JP2024074696A

JP2024074696A - 含ベントナイト組成物

Info

Publication number: JP2024074696A
Application number: JP2022186025A
Authority: JP
Inventors: 真山田
Original assignee: Kunimine Industries Co Ltd
Current assignee: Kunimine Industries Co Ltd
Priority date: 2022-11-21
Filing date: 2022-11-21
Publication date: 2024-05-31

Abstract

【課題】淡水や、海水等のような電解質水溶液を分散媒とした場合でも、少量の添加剤の配合だけで、得られるベントナイト泥水に、掘削泥水として好適な所望の優れた特性を付与することができる、含ベントナイト組成物、及び当該組成物を分散してなるベントナイト泥水を提供する。【解決手段】ベントナイトを８５～９９質量％、ダイユータンガムを１～１５質量％含有する、含ベントナイト組成物。【選択図】なし

Description

本発明は、含ベントナイト組成物に関する。

ベントナイト泥水とは、水等の分散媒に対して適量のベントナイトを加えて分散させた懸濁液であり、その適度な高粘度、高降伏値、高ゲル強度、低脱水性等により、掘削泥水として坑井掘削等の現場で広く用いられている。
例えば坑井掘削では、地上で調製されたベントナイト泥水が送泥管を通してビット（先端部）に送られ、次いで掘削した掘り屑（カッティングス、ザク、スライム）と一緒に、排泥管を通して地上に搬出されることで、掘り屑を効率的に除去することができる。またベントナイト泥水は、薄くて浸透性の小さい泥壁を形成することにより、坑壁が崩れるのを抑制し、坑壁を安定化させる作用も発揮する。一度使用されたベントナイト泥水は、掘り屑等を分離除去して再びベントナイト泥水として再利用される。カルボキシセルロース（ＣＭＣ）等の多糖類は、ベントナイト泥水の増粘剤として広く用いられている。
一方で、ベントナイト泥水は分散媒が淡水（清水）である場合には上記の掘削泥水として適した特性を示すのに対し、海水、塩水のような電解質を多く含む分散媒（電解質水溶液）にベントナイトを分散させた場合には、掘削泥水としての所望の性能の発現が難しくなる。すなわち、泥水の粘度が低下し、泥水中の水分が地層中に失われて流動性が低下し、地盤採掘が困難となる。また、ベントナイトの分散安定性が損なわれて掘り屑の搬送能も低下してしまう。このような電解質水溶液を分散媒として用いる場合には、上記のようなＣＭＣ等の増粘剤を添加しても、掘削泥水としての所望の性能を十分に回復させることはできない。

これまでに、海洋掘削のような淡水が入手困難な環境や、ベントナイト泥水に海水等が混入するような環境下においても、ベントナイト泥水が掘削泥水として所望の性能を発揮できるような、添加剤、ないし増粘方法や分散性向上方法等が開発されている。例えば特許文献１には、ベントナイトと、カルボキシメチル化グアガム、ヒドロキシプロピル化グアガム、及びカルボキシメチル化ヒドロキシプロピル化グアガムから選ばれた少なくとも１種を含むことを特徴とする土木用添加剤が開示されており、当該剤が耐塩性に優れ、また当該剤を添加して得られる懸濁液の粘性をコントロールしやすいことが記載されている。
また特許文献２には、ベントナイト、カルボキシメチルセルロース、ポリアクリル酸系重合体または共重合体、ゼオライト類、分散剤そして無機塩類を均一に混練し、粉末化したことを特徴とする掘削流体用組成物が開示されており、当該組成物は海水に対しても容易に懸濁、膨潤し、増粘効果が期待でき、坑井の状況に適合した特性を有することが記載されている。
また特許文献３には、少なくともアルコールよりも高い比誘電率を有する非プロトン性極性有機化合物の１種または２種以上の混合物を、スメクタイト粘土に吸収させて電解質水溶液中で膨潤し、および／あるいは分散する性能を付与することを特徴とするスメクタイト粘土の活性化方法が開示されている。
また特許文献４には、（メタ）アクリル酸１００重量部と、アルキル基の炭素数が１２～２４である（メタ）アクリル酸アルキルエステル０．５～６重量部と、エチレン性不飽和基を２個以上有する化合物０～０．１重量部とを重合させて得られるアルキル変性カルボキシル基含有水溶性共重合体からなり、純水に対する１重量％中和粘稠液の温度２５℃における粘度が１５００ｍＰａ・ｓ以下であり、かつ、電解質を含む海水に対する１重量％中和粘稠液の温度２５℃における粘度が１０００～２００００ｍＰａ・ｓであることを特徴とする掘削泥水用添加剤が開示されている。

特開２００５－１８７５０３号公報特開平７－００３２５４号公報特開平８－１６９７１２号公報特開２０１１－２２５７５８号公報

上記の特許文献１～４に記載される技術を適用しても、電解質水溶液を分散媒として得られるベントナイト泥水は、ゲル強度や降伏値の向上作用は限定的であった。また、海水、塩水等の電解質水溶液を分散媒とする場合には、掘削泥水として使用可能な降伏値、ゲル強度等を得るには、添加剤を多量に混合する必要があり、製造コストが上昇してしまうばかりか、見掛粘度も過度に高くなってしまい、ベントナイト泥水を送泥する際に輸送ポンプに不具合を生じさせる原因ともなり得た。さらに、添加剤が海水等に存在するバクテリアにより腐敗（変質、分解等）し、ベントナイト泥水が劣化するという問題もあった。

本発明は、淡水や、海水等のような電解質水溶液を分散媒とした場合でも、少量の添加剤の配合だけで、得られるベントナイト泥水に、掘削泥水として好適な所望の優れた特性を付与することができる、含ベントナイト組成物、及び当該組成物を分散してなるベントナイト泥水を提供することを課題とする。

本発明者は上記課題に鑑み鋭意検討を重ねた。その結果、ダイユータンガムをベントナイトと混合した含ベントナイト組成物が、ベントナイトに対するダイユータンガムの含有割合を特定の少量として、当該組成物を淡水や電解質水溶液に分散させても、掘削泥水として所望の優れた特性を示すことを見出した。
本発明はこれらの知見に基づき、更に検討を重ねて完成されるに至ったものである。

本発明の上記課題は、下記の手段により解決された。
〔１〕
ベントナイトを８５～９９質量％、ダイユータンガムを１～１５質量％含有する、含ベントナイト組成物。
〔２〕
前記含ベントナイト組成物が、ベントナイトを８５～９８．５質量％、ダイユータンガムを１～１４．５質量％、消泡剤を０．０１～０．５質量％含有する、前記〔１〕に記載の含ベントナイト組成物。
〔３〕
前記〔１〕又は〔２〕に記載の含ベントナイト組成物を分散媒中に分散してなり、ベントナイトの含有量が３～１５質量％である、ベントナイト泥水。
〔４〕
ベントナイト泥水であって、
前記ベントナイト泥水の固形分中にベントナイトを８２～９９質量％、ダイユータンガムを０．９～１５質量％含有し、前記ベントナイト泥水中のベントナイトの含有量が３～１５質量％である、ベントナイト泥水。
〔５〕
前記分散媒が水又は電解質水溶液であり、該分散媒中の塩濃度が０～４質量％である、前記〔３〕又は〔４〕に記載のベントナイト泥水。
〔６〕
降伏値が１０～４０ｌｂ／１００ｆｔ^２である、前記〔３〕～〔５〕のいずれかに記載のベントナイト泥水。

本発明の含ベントナイト組成物によれば、当該組成物を分散媒中に分散させることにより、得られるベントナイト泥水に、掘削泥水として好適な所望の優れた特性を付与することができる。
また本発明のベントナイト泥水は、掘削泥水としての所望の優れた特性を有する。

図１は、本発明のベントナイト泥水（実験例１６）、及び比較例相当のベントナイト泥水（実験例１７、１８）を調製後に１０分間静置したときの、遊離水の発生の様子を示す、図面代用写真である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について具体的に説明するが、本発明は、本発明で規定すること以外はこれらの形態に限定されるものではない。

［含ベントナイト組成物］
（ベントナイト）
本発明の含ベントナイト組成物の主要構成成分はベントナイトである。このベントナイトは、シリカとアルミナとを主成分とする層状ケイ酸塩鉱物の１種であるモンモリロナイトを主成分とする粘土である。本発明において「ベントナイト」という場合、通常よりも広義の意味で用いている。すなわち、天然由来のベントナイトであっても良いし、天然由来のベントナイトを精製した精製ベントナイト（好ましくは、精製モンモリロナイト）であってもよい。製造コストの観点から、前記ベントナイトは天然由来のベントナイトであることが好ましく、かつ未精製品であることが好ましい。市販品としては、例えば、クニゲルＵ、クニゲルＶ１、クニゲルＣＢ、クニゲルＶＯ（いずれもＮａ型ベントナイト）、ネオクニボンド（活性型ベントナイト）、クニボンド（Ｃａ型ベントナイト）（いずれもクニミネ工業社製）、アースゲル１（関ベン鉱業社製）が挙げられる。

モンモリロナイトは、厚みが約１ｎｍの薄い板状結晶が積み重なった層状構造を形成しており、結晶同士の間である層間には、一般的にアルカリ金属やアルカリ土類金属などの陽イオンが存在する。本発明に用いるベントナイトにおいて、モンモリロナイトの結晶層間に存在する陽イオンに特に限定はない。例えば、Ｎａ（ナトリウム）型、Ｌｉ（リチウム）型、Ｋ（カリウム）型、ＮＨ_４（アンモニウム）型、Ｃａ（カルシウム）型、Ｍｇ（マグネシウム）型、Ｂａ（バリウム）型、Ａｌ（アルミニウム）型、Ｆｅ（鉄）型、Ｃｕ（銅）型、及びＺｎ（亜鉛）型の各ベントナイトから選ばれる１種又は２種以上のベントナイトを用いることができる。中でも、天然に多く存在するＮａ型ベントナイトや、Ｃａ型ベントナイトを、本発明に用いるベントナイトとすることができる。膨潤性及び泥水の分散安定性の観点から、Ｎａ型ベントナイトであることが好ましい。

前記ベントナイト中の前記モンモリロナイトの含有量は、５０質量％以上であることが好ましく、６０質量％以上であってもよく、７０質量％以上であってもよい。
前記ベントナイトは、主成分であるモンモリロナイトを除いた残部には、クリストバライト、石英、長石、ゼオライト（沸石）、カルサイト（方解石）、マイカ（雲母）等の随伴鉱物（夾雑鉱物）が含まれ得る。

本発明で用いるベントナイトは、低品質であっても、掘削泥水として所望の性状を発揮させることができる。すなわち、本発明の含ベントナイト組成物で用いるベントナイトは、上記の通り、モンモリロナイトの含有量が５０質量％程度であっても、得られるベントナイト泥水に、所望の特性を付与することができる。したがって、本発明の含ベントナイト組成物で用いるベントナイトの陽イオン交換容量（ＣＥＣ：Cation Exchange Capacity）は、４０ｍｅｑ（ミリ当量）／１００ｇ以上であってもよく、５０ｍｅｑ／１００ｇ以上とすることもでき、６０ｍｅｑ／１００ｇ以上とすることもできる。また通常、本発明で用いるベントナイトのＣＥＣは１２０ｍｅｑ／１００ｇ以下である。ＣＥＣは常法により測定することができる。

本発明の含ベントナイト組成物において、ベントナイトの含有量は８５質量％以上である。含ベントナイト組成物を分散してなるベントナイト泥水に目的の特性をより高いレベルで発現させる観点から、当該組成物中のベントナイトの含有量は、９０質量％以上であることが好ましく、９２質量％以上であることがより好ましく、９３質量％以上であることがさらに好ましく、９４質量％以上であることがさらに好ましい。また、当該含有量は９９質量％以下であり、９８．５質量％以下であることが好ましく、９８質量％以下であることがより好ましい。

（ダイユータンガム）
本発明の含ベントナイト組成物は、ダイユータンガム（デュータンガム）を含有する。本発明の含ベントナイト組成物がダイユータンガムを有することにより、含ベントナイト組成物を海水等の電解質水溶液に分散させて得られる泥水であっても、掘削泥水として好適な優れた特性を付与することができる。
ダイユータンガムは、グルコース、グルクロン酸、グルコース、ラムノースを構成成分とする主鎖に、ラムノース成分が２つ連なった側鎖が付いた構造ユニットの繰り返し構造を有するバイオポリマー（多糖類）である。ダイユータンガムは、常法により生物学的に合成することもでき、また市販品を用いることもできる。市販品としては、例えば三晶社製のKELCO-VIS DG、KELCO-VIS DG-F（いずれも商品名）が挙げられる。
前記ダイユータンガムの重量平均分子量（Ｍｗ）は特に限定されない。例えば、重量平均分子量を２８８万～６００万の範囲とすることもできる。

ダイユータンガムと類似の主鎖構造を有するポリマーとして、ジェランガムやウェランガムが知られている。本発明では、含ベントナイト組成物のポリマーとしてダイユータンガムを用いることにより、ジェランガムやウェランガムを含有してなる含ベントナイト組成物と比較して、海水等の電解質水溶液に分散して得られるベントナイト泥水を、掘削泥水として、より優れた特性へと導くことができる。

本発明の含ベントナイト組成物において、ダイユータンガムの含有量は、１質量％以上である。得られるベントナイト泥水の流動特性等を向上させる観点から、前記含有量は１．５質量％以上であることが好ましく、２質量％以上であることがより好ましい。また、当該含有量は１５質量％以下であり、１４．５質量％以下とすることもでき、また流動特性を向上させる観点、及び製造コスト削減の観点から、１０質量％以下であることがより好ましく、９．５質量％以下であることがさらに好ましく、８質量％以下であることがさらに好ましく、６質量％以下であることがさらに好ましく、５質量％以下であることがさらに好ましい。

（消泡剤）
本発明の含ベントナイト組成物は、消泡剤を含有することが好ましい。消泡剤を含有することにより、当該含ベントナイト組成物を分散してなるベントナイト泥水の攪拌時に発生する泡を消失（消泡）させ、所望の流動特性等を発揮させることができる。
本発明の含ベントナイト組成物に用いることができる消泡剤としては、ベントナイト泥水に通常用いられる消泡剤を用いることができる。市販品としては、例えばSNディフォーマ55-P（商品名、サンノプコ社製）が挙げられる。

本発明の含ベントナイト組成物において、消泡剤の含有量は、０．０１質量％以上であることが好ましく、０．０２質量％以上であることがより好ましく、０．０５質量％以上であることがさらに好ましい。また、当該含有量は０．５質量％以下であることが好ましく、０．３質量％以下であることがより好ましく、０．２質量％以下であることがさらに好ましい。

（増粘剤）
本発明の含ベントナイト組成物は、さらに増粘剤を含有することが好ましい。増粘剤を含有することにより、ベントナイトを凝集させて微細なベントナイトフロックを形成させることができ、このベントナイトフロックが前記ダイユータンガムと相互作用することにより、本発明の含ベントナイト組成物を分散してなる泥水に、所望の流動特性等を付与することができると考えられる。
本発明の含ベントナイト組成物に用いることができる増粘剤としては、ベントナイト泥水に通常用いられる増粘剤を用いることができる。市販品としては、例えばME-350（松本油脂薬品工業社製）、CMCダイセル1390（ダイセルミネラルズ社製）等が挙げられる。

本発明の含ベントナイト組成物において、増粘剤の含有量は、０．１質量％以上であることが好ましく、０．３質量％以上であることがより好ましく、０．５質量％以上であることがさらに好ましい。また、当該含有量は３．０質量％以下であることが好ましく、２．０質量％以下であることがより好ましく、１．５質量％以下であることがさらに好ましく、１．０質量％以下であることがさらに好ましい。

（膨潤助剤）
本発明の含ベントナイト組成物は、さらに膨潤助剤としてソーダ灰を含有することが好ましい。当該組成物がソーダ灰を含有することにより、ベントナイトの結晶層間に存在する陽イオンがＮａイオンにイオン置換され、Ｎａ型ベントナイトとすることができる。Ｎａ型ベントナイトは膨潤性に優れるため、ソーダ灰を含有する本発明の含ベントナイト組成物を分散してなる泥水に高膨潤性を付与することができる。また、ソーダ灰はアルカリ性であるため、得られる泥水のｐＨをアルカリ性側にすることができ、微生物による泥水の劣化抑制や消泡効果を発現させることもできる。さらに、海水のような電解質水溶液を分散媒とする場合には、ソーダ灰が海水中のＭｇイオンやＣａイオンを炭酸塩として不活化することで、得られる泥水の粘性をさらに向上させることができる。
本発明の含ベントナイト組成物に用いることができるソーダ灰としては、例えばトクヤマ社製のソーダ灰が挙げられる。

本発明の含ベントナイト組成物において、膨潤助剤の含有量は、０．１質量％以上であることが好ましく、０．２質量％以上であることがより好ましく、０．３質量％以上であることがさらに好ましい。また、当該含有量は２．０質量％以下であることが好ましく、１．５質量％以下であることがより好ましく、１．０質量％以下であることがさらに好ましい。

本発明の含ベントナイト組成物は、上述した構成成分以外にも、例えば分散剤、防腐剤、ｐＨ調整剤等を含有していてもよい。
上記各構成成分の混合方法は限定されず、均一に混合できれば特に制限はない。

本発明の含ベントナイト組成物は、好ましくは分散媒として海水を適用する、海水用の含ベントナイト組成物である。本発明ないし本明細書において、「海水」を適用するとは、例えば、海洋掘削のように、海水そのものを分散媒としてベントナイト泥水を調製する形態、及び、淡水で調製したベントナイト泥水に海水が混入した液分散媒をベントナイト泥水とする形態の両方を含む意味である。すなわち、淡水で希釈された海水を分散媒としてベントナイト泥水を調製する形態も「海水」を適用する形態に包含される。このような海水の混入は、作業現場が沿岸部や河口付近、埋立地等において発生しやすい。
また本発明の含ベントナイト組成物を分散してなるベントナイト泥水は、掘削泥水として用いることができる。すなわち本発明の含ベントナイト組成物は、好ましくは掘削泥水用の含ベントナイト組成物である。

［ベントナイト泥水］
本発明の含ベントナイト組成物は、淡水や海水等に分散させることにより、掘削泥水として所望の特性を発現するベントナイト泥水（以下、「本発明の泥水」とも称す。）を得ることができる。

（分散媒）
本発明の泥水は、清水泥水であってもよく、海水泥水ないし塩水泥水であってもよい。すなわち、本発明の泥水は、淡水だけではなく、電解質を多く含む海水等を分散媒としても、優れた流動特性、脱水特性、分散安定性、及び腐敗免疫性を示す。また、例えば分散媒を淡水として調製された泥水に、海水等が混入しても、掘削泥水としての所望の特性を維持することができる。本発明の泥水の分散媒は淡水（水）とすることもでき、海水等の電解質水溶液とすることもでき、これらの混合液であってもよい。また、分散媒中の塩濃度を、０～５質量％とすることができ、０～４質量％とすることができ、０～３質量％とすることもでき、０～２質量％とすることもでき、０～１質量％とすることもできる。

（調製方法）
本発明の泥水は、分散媒に含ベントナイト組成物を分散させて得られる形態に限られない。例えば、分散媒に対し、含ベントナイト組成物の各構成成分を独立して順次混合、分散させることにより得ることもできる。
分散媒に含ベントナイト組成物を分散させて得る場合には、掘削泥水としての所望の優れた特性を発揮させる観点から、本発明の泥水における上記含ベントナイト組成物の含有量は、４質量％以上であることが好ましく、５質量％以上であることがより好ましく、６質量％以上であることがさらに好ましい。また、上記と同様の観点から、前記含有量は１５質量％以下であることが好ましく、１２質量％以下であることがより好ましく、１０質量％以下であることがさらに好ましい。

分散媒に対して含ベントナイト組成物の各構成成分を独立して順次混合、分散させる場合には、当該各構成成分の含有量は、上記ベントナイト組成物を上記の好ましい範囲内で分散させたときの各構成成分の含有量と同じ範囲とすることもできる。例えば、本発明の泥水の固形分中のベントナイトの含有量は、８２～９９質量％とすることができ、９０～９８質量％であることが好ましく、９３～９５質量％であることがより好ましい。また、本発明の泥水中の固形分中のダイユータンガムの含有量は、０．９～１５質量％とすることができ、１～７質量％であることが好ましく、２～５質量％であることがより好ましい。また本発明の泥水が消泡剤を含有する場合、本発明の泥水の固形分中の消泡剤の含有量は、０．０１～０．５質量％であることが好ましく、０．０２～０．３質量％であることがより好ましく、０．０５～０．２質量％であることがさらに好ましい。
本発明の泥水中のベントナイトの含有量は、３質量％以上とすることができ、掘削泥水としての所望の優れた特性を発揮させる観点から、４質量％以上であることが好ましく、５質量％以上であることがより好ましい。また、当該含有量は１５質量％以下とすることができ、上記と同様の観点から、１２質量％以下であることが好ましく、１０質量％以下であることがより好ましい。

本発明の泥水のファンネル粘度（FV：funnel viscosity）は、泥水の地盤への浸透抵抗の観点から、３０ｓｅｃ（秒）以上であることが好ましく、４０ｓｅｃ以上であることがより好ましく、５０ｓｅｃ以上であることがさらに好ましい。また、前記ファンネル粘度は、１２０ｓｅｃ以下であってもよく、送泥ポンプへの負荷を軽減する観点から、８０ｓｅｃ以下であることが好ましく、７０ｓｅｃ以下であることがより好ましく、６０ｓｅｃ以下であることがさらに好ましい。
本発明の泥水のファンネル粘度は、ファンネル粘度計（型番：Ｓ－２５１、西日本試験機社製）を用い、泥水を泥水採取容器で５００ｃｃ分測り取り、ファンネル本体（漏斗部分）の上方から注ぎ入れ、室温条件（２０℃）において泥水全量がファンネル本体下方から流出する時間を測定することにより決定することができる。

本発明の泥水の降伏値（YV：Yield Value）は、掘り屑（カッティングス、ザク、スライム）を地上まで排出する（ザク上げを行う）観点から、１０ｌｂ／１００ｆｔ^２以上であることが好ましく、１５ｌｂ／１００ｆｔ^２以上であることがより好ましく、２０ｌｂ／１００ｆｔ^２以上であることがさらに好ましい。また、前記降伏値は、土砂運搬及び送泥ポンプへの負荷を軽減する観点から、５０ｌｂ／１００ｆｔ^２以下であることが好ましく、４５ｌｂ／１００ｆｔ^２以下であることがより好ましく、４０ｌｂ／１００ｆｔ^２以下であることがさらに好ましい。
本発明の泥水の降伏値は、回転粘度計（FANN VISCOMETER、型式：35SA、FANN Instrument社製）を用い、泥水３００ｃｃをサーキュレーティングカップに取り、室温条件（２０℃）において６００ｒｐｍ、３００ｒｐｍで撹拌した際の読み値（Dial Reading、それぞれθ_６００、θ_３００）を計測し、得られた読み値から、下記式１により塑性（プラスチック）粘度（PV：Plastic viscosity、単位：cP）を算出し、さらに得られた塑性粘度とθ_３００の読み値から、下記式２により決定することができる。

・塑性粘度（PV）（cP） = θ₆₀₀ - θ₃₀₀・・・（式１）
・降伏値（YV）(lb/100ft²) = θ₃₀₀ - PV ・・・（式２）

なお、上記得られた読み値から、下記式３により見掛粘度（AV：Apparent Viscosity、単位：cP）を算出することもできる。

・見掛粘度（AV）（cP） = θ₆₀₀ / 2・・・（式３）

本発明の泥水の初期ゲル強度は、泥水中でのザク上げの観点から、１０ｌｂ／１００ｆｔ^２以上であることが好ましく、１５ｌｂ／１００ｆｔ^２以上であることがより好ましく、２０ｌｂ／１００ｆｔ^２以上であることがさらに好ましい。また、前記初期ゲル強度は、送泥ポンプへの負荷を軽減する観点から、５０ｌｂ／１００ｆｔ^２以下であることが好ましく、４０ｌｂ／１００ｆｔ^２以下であることがより好ましく、３５ｌｂ／１００ｆｔ^２以下であることがさらに好ましい。
また、本発明の泥水の発達ゲル強度は、ザクの沈降抑制の観点から、１０ｌｂ／１００ｆｔ^２以上であることが好ましく、１５ｌｂ／１００ｆｔ^２以上であることがより好ましく、２５ｌｂ／１００ｆｔ^２以上であることがさらに好ましい。また、前記発達ゲル強度は、送泥ポンプへの負荷を軽減する観点から、５０ｌｂ／１００ｆｔ^２以下であることが好ましく、４０ｌｂ／１００ｆｔ^２以下であることがより好ましく、３５ｌｂ／１００ｆｔ^２以下であることがさらに好ましい。
本発明の泥水のゲル強度（初期ゲル強度、及び発達ゲル強度）は、回転粘度計（FANN VISCOMETER、型式：35SA、FANN Instrument社製）を用い、泥水３００ｃｃをサーキュレーティングカップに取り、室温条件（２０℃）において３ｒｐｍで撹拌した際の平衡点での目盛りの読み値を測定することにより決定することができ、また初期ゲル強度を測定した泥水を再度６００ｒｐｍで１０秒間撹拌した後、１０分間静置させ、その後３ｒｐｍで撹拌した時の平衡点での読み値を測定することにより発達ゲル強度を決定することができる。なお、上記「平衡点」とは、３ｒｐｍで回転させた時に測定目盛りの上昇が止まる点のことを意味する。

本発明の泥水の加圧脱水量（WL：Water Loss）は、泥水の坑壁浸入防止の観点から、２０ｍｌ以下であることが好ましく、１５ｍｌ以下であることがより好ましく、１０ｍｌ以下であることがさらに好ましい。また、前記加圧脱水量は、坑壁への造壁膜の強度の観点から、１ｍｌ以上であることが好ましく、５ｍｌ以上であることがより好ましく、８ｍｌ以上であることがさらに好ましい。
本発明の泥水の加圧脱水量は、加圧脱水試験機（FANN Instrument社製）のセル（容器）にＯリングとろ紙（No.50φ90 mm、Whatman社製）をセットし、泥水（ベントナイト含有量：９．５質量％）を２５０ｃｃ注ぎ入れ、底蓋を閉め、Ｎ_２ガスカートリッジを装填し、３ｋｇｆ／ｃｍ^２（約４２．７ｐｓｉ）の圧力をかけ、３０分後の脱水量（加圧脱水試験機の下方から漏れ出た液量）を計測することにより決定することができる。

本発明の泥水のｐＨ（２０℃）は、掘削泥水の安定した粘度発現の観点から、６以上が好ましく、６．５以上であることがより好ましく、７以上であることがさらに好ましい。また、前記ｐＨは、海水、淡水の環境負荷を軽減する観点からｐＨ１０以下であることが好ましく、ｐＨ９以下であることがより好ましく、８以下であることがさらに好ましい。本発明の泥水のｐＨは、パーソナルｐＨメーターのように、ｐＨの測定に通常用いられている機器により測定することができる。例えば、三商社製のＳＰＨ７１（商品名）を用いることができる。

（泥水の用途）
本発明の泥水は、例えば坑井掘削、海上調査ボーリング、プレボーリング工法、泥水式シールド工法等に用いることができる。また、沿岸部、河口付近での掘削や、海洋掘削など、海水が混入しやすい条件下においても好適に用いることができる。

以下、本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

（実験例１～１５）
ベントナイト（商品名：クニゲルＵ、ＣＥＣ：６８ｍｅｑ（ミリ当量）／１００ｇ、クニミネ工業社製）を９４．９質量部、ポリマー１～１５を４質量部、ＭＥ－３５０（松本油脂薬品工業社製）を０．５質量部、ソーダ灰（トクヤマ社製）を０．５質量部、SNディフォーマ55-P（消泡剤、サンノプコ社製）を０．１質量部として混合し、ポリマー１～１５に対応する１５種の含ベントナイト組成物を得た。用いた各種ポリマー１～１５の詳細は、下記表１の通りである。
邪魔板付３Ｌポリ容器に人工海水（テトラマリンソルトプロ（商品名）；スペクトラムブランズジャパン社製を、蒸留水１Ｌに対して３３ｇ溶解させてなる人工海水、塩濃度：３．３質量％）を１Ｌ入れ、１０００～１２００ｒｐｍで撹拌しながら、上記で得られた各含ベントナイト組成物を１０質量％となるように（ベントナイトが９．５質量％となるように）入れ、さらに１０分間撹拌して実験例１～１５のベントナイト泥水（以下、単に「泥水」とも称す。）を得た。

得られた実験例１～１５の泥水の物性（流動特性等）を、下記試験により測定した。結果を下記表２に示す。

＜ファンネル粘度＞
ファンネル粘度計（型番：Ｓ－２５１、西日本試験機社製）を用い、上記で得られた泥水を泥水採取容器で５００ｃｃ分測り取り、ファンネル本体（漏斗部分）の上方から注ぎ入れ、室温条件（２０℃）において泥水全量がファンネル本体下方から流出する時間を測定し、ファンネル粘度（FV：funnel viscosity、単位：sec）とした。

＜見掛粘度、塑性粘度、降伏値＞
回転粘度計（FANN VISCOMETER、型式：35SA、FANN Instrument社製）を用い、泥水３００ｃｃを付属のサーキュレーティングカップに取り、室温条件（２０℃）において６００ｒｐｍ、３００ｒｐｍで撹拌した際の読み値（Dial Reading、それぞれθ_６００、θ_３００）を計測した。得られた読み値から、下記式３より見掛粘度（AV：Apparent Viscosity、単位：cP）を算出した。

・見掛粘度（AV）（cP） = θ₆₀₀ / 2・・・（式３）

また、下記式１により塑性（プラスチック）粘度（PV：Plastic viscosity、単位：cP）を算出し、さらに得られた塑性粘度とθ_３００の読み値から、下記式２により降伏値（YV：Yield Value、単位：lb/100ft²）を算出した。

・塑性粘度（PV）（cP） = θ₆₀₀ - θ₃₀₀・・・（式１）
・降伏値（YV）(lb/100ft²) = θ₃₀₀ - PV ・・・（式２）

＜ゲル強度＞
前記回転粘度計を用い、泥水３００ｃｃを付属のサーキュレーティングカップに取り、室温条件（２０℃）において６００ｒｐｍで１０秒間撹拌した後、１０秒間静置させ、その後３ｒｐｍで撹拌した時の平衡点での目盛りの読み値を測定し、これを初期ゲル強度（Initial Gel Strength、単位：ｌｂ／１００ｆｔ^２、表中「ＧＳ（ｉｎｉ）」と表記）とした。
その後、初期ゲル強度を測定した泥水を再度６００ｒｐｍで１０秒間撹拌した後、１０分間静置させ、その後３ｒｐｍで撹拌した時の平衡点での目盛りの読み値を測定し、これを発達ゲル強度（単位：ｌｂ／１００ｆｔ^２、表中「ＧＳ（１０ｍｉｎ）」と表記）とした。

表２から明らかなように、実験例２～１５の泥水は、ファンネル粘度、降伏値、ゲル強度に劣っていた。
これに対し、ポリマーにダイユータンガムを使用した実験例１の泥水は、十分な粘性を示し、高い降伏値と高いゲル強度を示した。

（実験例１６～１８）
ポリマーとして、ダイユータンガム（上記ポリマー１、三晶社製）、ウェランガム（商品名：Welan Gum BG3810、三晶社製）、及びジェランガム（商品名：KELCO GEL CG-LA、三晶社製）を用いた以外は、上記と同様にして含ベントナイト組成物を得た。
邪魔板付３Ｌポリ容器に前記と同様の人工海水を１Ｌ入れ、１０００～１２００ｒｐｍで撹拌しながら、上記で得られた含ベントナイト組成物を１０質量％となるように（ベントナイトが９．５質量％となるように）入れ、さらに１０分間撹拌し、実験例１６～１８の泥水を得た。

得られた実験例１６～１８の各泥水の性状を、下記試験により測定した。結果を下記表３に示す。ファンネル粘度、見掛粘度、塑性粘度、降伏値、ゲル強度は、上記と同様にして測定した。
なお、下記表中「GS(lb/100ft²)」の数値を「Ｘ～Ｙ」と表記する場合、Ｘの値が初期ゲル強度「GS(ini)(lb/100ft²)」の値を示し、Ｙの値が発達ゲル強度「GS(10min)(lb/100ft²)」の値を示す。以下同様である。

＜加圧脱水量＞
加圧脱水試験機（FANN Instrument社製）のセル（容器）にＯリングとろ紙（No.50φ90 mm、Whatman社製）をセットし、泥水を２５０ｃｃ注ぎ入れ、底蓋を閉めた。Ｎ_２ガスカートリッジを装填し、３ｋｇｆ／ｃｍ^２（約４２．７ｐｓｉ）の圧力をかけ、３０分後の脱水量（加圧脱水試験機の下方から漏れ出た液量）を、加圧脱水量（WL：Water Loss、単位：ｍｌ）とした。

＜ｐＨ＞
室温条件（２０℃）において、得られた泥水のｐＨをＳＰＨ７１（三商社製）により測定した。

＜分散安定性＞
製造後の各泥水を１０分間静置した時の分散安定性を目視により観察した。１０分静置後の写真を、図１に示す。

上記表中、ファンネル粘度（ＦＶ）の試験結果の欄に示す「∞」の記号は、試験に供した泥水の粘性が十分に高く、ファンネル粘度計本体の下方からの泥水の流出が、試験途中から断続的に滴り落ち、正確な測定値が得られない状態にあったことを示している。「∞」の左側に示される数値は、泥水が連続的に流出する状態から、泥水が断続的に滴り落ちる状態に変化した時の計測時間を表す。以下同様である。

表３及び図１より、ポリマーとしてダイユータンガム用いて作製した含ベントナイト組成物を分散してなる泥水（実験例１６）は、十分な粘性（ファンネル粘度、見掛粘度、塑性粘度）を示し、高い降伏値と高いゲル強度を示し、脱水量が少なく抑えられ、かつ分散安定性にも優れることが示された。
一方で、ポリマーとしてウェランガムを用いて作成した含ベントナイト組成物を分散してなる泥水（実験例１７）は、高いファンネル粘度、見掛粘度、塑性粘度、降伏値を示し、脱水量を少なく抑えることができ、分散安定性も示すものの、ゲル強度に劣っていた。また、ポリマーとしてジェランガムを用いて作製した含ベントナイト組成物を分散してなる泥水（実験例１８）は、ファンネル粘度等の全ての性質に劣り、さらに遊離水が発生して分散安定性にも劣ることが示された。

（実験例１９～２２）
ベントナイトとして、クニゲルＵ（クニミネ工業社製）、アースゲル１（関ベン鉱業社製）（いずれもＮａ型ベントナイト）、ネオクニボンド（活性型ベントナイト、クニミネ工業社製）、又はクニボンド（Ｃａ型ベントナイト、クニミネ工業社製）を９４．９質量部、ダイユータンガム（三晶社製）を４質量部、ＭＥ－３５０を０．５質量部、ソーダ灰を０．５質量部、消泡剤を０．１質量部として混合し、各含ベントナイト組成物を得た。
邪魔板付３Ｌポリ容器に海水（福島県いわき市小名浜湾産、塩濃度：約３．４質量％）を１Ｌ入れ、１０００～１２００ｒｐｍで撹拌しながら上記により得られた各含ベントナイト組成物を入れ、さらに１０分間撹拌し、実験例１９～２２の泥水を得た。

上記と同様にして、ファンネル粘度、見掛粘度、塑性粘度、降伏値、ゲル強度、加圧脱水量を測定した。結果を下記表４に示す。

いずれのベントナイトを使用して得られた含ベントナイト組成物を分散してなる泥水（実験例１９～２２）も、上記性状の全てに優れていることがわかる。

（実験例２３～２５）
ベントナイト（商品名：クニゲルＵ、クニミネ工業社製）、ダイユータンガム（三晶社製）、消泡剤（商品名：SNディフォーマ55-P、サンノプコ社製）、を、下記表５に記載の配合比で混合し、各ベントナイト組成物を得た。得られた各ベントナイト組成物を用いて、上記実験例１～１５と同様にして、実験例２３～２５の泥水を得た。

上記と同様にして、ファンネル粘度、見掛粘度、塑性粘度、降伏値、ゲル強度、加圧脱水量を測定した。結果を下記表５に示す。

ポリマーとベントナイトの配合量を変更した各含ベントナイト組成物を用いて得られた泥水は、いずれも所望の特性を有することが示された。

（実験例２６～３４）
邪魔板付３Ｌポリ容器に海水（福島県いわき市小名浜湾産、塩濃度：約３．４質量％）を１Ｌ入れ、１０００～１２００ｒｐｍで撹拌しながら、上記実験例１で用いた含ベントナイト組成物を６～１０質量％となるように（ベントナイトが５．７～９．５質量％となるように）投入し、さらに１０分間撹拌した。
得られた各泥水について、製造直後、１晩静置後、及び３晩静置後の各性状を、上記と同様に測定した。結果を下記表６に示す。

それぞれ含ベントナイト組成物の濃度を変えて調製した泥水は、製造直後から３晩静置後まで、ファンネル粘度等の全てにおいて優れた性状を示すことが明らかとなった。すなわち、海水中の微生物の代謝によりバイオポリマーが分解されることなく、性状を維持すうことができ、腐敗免疫性を有していることが示された。

（実験例３５～３９）
海水（福島県いわき市小名浜湾産、塩濃度：約３．４質量％）に蒸留水を加え、海水濃度を７０％、５０％、３０％と希釈した希釈海水を調製した。海水（海水濃度１００％）、清水（蒸留水、海水濃度０％）、及びこれらの希釈海水をそれぞれ１Ｌ用い、邪魔板付３Ｌポリ容器中で１０００～１２００ｒｐｍで撹拌しながら、上記実験例１で用いた含ベントナイト組成物を６質量％となるように（ベントナイトが５．７質量％となるように）投入し、さらに１０分間撹拌して実験例３５～３９の泥水を得た。
得られた泥水の各性状を、上記と同様に測定した。結果を下記表７に示す。

表７に示す通り、海水又は希釈海水に、含ベントナイト組成物を６質量％濃度とやや低い濃度として分散して得られた実験例３６～３９の泥水は、分散媒の海水濃度に関わらず、ファンネル粘度等の全てにおいて優れた性状を示した。さらに、蒸留水に含ベントナイト組成物を分散して得られた実験例３５の泥水は、さらに高いファンネル粘度、降伏値、ゲル強度を示し、また脱水量も少なく抑えられていた。

Claims

ベントナイトを８５～９９質量％、ダイユータンガムを１～１５質量％含有する、含ベントナイト組成物。
前記含ベントナイト組成物が、ベントナイトを８５～９８．５質量％、ダイユータンガムを１～１４．５質量％、消泡剤を０．０１～０．５質量％含有する、請求項１に記載の含ベントナイト組成物。
請求項２に記載の含ベントナイト組成物を分散媒中に分散してなり、ベントナイトの含有量が３～１５質量％である、ベントナイト泥水。
ベントナイト泥水であって、
前記ベントナイト泥水の固形分中にベントナイトを８２～９９質量％、ダイユータンガムを０．９～１５質量％含有し、前記ベントナイト泥水中のベントナイトの含有量が３～１５質量％である、ベントナイト泥水。
前記分散媒が水又は電解質水溶液であり、該分散媒中の塩濃度が０～４質量％である、請求項３に記載のベントナイト泥水。
降伏値が２０～４０ｌｂ／１００ｆｔ^２である請求項３～５のいずれかに記載のベントナイト泥水。