JPH0788748B2 - 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と止水工法 - Google Patents

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、ボーリンク先端（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詰めに
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が漏失，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拠は比較
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透が
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５図〜第10図にて紹介する。

第５図〜第17図は当該装置の作動手順図、第８図は第５
図の態様に於ける要部拡大詳示図、第９図は第８図中９
〜９矢視図で、第10図は第７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。

前記配管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５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８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との間に配設された
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上に配置された発火充
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６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８図、第10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８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。

マンドレル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により包囲される。マンドレル31の上端
部はせん断ピン35（第９図参照）によりハウジング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
10図に示す如く、装置21が肩40上に配座するときポール
ドダンウンピン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５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６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８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上にその配座へ運動させ、第10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ェアピン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等の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おそれがある他、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）しなければならず、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、弾性ゴム又は弾性ゴムと皮革や繊維材の合
成材等の内圧を受けて膨脹自在な袋体中に熱若しくは加
水若しくは経時で反応を起こし自身が膨脹若しくはガス
を発生する薬剤を比重調整並びに補強としてセメント，
砂，繊維材を混入して封入し、当該袋体をワイヤーを介
して所定深度に降下させて、上記反応での膨脹作用によ
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
た点にある。

「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〜第４図は本
発明の止水工程手順図である。

第１図ａに於いて、図中50は弾性ゴム又は弾性ゴムと皮
革の合成材等よりなる内圧を受けて膨脹自在な袋体で、
この中には熱若しくは加水若しくは経時で反応を起こ
し、自身が膨脹若しくはガスを発生する例えば、炭酸ガ
スや合成樹脂等の薬剤51が比重調整並びに補強としての
セメント，砂，繊維材52を混入して封入される。

しかして、ボーリング孔に対する膨脹式のプラグを構成
するもので、その長さはボーリング孔壁面との間で所望
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
定されると共に径も孔径に応じて設定される。第１図a,
bには長さ径の異なるものを紹介している。

叙上袋体50はワイヤー53で吊り下げられた状態で所定の
深度に降下され、膨脹栓化後当該ワイヤー53の引きちぎ
りにて孔内に残置されるもので、ワイヤー53は簡単に切
断され得る銅線等よりなるものを用いる。

第２〜４図は叙上プラグ54を用いた止水工程を示し、第
２図にあって、逸水・湧水箇所55下位にまでプラグ54を
ワイヤー56を介して降下させる（イ）。反応により膨脹
栓化後、ワイヤー56を引きちぎる（ロ）。

当該栓上に固結層形成用のセメント又は薬液57をカプセ
ル58若しくはホース59を介して供給すると共に加圧のた
め注水63する（ハa,ハｂ）。

当該固結層の孔内形成により、該逸水・湧水箇所55の間
隙が目詰めされたとこで、掘削機60による再掘削（リー
ミング）が行なわれ、該固結層並びにプラグ54は切削除
去され開孔される（ニ）。叙上孔内栓については逸水・
湧水深度に比例して気圧が高くなり、それに対応する圧
力で逸水・湧水の止水をするための注入圧を上げなけれ
ばならないので、それらの圧力に十分に対抗できる固定
強度が要求されるという事情に対して膨脹性なるが故に
本発明プラグ54は好適である。

第３図，第４図はかかるプラグ54の栓効果を更に補完し
て一層の固定強化を計った工法を示す。

すなわち、第３図にあって、プラグ54を止水薬液カプセ
ル61を介してワイヤー56吊りして降下させる（イ）。

プラグ54の膨脹反応後カプセル61より薬液の放出を行な
う。

放出された薬液はプラグ54周囲に浸透して固化し、プラ
グ54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、イソシアネート系お薬液がある。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に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56を引きちぎり、カプセル61を回収すると共に
加圧のため注水63する（ハ）。

当該栓上に固結層形成用のセメント又は薬液57をカプセ
ル58等に介して供給すると共に加圧のため注入する
（ニ）。

当該固結層の孔内形成により逸水・湧水箇所55の間隙が
目詰めされたところで掘削機60による再掘削（リーミン
グ）が行なわれ、該固結層並びにプラグ54は切削除去さ
れ開孔される（ホ）。

第４図にあって、プラグ54をロッド62よりワイヤー56を
吊りして降下させる（イ）。

プラグ54を膨脹後セメントを注入しながらロッド62を所
定間隔引き上げ、この際、ワイヤー56を引きちぎる
（ロ）。

ロッド62を介して固結層形成用薬液を放出し、加圧のた
め注水63する（ハ）。

注入後、ロッド62を引き上げる（ニ）。

当該固結層の孔内形成により逸水・湧水箇所55の間隙が
目詰めされたところで掘削機60による再掘削（リーミン
グ）が行なわれ、該固結層並びにプラグ54は切削除去さ
れ開孔される（ホ）。

しかして、ケーシング12の設置されていない程の深度で
途中屈曲部も存在するようなボーリング孔にあっても降
下時は径小化された本発明プラグによるならば途中で係
止するが如き事態もなく所望の深度にまで到達させ得、
固定強度の高い孔内栓を設置出来る。

「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
れる。

（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）使い方か簡単で、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
同様に待つことなくできる（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〜４図は本
発明の止水工程手順図、第５図〜第７図は従来手段装置
の作動手順図、第８図は第５図の態様に於ける要部拡大
詳示図、第９図は第８図中９〜９矢視図、第10図は第７
図の態様における要部拡大詳示図である。 50……袋体、51……薬剤、52……セメント、砂，繊維
材、53……ワイヤー、54……プラグ、55……逸水・湧水
箇所、56……ワイヤー、57……セメント又は薬液、58…
…カプセル、59……ホース、60……掘削機、61……止水
薬液カプセル、62……ロッド、63……注水。

───────────────────────────────────────────────────── 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 (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】弾性ゴム又は弾性ゴムと皮革や繊維材の合
   成材等の内圧を受けて膨脹自在な袋体中に熱若しくは加
   水若しくは経時で反応を起こし自身が膨脹若しくはガス
   を発生する薬剤を比重調整並びに補強としてセメント，
   砂，繊維材を混入して封入し、当該袋体をワイヤーを介
   して所定深度に降下させて、上記反応での膨脹作用によ
   り栓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。
2. 【請求項２】弾性ゴム又は弾性ゴムと皮革や繊維材の合
   成材等の内圧を受けて膨脹自在な袋体中に熱若しくは加
   水若しくは経時で反応を起こし自身が膨脹若しくはガス
   を発生する薬剤を比重調整並びに補強としてセメント，
   砂，繊維材を混入して封入した当該袋体をワイヤーを介
   して逸水・湧水箇所下位に降下させ、上記膨脹反応を起
   こさせて孔内栓を形成した後、当該栓の強化並びに栓上
   に固結層形成を目的としてセメント若しくは薬液を供給
   して孔内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。