JP2008038362A - 探査機器坑井内挿入装置及び探査機器坑井内挿入方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】掘削流体を中に流すことができる第1の管体5と、第1の管体5から分岐し、かつ、第1の管体5に連通する第2の管体9と、によって本体3を形成し、第1の管体5の両端には、ドリルストリングの掘管107と接合可能に螺子7A、7Bを切り、本体3の中に通されたケーブル89と第2の管体9との間をシールするシール部材19と、本体3とによって探査機器坑井内挿入装置1を構成する。
【選択図】 図1
Description
技術者が地表を調査して地中のデータを取得しようとしても、取得できる地中のデータには限度がある。このため、対象地域の地中のデータを取得することを目的として、対象地域内に試掘井が掘削される。試掘井の多くは、下方に向かって掘削される垂直井や傾斜井である。試掘井を掘削すれば、地下からコアサンプルを取得できる。また、試掘井の中に探査機器を入れて、様々な地中のデータを取得することもできる。
試掘井の中に探査機器を入れる場合、例えば、探査機器をケーブルに接続して試掘井の中に吊り降ろす(例えば、特許文献1を参照)。探査機器が取得するデータは有線又は無線で地上に送信され、あるいは、探査機器内に記録される。
本発明は、上記問題を解決するものであり、その目的とするところは、傾斜角の大きな坑井や水平な坑井の中に、探査機器を安全かつ容易に効率よく挿入できる探査機器坑井内挿入装置及び探査機器坑井内挿入方法を提供することである。
次いで、作業員がドリルストリングの掘管の坑口側部分を開放し、ケーブルに接続した探査機器をこの開放部分から掘管の中に入れる。作業員は、探査機器を掘管の中に入れたら、掘管の坑口側部分に、第1の管体の両端のうちのケーブルが外に出ている側の端を螺合させて接合する。
次いで、作業員は、掘削流体の供給装置から第1の管体に掘削流体を流す。掘削流体は第1の管体から掘管の中へ流れ、掘管の中の探査機器をドリルストリングの先端へ向かって押圧する。掘削流体によって押圧された探査機器は、ドリルストリングの先端の開口部まで押し出される。
坑井の傾斜角度の大きさに関係なく、また、坑井が下方、上方、水平方向のうちのいずれの方向に掘削されているかに関係なく、掘削流体は、探査機器をドリルストリングの先端の開口部まで押し出すことができる。すなわち、坑井の傾斜角や掘削方向に関係なく、探査機器を坑井の中に挿入することができる。
ドリルストリングの先端の開口部まで押し出された探査機器は、坑底から必要な地中のデータを取得できる。
探査機器とケーブルはドリルストリングの掘管の中を通って坑井の中に挿入されるので、坑壁が探査機器やケーブルに接触して崩壊することが防止される。また、ドリルストリングを坑井から繰り返し出し入れする必要がなくなり、坑壁の崩壊の危険性を低く抑えることができ、作業時間を短縮し、作業効率を向上させることができる。
ケーブルとして、例えば、ピアノ線やいわゆるアーマードケーブルを使用することができる。また、ケーブルは、通信線を内蔵しているものであってもよいし、通信線を内蔵していないものであってもよい。
掘削流体は、泥水であっても清水であってもよい。
シール部材のシールがケーブルの表面に摺接しているので、第1の管体の中の掘削流体が、ケーブルを伝わって第2の管体から外に漏れ出ることが防止される。掘削流体の圧力が大きな場合、シールの数を増やせばよい。
第1の管体の中を掘削流体が流れ、掘削流体がシールを濡らすと、シールとケーブルの表面との間の密着性が高まり、シールのシール性も高まる。
シールを形成する材質として、例えば、皮革、ゴム、金属、プラスチック、布等を挙げることができる。
シールの円錐形の頂部の穴の直径とケーブルの直径とを対応させておけば、この穴に通されるケーブルの表面は、この穴の縁と密着し、摺接する。
シールの円錐形の頂部は、第1の管体側を向いていてもよいし、第1の管体とは反対側を向いていてもよい。第1の管体の中を流れる掘削流体の圧力に応じて、シールの円錐形の頂部の向きを選ぶことができる。
シールの円錐形の頂部が第1の管体側を向いている場合のほうが、シールの円錐形の頂部が第1の管体とは反対側を向いている場合よりも、高い圧力の掘削流体をシールできる。
シールの円錐形の頂部が第1の管体側を向いていれば、第1の管体の中を流れる掘削流体の圧力がシールの円錐形の頂部近傍の外側面を押圧し、押圧されたシールの円錐形の頂部近傍の内側面がケーブルの表面に密着する。第1の管体の中を流れる掘削流体の圧力が大きくなると、シールとケーブルの表面との間の密着性が高まり、シールのシール性も高まる。
探査機器を坑井内に吊り降ろすために使用されるケーブルの直径は、およそ5〜6mmであり、9mmを超える直径のケーブルが使用されることは殆どない。発明者の知見によれば、厚さが0.4mm未満の牛皮によってシールを形成した場合、シールが第1の管体の中を流れる掘削流体の圧力に耐え切れず、掘削流体がケーブルを伝わって第2の管体から外に漏れ出てしまう。
発明者の知見によれば、厚さが0.4〜1.0mmの牛皮によってシールを形成すれば、シールの円錐形の頂部の穴の縁がケーブルの表面に隙間なく密着し、シールのシール性が非常に高くなり、第2の管体から掘削流体が漏れ出ることが防止される。
発明者の知見によれば、特に、厚さ0.4〜0.6mmの牛皮によってシールを形成すると、シールのシール性が一層高くなる。厚さ0.45〜0.55mmの牛皮によってシールを形成すると、シールのシール性がより一層高くなる。
次いで、第2の工程において、作業員が、ドリルストリングの掘管の坑口側部分を開放する。このドリルストリングの掘管の坑口側部分を開放する作業と、第1の工程の作業とでは、作業員はどちらの作業を先に行ってもよいし、これらの作業を同時に行ってもよい。そして、作業員が、ケーブルに接続した探査機器を開放部分から掘管の中に入れる。作業員は、探査機器を掘管の中に入れたら、掘管の坑口側部分に、第1の管体の両端のうちのケーブルが外に出ている側の端を螺合させて接合する。
また、第2の工程が終わった後の第4の工程において、作業員は、第2の管体の中を通っているケーブルと第2の管体との間を、シール部材によってシールする。
第3の工程及び第4の工程終わった後の第5の工程において、作業員は、掘削流体の供給装置から第1の管体に掘削流体を流す。掘削流体は第1の管体から掘管の中へ流れ、掘管の中の探査機器をドリルストリングの先端へ向かって押圧する。掘削流体によって押圧された探査機器は、ドリルストリングの先端の開口部まで押し出される。
探査機器とケーブルはドリルストリングの掘管の中を通って坑井の中に挿入されるので、坑壁が探査機器やケーブルに接触して崩壊することが防止される。また、ドリルストリングを坑井から繰り返し出し入れする必要がなくなり、坑壁の崩壊の危険性を低く抑えることができ、作業時間を短縮し、作業効率を向上させることができる。
坑底から一定距離の区間、あるいは、坑底から坑口までの区間から地中のデータを連続して取得しなければならない場合、作業員は、その区間の長さに相当する長さのドリルストリングスを坑井の中から引き抜く。そして、作業員は、ケーブルを巻き取って探査機器を坑井の中から引き出す。探査機器は所望する区間からドリルストリングに邪魔されることなく地中のデータを取得できる。
本体3は第1の管体5と第2の管体9とからなる。第1の管体5は、従来、坑井の掘削に用いられている掘管107と同じ管径を有するまっすぐな管体である。第1の管体5の先端には雄螺子7Aが切られており、掘管107の後端に螺合させて接合可能に構成されている。また、第1の管体5の後端には雌螺子7Bが切られており、掘管107の先端や、後述するスイベル113に螺合させて接合可能に構成されている。
第2の管体9の内部には段部13が形成されており、段部13を境として、第2の管体9の先端側の内部15Aの内径は、第2の管体9の後端側の内部15Bの内径よりも小さい。
キャップ79は内側に雌螺子81が切られており、キャップ79の中央には穴83が形成されている。穴83の直径は、第2の管体9の後端側の内部15Bの内径よりも小さく、また、後述する第3のシール支承部材65の後端側の円柱形部71の外径よりも小さい。
線分PXと線分RXとの交角θ(図1を参照)は、90°よりも大きく、180°よりも小さい。
シール部材19は、シール21A、21Bとシール支承部材29とからなる。
図2及び図6に示すように、第1のシール支承部材31は略円筒形の外形を有する。第1のシール支承部材31はその中心軸CLX方向に沿って2分割可能に構成されており、2分割された一方が構成部材33Aをなし、2分割された他方が構成部材33Bをなしている。構成部材33Aと構成部材33Bとは互いに同じ形となっている。
穴41は、3つの穴41A、穴41B、穴41Cによって形成されており、穴41A、穴41B、穴41Cが第1のシール支承部材31の先端側から後端側に向かって順番に並んでいる。
第2のシール支承部材49はその中心軸CLY方向に沿って2分割可能に構成されており、2分割された一方が構成部材51Aをなし、2分割された他方が構成部材51Bをなしている。構成部材51Aと構成部材51Bとは互いに同じ形となっている。
第2のシール支承部材49は、第2のシール支承部材49Yの中心軸CLY方向に貫通する穴59を有し、第2のシール支承部材49を構成部材51Aと構成部材51Bに2分割すると、その分割して現れる面上に穴59が露出する構成となっている(図6を参照)。
第3のシール支承部材65はその中心軸CLZ方向に沿って2分割可能に構成されており、2分割された一方が構成部材67Aをなし、2分割された他方が構成部材67Bをなしている。構成部材67Aと構成部材67Bとは互いに同じ形となっている。
第3のシール支承部材65は、第3のシール支承部材65の中心軸CLZ方向に貫通する穴73を有し、第3のシール支承部材65を構成部材67Aと構成部材67Bに2分割すると、その分割して現れる面上に穴73が露出する構成となっている(図6を参照)。
図7に示す坑井93は、水平に掘削された坑井である。坑井93の中には、坑井93を掘削するのに用いたドリルストリング103が入っている。ドリルストリング103は、1本又は複数本の互いに接続された掘管107と、先端に装着されたビット109とを有する。
ドリルストリング103の後端はスイベル113に接続されている。スイベル113は、掘削流体のポンプ115に接続されており、掘削流体がポンプ115からドリルストリング103内に流される構成となっている。ポンプ115が掘削流体の供給装置をなしている。掘削流体は清水である。
予定した深度の坑井93が掘削されたら、作業員は坑井93の掘削作業を止める。そして、作業員はコアキャッチャーをドリルストリング103に入れ、コアチューブに入ったコアサンプルを回収する。
コアサンプルの回収が終わったら、作業員は第1の工程を開始する。図7(i)に示すように、作業員はケーブル89をキャップ79の穴83に通し、次いで、ケーブル89を第2の管体9の後端側から第1の管体5の先端側まで本体3の中に通し、ケーブル89を第1の管体5の先端から外に出す。作業員は、第1の管体5の先端の外に出ているケーブル89に、探査機器87の一端を接続し、第1の工程を終える。
なお、作業員は、掘管107の坑口側部分を開放する作業を第1の工程の作業よりも先に行ってもよいし、後に行ってもよいし、同時に行ってもよい、
そして、作業員は、第1の工程でケーブル89と接続した探査機器87を、開放部分から掘管107の中に入れる。探査機器87を掘管107内に入れた後、作業員は、掘管107の坑口側部分に第1の管体5の先端の雄螺子7Aを螺合させて接合し(図7(ii)を参照)、第2の工程を終える。
また、第2の工程が終わったら、作業員は第4の工程を開始する。作業員は第2の管体9の中を通っているケーブル89と第2の管体9との間を、シール部材19によってシールする。シール部材19によるシール作業は以下のようにして行う(図1及び図6を参照)。
次いで、作業員は、第1のシール支承部材31をケーブル89沿いに滑らせて第2の管体9の中に入れ、第1のシール支承部材31の段部39を、第2の管体9の段部13に着座させる。
次いで、作業員は、第2のシール支承部材49をケーブル89沿いに滑らせて第2の管体9の中に入れ、第2のシール支承部材49の円錐形部53をシール21Aの円錐形の内側に入れる。シール21Aは、第1のシール支承部材31と第2のシール支承部材49との間に挟まれる。
作業員は、第2のシール支承部材49を第2の管体9の中に入れたら、シール21Bをケーブル89沿いに滑らせて第2の管体9の中に入れ、シール21Bを第2のシール支承部材49の穴59Bの中に入れる。
シール21Bの円錐形の外側面26が、第2のシール支承部材49の穴59Bの内側面61に密着し、シール21Bの円錐形の内側面27が、第3のシール支承部材65の円錐形部69の外側面70に密着する。また、シール21Bの円錐形の頂部の穴23の縁が、ケーブル89の表面に密着する。
作業員は、第3のシール支承部材65を第2の管体9内に入れたら、キャップ79の雌螺子81を第2の管体9の後端の雄螺子11に螺合させ、第4の工程を終える。キャップ79を締め付けることによって、シール21Aは第1のシール支承部材31と第2のシール支承部材49との間に密着して支承され、シール21Bは第2のシール支承部材49と第3のシール支承部材65との間に密着して支承される。また、第1のシール支承部材31の段部39が第2の管体9の段部13と面接触して密着する。
なお、作業員は、第3の工程を第4の工程よりも先に行ってもよいし、後に行ってもよいし、同時に行ってもよい。
ドリルストリング103の先端の開口部105まで押し出された探査機器87は、坑底95から地中のデータを取得できる。探査機器87が取得した地中のデータは、ケーブル89内の信号線によって信号受信装置まで送信される。
本発明者の知見によれば、第2の管体9とケーブル89との間のシール性を高く維持するために、テーパ角δを20°以上90°未満の範囲内に納めることが好ましい。テーパ角δを30〜45°の範囲内に納めれば、第2の管体9とケーブル89との間のシール性が一層高くなる。テーパ角δを37〜39°とすれば、第2の管体9とケーブル89との間のシール性がより一層高くなる。
図8(i)の変形例1に示す探査機器坑井内挿入装置1の本体3においては、第1の管体5は第2の管体9との接続箇所で折れ曲がっている。そして、この接続箇所において、第1の管体5の先端側部分と第2の管体9とが一直線をなしてまっすぐにつながっている。すなわち、線分PXと線分RXとの交角θが180°となっている。交角θが180°となっているので、第1の管体5と第2の管体9との接続部分において、本体3の中に通されているケーブル89が折れ曲がることが防止される。
図8(ii)の変形例2に示す探査機器坑井内挿入装置1の本体3においては、第1の管体5と第2の管体9とが「Y」の字形をなす。線分PXと線分RXとの交角θを180°に近づけることが容易である。
3 本体
5 第1の管体
7A 第1の管体の先端の雄螺子
7B 第1の管体の後端の雌螺子
9 第2の管体
11 第2の管体の後端の雄螺子
13 第2の管体の内部の段部
15A、15B 第2の管体の先端側の内部
19 シール部材
21A、21B シール
23 シールの穴
25 シールの切れ目
26 シールにより形成される円錐形の外側面
27 シールにより形成される円錐形の内側面
29 シール支承部材
31 第1のシール支承部材
33A、33B 第1のシール支承部材の構成部材
35、37 第1のシール支承部材の円柱形部
39 第1のシール支承部材の外周面の段部
41、41A、41B、41C 第1のシール支承部材の穴
43 第1のシール支承部材の穴の中の段部
45 第1のシール支承部材の穴の内側面
49 第2のシール支承部材
51A、51B 第2のシール支承部材の構成部材
53 第2のシール支承部材の円錐形部
55 第2のシール支承部材の円柱形部
57 第2のシール支承部材の円錐形部の外側面
59、59A、59B 第2のシール支承部材の穴
61 第2のシール支承部材の穴の内側面
65 第3のシール支承部材
67A、67B 第3のシール支承部材の構成部材
69 第3のシール支承部材の円錐形部
70 第3のシール支承部材の円錐形部の外側面
71 第3のシール支承部材の円柱形部
73、73A、73B 第3のシール支承部材の穴
75 第3のシール支承部材の穴の中の段部
79 キャップ
81 キャップの雌螺子
83 キャップの穴
87 探査機器
89 ケーブル
93 坑井
95 坑底
97 坑口
99 坑壁
103 ドリルストリング
105 ドリルストリングの先端の開口部
107 掘管
109 ビット
111 スピンドル
113 スイベル
115 掘削流体のポンプ
CL1 第1の管体の中心軸
CL2 第2の管体の中心軸
X 第1の管体の中心軸と第2の管体の中心軸との交点
P、Q 第1の管体の中心軸上の点
R 第2の管体の中心軸上の点
CLX 第1のシール支承部材の中心軸
CLY 第2のシール支承部材の中心軸
CLZ 第3のシール支承部材の中心軸
Claims (7)
- ドリルストリングが入っている坑井の中に、ケーブルに接続した探査機器を挿入する探査機器坑井内挿入装置であって、
掘削流体を中に流すことができる第1の管体と、当該第1の管体から分岐し、かつ、当該第1の管体に連通する第2の管体と、を有する本体を備え、
前記第2の管体側から前記第1の管体側まで前記本体の中に通された前記ケーブルと、前記第2の管体と、の間をシールするシール部材を備え、
前記第1の管体の両端には、ドリルストリングの掘管と接合可能に螺子が切られていることを特徴とする探査機器坑井内挿入装置。 - 前記シール部材は、前記ケーブルの表面に摺接するシールと、当該シールを前記第2の管体の中で支承するシール支承部材と、を有することを特徴とする請求項1に記載の探査機器坑井内挿入装置。
- 前記シールは、円錐形をなし、当該円錐形の頂部に前記ケーブルが通る穴を有し、当該穴の縁が前記ケーブルの表面と摺接することを特徴とする請求項2に記載の探査機器坑井内挿入装置。
- 前記シール支承部材が、前記シールの円錐形の頂部を前記第1の管体側に向けて支承することを特徴とする請求項3に記載の探査機器坑井内挿入装置。
- 前記シールが、厚さ0.4〜1.0mmの牛皮によって形成されていることを特徴とする請求項3又は請求項4に記載の探査機器坑井内挿入装置。
- ドリルストリングが入っている坑井の中に、ケーブルに接続した探査機器を挿入する探査機器坑井内挿入方法であって、
請求項1から請求項5のうちのいずれかの請求項に記載した探査機器坑井内挿入装置の前記本体の中に前記第2の管体側から前記第1の管体側までケーブルを通し、前記第1の管体側から外に出ているケーブルに探査機器を接続する第1の工程と、
前記ドリルストリングの掘管の坑口側部分を開放し、前記第1の工程でケーブルに接続した前記探査機器をこの開放部分から前記掘管の中に入れ、前記探査機器を入れた前記掘管の坑口側部分に前記第1の管体を接合する第2の工程と、
前記第2の工程の後、掘削流体の供給装置に前記第1の管体を接続する第3の工程と、
前記第2の工程の後、前記ケーブルと前記第2の管体との間を、前記探査機器坑井内挿入装置の前記シール部材によってシールする第4の工程と、
前記第3の工程及び前記第4の工程の後、掘削流体の前記供給装置から掘削流体を前記第1の管体を介して前記掘管に流し、この掘削流体によって前記掘管の中に入れた前記探査機器を前記ドリルストリングの先端の開口部まで押し出す第5の工程と、を有することを特徴とする探査機器坑井内挿入方法。 - 前記第5の工程の後、前記ドリルストリングの一部又は全部を坑井内から引き抜く第6の工程を有することを特徴とする請求項6に記載の探査機器坑井内挿入方法。
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