JP2015004255A - 地盤内目詰まり抑制方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な操作や管理を必要とすることなく、地盤内の目詰まりを抑制する。
【解決手段】以下の（ａ）〜（ｃ）の少なくともいずれかの工程を含むようにした。
（ａ）細粒分の移動が生じ得る井戸周辺の地盤内の透水層に向けて、井戸から界面活性剤含有水を注入する工程
（ｂ）細粒分の移動が生じ得る井戸周辺の地盤内の透水層に向けて、井戸とは別に井戸周辺の地盤に設けた注入井から界面活性剤含有水を注入する工程
（ｃ）井戸を施工する際に、井戸のケーシングのスクリーン部外周に設けられるフィルター材に界面活性剤を含ませる工程
【選択図】図１

Description

本発明は、地盤内目詰まり抑制方法に関する。さらに詳述すると、本発明は、細粒分の移動が生じ得る井戸周辺の地盤内（透水層、井戸ケーシングのスクリーン部外周に設けられたフィルター材）の目詰まりを抑制して、井戸の長寿命化を図るのに好適な方法等に関する。

地盤から揚水した地下水を、周辺の井戸枯れ防止、地盤沈下防止、及び下水道使用料金の削減等を目的として、地盤に設けられた井戸（注水井戸）から注水して地盤に還水するリチャージ工法が知られている。

リチャージ工法においては、地盤内の透水層への注水によって、透水層の地下水流速が自然状態よりも速くなり、透水層中の細粒分が移動する現象が起こる。この現象が起こると、通水経路の一つである小間隙に細粒分が集積して目詰まりが生じ、透水層の透水性が低下してしまう。透水層の透水性が低下すると、井戸効率が低下してしまい、場合によっては井戸を放棄せざるを得ない事態に発展することもある。

そこで、例えば特許文献１では、リチャージ工法において、予め一定期間毎に注水量を変化させて注水井戸に注水し、注水量と井戸内水位上昇量の関係を求める段階注水試験を実施し、この段階注水試験において井戸内水位が急激に上昇する変移点を求め、この変移点における注水量を限界注水量、この限界注水量に対応する井戸内水位上昇量を限界水位上昇量とし、注水井戸内水位上昇量が限界水位上昇量を超えない注水量で地盤内に還水するようにしている。これにより、安定した注水性能を確実に長期間維持することを可能としている。

特開２０１３−０１９１５９号

しかしながら、特許文献１の方法を採用する場合、段階注水試験の実施が必要になると共に、井戸内水位と注水量を計測・管理しなければならず、また、その結果に基づいて注水量を制御するようにしていることから、リチャージ工法における操作及び管理が複雑になるという問題が存在する。

また、地盤内の目詰まりの問題は、リチャージ工法だけでなく、揚水工法においても起こり得る。揚水工法とは、地下水位が高い地盤での地下工事において、安全な工事環境を確保するために、地盤に設置された井戸から透水層（帯水層）内の地下水を汲み上げて地下水位を低下させる工法である。地盤内の透水層から地下水を汲み上げる際に、透水層の地下水流速が自然状態よりも速くなって透水層中の細粒分が移動する現象が起こることから、揚水工法においても地盤内の目詰まりの問題は起こり得る。

さらに、地盤内の目詰まりの問題は、近年新たな資源として注目されているメタンハイドレートの採掘においても起こり得る。メタンハイドレートの採掘は、海域に設置した井戸から地層水を揚水して地層圧力を下げること等によりメタンハイドレートをメタンガスと水に分解させ、メタンガスを含む水を井戸から汲み上げて回収することにより行われる。メタンハイドレートは、砂泥互層（タービダイト砂泥互層）の砂層に多く存在しており、地層水やメタンガスを含む水を井戸から汲み上げる際に、この砂層にて地層水流速が自然状態よりも速くなって砂層中の細粒分が移動する現象が起こることから、メタンハイドレートの採掘においても地盤内の目詰まりの問題は起こり得る。

このように、リチャージ工法のように井戸から注水を行う場合だけでなく、井戸から地下水等を汲み上げる場合においても、地盤内の目詰まりの問題は起こり得るが、リチャージ工法以外の工法等に関しては、地盤内の目詰まりを抑制する方法は十分に検討されていないのが現状である。

また、目詰まりの問題は、井戸周辺の地盤内の透水層だけでなく、井戸ケーシングのスクリーン部外周に設けられた砂や礫などのフィルター材（フィルター層）においても起こり得る。例えば、揚水工法やメタンハイドレート採掘の場合には、透水層内の細粒分が地下水や地層水の汲み上げの際にフィルター材に移動して、フィルター材を構成する礫や砂などの間の小間隙に目詰まりを生じさせることもある。また、リチャージ工法においても、揚水工法により汲み上げた地下水に含まれる細粒分がフィルター材を構成する礫や砂などの間の小間隙に目詰まりを生じさせることもある。したがって、地盤内の透水層だけでなく、井戸ケーシングのスクリーン部外周に設けられたフィルター材をも含めた地盤内の目詰まりを抑制する方法を確立することが望ましいと考えられる。

本発明は、複雑な操作や管理を必要とすることなく、地盤内の目詰まりを抑制する方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、複雑な操作や管理をせずとも、地盤内の目詰まりを抑制することのできる改良地盤を提供することを目的とする。

かかる目的を解決するため、本願発明者が鋭意検討を行った結果、地盤内の目詰まりの抑制には、界面活性剤の利用が有効であると考えられた。即ち、界面活性剤は、液体／液体、固体／液体等の界面に集まって界面の性質を変化させ、固体粒子同士の凝集を防いで適切な分散系を保つ分散剤としての効果、又は意図的に固体粒子同士を凝集させる凝集剤としての効果を有する。したがって、界面活性剤を利用することによって、地盤内の通水経路の一つである小間隙に細粒分を集積させることなく分散させる効果、若しくは逆に細粒分を予め凝集させて小間隙に細粒分が集積することを防ぐ効果、又はこれら双方の効果が奏されて、地盤内の目詰まりを抑制できると本願発明者は考え、さらに種々検討を重ねて、本発明に至った。

即ち、本発明の地盤内目詰まり抑制方法は、以下の（ａ）〜（ｃ）の少なくともいずれかの工程を含むようにしている。
（ａ）細粒分の移動が生じ得る井戸周辺の地盤内の透水層に向けて、井戸から界面活性剤含有水を注入する工程
（ｂ）細粒分の移動が生じ得る井戸周辺の地盤内の透水層に向けて、井戸とは別に井戸周辺の地盤に設けた注入井から界面活性剤含有水を注入する工程
（ｃ）井戸を施工する際に、井戸のケーシングのスクリーン部外周に設けられるフィルター材に界面活性剤を含ませる工程

また、本発明の目詰まりが抑制された改良地盤は、細粒分の移動が生じ得る井戸周辺の地盤内の透水層及び井戸のケーシングのスクリーン部外周に設けられたフィルター材の少なくともいずれかに界面活性剤が含まれているものとしている。

本発明によれば、細粒分の移動が生じ得る井戸周辺の地盤内（透水層、井戸ケーシングのスクリーン部外周に設けられたフィルター材）の目詰まりを、界面活性剤を利用することによって簡易に抑制することが可能となる。したがって、複雑な操作や管理を必要とすることなく井戸の長寿命化を図ることができ、井戸のコストパフォーマンスを大幅に向上させることが可能となる。

本発明の地盤内目詰まり抑制方法の実施形態の一例を示す構成概略図である。 地盤内の透水層（帯水層）に揚水工法を適用した場合の細粒分による目詰まり発生メカニズムを示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて詳細に説明する。

まず、地盤内の目詰まり発生メカニズムについて、図２に基づいて説明する。図２中、透水層１中の井戸２に向かう矢印は地下水の流れを示している。揚水工法やメタンハイドレート採掘のように、地盤内の透水層（帯水層）１中の地下水（地層水）を井戸２から汲み上げると、透水層１内の地下水の流れが自然状態（揚水を行っていない状態）よりも速くなる。そうすると、図２の右下に示すように、透水層１においては、細粒分１ｂが未固結に近い砂１ａ等の間の小間隙に移動して集積し、この小間隙を閉塞する。その結果、透水層１の透水性が低下する。また、図２の右上に示すように、井戸ケーシング３のスクリーン４の外周に設けられているフィルター材（フィルター層）５の礫５ａ間の小間隙に細粒分１ｂが移動して集積し、この小間隙を閉塞する。その結果、フィルター材（フィルター層）５の透水性が低下する。尚、フィルター材５は砂などで構成される場合もあるが、以降の説明では、礫を用いた場合を例に挙げて説明する。

また、リチャージ工法のように、井戸２から地盤内の透水層１に向けて注水を行う場合、地下水の流れは、揚水工法等のように地下水を井戸から汲み上げる場合とは逆になるが、透水層１内における目詰まり発生メカニズムは上記と同様である。フィルター材５における目詰まりについては、揚水工法により汲み上げた地下水に細粒分等が混入していることがあり、これらがフィルター材５の小間隙に集積してフィルター材５の小間隙を閉塞することがある。尚、地下水に混入している細粒分等がフィルター材５を通過した後、透水層１の目詰まりの要因となることもある。

本発明では、このような地盤内の目詰まり（透水層１の目詰まり、井戸２のケーシング３のスクリーン部４外周に設けられたフィルター材５の目詰まり）を、界面活性剤を利用して抑制する。具体的には、透水層１の細粒分１ｂを小間隙に集積させることなく分散させる効果、若しくは細粒分１ｂを予め凝集させて小間隙に細粒分１ｂが集積することを防ぐ効果（この場合、細粒分１ｂの凝集分は、未固結に近い砂１ａ等として機能する）、又はこれらの双方の効果が奏されて、地盤内の目詰まりが抑制される。

図１は、本発明の地盤内目詰まり抑制方法の実施の一例を示す構成概略図である。本発明の目詰まり抑制方法は、以下の（ａ）〜（ｃ）の少なくともいずれかの工程により行われる。即ち、状況に応じて、以下の（ａ）〜（ｃ）の全ての工程を実施するようにしてもよいし、以下の（ａ）〜（ｃ）のうち２つの工程を実施するようにしてもよいし、以下の（ａ）〜（ｃ）のうち１つの工程のみを実施するようにしてもよい。
（ａ）細粒分１ｂの移動が生じ得る井戸２周辺の地盤内の透水層１に向けて、井戸２から界面活性剤含有水６を注入する工程
（ｂ）透水層１に向けて、井戸２とは別に井戸２周辺の地盤に設けた注入井７から界面活性剤含有水６を注入する工程
（ｃ）井戸２を施工する際に、井戸２のケーシング３のスクリーン部４外周に設けられるフィルター材５に界面活性剤を含ませる工程

＜工程（ａ）＞
この工程では、透水層１に向けて、井戸２から界面活性剤含有水６を注入する。

界面活性剤含有水６は、水を溶媒として密度・粘度を水に近い状態に調整したものが用いられる。これにより、透水層１の広範囲に界面活性剤を浸透させることができ、透水層１の広範囲に界面活性剤による目詰まり抑制効果を生じさせることが可能となる。また、井戸２から界面活性剤含有水６を注入することで、フィルター材５にも界面活性剤が浸透するので、フィルター材５においても界面活性剤による目詰まり抑制効果を生じさせることが可能となる。

井戸２から界面活性剤含有水６を注入するタイミングについては、揚水工法やメタンハイドレート採掘等のように、地盤内の地下水や地層水を井戸２から汲み上げる場合には、界面活性剤含有水６を予め透水層１に向けて注入し、透水層１（さらにはフィルター材５）に界面活性剤を浸透させておくことが好ましい。これにより、揚水工法やメタンハイドレート採掘等において、地盤内の透水層１中の地下水や地層水を井戸２から汲み上げる際に目詰まりが生じるのを抑制することができる。井戸２から界面活性剤含有水６を注入する方法としては、例えば、井戸２の水位を高める方法や、井戸２内をパッカーで区切って区間内を加圧する方法等が挙げられる。

また、リチャージ工法等のように、揚水工法等により揚水した地下水等を井戸２から地盤内に注水する場合には、上記と同様に、界面活性剤含有水６を予め透水層１に向けて注入し、透水層１（さらにはフィルター材５）に界面活性剤を浸透させておいてもよいし、揚水工法等により揚水した地下水を井戸２から地盤内に最初に注入する際に、この地下水に界面活性剤を添加して界面活性剤含有水６とし、これを地盤内に注水するようにしてもよい。いずれの場合にも界面活性剤による目詰まり抑制効果が発揮される。即ち、前者の場合には、透水層１（さらにはフィルター材５）に浸透させた界面活性剤によって、細粒分（透水層１中の細粒分１ｂ、さらには揚水した地下水に含まれる細粒分等）による目詰まりが抑制される。また、後者の場合には、揚水した地下水に界面活性剤を添加することによってこの地下水に含まれている細粒分等を凝集させることができる。そして、界面活性剤の添加によって細粒分等を凝集させた地下水の上澄み水を地盤内に注入することで、揚水した地下水に含まれている細粒分等による地盤内の目詰まりが抑制されると共に、上澄み水に含まれている界面活性剤が透水層１（さらにはフィルター材５）に浸透して透水層１の細粒分１ｂが凝集（及び／又は分散）され、目詰まりが抑制される。

＜工程（ｂ）＞
この工程では、透水層１に向けて、井戸２とは別に井戸２周辺の地盤に設けた注入井７から界面活性剤含有水６を注入する。これにより、目詰まりが起こりやすい箇所や、工程（ａ）の方法では界面活性剤含有水６が十分に浸透しない箇所等に選択的に界面活性剤含有水６を注入して浸透させる。

界面活性剤含有水６は、工程（ａ）と同様、水を溶媒として密度・粘度を水に近い状態に調整したものが用いられる。但し、目詰まりが起こりやすいと考えられ得る箇所において界面活性剤の効果を局所的に高めたい場合には、界面活性剤含有水６を高濃度に含む水を注入するようにしてもよい。

揚水工法やメタンハイドレート採掘等のように、地盤内の地下水や地層水を井戸２から汲み上げる場合には、工程（ａ）と同様に、界面活性剤含有水６は予め注入井７から透水層１に向けて注入しておくことが好ましい。

また、リチャージ工法等のように、揚水工法等により揚水した地下水等を井戸２から地盤内に注水を行う場合にも、界面活性剤含有水６は予め注入井７から透水層１に向けて注入しておくことが好ましい。この場合、界面活性剤含有水６の溶媒は、揚水工法等により揚水した地下水（詳細には、揚水した地下水に含まれる細粒分等を界面活性剤で凝集した後の上澄み水）としても構わない。

＜工程（ｃ）＞
この工程では、井戸２を施工する際に、井戸２のケーシング３のスクリーン部４外周に設けられるフィルター材５に界面活性剤を含ませる。これにより、細粒分によるフィルター材５の目詰まりを抑制することができる。また、リチャージ工法等のように、井戸２から地盤への注水を行う場合には、フィルター材５に含まれる界面活性剤が井戸２から注水された水に溶け込んで透水層１に浸透し、透水層１の目詰まりを抑制する効果も奏され得る。

界面活性剤をフィルター材５に含ませる方法としては、フィルター材５を構成する礫５ａに界面活性剤を塗りつけたり、あるいは含浸させたりする方法や、界面活性剤を直接あるいは溶媒に分散させてフィルター材５に添加する方法等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

揚水工法やメタンハイドレート採掘等のように、地盤内の地下水や地層水を井戸２から汲み上げる場合には、フィルター材５に含まれる界面活性剤の効果によって、透水層１の細粒分１ｂがフィルター材５の礫５ａ間の小間隙に集積して目詰まりを起こすことが抑制される。また、リチャージ工法等のように、揚水工法等により揚水した地下水等を井戸２から地盤内に注水を行う場合にも、揚水工法等により揚水した地下水等に含まれる細粒分などが界面活性剤によって凝集あるいは分散することにより、地下水に含まれる細粒分などに起因するフィルター材５の目詰まりが抑制されるという効果も奏される。また、揚水工法等により揚水した地下水等を地盤内に注水する過程で、フィルター材５に含まれる界面活性剤が当該地下水等に溶け出し、透水層１に浸透することにより、透水層１における目詰まりも抑制され得る。

上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。

例えば、界面活性剤含有水６の注入は、透水層１の小間隙に細粒分１ｂが集積されて閉塞されている状況、あるいは閉塞されそうな状況で行ってもよい。この場合にも、界面活性剤の効果によって小間隙に集積している細粒分１ｂが分散されたり、集積している細粒分１ｂの塊が小間隙から抜けやすくなったりすることで、閉塞が解除され、透水層１の透水性が回復する場合がある。

また、界面活性剤は、１種類のみとしてもよいし、２種以上を含有させてもよい。また、工程（ａ）〜（ｃ）で用いる界面活性剤は同種のものとしてもよいし、それぞれ別種のものとしてもよい。

さらに、界面活性剤含有水には、界面活性剤以外の添加剤を必要に応じて添加してもよい。

また、上述の実施形態では、基本的には揚水工法、メタンハイドレート採掘、及びリチャージ工法について説明したが、本発明の適用対象は、これらには限定されるものではなく、井戸２からの地下水等の流体の汲み上げや、井戸２からの流体の注入によって、細粒分が移動し得て目詰まりが生じ得る様々なケースに対して適用可能である。例えば、特許第４８７１２７９号では、液体二酸化炭素を水に分散させたエマルジョンを地層に注入して二酸化炭素ハイドレートを地層に生成させるようにしているが、このような地層に対して本発明により予め地層に界面活性剤を浸透させておいたり、あるいは地層に注入するエマルジョンに界面活性剤を添加したりしておくことにより、地層の細粒分の移動による目詰まりを抑制し、地層の広範囲にエマルジョンを浸透させて二酸化炭素ハイドレートを生成させるようにしてもよい。

１ 透水層
２ 井戸
３ ケーシング
４ スクリーン
５ フィルター材
６ 界面活性剤
７ 注入井

Claims (2)

1. 以下の（ａ）〜（ｃ）の少なくともいずれかの工程を含むことを特徴とする地盤内目詰まり抑制方法。
   （ａ）細粒分の移動が生じ得る井戸周辺の地盤内の透水層に向けて、前記井戸から界面活性剤含有水を注入する工程
   （ｂ）前記透水層に向けて、前記井戸とは別に前記井戸周辺の地盤に設けた注入井から界面活性剤含有水を注入する工程
   （ｃ）前記井戸を施工する際に、前記井戸のケーシングのスクリーン部外周に設けられるフィルター材に界面活性剤を含ませる工程
2. 細粒分の移動が生じ得る井戸周辺の地盤内の透水層及び前記井戸のケーシングのスクリーン部外周に設けられたフィルター材の少なくともいずれかにに界面活性剤が含まれていることを特徴とする、目詰まりが抑制された改良地盤。