。 このため、傾斜角が最も上流の溝１７から最も下流の溝２１へ規則的に減少するように溝の傾斜角を選択することが可能である。 換言すると、溝２１の傾斜角は溝２７の傾斜角より小さくなるように選択され、溝２７の傾斜角は溝１１の傾斜角より小さくなるように選択され、溝１１の傾斜角は溝１７の傾斜角より小さくなるように選択されることができる。

ドリルパイプ４１は、下流支圧ゾーン２２の下流にあるアクティブ化ゾーン２０と、上流支圧ゾーン４２の上流にあるアクティブ化ゾーン２６と、前記下流支圧ゾーンと前記上流支圧ゾーンとの間にあるアクティブ化ゾーン４６とを含む端部セクション７（雄ツールジョイント）を備えることができる（図１０を参照）。 パイプ４１は、 坑井の壁に亘って泥のアクティブ化の増大と優れた滑りとを提供する。

ドリルパイプ３１は、上流支圧ゾーン１２の上流にあるアクティブ化ゾーン１６と、下流支圧ゾーン３２と前記上流支圧ゾーン１２との間のアクティブ化ゾーン１１とを含むセクション６（雌ツールジョイント）を備えることができる（図９を参照）。 セクション３１は、このようにして、２つの支圧ゾーンおよび２つのアクティブ化ゾーンを備える。

図１１に示された実施形態では、プロファイル加工された要素１はドリルカラーである。 プロファイル加工された要素１は、各々がアクティブ化ゾーン１０および１６と、２０および２６と、５０および５６と、６０および６６とによって取り囲まれた４つの支圧ゾーン１２、２２、５２および６２を備える。

図１２の実施形態では、プロファイル加工された要素１は重量ドリルパイプである。 プロファイル加工された要素１は、各々がアクティブ化ゾーン１０および１６と、２０および２６と、５０および５６と、６０および６６とによって取り囲まれた４つの支圧ゾーン１２、２２、５２および６２を備える。

図１３の実施形態では、例えば、ドリル・パイプ・セクションの下方端部の下に配置されたスタビライザ７０が設けられている。 スタビライザ７０は、一方の端部に雄ネジを備え、もう一方の端部に雌ネジを備えている。

スタビライザ７０は、その外面に、下流１４および上流７４の２つの支圧セクションを含む支圧ゾーン１２と、支圧ゾーン１２の下流および上流にある２つのアクティブ化ゾーン１０および１６とを備える。 支圧ゾーン１２は、アクティブ化ゾーン１０と下流支圧セクション１４との間、および、アクティブ化ゾーン１６と上流支圧セクション７４との間に、それぞれ、２つの案内セクション１３および１５を備える。 支圧ゾーン１２は、下流支圧セクション１４と上流支圧セクション７４との間に連結セクション７３を備える。 連結セクションは、支圧セクション１４および７４の外径より小さい外径を有することができる。 アクティブ化ゾーン１０の外径はアクティブ化ゾーン１６の外径と異なることができる。

スタビライザ７０は、雄ネジと支圧ゾーン１２との間にある第１の管状部分と、雌ネジと支圧ゾーン１２との間にある第２の管状部分とを備える。 各管状部分の外径は、支圧ゾーン１２の最大径より小さく、好ましくは、支圧ゾーン１２の最大径の６５％未満である。 第１の管状部分の外径は第２の管状部分の外径以上でもよい。 第１の管状部分の長さは範囲２５４〜１２１９ｍｍにあることができる。

一般に螺旋形状である段７１は、段７１の間にスタビライザのブレード７５を構成するように少なくとも支圧ゾーン１２の中に設けられている。 段７１は、少なくとも下流支圧セクション１４から上流支圧セクション７４まで延在する。 段７１は、２つ〜６つでもよく、例えば、３つでもよい。 段７１は、軸２に対して、範囲１５°〜３５°にある傾斜角を有する。 傾斜角は、アクティブ化ゾーン１０の溝１１の傾斜角と、アクティブ化ゾーン１６の溝１７の傾斜角との間の範囲にあることができる。 段７１はアクティブ化ゾーン１０からアクティブ化ゾーン１６に延在することができる。 段７１は、段の端部で溝１１および１７の少なくとも一部分（例えば、６つのうちの３つ）へ通じることができる。 段７１は、掘削泥を循環させるため役立ち、スタビライザの外径は掘削された穴の外径に近づくことがあり、少なくともいくつかのブレード７５は穴の内面を圧迫するようになる。

図１４の実施形態では、継手ピースまたはクロスオーバーサブ８０は段７１がない。 クロスオーバーサブ８０は、図１０に示された支圧ゾーンと同様の支圧ゾーン４１と、一方の端部の雄ネジおよびもう一方の端部の雌ネジと、雄ネジと支圧ゾーン４１との間の第１の管状部分と、雌ネジと支圧ゾーン４１との間の第２の管状部分とを有することができる。 各管状部分の外径は、それ自体が掘削された穴の径より遙かに小さい支圧ゾーン１２の最大径より小さい。 第１の管状部分および第２の管状部分の慣性は、これらの管状部分に隣接するコンポーネントの端部の慣性に近いことができる。 よって、第１の部分に隣接するコンポーネントがドリルカラーである場合、第１の部分の慣性はドリルカラーの慣性に近くてもよい。 第２の部分に隣接するコンポーネントが重量ドリルパイプである場合、第２の部分の慣性は重量ドリルパイプの慣性に近くてもよい。

各スタビライザ７０またはクロスオーバーサブ８０は、 坑底組立体（すなわちＢＨＡ）と、下方端部に重量ドリルパイプを有することができるドリルパイプセクションとの間のコネクタとしての機能を果たすことができる。 一実施形態では、スタビライザ７０またはクロスオーバーサブ８０は、ドリルパイプセクションの一部を形成する重量ドリルパイプ（または、重量ドリルパイプが使用されない場合に標準的なドリルパイプ）と、 坑底組立体の一部を形成するドリルカラーまたは別のコンポーネントとの間に配置されている。 より具体的には、ドリルカラーの上方管状部分の外径はスタビライザ７０またはクロスオーバーサブ８０の第１の管状部分の外径と異なることができる。 重量ドリルパイプの下方管状部分の外径はスタビライザ７０またはクロスオーバーサブ８０の第２の管状部分の外径と異なることができる。 スタビライザは、通常、 坑底組立体の内部に（例えば、下方端部および上方端部へ向かって）配置されていることに注意を要する。 ドリルパイプセクションと坑底組立体との間のスタビライザ７０またはクロスオーバーサブ８０の位置決めは、ドリルストリングを持ち上げる拡掘作業中に特に優位性を提供する。 標準的な構成（ 坑底組立体とドリルパイプセクションとの間にタイプ７０、８０のコンポーネントを含まない構成）では、岩屑の集積または「砂山」は、拡掘用のドリルストリングの持ち上げ条件下で坑底組立体の直ぐ上に形成される傾向がある。 発明者らは、少なくとも１つのコンポーネント７０、８０を坑底組立体とドリルパイプセクションとの間に配置することによって岩屑の排出に特に有利な影響があることに注目した。 さらに、クロスオーバーサブ８０は、 坑底組立体のドリルカラーの高い慣性と、標準的なドリルパイプセクションの重量ドリルパイプの低い慣性との間で変化を生じさせることができる。

より具体的には、溝１１、１７、２１、２７は、隣接する支圧ゾーンに近接した、軸に交差する平面内で傾斜した底部分を備えることがあり、軸に対するこの平面の傾斜は、範囲３０°〜６０°にあり、好ましくは、範囲４０°〜５０°にある。

溝１１、１７、２１、２７の少なくとも一部分は、底が実質的に軸と平行な平面内にある中央部分を備えることができる。

ドリルパイプは、第１の支圧ゾーンの上流にあるアクティブ化ゾーンと第２の支圧ゾーンの下流にあるアクティブ化ゾーンとの間に実質的に管状部分を備えることができる。

第２の支圧ゾーンの上流にあるアクティブ化ゾーンの溝は、隣接する支圧ゾーンから離れ、底が軸と交差する平面内で傾斜している傾斜部分を備えることができる。 軸に対するこの平面の傾斜は、範囲１０°〜３０°にあり、好ましくは、範囲１５°〜２５°にあることができる。

第２の支圧ゾーンの上流にあるアクティブ化ゾーンの溝は、支圧ゾーンから離れ、底が軸と交差する平面内で傾斜し、長さが範囲２０〜８０ｍｍにあり、好ましくは、範囲４０〜６０ｍｍにある部分と、底が軸に実質的に平行な平面内にあり、長さが範囲１０〜５０ｍｍにあり、好ましくは、範囲２０〜３０ｍｍにある中央部分とを備えることができる。

第２の支圧ゾーンの下流にあるアクティブ化ゾーンの溝は、底が軸に実質的に平行な平面内にあり、長さが範囲５０〜１２０ｍｍにあり、好ましくは、範囲７０〜８０ｍｍにある部分を備えることができる。

第２の支圧ゾーンの下流にあるアクティブ化ゾーンの溝は、底が軸に実質的に平行な平面内にあり、実質的に管状面の外面に接する部分を備えることができる。

第１の支圧ゾーンの上流にあるアクティブ化ゾーンの溝は、隣接する支圧ゾーンから離れ、底が軸と交差する平面内で傾斜している傾斜部分を備えることができる。 軸に対するこの傾斜は、範囲１０°〜３０°にあり、好ましくは、範囲１５°〜２５°にあることができる。

第１の支圧ゾーンの上流にあるアクティブ化ゾーンの溝は、隣接する支圧ゾーンから離れ、底が軸と交差する平面内で傾斜し、長さが範囲１０〜６０ｍｍにあり、好ましくは、範囲２０〜３０ｍｍにある部分と、長さが範囲１０〜８０ｍｍにあり、好ましくは、範囲３０〜４０ｍｍにある中央の実質的に軸方向部分とを備えることができる。

第１の支圧ゾーンの下流にあるアクティブ化ゾーンの溝は、隣接する支圧ゾーンから離れ、底が軸と交差する平面内で傾斜し、軸に対する傾斜が範囲１０°〜３０°にあり、好ましくは、範囲１５°〜２５°にある部分を備えることができる。

第１の支圧ゾーンの下流にあるアクティブ化ゾーンの溝は、隣接する支圧ゾーンから離れ、底が軸と交差する平面内で傾斜し、長さが範囲１０〜７０ｍｍにあり、好ましくは、範囲３５〜４５ｍｍにある部分と、長さが範囲５〜４０ｍｍにあり、好ましくは、範囲１０〜１５ｍｍにある中央の実質的に軸方向部分とを備えることができる。

アクティブ化ゾーンの溝の深さと溝の個数との積は、範囲８０〜２００ｍｍにあり、好ましくは、範囲１００〜１６０ｍｍにあることができる。

アクティブ化ゾーンの溝は、アクティブ化ゾーンの外面と共に、円周方向に、かつ、アクティブ化ゾーンの外周に対して、一方の辺と鋭角を形成し、反対側の辺と鈍角を形成する。 鋭角は、範囲６０°〜７０°にある値を有することができる。

アクティブ化ゾーンの２つの溝の間の距離は、範囲１０〜５０ｍｍにあり、好ましくは、範囲２０〜３５ｍｍにあることができる。

アクティブ化ゾーンの溝の深さは、範囲１０〜４０ｍｍにあり、好ましくは、範囲１１〜２８ｍｍにあることができる。

溝は、軸に対して支圧ゾーンの上流から下流に減少するある角度をもつ一般的な螺旋の形状を有する。

上述されているようなセクションは、一方の端部にネジ付き継手が設けられ、もう一方の端部にはネジが無いことができる。 よって、ドリルパイプセクションは、このタイプの少なくとも１つのセクション（例えば、ツールジョイントから構成される）と、一方の端面が前記セクションのネジの無い端部に溶接（突き合わせ溶接）されている管とを備えることができる。 ドリルパイプセクションは、一方の端面が各セクション上のネジの無い端部に溶接された管によって接続された２つのセクションを備えることができる。 本発明によるドリルパイプの少なくとも８０％、または、１００％さえ含むドリルパイプセクションが形成されることができる。

ここに、掘削性能のかなりの改善、特に、１０％〜３０％のオーダの前進速度の増加、１０％〜６０％のオーダの摩擦トルクの削減、１０％〜５０％のオーダの軸方向摩擦の削減、１０％〜３０％のオーダのドリルパイプセクションの耐用年数の増加、および、１〜２ｋｍのオーダの掘削された穴の全長の増加を達成可能であるドリルパイプセクション要素が実現された。