JPH10509223A - 穿開孔の作成のための方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は花崗岩のような固い岩石に穿開孔を形成するための方法及び装置に関し、孔が開けられる岩石に水素ガスとフッ素ガスの接触によって形成された炎があてられて、この炎によって形成された反応生成物が水性液の助けによって、予め形成された穿開孔から汲み出される。僅かなボーリング費用で、毒性および腐食性の反応生成物を回避して、当該方法を実施するため、形成された反応生成物を除去するために使用する水性液は、アルカリ溶液、特に水酸化ナトリウム溶液（カセイソーダ溶液）であり、水素とフッ素の燃焼の際に形成された余剰のフッ化水素は無毒のフッ化物、例えばフッ化ナトリウムに変えられ、同時に他の反応生成物は水溶性のケイ酸塩、アルミン酸塩およびアルカリフッ化物に変えられる。さらに、使用された非常に高価なフッ素ガスを再生するために、化学的な処理によって形成された溶解性のフッ化ナトリウムは、酸化カルシウム若しくは水酸化カルシウムの助けによって、不溶性のフッ化カルシウムに変えられ、続いて電気分解されることが予定されている。

Description

【発明の詳細な説明】 穿開孔の作成のための方法および装置 本発明は、請求項１の前段部分に対応し、例えば花崗岩のような固い岩石に穿 開孔（ボーリング孔またはドリル孔）を形成する方法、並びにこの方法を実施す るための装置に関する。 岩石を化学的に切除したり、その表面を加工したりする化学的方法は、既に従 来から知られている（ドイツ特許番号 ２１ ５４ ９５４参照）。この方法で は、ダニエルクック（Ｄａｎｉｅｌｌｓｃｈｅｎ Ｈａｈｎｓ）型の燃焼器に水 素とフッ素が供給される。この場合、発生するフッ化水素は約４０００℃になり 、岩石中に存在する酸化ケイ素化合物や酸化アルミニウム化合物を分解し、その 結果、きれいな切除部分ができる。フッ化水素を伴って岩石中の全ての構成成分 を気体のフッ化物と水蒸気に変化させる前記方法は、例えば酸素の吹き付けを伴 う岩石の加工の場合のような、固体の反応生成物を吹き飛ばす方法とは無関係で ある。 上に挙げた特許文献では、さらに、発生するフッ化水素は有毒であり、電気掃 除機の原理に基づいて大気中に拡散される、と言及されている。さらに、水中に フッ化水素の炎を入れる可能性に触れているが、これは非常に有毒なフッ酸の発 生を促進する。 上述した技術水準を考慮したうえで、本発明の目的は、比較的低コストで、有 毒なおよび／または腐食性のある反応生成物を回避して、非常に簡単な方法で実 施することができ、特に石油の探査および／または採掘のために穿開孔を形成す る方法を提供することである。 本発明によれば、前記課題は請求項１の特徴的部分に記載された構成とするこ とによって解決される。 本発明の好ましい実施態様は、従属請求項２および３によって与えられる。 本発明の要旨は、ドイツ特許番号２１ ５３ ９５４に基づいており、水素ガ スとフッ素ガスの接触によって形成された炎の中に、アルカリ溶液、特に水酸化 ナトリウム溶液（カセイソーダ液）の形態で供給し、フッ化水素で分解すること により形成された非常に毒性のあるガスを化学的に拘束することにある。この場 合、主としてケイ素、アルミニウム、カリウムのフッ化物となる。岩石中に存在 する他の金属イオン、たとえば、ナトリウム、マグネシウム、鉄、カルシウムな どもこの場合同様にフッ化物に変えられる。高温のフッ化水素の作用によって、 稀に存在する炭酸塩も同様に気体成分に分解される。全ての形成されたフッ化物 と余剰のフッ化水素並びに稀に形成される二酸化炭素は、このように形成された 穿開孔の低部にまで注入されたアルカリ溶液によって、濃厚な塩溶液に変えられ 、そして、形成された穿開孔から汲み出され得る。この場合、対応するｐＨプロ ーブを使用して、新鮮なアルカリ溶液の供給は、ポンプで汲み出される塩溶液が 常に同じ濃度を示すように制御される。 この濃厚な塩溶液は、後に水酸化カルシウムで処理させる。この場合、僅かに 可溶性のフッ化カルシウムが形成され、フィルタープレスによって分離され得る 。フッ化カルシウムはフッ素採取のための出発物質であり、これは電気エネルギ ー適用下におけるフッ素再循環系において使用される。 本発明の方法を実施するための装置は、請求項４の特徴部分に基づいて与えら れる。 次に、本発明を添付図面に示すように、実施例に基づいてより詳細に説明し、 記述する。 図１は、本発明に従う方法で形成された穿開孔の垂直断面図であり、 図２は、図１のII−II線における水平断面図である。 まず、地面に例えは石油探査のための穿開孔が形成されるとき、まず従来の孔 開け方法（例えば、水力による方法）によって、地中の岩石に到達するまで孔が 開けられる。それからこの孔は、図１に示すように、鋼鉄または鉄筋コンクリー トのシェル１を使用して安定化させる。その後に、上述のように形成された穿開 孔を通って、本発明に従って設けられる穿孔頭２が鋼鉄製ロープで下ろされる。 この穿孔頭２は、中央部の燃焼器４並びに外側の環状リム５を有しており、ノズ ル６から水素ガスとフッ素ガスが供給される。自己発火によって約4000℃の高温 のフッ化水素の炎が発生し、これによって岩石物質は発生したフッ化水素との化 学反応によって取り除かれる。穿孔頭２は、燃焼器４と５の間に開口部７のリム を有しており、ここを通って圧力下にある発生した気体のフッ化物、水蒸気、余 剰フッ化水素並びに稀に形成される二酸化炭素は漏出し得る。穿孔頭２の下方の 反応炎の中で、優勢な圧力が発生し、その結果、穿孔頭２がガスクッションの上 に載っている。穿孔頭２には多数のパイプもしくはホース８〜１０が接続されて おり、これを通って水素ガス８とフッ素ガス９の供給並びに燃焼器４、５のため の冷却水１０の引き込みを行う。この場合、非常に大きな熱のために、穿孔頭２ 、燃焼器４、５そして特に開口部７は常時冷却されなければならない。この冷却 水は出口１１から穿孔頭２を離れる。 さらに最後に、パイプ１２が鋼鉄製ロープ３に沿って、穿孔頭２の上方にまで 導かれており、前記パイプによって新鮮な水酸化ナトリウム溶液（カセイソーダ 溶液）の供給が行われる。穿孔頭２の上方には、数メートルの高さの液体柱１３ があり、穿孔頭２の上に重量を加えている。より広いパイプ１４は、導管１２か ら不定間隔に端部を有しており、発生した塩溶液を汲み出す。 穿孔頭２の燃焼器４、５を作動させるとすぐに、孔開け部分の領域では、大量 の有毒で気体のフッ化物、なかでもフッ化ケイ素、フッ化カリウム、フッ化アル ミニウムが発生し、その際、余分な余剰フッ化水素と水蒸気が遊離する。非常に 高温のガスは、開口部７を通って穿孔頭２の上方に位置する液体柱１３に達する 。カセイソーダ溶液の引き込みによって、フッ化ケイ素、フッ化アルミニウム、 そして余剰フッ化水素は、水溶性のケイ酸塩、アルミン酸塩、アルカリフッ化物 に変わる。穿孔頭２を越えて注入されたカセイソーダ溶液は、上述のように濃厚 な塩溶液に変化される。ｐＨプローブはカセイソーダ溶液の連続的な流入量を制 御し、そして同様に高温の塩溶液の汲み上げを制御する。 熱は塩の形成によって放出される。同時に非常に高温のガスは、カセイソーダ 溶液の供給領域にそれらのエネルギーを放出する。従って、カセイソーダ溶液や 、同じくその上方に位置する液体柱若しくは水柱１３が沸騰しはじめることが避 けられない。しかしながら、蒸発によって大量の熱が系から除去されるが、一定 量の蒸発した水が補充されるだけである。 本発明において、穿開孔から汲み出された濃厚な塩溶液は、対応する容器に集 められ、そして酸化カルシウム若しくは水酸化カルシウムで処理される。この場 合、析出したフッ化カルシウムは収集されることが可能であり、このようにして フッ素工場において、濃厚な塩溶液中で化学的に拘束されたフッ素を再生するこ とができる。この場合、固い岩石に形成された穿開孔の内部では、実際に一般に はフッ素化合物の損失は起きないので、実質的に完全にフッ素再循環処理でき、 本発明の方法を実施した場合、一定量のエネルギー、水素、そして水が消費され るだけである。 カセイソーダ溶液の代わりに、本発明に従う方法は、同様に他のアルカリ溶液 、例えば、カセイカリ溶液または石灰アルカリ溶液（水酸化カルシウム）でも実 施することができる。後者の方法では、直接的にフッ化カルシウムを生じ、スラ リーとして汲み出すことができる。 このように、本発明の方法の実施では、より大きなトルクを伝達しなければな らないボーリングロッドは必要なく、その上、本発明においては、使用されるべ き穿孔頭２は、非常に小さな直径をもって形成され得るので、本発明の方法は、 特に固い岩石中への非常に深い試験ボーリングの形成に適しており、これにより 石油探査により生ずる費用を相当分減らすことができる。直径をできるだけ小さ くするためには、穿開孔に注入されたカセイソーダ溶液が同時に穿孔頭２の冷却 のために使用されることが実用的である。 試験ボーリングで掘り当てたなら、対応する幅の広いフッ化水素燃焼器を使用 して穿開孔を拡張することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．孔が開けられる岩石に、水素ガスとフッ素ガスの接触によって形成された炎 をあてて、この炎によって形成された反応生成物を水性液の助けによって、既に 形成された穿開孔から汲み出すことによって、例えば花崗岩のような固い岩石に 穿開孔を形成する方法であって、 前記形成された反応生成物の除去のために使用される前記水性液が、アルカリ 溶液、特に、水酸化ナトリウム溶液（カセイソーダ溶液）であり、 前記水素とフッ素の燃焼の際に形成された余剰フッ化水素は、フッ化ナトリウ ムのような無毒のフッ化物に変えられ、 同時に他の気体反応生成物は水溶性のケイ酸塩、アルミン酸塩、そしてアルカ リフッ化物に変えられることを特徴とする方法。 ２．穿開孔から汲み出された濃厚な塩溶液を集め、前記塩溶液からフッ化物を酸 化カルシウムまたは水酸化カルシウムの添加によってフッ化カルシウムとして沈 殿させ、フッ素ガスが電気的エネルギー使用下においてフッ素再循環系で再生さ れることを特徴とする請求項１に記載の方法。 ３．穿開孔への新鮮なアルカリ溶液の供給と塩溶液の汲み出しが、供給と汲み出 し位置の領域に予め備えられたｐＨプローブからの出力信号に依存して、制御さ れることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。 ４．請求項１から３のいずれかに記載の方法を実施するための装置であって、 穿孔機か実質上鋼鉄製ロープ（３）に吊り下けられた穿孔頭（２）から構成さ れており、前記穿孔頭が中央燃焼器（４）と、環状の燃焼器リム（５）と、対応 する出口穴（７）とを有し、前記穿孔頭（２）が対応するパイプ（９〜１３）に 接続されており、前記パイプを通って穿孔頭（２）に水素ガス、フッ素ガス、ア ルカリ溶液および冷却水が供給されることを特徴とする装置。