JPH07103767B2

JPH07103767B2 - ボ−リング孔中間部に於ける逸水・湧水の止水工事用プラグと止水工法

Info

Publication number: JPH07103767B2
Application number: JP20587587A
Authority: JP
Inventors: 勝敏大河内; 守篠崎; 俊之大下; 勝康北野; 精三鎌田
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 1987-08-19
Filing date: 1987-08-19
Publication date: 1995-11-08
Anticipated expiration: 2010-11-08
Also published as: JPS6448989A

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」この発明はボーリング孔中間部に於ける逸水・湧水の止
水に関する。

「従来の技術」石油、地熱及び金属の探査や土木、建築の基礎杭の構築
にあたっては、ボーリングを行なう。

その際、ボーリング孔壁の崩壊を防止するため、泥水を
孔内に満水して掘削を行なうが、掘削中に於いて地下水
の湧水や、岩盤の亀裂への泥水の逸水が発生する。特に
石油、地熱等にあっては、少なくともGL−500〜5,000m
と掘削深度が深く、ボーリング中に各所で頻繁に逸水・
湧水が起きる。このような逸水・湧水が起きる箇所とし
ては、ボーリング先端（孔底）とボーリング孔壁（孔の
中間部）である。

尚、湧水が生じる場合とは例えばケーシングの裏込めに
て形成されるコンクリート壁がコンクリートのまわり込
み不充分にて空隙を有して脆弱であった場合、地下水が
当該脆弱部の孔壁破損によってボーリング孔内に侵入し
たり、又は泥水によって形成された止水孔壁膜が地下水
圧＞泥水圧の場合に破損されて地下水が孔内に侵入した
りすることに由る。

これ等の事態により泥水の漏失，希釈化が起こり、孔壁
安定がそこなわれる。

かかる逸水・湧水が孔底部で発生した場合は対策は比較
的容易である。何故ならば孔底という受座を有する条件
下にてこの部に止水材を単純に送り込みさえすれば、自
動的に孔底上に止水層が形成されるからで、形成後再掘
削をとり行なえばよいからである。この際の止水方法と
しては以下列挙の諸手段がある。

（１）泥水の濃度を調整して止水する方法。

一般的に実施されているものである。

逸水・湧水の状況によって対応しなければならなく、経
験を要する技術である。

又、濃度が低くても効果がなく、濃度が高過ぎた場合
は、孔壁に泥分重量がかかり孔壁表面の剥離を引き起こ
すことがある。

（２）セメント又はモルタルを注入して止水する方法。

この方法は止水材の地盤や岩盤の亀裂部に対する浸造が
悪く、ボーリング孔内を栓様に充填させる方法をとって
いる。

そのためこの方法では孔壁の逸水・湧水を起こしている
箇所によっては、注入がむずかしく又、硬化時間が長い
ため、水に希釈・流出され効果がない。

（３）薬液注入による止水方法。

この方法は、止水用薬液を注入ロッド，注入ホース又は
カプセルを用いて逸水・湧水箇所へ輸送・注入して止水
する工法で、上記の２方法と比べると亀裂部に対する浸
透目詰めの効果はある。

しかし、孔中間部で逸水・湧水が発生した場合には叙上
受座が存在しないので、せっかく供給する止水材が下方
に流れ去ってしまう。

そこで、孔中間部での逸水・湧水に対しては、当該部に
受座としての栓を設けることが必要となる。従来に於け
る当該栓の手段としてはUSP2,978,029に提案の装置が採
用されている。

以下、これを第３図〜第８図にて紹介する。

第３図〜第５図は当該装置の作動手順図、第６図は第３
図の態様に於ける要部拡大詳示図、第７図は第６図中７
〜７矢視図、第８図は第５図の態様に於ける要部拡大詳
示図で、装置10は内部に配管ストリング13を配設したケ
ーシング12内のワイヤー線電導体11に懸吊されている。

前記配線ストリングとケーシング間の環はパッカー14に
より密封されている。第３図図示の通り、装置10はパッ
カー部分15と取付工具部分16とを有す。パッカー部分15
は膨張性のあるパッカースリーブ17と伸張可能なスリッ
プアーム18から成っている。取付工具部分16は中空のハ
ウジング19を備え、該中空ハウジング19は最初その下端
部に位置決めされた脆性のディスク若しくはプレート20
と、シャーピン25（第６図参照）により易壊性プレート
20から間隔を置いて取付けられたホールドダウンピン24
を有するパッカープラグ若しくはシール23に着脱自在に
取付けられたカップパッカー22を備える可動プラグ装置
21と、該装置21と易壊性プレート20との環に配設された
セメントスラリ26と、該装置21と間隔を置いて位置する
ピストン27と、ピストン27と装置21との間に配設された
セメントスラリ28と、ピストン27上に配設された発火充
填剤29とを格納している。導体11は発火充填剤29内に延
びることによって発火を容易にする。

パッカースリーブ17を膨張させスリップアーム18をセッ
トするために発火充填剤29を着火させ、第４図に一層明
確に図示されているようにガス30を発生させ、同ガスは
膨張中にピストン27を下部方向へ移動させる。このピス
トン27の運動はセメントスラリ28と、装置21と、セメン
トスラリ26を下部方向へ押して、易壊性プレート20の破
裂とセメントスラリ26のパッカースリーブ17内への運動
を引き起こす。

この作用は、第６図、第８図にはっきり描かれているか
ら、同図について以下述べる。

複数個のカラー32（うち上部のカラーのみ第６図に図
示）によって膨張可能なスリーブ17がパッカーマンドレ
ル31に固定されている。

マトリックス31は孔33とポート34を備えており、後者は
スリップアーム17によって包囲される。マンドレル31の
上端部はせん断ピン35（第７図参照）によりハウジンク
19の下端部に着脱自在に接続される。孔33はハウジング
19の内側下端部と流動的に連通し、Ｏリングシール36を
設けることによって、ハウジング19とマンドレル31との
間の接続部を密封するようになっている。

スリップアーム18は37において旋回自在にマンドレル31
に接続され、引込まれた時にマンドレル31内に形成され
るスロット内に配置される。マンドレル31には板ばね45
が固定され、ケーシングの壁と外側で係合させるために
鋸歯状となっているスリップアーム18の下方自由面を傾
斜させる働きをする。スリップアーム18の上端部はハウ
ジング19の下端部の外側表面に対して支えられる。マン
ドレル31の内側表面上には孔33の通路に沿って肩40が形
成され、装置21のための座を提供する。

同様にして、孔33に沿ってラッチ表面41が設けられ、第
８図に示す如く、装置21が肩40上に配座するときにホー
ルドダウンピン24と係合するようになっている。同図に
おいてはせん断ピン35はせん断を終えている。セメント
スラリ26はパッカースリーブ17を膨張させ、スプリング
45はスリップアーム18の鋸歯状の端部外側方向に偏倚さ
せている。また、セメントスラリ28は膨張したパッカー
17により形成されたプラグ上に配置されている。

作動についてはまず第３図と関連して述べる。工具10は
配管ストリング13を通ってその下端部外部にケーシング
内（工具はその代わり制限されないケーシング内を走行
してもよい）の所望の深さまでワイヤ線11上に下降する
（あるいは作業によってはパイプストリング上を走行で
きる）。その後、装填発火剤29は従来の穿孔装置の場合
と同じ方法で点火される。もし工具がパイプストリング
上を走行するならば、落下した「ゴーデビル」により動
作するパーカッション形式の発火剤を使用することがで
きる。第４図に描かれている如く、発火剤の発火により
作り出された膨張ガス30は、ピストン27を下部方向に動
かしてセメントスラリ28と、装置21と、セメントスラリ
26を下部方向に変位させるが、その運動は易壊性プレー
ト若しくはディスク20を破裂させる。装置21はセメント
スラリ26の量がパッカー17の大きさに比例するように
（パッカーの大きさ自体は栓をされるケーシングの寸法
に応じて選択される）、セメントスラリ26内に配置され
る。パッカー17を膨張させるに十分なセメントを用いて
パッカー17を破裂させずにケーシング12の壁と緊密な接
触を形成するようにする。第６図により明確に図示され
ているように、ハウジング19の下端部を経由して孔33
へ、また穿孔34を経てパッカースリーブ17の内側へセメ
ントスラリ26が押し込まれる。カップパッカー22が肩39
を係合すると、十分な量のセメントスラリ26がパッカー
スリーブ17を満たしケーシングに打栓する。ガス30が更
に膨張するとピン25がせん断し、パッカープラグ23を肩
40上のその配座へ運動させ、第８図に示す如く、孔33を
密封する。この位置でホールドダウンピン24がラッチ41
と係合し、該ラッチはパッカーシール23を通路若しくは
孔33内でロックする。スケール23はセメントをスリーブ
17内に保持し、パッカースリーブが確実に膨張状態にと
どまるように働きを行う。ガスが連続して膨張すると、
内部圧が大きくなってシュアピン35のせん断がひき起さ
れ、その結果、パッカー部分15と取付工具部分16が分離
される。

ハウジング19の下部部分が取外されると、スプリング45
によってスリップアーム18が外側方向に移動して、ケー
シングの壁と係合する。セメントの残り部分は移動し
て、セメントより充填されたパッカープラグ上に載置す
るコラム（栓）を形成する。

「発明が解決しようとする問題点」しかるに、叙上コラムはスリップアーム18,マンドレル3
1等に金属部材が埋殺しされており、栓配設に続いてな
される既述の止水後にとり行なわれる再掘削（リーミン
グ）の際、掘削刃を破損させるため引き上げなければな
らない他、深度が深くなった場合に施工性に難点がある
ことと、施工時間（セット）に多大の時間がかかるし、
又、装置が大きく、一式で500kg程の重量になる事や高
価なため回収（装置上半部）しなければらなず、施工性
や価格の点で多くの問題点がある。

「問題点を解決するための手段」，「作用」本発明は叙上の事情に鑑みなされたものでその要旨とす
るところは、ワイヤーに吊り下げられた掘削刃で切断容
易な木又は樹脂等よりなる芯棒に掘削刃で切断容易な繊
維材質よりなるクッション材若しくはブラシ材を巻付け
て対ケーシング用押し込みプラグとし、これの押し込み
による栓形成によりリーミングの際に掘削刃を破損させ
るおそれが全く無く、簡易，迅速にセット出来、軽量，
低価格であり、さらに回収作業が一切不要な栓手段を提
供した点である。

「実施例」以下、これを図に基づいて詳細に説明する。

第１図a,bは本発明の栓体の俯瞰図、第２図a,bは本発明
の止水工程手順図である。第１図ａに於いて、図中50は
木，樹脂等の掘削刃が作用して切断容易な芯棒で、図中
51は当該芯棒50に巻き付けられた掘削刃で切断容易な繊
維材等よりなるクッション材である。

しかして、既述ケーシング12に対する押し込み式のプラ
グを構成するもので、その長さはクッション材51部でケ
ーシング12壁面との間で所望のフリクション作用による
止着効果が期し得るように設定される。

第１図ｂは該クッション材51の孔径に至るまでの積層に
代えて外周部のみをブラシ状部51aとしたものを示す。

叙上芯棒50はワイヤー52で吊り下げられた状態で所定の
深度に押し込められ、当該ワイヤー52の引きちぎりにて
孔内に残置されるもので、ワイヤー52は簡単に切断され
得る銅線等よりなるものを用いる。

第２図a,bの（イ）〜（ホ）は叙上プラグ53a,53bを用い
た止水工程を示し、ａ図にあって、逸水・湧水箇所54下
位にまでプラグ53aを押し棒（図示省略）等にて押し込
む（イ）。

ワイヤー52の引きちぎり後、砂又は礫等の骨材55を投入
し、プラグ53a上に堆積させる（ロ）。

次いで注入ロッド56若しくはカプセル（図示省略）を介
してセメント又は止水薬液等の固結材57を注入する
（ハ）。

固結材57は先行の骨材55を芯に固結層58を孔内に形成
し、この際に該逸水・湧水箇所54の間隔は目詰めされる
（ニ）。

掘削機61による再掘削（リーミング）が行なわれ、該固
結層58並びにプラグ53aは切削除去され開孔される
（ホ）。

又、ｂ図にあっては、プラグ53bを止水薬液カプセル59
を介してワイヤー52吊りして押し込む。

当該押し込みはプラグ53bが外周がブラシ状部51aである
のでプラグ53aの場合に於けるが如く強い抵抗を受ける
ことなくなし得る（イ）。

該カプセル59よりの止水薬液60の放出を行なう。放出さ
れた止水薬液60はブラシ状部51aに浸透し、これを芯材
として固結し、プラグ53bを極めて強固な密栓体とする
（ロ）。

叙上効能を奏し得る薬液として採用され得るものの１つ
は、イソシアネート系の薬液がある。このものは水に溶
けない疏水性のポリイソシアネート化合物を主成分とす
るもので地中の水と反応して水に不溶性のポリ尿素ゲル
物を生成する１液性の薬液である。

すなわち水と反応してゲル化するが、水に稀釈されて流
されることがなく、注入された薬液の全量が必ず確実に
ゲル化するとともに地下水や削井内に溶けて泥水を汚染
することはないという特性を有している。

薬液の反応及びゲルタイムは触媒の量によってコントロ
ールすることができる。しかしこれはあくまでも水分と
接触した後の反応が始まる時間をコントロールするもの
で水分と接触するまではまったく反応は生じない。

もう１つの薬液に関する特徴は薬液が水と接触した後に
反応が始まるとすぐゲル化するのではなく、まず炭酸ガ
スを発生して気泡混りの液体状になり、その後次第にゲ
ル化することである。

すなわち水分と接触した後所定の時間が経過すると反応
が始まり炭酸ガスが発生し、その圧力によって地盤中の
微細な亀裂に薬液が浸透していく。反応は薬液の先行す
る部分から進行するため、最先行部分からゲル化して亀
裂を封鎖する。その後は後続する薬液が順次亀裂を充填
して、必要な範囲の空隙を確実に封鎖する。

なお周辺の圧力が高くなると炭酸ガスの発生は抑制され
気泡が微細になるためゲル物の見掛け上の体積は小さく
なるが、その代わりにゲル物は緻密になり強度は大きく
なる。

ワイヤー52を引きちぎり、カプセル59を回収する
（ハ）。

止水薬液60によるゲル層を補強上積みするべく、カプセ
ル59′若しくは注入ロッド（図示省略）を介してセメン
トまたは止水薬液等の固結材57を注入し、固結層58′を
孔内に形成し、この際に逸水・湧水箇所54の間隔を目詰
めする（ニ）。

掘削機61による再掘削（リーミング）が行なわれ、該固
結層58′並びにプラグ53bは切削除去され開孔される
（ホ）。

「発明の効果」以上の如く構成される本発明は以下列挙の諸効果が奏さ
せる。

（１）安価である。（使い捨てであるが、従来品の損料
と比べても比較にならない程に安い）。

（２）使い方が簡単で、特別な装置がいらない。従来品
は圧力によって膨張させているため、装置が必要且つ大
がかりである。

（３）施工が簡単で施工時間が短い。

（４）後作業の注入（セメント又は薬液）が手待ちをし
なくて引き続き作業ができ、固結後の孔内リーミングも
同様に持つことなくできる。

従来のパッカーは回収式のため回収に大変な時間（２〜
３時間）を必要とする。

（５）装置がいらないため運搬が楽である。特に石油，
地熱井戸の場合は運搬に支障がある海や山岳であるので
好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図a,bは本発明の栓体の俯瞰図、第２図a,bは本発明
の止水工程手順図、第３図〜第５図は従来手段装置の作
動手順図、第６図は第３図の態様に於ける要部拡大詳示
図、第７図は第６図中７〜７矢視図、第８図は第５図の
態様における要部拡大詳示図である。 50……芯棒、51……クッション材、51a……ブラシ状
部、52……ワイヤー、53a……プラグ、53b……プラグ、
54……逸水・湧水箇所、55……骨材、56……注入ロッ
ド、57……固結材、58,58′……固結層、59,59′……カ
プセル、60……止水薬液、61……掘削機。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大下俊之大阪府南河内郡美原町木材通３丁目１番８号株式会社竹中工務店技術研究所大阪支所内 (72)発明者北野勝康大阪府南河内郡美原町木材通３丁目１番８号株式会社竹中工務店技術研究所大阪支所内 (72)発明者鎌田精三福岡県福岡市東区高美台１丁目105番地

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ワイヤーに吊り下げられた掘削刃で切断容
易な木又は樹脂等よりなる芯棒に掘削刃で切断容易な繊
維材質よりなるクッション材若しくはブラシ材を巻付け
て対ケーシング用押し込みプラグとしてなることを特徴
とするボーリング孔中間部に於ける逸水・湧水の止水工
事用プラグ。
【請求項２】ワイヤーに吊り下げられた掘削刃で切断容
易な木又は樹脂等よりなる芯棒に掘削刃で切断容易な繊
維材質よりなるブラシ材を巻付けてなる対ケーシング用
押し込みプラグをイソシアネート系の止水薬液カプセル
を介してワイヤー吊りして逸水・湧水箇所下位まで押し
込み、該カプセルより該薬液を放出して該ブラシ材で固
結させて密栓体を形成し、該ワイヤー切断後、セメント
又は止水薬液等の固結材注入により該密栓上に固結層を
形成して該逸水・湧水間隔の目詰めをし、しかる後リー
ミングを行なうとしてなることを特徴とするボーリング
孔中間部に於ける逸水・湧水の止水工法。