JP2000073684A - In-situ water-sampling method in thick sedimentary-rock stratum - Google Patents

In-situ water-sampling method in thick sedimentary-rock stratum

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JP2000073684A
JP2000073684A JP10243243A JP24324398A JP2000073684A JP 2000073684 A JP2000073684 A JP 2000073684A JP 10243243 A JP10243243 A JP 10243243A JP 24324398 A JP24324398 A JP 24324398A JP 2000073684 A JP2000073684 A JP 2000073684A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an in-situ water-sampling method, by which water can be sampled under an in-situ state by conducting fresh-water excavation applying directional drilling technique to an aquifer in a thick muddy sedimentary rock and chemical analysis can be executed with accuracy by the water sampling. SOLUTION: A main-tunnel well 2 is excavated by a rotary type excavation method using swelling inhibition type slurry as an excavation fluid, a whipstock 8 is installed in KOP depth for executing side stacking for sampling stratum water under an in-situ, a window hole 9 is bored, directional drilling is conducted up to a section just above an aimed stratum by a downhaul motor and MWD organization through the window hole 9, and a casing 15 is set to the directional drilling section. The outside of the casing 15 is filled with cement and water-shielded, the excavation fluid is replaced with fresh water, a water- sampling well 16 is directional-drilled by drill strings, tubing strings 18, to which a bare-hole packer 19 is set, is inserted into the water-sampling well 16, the main-tunnel well 2 and the water-sampling well 16 are interrupted by the bare- hole packer, and water sampling and measurement are conducted under the in-situ state of an aquifer 7 through the insides of the tubing strings 18.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ロータリー式掘削
工法を用いて本坑井及び採水井を掘削し、特に厚い堆積
岩層中に挟在される滞水層における原位置状態での採水
法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of excavating a main well and a sampling well by using a rotary excavation method, and in particular, an in-situ water sampling method in an aquifer interposed between thick sedimentary rock layers. It is about.

【0002】[0002]

【従来の技術】動力炉核燃料開発事業団では、高レベル
放射性廃棄物の地中処分の安全性確認のための研究を行
なっている。地下に埋設処理した高レベル放射性廃棄物
からは、その放射能強度が天然のウラン鉱床と同レベル
になるまで、廃棄物の放射能が地上に漏出せず、または
人類に影響を与えるところまで漏出しないことが要求さ
れる。放射能の漏出は、地殻変動により廃棄物そのもの
が地上に出てくることと、地下水の移動に伴うことが考
えられる。
2. Description of the Related Art The Power Reactor Nuclear Fuel Development Corporation is conducting research to confirm the safety of the underground disposal of high-level radioactive waste. High-level radioactive waste buried underground will leak to a point where its radioactivity does not leak to the ground or affect humans until its radioactivity intensity is at the same level as natural uranium deposits. Not required. It is considered that the radioactive leakage is due to the fact that the waste itself comes to the ground due to crustal deformation and the movement of groundwater.

【0003】この地下水の移動に伴う放射能の漏出がな
いことを証明するために、大深度の調査井を掘削し、そ
の地層での、地下水をサンプリングして調査している。
調査する地下水は大量に移動している、所謂地下水のみ
でなく、地層や岩石中に含まれている微量な地下水も含
まれる。この微量な地下水の調査は採水した地下水の量
などの物理的調査だけでなく、化学分析を主体とした調
査となる。このため、調査井の掘削には化学分析に影響
を与える泥水などを使用せず、清水で掘削することが要
求される。
[0003] In order to prove that there is no leakage of radioactivity due to this movement of groundwater, a deep well is drilled and groundwater in the formation is sampled and investigated.
The groundwater to be investigated includes not only so-called groundwater, which is moving in large quantities, but also trace amounts of groundwater contained in strata and rocks. Investigations of this trace amount of groundwater are not only physical investigations such as the amount of groundwater sampled, but also investigations mainly on chemical analysis. For this reason, it is required that the drilling of the survey well should be performed in fresh water without using muddy water which affects the chemical analysis.

【0004】原位置で地層水を採取するためには、掘削
流体に清水を用いるのが基本であるが、清水でもって厚
い泥質堆積岩層を長距離に渡って掘削するのは不可能で
ある。なんとなれば、泥質堆積岩層中に含有される粘土
鉱物の膨潤,崩壊による掘削障害が生ずるためである。
この掘削障害を最小限にするためには、膨潤抑制型等の
泥水を使用することが好ましい。
In order to collect formation water in situ, it is basically to use clear water as a drilling fluid. However, it is impossible to excavate a thick muddy sedimentary rock layer over a long distance with clear water. . This is because swelling and collapse of the clay mineral contained in the muddy sedimentary rock layer causes excavation obstacles.
In order to minimize this excavation hindrance, it is preferable to use muddy water of a swelling suppression type or the like.

【0005】本坑井は坑壁の崩壊を防止するため、掘削
後速やかにケーシングをセットし、ケーシングの外側と
孔壁との間の間隙にセメントを充填することにより、上
下方向に直接または間接的に隣り合う各層間が前記間隙
を通して連通しないようにし、特に滞水層はフルホール
セメンチングで完全に遮水する必要がある。
In this well, in order to prevent collapse of the well wall, the casing is set immediately after excavation, and the gap between the outside of the casing and the hole wall is filled with cement, thereby directly or indirectly in the vertical direction. It is necessary to prevent the adjacent layers from communicating with each other through the gap, and in particular, to impregnate the aquifer with full-hole cementing.

【0006】泥水を使用して掘削を行なった場合、裸坑
時間(掘削時間)内に生じた泥壁からのマッドフィルト
レート(濾過水)が滞水層内に浸透する。このため、原
位置で採水するにはマッドフィルトレートの及ばない位
置での採水が必要となる。
[0006] When drilling is performed using muddy water, mud filtration (filtration water) from the mud wall generated during the open pit time (drilling time) permeates into the aquifer. Therefore, in order to collect water at the original position, it is necessary to collect water at a position below the mud filtration rate.

【0007】循環泥水から滞水層中へ浸透するマッドフ
ィルトレートの脱水量は次式で求められる(新版ボーリ
ング用泥水 沖野文吉著 技報堂出版 p.64〜66)。 Q={〔2K(Cs/Ms−1)PT〕/μ}0.5 A …(1) ここで、Q=脱水量、K=浸透率、Cs=泥壁中のソリ
ッド濃度、Ms=泥水中のソリッド濃度、P=差圧、T
=時間、μ=液相部の粘性、A=濾過面積、マッドフィ
ルトレートの浸透する範囲(距離)は、掘削時の泥柱圧
と地層圧との差圧を小さくし、裸坑時間(掘削時間)を
短かくすれば、小さくなる。
The amount of dewatered mud filtrate that permeates into the aquifer from the circulating mud is calculated by the following equation (new mud for boring: Bunno Okino, Gihodo Shuppan, pp. 64-66). Q = {[2K (Cs / Ms-1) PT] / μ} 0.5 A (1) where, Q = dehydration amount, K = permeability, Cs = solid concentration in mud wall, Ms = mud in muddy water Solid concentration, P = differential pressure, T
= Time, μ = viscosity of liquid phase, A = filtration area, range (distance) through which mudfiltrate permeates, the differential pressure between mud column pressure and formation pressure during excavation is reduced, and The shorter the time, the smaller the time.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】前述のとおり、調査井
の掘削に、従来のロータリー掘削法を用いると、次の問
題がある。 厚い泥質堆積岩層を掘削するには膨潤抑制型等の泥
水の使用が好ましく、清水での長距離の掘削は困難であ
る。 泥水を使用することにより、滞水層中へのマッドフ
ィルトレートの浸透は避けることができない。 坑壁の崩壊を防止するためのケーシングパイプの設
置が必要である。 上下方向にレベルの異なる滞水層間のコミニケーシ
ョンを防止するため、ケーシングと孔壁間の間隙にセメ
ントを充填して、フルホールの完全なセメンチングが必
要である。 セメンチングの実施により、滞水層の坑井付近はセ
メントにより汚染される。
As described above, when the conventional rotary excavation method is used for excavation of the investigation well, the following problem occurs. In order to excavate a thick muddy sedimentary rock layer, it is preferable to use muddy water such as a swelling suppression type, and it is difficult to excavate a long distance in fresh water. By using muddy water, penetration of mudfiltrate into the aquifer cannot be avoided. It is necessary to install casing pipes to prevent collapse of the pit wall. In order to prevent communication between the aquifer layers at different levels in the vertical direction, it is necessary to fill the gap between the casing and the hole wall with cement to completely cement the full hole. Due to the cementing, the aquifer near the well is contaminated with cement.

【0009】本発明者は、深度約1000〜3000m
の厚い泥質堆積岩層中に挟在される滞水層からの原位置
状態での採水法について、坑井の掘削にとって避けられ
ない前記技術的諸問題を踏まえ、種々検討した結果、採
水井を清水で掘削するための掘削法を開発し、この掘削
法によって、大深度の滞水層での原位置採水が可能とな
る手法を見出した。
The present inventor has proposed a depth of about 1000 to 3000 m.
As a result of various studies on the in-situ water sampling method from the aquifer sandwiched between thick muddy sedimentary rock layers, taking into account the technical problems inevitable for well drilling, We developed a drilling method for excavating water in Shimizu, and found a method that enables in situ water sampling in a deep aquifer by this drilling method.

【0010】本発明は、前記知見に基づいて提案された
厚い泥質堆積岩層中に挟在される滞水層における原位置
採水法を提供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide an in-situ water sampling method in an aquifer sandwiched between thick muddy sedimentary rock layers proposed based on the above findings.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、泥水を掘削流体に用いたロータリー式掘
削法で本坑井を掘削し、この本坑井掘削時に計測された
データーを用いて算出したマッドフィルトレートの浸透
する範囲外まで前記本坑井から枝坑井を掘削するに際
し、原位置状態の地層水を採水するために前記枝掘りを
実施するためのKOP(Kick Off Point)深度にホイッ
プストックを前記本坑井に設置し、次いで前記ホイップ
ストックをガイドとして前記本坑井のケ−シングに枝掘
りのための窓孔を穿孔し、前記窓孔を通して、ダウンホ
ールモータ,MWD編成で目的層直上まで泥水を掘削流
体に用いて傾斜掘削し、その傾斜掘削した傾斜孔の部分
にケーシングをセットすると共にケーシングの外側にセ
メントを充填して遮水し、次いで掘削流体を清水に入替
え、前記傾斜孔から延長するように採水井を目的位置ま
で傾斜掘削し、この採水井に裸孔パッカーをセットした
チュービングストリングスを挿入し、前記裸孔パッカー
にて本坑井に連通する枝坑井と採水井を遮断し、前記チ
ュービングストリングス内を通して滞水層の原位置状態
での採水・計測を行なうことを特徴とするる。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a method for drilling a main well by a rotary drilling method using muddy water as a drilling fluid. When drilling a branch well from the main well to the outside of the permeation area of the mud filtrate calculated using the above method, a KOP (Kick) for performing the branch excavation in order to collect in situ formation water is used. Off Point) A whip stock is installed in the main well at a depth, and then a window hole for branch digging is drilled in a casing of the well using the whip stock as a guide, and a down hole is formed through the window hole. Using a motor and MWD knitting, slant excavation is performed using mud water as the drilling fluid to immediately above the target layer, and a casing is set in the inclined hole where the slant was excavated, and cement is filled outside the casing to block water. Next, the drilling fluid is replaced with fresh water, and a sampling well is inclinedly excavated to a target position so as to extend from the inclined hole, and a tubing string set with an open hole packer is inserted into this well, and the main well is inserted with the open hole packer. The branch well and the sampling well communicating with the well are shut off, and sampling and measurement of the aquifer in situ are performed through the tubing strings.

【0012】本発明において、膨潤抑制型泥水を掘削流
体に用いたロータリー式掘削法で本坑井を掘削し、この
本坑井掘削時に計測されたデーターを用いて算出したマ
ッドフィルトレートの浸透する範囲外まで前記本坑井か
ら枝坑井を掘削するに際し、原位置状態の地層水を採水
するために前記枝掘りを実施するためのKOP(KickOf
f Point)深度にホイップストックを前記本坑井に設置
し、次いで前記ホイップストックをガイドとして前記本
坑井のケーシングに高粘性泥水を掘削流体に用いて枝掘
りのための窓孔を穿孔し、前記窓孔を通して、ダウンホ
ールモータ,MWD編成で目的層直上まで膨潤抑制型泥
水を掘削流体に用いて傾斜掘削し、ライナーハンガーで
ケーシングをセットすると共にケーシングの外側にセメ
ントを充填して遮水し、掘削流体を清水に入替え、前記
傾斜孔から延長するように採水井を目的位置まで傾斜掘
削し、この採水井に裸孔パッカーをセットしたチュービ
ングストリングスを挿入し、前記裸孔パッカーにて本坑
井に連通する枝坑井と採水井を遮断し、前記チュービン
グストリングス内を通して滞水層の原位置状態での採水
・計測を行なうことを特徴とする。
In the present invention, a main well is excavated by a rotary excavation method using swelling suppression type mud as a drilling fluid, and a mud filtrate calculated using data measured during the excavation of the main well penetrates. When excavating a branch well from the main well to the outside of the range, a KOP (KickOf) for performing the branch excavation in order to collect formation water in an in-situ state.
f Point) installing a whip stock in the main well at a depth, and then drilling a window hole for digging using high viscosity muddy water as a drilling fluid in a casing of the well using the whip stock as a guide; Using the downhole motor and MWD knitting, the swelling-suppressing type mud is used as a drilling fluid, and the slope is excavated through the window hole to just above the target layer. The casing is set with a liner hanger and the outside of the casing is filled with cement to block water. Then, the drilling fluid was replaced with fresh water, the sampling well was slopingly drilled to a target position so as to extend from the sloped hole, tubing strings set with a borehole packer were inserted into the sampling well, and the main well was inserted with the borehole packer. Isolate the branch wells and sampling wells communicating with the wells, and perform sampling and measurement of the aquifer in situ through the tubing strings. Features.

【0013】本発明において、前記採水井の掘削角度
が、本坑井に対して、下方に向かって鋭角に傾斜した状
態であることを特徴とする。
In the present invention, the excavation angle of the water sampling well is characterized by being inclined downward at an acute angle with respect to the main well.

【0014】本発明において、前記採水井の坑内水を、
本坑井掘削時に計測された滞水層の地層圧より若干低い
流体圧まで刈り込むとよい。
In the present invention, the underground water of the sampling well is
It is advisable to cut to a fluid pressure slightly lower than the aquifer formation pressure measured at the time of drilling.

【0015】本発明において、また、前記採水井の掘削
位置が、マッドフィルトレートの浸透距離の3倍以上で
あることを特徴とする。
In the present invention, the excavation position of the water sampling well is at least three times the penetration distance of the mud filtration.

【0016】本発明によると、先ず、膨潤抑制型等の泥
水を掘削流体に用いたロータリー式掘削法で厚い泥質堆
積岩層を掘り抜き、採水対象層の存在を確認するための
本坑井を掘削し、その孔壁の崩壊を防止するためにケー
シングをセットし、かつフルホールセメンチングでもっ
て滞水層を完全に遮断する。
According to the present invention, first, a well is used for drilling a thick muddy sedimentary rock layer by a rotary drilling method using muddy water of a swelling suppression type or the like as a drilling fluid, and confirming the existence of a water sampling target layer. Excavation, set the casing to prevent collapse of the hole wall, and completely block the aquifer with full hole cementing.

【0017】本坑井掘削時に検出された採水対象層につ
いての計測された電気検層データ、マッドデータからマ
ッドフィルトレートの浸透する範囲(距離)を算出す
る。計算に用いられた諸データの誤差及び安全率を見
て、計算されたマッドフィルトレート浸透距離の3倍を
目安として偏距を求め、チュービングストリングスの降
下及び採水作業に支障のない傾斜角度で採水井掘りを実
施するためのKOP(KickOff Point)深度を算出し、
求められたKOP点にホイップストックを設置し、本坑
井のケーシングに窓孔を穿孔する。このとき金屑を坑内
に残さないために高粘性泥水を使用するようにしてもよ
い。
The permeation range (distance) of the mud filtration rate is calculated from the measured electric logging data and mud data of the water sampling target layer detected during the excavation of the well. Observing the error and the safety factor of the various data used in the calculation, the deviation is calculated using the calculated mud filtration rate permeation distance three times as a guide, and the inclination angle that does not hinder the lowering of the tubing strings and the water sampling work. Calculate the KOP (KickOff Point) depth to carry out the sampling well digging,
A whip stock is installed at the determined KOP point, and a window hole is drilled in the casing of the well. At this time, high-viscosity muddy water may be used in order not to leave gold shavings in the pit.

【0018】前記窓孔を通し、膨潤抑制型泥水を掘削流
体に用い、ダウンホールモータ,MWD編成で目的層直
上まで枝坑井を傾斜掘削し、ライナーハンガーでケーシ
ングをセットすると共にケーシングの外側にセメントを
充填して遮水し、掘削流体を清水に入替え、通常のドリ
ルストリングスで採水井を目的位置まで傾斜掘削する。
このとき使用する掘削流体は、滞水層の原位置状態を乱
さないために清水を用いる。採水井の掘削が完了する
と、本坑井掘削時に測定された地層圧以下になるまで坑
内水を刈り込み、採水井内を溢水気味にする。
Through the window hole, using a swelling-suppressing type mud as a drilling fluid, a downhole motor, MWD knitting, and a branch well are slopingly drilled to just above a target layer, a casing is set with a liner hanger, and the casing is placed outside the casing. Filling with cement to block the water, replacing the drilling fluid with fresh water, and sloping the sampling well to the target position using ordinary drill strings.
The drilling fluid used at this time is clear water so as not to disturb the original state of the aquifer. When the drilling of the sampling well is completed, the underground water is trimmed until the pressure becomes lower than the formation pressure measured at the time of drilling of the well, and the inside of the sampling well tends to overflow.

【0019】先端に孔明管をセットし、中間に裸孔パッ
カーをセットしたチュービングストリングスを降下し、
パッカーを作動させ、採水井と本坑井を遮断したなら
ば、チュービングストリングス内を通して、滞水層から
原位置状態で採水する。
A tubing string with a perforated tube set at the tip and an open hole packer in the middle is lowered,
Once the packer is activated and the well and main well are shut off, water is collected in situ from the aquifer through the tubing strings.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につき図
面を参照して説明する。図1は、膨潤抑制型泥水を掘削
流体に用いたロータリー式掘削法で、厚い泥質堆積岩層
1を深度約3000mまで掘削した本坑井2を示す。こ
の本坑井2内には、坑壁の崩壊を防止するための、20
inchのケーシング3、13・3/8inchのケーシング
4、9・5/8inchのケーシング5を降下し、順次降下
してセットし、前記各ケーシング3,4,5と坑壁の間
は完全にセメンチングされ、このセメント層6でもって
各滞水層7,7は完全に遮断されている。また、前記ケ
ーシング3,4,5の降下前に実施された各種電気検層
データ、マッドデータから対象となる滞水層7,7の検
出、滞水層7,7の地層圧、浸透率、有効層厚等のデー
タを求め、マッドフィルトレートの浸透範囲(距離)算
定のための基礎データとする。本坑井2の掘削中におけ
る循環泥水から滞水層7,7中へ浸透するマッドフィル
トレートの脱水量は、既述[0007]項に示された式
を用いて算出される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a main well 2 in which a thick muddy sedimentary rock layer 1 has been excavated to a depth of about 3000 m by a rotary excavation method using swelling suppression type muddy water as an excavating fluid. Inside the main well 2, there are 20 wells for preventing collapse of the well wall.
Inch casing 3, 13,3 / 8 inch casing 4, 9.5 / 8 inch casing 5, descend and set in order, complete cementing between the casings 3,4,5 and the pit wall. With this cement layer 6, each of the aquifer layers 7, 7 is completely shut off. Further, detection of the target aquifers 7, 7 from the various electrical logging data and mud data performed before the casings 3, 4, 5 were lowered, the formation pressure of the aquifers 7, 7, the permeability, Obtain data such as effective layer thickness and use it as basic data for calculating the penetration range (distance) of mud filtration. During the excavation of the well 2, the dewatering amount of the mudfiltrate that penetrates into the aquifers 7 from the circulating mud is calculated using the equation shown in the above-mentioned [0007].

【0021】計算により求められたマッドフィルトレー
トの浸透距離の3倍を目安に偏距を求め、採水作業に支
障を来たさない傾斜角度で後述する採水井の枝掘りを実
施するためのKOP(Kick Off Point)を算出する。
The deviation is determined by using a value three times as large as the calculated penetration depth of the mud filtrate, and the below-described water sampling well is dug at a tilt angle that does not hinder the water sampling operation. Calculate KOP (Kick Off Point).

【0022】次に図2に示されているように、求められ
たKOP点にホイップストック8をセットする。次いで
図3に示されているように、設置されたホイップストッ
ク8の傾斜面8aをガイドとして利用して、本坑井2内
のケーシング5に後述する下方に向かって傾斜した状態
の枝坑井およびこれに直列に接続する採水井を枝掘りす
るための窓孔9を、先端に鋼管用カッター11をセット
したミーリングストリングス10で穿孔する。前記窓孔
9を穿孔する際に生ずる金屑を除去するため、掘削流体
には高粘性泥水を使用するようにするとよい。
Next, as shown in FIG. 2, the whip stock 8 is set at the determined KOP point. Next, as shown in FIG. 3, a branch well in a state in which the casing 5 in the well 2 is inclined downward as described below on the casing 5 using the inclined surface 8 a of the installed whip stock 8 as a guide. A window hole 9 for digging a water sampling well connected in series with the milling hole is drilled by a milling string 10 having a steel pipe cutter 11 set at the tip. It is preferable to use a highly viscous muddy water as a drilling fluid in order to remove gold dust generated when the window hole 9 is drilled.

【0023】次ぎに図3に示すように、前記ミーリング
ストリングス10が地層1内に達するまでミーリングを
続け、窓孔9の穿孔が完了したならば、前記ミーリング
ストリングス10内を通して掘削流体、つまり高粘性泥
水を外部に排水し、膨潤抑制型泥水と入替え、ミーリン
グストリングス10を上昇し、本坑井2内から抜き取
る。
Next, as shown in FIG. 3, the milling is continued until the milling strings 10 reach the formation 1, and when the drilling of the window hole 9 is completed, the drilling fluid, that is, the high-viscosity fluid passes through the milling strings 10. The muddy water is drained to the outside, replaced with swelling-inhibited muddy water, and the milling strings 10 are raised and extracted from the well 2.

【0024】ミーリングストリングス10を抜き取り後
は、図4に示されているように先端に地層用ビット12
aをセットした掘削具13を穿孔された窓孔9を通し、
ダウンホールモーター、MWD編成でもって、ダウンホ
ールモーターにおける掘削カッタ−部12の掘進方向の
傾斜角度を適宜増角しながら厚い泥質堆積岩層1を目的
位置直上まで傾斜孔21を枝掘りする。すなわち枝掘り
により採水の対象とする採水層7に対し、マッドフィル
トレートの浸透が及ばない距離を離れた採水層7の直上
まで枝堀りを行う。次に図5に示したように、本坑井2
内のケーシング5に、ランナーハンガー14を係止し、
そのランナーハンガー14でフレキシブルなケーシング
15を前記傾斜孔21にセットし、そのケーシング15
の下部及び下部外周面と孔壁間をセメント6で遮水す
る。次いで掘削流体を清水に入替え、通常編成のドリル
ストリングス(図示を省略した)で目的位置まで採水井
16を下方に向かって傾斜した状態で傾斜掘削する。
After the milling strings 10 have been extracted, as shown in FIG.
through the perforated window 9 through the drilling tool 13 with
With the downhole motor and the MWD knitting, the thick muddy sedimentary rock layer 1 is dug into the inclined hole 21 right above the target position while appropriately increasing the inclination angle of the excavation cutter portion 12 in the downhole motor in the downhole motor. In other words, the water sampling layer 7 to be sampled by branch excavation is digged up to just above the water sampling layer 7 at a distance where the penetration of the mud filtration does not reach. Next, as shown in FIG.
The runner hanger 14 is locked to the inner casing 5,
The runner hanger 14 is used to set a flexible casing 15 in the inclined hole 21.
Between the lower and outer peripheral surfaces of the hole and the hole wall with cement 6. Next, the drilling fluid is replaced with fresh water, and the water sampling well 16 is tilted and drilled downward with a drill string (not shown) having a normal formation to a target position.

【0025】次に目的とする滞水層まで掘削したことの
確認と滞水層7の性状を測定するために電気検層を実施
する。本坑井2の掘削時に計測された滞水層7の地層圧
よりも若干低い流体圧になるまで坑内水を刈り込み、枝
坑井内を溢水気味とする。次いで図6に示されているよ
うに、多数の透孔17aを有する孔明管17を先端部に
セットしたチュービングストリングス18を挿入する。
このとき、滞水層7は前述のように溢水気味となってい
るので、チュービングストリングス18の挿入による影
響を滞水層7に与えることはない。
Next, an electric logging is carried out to confirm that the target aquifer has been excavated and to measure the properties of the aquifer 7. The underground water is trimmed until the fluid pressure becomes slightly lower than the formation pressure of the aquifer 7 measured during the excavation of the main well 2, and the inside of the branch well is made to overflow. Next, as shown in FIG. 6, a tubing string 18 in which a perforated tube 17 having a large number of through holes 17a is set at the tip is inserted.
At this time, since the water retention layer 7 tends to overflow as described above, the influence of the insertion of the tubing strings 18 does not affect the water retention layer 7.

【0026】前記チュービングストリングス18の孔明
管17の近くにセットさせた裸孔パッカー19を膨張さ
せるように作動させ、採水井と滞水層7とが連通した状
態で、滞水層7と枝坑井およびこれに連通する本坑井2
間を遮断する。前記裸孔パッカー19は機械式あるいは
流体圧式何れでもよく、流体圧式を使用する場合は、図
6に示した送気管20内を通して流体を供給して作動さ
せる。
The open hole packer 19 set near the aperture tube 17 of the tubing strings 18 is operated so as to expand, and in a state where the sampling well and the aquifer 7 are in communication, the aquifer 7 and the branch Well and main well 2 communicating with it
Cut off between. The open hole packer 19 may be either a mechanical type or a hydraulic type. When the hydraulic type is used, it is operated by supplying a fluid through an air supply pipe 20 shown in FIG.

【0027】前記滞水層7と枝坑井およびこれに連通す
る本坑井2間を遮断することによって、滞水層7は原位
置状態を回復するので、孔明管17からチュービングス
トリングス18内を通して原位置状態の地層水の採水・
テストが可能となる。
By blocking the aquifer 7 from the branch well and the main well 2 communicating therewith, the aquifer 7 recovers its original position. In-situ formation water sampling
Testing becomes possible.

【0028】なお、本発明を実施する場合、採水井の掘
削にあたり、使用するリグの種類、掘削深度、掘削口
径、ケーシング口径、ケーシングプログラム、ドリルス
トリングスの種類、掘削流体の入替時期、枝坑井の傾斜
角度については、これらの多種多様の組み合わせが可能
であり、前述の特定の組み合わせに限定されるものでは
なく、適宜の組み合わせにおいて使用される掘削手法を
採用することもできる。
In practicing the present invention, when drilling a sampling well, the type of rig to be used, the drilling depth, the drilling diameter, the casing diameter, the casing program, the type of drill strings, the drilling fluid replacement time, the branch well Are variously possible combinations, and are not limited to the above-mentioned specific combination, and an excavation method used in an appropriate combination can also be adopted.

【0029】なお、本発明を実施する場合、従来公知の
ダウンホールモーターを使用することができ、通常、ダ
ウンホールモーターは、ドリルストリングス先端部のビ
ットの次に接続され、循環泥水の流れによって、駆動さ
れる掘削具である。また、本発明を実施する場合、従来
公知のMWDを使用することができ、通常、MWDは、
ドリルストリングス先端部のダウンホールモーターの次
に接続され、掘進中の方位角、傾斜角を随時測定すると
共に、自由に目的とする方向にビット・ダウンホールモ
ーターを指向させる装置である。
In practicing the present invention, a conventionally known downhole motor can be used. Usually, the downhole motor is connected next to the bit at the tip of the drill string, and the downhole motor is driven by the flow of circulating muddy water. It is a driven excavator. In practicing the present invention, conventionally known MWDs can be used.
This device is connected next to the downhole motor at the tip of the drill string, measures the azimuth and inclination during excavation as needed, and directs the bit downhole motor freely in the desired direction.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、膨
潤抑制型等の泥水を掘削流体に用いたロータリー式掘削
法で本坑井を掘削し、この本坑井掘削時に計測されたデ
ーターを用いて算出したマッドフィルトレートの浸透す
る範囲外まで前記本坑井から枝坑井を掘削するに際し、
原位置状態の地層水を採水するために前記枝掘りを実施
するためのKOP(Kick Off Point)深度にホイップス
トックを前記本坑井に設置し、次いで前記ホイップスト
ックをガイドとして前記本坑井のケーシングに高粘性泥
水等の泥水を掘削流体に用いて枝掘りのための窓孔を穿
孔し、前記窓孔を通して、ダウンホールモータ,MWD
編成で目的層直上まで膨潤抑制型泥水を掘削流体に用い
て傾斜掘削し、ライナーハンガーでケーシングをセット
すると共にケーシングの外側にセメントを充填して遮水
し、掘削流体を清水に入替え、前記傾斜孔から延長する
ように採水井を目的位置まで傾斜掘削し、この採水井に
裸孔パッカーをセットしたチュービングストリングスを
挿入し、前記裸孔パッカーにて本坑井に連通する枝坑井
と採水井を遮断し、前記チュービングストリングス内を
通して滞水層の原位置状態での採水・計測を行なうよう
にしたので、滞水層の坑井付近をセメントや泥水で汚染
することがないため、厚い泥質堆積岩層中に挟在される
滞水層からの原位置状態での採水が可能となり、正確な
調査が可能となる。よって、本発明の厚い堆積岩層にお
ける原位置採水法は、その必要性が益々増大する高レベ
ル放射性廃棄物の地下埋設処分(深地層処分)のための
地質調査に寄与するところ大である。
As described above, according to the present invention, a main well is drilled by a rotary drilling method using muddy water of a swelling suppression type or the like as a drilling fluid, and data measured at the time of drilling the main well is obtained. When drilling a branch well from the main well to outside the permeation range of the mud filtrate calculated using,
A whip stock is installed in the main well at a KOP (Kick Off Point) depth for performing the branch excavation in order to collect the in situ formation water, and then the whip stock is used as a guide for the main well. Using a mud such as a high-viscosity mud as a drilling fluid, a window hole for branch excavation is drilled in a casing of the vehicle, and a downhole motor, MWD
In knitting, swelling suppression type mud is used as a drilling fluid to diagonally excavate immediately above the target layer, the casing is set with a liner hanger, and the outside of the casing is filled with cement to block out water, and the drilling fluid is replaced with fresh water. A sampling well is slopingly excavated to a target position so as to extend from the hole, tubing strings set with an open hole packer are inserted into the well, and a branch well and a sampling well communicating with the main well at the open hole packer. And the aquifer is sampled and measured in situ through the tubing strings.Thus, the vicinity of the well in the aquifer is not contaminated with cement or muddy water. In situ water sampling from the aquifer sandwiched between the sedimentary rock layers is possible, enabling accurate surveys. Therefore, the in-situ water sampling method for the thick sedimentary rock layer of the present invention greatly contributes to the geological investigation for the underground disposal (deep underground disposal) of high-level radioactive waste, which is increasingly required.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】泥水を使用したロータリー式掘削法で、本坑井
を掘削し、ケーシングをセットして、このケーシングと
地層の間をセメンチングした状況を示す縦断側面図であ
る。
FIG. 1 is a vertical cross-sectional side view showing a state in which a well is excavated by a rotary excavation method using muddy water, a casing is set, and cementing is performed between the casing and a stratum.

【図2】本発明に係る原位置採水法を実施するため、本
坑井内の求められたKOP点にホイップストックをセッ
トした状況を示す一部切欠縦断面図である。
FIG. 2 is a partially cutaway longitudinal sectional view showing a situation where whip stock is set at a determined KOP point in the well in order to carry out the in-situ water sampling method according to the present invention.

【図3】本坑井のケーシングに、採水井を枝掘りするた
め、窓孔を穿孔する状況を示す縦断面図である。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a situation in which a window hole is drilled in a casing of the well to branch out a water sampling well.

【図4】ケーシングの窓孔を通して採水井を掘削する状
況を示す一部切欠縦断面図である。
FIG. 4 is a partially cut-away longitudinal sectional view showing a situation where a sampling well is excavated through a window hole of a casing.

【図5】窓孔を通して掘削した採水井の崩壊を防止する
ためのケーシングをセットした状況を示す一部切欠縦断
面図である。
FIG. 5 is a partially cutaway longitudinal sectional view showing a situation in which a casing for preventing collapse of a water sampling well drilled through a window hole is set.

【図6】採水井にチュービングストリングスを挿入し、
このチュービングストリングスにセットした裸孔パッカ
ーにて本坑井と採水井(滞水層)を遮断した状況を示す
一部切欠縦断面図である。
FIG. 6: Inserting tubing strings into a sampling well,
FIG. 3 is a partially cut-away longitudinal sectional view showing a state in which a main well and a water sampling well (aquifer) are cut off by an open hole packer set in the tubing strings.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 厚い堆積岩層 2 本坑井 3,4,5,15 ケーシング 6 セメント層 7 滞水層 8 ホイップストック 9 窓孔 10 ミーリングストリングス 11 鋼管用カッター 12 地層用ビット 13 ドリルストリングス(ダウンホールモーター、M
WD) 14 ライナーハンガー 16 採水井 17 孔明管 18 チュービングストリングス 19 裸孔パッカー 20 送気管 21 傾斜孔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Thick sedimentary rock layer 2 Wells 3,4,5,15 Casing 6 Cement layer 7 Reservoir layer 8 Whip stock 9 Window hole 10 Milling string 11 Cutter for steel pipe 12 Bit for formation 13 Drill string (downhole motor, M
WD) 14 Liner hanger 16 Sampling well 17 Drilling tube 18 Tubing strings 19 Open hole packer 20 Air supply tube 21 Inclined hole

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 泥水を掘削流体に用いたロータリー式掘
削法で本坑井を掘削し、この本坑井掘削時に計測された
データーを用いて算出したマッドフィルトレートの浸透
する範囲外まで前記本坑井から枝坑井を掘削するに際
し、原位置状態の地層水を採水するために前記枝掘りを
実施するためのKOP(Kick Off Point)深度にホイッ
プストックを前記本坑井に設置し、次いで前記ホイップ
ストックをガイドとして前記本坑井のケ−シングに枝掘
りのための窓孔を穿孔し、前記窓孔を通して、ダウンホ
ールモータ,MWD編成で目的層直上まで泥水を掘削流
体に用いて傾斜掘削し、その傾斜掘削した傾斜孔の部分
にケーシングをセットすると共にケーシングの外側にセ
メントを充填して遮水し、次いで掘削流体を清水に入替
え、前記傾斜孔から延長するように採水井を目的位置ま
で傾斜掘削し、この採水井に裸孔パッカーをセットした
チュービングストリングスを挿入し、前記裸孔パッカー
にて本坑井に連通する枝坑井と採水井を遮断し、前記チ
ュービングストリングス内を通して滞水層の原位置状態
での採水・計測を行なうことを特徴とする厚い堆積岩層
における原位置採水法。
A well is drilled by a rotary drilling method using muddy water as a drilling fluid, and the hole is drilled out of a range where a mud filtration rate calculated using data measured at the time of drilling the well is penetrated. When excavating a branch well from a well, whip stock is installed in the main well at a KOP (Kick Off Point) depth for carrying out the branch excavation in order to collect formation water in situ, Then, using the whip stock as a guide, a window hole for digging is drilled in the casing of the well, and through the window hole, mud water is used as a drilling fluid by a downhole motor and MWD knitting to just above a target layer. Drilling is performed, and the casing is set in the portion of the sloped hole that has been sloped and filled with cement outside the casing to block water.Then, the drilling fluid is replaced with fresh water and extended from the sloped hole. Diagonally excavating the sampling well to the target position as described above, tubing strings set with a bare hole packer are inserted into this sampling well, and the branch well and the sampling well communicating with the well are cut off with the above-mentioned borehole packer, An in-situ water sampling method for a thick sedimentary rock layer, wherein water is collected and measured in an in-situ state of an aquifer through the tubing strings.
【請求項2】 膨潤抑制型泥水を掘削流体に用いたロー
タリー式掘削法で本坑井を掘削し、この本坑井掘削時に
計測されたデーターを用いて算出したマッドフィルトレ
ートの浸透する範囲外まで前記本坑井から枝坑井を掘削
するに際し、原位置状態の地層水を採水するために前記
枝掘りを実施するためのKOP(KickOff Point)深度
にホイップストックを前記本坑井に設置し、次いで前記
ホイップストックをガイドとして前記本坑井のケーシン
グに高粘性泥水を掘削流体に用いて枝掘りのための窓孔
を穿孔し、前記窓孔を通して、ダウンホールモータ,M
WD編成で目的層直上まで膨潤抑制型泥水を掘削流体に
用いて傾斜掘削し、ライナーハンガーでケーシングをセ
ットすると共にケーシングの外側にセメントを充填して
遮水し、掘削流体を清水に入替え、前記傾斜孔から延長
するように採水井を目的位置まで傾斜掘削し、この採水
井に裸孔パッカーをセットしたチュービングストリング
スを挿入し、前記裸孔パッカーにて本坑井に連通する枝
坑井と採水井を遮断し、前記チュービングストリングス
内を通して滞水層の原位置状態での採水・計測を行なう
ことを特徴とする厚い堆積岩層における原位置採水法。
2. The well is drilled by a rotary drilling method using swelling-suppressing type mud as a drilling fluid, and the mud filtration rate calculated using data measured during the drilling of the well is out of a permeation range. When drilling a branch well from the main well, whip stock is installed in the main well at a KOP (KickOff Point) depth for carrying out the branch digging in order to collect in situ formation water. Then, using the whip stock as a guide, a window for drilling is drilled in the casing of the well using high-viscosity muddy water as a drilling fluid, and a downhole motor, M
In WD knitting, swelling-suppressing type mud is used as a drilling fluid to diagonally excavate immediately above the target layer, the casing is set with a liner hanger, and the outside of the casing is filled with cement to block out water, and the drilling fluid is replaced with fresh water. A water sampling well is inclinedly excavated to a target position so as to extend from the inclined hole, a tubing string set with an open hole packer is inserted into the water well, and a branch well communicating with the main well through the open hole packer is sampled. An in-situ water sampling method for a thick sedimentary rock layer, wherein a water well is cut off and water is collected and measured in the in-situ state of the aquifer through the tubing strings.
【請求項3】 前記採水井の掘削角度が、本坑井に対し
て、下方に向かって鋭角に傾斜した状態であることを特
徴とする請求項1および請求項2記載の厚い堆積岩層に
おける原位置採水法。
3. The thick sedimentary rock layer according to claim 1, wherein the excavation angle of the water sampling well is inclined downward at an acute angle with respect to the main well. Positional sampling.
【請求項4】 前記採水井の坑内水が本坑井掘削時に計
測された滞水層の地層圧より若干低い流体圧まで刈り込
まれる請求項1および請求項2記載の厚い堆積岩層にお
ける原位置採水法。
4. The in-situ sampling of a thick sedimentary rock layer according to claim 1, wherein the underground water of the sampling well is cut to a fluid pressure slightly lower than the aquifer formation pressure measured during drilling of the well. Water law.
【請求項5】 前記採水井の掘削位置が、マッドフィル
トレートの浸透距離の3倍以上であることを特徴とする
請求項1および請求項2記載の厚い堆積岩層における原
位置採水法。
5. The in-situ water sampling method for a thick sedimentary rock layer according to claim 1, wherein an excavation position of the water sampling well is at least three times a permeation distance of a mud filtrate.
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