JPH03161608A - 多段式ボーリング孔内圧力測定装置 - 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】

［産業上の利用分野］ 本発明は、パノカ一部と圧力検出部とを交互に配列し、
パノカ一部によりボーリング札内を複数の区間に区切り
、その各区間の圧力を圧力検出部で測定する装置に関す
るものである。この装置は、地盤中に変動ずる水圧ある
いはガス圧をかけ、離れた観測点への圧力伝播状況及び
その圧力水や加圧ガスの浸透量からその地盤中の地下水
の流動及び地盤の透水性を調査する分野等で利用できる
。 ［従来の技術］ ボーリング札内での圧力測定が種々の調査で必要となる
．最もポピュラーな例として地下水位の経時変化を調査
する場合があり、他に石油工学における貯留層工学の分
野で石油の埋蔵量を推定するために石油の貯留層の一部
に圧力をかけ、その圧力伝播を測定する場合などがある
．これらは一点式測定が多い。多点測定の例としては、
地盤中に水圧をかけてその伝播速度を測定することによ
り地盤の透水性を求める試験がある．これはＩＩ！！　
ｉ中に加圧水を注入し、加圧位立から離れた地盤内でｂ
答圧力を測定する。 従来ＪＡ　ｉ本！では圧力検出に歪ゲージ、半導体、Ｉ
Ｉｚ　主Ｊ７　７−等のセンサが川いられ、それで圧力
を受

【ｌ、その特の電気抵抗や電圧をアナログ信号とし
て取り出し、圧力値に変換する方式である。 ［発明が解決しようとする課題１ −１二記の圧力センサは、基本的には印加圧力による固
体の変形によって生しる神々の現象を利用している．変
形を利用している関係上、圧力センサのｉｊｌｌ＋定定
格圧力が大きくなればなるほど圧力に対して強固な横造
にしなｌナればムらず、一定圧力に女・１ずる変形量は
滅少し、電気的ムアナログ出力も減少する．しかも電気
的ムアナログ出力が減少すると種々のノイズに理没し、
信″−｝を取り出し難くなる．つまり定格圧力が堝すｔ
こ従ってセンサの感度、分解能等が低下することになる
． ところで本発明者等は先に割れ目系岩盤中に掘削したボ
ーリング孔（発信孔）内でダブルパッカーによって遅断
した発信区間に、流量の経時的変化を把握し得る加圧水
を注入し、別の位置のボーリング孔（受信孔）内を深さ
方向に復敗の受１３区間に区分して、各受｛δ区間で前
記加圧水に対する応答圧力変化を測定し、数値解析的に
岩盤の透水性を試験する方法を提案した．この試験では
数百ｍの深度のボーリング札内で圧力伝播を測定する場
合が多い．この測定は時間的な圧力変化の測定に他なら
ず、その変化の大きさは、この種の調査では非常に微弱
である．その大きさは加圧位置から離れれば乱れるほど
、その距離の２〜３乗に逆比例して小さくなる。 また自然状態で存在する地下水の影響によって測定深度
が大きくなるほどセンサ位置における自然状態での水圧
が上昇する．その水圧は変動圧力にとってバイアスとな
る圧力であり、変動圧力はその上に積み上げられる形と
なる．従って一般的な従来の圧力センサは、上記の理山
で測定深度が大きくなれば微弱な圧力を見落としてしま
う可能性が非常に大きくなる．前記の調査では、加圧地
点と測定地点との距離を大きくして広範囲のＩｔ！！　
ｆｆ構造についての知見を得る必要があり、そのような
要求に対して従来の圧力測定′！ｊｔ置は対応できない
。また従来の装置では同時に多点で圧力を計測すること
が不可能であるため発イε区間での加圧水注入を何回も
行わねばならず、その繰り返し注入による地盤の透水性
に対する影響は無視できない． 本発明の目的は、ボーリング孔の深さ方向をイＬ音の間
隔で多数段に区分して、その各区間の圧力変化を同時に
測定することで加圧水注入回数を低減させることができ
、測定深度が大きくなり地下水の静水圧が大きくても微
弱な変動圧力を正確に測定でき、且つ細径化に適した構
造をもつ多段式ボーリング孔内圧力測定装置を提供する
ことにある． ［課題を解決するための千段］ 上記の目的を達戚するため本発明は、３個以上のパノカ
一部と、それらの間に位置する圧力検出器とを互いに着
脱自在６こ一列に配設した基本構造を有する．各パッカ
ー部は、センターパイプと、それを取り囲むように同軸
状に位置し気密性を保持する可撓性パノカーチューブを
備えている．また各圧力検出部は、前記センターパイプ
に液密約に結合するハウジングと、その中に組み込まれ
て外部圧力を検出する水晶振動子式圧力センサと、その
電源及び信号のためのコネクタ付きリード線を備えてい
る。そしてセンターパイプ内に挿通したコネクタ付きケ
ーブルにより前記リード線の間を接続すると共に、一端
のパフ力一部から他端のパッカ一部まで順次パソカー膨
張用ガスチューブで連結する。 ［作用］ バンカ一部のセンターパイプ長を変えることによって隣
り合うパッカー部の間隔を自由に可変できる．所望の間
隔で所望の個数のパッカ一部と圧力検出部を交互に連結
した後、ワイヤあるいはロンドによって装置全体を所定
の孔内深度まで降ろす．ガスチューブを用いて地上から
ガスを供給すると、各バノカ一部は膨張し独立した複数
の受信区間が設定される．その受信区問内の圧力を圧力
センサによって測定する．Ｙ「カセンサは水晶振動子式
であり、ある結晶方＋；ｒ］に切断した水品ｊ１がそれ
にかかる圧力の大きさによって振動数が変化する現象を
４１Ｉ　Ｊｉ　Ｌたちのである．１１！！ｌから駆動電
力を｛ｌ給し、周囲圧力の変化による振動数の変化を地
表で計測する。Ｗ　源ラインは各圧力センサで共通とし
、信号ラインのみ並列に地表に導き出すと、装置本体の
内部を通るリード線の本数を少なくできる．水品振動子
弐を採用することによって、大きなバイアス圧力が加わ
っている状舵でも、最妙な圧力変化を正確にデジタル盪
として検出することが可能となる． ［実施例］ 第１図は本発明に係る装置の一実施例を示す全体横威図
である．この実施例の装置は大まかには５個のパ，カ一
部ｌＯと、それらの問に位置ずる４個の圧力墳出部１２
とを着脱自在に交互に一列に配設した構造になっている
．各ハンカ一部ｌＯは、中心に位置するセンターパイプ
ｌ４と、それを取り囲むように同軸状に位置し気密性を
保持するゴム製のパノヵーチューブ１６を備えている。 最上段パノカ一部の詳細を第２図に、それ以外のバフカ
一部の頭部の詳細を第３図に示す．最ト段もそれ以外の
段も基本的には同し構造である．センターパイプ１４の
上端には上部端栓１８が、また下部近傍には下部端栓ｌ
９が気密的に取り付けられ、パノカーチューブｌ６と上
部端栓ｌ８との間及びバンカーチューブ１６と下部端栓
ｌ９との間にはそれぞれ環状の結合部材２０．２１によ
り気密的に接続されている．上部端栓ｌ８は、センター
パイプ１４と同し中心穴を有し、その上端には連粘部２
２が接続される．センターパイプ１４の下端は下部端栓
ｌ９を貫通している．」二部端栓１８と下部端栓ｌ９に
はそれぞれ軸方向のエア流路２４．２５が形成され、パ
フカーヂューブ】６が囲む円筒状の空間Ｓと外部とを連
通できるようになっており、端部にはそれぞれエアチュ
ーブ用のユニオン継手２６．２７が設けられる． 次に圧力検出部ｌ２は、前記センターパイプ１４に対し
て液密的に結合するハウジング３０と、その中に組み込
まれてハウジング外部の圧力を検出する水晶振動子式圧
力センサ３２と、そのＭｍ及び信号のためのリード線３
４を備え、該リード線３４にはコネクタ３６．３７が取
り付けられている。圧力検出部１２の詳細を第４図及び
第５図に示す．ハウジング３ｏは円筒状をなし、中心孔
を有する取り付けヘース３８上に液密的に結合されてい
る．ハウジング３０の上端にはバ，カ一部のセンターパ
イプ下端を結合するための連結部４０が同様に液密的に
取り付けられる．連結部４０には上部のコネクタ３６が
取り付けられ、リード線３４によって圧力センサ３２と
結線される．圧力センサ３２はＬ字型の支持金具４２に
よって取り付けヘース３８に取り付けられている．取り
付けベース３８には下部のコネクタ３７が取り付けられ
、上部のコネクタ３６との間でリード線３４により結線
される。また取り付けベース３Ｂの外側面には受圧孔５
０が開口し、それと連絡する圧力伝達路５２が軸方向に
形成され、圧力伝達チューブ５４を介して前記圧力セン
サ３２に外部圧力を伝達できる構造になっている。取り
付けベース３８の下端には連結用のセンターバイブ５６
が締め付けネジニップル６０によって固定される。この
ようにしてパフ力一部ｌＯと圧力検出部ｌ２とが交互に
配列される。 第１図に戻って、隣り合う圧力検出部１２のコネクタ３
６．３７間はセンターバイプ１４内を通るコネクタ付き
ケーブル６２によって互いに結線され、また最上段のパ
ッカ一部から最下段のパフ力一部まで順次パソカー膨張
用エアチューブ６４によって連結される。ケーブル６２
はコネクタによって簡単に連結／分離でき、エアチュー
ブ６４は前記ユニオン継手２６．２７によって簡単に連
結／分離できる． このようμ装置全体はロンドあるいはワイヤ等により吊
り下げられ、ボーリング孔内に降ろされる．その時ケー
ブル７０は上端の耐水コネクタ６６に接続され、最上段
のパ，カ一部の上部ユニオン継Ｔ’．　２　６にエアチ
ューブ６８を連結することにより地上からのガスの供給
を受ける．この装情をボーリング孔内に設置する：Ｔ−
１＋ｌｉｌは次の如くである．先ず第１段（最下段）の
パッカー部１０にエアチューブ６４を付けて几内に降ろ
し、笛１段の圧力検出部ｌ２に結合する．それを正力検
出部の上端の連桔部４０がｒＬ口からやや頭部が出る程
度まで降ろした後、仮固定する．第２段のバンカ一部１
０のセンターパイプｌ４に、圧力検出部ｌ２の連粘部４
０のコネクタ３６に適合するコネクタの付いたケーブル
６２を通し、コネクタを結合した後、第２段目のパ，カ
一部１０を第１段口の圧力検出部１２の連結部４０に桔
合する．その後、第２段目のパノカ一部１０の下部端栓
１９に設けているユニオン継手２７に第Ｉ段目からのエ
アーチューブ６４を連結する．以下同様にして順次段数
を追って結合し装置を組み立てる． 最上段のパノカ一部１０の頭部には耐水コネクタ６６が
装備されており、このコネククに測定深度に相当する長
さのケーブル７０を結合する．また同様に測定深度に相
当する長さのエアチューブ６８を上部端栓ｌ８のユニオ
ン継手２６に結合する．ケーブルには全圧力センサを駆
動するための電源ライン及び全圧力センサからの信号を
地表に導く信号ラインが含まれている．この″ＡＷｌを
ワイヤで吊り下げて降ろす場合にはンヤ７クル７２にワ
イヤを結び付ける．ロンドを用いて降ろす場合にはロン
ドを最上段パ７カ一部の頭部に接続する．その際、ケー
ブル７０を地表部までロソド内部を貫通させながら降ろ
すことは非常に困難であるため、本実施例では切り込み
の入ったケーブル横出し機横７４を用いてロ，ドの外側
にケーブルを引き出しロンドに沿わせる方法を採る． パッカ一部１０及び圧力検出部１２は、内部の圧力セン
サ３２やコネクタ３６、３７等が水に濡れないように、
またそれらの内部には貫通しているリード線やケーブル
が撚れたり絡み合わないような連結構造を採用している
．ところで水晶振動子式圧力センサは、内部の水晶振動
子を起振するための電力と圧力に関する↑ｎ報を伝送す
るためにｌ個当たり合計４本のリード線を必要とする．
従って本実施例のように４個の圧力センサを作動させる
ためには、通常ｌ６芯のケーブルが必要となる．他方、
本発明が対象としているような試験を経済的に行うため
には、ボーリング孔径をできるだけ細くすることが肝要
である．しかし圧力センサの設置個数が増えるとケーブ
ルの径も大きくなり装置の細径化が難しくなる．このた
め本発明では全圧力センサの電源ラインを共通にし、ｌ
Ｏ芯のケーブルで作動させている．このような構成にす
ると、最も下の第１段目と第２段目の間のリード線本数
は４本、第２段目と第３段目間のリード線本数は６本、
３〜４段目間は８本、４段目から上部〜地表迄は１０本
でよいことになる．圧力センサの設置個数をｎ個とした
時、最大必要なリード線本数は４ｎ本ではな＜２０＋２
本で済み、圧力センサの設置個数が多くなるほどリード
線の本数低減効果は大きく、コネクタ並びにハウジング
の小型化、ひいては装置全体の細径化を実現することが
できる． 第６図に本装置の使用例を示す．これは透水試験の計測
ａ念図である．解析対象である割れ目系岩ｇ１８０に発
信孔８２と受信孔８４を掘削する．割れ目を符号８ｌで
示す．受信孔８４は一般には異なる位置に複数本形成す
る．発信孔８２内にダブルパッ力−８５ａ，８５ｂによ
って遮水した発信区間８６を設定し、地表の注水装置８
Ｂから加圧水を注入する．その時の発信区間での圧力、
流量、地上での圧力は電気信号の形で変換器９４に送ら
れ、そこで変換されたデータが記録・解析装置９６へ送
られる．受イε孔８４内には本発明の圧力測定装立を挿
入する．ここでは９個のパッカー部８９によって８個所
の受信区間に区分している．それぞれの受｛ε区間に圧
力センサ９０があり、その検出｛、チ号が指示計９２に
送られる。各圧力センサ９０で検出したイ３号は受信圧
力の特開的変化を表し、そのデータ及び発信孔での圧力
、ｔＲ　！！ｔデータが記録・解析装置９６で妃録　解
析される。 本発明を利用すると、このように同時に多数の｛玉、童
の受イΔ区間で応答圧力を正値に検出できるため、同一
解析幻象領域でｊテう試験回数をＫ滅でき、拭験作業時
ｎ；１を短縮できるし、また解析対象領域への注水量も
滅少できることになり、注水預の増加による岩盤の変化
を最小限に聞えることができる． ［発［！ｌ１の効果１ 本発明は上記のようにパ，カ一部と圧力検出部とを交互
に着脱自在に連結する構造としたから、センターパイプ
の長さを変えることによりパ，カ一部間隔を変更でき、
所望問隔の多数の圧力検出区間を簡単に設定できる．ま
たそれらはコネクタを有するケーブルとガスチューブに
より結合しているため、段数の変更やパッカー間隔の変
更は容易である． また本発明では圧力検出部として水晶振動子式圧力セン
サを組み込んでいるため、ｉＷいボーリングｒＬ内で大
きな静水圧が加わった場合でも微小な圧力変動を正値に
測定できる．更に本発明では計測区間を複数に分割しそ
れらの区間内の圧力を同時に測定できるため、測定作業
を極めて容易に行うことができ且つ迅速に行うことがで
きる． 水晶振動子式圧力センサに供給するＳｉＲラインを共通
にしているため、必要なリード線の本数を少なくでき、
コネクタ並びにハウジングの小型化が可能となり、装置
全体を細径化できる．このため、掘削するボーリング孔
の口径を可能な限り細くすることができ経済性の面でも
イｆ利である．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る圧力測定装置の一実施例の全体構
成図、第２図はその最上段のパッカー部の詳細を示す説
明図、第３図はそれ以外の各バンカ一部の頭部＋１造を
示す説明図、第４図は圧力検出部の詳細を示す説明図、
第５図はそのＶ−Ｖ断而図、第６図は本発明を利用した
透水性試験の概念図である． １０・・バフカ一部、ｌ２・・・圧力検出部、ｌ４・・
・センターパイプ、１６・・・パソカーチューフ、３０
・・ハウジング、３２・・・圧力センサ、３４・・・リ
ード線、３６．３７・・・コネクタ．６２・・・ケーブ
ル、６４・・・エアチューブ、８８・・・注水装置、９
０・・・圧力センサ、９２・・・指示計、９４・・・変
換器、９６・・・記録・解析装置．

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、３個以上のパッカー部と、それらの間に位置する圧
   力検出部とを互いに着脱自在に一列に配設した構造をな
   し、各パッカー部は、センターパイプと、それを取り囲
   むように同軸状に位置し気密性を保持する可撓性パッカ
   ーチューブを備え、各圧力検出部は、前記センターパイ
   プに液密的に結合するハウジングと、その中に取り付け
   られて外部圧力を検出する水晶振動子式圧力センサと、
   その電源及び信号のためのコネクタ付きリード線を備え
   、センターパイプ内に挿通したコネクタ付きケーブルで
   前記リード線の間を接続すると共に、一端のパッカー部
   から他端のパッカー部まで順次パッカー膨張用ガスチュ
   ーブで連結したことを特徴とする多段式ボーリング孔内
   圧力測定装置。