JPH0427358B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、油井、ガス井、地熱井などを堀削
する際にしばしば遭遇する逸泥を防止する工法に
関する。さらに土木工事における、例えば現場打
ぐいの掘削時の逸泥防止にも適用できる。

「従来技術およびその問題点」 油井および地熱井の掘削は、第１図に示すよう
に、地盤をドリルビツト１によつて掘削すると共
に、掘削坑中にドリルパイプ２を介して泥水を坑
底部より注入し、掘削土砂を泥水とともに、坑壁
に沿つて挿入されたケーシングパイプ３内を上昇
せしめて地上に掲げて排出することにより行う。

ところで、このように油井等を掘削する際に
は、しばしば逸泥に遭遇し、泥水を大量に失うと
共に、ブローアウト、坑内崩壊、ドリルの抑留事
故などの危険にさらされる。

このような逸泥は、破砕帯のような断層や割れ
目、孔隙が存在する地層、粗粒の浸透性地層のお
よび粗粒の軟弱地層、あるいは、第２図に示すよ
うに、空洞４のある地層など、いわゆる逸泥層で
発生することが多い。この逸泥を止める方法の一
つとして、従来より、逸泥層の割れ目や孔隙など
泥水流出箇所に逸泥防止剤を充填してこれを閉塞
する方法がある。従来、この方法に用いられる逸
泥防止剤には次のようなものがあつた。

(a) 雲母、ひる石などの細片よりなるもの。

(b) 綿の実、クルミの殻、砂糖きびがら、シーク
レー、スパーアスベスト等の繊維、粒子よりな
るもの。

(c) その他、鋸くず、もみがら、セロハン、ゴム
粒、プラスチツク片、羊毛、皮革等からなるも
の。これらの逸泥防止剤のうちｂのものは、繊
維または粒子が泥水流出箇所に入り込んでから
膨潤することにより逸泥を防止するもので、ａ
およびｃのものは単に泥水流出箇所に詰まるこ
とで逸泥を防止するものであつて、通常、これ
らは互いに混合されて用いられている。

しかしながらこのような逸泥防止剤を用いた逸
泥防止工法は、一時的には逸泥を防止し得るもの
の、上記ｂに記した綿実、クルミ殻などからなる
逸泥防止剤にあつては地熱により綿実、クルミ殻
等が炭化されることにより閉塞破壊が起こり、ま
た、上記ａに記した雲母などからなる逸泥防止剤
や上記ｃに記した鋸くずなどからなる逸泥防止剤
にあつては、掘削坑中の泥水の圧力の変化により
泥水流出箇所に詰まつていた雲母、鋸くず等が押
し出されることにより閉塞破壊が起こり、後日逸
泥が再発し易い問題があり、坑内崩壊、ドリルパ
イプの抑留事故などがおこる危険が高かつた。

「発明の目的」 この発明は上記事情が鑑みてなされたもので、
閉塞破壊することがなく、逸泥再発の危険が少な
い逸泥防止工法を提供することを目的とする。

「構成」 この発明は、水和反応により体積膨張する膨張
性材料と水との混合物を、泥水が流出する泥水流
出箇所に充填し、この混合体が泥水流出箇所内で
水和反応により固化すると共に体積膨張して泥水
流出箇所周壁に密着することにより泥水流出箇所
を閉塞し逸泥を止めるものである。

また、その際、混合物の水和反応の反応速度が
速く泥水流出箇所に充填できない場合には、混合
物に水和反応遅廷剤を添加して水和反応の反応速
度を調節する。

さらに、この混合物が発現する体積膨張の圧力
が過剰で、泥水流出箇所を拡張する恐れがある場
合には、混合物に水に対して不溶性あるいは難溶
性の充填材、あるいは泥水を添加して、混合物を
希釈し、水和反応により発現される混合物の膨張
力を低下せしめることにより泥水流出箇所の閉塞
を行う。

「具体的構成」 この発明で使用される膨張性材料としては、生
石灰（CaO）、酸化マグネシウム（MgO）や焼成
ドロマイト（CaO＋MgO）、アルミン酸塩含有鉱
物などの水硬性物質の粉末からなるものが挙げら
れる。CaOやMgOは次のように水和反応して体
積膨張する。

CaO＋H₂O→Ca（OH）₂ MgO＋H₂O→Mg（OH）₂ この発明の逸泥防止工法にあつては、まず、こ
のような膨張性材料を理論水量かそれよりもやや
多量の水と混練してスラリー状混合物とし、つい
で、このものをドリルパイプ２を通じて坑内に底
部より注入する。注入された混合物は、逸泥層の
割れ目等の泥水流出箇所に流れ込み充填される。
この充填された混合物は、泥水流出箇所内で水和
反応し固化すると共に体積膨張して、泥水流出箇
所を閉塞し逸泥を止める。

この際、膨張性材料の水和反応の速度が過大
で、泥水流出箇所に充填する前にスラリー状の混
合物の固化が生じて流出箇所への混合物の充填が
できない場合には、この混合物に膨張性材料と水
との水和反応を遅らせる水和反応遅延剤を添加す
る。この水和反応遅廷剤としては、糖類、多価ア
ルコール類、ホウ酸塩類、ナトリウム塩類および
石膏等が挙げられる。この水和反応遅延剤の添加
量は、混合物の圧入操作に要する時間、逸泥層の
地熱等を考慮して調整される。

また、膨張性材料と水あるいはこれらに水和反
応遅延剤が添加されてなる混合物が固化すること
により発現する膨張力が過剰で、割れ目等の泥水
流出箇所を拡張する恐れがある場合には、混合物
にさらに充填材や泥水を混合する。これら充填
材、泥水は、混合物を希釈し、混合物の発現する
膨張力を緩和するものである。これに用いられる
充填材としては、水に不溶あるいは難溶の物質の
粉体あるいは線状体が用いられ、具体的には、ポ
ルトランドセメント、高炉水砕スラブ粉末、フラ
イアツシユ等の珪酸化合物、炭酸カルシウム、高
炉滓粉末ベントナイト、カオリナイト、アロフエ
ン、粘土等や有機化合物、例えばポリアクリルア
ミド、ナイロン、塩化ビニル樹脂、メタクリル樹
脂等の高分子化合物などが挙げられる。また、泥
水はベントナイト等からなるものであるので、こ
のものも当然上記混合物の希釈に用い得る。

これら充填材を添加する量は、所望する膨張力
を勘案して定められ、その量は用いる充填材の種
類、膨張性材料の種類などにより異なるが、通
常、膨張性材料100重量部に対して充填材20〜
2000重量部程度とされる。充填材の量が2000重量
部を超えると膨張圧を低下させ所期の効果が得ら
れない。又20重量未満では膨張力の緩和効果が小
さい。

「作用」 上記膨張性材料は、スラリー状の混合物とされ
て割れ目等の泥水流出箇所に注入され、この泥水
流出箇所内で水と反応し固化すると共に体積膨張
して、泥水流出箇所の形状に対応すると共にその
体積膨張によつて逸泥層へ作用する膨張圧力は、
同時に逸泥層と前記水和膨張物質との界面での押
し抜き応力に対する抵抗力（摩擦力とも云える）
になる。つまり、前記水和膨張物質によつて閉塞
した逸泥層は、泥水柱圧の変化等による坑井内の
圧力変化に対して抵抗力を持つていることにな
り、逸泥の再発の危険が少なくなる。しかも、上
記膨張性材料は耐熱性に優れており、クルミ殻等
のように地熱により炭化されることがない。従つ
て、この膨張性材料によつて行われた閉塞は、後
日閉塞破壊して逸泥を再発する恐れがない。

また、水和反応遅延剤は、膨張性材料と水とか
らなる混合物の水和反応速度を遅らせるもので、
これが添加された混合物はその水和反応が遅く、
よつて、これを用いれば充填操作時間を調整でき
るので、地殻の深い場所で発生し混合物を送るの
に時間のかかる逸泥や、地熱の高い場所で発生し
た逸泥等も容易に防止することができる。

さらに、膨張性材料と水との混合物に充填材あ
るいは泥水を添加すると、相対的に膨張性材料の
混合比が減少するので、これにより膨張性材料が
水と反応して固化し発現する膨張力を弱めること
ができる。よつて、充填材あるいは泥水が添加さ
れた混合物を用いることにより、脆弱な逸泥層の
逸泥も安全に止めることができる。

「実施例」 石灰石を電気炉で３時間、1500℃で焼成て得ら
れた粒径30〜100μの硬焼生石灰を粉砕、生石灰
粉末を得た。この生石灰粉末は、粒径10〜100メ
ツシユのもの50wt％と、粒径100〜500メツシユ
のもの50wt％とからなるものであつた。この生
石灰粉末を膨張性材料とし水と混練して水比
50wt％のスラリー状混合物を調整して逸泥防止
剤とし、逸泥防止剤評価テストを行つた。このテ
ストは、「API RP13B“Standard Procedure for
testing Drilling Fluids”」に示されたスロツト
テスト（割れ目を想定したテスト）に従つて行つ
た。また、比較例として、従来の粒径10〜500メ
ツシユの石灰石を水と混練し水比50wt％とした
逸泥防止剤、およびクルミ殻を水と混練し水比
50wt％とした逸泥防止剤についても同一テスト
を行つた。

幅35mm、長さ6.4mm、厚さ5.0mmのスロツトが開
けられたテスト容器内に上記各逸泥防止剤を投入
し、圧力７Kg／cm²で加圧したところ、生石灰より
なる逸泥防止材は５分で閉塞形成したが、従来の
石灰石よりなる逸泥防止剤とクルミ殻よりなる逸
泥防止剤は閉塞形成まで各々10分、７分を要し
た。

このように閉塞形成した後、テスト容器の圧力
を70Kg／cm²に高めたところ、石灰石よりなる逸泥
防止剤を用いたものに閉塞破壊が起きた。

次に、上記のようにして閉塞を形成したテスト
容器を、内部温度200℃の電気炉内に24時間収容
し、この後70Kg／cm²の圧力で加圧した所、生石灰
よりなる逸泥防止剤で行つた閉塞は維持された
が、従来のものはいずれも閉塞破壊が起きた。

この結果、本考案の逸泥防止工法により行われ
た閉塞は、耐熱性、耐圧性に優れたものとなるこ
とが確認できた。

施工例 １ 地下の地熱貯留層から噴出する蒸気、熱水の噴
出量およびそれらの成分組成等を調査するため
に、地熱地帯に予定掘削深度1000ｍ、最終坑径３
インチの調査井を掘削したところ、850ｍ掘削し
た時点で逸泥層に突き当り、逸泥が発生して、泥
水ポンプで注入した泥水が全く地上に循環されな
くなつた。

このため、まず、泥水ポンプを停止して一定時
間坑内を休ませた後、綿実とクルミ殻とを混入し
た泥水をポンプで坑内に注入したところ逸泥が止
まつたので掘削を再開したところ、24時間後再び
同一箇所から逸泥が発生した。

そこで、生石灰50重量部、焼成ドロマイト50重
量部とを混合し、これらを粒径が10〜100メツシ
ユのもの50wt％、100〜500メツシユのもの50wt
％となるように粉砕した膨張性材料に、水和反応
遅延剤としてホウ酸ソーダ10水塩粒状品を４重量
部添加して、これらを100重量部の水と共に混練
して本発明の工法に用いる逸泥防止剤を製造し、
このものを泥水ポンプでドリルパイプ２を介して
逸泥層へ送り込んだ。１時間後、坑内に泥水を循
環させたところ、逸泥は止まつていた。その後、
掘削を再開したが再び逸泥が発生することはなか
つた。

逸泥が発生した際の泥水の坑底循環温度は220
℃であつたことから、逸泥層の地熱はかなり高温
であることが予想されるが、そのような条件下に
おいても、本発明の方法で行つた逸泥防止は閉塞
破壊することがなかつた。従つて、この発明の逸
泥防止工法は、地熱が高い場所での逸泥にも適用
できることが確認できた。

施工例 ２ 予定掘削深度2500ｍの地熱調査井を掘削する
際、逸泥の多発が予想された。このため従来の高
価な逸泥防止剤を用いる工法で逸泥防止を行うこ
とは掘削コストの上昇を招く恐れがあつた。この
ため、試験的に本発明の工法を用いて逸泥を防止
することにした。

第１回目の逸泥は、深さ200ｍの地点で発生し
た。この際には、普通のポルトランドセメンド50
重量部と粉状生石灰50重量部と水100重量部とか
らなる混合物を逸泥防止剤として、泥水ポンプに
より坑内に注入したところ逸泥は止まつた。

第２回目の逸泥は、深さ1000ｍの地点で発生し
た。この際には、坑内温度が100℃であつたので、
水和反応が遅い粉状焼成ドロマイト30重量部、粉
状生石灰50重量部、普通ポルトランドセメント20
重量部、水100重量部とからなる混合物を泥水ポ
ンプで坑内に注入した。この混合物が逸泥層に到
達した時点でポンプを停止して注入を止め、１時
間静置したところ逸泥は完全に止まつた。

第３回目の逸泥は、深さ2000ｍで発生した。こ
の際には、坑内温度が250℃と高く、膨張性材料
の水和反応の速度が早いことが予想されたので、
粉状焼成ドロマイト100重量部に水和反応遅延剤
としてホウ酸ソーダ2wt％と炭酸ソーダ1wt％と
リグニンスルフオン酸ソーダ0.5wt％とを添加し、
これらを水100重量部と混練して、これを坑内に
圧送した。逸泥層に混合物が到達したところで圧
送を中止したところ、２時間後、逸泥は完全に止
まつた。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明の逸泥防止工法
は、逸泥層の孔隙あるいは割れ目等の泥水流出箇
所に、水和反応により体積膨張する膨張性材料と
水との混合物を充填するものなので、膨張性材料
と水との混合物は泥水流出箇所内で水和反応によ
り固化し体積膨張して泥水流出箇所の形状に合致
しかつその壁面に膨張力により圧着し、これによ
つて泥水流出箇所を強固に閉止する。しかも膨張
性材料は水和反応により固化するもので耐熱性に
優れたものである。従つて、この発明の工法によ
つて行なわれた泥水流出箇所の閉塞は、坑内の泥
水圧や地熱等に対する耐力に優れた強固なもの
で、よつてこの発明の工法は後日閉塞破壊により
逸泥を再発する恐れがない等、種々の長所を有す
る。

また、この工法を施工するに当つて水和反応遅
延剤を併用すれば、高温下でも混合物の水和反応
を遅らすことができ、従つて地熱が高い場合にも
容易に泥水流出箇所の閉塞を行うことができる。

さらに、この工法を施工するに当つて充填材あ
るいは泥水を併用すれば、混合物の膨張力を調整
することができ、よつて、脆弱な逸泥層でも安全
に逸泥を防止できる。又、本発明は土木工事にお
ける、例えば現場打ぐいの掘削時の逸泥防止にも
適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は地熱井等の掘削法を説明するための説
明図、第２図は空洞のある地層の例を示す説明図
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 逸泥層の孔隙あるいは割れ目等の泥水流出箇
   所に、水和反応により体積膨張する膨張性材料と
   水との混合物を充填して逸泥を防止することを特
   徴とする逸泥防止工法。 ２ 上記混合物に水和反応遅廷剤を添加すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の逸泥防
   止工法。 ３ 上記混合物に、水に対して不溶性あるいは難
   溶性の充填材、または泥水を添加することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の
   逸泥防止工法。