JPS58109582A - 逸水防止剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、逸水防止剤に関する。

さらに詳しく述べると、本発明は坑井の掘削において遭
遇する障害のうち、特に大きな障害であ逸水防止剤に関
する。作動機構の面から本発明を詳しく述べると、顆粒
以北の大きさを有する成型体を、泥水ポンプによって逸
水発生の割れ目に送入するか、またはドリルストリンゲ
スを引き上げた後、地上より坑井内に投下して成型体が
膨潤する前に逸水の原因となった割れ目に侵入せしめ、
侵入終了後に成型体が膨潤を始めることによって割れ目
を完全に閉そくする機能を有し、逸略防止のために迅速
性、有効性、容易塵及び経済性の優れた逸水防止剤に関
する。

逸水とは、石油、天然ガス、地熱等の坑井を掘削する際
、泥水、水、セメントスラリー等が地層内へ逃げること
を言い、逸泥又はロストザーキュレーションとも称され
る。

逸水け、自然に存在する割れ目によるものと、人為的割
れ目によるものとに大別される。

逸水対策は二つの分野に分かれる。一つは、逸水の発生
を防止する技術であり、粘土類、脱水調節剤、分散解膠
剤等の泥水調整剤を泥水に添加して脱水減少機能を付与
すると共に、泥水比重を適切に維持することである。と
れは調泥技術として当然のことであるが、地層に割れ目
が存在するときは有効で々い。逸水対策のもう一つの分
野は、発生した逸水を止めて逸水層を閉そくする技術で
ある。

逸水には　（１）軽い逸水（逸水量２Ｋｆ／Ｈｒ以下）
、（２）部分的逸水（逸水量２〜１０’ＯＫｌ／Ｉ（ｒ
　）（３）全量逸水（逸水量１００Ｋｊ！／Ｉ（ｒ以上
）及び （４）激しい全量逸水（逸水量２００Ｋｆ／Ｈｒ以上）
などがあり、激しい全量逸水には坑井を横切って流れる
地下水に出あったときに発生するクロスフロー々どが含
まれる。

逸水が発生すると、掘削流体が割れ目から坑井の周辺の
地層に流出するので、流出量以上の掘削流体を地上から
補給し々い限り掘削を続行できない。地上から、多量の
清水と必要に応じて少量のベントナイトを添加して掘進
を続けることを、逸水掘り又はめくら掘りと称するが、
この方法は、地層の崩壊や抑留の危険を伴うので、ごく
限られた狭い区間の深度にしか適用されない。また、各
種の泥水調整剤を配合した正規の泥水で掘削することは
、きわめて不経済であって実行不可能である。

逸水の対策を誤ると、逸水が最初の引き金となって各種
の二次障害が発生する。抑留、崩壊、噴出々どがそれで
あり、重大々事故につながって行く。また、逸水対策が
完全でないと、同一深度で数カ月を要することがあり、
掘削費用を増大させるきわめて大きな要因となる。

以上のことから、迅速、有効かつ容易であり、経済的に
優れた逸水対策技術を早急に確立することが、掘削技術
の分野で強く望まれている。

公知の逸水対策技術は第１表の通りである。

第１表　公知の逸水対策技術 ［Ａ］逸水防止剤によらない逸水対策□技術（ａ−１）
坑井内の圧力を下げることを目的とした掘削作業の調節 （ａ−２）揚管待轡法 〔Ｂ〕くるみ殻等にょる逸水対策技術 （ｂ−１）逸水防止剤混合泥水（ＬＣＭ泥水）（ｂ−２
）高脱水スラリースクィーズ （ｂ−３）地表混合ソフトプラグ 〔Ｃ′３ゲル化するスラリーによる逸水対策技術（ｃ−
１）軽油による逸水対策技術 （Ｃ−１−１）軽油ベントナイト混合スラＩＪ−（ＤＯ
Ｂ　）法 （ｃ−１−２）軽油ベントナイトセメント混合スラリー
（ＤＯＢＣ）法 （ｃ−１，−３）ベンガム法 （ｃ−２）その他の方法 （ｃ−２−１）水ガラス・塩化カルシウム法（Ｄ）セメ
ントスラリーによる逸水対策技術（ｄ−１）ニートセメ
ント法 （ｄ−２）ベントナイトセメント法 （（１−３）　ｆシンナイトセメント法〔Ｂ〕くるみ殻
等の逸水対策技術に使用される逸水防止剤を、第２表に
示す。

以下、第２表に示した各種の防止剤をくるみ殻等と総称
する。

第２表　くるみ殻等の逸水防止剤 〔イ〕粉粒状物質 くるみ殻、小麦ぬか、穀物（そら豆・えんどう豆・米等
）、コルク、プラスチック粒、ベントナイト、はいそう
土、ギルツナイト、パーライト、ひろ石、泥炭、コーク
ス、岩石ぐず、れんが、コンクリートブロック、　５− ガラスぐず、ゴムチップ等 〔口〕繊維状物質 ロックウール、アスベスト、パルプ加工品、綿、綿実し
ぼり滓、樹木線維、樹皮耕、維、干し草、とうもろこし
の軸、砂糖きびの繊維、てんさいのパルプ、麻の繊維、
亜麻の皮、セルロースぐず、がんがくず、ガラス繊維、
織物の繊維、豚の毛、皮革、鶏の羽毛等 〔ハ〕フレーク状物質 雲母、セロハン、フィルム、魚のうろこ等第１表の公知
の逸水対策技術は、数多くの欠点を有している。

以下、各種の逸水対策技術は第１表の記号で示す。

（Ａ）は、軽い逸水、部分的逸水に限ってしばしば適用
されるが、中規模以上の逸水には有効でない。

［８〕、　ＣＣＤ、　ＣＤ）は種々の逸水防止剤によっ
て割れ目を閉そくしようとするものであるが、これらは
　６− 次に述べるように数多くの欠点を有している。

〔Ｂ〕の技術の欠点は以下の通りである。くるみ殻等の
逸水防止剤を有効に作用させるためには、粉粒状物質、
繊維状物個、フレーク状物質の各物質から選ばれた、少
々くとも三種類以上を適当々割合で含むことが必要であ
る。しかし、逸水防止剤の配合を逸水の原因とかった割
れ目に適合した配合にすることは困難であり、くるみ殻
等を一度注入しだのみで逸水を抑止できるケースは少々
く、数度にわたる注入が必要であり、対策が遅れた場合
、抑留、崩壊、噴出等の二次障害が発生することがある
。また、一時的に逸水が止まった場合であっても、掘進
再開時に、ビットによって割れ目の表面を閉そくしてい
るくるみ殻等がはく離して再び逸水が起きることがある
。これは、くるみ殻等による逸水防止剤の構成が割れ目
と適応しないこと、件だ適応した場合であっても、くる
み殻等による逸水防止剤の割れ目に対する侵入能力が小
さいためと推測される。［Ｂ）の技術においては、くる
み殻等は注入する前に、予め泥水に均一に分散させるこ
とが必要である。均一に分散させない場合は、送入ポン
プを閉そくすることがあるし、閉そくに至らなくてもく
ろみ殻等を均一に分散させなかった逸水防止剤含有泥水
は、割れ目の閉そく能力がきわめて小さく、所期の目的
を達することができ々い。更に、くるみ殻等による処置
が成功した後であっても、逸水防止剤の残留した掘削泥
水は、推進率に悪影響を及ぼすので、推進再開前に逸水
防止剤を除去することが必要であるが、シェルシェーカ
ー等で泥水の一循環中に除去することは難しく、正常な
掘進率を得るまでに数時間を要する。すなわち、〔Ｂ〕
の技術は、迅速性、有効性、容易度、経済性のいずれの
点においても欠点を有している。

〔ＣＤの技術も数多くの欠点を有している。

（ｃ−１）に属する方法の最大の欠点は、軽油に懸濁し
たベントナイトが、泥水又は水と接触したとき、急激に
ゲル化するというこの方法の作動原理に関わる。このた
め、軽油によるスラリーを予め地上で作成するとき、軽
油によるスラリーを作成するタンク中には泥水、水があ
ってはならないので、泥水タンクを完全に清掃した後で
使用するうさ、または別途軽油によるスラリー調整用の
タンクを用意する必要がある。軽油によるスラリーを送
入する前に送入ポンプからピットまでの間で、スラリー
がゲル化してはならないから、この区間を予め清浄にし
ておくことが必要である。また、先行清水と後行清水の
量を誤まると、所期の効果か得られない。また、この方
法は中規模以上の逸水の場合は有効ではない。なせなら
ば、この方法によって得られるゲル状体は強固では々い
からである。

大量の軽油を消費することも、経済性と環境の点から問
題を有する。

（Ｃ−２）の技術では、水ガラスタンク及び塩化カルシ
ウム溶解タンクをそれぞれ用意する必要がある。清水、
塩化カルシウム溶液、清水、水ガラス、清水の順で送入
するが、この操作はきわめて繁雑であり、準備にかなり
の時間を必要とする。気温が低いときは、水ガラスのハ
ンドリングが厄介である。（ｃ−１）の技術と同様に、
この技術で形成さ９− れろゲル状体は強固では々〈この技術単独で逸水を解決
できないことが多く、中規模以上の逸水にはこの技術も
有効でない。

ＣＤ）の技術による場合には、〔Ｎ〕、〔１３〕、〔Ｃ
Ｄの技術による場合よりも強い閉そく能力が得られるが
、数多くの欠点を有している。セメントスラリーは泥水
′タンクを空にして作成が可能であるが、セメントスラ
リーは坑内で泥水と接触するので、逸泥対策終了後の泥
水へのセメント汚染が問題であり、スラリー送人後、セ
メント硬化待ち（ＷＯＣ）が必要である。中規模以上の
逸水の場合、セメントスラリー法も有効ではない。さら
にこの方法は、迅速に実施しないとドリルストリンゲス
をゾラグす゛る恐れがある。

特に、地熱井においては、〔Ｄ〕の技術によるか否かを
相当慎重に検討する必要がある。地熱開発においては、
坑井は地下の削れ目に向って据進しでいくが、蒸気及び
熱水の生産、若しくは、熱水　１０− の地下還元に役立つ割れ目は閉そくしては々ら々い。と
ころが通常これらの割れ目は大逸水をもたらすことが多
く、大きなジレンマと々っている。

更に現実に地熱発電に供する蒸気又は熱水な半量してい
る地域及び熱水を地下還元している地域は高温度地層に
存し、中規模以上の割れ目は、地下において生産井又は
還元井とつながっている可能性に考慮を払う必要がある
。更に、逸水を早急に止め々いと地層ｉ祷が冷却して発
電量の低下を招き、多大庁経済的損失を被むる。それゆ
え、地下干渉に対する考慮なしにセメントスラリーを送
入したとき、逸水障害を解決できないことは勿論、更に
現実に役立っている坑井までを閉そくする事態に至る。

このため、ＣＤＩの技術は他の技術と比較して効果が大
きいにもかかわらず、採用でき々いという欠点がある。

本発明者らは、従来の技術が有する多くの欠点を克服す
る技術を確立すべく、実験室と地熱井のフィールドで研
究を重ねた結果、公知の技術と比較して、迅速かつ有効
で、しかも容易な、経済的に優れた本発明を達成した。

本発明の公知技術に対する優越性のゆえに、掘削期間は
大幅に短縮し、掘削費用の大きな節減が可能となった。

以下において、本発明を詳細に述べろ。

本発明は、軽い逸水から、クロスフローの如き激しい全
量逸水までのすべての規模の逸水障害に対して適合する
逸水防止剤を提供する。

本発明になる逸水防止剤は、ベントナイト、繊維状物質
、石油類、界面活性剤及びバインダー類を顆粒以上の大
きさに成型した逸水防止剤である。

これらの物質の用語の定義及びこの物質の機能は以下の
通りである。

ベントナイトとはモンモリロナイト鉱物を主とした粘土
であり、ベントナイトは水と接触して膨潤して割れ目を
閉そくする。

繊維状物質とは第２表に記載した物質を言い、成型体に
強度を与えると共に、膨潤ベントナイトの流出を抑制す
ることによって膨潤体の形状の保持及び相互の物理的結
合を促進し、割れ目を閉そくする。

石油類とは、軽油、重油、灯油、潤滑油、各鍾の廃油等
を言い、成型体が逸水障害をもたらしたが゛ 割れ目に達するまでの間、ベントナイト嫌水と接触して
膨潤することを抑制する機能を持つ。

界面活性剤とは、成型体が逸水障害をもたらした割れ目
に達したとき、成型体の付近に存する水が成型体に侵透
し、ベントナイトの膨潤速度の時間調節をする機能を有
するものである。

バインダー類とは、ベントナイト、繊維状物質、石油類
、界面活性剤の四つを成型体化する能力を有する粘結剤
を言い、無機質、有機質のいずれであってもよいが、泥
水、清水等に溶解して掘進再開時、またはケーシングパ
イプのセメント時に障害をもたらすものは避けるのが好
ましい。バインダー類の代表的例として、アスファルト
１．タール、ピッチ等の如きピチューメン質、カルボキ
シルメチルセルロース、ホリビニルアルコール等が挙ケ
られる。

ベントナイトと繊維状物質の比率、繊維状物質の種類は
、成型体の強度を劣化させ々い範囲内で１３− 任意に選択できる。

成型体の大きさも逸水の規模によって任意に変えること
ができる。すなわち、比較的規模の小さい逸水の場合は
、顆粒以上大豆粒以下のペレット状成型体を泥水、清水
等と共に、泥水ポンプによって坑井に送入する。大規模
逸水の場合は、大きな成型体を送入する必要があるので
、ドリルストリンゲスをすべて引き上げ、地５上からブ
リケット状成型体を投下させる。この場合、ブリゲット
状成型体の大きさは大豆径以上裸孔径以下で、投下途中
で坑内においてブリッジングしない程度の径とする。ブ
リケット状成型体の長手力向長さは必要に応じて長くし
て奥行のある大規模逸水の割れ目を閉そくすることがで
きろ。成型体の成型には特殊な設備を要しない。泥水ポ
ンプで送入される顆粒以上大豆以下のペレット状成型体
は、顆粒機、パン・ペレタイず−等で成型し、地上から
坑井に直接投入落下するブリケット状成型体は、ブリケ
ットマシン、レンガ成型機等で成型する。成型体の強度
は、バインダー類の種類と量、各種成型機　１４− 械の運転条件等で調整できる。

石油類としては、粘性の大きい重油の如きものが成型を
容易がらしめるので好ましい。成型体に含有されて坑井
に入った石油類は、逸水障害の解決した後において、オ
イル・イン・ウォーター型のエマルジョンとして掘進再
開時の泥水性状を良好にする点で効果がある。石油類の
配合量は、ベントナイト／繊維状物質比、綾維状物質の
種類、成型圧、界面活性剤の種類と量、成型体の膨潤開
始時期等を勘案して決定する。

界面活性剤は、陰イオン界面活性剤又は非イオン界面活
性剤の中から選択する。非イオン界面活性剤は高温度下
でミセル化するので、陰イオン界面活性剤の方が好まし
い。

成型体は、必要に応じて粉粒状物質、フレーク状物質を
含有しても差支えがない。また、パライトの如き加重剤
を含有しても差支えが々い。泥水比重を大きくする必要
のある石油弁用に使用する成型体に、加重剤を含有させ
ることは、大規模逸水時にブリケット状成型体を地上か
ら直接坑井に投入する場合、坑井内の落下が速やかであ
る点で有利である。

割れ目付近での成型体の膨潤調整は、界面活性剤の種類
と配合量によるほか、ベントナイトの種類、繊維状物質
の種類、ベントナイトと縁、雄状物質の比率、石油類の
枠類と量、バインダー類の種類と計、成型圧、成型体の
形状と大きさ、成型体が泥７Ｘヌは清水と接触してから
の時間、割れ目付近における淵ｆｌｊ、圧力、ｐ　Ｉ−
Ｉ等とも関連する。と２くに、塩類、石こう、セメント
等の影響を受けることが予想される場合、採用するベン
トナイトは膨潤傭力の大きい活性ベントナイトが好まし
い。

具体的には、オフショアにおける石油井押削において使
用泥水が海水泥水の場合考慮、されるべきであり、アタ
パルジャイトの併用も効果がある。

本発明によって得られる利点は、以下の通りである。

（１）成型体であろ苑め使用が容易であり、成型体の大
きさ等を調節することによってあらゆる規模の逸水障害
を迅速に解決できる。

（２）従来の技術では解決が困難であったクロスフロー
の如き大規模逸水に対して有効である。

（３）　　セメントスラリーによる逸水対策を採用する
ことが困難である地熱井における逸水障害に対して有効
である。

（４）成型体の膨潤調整が可能であるので、本成型体は
割れ目への侵入能力が優れており、一旦侵入した後は膨
潤によって−Ｕれ目を完全に閉そくし、掘進再開後に逸
水が再び発生することば々い。

（５）本技術を実施する際、掘削現場において特別々設
備を要し力い。

（６）本技術の実施によって泥水は汚染することが々く
、処置後はすみやかに掘進を再開できる。

次に本発明の実施例について説明する。

実施例１ 逸水防止剤の配合組成を第３表の如くにし、２００　Ｋ
ｙ／ｃｍ２で成型した３０間ダ×３０．軛高さのブリケ
ットをビーカーに入れた後、２０Ｃ又は８０Ｃの清水を
加え、２０Ｃ又は８０Ｃの環境下で、このプ　１７− リケツトの膨潤の進行状況を観察し、第１図の結果を得
だ。

第３表　ブリケット成型体の組成　単位：重量部とが明
らかである。また、ベントナイト配合量の多いものの方
が最終の膨潤高さがやや大きい。温度が大きい場合は膨
潤が速やかであり、地熱井の如く地層温度が高い場合は
ブリケント成型体の膨潤が速やかであると推測される。

２００分経過後に清水を２０調高さＸ１００ｍｍ幅の攪
拌羽根で２５０ＲＪ’Ｍの回転速度で攪拌したが、膨潤
したブリケット　１８− 成型体の形状に変化は見られなかった。

以上のことから、このブリケット成型体は膨潤能力が高
く、かつ強い閉そく能力を有することが明らかである。

実施例２ 実施例１のテストピース番号扁４の配合組成をもつ、３
００＋ｏ＋＄　Ｘ　３０＋＋＋ｍ高さ、成型圧２Ｑ　Ｑ
　＋（、ｙ／ｃｍ２のブリケット成型体を、２０に２詰
めで２００袋用意し、岩手県岩手郡雫石町大字長山字北
葛根田の日本重化学工業＠）の地熱井、Ｋ　Ｎ−３号井
（第２図参照）のために備えた。１２フインチ坑の７９
９．８０　ｍをポンシレー）　２．３　Ｋｊ！／ｍｉｎ
の泥水にて掘進中、全量逸水に遭遇した。ボンデを停止
したところ、環状部の水頭低下は５分間で２２５ｍに達
し、約２２０に１／Ｉ（ｒ規模の逸水であることが判明
しただめ、早急に揚管し、用意したブリケット成型体を
少しずつ投入し、７５袋分（１５００Ｋｐ）を使用した
。ブリケット成型体の投入に要した時間は３５分であっ
た。

ブリケット成型体を投入後、水頭の低下は１０分間で７
．４ｍとなり、逸水量は４Ω／Ｉ（ｒ程度に減少したの
で篩管し、１２トンのドリルカラーにて抑圧した結果、
逸水は完全に停止した。４屈進再開後も逸水は認められ
なかった。全量逸水の発生から逸水の完全停止をみろ寸
での所要時間シま、僅か４時間１０分であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例＋Ｌ々るブリケット成型体の
膨潤進行状況であって、第２図はＫ　Ａ　−３号井概要
図である。 １・・・ビット、２・・・ドリルカラー、３・・・ドリ
ルパイプ、４・・・裸坑、５・・・割れ目 ）６　１　１０　　　フ・リブットメセ、４！ル分り】
−２Ｅｔｉ４に曳ｔ。 謁２図 手続補正！Ｉ（方式） ％式％ １、事件の表示 昭和５６年特許願第２０８２０６号 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　東京都中央区日本橋小網町８番４号５　補正の
対象 「図面」 ６、補正の内容　　別紙の通り 以上 ＄＋＠ ’ｊ１３ｔ＠ 手続補正書（自発） 昭和５７年５月２）日 特許庁長官　殿 １　事件の表示 昭和５６年特許願第２０８２０６号 ３　補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　東京都中央区日本橋小網町８番４号４　補［Ｅ
の対象 明細中「発明の詳細な説明」、「図面の簡単な説明」の
欄 ５　補正の内容 １）明細書中温１２頁１０行と１１行の間に下記を挿入
する 記 「配合量としては、好ましくはベントナイト５０〜９０
重量％、繊維状物質５〜５０重量部、石油類４〜３０重
量部、界面活性剤０．０１〜０．５重量部、バインダー
類１〜１０重量部を適宜混合して用いればより、」 ２）同曹第１９頁１０行「ＫＡ−３号井」を削除する。 ３）回書第２０頁８〜９行「第２図はＫＡ−３号井概要
図である」を「第２図は地熱井概要図である」と訂正す
る。 以　　上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ベントナイト、繊維状物質、石油類、界面活性て 剤及びバインダー類を主体としへ成型した逸水防止剤。