JPH04203195A - 逸水防止工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ａ、　産業上の利用分野 本発明は、石油掘削弁、天然ガス掘削弁、地熱掘削弁等
の水−粘土系掘削流体を用いる掘削坑井の掘削にあたっ
て、ポリウレタンフォームおよび／またはポリイソシア
ヌレートフオームを進水層内で発泡せしめて進水層を閉
塞することにより、進水を効果的に防止する逸水防止工
法に関するものである。

ｂ、　従来の技術 水−粘土系掘削流体を用いる掘削工法は、掘削機械の作
動原理から、使用目的によってそれぞれ特徴を生かし、
常に改良が加えられている。

近年、回転式掘削工法が多くの利点を有しており、汎用
性の高いことも認められ、掘削工法として大勢を占めて
いる。

この回転式掘削工法は、中空パイプ（以下「ドリルスト
リンゲス」という）の下端に１ｌｌｌ（以下「ビット」
という）を取付け、ドリルストリンゲスとビットを回転
させることによって、ビットで地層の岩石を砕き、この
掘くず（以下「カッティンゲス」という）を掘削流体で
搬出しなから坑井を掘進して行くものである。このとき
、ビットにより砕かれた地層中のカッティンゲスは地表
に運び出さねばならないが、その役目をするのが掘削流
体（以下「泥水」という）である。

上記泥水としては、一般に、水−ベントナイト懸濁液を
主体とし、これに必要に応じて分散側、ポリマｍｌ［潤
滑剤、界面活性側、加重剤およびその他の各種調整荊を
添加混合したものが用いられている。

カッティンゲスの搬出は、ポンプにより上記泥水をドリ
ルストリンゲスの中を通し、ビ・ノドの先端より噴出さ
せることによって、ビットを冷却させると一諸にカッテ
ィンゲスと共に泥水を坑壁とドリルストリンゲスの間を
地表まで上昇させることによって行なわれる。

しかし、掘削の際にポンプによって循環されている泥水
が、地層の低圧層、割れ目、亀裂、多孔質な地層などく
以下「逸水層」という）に遭遇した場合、泥水が地層内
に浸透してしまい、泥水の正常な循環が確保できなくな
るという現象が起こる。これを逸水という。

Ｃ１発明が解決しようとする課題 上述のように逸水は、循環している泥水が逸水層に遭遇
した場合に起きるトラブルであり、掘削日数が延び、費
用がかかる最もやっかいな坑内トラブル（障害）である
、古くからいろいろな防止対策が採られているが、現在
までのところ、どのような逸水に対しても絶対的な効果
を発揮する解決策は、見いだされておらず、その都度適
当な逸水防止対策を講じながら掘削しているのが現状で
ある。

特に、高温高圧の条件下（６０℃以上、１０にｇｆ／ｃ
４以上）における逸水防止を、従来の逸水防止剤によつ
て行なうことは困難である。

１つの掘削トラブルが発生すると、他の障害も併発する
ことが多い、すなわち、遣水が最初の引金となって、ド
リルストリンゲスの抑留、坑壁の崩壊などの坑内トラブ
ルが発生する。このことは、次のように説明できる。

坑井が逸水層に遭遇すると、泥水が地層内に浸透し泥水
の循環が不十分になり、坑内からのカッティングの搬出
を妨げ、坑内の清浄化が不可能になる。すなわち、坑内
のカッティンゲスを搬出除去できないため、ドリルスト
リンゲスが抑留したり、泥水の大部分が進水層へ逃げて
しなうことにより、坑内に十分な泥水柱がなくなりブロ
ーアウトや地層の崩壊が発生する。このように、進水層
を完全に閉塞することば橿めて重要である。

本発明者らは、このような事情に鑑み、化学的な反応生
成物、即ちポリウレタンフォームおよび／またはポリイ
ソシアヌレートフオームを用いることにより、効果的に
逸水を閉塞することができることを見出し、実験を重ね
、鋭意研究の結果、ポリウレタンフォームおよび／また
はポリイソシアヌレートフオームを構成するポリイソシ
アネート成分とポリオール成分を逸水層領域において発
泡重合させることによる逸水防止工法に思い到った。

ｄ、　課題を解決するための手段 本発明は、活性イソシアネート基を有する有機ポリイソ
シアネートを含む溶液と、２個以上の活性水素を有する
化合物にアルキレンオキサイドを付加重合して得られる
ポリオールに、触媒、発泡剤、必要に応じて整泡剤等を
混合調整してなる溶液とを、高温高圧の条件下にある逸
水層領域において接触混合して発泡させ、得られた低密
度のポリウレタンフォームおよび／またはポリイソシア
ヌレートフオームを硬化させることにより、上記逸水層
を効果的に閉塞することを特徴とする逸水防止工法を提
供するものである。

上記本発明の逸水防止工法によれば、２つの容器を具備
する専用注入器のそれぞれの容器に、イソシアネート基
（ＮＣＯ基）を含有するボリイソシアネートを主成分と
する溶液と、活性水素を持つ水酸基（０１１基）を含有
するポリオールに触媒、発泡剤、整泡剤および必要に応
してその他の助剤を混合調整した溶液とをそれぞれ充填
し、上記専用注入器を坑井内に降下して、逸水要部に上
記２種類の溶液を吐出し、接触混合せしめて発泡させ、
逸水層内に浸透、硬化させて、逸水層を閉塞することが
できる。

上記有機ポリイソシアネートとしては、芳香族系ポリイ
ソシアネート類、脂肪族系ポリイソシアネー）１１［の
単量体混合物、組成物、あるいはそれらの変性物を使用
することができる。最も好ましい有機ポリイソシアネー
トは、脂肪族系ポリイソシアネート類であり、さらに具
体的にはへキサメチレンジイソシアネート、イソホロン
ジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、水添
キシリレンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン
ジイソシアネート等である。

有機ポリイソシアネートの中で、脂肪族系ポリイソシア
ネート類が最も好ましい理由は、次のように説明できる
。

すなわち、ポリウレタンフォームおよび／またはポリイ
ソシアヌレートフオームの生成反応は、本発明の逸水防
止工法を実施する場合に掘削坑井内の環境条件下で十分
に進展し、十分な体積膨張を起こす、ポリウレタンフォ
ームおよび／またはポリイソシアヌレートフオームは、
活性水素を有する水酸基を含有するポリオールおよびそ
のポリオール成分液中に添加されている発泡剤と、ポリ
イソシアネートとが発泡重合反応を起こすことにより得
られるが、その反応過程で相当高い発熱反応を伴う、こ
のことにより反応速度がより一層早くなり、硬化がより
進行する特徴をもっている。

したがって、掘削坑井内の環境条件が相当の高温、高圧
である場合には、硬化時間を遅延させるために発泡重合
反応速度を制御する必要がある。ポリイソシアネート類
のうち脂肪族系ポリイソシアネート類は、芳香族系ポリ
イソシアネートに比べて反応速度が遅い、よって、発泡
重合反応を制御するためには、脂肪族系ポリイソシアネ
ート類が育効である。

上記有機ポリイソシアネートは、本発明のポリオールに
対してＮＧＯ１０Ｈ当量比が０．５〜５．０、好ましく
は０．８〜１．５となる範囲に調整して使用することが
できる。

上記ポリオールは、２個以上の活性水素を有する化合物
にアルキレンオキサイドを付加重合して得られるもので
あり、従来から軟質系、半硬質系あるいは硬質系ポリウ
レタンフォームの製造に用いられているものを用いるこ
とができる。具体的には、ポリエーテルポリオール、ポ
リエステルポリオール、ポリマーポリオールなどがあげ
られる。

しかし、本発明において好ましいポリオールは、低分子
量の多価アルコールやポリアミンのような２個以上の活
性水素を有する化合物にアルキレンオキサイドを付加重
合して得られるポリエーテル系およびポリエステル系ポ
リオールであり、さらに好ましくはポリエーテルポリオ
ールで官能基数２〜８、水酸基価（■ＫＯＨ／ｇ）　２
００〜６００　ｃ７）ものであり、より好ましくは、官
能基数３〜４、水酸基価（ｇ＋ｇ　Ｎｏ）Ｉ／ｇ）　３
５０〜５００のものであり、これらから選ばれた１種ま
たは２種以上のポリオールの単品または混合物のいずれ
も使用することができる。

上記触媒としては、従来がら使用されているものを使用
することができる。具体的には、第３級アミン弱酸の塩
などの塩基性物質として、モノエタノールアミン、ジェ
タノールアミン、トリエタノールアミン、ジメチルモノ
エタノールアミン、ジエチルモノエタノールアミン、ト
リエチレンジアミン、テトラメチルエチレンジアミン、
テトラメチルプロバッジアミン、テトラメチルブタンジ
アミン、テトラメチルヘキサンジアミン、ペンタメチル
ジエチレントリアミンの第３級アミン等があり、有機金
属化合物として、スタナスオクトエート、ジプチル錫ジ
ラウレート、ジプチル錫ジアセテート、ジメチル錫メル
カプタイド、ジブチル錫メルカプタイド、テトラブチル
−１，３−ジアセトキシメタンキサン、テトラブチル−
１，３−ジラウロイルオキシジスタノキサン等がある。

これらの触媒は、単独でまたは２種以上の混合物として
用いることができる。最も好ましい触媒は、有機スズ系
触媒で、ポリオール１００重量部に対して０．１〜０゜
５重量部程度用いられる。

上記発泡剤としては、従来から発泡剤として使用されて
いるものが使用できる。具体的にはトリクロロモノフル
オロメタン、ジクロロモノフルオロメタン等の低沸点不
活性発泡剤であり、そして水、結晶水含有化合物等も使
用することができる。

発泡剤の添加量は、発泡剤の種類に応じて経験的に把握
できる。

上記整、泡剤としては、従来から整泡剤として知られて
いる物質であればいかなるものでも用いることができる
。特に、シリコン系整泡剤が有効であり、中でも共重合
体の分子量の高い構造のものが表面弾性効果や表面粘性
効果が強（効果的である。これらの整泡剤の中で、ポリ
エーテル系発泡体には、水溶性ポリエーテルシロキサン
、ポリエステル系発泡体には、ポリシロキサン・ポリオ
キシアルキレン共重合体等が効果的である。なお、整泡
剤はこれらに限定されるものではない、整泡剤の添加量
は、その種類等に応して適宜決められる。

本発明においては他の添加量として、ポリウレタンフォ
ームおよび／またはポリイソシアヌレートフオームの強
度を高めたり、熱安定性を向上させたり熱膨張係数を下
げたりするというような効果を期待して、無機系充填材
、有機系充填材等が用いられる。

本発明においては、上記の有機ポリイソシアネートを含
む溶液とポリオールに触媒等を混合調整してなる溶液と
を、高温高圧の条件下、例えば６０゜以上で１０ｋｇｆ
／ｅｊ以上の条件下にある逸水層領域において接触混合
する。これにより、発泡反応が起こり、得られたポリウ
レタンフォームおよび／またはポリイソシアヌレートフ
オームによって、送水層が閉塞される。

ｅ、　実施例 以下に、本発明を実施例により説明するが、本発明はこ
れに限定されるものではない。

以下の実施例−１〜３においては、掘削に際して進水が
発生した地層に対して、あらかしめ触媒、発泡剤および
必要に応じてその他の助剤を混合したポリオール成分と
、ＮＣＯｌｉを含むポリイソシアネートとを別々に充填
した専用の注入機を用いて、注入機先端部のスタティッ
クミキサー（反応機）を通して、すばやく混合して、ノ
ズルよりこの薬液を吐出することにより、逸水層に浸透
せしめた後に、発泡、硬化させることにより、逸水層の
空隙を閉塞せしめた。

〔実施例−１〕 Ａ液のポリオール成分として、３官能のグリセリンにプ
ロピレンオキサイドを付加重合した水酸基価が４００　
Ｎ　ＫＯＨ／ｇのポリエーテル２００重量部、発泡剤１
０重量部、整泡剤（水溶性ポリエーテルシロキサン）１
０重量部および有機スズ系触媒（ジブチル錫ジアセテー
）　）　０．６重量部を混合調整し、Ｂ液として、脂肪
族系ポリイソシアネート成分である１、３−ビスイソシ
アナトシクロヘキサン２２８．４重量部を用い、これら
の溶液をＡ液およびＢ液を入れる２つの専用容器を具備
する、温度および圧力調整可能な高温高圧反応容器のそ
れぞれ独立した容器内に採り、反応層内を設定環境条件
に保持し、温度および圧力が均一になった時点でＡ液と
Ｂ液を同時に反応層内に吐出し、接触混合せしめて、発
泡させ、発泡体を作った。このときの、反応状態、体積
膨張倍率、発泡体の密度を測定した。その結果を表−１
に示す。

（実施例−２〕 Ａ液のポリオール成分として、４官能のメチルグルコシ
ドにプロピレンオキサイドを付加重合した水酸基価４６
０■ＫＯＲ／ｇのポリエーテル１８０重量部、発泡剤１
２重量部、整泡剤（水溶性ポリエーテルシロキサン）１
０重量部、有機スズ系触媒（ジブチル錫メルカプタイド
）０．６重量部および有機充填材としてのオレイン＃２
０重量部を混合調整し、Ｂ液として、脂肪族系ポリイソ
シアネート成分である１、３−ビスイソシアナトシクロ
ヘキサン２３５．４重量部を用い、これらの溶液をそれ
ぞれ独立した容器内に採り、反応層内を設定環境条件に
保持し、温度および圧力が均一になった時点でＡ液とＢ
液を同時に反応層内に吐出し、接触混合せしめて、発泡
させ、発泡体を作った。このときの、反応状態、体積膨
張倍率、発泡体の密度を測定した。その結果を表−１に
示す。

〔実施例−３〕 Ａ液のポリオール成分として、３官能のグリセリンにプ
ロピレンオキサイドを付加重合した水酸基価４００阿Ｋ
ＯＨ／ｇのポリエーテル１８０重量部、発泡剤１２重量
部、整泡剤（水溶性ポリエーテルシロキサン）　１０重
量部、有機スズ系触媒（ジブチル錫メルカプタイド）０
．６重量部および有機充填材としてのオレイン酸２０重
量部を混合調整し、Ｂ液として、脂肪族系ポリイソシア
ネート成分であるジシクロヘキシルメタン−４，４−ジ
イソシアネー）　２３５．４重量部を用い、これらの溶
液をそれぞれ独立した容器内に採り、反応層内を設定環
境条件に保持し、温度および圧力が均一になった時点で
Ａ液とＢ液を同時に反応層内に吐出し、接触混合せしめ
て、発泡させ、発泡体を作った。このときの、反応状態
、体積膨張倍率、発泡体の密度を測定した。その結果を
表−２に示す。

表−１ 比較Ｗ４１においては、市販されているポリエチレンフ
オームを用いた。

体積膨張倍率−原液の密度（Ｋｇ／　ｒｄ　）　　十発
泡体の実測密度（にｇ／ｒｄ＞ 表−２ 比較４Ｎ２においては、市販されているポリエチレンフ
オームを用いた。

体積膨張倍率−原液の密度（にｇｌｏｆ）　　十発泡体
の実測密度（Ｋｇ／ｎ？） 〔実施例−４〕 第１図に示す模擬坑井試験装置の逸水層モデルとして内
径が１６，７閣と２８．０閣で、長さが共に１０００閣
の２種類のものを用いて、以下の逸水防止試験を行った
。

第１図において、１はＡ液用容器、２はＢ用容器、３は
混合機、４は模擬坑井、５は逸水層モデルである。

逸水防止試験−１ Ａ液のポリオール成分として、３官能のグリセリンにプ
ロピレンオキサイドを付加重合した水酸基価４００■１
１１０／ｇのポリエーテル２５０重量部、発泡剤１２．
５重量部、整泡剤（水溶性ポリエーテルシロキサン）　
１２．５重量部および有機スズ系触媒（ジブチル錫メル
カプタイド）　０．７５重量部を混合調整し、Ｂ液とし
て、脂肪族系ポリイソシアネート成分である１、３−ビ
スイソシアナトシクロヘキサン２７５．８重量部を用い
、これらの溶液を第１図の模擬坑井試験装置のそれぞれ
独立した容器１．　２内に採り、模擬坑井４内を設定環
境条件に保持し、温度および圧力が均一になった時点で
ＡＷＬとＢ液を接触混合せしめ、同時に模擬坑井４内に
吐出し、発泡させ、進水層の閉塞を行なった０発泡体の
硬化が完了した時点で、遣水層モデル５０部分を取外し
、進水層モデル５の発泡体による充填率を測定し、次い
で、第１図の模擬坑井試験装置を用い、一方は大気圧に
解放して装着し、模擬坑井４内に平均径が０．４閣およ
び１．０閣の軽量骨材をそれぞれ１．５％含む泥水を充
填し、模擬坑井４内を設定環境条件に保持し、３０分間
静置した。その後に、模擬坑井４を１０ｋｇｆ／ｃｊ毎
に加圧し、最高圧カフ０ｋｇｆ／ｃｊまで加圧した。

各圧力下での圧力低下の有無を測定した。その結果を表
−３に示す。

逸水防止試験−２ Ａ液のポリオール成分として、４官能のメチルグルコシ
ドにプロピレンオキサイドを付加重合した水酸基価４６
０■ＫＯＨ／ｇのポリエーテル２５０重量部、整泡剤（
水溶性ポリエーテルシロキサン）】２，５重量部、発泡
剤（ジクロロモノフルオロメタン）　１２．５重量部お
よび有機スズ系触媒（ジブチル錫メルカプタイド）　０
．７５重量部を混合調整し、Ｂ液として、脂肪族系ポリ
イソシアネート成分であるジシクロヘキシルメタン−４
，４−ジイソシアネー）　２７５．５重量部を用い、こ
れらの溶液を第１図の模擬坑井試験装置のそれぞれ独立
した容器１．２内に採り、模擬坑井４内を設定環境条件
に保持し、温度および圧力が均一になった時点でＡ液と
Ｂ液を接触混合せしめ、同時に模擬坑井４内に吐出し、
発泡させ、逸水層モデル５の閉塞を行った。

発泡体の硬化が完了した時点で、逸水層モデル５の部分
を取外し、透水層モデル５の発泡体による充填率を測定
し、次いで、第１図の模擬坑井試験装置を用い、一方は
大気圧辷解放して装着し、模擬坑井４内に平均径が０．
４１および１．０−の軽量骨材をそれぞれ１．５％含む
泥水を充填し、模擬坑井４内を設定環境条件に保持し、
３０分間静置した。

その後に、模擬坑井４をｌｏｋｇｆ／ｃｊ毎に加圧し、
最高圧カフ０ｋｇｆ／ｃ４まで加圧した。

各圧力下での圧力低下の有無を測定した。その結果を表
−３に示す。

逸水防止試験−３ Ａ液のポリオール成分として、３官能のグリセリンにプ
ロピレンオキサイドを付加重合した水酸基価４００　ｍ
ｇ　ＫＯＨ／ｇのポリエーテル２２５重量部、発泡［１
５重量部、整泡剤（水溶性ポリエーテルシロキサン）　
１２．５重量部、有機スズ系触媒（ジブチル錫メルカプ
タイド）　０．７５重量部および有機系充填材としての
オレイン酸２５重量部を混合調整し、Ｂ液として、脂肪
族系ポリイソシアネート成分である１、３−ビスイソシ
アナトメチルシクロヘキサン２５３．３重量部を用い、
これらの溶液を第１図の模擬坑井試験装置のそれぞれ独
立した容器１．２内に採り、模擬坑井４内を設定環境条
件に保持し、温度および圧力が均一になった時点でＡ液
とＢ液を接触混合せしめ、同時に模擬坑井４内に吐出し
、発泡させ、逸水層モデル５の閉塞を行った０発泡体の
硬化が完了した時点で、逸水層モデル５の部分を取外し
、逸水層モデル５０発泡体による充填率を測定し、次い
で第１図の模擬坑井試験装置を用い、一方は大気　圧に
解放して装着し、模擬坑井４内に平均径が　０．４■お
よび１．０１の軽量骨材をそれぞれ１．５％含む泥水を
充填し、模擬坑井４内を設定環境条件に保持し、３０分
間静置した。

その後に、模擬坑井４を１０ｋｇｆ／ｄ毎に加圧し、最
高圧カフ０ｋｇｆ／ｃｄまで加圧した。

各圧力下での圧力低下のを無を測定した。その結果を表
−３に示す。

逸水防止比較試験 従来から使用されている逸水防止１１１（クルミ殻粉砕
物：綿実しぼり滓−ｒ：１）・を８％含んだ泥水を第１
図の模擬坑井試験装置に充填し、模擬坑井４内を設定環
境条件に保持し、３０分間静置し、逸水層の閉塞を行っ
た０次いで、模擬坑井４を１０ｋｇｆ／ｃｊ毎に加圧し
、最高圧カフ０ｋｇｆ／ｃｊまで加圧した。

各圧力下での圧力低下の有無を測定した。その結果を表
−３に示す。

表−３ ０：　圧力低下無（逸水量０Ｗ１） ×　：　圧力低下有（１０分後金量逸水）ｆ、　発明の
効果 本発明の逸水防止工法においては、体積膨張の大きいポ
リウレタンフォームおよび／またはポリイソシアヌレー
トフオームを用いているため、従来用いられていた逸水
防止側（クルミ殻、雲母片、綿実しぼり滓、ファイバー
系物［１やセメントスラリーを用いる逸水防止工法によ
っては閉塞が難しい大きな空隙であっても、その逸水層
を閉塞することができる。

また、本発明のポリウレタンフォームおよびポリシアヌ
レートフオームは発泡、硬化が速いために、逸水防止対
策の作業時間を大幅に短縮することができる。したがっ
て、総合的に掘削コストの低減を図ることができる。

さらに、本発明のポリウレタンおよびポリイソシアヌレ
ートのフオームは、密度が低いため地層に対して力学的
な悪影響を与えず、泥水に対しても反応性を示さないこ
とから、坑内において坑壁に対する影響がほとんどない
等の利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例−４において用いる模擬坑井試験装置
の概念図である。 １・・・Ａ液用容器、　　　　　２・・・Ｂｉｎ！用容
器、３・・・混合機、　　　　　　４・・・模擬坑井、
５・・・逸水層モデル。 特許出願人　　株式会社　チルナイト 代理人　弁理士　　奥　　山　　尚　　男−（ほか２名
） 前ＩＩＩ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）活性イソシアネート基を有する有機ポリイソシア
   ネートを含む溶液と、２個以上の活性水素を有する化合
   物にアルキレンオキサイドを付加重合して得られるポリ
   オールに、触媒、発泡剤等を混合調整してなる溶液とを
   、高温高圧の条件下にある逸水層領域において接触混合
   して発泡させ、得られた低密度のポリウレタンフォーム
   および／またはポリイソシアヌレートフォームを硬化さ
   せることにより、上記逸水層を閉塞することを特徴とす
   る逸水防止工法。
2. （２）活性イソシアネート基を有する有機ポリイソシア
   ネートが、芳香族または脂肪族ポリイソシアネート単量
   体もしくは混合体またはこれらの変性物等からなること
   を特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の逸水防止
   工法。
3. （３）ポリオールが、低分子量の多価アルコールやポリ
   アミンのような２個以上の活性水素を有する化合物にア
   ルキレンオキサイドを付加重合して得られるポリエーテ
   ル系またはポリエステル系ポリオールからなることを特
   徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の逸水防止工法
   。