JPH05287271A

JPH05287271A - 逸泥防止剤

Info

Publication number: JPH05287271A
Application number: JP4113136A
Authority: JP
Inventors: Noboru Narisawa; 暢成沢; Makoto Kimura; 誠木村
Original assignee: Telnite Co Ltd
Current assignee: Telnite Co Ltd
Priority date: 1992-04-06
Filing date: 1992-04-06
Publication date: 1993-11-02

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は石油、天然ガス、土木工事、地熱、
温泉そして鉱山等の開発、地質調査、鉱物採査などのた
めに坑井を掘削する場合、この坑井の掘削に使用するベ
ントナイトを主材とする懸濁液流体（以下掘削泥水とい
う。）が、地層内に逸脱することを防止するために使用
する逸泥防止剤を提供することを目的とする。【構成】粉末の粘土鉱物と水溶性高分子を均一に混合
したものに、アクリル系モノマーから選ばれた１種また
は２種以上と、必要に応じて架橋剤および重合開始剤を
添加した水溶液とを混練し、加熱重合反応して得られる
生成物からなる逸泥防止剤。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、石油、天然ガス、土木
工事、地熱、温泉そして鉱山等の開発、地質調査、鉱物
採査などのために坑井を掘削する場合、この坑井の掘削
に使用するベントナイトを主材とする懸濁液流体（以下
掘削泥水という。）が、地層内に逸脱することを防止す
るために使用する逸泥防止剤に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上記目的をもって坑井を掘削をす
るには、水にベントナイトを懸濁させ、必要に応じて増
粘剤、分散剤、潤滑剤、加重剤、脱水調整剤などを加え
た掘削泥水が循環使用される。また、杭や連壁工事、シ
ールド工法によるトンネル工事などの土木工事において
も、水にベントナイトやカルボキシセルロース（ＣＭ
Ｃ）を加えた掘削泥水が用いられている。

【０００３】これらの掘削泥水を使用する主な目的は、
坑内から掘くずを地表まで運び上げること、地下の油、
ガス、水などが噴出しないように押えること、泥壁をつ
くって坑壁が崩れるのを防止すること、掘削泥水の循環
を止めたときに掘くずや加重剤などが沈降するのを防止
すること、坑内の機器類を冷却し、かつ、潤滑を良くす
ることなどである。

【０００４】この掘削泥水が、浸透性の高い地層（礫層
や集塊岩層など）や大きな割れ目や小さくても無数に発
達した割れ目をもつ地層（以下逸泥層という。）に遭遇
した際に、掘削泥水が地層内に逃げる（以下逸泥とい
う。）ことがあり、その逸泥の程度が大きい場合には、
坑壁にかかる圧力が急激に下がり、坑井が崩壊したり、
掘削泥水の循環が止まったりする。また、この崩壊によ
って発生する岩石類により、掘削器材が坑内に抑留され
たり、掘くずの搬出ができなくなる等から、掘削の続行
が不可能になる。

【０００５】また、逸泥は、逸泥層へ掘り進んだ場合起
こるのみでなく、掘削泥水の循環圧力により地層の岩石
に人為的にひびわれを作ってしまった場合にも発生する
ものである。

【０００６】これらの逸泥は、掘削泥水の使用量が増大
し、掘削器材の破損等によるコスト増を招く等の問題を
生ずる。よって、逸泥に対しては、これを出来るだけ迅
速に防止する措置を講じなければならない。

【０００７】この逸泥の防止対策としては、循環する掘
削泥水の比重を下げたり、掘進率や循環する掘削泥水の
循環速度を下げたりして、坑内の坑壁にかかる圧力を低
くするなどの掘削技術面を重視した対策、および他の対
策として、逸泥層に粒状、フレーク状、繊維状の物質
（以下逸泥防止剤という。）を掘削泥水に混入して循環
したり、逸泥層に放置する等して、逸泥層を閉塞する方
法が広く用いられている。

【０００８】逸泥防止剤として、粒状品としてはクルミ
殻や綿実絞り滓など、フレーク状としては雲母片、セロ
ハンなど、繊維状品としてはパルプ加工品やアスベスト
ファイバー等があり、これらのグループから選ばれた１
種または２種以上を組み合わせて泥水に添加し、逸泥防
止対策に使用している。

【０００９】しかし、これらの逸泥防止対策の効果を上
げるには、逸泥層中の空隙径の大きさと逸泥防止剤の径
の大きさとを適合させなければならない。すなわち、空
隙径より逸泥防止剤の径が大きければ、逸泥防止剤は空
隙内に侵入できず逸泥層の空隙の入り口に引っ掛かり、
一時的に逸泥が止まるものの坑径づまりのため、機械的
作用により剥がれ落ちて空隙が開き、再び逸泥が起きる
ことになる。また、逸泥層の空隙径よりも逸泥防止剤の
径があまりにも小さい場合には、空隙内にほとんどの逸
泥防止剤が浸透して掘削泥水と共に他層内に逸脱してし
まい、逸泥層を閉塞することができない。

【００１０】従って、逸泥層の空隙径を事前に知ること
ができれば効果的な逸泥防止対策が立てられる。しか
し、現在ではこの検知技術は実用化されるに至っていな
い。そこで、従来は、逸泥防止剤の１種または２種以上
を適宜に組合せ混合し、これを泥水に添加して循環した
り、逸泥層に注入し、放置して逸泥が止まるのを期待す
るといった方法が行われている。この方法だと時間とコ
ストが膨大になり、また信頼性にも欠ける。また従来の
逸泥防止剤を添加した場合、高圧下でも逸泥防止剤が変
形しないものが多く、坑壁に付着することにより逸泥層
を閉塞している状態がほとんどである。このために、掘
削の継続中に受ける機械的作用により剥がれ落ち、再び
逸泥層が現れて、逸泥が始まる等の欠点がある。また、
高吸水性樹脂のように水中で膨潤する材料を逸泥防止剤
として使用するものもあるが、水に接触すると、高吸水
性樹脂が数分から十数分と短時間で急激に膨潤して径が
大きくなり、逸泥層に入りにくくなり閉塞効果が少なく
なる。そのため、膨潤時間を調節する方法として、高吸
水性樹脂の逸泥防止剤を使用するにあたって、高吸水性
樹脂を油中に混入してから逸泥層に送入または放置し
て、水と接触する時間を遅延せしめる方法をとっていた
が、作業性が悪かったり、また耐圧性がなく、さほど効
果的でなかった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このような逸泥対策の
欠点を改善すべく研究を鋭意行ってきた結果、本発明品
を完成するに至った。

【００１２】本発明は、掘削泥水に添加して循環、また
は逸泥層に圧入若しくは放置して逸泥層を閉塞し、逸泥
を防止する逸泥防止剤を提供するものである。

【００１３】本発明品の逸泥防止剤は、水を吸収して、
膨潤し、変形し易くなる。このことにより高圧下にあっ
ても逸泥層の空隙内に変形しながら侵入し、空隙を充填
する。これにより逸泥層は、閉塞され、効果的な逸泥防
止ができる。

【００１４】また、本発明品は、変形しながら逸泥層内
に侵入し、逸泥層の空隙内を充填することなり、機械的
作用により容易に剥がれることはない。したがって、よ
り効果的な逸泥防止ができる。

【００１５】また、本発明品は、その粒径を任意に粉砕
することができるため、ほとんどの逸泥規模の逸泥に対
しても対応できる。さらに、逸泥防止剤の粒径の選択が
できる利点がある。

【００１６】また、本発明品は、水またはベントナイト
懸濁液中に直接混入でき、逸泥層に送入することができ
るので作業性に優れている。さらに、水またはベントナ
イト懸濁液中においても膨潤時間が急激でなく、ほぼ完
全に膨潤するまで３〜４時間と緩慢なため、作業時間の
制約にも広範囲に対応できるため、任意の深度の逸泥に
対しても効果的に防止することができる。

【００１７】また、本発明品は、従来の逸泥防止剤と併
用しても、より効果的に逸泥層の閉塞ができる。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明の逸泥防止剤は、
粉末粘土鉱物と水溶性高分子の混合物に、アクリル系モ
ノマーから選ばれた１種または２種以上と、必要に応じ
て架橋剤および重合開始剤を添加した水溶液を加えて混
練し、一定条件の下で重合もしくは共重合反応して得ら
れる生成物である。

【００１９】上記粉末粘土鉱物としては、層状結晶構造
を持つようなスメクタイト類であって、例えば、ベント
ナイト、カオリン等である。

【００２０】水溶性高分子としては、カルボキシメチル
セルロース、ハイドロオキシメチルセルロース、グアー
ガム、ザンサンガム、ポリアクリルアマイド等がある。

【００２１】アクリル系モノマーとしては、アクリルア
ミド、アクリロニトリル、アクリル酸、アクリル酸アミ
ド、アクリル酸エステル類、アクリル酸塩類等である。

【００２２】架橋剤としては、一般的なものを使用する
ことができる。例えばＮ、Ｎ′−メチレンビスアクリル
アミド、Ｎ−メチロールアクリルアミド等の多官能性モ
ノマー類である。

【００２３】重合開始剤としては、一般的なラジカル重
合開始剤を使用することができる。例えば水溶性過酸化
系重合開始剤では、ペルオキソ二硫酸アンモニウム、ペ
ルオキソ二硫酸カリウム、ｔ−ブチルハイドロパーオキ
サイドなどである。これら開始剤は、亜硫酸水素ナトリ
ウム、亜硫酸ナトリウム、トリエタノールアミンなどの
還元剤と組み合わせていわゆるレドックス重合開始剤と
しても使用することができる。窒素系重合開始剤では、
２、２′−アゾビス（２−アミジノプロパン）・塩酸塩
または酢酸塩、２、２′−アゾビス（２，４−ジメチル
バレロニトリル）などを使用することができる。

【００２４】具体的には、粉末粘土鉱物１００重量部に
対して水溶性高分子２〜１０重量部、好ましくは５〜８
重量部を均一に混合し、アクリル系モノマーから選ばれ
た１種または２種以上を１５〜３５重量部、好ましくは
２２〜２７重量部と、アクリル系モノマー１００重量部
に対し架橋剤を０〜０．１重量部、好ましくは０．０３
〜０．０６重量部、さらに重合開始剤をアクリル系モノ
マー１モルに対し１／５００〜１／１０，０００モル好
ましくは１／１，０００〜１／５，０００モルを添加混
合した水溶液を加え、水分を１０〜２０％に保ちながら
混練りし、最適な賦形及び粒径に造粒して、反応開始温
度は、４０℃以上好ましくは６０〜１００℃で重合もし
くは共重合反応を行う。反応が始まると発熱して反応開
始温度以上になる場合もあるが、温度を制御する必要は
ない。反応温度４０℃以下では良く反応できず、１００
℃以上では反応するに支障はないが、余分な熱源などを
要し、経済的でない。反応時間は充分に反応が完結する
には少なくとも１０分以上が必要である。得られた重合
物もしくは共重合物は、そのままでも使用することがで
きるが、必要に応じて乾燥し、更に再度粉砕などして粒
径を任意に選択することもできる。水溶性高分子が２重
量部以下では、混練りをするとき、また最適な賦形及び
粒径に造粒するときに粘着性が強く、目的を達せられな
い。１０重量部以上では、逆に粘着性がなくなって目的
をたせられない。またアクリル系モノマーが１５重量部
以下では、できる重合物もしくは共重合物の水またはベ
ントナイト懸濁液などの掘削泥水での膨潤力に乏しく、
逸泥に対する閉塞効果が充分でなく、３５重量部以上で
は、思うような耐圧強度が得られない。

【００２５】本発明品は、粒径を任意に選定することに
よって、逸水の規模に対応できることが特徴の一つであ
る。その、形状は、球形状、円柱状、方形状そして円板
状など任意の形状を採用することができる。

【００２６】例えば、一般に逸泥の規模が大きい場合に
は、逸泥層の空隙が大きいこと、さらに逸泥規模が小さ
い場合には、逸泥層の空隙が小さいことが経験的に判っ
ている。

【００２７】本発明品は、掘削泥水に混合すると、その
中の水を吸収し、膨潤し、変形しやすい状態になる。こ
れによって、高圧下にある逸泥層の空隙内に容易に侵入
する。したがって、逸泥の規模に対応した粒径について
も、従来の逸泥防止剤の粒径の選定に比べて、許容粒径
の範囲が広く選定でき、逸泥防止対策の立案が容易であ
り、逸泥防止効果についても信頼性の高いものとなる。

【００２８】本発明品は、掘削泥水または清水などに添
加して使用するが、その使用量には制限がなく、ポンプ
を使用して注入するなど作業に支障のない範囲で使用す
ることができる。通常は、循環している掘削泥水１００
容量部に対して２〜１５重量部好ましくは４〜１０重量
部添加混合して、掘進により新しく現れる逸泥層に対す
る逸泥防止対策として使用する。

【００２９】さらに、逸泥規模が比較的大きい逸泥層、
坑井の途中に新たに発生した逸泥層に対する場合には、
掘削泥水もしくは清水１００容量部に本発明品を２〜１
５重量部添加混合して逸泥層に注入放置して逸泥層の閉
塞を行なう。

【００３０】このように、本発明品は混合された泥水を
逸泥層内に送入し、時間と共に本発明品が周辺の水を吸
収して膨潤し、柔らかくなり変形し易くなり、逸泥層の
空隙内に侵入し、逸泥層の空隙が本発明品により満たさ
れ、閉塞され、逸泥が止まる。

【００３１】また、本発明品は、逸泥層の空隙の予想さ
れる空隙径または形状に合わせて、その径または形状を
適宜に選択することができる。さらに、他の逸泥防止剤
と併用することによって空隙の閉塞強度をより大きくす
ることもできる。

【００３２】本発明品は、小さな粒子で送り込めば、逸
泥層の空隙内の奥に侵入し、粒子同志がお互いに押し合
う状態になり、圧密状態が生まれる。この圧密状態によ
って閉塞層内に一定の力が加わり、より効果的な逸泥防
止機能が向上する。

【００３３】

【実施例】次に、実施例により、本発明品の効果を説明
する。

【００３４】実施例−１ワーナー式ニーダーに、粉末粘土鉱物（商品名クニゲル
Ｖ₁）３３０重量部と水溶性高分子（グアーガム）２
４．８重量部を採り、均一に混練し、これにアクリルア
ミドモノマー８２．５重量部、架橋剤Ｎ、Ｎ′−メチレ
ンビスアクリルアミドモノマー１２．９／１，０００重
量部、重合開始前（ＮＨ₄）₂Ｓ₂Ｏ₈５４／１，００
０重量部を水５４重量部に溶解した溶液を加えて充分に
混練する。この混練物を押し出し造粒し、この造粒物を
ビニール袋に密閉し、９０℃で３０分間、加熱反応す
る。その反応後、ビニール袋より取り出し、乾燥粉砕
し、粒径を３ｍｍにし、これを試作品−１とする。

【００３５】実施例−２ワーナー式ニーダーに、粉末粘土鉱物（商品名クニゲル
Ｖ₁）３３０重量部と水溶性高分子（カルボキシメチル
セルロース）２４．８重量部を採り、均一に混練し、こ
れにアクリルアミドモノマー８２．５重量部、架橋剤
Ｎ、Ｎ′−メチレンビスアクリルアミドモノマー４３．
０／１，０００重量部、重合開始前（ＮＨ₄）₂Ｓ₂Ｏ
₈５４／１，０００重量部を水５４重量部に溶解した溶
液を加えて充分に混練する。この混練物を押し出し造粒
し、この造粒物をビニール袋に密閉し、９０℃で３０分
間、加熱反応する。その反応後、ビニール袋より取り出
し、乾燥粉砕し、粒径を３ｍｍにし、これを試作品−２
とする。

【００３６】実施例−３実施例−２において得られた反応乾燥物を、粒径５ｍｍ
に粉砕したものを試作品−３とする。

【００３７】実施例−４実施例−１〜３において得た試作品−１〜３を８％ベン
トナイト懸濁液に４％、７％添加して、１０分間または
６０分間攪拌混合し、作泥した。その後、ただちに、模
擬地層部を有するＡＰＩ逸泥評価試験装置を用いて、逸
泥の評価試験を行った。

【００３８】逸泥試験方法は、図１に示すＡＰＩ逸泥評
価試験装置を用いた。図中、１は装置本体、２は加圧
口、３は空隙、４は泥水相、５は模擬地層部、６は逸泥
出口である。模擬地層部５にガラスビーズの粒径２、
４、６、８ｍｍのものをそれぞれ詰め、加圧口２から加
圧し、圧力を毎分１０ｋｇ／ｃｍ²で最大圧力７０ｋｇ
／ｃｍ²まで加圧し、加圧過程でブレークアウトした場
合には、ブレークアウトした圧力を読み取り、７０ｋｇ
／ｃｍ²までブレークアウトしないものについては、７
０ｋｇ／ｃｍ²でさらに１０分間維持し、総逸泥量を測
定し、逸泥の評価試験を行った。

【００３９】ここで、ブレークアウトとは、逸泥防止剤
を含む泥水４がＡＰＩ逸泥評価試験装置１の逸泥出口か
ら流出し、流出量が全く減少することなく継続する状態
をいう。試験結果を表−１に示す

【００４０】

【表１】

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、ＡＰＩ逸泥評価試験装置の縦断面図で
ある。

【符号の説明】

１本体２加圧口３空隙４泥水相５模擬地層部６逸泥出口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】粉末の粘土鉱物と水溶性高分子を均一に
混合したものに、アクリル系モノマーから選ばれた１種
または２種以上と、必要に応じて架橋剤および重合開始
剤を添加した水溶液とを混練し、加熱重合反応して得ら
れる生成物からなることを特徴とする逸泥防止剤。