JP2017025642A - 坑井の掘削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ケーシング内面の摩耗を抑制できる坑井の掘削方法を提供する。
【解決手段】本実施形態の掘削方法は、ケーシング挿入工程と、傾斜掘削工程と、掘削泥水循環工程とを備える。ケーシング挿入工程では、複数の鋼管を連結して形成されたケーシング２を、坑井Ｗに挿入する。鋼管は、Ｃｒを１０質量％以上含有する。ドリルストリング挿入工程では、複数のドリルパイプ４と、ツールジョイント７とを備えるドリルストリング３をケーシング２内に挿入して傾斜掘削を実施する。傾斜掘削工程では、坑井Ｗ内に酸化剤を含有する掘削泥水を循環させて傾斜掘削を実施する。掘削泥水循環工程では、酸化剤を含有する掘削泥水をケーシング２内で循環させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、坑井の掘削方法に関する。

油井やガス井等に代表される坑井（炭化水素井）の掘削作業では、地下数千メートルに及ぶ垂直又は湾曲の円形坑道を形成する。坑井の掘削には、ドリルストリングが用いられる。ドリルストリングは、ドリルビットと、ツールジョイントにより連結された複数のドリルパイプとを備える。

掘削作業は次のとおり実施される。初めに、先端にドリルビットを備えたドリルパイプを回転させる。そして、ドリルパイプの自重を利用してドリルビットを坑底に押し付けながら掘り進み、坑道を形成する。

坑道が深くなれば、地層の圧力が増加したり、崩壊しやすい地層に遭遇したり、裸坑のまま掘削を進めることができなくなったりする。そこで、地層外圧又は崩壊から坑道を守るために、坑道の内径よりも小さいケーシングと呼ばれる鋼管を地表から坑底まで吊り下げる。ケーシングにより坑道を保護した後、掘削作業を再開する。この一連の工程を繰り返し、目的の位置まで掘り進む。

ケーシングは複数の鋼管を一列に連結して形成される。１０〜１３ｍｍの長さを有する各鋼管の両端はねじ加工されている。両端のうちの一方にツールジョイント（ねじ継手）を締込まれた鋼管を、ケーシングの最小単位とする。地下１０００ｍまでケーシングを吊り下げる場合、ケーシングを約１００本連結させる。最近では、腐食性の高い環境で掘削作業がされるため、ケーシングには、耐食性に優れた合金鋼が使用される。

従来、坑井は垂直方向に掘削されていた。しかしながら近年、生産効率の向上等のため、坑井を斜めに掘る「傾斜掘削」や、坑井を水平に掘る「水平掘削」が実施されている。このうち、傾斜掘削は、一地点から複数箇所を掘削する場合に実施されたり、障害物が存在するために垂直に掘削できない場合、又は、沿岸から海底の石油を採取する場合等に実施される。

傾斜掘削では、連結したケーシング及びドリルストリングが湾曲する部分が発生する。この湾曲部分では、ドリルストリングとケーシングの内面とが接触する場合がある。この場合、回転するドリルストリングと静止しているケーシングの内面との摩擦により、ケーシング内面が摩耗する。

従来、垂直方向に対して傾斜した坑道を持つ坑井の湾曲部分の垂直方向に対する傾斜角は３〜６°／１００フィート程度と小さく、上記摩擦は発生しにくかった。しかしながら近年、石油又は天然ガスの回収効率を高めるために、湾曲部の傾斜角を大きくとった傾斜掘削を実施し、次いで、水平掘削を実施するケースが増加している。この場合、湾曲部の傾斜角は増大するため、ケーシング内面とドリルストリングとの摩擦が増大し、ケーシング内面が摩耗しやすい。

掘削中、坑道の坑壁保護と掘削屑の地表までの搬送とを目的として、掘削泥水を地表からドリルパイプの内側を通って坑底まで搬送する。そして、坑底に至った掘削泥水を、ドリルパイプの外面及びケーシングの内面の間を通して、掘削屑とともに再び地表まで循環させる。掘削泥水は、ドリルビットに対する潤滑作用を有する。掘削作業時にはさらに、掘削装置を洗浄するための流体（洗浄流体という）を循環させる場合があるしかしながら、従前の掘削泥水及び洗浄流体では、合金鋼からなるケーシングの内面の摩耗を十分に低減できない。

掘削泥水及び坑井内に入れる流体に関する技術が、国際公開第０１／４２３８７号（特許文献１）、国際公開第２００９／１１２９４８号（特許文献２）、国際公開第２００９／１１４６１１号（特許文献３）及び国際公開第２０１０／１０７７２１号（特許文献４）に開示されている。

特許文献１には、坑井の掘削が完了した後、掘削装置等を洗浄するための、酸化剤等を含み、酸を基材とするマイクロエマルジョンが開示されている。このマイクロエマルジョンにより、掘削によって生じた残留固形物が非安定化され、取り除きやすくなる、と特許文献１には記載されている。

特許文献２に記載の掘削方法は、坑井の掘削が完了した後、坑井内に配置された電解槽で掘削泥水から酸化剤等を生成する。これにより、フィルターケーキが分解され、炭化水素が効率的に生成できる、と特許文献２には記載されている。

特許文献３には、ｐＨ８を超える掘削泥水に無機過酸化物を添加し、掘削泥水の粘度を調整する。これにより、掘削泥水を希釈するためのコストが低減できる、と特許文献３には記載されている。

特許文献４には、酸化力のある分解性ポリマー及び不活性の酸化剤を含有する掘削泥水が開示されている。これにより、坑壁にフィルターケーキが形成される。また、坑井の掘削が完了した後に、フィルターケーキを除去するブレーカー流体が開示されている。これにより、フィルターケーキを従来より効率的に除去できる、と特許文献４には記載されている。

国際公開第０１／４２３８７号 国際公開第２００９／１１２９４８号 国際公開第２００９／１１４６１１号 国際公開第２０１０／１０７７２１号

特許文献１では、坑井の掘削が完了した後、酸化剤等を含有するマイクロエマルジョンを坑井内に入れる。特許文献２では、坑井の掘削が完了した後、坑井内に配置された電解槽で酸化剤等を生成し、フィルターケーキを除去する。したがって、特許文献１及び２には、坑井の掘削中のケーシングの内面の摩耗に関しては開示されていない。

また、特許文献３及び４の掘削泥水を使用しても、ケーシングが合金鋼からなる場合、ケーシングの内面が著しく摩耗する場合がある。

本発明の目的は、ケーシングの内面の摩耗を抑制できる坑井の掘削方法を提供することである。

本発明の実施形態による坑井の掘削方法は、ケーシング挿入工程と、傾斜掘削工程と、掘削泥水潤滑工程とを備える。ケーシング挿入工程では、複数の鋼管を連結して形成されたケーシングを、坑井に挿入する。ケーシングを形成する鋼管は、Ｃｒを１０質量％以上含有する。傾斜掘削工程では、複数のドリルパイプと、ツールジョイントとを備えるドリルストリングをケーシング内に挿入して傾斜掘削を実施する。ツールジョイントは、ドリルパイプの端部同士を連結する。掘削泥水潤滑工程では、傾斜掘削を実施するとき、酸化剤を含有する掘削泥水をケーシング内で循環させる。

本発明による坑井の掘削方法は、ケーシング内面の摩耗を抑制できる。

図１は、本実施形態の掘削装置の全体図である。 図２Ａは、ケーシングとツールジョイントとの接触を示す図である。 図２Ｂは、ケーシングがツールジョイントに凝着する状態を示す図である。 図２Ｃは、移着物とケーシングの内面との接触を示す図である。 図２Ｄは、移着物の成長を示す図である。 図３Ａは、本実施形態におけるケーシングの内面とツールジョイントとの接触を示す図である。 図３Ｂは、本実施形態におけるケーシングの内面の移着物を示す図である。 図３Ｃは、本実施形態における移着物とツールジョイントとの接触を示す図である。 図３Ｄは、本実施形態における移着物の成長の抑制を示す図である。 図４は、本実施例で用いた摩耗試験機を模式的に示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

本実施形態の坑井の掘削方法では、炭酸ガス等の腐食性の高い油井環境での耐食性を確保するため、Ｃｒを１０質量％以上含有する合金鋼からなる鋼管をケーシングとして用いる。

坑井を掘削中、ケーシング内には掘削泥水、マッドと呼ばれる電解質物質、及び、固体粉末を多量に含むスラリー状の流体が循環する。そのため、ケーシング内面では、研削摩耗（以下、アブレシブ摩耗ともいう）、腐食摩耗、凝着摩耗等が複合的に発生する。

本発明者は、ケーシングがＣｒを１０質量％以上含有する合金鋼（以下、合金鋼ともいう）である場合のケーシング内面の摩耗について調査した。その結果、本発明者は、ケーシングが合金鋼である場合、ケーシング内面の摩耗形態は主に凝着摩耗であることを見出した。すなわち、合金鋼のケーシングがドリルストリングと摺動すると、ドリルストリングの外面に移着物が凝着する。この移着物により、ケーシングの摩耗形態が凝着摩耗となる。ここで移着物とは、摺動により削られた一方の部材が、他方の部材に凝着したものをいう。以下、凝着摩耗について説明する。

図１は、本実施形態の掘削装置の全体図である。図１を参照して、傾斜坑井Ｗは湾曲部Ｐを有する。上述したように、湾曲部Ｐではケーシング２の内面がツールジョイント７等と接触しやすい。掘削装置の詳細は後述する。

［凝着摩耗発生メカニズム］
図２Ａ〜図２Ｄは、合金鋼のケーシング２とツールジョイント７との凝着摩耗の発生過程を示す図である。凝着摩耗の発生過程は、図２Ａ〜図２Ｄの順に進行する。

図２Ａに示すとおり、ケーシング２の内面は粗さを有する。そのため、傾斜掘削時において、ケーシング２の内面の凸部がツールジョイント７と接触する。なお、実際には、ツールジョイント７の外面もケーシング２の内面と同様に粗さを有する。従って、本来は、図２Ａ〜図２Ｄにおいて、上側に描かれているツールジョイント７も下側に描かれているケーシング２と同様に凸部を有している。図２Ａ〜図２Ｄは、以下の説明を分かりやすくするために、ツールジョイント７の方を平らに描き、相対的な凹凸として模式的に図示したものである。

最近では高圧の炭酸ガス及び腐食性ガスを含む環境の深井戸の開発が進んでいる。このような深井戸では、より優れた耐食性が求められるため、耐食性に優れた合金鋼からなるケーシング２が利用される。

ケーシング２が合金鋼からなる場合、ケーシング２の内面は硬い。そのため、ケーシング２の内面では、ツールジョイント７との摺動中に、局部的に面圧が高くなる。内面のうち面圧が高い部分は発熱を引き起こす。合金鋼は炭素鋼と比較して表層の熱伝導率が低い。そのため、摺動により発生した熱が内部に逃げにくい。その結果、発熱により内面の一部が溶着したり、物理的接触により一部が剥離したりしやすくなる。この溶着や剥離により、図２Ｂに示すように、ケーシング２の内面の一部（移着物）９がツールジョイント７の外面に移着（凝着）する。

一般に、ツールジョイント７の外面の摩耗を抑制するため、ツールジョイント７の鋼管外面に硬化肉盛層や硬質保護被膜が形成される。硬化肉盛層はたとえば、高硬度のマルテンサイト鋼等である。硬質保護被膜はたとえば、セラミックスやサーメット等である。凝着は、摺動する部材（ここではケーシング２及びツールジョイント７）の材料同士の相互溶解度が高いときに生じる。金属系の硬化肉盛層や硬質保護被膜（ツールジョイント）と合金鋼（ケーシング）とでは、同じ金属結合を有するため、相互溶解度が高く、凝着が生じ易い。また、セラミックス等の硬質保護被膜の硬さは、合金鋼よりも硬いため、ケーシング２の内面が削られやすい。さらに、削られたケーシング摩耗粒子が硬質保護被膜の粗さの谷に入り込み、それが起点となり凝着摩耗を成長させる。したがって、ツールジョイント７が外面に硬化肉盛層や硬質保護被膜を有する場合、凝着が特に生じやすい。

ツールジョイント７に付いた移着物９は、掘削作業の進行に伴うツールジョント７の回転により、ケーシング２の内面の新たな凸部と接触する。

ケーシング２の内面の凸部が移着物９と接触すると、ケーシング２の内面の一部が移着物９により削り取られ、新たな移着物９１が生じる。新たな移着物９１は、既存の移着物９に凝着する。

掘削作業の進行に伴うツールジョント７の回転によって、図２Ｃ及び図２Ｄの動作が繰り返され、移着物９は徐々に成長する。移着物９の成長に伴い、ケーシング２の内面の摩耗も激しくなり、凝着摩耗が発生する。

本発明者は、傾斜掘削を実施してもケーシング内面の摩耗を抑制できる掘削方法について検討した。その結果、次の知見を得た。

ケーシング内で酸化剤を含有する掘削泥水を循環させて傾斜掘削を実施すれば、ケーシング内面の凝着摩耗を抑制できる。

図３Ａ〜図３Ｄは、本実施形態の掘削泥水と接触する合金鋼からなるケーシング２とツールジョイント７との摩耗過程を示す図である。傾斜掘削時において、ケーシング２内に酸化剤を含有する掘削泥水（以下、特定掘削泥水という）を循環させる。具体的には、特定掘削泥水をドリルストリング内に通して坑底まで流し、坑底に至った特定掘削泥水をドリルストリングの外面とケーシング２の内面との間の隙間に、掘削屑とともに再び地表まで循環させる。そのため、ケーシング２とツールジョイント７との間には、本実施形態の酸化剤を含有する掘削泥水（特定掘削泥水）２０が存在する。この過程は、図３Ａ〜図３Ｄの順に進行する。なお、実際には、図２Ａ〜図２Ｄと同様にツールジョイント７の外面もケーシング２の内面と同様に粗さを有する。

ケーシング２がＣｒを１０質量％以上含有する合金鋼からなる場合、上述したように発熱によりケーシング２内面の一部が溶着したり剥離したりしやすくなる。この溶着や剥離によりケーシング２内面の一部は、図３Ｂに示すように、ツールジョイント７に移着物１１として移着する。移着物１１は、ツールジョイント７の外面から突出する。そのため、傾斜掘削時に、ツールジョイント７がさらに回転すると図３Ｃに示すとおり、移着物１１がケーシング２の内面と接触する。このとき、移着物１１によりケーシング２の内面がさらに削られ、図３Ｄに示すとおり、ケーシング２の断片１２が新たに発生する。

しかしながら、本実施形態では特定掘削泥水２０をケーシング２０内に循環させる。そのため、移着物１１は、ツールジョイント７に付着した時点で、特定掘削泥水により、酸化される。この場合、断片１２は移着物１１に凝着せずに、移着物１１から脱落する。さらに、移着物１１自身が酸化しているため、ツールジョイント７の外面との凝着力が弱い。そのため、断片１２との接触による衝撃により、移着物１１もツールジョイント７の外面から剥離しやすい。

以上のとおり、本実施形態の掘削泥水は酸化剤を含有するためケーシング２から剥離した移着物１１は酸化しやすい。移着物１１に断片１２が凝着しにくく、その結果、移着物１１が成長しにくい。この場合、ケーシング２の内面の摩耗形態は、凝着摩耗ではなく研削摩耗（アブレシブ摩耗）となる。アブレシブ摩耗は凝着摩耗のように局所的に大きな摩耗が発生しにくい。そのため、アブレシブ摩耗は、凝着摩耗と比べて摩耗量が少ない。したがって、ケーシング２の内面の摩耗量が低減される。

なお、合金鋼は表面に不活性な不動態被膜を有する。そのため、合金鋼からなるケーシング内において、掘削泥水に酸化剤を含有させるだけでは、合金鋼の酸化はそれほど進まない。しかしながら、傾斜掘削ではケーシング２とツールジョイント７との摺動による摩擦で、合金鋼表面の不動態被膜が除去され活性な表面が露出する。活性な表面が酸化剤を含有する掘削泥水と接触すると、活性な表面は酸化される。したがって、ツールジョイント７への移着物１１は酸化剤により酸化される。

以上の知見に基づいて完成した本実施形態による坑井の掘削方法は、ケーシング挿入工程と、傾斜掘削工程と、掘削泥水循環工程とを備える。ケーシング挿入工程では、複数の鋼管を連結して形成されたケーシングを、坑井に挿入する。ケーシングを形成する鋼管は、Ｃｒを１０質量％以上含有する。傾斜掘削工程では、複数のドリルパイプと、ツールジョイントとを備えるドリルストリングをケーシング内に挿入して傾斜掘削を実施する。ツールジョイントは、ドリルパイプの端部同士を連結する。掘削泥水循環工程では、傾斜掘削を実施するとき、酸化剤を含有する掘削泥水をケーシング内で循環させる。

坑井内に酸化剤を含有する掘削泥水を循環させれば、ケーシング２から剥離してツールジョイント７に凝着した移着物１１の表面が酸化されやすい。このような環境下で傾斜掘削を実施すれば、酸化された移着物１１が成長しにくく、凝着摩耗が抑制される。

好ましくは、上述の掘削方法では、酸化剤は、過酸化水素、過マンガン酸カリウム及び希硝酸からなる群から選択される１種又は２種以上を含有する。

この場合、掘削泥水がアルカリ性であっても移着物を酸化させる作用を有する。

好ましくは、上述の掘削方法では、掘削泥水は酸化剤を掘削泥水の水溶液成分１リットル当たり０．０２〜２．０グラム当量含有する。

酸化剤を掘削泥水の水溶液成分１リットル当たり０．０２〜２．０グラム当量含有させれば、移着物が酸化され、成長しにくい。これにより、凝着摩耗が抑制される。

好ましくは、上述の掘削方法では、ドリルパイプ及び／又はツールジョイントは、外面に硬化肉盛層を備える。

この場合、ツールジョイント等がケーシング内面と摺動しても、ツールジョイント等の摩耗が抑制される。

以下、本実施形態の坑井の掘削方法について詳述する。

［本実施形態の掘削方法を実施するための掘削装置］
初めに、上記掘削方向を実施するための掘削装置について説明する。図１を参照して、坑井Ｗを掘削する掘削装置１は、ケーシング２、ドリルストリング３及び駆動装置８を備える。ドリルストリング３は、ドリルパイプ４、ツールジョイント７、ドリルカラー５、及び、ドリルビット６を含む。ツールジョイント７は、両端がねじ加工された鋼管であり、複数のドリルパイプ４の管端同士を連結する。ドリルストリング３は、駆動装置８により軸周りに回転可能である。これにより、ドリルストリング３は、坑井Ｗを掘削する。ケーシング２は、複数の鋼管を連結して形成される。各鋼管はＣｒを１０質量％以上含有する。

上述の掘削装置を用いて実施される本実施形態の掘削方法は、ケーシング挿入工程（Ｓ１）と、傾斜掘削工程（Ｓ２）と、掘削泥水循環工程（Ｓ３）とを備える。以下、各工程について詳述する。

［ケーシング挿入工程：Ｓ１］
ドリルストリング３を用いて、所定の深度まで坑井を掘削した後、ドリルストリング３を一旦、坑井Ｗから引き揚げる。その後、掘削した坑井Ｗを保護するため、ケーシング２を坑井Ｗに挿入する。ケーシング２はたとえば、ケーシング２と坑井Ｗとの間に流し込まれたセメントによって固定される。

［傾斜掘削工程：Ｓ２］
ケーシング２が坑井Ｗに挿入された後、ドリルストリング３をケーシング２内に挿入して傾斜掘削を実施する。具体的には、ドリルストリング３がケーシング２内に挿入された後、駆動装置８によりドリルストリング３を回転させ、坑井Ｗを傾斜掘削する。掘削時、ドリルストリング３をケーシング２内に挿入し、ドリルストリング３を回転させながら坑井Ｗを掘削する。このとき、ドリルストリング３により傾斜掘削を実施することにより、坑井Ｗに湾曲部Ｐが形成される。湾曲部Ｐは垂直方向に対して傾斜した坑道を有する。湾曲部Ｐでは、掘削中のツールジョイント７等がケーシング２と接触する。ツールジョイント７の外径は、ドリルパイプ４の外径よりも大きい。そのため、通常、ドリルパイプ４よりもツールジョイント７の方がケーシング２の内面と接触しやすい。

［掘削泥水循環工程：Ｓ３］
本実施形態では、傾斜掘削を実施するとき、坑井Ｗ内に酸化剤を含有する掘削泥水（特定掘削泥水）を循環させる。上述のとおり、ケーシング２とツールジョイント７との摩擦で、合金鋼からなるケーシング２の活性な表面が露出する。このとき、ケーシング２内面は特定掘削泥水と接触するため、酸化されやすい。そのため、湾曲部Ｐにおいて、ドリルストリング３がケーシング２と接触及び摺動しても、ケーシング２に凝着摩耗が発生しにくい。これにより、傾斜掘削時においてケーシング２内面の摩耗を抑制できる。

特定掘削泥水は、地上に設置されたポンプによってドリルパイプ４内に圧送され、先端のドリルビット６に導かれる。ドリルビット６はノズルを有するため、特定掘削泥水はノズルから噴射される。噴射された特定掘削泥水は、ドリルパイプ４の外面とケーシング２の内面との間の隙間を通り地上に戻る。掘削により生じた掘屑は特定掘削泥水により地上に運ばれる。地上に戻った特定掘削泥水は、シェールシェーカに送られ掘屑が取り除かれる。その後、再びポンプによってドリルパイプ４内に圧送される。このように、特定掘削泥水は坑井Ｗ内を循環し、掘屑を坑井Ｗ外に運ぶ。

特定掘削泥水は上述のとおり、掘削泥水と酸化剤とを含有する。掘削泥水は、水にベントナイトやバライト等の調泥材を混合して作られ、適当な粘度と比重が与えられる。掘削泥水はたとえば、リグノスルフォネート泥水である。リグノスルフォネート泥水は、水及びベントナイトをベースとした泥水にリグニンスルフォン酸誘導体を加える。そして、苛性ソーダでｐＨをアルカリ性に調節した泥水である。

酸化剤はたとえば、過酸化水素、過マンガン酸カリウム、希硝酸、二酸化マンガン、二クロム酸カリウム等である。好ましくは、酸化剤は、過酸化水素、過マンガン酸カリウム及び希硝酸からなる群から選択される１種又は２種以上を含有する。

一般に掘削泥水は、ケーシング２等の腐食を防止するためにアルカリ性である。このため、Ｃｒを１０質量％以上含有する合金鋼からなるケーシング２は、一般的な酸化剤を含まない掘削泥水により腐食（酸化）されない。しかしながら、過酸化水素等の酸化剤はアルカリ性の掘削泥水中でも酸化剤として機能し、移着物１１を酸化する。したがって、特定掘削泥水を用いれば、凝着摩耗を抑制できる。

上述したように、凝着摩耗を抑制するために、酸化剤を含有する掘削泥水（特定掘削泥水）を用いて傾斜掘削を実施する。好ましくは、特定掘削泥水は酸化剤を特定掘削泥水の水溶液成分１リットル当たり０．０２〜２．０グラム当量含有するのが好ましい。酸化剤の含有量が０．０２グラム当量未満であれば、特定掘削泥水の酸化力が弱いため移着物を十分に酸化できない。そのため、凝着摩耗を十分に抑制できない。一方、酸化剤の含有量が２．０グラム当量を超えれば、特定掘削泥水の酸化力が強くケーシング２やツールジョイント７等が腐食しやすくなる。より好ましくは、特定掘削泥水は酸化剤を特定掘削泥水の水溶液成分１リットル当たり０．５〜２．０グラム当量含有する。

ドリルパイプ４及び／又はツールジョイント７は、外面に硬化肉盛層を備えるのが好ましい。ツールジョイント７等が、ケーシング２との摺動により摩耗すれば、ツールジョイント７等を交換する必要があるため坑井Ｗの掘削効率が低下する。ツールジョイント７等が外面に硬化肉盛層を備える場合、ツールジョイント７等はケーシング２より硬いためツールジョイント７等の摩耗量が低減される。したがって、ツールジョイント７等を交換する頻度が減り、掘削効率の低下を抑制できる。

硬化肉盛層の組成はたとえば、微細炭化物を分散させたマルテンサイト鋼である。硬化肉盛層は、肉盛溶接や溶射等の周知の方法によって形成される。

上述の実施形態では、ツールジョイント７とケーシング２の内面とが接触する場合について説明した。しかしながら実際には、坑井の傾斜角度やドリルパイプ４の長さ等により、ツールジョイント７よりも外径の小さいドリルパイプ４が、ケーシング２と接触する場合もある。したがって、硬化肉盛層は、ドリルパイプ４の外面の一部に形成されてもよい。この場合、ドリルパイプ４は、母材となる鋼管と、鋼管の外面上に形成される硬化肉盛層とを備える。

坑井Ｗ内でのケーシング２とツールジョイント７等との摩擦を想定し、種々の材料の組み合わせについて摩耗試験（円筒−平面接触式摩耗試験）を実施した。

本試験では、図４に示す摩耗試験機３０を用いた。摩耗試験機３０は、ブロック３１、ディスク３２及び吐出装置３３を備えた。ブロック３１はケーシングを想定した。ディスク３２はツールジョイントを想定した。吐出装置３３によって吐出される泥水は、掘削泥水を想定した。

ブロック３１は、１０ｍｍ×２０ｍｍ×高さ２０ｍｍの形状を有した。ディスク３２は、直径１１０ｍｍ、高さ３０ｍｍの円柱形状であった。ディスク３２の母材（ツールジョイントの母材鋼管に相当）は、ＪＩＳ規格のＳＫＤ１１に準拠した化学組成を有した。側面３２Ａには溶射により厚さ１ｍｍの硬化肉盛層を形成した。硬化肉盛層は、ＴｉＣ粒子を分散させたマルテンサイト鋼であった。硬化肉盛層の表面粗さはＲａ０．０１μｍであった。

表１に示す泥水を用いて、摩擦試験を実施した。

表１中の各試験で使用した泥水は次のとおりであった。
試験番号１〜３で使用した泥水Ａは、質量％で、ベントナイト：８％、フミン酸ソーダ：０．３％、カルボキシルメチルセルロース：０．３％を含有し、残部は水であった。

試験番号４で使用した泥水Ｂは、質量％で、ベントナイト：８％、鉄クロムリグニンスルホン酸カルシウム：３％、クロムフミン酸ナトリウム：３％、水酸化ナトリウム：０．５％、カルボキシルメチルセルロース：０．３％を含有し、残部は水であった。

試験番号５及び６で使用した泥水Ｃは、質量％で、ベントナイト：８％、塩化カルシウム：２％、水酸化ナトリウム：０．５％、鉄クロムリグニンスルホン酸カルシウム：２％、カルボキシルメチルセルロース：０．３％を含有し、残部は水であった。

表１中の各試験番号で泥水に含有した酸化剤は次のとおりであった。試験番号１では、泥水Ａに過マンガン酸カリウムを０．０２グラム当量添加した。試験番号４では、泥水Ｂに過マンガン酸カリウムを０．５グラム当量添加した。

試験番号２では、泥水Ａに過酸化水素水０．５グラム当量添加した。試験番号５では、泥水Ｃに過酸化水素水０．５グラム当量添加した。試験番号３では、泥水Ａに希硝酸２．０グラム当量添加した。

試験番号６では、泥水Ｃに酸化剤を添加しなかった。

各泥水のｐＨは９．０でアルカリ性であった。ｐＨを所定の値にするため、塩酸又は水酸化ナトリウムを、ｐＨ計を見ながら少量添加した。

表１中の各試験番号のブロック３１の材質は次のとおりであった。
試験番号１〜３のブロック３１（１３Ｃｒ鋼Ａ）は、質量％で、Ｃ：０．２％、Ｓｉ：０．２％、Ｍｎ：０．４％、Ｃｒ：１３％を含有し、残部はＦｅ及び不純物であった。

試験番号４のブロック３１（１３Ｃｒ鋼Ｂ）は、質量％で、Ｓｉ：０．２％、Ｍｎ：０．４％、Ｎｉ：５％、Ｃｒ：１３％、Ｍｏ：２％を含有し、残部はＦｅ及び不純物であった。

試験番号５のブロック３１（２５％Ｃｒ−３０％Ｎｉ合金）は、質量％で、Ｓｉ：０．３％、Ｍｎ：０．６％、Ｎｉ：３０％、Ｃｒ：２５％、Ｍｏ：３％を含有し、残部はＦｅ及び不純物であった。

各試験番号のディスク３２の側面３２Ａには、硬化肉盛層を形成した。硬化肉盛層は、質量％で、Ｃ：０．６％、Ｓｉ：０．２％、Ｃｒ：５．０％、Ｔｉ：２．５％を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなる炭化物分散マルテンサイト鋼であった。

試験番号１〜６のディスク３２及びブロック３１を用いて、円筒−平面接触式摩耗試験を次の方法で実施した。ブロック３１の１０ｍｍ×２０ｍｍ面をディスク３２の側面３２Ａに、荷重９８０Ｎで押し当てた。ブロック３１を押し当てながら、ディスク３２を１００ｒｐｍで３時間回転した。試験中、上記の泥水を側面３２Ａに１００ｃｃ／ｍｉｎの量で吐出し続けた。試験開始時のブロック３１及びディスク３２の温度は、常温であった。

試験後のブロック３１の摩耗深さを測定した。具体的には、試験後のブロック３１の摩耗面のプロファイルを共焦点顕微鏡で測定し、最大の摩耗深さを測定した。最大摩耗深さを、ブロック３１の摩耗深さ（ｍｍ）と定義した。

［試験結果］
試験結果を表１に示す。表１を参照して、試験番号１〜５では、泥水に添加された酸化剤は過マンガン酸カリウム、過酸化水素水又は希硝酸であった。そのため、ブロック３１の摩耗深さは１．５ｍｍ以下であった。さらに、試験番号２〜５では、酸化剤の添加量が０．５グラム当量以上であった。そのため、試験番号２〜５では、酸化剤の添加量が０．５グラム当量未満の試験番号１と比較してより摩耗深さが小さかった。

一方、試験番号６では、従来の掘削泥水と同様に、泥水に酸化剤が添加されなかった。そのため、試験番号６ではブロック３１の摩耗深さが２．０ｍｍを大きく超えた。

以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。

２ ケーシング
４ ドリルパイプ
７ ツールジョイント
９、１１ 移着物
２０ 特定掘削泥水

Claims (4)

1. Ｃｒを１０質量％以上含有する複数の鋼管を連結して形成されたケーシングを、坑井に挿入する工程と、
   複数のドリルパイプと、前記ドリルパイプの端部同士を連結するツールジョイントとを備えるドリルストリングを前記ケーシング内に挿入して傾斜掘削を実施する工程と、
   前記傾斜掘削を実施するとき、酸化剤を含有する掘削泥水を前記ケーシング内で循環させる工程とを備える、坑井の掘削方法。
2. 請求項１に記載の坑井の掘削方法であって、
   前記酸化剤は、過酸化水素、過マンガン酸カリウム及び希硝酸からなる群から選択される１種又は２種以上を含有する、坑井の掘削方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載の坑井の掘削方法であって、
   前記掘削泥水は、前記酸化剤を前記掘削泥水の水溶液成分１リットル当たり０．０２〜２．０グラム当量含有する、坑井の掘削方法。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の坑井の掘削方法であって、
   前記ドリルパイプ及び／又は前記ツールジョイントは、外面に硬化肉盛層を備える、坑井の掘削方法。

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