JPH0642281A

JPH0642281A - 逸水防止工法

Info

Publication number: JPH0642281A
Application number: JP19522692A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Segawa; 廣瀬川; No Mizuo; 納水尾; Shigeo Okabayashi; 茂生岡林; Kazuo Konishi; 和夫小西
Original assignee: Telnite Co Ltd; Ube Industries Ltd
Current assignee: Telnite Co Ltd; Ube Corp
Priority date: 1992-07-22
Filing date: 1992-07-22
Publication date: 1994-02-15
Anticipated expiration: 2014-08-25
Also published as: JP2939395B2

Abstract

(57)【要約】【目的】セメント自体に逸水防止機能を付与させ、該
セメントのスラリーを逸水層の亀裂に浸透・充填させ、
固化させることにより、上記亀裂を閉塞させて逸水を確
実に防止できると共に、逸水層地層を強固にして掘削作
業を円滑に行えるようにすることができる逸水防止工法
の提供。【構成】本発明の逸水防止工法は、セメント及び低活
性シリカ質粉体からなり、粉末度がブレーン値５０００
〜１３０００cm²／ｇ、低活性シリカ質粉体の含有量が
内割重量基準で１０〜６０重量％であるセメント組成物
に、遅硬剤及び水を添加したセメントスラリーを逸水層
に注入し、上記セメントスラリーを上記逸水層に浸透・
充填させた後、上記セメントスラリーを固化させること
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、油井、地熱井及び一般
土木等の坑井の掘削における逸水防止工法に関するもの
である。さらに詳しくは、本発明は、坑井に浸透性地層
や断層・破砕帯等の逸水層を有する地層を掘削する場合
に、ボーリング用泥水が地層内に逸水する現象を防止す
るための工法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、逸水層の微細な割れ目や大きな亀
裂等を充填・閉塞させる方法として、逸水防止用材料
（クルミの殻、綿実、パーライト等）の添加、セメント
フラッシュ、セメントスクイズ、粘土鉱物の膨潤、高分
子ポリマーの発泡等が知られている。

【０００３】このうち、セメント系については、必要に
応じて高温対策や低比重化対策としての混合材が添加さ
れている場合がある。また、ベースとなるセメントにつ
いては各種添加剤（遅硬剤等）との適用性を高めること
のほかに、硬化後の化学抵抗性（耐硫酸塩性）を向上さ
せるために、セメントの化学組成を調製する方法等が行
われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の方法
は、逸水防止材を逸水層の亀裂へ浸透させその部分を充
填・閉塞させるものではなく、ボーリング用泥水の逸水
を確実に防止することができない。

【０００５】また、従来、セメント自体には、逸水を防
止するための方策は殆ど講じられていない。

【０００６】従って、本発明の目的は、セメント自体に
逸水防止機能を付与させ、該セメントのスラリーを逸水
層の亀裂に浸透・充填させ、固化させることにより、上
記亀裂を閉塞させて逸水を確実に防止できると共に、逸
水層地層を強固にして掘削作業を円滑に行えるようにす
ることができる逸水防止工法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、鋭意研究
した結果、特定のセメンチング材料を添加したセメント
スラリーを逸水層に注入することにより、上記目的が達
成されることを知見した。

【０００８】本発明は、上記知見に基づきなされたもの
で、セメント及び低活性シリカ質粉体からなり、粉末度
がブレーン値５０００〜１３０００cm²／ｇ、低活性シ
リカ質粉体の含有量が内割重量基準で１０〜６０重量％
であるセメント組成物に、遅硬剤及び水を添加したセメ
ントスラリーを逸水層に注入し、上記セメントスラリー
を上記逸水層に浸透・充填させた後、上記セメントスラ
リーを固化させ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。

【０００９】以下に本発明の逸水防止工法について詳述
する。

【００１０】先ず、本発明で用いられるセメント組成物
について説明する。上記セメント組成物を構成するセメ
ントとしては、クリンカーに適量（約０．５〜３．５重
量％）のせっこうを加えて粉砕したものが用いられる。
上記クリンカーとしては、普通、中庸熱、早強、耐硫酸
塩型等、一般構造用セメントの製造に使用されているク
リンカーのほか、アメリカ石油協会（ＡＰＩ）規定のク
ラスＧセメントやクラスＨセメント用のクリンカーが使
用できる。このうち、特に好ましいものは、低Ｃ₃Ａ型
の中庸熱、耐硫酸塩型及びＡＰＩ規定の油井セメント用
クリンカーである。

【００１１】また、上記セメント組成物を構成する低活
性シリカ質粉体としては、硬珪石、珪石、高炉スラグ、
シリカフューム等の低活性シリカ質物質の粉体が挙げら
れる。

【００１２】上記セメントと上記低活性シリカ質粉体か
らなるセメント組成物は、その粉末度がブレーン値（ブ
レーン比表面積）５０００〜１３０００cm²／ｇ、好ま
しくは６０００〜１００００cm²／ｇ、組成物中の低活
性シリカ質粉体の含有量が内割重量基準で１０〜６０重
量％、好ましくは２５〜５０重量％である。上記の必須
要件（ブレーン値及び低活性シリカ質粉体の含有量）を
逸脱すると、セメントスラリーの逸水層への浸透・充填
・閉塞機能の低下、高温度下での流動性の低下、あるい
は固化特性が劣る等の問題が生じ好ましくない。

【００１３】また、上記セメント組成物に添加する遅硬
剤としては、大別して、界面活性作用を持たない遅硬剤
及び遅延型界面活性剤がある。

【００１４】上記の界面活性作用を持たない遅硬剤とし
ては、硼素化合物（硼酸、硼酸ナトリウム、硼酸カリウ
ム等）、燐化合物（燐酸ナトリウム、燐酸水素ナトリウ
ム等）、珪弗化物（珪弗化ナトリウム、珪弗化カリウム
等）、糖類及びその誘導体等が挙げられ、特に硼素化合
物が好ましい。この界面活性作用を持たない遅硬剤を添
加した場合は、セメント組成物の部分的な凝集効果によ
って、幅の広い亀裂層の充填・閉塞に効果的である。

【００１５】また、上記遅延型界面活性剤としては、リ
グニンスルフォン酸誘導体が挙げられる。この遅延型界
面活性剤を添加した場合は、セメント組成物の微粉末を
ほぼ一次粒子に分散・解こうさせることによって、浸透
性地層のように微細な割れ目を有する逸水層の浸透・充
填・閉塞に効果を発揮する。

【００１６】特に、坑底温度が高く、十分なシックニン
グタイム（施工条件下でポンプ圧送可能な時間）を確保
する必要がある場合は、上記遅延型界面活性剤と上記の
界面活性作用を持たない遅硬剤との併用が望ましい。併
用する場合の両者の使用割合は、遅延型界面活性剤：界
面活性作用を持たない遅硬剤＝０．１〜１０：１（重量
比）が好ましい。

【００１７】これらの遅硬剤の添加量は、特に坑井温度
によって異なるが、通常、セメント組成物に対して重量
基準で０．０５〜５．０％の範囲である。

【００１８】また、上記セメント組成物には、上記遅硬
剤のほかに、さらに、逸水防止機能を高めるために、水
溶性高分子を添加することができる。かかる水溶性高分
子としては、水溶性セルロースエーテル、例えばメチル
セルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシ
プロピルセルロース、カルボキシメチルセルロース等が
挙げられる。これらの水溶性高分子は架橋剤と併用する
と、逸水防止機能がさらに向上する。細かい粒子からな
るセメント組成物は水溶性高分子の添加、好ましくは架
橋剤との併用により、シキソトロピック性の高いネット
ワーク組織を形成するため、特に大量逸水が起こった場
合に有効に機能することができる。水溶性高分子は、一
般にセメントの凝結・硬化を遅らせる作用があるため、
坑井温度が比較的低い場合には上記遅硬剤として使用す
ることも可能である。これらの水溶性高分子の添加量
は、セメント組成物に対して重量基準で０．２〜５％が
好ましい。０．２重量％以下ではシキソトロピック性の
向上効果が小さく、５重量％を超えるとセメントスラリ
ーの粘度が高くなり過ぎ、ポンプ圧送が困難になる。

【００１９】さらに、上記セメント組成物には、速硬
剤、分散剤及び脱水減少剤を添加することができ、ま
た、このほかに逸水防止機能を損なわない範囲で膨張
材、合成樹脂、合成樹脂組成物、低比重化材、高比重化
材等も添加することが可能であり、これらの具体例及び
添加量（セメント組成物に対する重量基準）をまとめて
下記表１に示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】而して、本発明を実施するに際しては、先
ず、上記セメント組成物に、上記遅硬剤及び水、さらに
必要に応じて上記任意成分を添加してセメントスラリー
を調整する。セメントスラリーは、その粘度が５〜４５
Ｂｃとなるように調整することが好ましい。

【００２２】次に、上記セメントスラリーを、鉄管を通
して逸水層に注入し、その空隙あるいは亀裂等に浸透・
充填させた後、セメントの水和反応により固化させる。
上記セメントスラリーの注入量は、逸水層の構造等によ
り異なり一概には言えないが、概ね２〜２０キロリット
ル／回である。尚、逸水層の構造は極めて複雑であるた
め、実際のセメンチングにおいてセメント粒子を分散さ
せることと、逆に凝集組織を形成させることの作業を繰
り返し行うことがより効果的である。

【００２３】

【作用】本発明の逸水防止工法によれば、逸水層に注入
されたセメントスラリーは、逸水層の亀裂に浸透・充填
し、セメントの水和反応により固化して、該亀裂を閉塞
すると共に逸水層を強固にする。そのため、ボーリング
用泥水の逸水が防止され、また掘削作業が円滑に行える
ようになる。

【００２４】

【実施例】次に、実施例を挙げて本発明をさらに詳しく
説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定され
るものではない。

【００２５】実施例１〜３及び比較例１〜４油井セメント用クリンカー（ＡＰＩクラスＧセメン
ト、ＨＳＲ型用）、２水せっこう及び硬珪石を竪型ロー
ラミルで粉砕しセメント組成物を調製した。これらのセ
メント組成物に遅硬剤（硼酸塩類）及び水を添加してセ
メントスラリーを調整し、１００℃における逸水抵抗性
及びシックニングタイムを測定した。セメントスラリー
は、その粘度が１１Ｂｃ（ＡＰＩ規定の大気圧コンシス
トメータによる）になるように水を加えて、練り混ぜを
行った。逸水抵抗性及びシックニングタイムは、次のよ
うにして測定した。ＡＰＩ規定の高温・高圧シックニン
グタイムテスターを使用し、セメントスラリーを４０分
間で１００℃まで昇温させ、その後は１００℃一定に保
持した。逸水抵抗性は、１００℃まで上昇させたのちス
ラリーの攪拌を１５分間停止させ、その後の攪拌再開前
後のセメントスラリーの粘度上昇値を測定した。シック
ニングタイムは、セメントスラリーの昇温開始から１０
０℃条件下で連続攪拌した場合にそのセメントスラリー
粘度が１００Ｂｃになるまでの経過時間である。測定結
果を下記表２に示す。

【００２６】

【表２】

【００２７】上記表２からわかるように、セメント組成
物のブレーン値は５０００cm²／ｇ以上、好ましくは５
０００cm²／ｇ〜１３０００cm²／ｇであることが逸水
抵抗性を確保するために望ましい。さらに、低活性シリ
カ質物質（硬珪石）の適正量の添加は、逸水防止機能の
面でも有用であることがわかる。また、１００℃のよう
に高温になると、施工時間（シックニングタイム）及び
逸水抵抗性を確保するためには遅硬剤の添加が不可欠と
なる。

【００２８】実施例４及び比較例５〜６実施例１、比較例２及び比較例３のセメントスラリーを
１７７℃、２１０ｋｇｆ／cm²条件下で７日間養生を行
い、硬化体を作成し、これらの硬化体の圧縮強度を測定
した。供試体寸法は、２インチ立方とし、養生はＡＰＩ
規定の高温・高圧キュアリングチャンバー内で行った。
測定結果を下記表３に示す。

【００２９】

【表３】

【００３０】上記表３からわかるように、本発明におけ
るセメントスラリーは、高温条件下において十分な強度
を発現するが、低活性シリカ質物質が少ない場合及び多
すぎる場合においては強度発現が劣る。また、低活性シ
リカ質物質が少ない場合及び多すぎる場合は、さらに高
温度（２００℃以上）になると養生時間の経過とともに
強度が低下する“脆化現象”が起こった。

【００３１】実施例５〜８実施例１のセメントスラリーにおいて、硼酸塩類０．５
重量％の代わりに、下記表４に示す量の硼酸塩類とリグ
ニンスルフォン酸誘導体とを併用添加した場合について
シックニングタイムを測定した。測定結果を下記表４に
示す。

【００３２】

【表４】

【００３３】上記表４からわかるように、坑井温度が高
くなった場合、硼酸塩類とリグニンスルフォン酸誘導体
を併用することにより、シックニングタイムが調整で
き、逸水層にセメント組成物を浸透・充填させるに必要
な時間を十分確保できる。

【００３４】実施例９〜１０実施例３のセメントスラリーにおいて、その調整時に水
溶性高分子（商品名：ＴＧ−１、（株）テルナイト製）
及び架橋剤（商品名：ＴＧ−２、（株）テルナイト製）
を添加し、さらに１１Ｂｃになるように水量を調整（水
／セメント組成物重量比０．８９）した場合について逸
水抵抗性及びシックニングタイムを測定した。逸水抵抗
性及びシックニングタイムは、実施例３に記載した条件
下で測定した。また、これらのセメントスラリーを１７
７℃で７日間養生を行い、硬化体を作成し、これらの硬
化体の圧縮強度を実施例４の場合と同様にして測定し
た。水溶性高分子の添加効果を理解しやすくするため、
これを加えない場合の結果（実施例３）を含めて、測定
結果を下記表５に示す。

【００３５】

【表５】

【００３６】上記表５からわかるように、水溶性高分子
及び好ましくは架橋剤を添加することにより、所要水量
が増加するにも拘わらず、逸水抵抗性が向上する。ま
た、水溶性高分子はセメントの凝結を遅らせる作用があ
ってシックニングタイムは長くなるものの、高温度下で
十分な強度を発現させる。

【００３７】実施例１１〜１２及び比較例７本発明の工法による微細亀裂への浸透性を評価するため
に、実施例１、実施例６及び比較例１のセメントスラリ
ー（各１リットル）をそれぞれ３０分間で８０℃まで昇
温し、平均間隙径１２５μｍのガラスフィルター（径５
cm）面に１ｋｇｆ／cm²条件下で圧送し、その浸透状況
を観察した。観察結果を下記表６に示す。

【００３８】

【表６】

【００３９】上記表６からわかるように、硼酸塩類単独
または硼酸塩類及びリグニンスルフォン酸誘導体の両者
を添加したセメントスラリー（実施例１１及び実施例１
２）は、微細な亀裂に良く浸透していることが確認され
る。セメント組成物の粉末度が粗い場合（比較例７）に
は、セメントスラリー中の水のみが浸透し、地層へセメ
ントが浸透しないで坑井内に残るため、亀裂の閉塞が果
たせない。

【００４０】

【発明の効果】本発明の逸水防止工法によれば、セメン
ト自体に逸水防止機能を付与させ、該セメントのスラリ
ーを逸水層の亀裂に浸透・充填させ、固化させることに
より、上記亀裂を閉塞させて逸水を確実に防止できると
共に、逸水層地層を強固にして掘削作業を円滑に行える
ようにすることができる。即ち、本発明の逸水防止工法
は、次のような効果を有する。

【００４１】（１）油井、地熱井及び一般土木等の坑井
の掘削時に、大きい亀裂の多い地層から微細な空隙の多
い砂層までの広範囲の逸水層に遭遇しても、該逸水層に
注入されたセメントスラリーが、逸水層の亀裂に浸透・
充填し、セメントの水和反応により固化して、該亀裂を
閉塞するため、ボーリング用泥水の逸水を確実に防止で
きる。

【００４２】（２）油井や地熱井において深度が深くな
ると坑底温度が上昇し、その温度は２００℃を超える場
合もあるが、このような高温条件下の場合でも、逸水層
に注入されたセメントスラリーは、十分な流動性を有
し、逸水層の亀裂に浸透・充填し、固化するため、逸水
を確実に防止できる。

【００４３】（３）逸水層にセメントスラリーが浸透し
セメントの水和反応により固化した地層は、再度ビット
で掘削する場合に破壊されることなく、また逸水も起こ
りにくくなり、その後の掘削作業が円滑となる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡林茂生山口県宇部市西本町１丁目12番32号宇部興産株式会社宇部本社内 (72)発明者小西和夫山口県宇部市西本町１丁目12番32号宇部興産株式会社宇部本社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セメント及び低活性シリカ質粉体からな
り、粉末度がブレーン値５０００〜１３０００cm²／
ｇ、低活性シリカ質粉体の含有量が内割重量基準で１０
〜６０重量％であるセメント組成物に、遅硬剤及び水を
添加したセメントスラリーを逸水層に注入し、上記セメ
ントスラリーを上記逸水層に浸透・充填させた後、上記
セメントスラリーを固化させることを特徴とする逸水防
止工法。
【請求項２】遅硬剤として、硼素化合物またはリグニ
ンスルフォン酸誘導体を単独使用または両者を併用する
請求項１記載の逸水防止工法。
【請求項３】セメント組成物に、更に分散剤、脱水減
少剤、速硬剤及び水溶性高分子からなる群から選ばれる
１種以上を添加する請求項１記載の逸水防止工法。
【請求項４】水溶性高分子に架橋剤を添加する請求項
３記載の逸水防止工法。