JPH0434675B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0434675B2 JPH0434675B2 JP61141358A JP14135886A JPH0434675B2 JP H0434675 B2 JPH0434675 B2 JP H0434675B2 JP 61141358 A JP61141358 A JP 61141358A JP 14135886 A JP14135886 A JP 14135886A JP H0434675 B2 JPH0434675 B2 JP H0434675B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- core
- fracture toughness
- bit
- supply pressure
- value
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B49/00—Testing the nature of borehole walls; Formation testing; Methods or apparatus for obtaining samples of soil or well fluids, specially adapted to earth drilling or wells
- E21B49/006—Measuring wall stresses in the borehole
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B44/00—Automatic control systems specially adapted for drilling operations, i.e. self-operating systems which function to carry out or modify a drilling operation without intervention of a human operator, e.g. computer-controlled drilling systems; Systems specially adapted for monitoring a plurality of drilling variables or conditions
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B49/00—Testing the nature of borehole walls; Formation testing; Methods or apparatus for obtaining samples of soil or well fluids, specially adapted to earth drilling or wells
- E21B49/02—Testing the nature of borehole walls; Formation testing; Methods or apparatus for obtaining samples of soil or well fluids, specially adapted to earth drilling or wells by mechanically taking samples of the soil
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Soil Sciences (AREA)
- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Description
（産業上の利用分野）
乾燥高温岩体を対象とした地熱開発のために
は、地下に熱交換面（き裂面）を工学的に設計す
る必要があり、地下き裂の挙動を支配する最も基
本的な物性値である岩石の破壊じん性値の把握が
不可欠となる。 本発明はこのような岩石の破壊じん性値をボー
リング法により評価算定する技術および検層技術
に関するものである。 なお、岩石の破壊じん性値とは材料の破壊に対
する強さの程度を示す物性定数である。 （従来の技術） 地下岩石の破壊じん性値を知るための方法に、
採取されたコアについて破壊じん性試験を行う
ISRM（International Society for Rock
Mechanics）コア試験法がある。この試験法で
は、シエブロン切欠きを有する三点曲げ試験片
（CB）およびシヨートロツド試験片（SR）が採
用されている。その試験片形状を第１図に示す。
それぞれの試験片に対する応力拡大係数は次式で
与えられる。 CB：Ｋ＝0.25（Ｓ／Ｄ）Y′CＦ／D1.5 (1) SR：Ｋ＝fF／D1.5 (2) ここで、ＤおよびＳは試験片の直径ならびに支
点間距離、Ｆは荷重、Y′Cおよびｆは補正係数で
ある。ISRMコア試験法は試験の難易度の観点か
ら２つの試験法、すなわちレベルならびにレベ
ル試験法に分れている。 （発明が解決しようとする問題点） レベル試験法の破壊じん性評価の考え方は、
き裂端でのＫ値が一定でき裂が伝播するものと仮
定し、補正係数Y′Cならびにｆが最小となる点、
すなわち最大荷重Fnaxでもつて破壊じん性の評価
点とすることである。ここに、この評価点に対応
するき裂長さacは試験片形状のみに依存する。こ
の方法により、それぞれの試験で得られる破壊じ
ん性値は CB：KCB＝AnioRnax／D1.5 (3) SR：KSR＝24.0Fnax／D1.5 (4) ここに Anio＝0.25（Ｓ／Ｄ）｛7.34 ＋28.6（a0／Ｄ）＋39.4（a0／Ｄ）2｝ レベル試験法では、レベル試験で評価され
た破壊じん性値（KCB、KSR）に対して非線形性
補正を行う。ここでは限界き裂長さaCに対応する
荷重FCを除荷コンプライアンス法に基づき評価
することが提案されている。第２図に示すよう
に、数回の負荷−除荷を繰返された荷重−荷重点
変位曲線（Ｆ−δF）を用いて、負荷段階FHに対応
する試験片コンプライアンスとして、点Ｈと負荷
曲線上の点Ｌ（負荷0.5FHに対応）を通る直線の傾
きとして定義する。この線形化コンプライアンス
に基づき評価点FCならびに非線形補正係数ｐを
求め、非線形補正された破壊じん性値KCをCBな
らびにSR試験片に対して次式を用いて評価する。 KC＝（１＋ｐ／１−ｐ）1/2FC／FnaxKCB(SR) (5) ここに ｐ＝ΔX0／ΔX 地下熱交換面の設計のためには、地下岩石の破
壊じん性値の深さに亘る把握が必要であるが、採
取されたコアを用いて破壊じん性試験を行うこの
ISRMコア試験法では１個のコアの試験にも相当
の労力と時間がかかり、地下における多数の位置
での破壊じん性値の把握には適していない。 以上述べたように、従来法のISRMコア試験法
では深さに亘つて連続的に地下岩石の破壊じん性
値を算定する手法は考えられていない。 （問題点を解決するための手段） 本発明は、コアリング時に収集されるボーリン
グデータの情報から破壊じん性値を簡便に、また
深さに亘つて連続的に算定する方法を開発したも
のである。この方法によると坑井掘さく時に地下
岩石の破壊じん性値をオンラインで得ることも可
能であり、本発明は乾燥高温岩体を対象とした地
熱開発において重要な基礎技術となりうる。 本発明の構成に必要な要件は、坑井掘さく時の
ボーリングデータを収集し、ビツトの種類や寸
法、掘さく条件および掘進率などの情報を用い
て、地下岩石の破壊じん性値を算定する方法であ
る。 本発明はコアボーリングに使用するビツトのビ
ツトフエイスの幅Ｂと、フエイスストーンの列数
εを測定し、この値を演算器の記憶回路に記憶し
ておく工程と、既知深さでコアを採取し、このコ
ア採取位置のビツト回転数Ｎ、ビツトの給圧Ｑ、
ビツトの掘進率Ｌとを測定し、採取したコアにつ
いてISRM法により破壊じん性試験を行い、この
コア採取位置のコアの破壊じん性値KICを決定し、
この測定により既知となつたコア採取位置のビツ
ト回転数Ｎ、給圧Ｑ、掘進率Ｌと上記のKICとよ
り 式
は、地下に熱交換面（き裂面）を工学的に設計す
る必要があり、地下き裂の挙動を支配する最も基
本的な物性値である岩石の破壊じん性値の把握が
不可欠となる。 本発明はこのような岩石の破壊じん性値をボー
リング法により評価算定する技術および検層技術
に関するものである。 なお、岩石の破壊じん性値とは材料の破壊に対
する強さの程度を示す物性定数である。 （従来の技術） 地下岩石の破壊じん性値を知るための方法に、
採取されたコアについて破壊じん性試験を行う
ISRM（International Society for Rock
Mechanics）コア試験法がある。この試験法で
は、シエブロン切欠きを有する三点曲げ試験片
（CB）およびシヨートロツド試験片（SR）が採
用されている。その試験片形状を第１図に示す。
それぞれの試験片に対する応力拡大係数は次式で
与えられる。 CB：Ｋ＝0.25（Ｓ／Ｄ）Y′CＦ／D1.5 (1) SR：Ｋ＝fF／D1.5 (2) ここで、ＤおよびＳは試験片の直径ならびに支
点間距離、Ｆは荷重、Y′Cおよびｆは補正係数で
ある。ISRMコア試験法は試験の難易度の観点か
ら２つの試験法、すなわちレベルならびにレベ
ル試験法に分れている。 （発明が解決しようとする問題点） レベル試験法の破壊じん性評価の考え方は、
き裂端でのＫ値が一定でき裂が伝播するものと仮
定し、補正係数Y′Cならびにｆが最小となる点、
すなわち最大荷重Fnaxでもつて破壊じん性の評価
点とすることである。ここに、この評価点に対応
するき裂長さacは試験片形状のみに依存する。こ
の方法により、それぞれの試験で得られる破壊じ
ん性値は CB：KCB＝AnioRnax／D1.5 (3) SR：KSR＝24.0Fnax／D1.5 (4) ここに Anio＝0.25（Ｓ／Ｄ）｛7.34 ＋28.6（a0／Ｄ）＋39.4（a0／Ｄ）2｝ レベル試験法では、レベル試験で評価され
た破壊じん性値（KCB、KSR）に対して非線形性
補正を行う。ここでは限界き裂長さaCに対応する
荷重FCを除荷コンプライアンス法に基づき評価
することが提案されている。第２図に示すよう
に、数回の負荷−除荷を繰返された荷重−荷重点
変位曲線（Ｆ−δF）を用いて、負荷段階FHに対応
する試験片コンプライアンスとして、点Ｈと負荷
曲線上の点Ｌ（負荷0.5FHに対応）を通る直線の傾
きとして定義する。この線形化コンプライアンス
に基づき評価点FCならびに非線形補正係数ｐを
求め、非線形補正された破壊じん性値KCをCBな
らびにSR試験片に対して次式を用いて評価する。 KC＝（１＋ｐ／１−ｐ）1/2FC／FnaxKCB(SR) (5) ここに ｐ＝ΔX0／ΔX 地下熱交換面の設計のためには、地下岩石の破
壊じん性値の深さに亘る把握が必要であるが、採
取されたコアを用いて破壊じん性試験を行うこの
ISRMコア試験法では１個のコアの試験にも相当
の労力と時間がかかり、地下における多数の位置
での破壊じん性値の把握には適していない。 以上述べたように、従来法のISRMコア試験法
では深さに亘つて連続的に地下岩石の破壊じん性
値を算定する手法は考えられていない。 （問題点を解決するための手段） 本発明は、コアリング時に収集されるボーリン
グデータの情報から破壊じん性値を簡便に、また
深さに亘つて連続的に算定する方法を開発したも
のである。この方法によると坑井掘さく時に地下
岩石の破壊じん性値をオンラインで得ることも可
能であり、本発明は乾燥高温岩体を対象とした地
熱開発において重要な基礎技術となりうる。 本発明の構成に必要な要件は、坑井掘さく時の
ボーリングデータを収集し、ビツトの種類や寸
法、掘さく条件および掘進率などの情報を用い
て、地下岩石の破壊じん性値を算定する方法であ
る。 本発明はコアボーリングに使用するビツトのビ
ツトフエイスの幅Ｂと、フエイスストーンの列数
εを測定し、この値を演算器の記憶回路に記憶し
ておく工程と、既知深さでコアを採取し、このコ
ア採取位置のビツト回転数Ｎ、ビツトの給圧Ｑ、
ビツトの掘進率Ｌとを測定し、採取したコアにつ
いてISRM法により破壊じん性試験を行い、この
コア採取位置のコアの破壊じん性値KICを決定し、
この測定により既知となつたコア採取位置のビツ
ト回転数Ｎ、給圧Ｑ、掘進率Ｌと上記のKICとよ
り 式
【式】
の演算を演算器で行い、得られた有効給圧係数の
値ｈを記憶回路に記憶させておく工程と、コアボ
ーリングを行い岩盤に対して連続掘鑿しながら地
下の各位置のビツト回転数Ｎ、給圧Ｑ、掘進率Ｌ
と求め、この得られ値の各信号を演算器に送り、
先に記憶しておいた有効給圧係数ｈとを前記式に
より演算し、地下の各位置の未知の岩石の破壊じ
ん性値KICを演算決定する工程との結合よりなる
ことを特徴とするコアボーリング法による岩石の
破壊じん性値算定法にある。 （発明の具体例） () 岩石の掘さくモデルと破壊じん性値算定法 コアリングビツトとして用いられるダイヤモン
ドビツトにはサーフエイスビツトとインプレグネ
ートビツトがある。サーフエイスビツトの模式図
を第３図に示す。また、サーフエイスビツトのフ
エイスストーンの植込の状態を示したのが第４図
である。第４図からわかるように、フエイススト
ーンは規則的に線状をなして植込まれている。こ
こでは、内周から外周に亘つて線状に植込まれた
フエイスストーンの列を岩石を掘さくするための
１枚の刃として考える。ビツトフエイスの幅を
Ｂ、線状に植込まれたフエイスストーンの列数を
ε、ビツトにかかる全荷重、すなわち給圧をＱと
すると、フエイスストーンの１列のビツトフエイ
ス単位幅あたりの荷重ｑは次式で与えられる。 ｑ＝hQ／εB (6) ここに、ｈは給圧Ｑのうち実際にフエイススト
ーンにかかる荷重の割合を示す量であり、有効給
圧係数と名付ける。 コアリング時に、岩石の掘さく面８には多数の
微小き裂９が存在する。岩石を均質等方弾性体と
考え、この微小き裂９を半無限弾性体表面におけ
る表面に垂直な縁き裂としてモデル化することに
する。二次元的に考えたフエイスストーンの列の
モデル化した刃と縁き裂を第５図に、集中荷重ｑ
が作用する刃の移動にともなう岩石の掘さく過程
の模式図を第６図に示す。すなわち、第６図ａの
ように集中荷重ｑが掘さく面８上を縁き裂９に向
つて近づくと第６図ｂに示すように、縁き裂９は
先端から屈折して前方に水平前方き裂１０が進展
する。荷重が縁き裂９を通過して第６図ｃの位置
にくると、今度は逆に後方に向つて水平後方き裂
１１が進展し、以前に進展した水平前方き裂１０
と合体して、その部分の岩石が剥落する。その
後、さらに荷重ｑが移動すると、同様のき裂進展
と剥落をくり返し（第６図ｄ、第６図ｅ）、岩石
は掘さくされる。 荷重が縁き裂９を通過直後、縁き裂９の先端か
ら後方に向う水平後方き裂１１の進展を検討する
ためには、縁き裂９の端での応力拡大係数を求め
なければならない。第５図のように、長さａの二
次元縁き裂の肩部に集中荷重ｑが存在する場合、
縁き裂９の端でのモードおよびモードの応力
拡大係数K〓、K〓は次式で与えられる。 K〓＝０、K〓＝1.30ｑ／√πa (7) き裂進展は、き裂の先端近傍の周応力の特異性
の強さの最大値が破壊じん性値を越えたときに、
き裂先端から最大値を取る方向に生じるという
ER dogan−Sihのき裂進展に関するクライテリ
オンに基づくと、周応力の特異性の強さの最大値
Ｋおよびき裂進展方向と縁き裂９の延長線とのな
す角θ（第５図）は次式で与えられる。 式(7)を式(8)に代入することにより次式が得られ
る。 ＝0.847ｑ／√ａ、θ＝70.5゜ (9) 式(9)より求まる周応力の特異性の強さの最大値
Ｋが岩石の破壊じん性値KICを越えると縁き裂９
は進展する。すなわち、 K*≡−KIC０ (10) 第７図にき裂長さａに対すると破壊じん性値
KICの関係を模式的に示した。第７図からわかる
ようにき裂長さａが小さくなるにしたがい、K*
は大きくなる。岩石の剥落の生じる確率がK*に
比例すると考えると、き裂長さａで剥落が生じる
ときの確率密度関数は K*／∫a0 0K*da となり、剥落の生じるき裂長さの平均値anは an＝∫a0 0aK*da／∫a0 0K*da (11) ここに、a0は式(10)の等号が成立するときのき裂
長さであり、次式によつて与えられる。 a0＝0.717q2／KIC 2 (12) 式(6)、(9)、(10)および(12)を用いて式(11)を計算す
れ
ば an＝0.120h2Q2／ε2B2KIC 2 (13) したがつて、単位時間当りの掘進長、すなわち
掘進率Ｌは Ｌ＝εNan＝0.120Nh2Q2／εB2KIC 2 (14) ここに、Ｎは単位時間あたりのビツトの回転数
である。式(14)から破壊じん性値KICは次式のよう
に得られる。 KIC＝0.346√Ｎ／εL・hQ／Ｂ (15) さて、破壊じん性値の算定の手順を第８図に従
つて説明する。第８図において測定開始に先立つ
て、ビツトフエイスの幅Ｂ、フエイスストーンの
列数εの測定をしておく。ここで上述の有効給圧
係数ｈが未知であるか既知であるかにより次の２
つの場合に分れる。 (i) 有効給圧係数が未知の場合；− この場合には、まず第１図に示すコアを用い
て破壊じん性試験を行い、破壊じん性値KICを
得る。求めた破壊じん性値KICとフエイス幅Ｂ、
フエイスストーンの列数εの値およびコア採取
位置のビツト回転数Ｎ、給圧Ｑ、掘進率Ｌを式
(15)に代入すれば有効給圧係数ｈを求めることが
できる。その値ｈと地下の各位置のビツト回転
数Ｎ、給圧Ｑ、掘進率Ｌを用いれば、式(15)から
地下岩石の破壊じん性値KICが決定できる。 (ii) 有効給圧係数が既知の場合；− このときは、Ｂ、εの値および地下の各位置
のビツト回転数Ｎ、給圧Ｑ、掘進率Ｌを用い
て、直接式(15)から地下岩石の破壊じん性値KIC
が決定できる。 上述の(i)、(ii)の場合の破壊じん性値の算定法の
フローチヤートを第８図に示す。 第９図は本発明によるボーリング法による岩石
破壊じん性値計測システムの実施の一例を示す図
である。図中１２はボーリングマシンで、これに
はビツト回転計１３、給圧計１４、掘進計１５、
深度計１６が設けられ、ビツト回転数Ｎ、給圧
Ｑ、掘進率Ｌ、深度Ｄの各信号をビツトの掘鑿進
度に応じて演算器２１に送るようになつている。 本発明においてはコアボーリングに使用するビ
ツトのビツトフエイスの幅Ｂと、フエイスストー
ンの列数εを予め17の個所で測定し、この値を演
算器の記憶回路に記憶しておく。既知深さでコア
採取し、このコア採取位置のビツト回転数Ｎ、ビ
ツトの給圧Ｑ、ビツトの掘進率Ｌとを測定し、採
取したコアについてISRM法により破壊じん性試
験を行い、このコア採取位置のコアの破壊じん性
値KICを回路１９で決定し、上記回路１８におけ
る測定により既知となつたコア採取位置のビツト
回転数Ｎ、給圧Ｑ、掘進率Ｌと上記の１９の試験
により決定されたKICとより回路２０で 式
値ｈを記憶回路に記憶させておく工程と、コアボ
ーリングを行い岩盤に対して連続掘鑿しながら地
下の各位置のビツト回転数Ｎ、給圧Ｑ、掘進率Ｌ
と求め、この得られ値の各信号を演算器に送り、
先に記憶しておいた有効給圧係数ｈとを前記式に
より演算し、地下の各位置の未知の岩石の破壊じ
ん性値KICを演算決定する工程との結合よりなる
ことを特徴とするコアボーリング法による岩石の
破壊じん性値算定法にある。 （発明の具体例） () 岩石の掘さくモデルと破壊じん性値算定法 コアリングビツトとして用いられるダイヤモン
ドビツトにはサーフエイスビツトとインプレグネ
ートビツトがある。サーフエイスビツトの模式図
を第３図に示す。また、サーフエイスビツトのフ
エイスストーンの植込の状態を示したのが第４図
である。第４図からわかるように、フエイススト
ーンは規則的に線状をなして植込まれている。こ
こでは、内周から外周に亘つて線状に植込まれた
フエイスストーンの列を岩石を掘さくするための
１枚の刃として考える。ビツトフエイスの幅を
Ｂ、線状に植込まれたフエイスストーンの列数を
ε、ビツトにかかる全荷重、すなわち給圧をＱと
すると、フエイスストーンの１列のビツトフエイ
ス単位幅あたりの荷重ｑは次式で与えられる。 ｑ＝hQ／εB (6) ここに、ｈは給圧Ｑのうち実際にフエイススト
ーンにかかる荷重の割合を示す量であり、有効給
圧係数と名付ける。 コアリング時に、岩石の掘さく面８には多数の
微小き裂９が存在する。岩石を均質等方弾性体と
考え、この微小き裂９を半無限弾性体表面におけ
る表面に垂直な縁き裂としてモデル化することに
する。二次元的に考えたフエイスストーンの列の
モデル化した刃と縁き裂を第５図に、集中荷重ｑ
が作用する刃の移動にともなう岩石の掘さく過程
の模式図を第６図に示す。すなわち、第６図ａの
ように集中荷重ｑが掘さく面８上を縁き裂９に向
つて近づくと第６図ｂに示すように、縁き裂９は
先端から屈折して前方に水平前方き裂１０が進展
する。荷重が縁き裂９を通過して第６図ｃの位置
にくると、今度は逆に後方に向つて水平後方き裂
１１が進展し、以前に進展した水平前方き裂１０
と合体して、その部分の岩石が剥落する。その
後、さらに荷重ｑが移動すると、同様のき裂進展
と剥落をくり返し（第６図ｄ、第６図ｅ）、岩石
は掘さくされる。 荷重が縁き裂９を通過直後、縁き裂９の先端か
ら後方に向う水平後方き裂１１の進展を検討する
ためには、縁き裂９の端での応力拡大係数を求め
なければならない。第５図のように、長さａの二
次元縁き裂の肩部に集中荷重ｑが存在する場合、
縁き裂９の端でのモードおよびモードの応力
拡大係数K〓、K〓は次式で与えられる。 K〓＝０、K〓＝1.30ｑ／√πa (7) き裂進展は、き裂の先端近傍の周応力の特異性
の強さの最大値が破壊じん性値を越えたときに、
き裂先端から最大値を取る方向に生じるという
ER dogan−Sihのき裂進展に関するクライテリ
オンに基づくと、周応力の特異性の強さの最大値
Ｋおよびき裂進展方向と縁き裂９の延長線とのな
す角θ（第５図）は次式で与えられる。 式(7)を式(8)に代入することにより次式が得られ
る。 ＝0.847ｑ／√ａ、θ＝70.5゜ (9) 式(9)より求まる周応力の特異性の強さの最大値
Ｋが岩石の破壊じん性値KICを越えると縁き裂９
は進展する。すなわち、 K*≡−KIC０ (10) 第７図にき裂長さａに対すると破壊じん性値
KICの関係を模式的に示した。第７図からわかる
ようにき裂長さａが小さくなるにしたがい、K*
は大きくなる。岩石の剥落の生じる確率がK*に
比例すると考えると、き裂長さａで剥落が生じる
ときの確率密度関数は K*／∫a0 0K*da となり、剥落の生じるき裂長さの平均値anは an＝∫a0 0aK*da／∫a0 0K*da (11) ここに、a0は式(10)の等号が成立するときのき裂
長さであり、次式によつて与えられる。 a0＝0.717q2／KIC 2 (12) 式(6)、(9)、(10)および(12)を用いて式(11)を計算す
れ
ば an＝0.120h2Q2／ε2B2KIC 2 (13) したがつて、単位時間当りの掘進長、すなわち
掘進率Ｌは Ｌ＝εNan＝0.120Nh2Q2／εB2KIC 2 (14) ここに、Ｎは単位時間あたりのビツトの回転数
である。式(14)から破壊じん性値KICは次式のよう
に得られる。 KIC＝0.346√Ｎ／εL・hQ／Ｂ (15) さて、破壊じん性値の算定の手順を第８図に従
つて説明する。第８図において測定開始に先立つ
て、ビツトフエイスの幅Ｂ、フエイスストーンの
列数εの測定をしておく。ここで上述の有効給圧
係数ｈが未知であるか既知であるかにより次の２
つの場合に分れる。 (i) 有効給圧係数が未知の場合；− この場合には、まず第１図に示すコアを用い
て破壊じん性試験を行い、破壊じん性値KICを
得る。求めた破壊じん性値KICとフエイス幅Ｂ、
フエイスストーンの列数εの値およびコア採取
位置のビツト回転数Ｎ、給圧Ｑ、掘進率Ｌを式
(15)に代入すれば有効給圧係数ｈを求めることが
できる。その値ｈと地下の各位置のビツト回転
数Ｎ、給圧Ｑ、掘進率Ｌを用いれば、式(15)から
地下岩石の破壊じん性値KICが決定できる。 (ii) 有効給圧係数が既知の場合；− このときは、Ｂ、εの値および地下の各位置
のビツト回転数Ｎ、給圧Ｑ、掘進率Ｌを用い
て、直接式(15)から地下岩石の破壊じん性値KIC
が決定できる。 上述の(i)、(ii)の場合の破壊じん性値の算定法の
フローチヤートを第８図に示す。 第９図は本発明によるボーリング法による岩石
破壊じん性値計測システムの実施の一例を示す図
である。図中１２はボーリングマシンで、これに
はビツト回転計１３、給圧計１４、掘進計１５、
深度計１６が設けられ、ビツト回転数Ｎ、給圧
Ｑ、掘進率Ｌ、深度Ｄの各信号をビツトの掘鑿進
度に応じて演算器２１に送るようになつている。 本発明においてはコアボーリングに使用するビ
ツトのビツトフエイスの幅Ｂと、フエイスストー
ンの列数εを予め17の個所で測定し、この値を演
算器の記憶回路に記憶しておく。既知深さでコア
採取し、このコア採取位置のビツト回転数Ｎ、ビ
ツトの給圧Ｑ、ビツトの掘進率Ｌとを測定し、採
取したコアについてISRM法により破壊じん性試
験を行い、このコア採取位置のコアの破壊じん性
値KICを回路１９で決定し、上記回路１８におけ
る測定により既知となつたコア採取位置のビツト
回転数Ｎ、給圧Ｑ、掘進率Ｌと上記の１９の試験
により決定されたKICとより回路２０で 式
【式】
の演算を演算器で行い、得られた有効給圧係数の
値ｈを演算器２１の記憶回路に記憶させておく。 次に実際のコアボーリングを行い岩盤に対して
連続掘鑿しながらボーリングマシン１２に取付け
たビツト回転計１３、給圧計１４、掘進計１５、
深度計１６とより地下の各位置のビツト回転数
Ｎ、給圧Ｑ、掘進率Ｌ及び深度Ｄとを求め、この
得られた値の各信号Ｎ、Ｑ、Ｌ、Ｄを演算器に送
り、先に記憶しておいた有効給圧係数ｈとを前記
式(15)により演算し、地下の各位置の未知の岩石の
破壊じん性値KICを演算決定するのである。 () 具体的適用例 東北大学八幡平実験フイールドでの坑井の掘さ
くにより得られた地下の３位置のコアについて、
ISRMコア試験法を用いて求めた破壊じん性値と
本発明の方法により求めた破壊じん性値との比較
を試みた。コアリングにはワイヤーラインコアビ
ツトHQ101が用いられた。ビツトの外径は101
mm、内径は68mmであり、ダイヤモンド鋳込量は
45CTである。コアの岩種およびコアリング時の
掘さく条件、掘進率を第１表に示す。
値ｈを演算器２１の記憶回路に記憶させておく。 次に実際のコアボーリングを行い岩盤に対して
連続掘鑿しながらボーリングマシン１２に取付け
たビツト回転計１３、給圧計１４、掘進計１５、
深度計１６とより地下の各位置のビツト回転数
Ｎ、給圧Ｑ、掘進率Ｌ及び深度Ｄとを求め、この
得られた値の各信号Ｎ、Ｑ、Ｌ、Ｄを演算器に送
り、先に記憶しておいた有効給圧係数ｈとを前記
式(15)により演算し、地下の各位置の未知の岩石の
破壊じん性値KICを演算決定するのである。 () 具体的適用例 東北大学八幡平実験フイールドでの坑井の掘さ
くにより得られた地下の３位置のコアについて、
ISRMコア試験法を用いて求めた破壊じん性値と
本発明の方法により求めた破壊じん性値との比較
を試みた。コアリングにはワイヤーラインコアビ
ツトHQ101が用いられた。ビツトの外径は101
mm、内径は68mmであり、ダイヤモンド鋳込量は
45CTである。コアの岩種およびコアリング時の
掘さく条件、掘進率を第１表に示す。
【表】
各コアについて、ISRMコア試験法を用いて求
めた破壊じん性値KICを第２表に示す。これらの
値および第１表に示したビツト回転数Ｎ、給圧
Ｑ、掘進率Ｌを式(15)に代入し、各コアに対する有
効給圧係数ｈを計算した。なお、Ｂは16.5mm、ε
は54である。その結果、有効給圧係数ｈの平均値
として0.34を得た。第１表の各値と有効給圧係数
ｈの平均値を式(15)に代入すると、本発明の方法に
よる地下の３位置の破壊じん性値の算定値が第２
表のように得られる。
めた破壊じん性値KICを第２表に示す。これらの
値および第１表に示したビツト回転数Ｎ、給圧
Ｑ、掘進率Ｌを式(15)に代入し、各コアに対する有
効給圧係数ｈを計算した。なお、Ｂは16.5mm、ε
は54である。その結果、有効給圧係数ｈの平均値
として0.34を得た。第１表の各値と有効給圧係数
ｈの平均値を式(15)に代入すると、本発明の方法に
よる地下の３位置の破壊じん性値の算定値が第２
表のように得られる。
【表】
（効 果）
乾燥高温岩体を対象とした地熱開発は、我が国
はもとより世界的にも将来必ず重要となろう。こ
のためには、地下に熱交換面すなわちき裂面を工
学的に設計する必要があり、地下き裂の挙動を支
配する最も基本的な物性値である岩石の破壊じん
性値の把握が不可欠となる。火山国である我が国
の地殻のもつ熱エネルギーは突出しており、外国
に先んじて開発する必要があると同時に、その優
先性を外国に対し法的に明確化することは、我が
細の産業の基盤強化に特に重要であると言える。 本発明は上記の如き目的達成のための有用なる
岩石の破壊じん性値算定法を提供し、自動演算器
を使用してボーリングの掘鑿の間にその掘鑿の諸
情報（Ｂ、ε、Ｎ、Ｑ、Ｌ）を測定しながら、各
掘鑿位置における岩石の破壊じん性値KICを連続
的に測定する方法及び手段を提供し、岩石の破壊
じん性値KICを極めて容易に、自動演算すること
により、複雑な手計算をして求めることなく連続
して自動計測し、記録し得られるようにした点で
工業上大なる効果がある。
はもとより世界的にも将来必ず重要となろう。こ
のためには、地下に熱交換面すなわちき裂面を工
学的に設計する必要があり、地下き裂の挙動を支
配する最も基本的な物性値である岩石の破壊じん
性値の把握が不可欠となる。火山国である我が国
の地殻のもつ熱エネルギーは突出しており、外国
に先んじて開発する必要があると同時に、その優
先性を外国に対し法的に明確化することは、我が
細の産業の基盤強化に特に重要であると言える。 本発明は上記の如き目的達成のための有用なる
岩石の破壊じん性値算定法を提供し、自動演算器
を使用してボーリングの掘鑿の間にその掘鑿の諸
情報（Ｂ、ε、Ｎ、Ｑ、Ｌ）を測定しながら、各
掘鑿位置における岩石の破壊じん性値KICを連続
的に測定する方法及び手段を提供し、岩石の破壊
じん性値KICを極めて容易に、自動演算すること
により、複雑な手計算をして求めることなく連続
して自動計測し、記録し得られるようにした点で
工業上大なる効果がある。
第１Ａ図、第１Ｂ図、第１Ｃ図、第１Ｄ図は試
験片の正面図、断面図、斜視図、断面図、第２図
は荷重−荷重点変位曲線図（Ｆ−δF）図、第３図
はダイヤモンドビツトの斜視図、第４図はそのダ
イヤモンドビツトのフエースストーンの植込状態
を示す断面図、第５図はフエースストンの刃と縁
き裂との関係を示す模式図、第６図ａ，ｂ，ｃ，
ｄ，ｅは荷重の移動方向と縁き裂９、水平前方き
裂１０、水平後方き裂１１との進展状態の関係を
示す図、第７図はき裂長さａと周応力の特異性の
強さの最大値Ｋ、KICとの関係を示す特性図、第
８図は本発明の破壊じん性値KICを求める演算器
のフローチヤート図、第９図は測定器の一例を示
す図である。 １…ダイヤモンドコアビツト、２…シヤンク、
３…ゲージストーン、４…フエイスストーン、５
…キツカーストーン、６…水溝、７…マトリツク
ス、８…ボーリングによる掘鑿面、９…縁き裂、
１０…水平前方き裂、１１…水平後方き裂。
験片の正面図、断面図、斜視図、断面図、第２図
は荷重−荷重点変位曲線図（Ｆ−δF）図、第３図
はダイヤモンドビツトの斜視図、第４図はそのダ
イヤモンドビツトのフエースストーンの植込状態
を示す断面図、第５図はフエースストンの刃と縁
き裂との関係を示す模式図、第６図ａ，ｂ，ｃ，
ｄ，ｅは荷重の移動方向と縁き裂９、水平前方き
裂１０、水平後方き裂１１との進展状態の関係を
示す図、第７図はき裂長さａと周応力の特異性の
強さの最大値Ｋ、KICとの関係を示す特性図、第
８図は本発明の破壊じん性値KICを求める演算器
のフローチヤート図、第９図は測定器の一例を示
す図である。 １…ダイヤモンドコアビツト、２…シヤンク、
３…ゲージストーン、４…フエイスストーン、５
…キツカーストーン、６…水溝、７…マトリツク
ス、８…ボーリングによる掘鑿面、９…縁き裂、
１０…水平前方き裂、１１…水平後方き裂。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ コアボーリングに使用するビツトのビツトフ
エイスの幅Ｂと、フエイスストーンの列数εを測
定し、この値を演算器の記憶回路に記憶しておく
工程と、既知深さでコア採取し、このコア採取位
置のビツト回転数Ｎ、ビツトの給圧Ｑ、ビツトの
掘進率Ｌとを測定し、採取したコアについて
ISRM法により破壊じん性試験を行い、このコア
採取位置のコアの破壊じん性値KICを決定し、こ
の測定により既知となつたコア採取位置のビツト
回転数Ｎ、給圧Ｑ、掘進率Ｌと上記のKICとより 式 【式】 の演算を演算器で行い、得られた有効給圧係数の
値ｈを記憶回路に記憶させておく工程と、コアボ
ーリングを行い岩盤に対して連続掘鑿しながら地
下の各位置のビツト回転数Ｎ、給圧Ｑ、掘進率Ｌ
とを求め、この得られ値の各信号を演算器に送
り、先に記憶しておいた有効給圧係数ｈとを前記
式により演算し、地下の各位置の未知の岩石の破
壊じん性値KICを演算決定する工程との結合より
なることを特徴とするコアボーリング法による岩
石の破壊じん性値算定法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61141358A JPS63594A (ja) | 1986-06-19 | 1986-06-19 | コアボ−リング法による岩石の破壊じん性値算定法 |
| US07/016,362 US4759214A (en) | 1986-06-19 | 1987-02-19 | Method for determining fracture toughness of rock by core boring |
| DE8787301548T DE3771132D1 (de) | 1986-06-19 | 1987-02-23 | Verfahren zur bestimmung der widerstandsfaehigkeit von steinen gegen bruch durch kernbohren. |
| EP87301548A EP0250059B1 (en) | 1986-06-19 | 1987-02-23 | Method for determining fracture toughness of rock by core boring |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61141358A JPS63594A (ja) | 1986-06-19 | 1986-06-19 | コアボ−リング法による岩石の破壊じん性値算定法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63594A JPS63594A (ja) | 1988-01-05 |
| JPH0434675B2 true JPH0434675B2 (ja) | 1992-06-08 |
Family
ID=15290121
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61141358A Granted JPS63594A (ja) | 1986-06-19 | 1986-06-19 | コアボ−リング法による岩石の破壊じん性値算定法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4759214A (ja) |
| EP (1) | EP0250059B1 (ja) |
| JP (1) | JPS63594A (ja) |
| DE (1) | DE3771132D1 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07329994A (ja) * | 1994-06-10 | 1995-12-19 | Yoshida Kogyo Kk <Ykk> | 多連式並列チューブ及びその製造方法 |
| FR2734315B1 (fr) * | 1995-05-15 | 1997-07-04 | Inst Francais Du Petrole | Methode de determination des conditions de forage comportant un modele de foration |
| US7195086B2 (en) * | 2004-01-30 | 2007-03-27 | Anna Victorovna Aaron | Anti-tracking earth boring bit with selected varied pitch for overbreak optimization and vibration reduction |
| US8385604B2 (en) * | 2006-03-07 | 2013-02-26 | Ground Modelling Technologies, Ltd. | Rock core logging |
| CN103590824B (zh) * | 2013-10-21 | 2016-02-10 | 中国石油天然气股份有限公司 | 经过多段压裂改造后的致密气藏水平井的产能计算方法 |
| JP2017025617A (ja) * | 2015-07-24 | 2017-02-02 | 国立大学法人東北大学 | コアビット |
| CN112945700B (zh) * | 2021-03-19 | 2022-10-04 | 中南大学 | 各向异性岩石的断裂判定方法 |
| CN114577609B (zh) * | 2022-03-18 | 2023-06-16 | 天津大学 | 一种现场测量原位岩石ⅰ型断裂韧度的方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2555275A (en) * | 1946-05-20 | 1951-05-29 | Core Recorder Inc | Art of well drilling |
| US3440875A (en) * | 1967-06-20 | 1969-04-29 | Continental Oil Co | Method for determining the stress anisotropy in a horizontal plane |
| US3907034A (en) * | 1974-01-28 | 1975-09-23 | Jr George O Suman | Method of drilling and completing a well in an unconsolidated formation |
| FR2485616B1 (fr) * | 1980-06-27 | 1986-02-28 | Pk I | Systeme de commande automatique d'un appareil de forage du sol par rotation |
| GB8411361D0 (en) * | 1984-05-03 | 1984-06-06 | Schlumberger Cambridge Researc | Assessment of drilling conditions |
| US4697650A (en) * | 1984-09-24 | 1987-10-06 | Nl Industries, Inc. | Method for estimating formation characteristics of the exposed bottomhole formation |
-
1986
- 1986-06-19 JP JP61141358A patent/JPS63594A/ja active Granted
-
1987
- 1987-02-19 US US07/016,362 patent/US4759214A/en not_active Expired - Lifetime
- 1987-02-23 EP EP87301548A patent/EP0250059B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1987-02-23 DE DE8787301548T patent/DE3771132D1/de not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4759214A (en) | 1988-07-26 |
| EP0250059A2 (en) | 1987-12-23 |
| EP0250059A3 (en) | 1989-01-25 |
| EP0250059B1 (en) | 1991-07-03 |
| JPS63594A (ja) | 1988-01-05 |
| DE3771132D1 (de) | 1991-08-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |