JPS6290495A - Ａｅ／ｍａ法を利用した坑井掘削方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は地熱井等の坑井掘削方法であり、さらに詳しく
はＡＥ／ＭＡ法を利用した坑井掘削方法である。

〔従来の技術〕

周知の如く地熱井１石油井、天然ガス井又は温泉井等を
掘削する場合、ビットを回転して掘進するが、その際坑
底やビット附近から掘屑をたえず除去し、これを地上ま
で搬送して坑井内を清浄にすると共に、ビット、ドリル
カラー。

ドリルストリンゲスを冷却し、かつ、ビットの回転を円
滑ならしめること並びに坑壁に薄く強靭な不浸透性の膜
を形成せしめるため泥水が使用されている。

また、一般に泥水を使用して坑井を掘削する場合、ロー
タリーマシンで掘管、ドリルカラーを介して先端のビッ
トを回転し、泥水は掘管内を通してビット先端に供給し
、さらにビット先端から外部へ流出し、掘管の外側を通
して地上へ回収するようになっており、回収された泥水
は泥水中の掘り屑を分離除去し、適宜調整剤を加えた後
循環して使用している。

しかし、泥水を使用して掘削する場合、掘削時に使用し
ている泥水が喪失する現象、所謂逸泥の発生することが
多々ある。

一般に逸泥が発生する原因としては、粗粒状の浸透性地
層又は先夜亀裂に遭遇した場合のほか、泥水柱による静
水圧力、循環のためのポンプ圧又は篩管によって生ずる
サージプレッシャ等の人為的圧力によっても発生するこ
とが知られている。

このように掘削時に逸泥が発生すると、必要以上に大量
の泥水を供給しなげればならず、そのため掘削に莫大な
費用を必要とするという弊害がある。

従来、掘削時に逸泥を生じた場合、坑井内に温度計を降
下し、泥水温度と地層温度とを測定し、その温度変化か
ら逸泥位置を検知する方法或いは小型スピンナー装置を
坑井内に降下し、スピンナーの回転速度差から逸泥位置
を検知する方法等が知られている。

〔本発明が解決しようとする問題点〕

従来における坑井掘削時における逸泥位置の検知は、何
れも逸泥が発生した後に採りうる措置であり、従って現
実に可成りの泥水を喪失してしまうという欠点がある。

本発明者等は坑井掘削時における逸泥を予知する方法に
つき研究の結果、坑井掘削時にＡ　Ｅ　７Ｍ　Ａを利用
して掘削することによって逸泥の生ずる以前にこれを予
知して掘削する方法を提供することにある。

Ｃ問題点を解決するための手段〕 本発明は地熱井１石油井、天然ガス井等の坑井を掘削す
るに当り、ＡＥ／ＭＡ法を利用して逸泥直前に生ずるＡ
Ｅ／ＭＡを探知して逸泥を未然に防止して掘削し、他方
地下亀裂に遭遇して逸泥した場合、該地下亀裂から生ず
るＡＥ／ＭＡを探知して地下亀裂を判定するように構成
されているＡＥ／ＭＡ法を利用した坑井掘削方法である
。

〔作用、効果〕

本発明は以上の如き構成のものからなり、蕊ＫＡＥ／Ｍ
Ａ（アコースティックエミッション／微小地震、以下Ａ
Ｅという）法とは、物質が変形又は破壊する直前に発生
する音声帯域の周波数からなる弾性波（ＡＥ）を検知す
るものである。

ＡＥ法は、金属材料の分野又はプラント構造物、圧力容
器等の非破壊試験等に用いられており、近年になって岩
石の破壊に伴なうＡＥが計測され、室内試験ではＡＥエ
ネルギーの急増点から巨視亀裂発生開始点を推定する方
法が提案されている（日本鉱業会誌第１００巻、第１１
５１号、１９８１年１月発行）。

また、野外におけるＡＥ計測の例としては、地熱発電に
利用している地熱井の水圧破砕における圧力の上昇と、
ＡＥ全発生の関係についての報告がある（日本鉱業会誌
第９８巻、第１１２９号、１９８２年３月発行）。

地殻内におけるＡＥの検出は、前記報告のほか各種の報
告が発表されており、その概要は地下にＡＥゾンデを埋
設し、ＡＥゾンデで検知したＡＥをメインアンプで増巾
し、この波形をデーターレコーダーに記録し、さらにこ
°の波形をＡ−Ｄ変換してコンピューターに入力し、コ
ンピューター内でＰ波とＳ波の時間差よりＡＥゾンデと
ＡＥ発生源までの距離を決定できる。前記ＡＥゾンデに
は三軸ＡＥゾンデと単軸ＡＥゾンデとがあるが、単一の
観測井で検知できるという点からは三軸ＡＥゾンデが望
ましい。

また、前記検知したＡＥ波形の振巾の大小又はリングダ
ウンカウントからＡＢエネルギーを算出できる。

他方、前述した通り泥水を用いて坑井を掘削するとき、
地下亀裂に遭遇した場合又は、坑壁に泥水柱による静水
圧力、循環のためポンプ圧及び篩管によって生ずるサー
ジプレッシャ等の人為的圧力がか＼つた場合坑壁に亀裂
を生じ、これが掘削作業時に徐々に拡大し、終には逸泥
を生ずる。

本発明者等は掘削時のＡＥ計測をすることにより逸泥の
直前からＡＥが発生することを確認できた。即ち、この
逸泥に至らしめるような亀裂が生ずる直前に発生するＡ
Ｅを探知することによって、坑井の如何なる深度で逸泥
を生ずるかを予じめ探知することができることを新規に
知見した。

従来は掘削時の逸泥は現実に逸泥が生じた場合に、逸泥
位置を探知できるに過ぎなかったが、本発明はＡＥ法を
利用することによって迅速。

かつ正確な逸泥位置を予じめ探知でき、従って掘削作業
の除虫ずる逸泥に伴なう莫大な泥水使用量を防止すると
共に、逸泥対策に費やす時間を大巾に削減することがで
きる。

以上の如く掘削時の逸泥位置を探知した後、必要に応じ
て直ちに逸泥防止策を溝すればよい。

例えば、掘削時に注入する泥水圧力を直ちに許容範囲内
に低下するか又は泥水の注入を一時停止するか或いはゴ
ム若しくは繊維物質等の逸泥防止剤を泥水と共に供給し
て坑壁の破壊による逸泥を阻止することができる。また
、この場合使用する泥水の比重を適宜低下して泥水柱圧
を低下することも有効であり、このように逸泥防止後引
続き掘進すれば、何等逸泥することなく掘進を続行する
ことができる。

他方、坑井を掘削し、目的深度付近で地下亀裂に遭遇し
て逸泥した場合には、該逸泥を利用して逸泥層を判定す
ることができる。

蕊に逸泥層とは、坑井を掘削し、地下亀裂に遭遇して泥
水の全量が逸泥したときの地下亀裂であって、この場合
であっても逸泥層に達する以前に、即ち逸泥の生ずる直
前に前記と同様ＡＥが発生し始め、逸泥時に累積リング
ダウンカウントが急増するのが認められる。

また、前記逸泥層（地下亀裂）は地質調査又は物理探査
等によっても確認できるが、本発明は逸泥によって直接
的に探知することができる。

而して、坑井掘削によって逸泥層に達した場合、ＡＥ発
生源の位置標定をすることによって該逸泥層の幾何学的
形状が簡単に把握できる。

前記のように逸泥層、即ち地下亀裂の形状の把握は該地
下亀裂が、天然ガス又は地熱蒸気等の貯留層として利用
できるか否かを判断することができ、またその地下亀裂
力；例えば地熱井における還元する際の所謂還元ゾーン
との係わり合いの有無をも確認することができるため、
さらに掘進を続行すべきか否か等坑井の掘削に有力な指
針を与えることができる。

また、本発明はたんに地熱井の掘削のみならず、石油井
、天然ガス井又は温泉井等の各種坑井につい・でも１．
有効に適用することができる。

以上の如く、本発明は坑井を掘削する場合にＡＥ法を利
用することによって逸泥を未然に防止することができる
と共に、逸泥を生じた逸泥層の幾何学的形状を適確に把
握することによって坑井の掘進を続行するか否かの指針
を力えることができ、従って坑井掘削の能率化を図るこ
とができる。

〔実施例〕

以下本発明の具体的構成を実験例によって説明する。

実験例１ 坑井を掘削し、１ｏｏｏｍ　（垂直深度９７６ｍ）のケ
ーシングをセットし、該坑井の近傍にＡＥゾンデを設置
した観測井（深度３０〜５０ｍ）を設置し、掘削中に坑
井周辺で発生するＡＥ波を観測し、第１図の如き結果を
得た。尚、第１図中の棒グラフ（以下第２図及び第３図
も同様）は、１分毎のＡＥクリングウンカウントであり
、また該棒グラフを結ぶ折線グラフはその累積値を表わ
したものである。

また、逸泥の判定は泥水ピットレベルメーターによる貯
泥量の変化及びフローセンサーから検出される泥水流量
の変化によって行った。

第１図から明らかなように、１７時１３分（坑井掘削深
度１３０１１１Ｌ７０儒）掘削中に約１０Ｋｌ／時の中
規模の逸泥が発生した。

他方、ＡＥは逸泥に先立つ１６時１０分から１６時３０
分頃にかげて活性化しており、この時点において逸泥を
ひき起すような亀裂の発生のあることが認められる。ま
た逸泥後ＡＥの累積値（第１図中の折線）も徐々に増加
している。

従って、この場合泥水柱圧を軽減又は泥水注入ポンプ圧
等を調整し或いは逸泥防止剤をその地点に投入すること
によって逸泥を防止することができる。

実施例２ 深度１３０（Ｉｔ付近の地下亀裂を目標として坑井を掘
削し、ケーシングセラ）　（１０００ｍ）後、前記地下
亀裂を探知する目的で、前記実験例１と同様ＡＥゾンデ
を設置した観測井でＡＥを観測し、第２図の如き結果を
得た。

第２図から明らかなように、１７時１３分頃（坑井掘削
深度１３３０ｍ３０ｃｍ、〜１３３０ｍ８０ｃＩｒＬ）
でピット荷重が１０ｔから３〜５ｔに下るドリリングブ
レークを伴う全量逸泥が発生した。

他方、ＡＥは逸泥に先立つ１６時２０分頃から活性化し
ており、全量逸泥時にはＡＥが急増（第２図中の折線）
しており、その後ビットレベル貯泥量低下に伴ってＡＥ
が散発的に発生している。尚、第２図中ピットレベルメ
ーターによる貯泥量が逸泥後増加している部分は、泥水
の補給による貯泥量の増加を示している。

即ち、第２図のＡＥ発生状況から地下での亀裂発達状況
を推一定すれば、　　１３３０７ｍ３０ｃｍ〜１３３０
ｍ８０ｃｍに逸泥をもたらす主亀裂が存在するが、その
周辺にも破壊し易い微視亀裂卓越帯が存在しており、こ
＼まで掘削した時点で泥水柱圧等により破壊が始まりＡ
Ｅが発生する。そゞ　　して地層の最も弱い部分に到達
した時点で主亀裂を通して泥水が移動し始め、同時に泥
水の流体圧で亀裂を進展させＡＥエネルギーが急増する
ものと考えられる。

従って、この場合、泥水柱圧を軽減又は泥水注入ポンプ
圧等を調整し或いは逸泥防止剤をその地点に投入するこ
とによって逸泥を防止することができる。

実験例３ 深度ｉａｏｏｍ付近の地下亀裂を目標として地熱井を掘
削した場合のＡＥ発生と逸泥の状況を第３図に示した。

この場合、１３時２０分頃に縫上げをしつ＼掘削を続行
した処、１３時３０分頃泥水の全量が逸泥した。

他方、ＡＥは１３時１０分頃から活性化し始め、縫上げ
によってさらに活性化し、逸泥と同時にＡＥが急増（第
３図中の折線）しているのが認められる。この場合、逸
泥は地質調査又は物理探査等による地下亀裂と一致して
いるのが確認された。

第４図及び第５図は、前記地下亀裂と遭遇して逸泥した
場合のホトグラム法によるＡＢ発生点の位置の分布を示
したものであるが、第４図及び第５図から明らかなよう
に、遭遇した地下亀裂（逸泥層）は、海抜−５８０ｍか
ら−１８０７１１１まで南々束方向の」二方に１分間で
約５００ｍ亀裂が進展しているのが認められ、地熱貯留
層として充分な規模を有しているものと判断された。

また、この周辺での生産ゾーンは、海抜−２００ｍ以深
であり、熱水を還元するための還元ゾーンの下限である
海抜Ｏｍより深く、従って該地下亀裂は還元熱水と直接
像わるおそれがないことが認められた。

【図面の簡単な説明】

第１図は坑井掘削時の中規模逸泥における時刻とＡＥ　
リングダウンカウントとの関係図、第２図は坑井掘削時
の全量逸泥における時刻とＡＥプリングウンカウントと
の関係図、第３図は坑井掘削時の逸泥層に遭遇したとき
の時刻とＡＥプリングウンカウントとの関係図、第４図
はホトグラム法によるＡＥ発生点の平面分布図、第５図
は第４図中■−ｖ線断面図のＡＥ発生点の垂直分布図で
ある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 地熱井、石油井、天然ガス井等の坑井を掘削するに当り
   、ＡＥ／ＭＡ法を利用して逸泥直前に生ずるＡＥ／ＭＡ
   を探知して逸泥を未然に防止して掘削し、他方地下亀裂
   に遭遇して逸泥した場合、該地下亀裂から生ずるＡＥ／
   ＭＡを探知して地下亀裂を判定することを特徴とするＡ
   Ｅ／ＭＡ法を利用した坑井掘削方法。