WO2020245882A1 - セメントスラリーの供給方法とそれを用いた坑の掘削方法及びセメンチング方法 - Google Patents

セメントスラリーの供給方法とそれを用いた坑の掘削方法及びセメンチング方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2020245882A1
WO2020245882A1 PCT/JP2019/022012 JP2019022012W WO2020245882A1 WO 2020245882 A1 WO2020245882 A1 WO 2020245882A1 JP 2019022012 W JP2019022012 W JP 2019022012W WO 2020245882 A1 WO2020245882 A1 WO 2020245882A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cement slurry
capsule
mine
supplying
cementing
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/022012
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
吉岡　正人
Original Assignee
関東天然瓦斯開発株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 関東天然瓦斯開発株式会社 filed Critical 関東天然瓦斯開発株式会社
Priority to JP2021524515A priority Critical patent/JPWO2020245882A5/ja
Priority to PCT/JP2019/022012 priority patent/WO2020245882A1/ja
Priority to US17/616,017 priority patent/US20220316287A1/en
Publication of WO2020245882A1 publication Critical patent/WO2020245882A1/ja

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B33/00—Sealing or packing boreholes or wells
    • E21B33/10—Sealing or packing boreholes or wells in the borehole
    • E21B33/13—Methods or devices for cementing, for plugging holes, crevices or the like
    • E21B33/14—Methods or devices for cementing, for plugging holes, crevices or the like for cementing casings into boreholes
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B21/00—Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor
    • E21B21/003—Means for stopping loss of drilling fluid
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B21/00—Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor
    • E21B21/06—Arrangements for treating drilling fluids outside the borehole

Definitions

  • the present invention relates to a method for supplying cement slurry, a method for excavating a pit and a method for cementing using the same, and particularly a method for preventing water leakage during excavation of a pit.
  • Muddy water is used for drilling vertical shafts such as oil, natural gas, geothermal power, hot spring wells and hot water pipes. Muddy water is created by mixing clay such as bentonite with water, and is sent to the shaft for the purpose of transporting digging debris to the ground and protecting the pit wall. Therefore, when muddy water is lost from the shaft, it causes the digging debris to stay in the pit and the pit wall to collapse, resulting in an increase in excavation cost.
  • the phenomenon in which mud flows out of a shaft from a specific part of the shaft wall, such as cavities and cracks in the stratum and permeable layers (hereinafter referred to as permeable layers), is generally called effluent or effluent.
  • a method of preventing water leakage As a method of preventing water leakage, a method of supplying water leakage prevention agents such as cotton, shavings, and walnut shells to muddy water, and a method of inflowing cement slurry into the water leakage layer and solidifying the cement slurry in the water leakage layer are known.
  • a curing accelerator that accelerates the curing of a grout material, such as an aqueous solution of sodium silicate, is added to the cement-based grout material.
  • An object of the present invention is to provide a method for supplying a cement slurry that can prevent contact between the cement slurry and a curing accelerator inside the cementing tool by a simple method.
  • capsules filled with a hardening accelerator for the cement slurry are added to the cement slurry, and the cement slurry to which the capsules are added is supplied into the mine through a cementing tool installed in the mine. It has that.
  • the capsule dissolves or disintegrates after a predetermined time, which is longer than the outflow time from the addition to the cement slurry to the outflow of the cementing tool.
  • the curing accelerator While the cement slurry is being transported inside the cementing tool, the curing accelerator is isolated from the surrounding cement slurry by capsules. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a method for supplying a cement slurry that can prevent contact between the cement slurry and the curing accelerator inside the cementing tool by a simple method.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a land drilling rig 1 according to an embodiment of the present invention.
  • a pedestal called a subsystem 2 is provided on the ground surface G, and a turret 3 (also referred to as a derrick) is formed on the gantry.
  • a tubular casing pipe 4 is constructed in the ground below the subsystem 2, and a drill 5 (also called a drill string) for excavating a stratum is suspended by a wire 6 inside the tubular casing pipe 4.
  • the wire 6 is drawn out from the draw work 7 installed on the upper surface of the subsystem 2, and the drill 5 can be raised and lowered via the pulley 8 provided on the top of the turret 3.
  • a muddy water pump 9 for circulating muddy water is provided on the ground surface G or the upper surface of the subsystem 2.
  • a muddy water tank 12 for storing muddy water is provided on the ground surface G. The muddy water tank 12 is connected to the muddy water pump 9 by a pipe 13, and the muddy water pump 9 is connected to the drill 5 by a pipe 10.
  • the drill 5 has a bit 51 for excavating a stratum, a drill collar 52 for applying a load to the bit 51, and a drill pipe 53 connected to the drill collar 52.
  • the drill pipe 53 and the drill collar 52 and the bit 51 connected to the drill pipe 53 can be rotated around the central axis by a rotation drive mechanism (not shown) provided above the drill pipe 53.
  • the drill collar 52 and the drill pipe 53 are made of steel pipes and are provided with an internal flow path through which muddy water passes.
  • the muddy water supplied from the muddy water pump 9 passes through the pipe 10, the drill pipe 53, and the drill collar 52, and is ejected from the nozzle provided at the bit 51 at the tip of the drill 5 toward the bottom of the pit.
  • the muddy water takes in the excavated debris generated when excavating the stratum with the bit 51, is collected while ascending the annular portion 22 between the drill 5 and the well wall 21, and returns to the muddy water tank 12 through the pipe 11 on the ground.
  • a device (not shown) for removing digging debris contained in muddy water is provided on the pipe 11, and the muddy water pump 9 can recirculate the muddy water from which the digging debris has been removed.
  • the onshore drilling rig 1 is equipped with a cement slurry supply facility 14 for measures against water leakage, which will be described later.
  • the cement slurry supply facility 14 is connected to the cement slurry tank 15 for storing the cement slurry, the cement slurry tank 15 via the pipe 16, the slurry pump 17 for pumping the cement slurry into the mine, and the slurry pump 17.
  • a pipe 18 that joins the pipe 10 is provided.
  • the cement slurry supply facility 14 includes a capsule tank 19 for storing capsules filled with a cement slurry curing accelerator, and a capsule supply pipe 20 connected to the capsule tank 19 and merged with the pipe 18. There is. Therefore, the capsule is added to the cement slurry downstream of the slurry pump.
  • a valve 24 is provided between the muddy water pump 9 of the pipe 10 and the confluence of the pipe 18, and a valve 25 is provided in the pipe 18. The valve 24 is open and the valve 25 is closed during the excavation of the shaft.
  • a valve 26 is provided between the slurry pump 17 of the pipe 18 and the confluence of the capsule supply pipe 20, and a valve 27 is provided in the capsule supply pipe 20. The valves 26 and 27 are closed during excavation of the shaft.
  • Casing pipe 4 is used to protect the mine wall 21.
  • the outer casing pipe 4a and the inner casing pipe 4b are provided.
  • a shaft having a diameter larger than that of the outer casing pipe 4a is excavated, and the outer casing pipe 4a is provided inside the shaft.
  • the annular portion 22a between the outer casing pipe 4a and the pit wall 21 is filled with cement 23a.
  • This work is a process of filling the annular portion 22a with a cement slurry (also referred to as cement milk) which is a mixture of cement and water and solidifying the cement slurry.
  • the drill 5 is suspended inside the outer casing pipe 4a, a shaft having a diameter larger than that of the inner casing pipe 4b is excavated, and the inner casing pipe 4b is provided inside the shaft.
  • the annular portion 22b between the inner casing pipe 4b and the well wall 21 and the outer casing pipe 4a is filled with cement 23b. Further, the bit 51 is replaced and the lower part of the inner casing pipe 4b is excavated.
  • the muddy water has a function of taking in digging debris generated during excavation and transporting it to the ground, a function of adjusting the pressure inside the shaft, a function of protecting the shaft wall and preventing the collapse of the stratum, a function of cooling the bit 51, and the like. ..
  • the muddy water is a liquid in which clay such as bentonite is mixed with water and suspended, but the muddy water is not limited to this, and generally used muddy water can be widely used.
  • FIG. 2A shows a cross-sectional view of the shaft 203 in which the diversion layer 202 communicating with the shaft wall 21 exists.
  • the inside of the shaft 203 is filled with muddy water 204, and the shaft 203 is in contact with the surrounding ground 205.
  • muddy water 204 When mud is generated, part or all of the muddy water supplied to the shaft 203 cannot be recovered. Therefore, it is possible to detect the occurrence of escape water from the pit wall 21 based on the supply flow rate and the recovery flow rate of muddy water.
  • the occurrence of runoff can be estimated when the recovery flow rate of muddy water is smaller than the recovery flow rate expected from the supply flow rate. Further, since the position of the bit 51 of the drill 5 when the recovery flow rate of muddy water is smaller than the recovery flow rate expected from the supply flow rate is likely to correspond to the depth at which the runoff occurred, the runoff is the shaft. It is also possible to detect at which position of 203 it is highly likely that the water layer 202 is located at what depth from the ground.
  • the injection portion 54 for injecting cement slurry is attached to the tip of the drill pipe 53, and the drill 5 is suspended again as the cementing tool 105 and installed in the mine.
  • the outlet of the cement slurry of the injection section 54 is installed near the bottom of the pit when excavation is stopped.
  • the injection portion 54 preferably has an outer diameter similar to that of the drill pipe 53.
  • the injection portion 54 may be installed at a predetermined distance from the bottom of the pit. The injection unit 54 may be omitted.
  • the valve 24 of the pipe 10 is closed, the valves 25 and 26 of the pipe 18 are opened, the slurry pump 17 is started, and the cement slurry stored in the tank 15 is supplied to the pipe 10 via the pipes 16 and 18.
  • the valve 27 is closed during the operation of the slurry pump 17 in order to prevent the cement slurry from flowing back into the capsule supply pipe 20.
  • the slurry pump 17 is temporarily stopped, the valve 27 is opened, and the valve 26 is closed.
  • the capsule is supplied from the capsule supply pipe 20 to the pipe 18.
  • the capsule can be supplied to the pipe 18 by its own weight, for example.
  • a liquid such as cement slurry may be placed in the capsule tank 19 and the capsule may be supplied to the pipe 18 together with the liquid.
  • the valve 27 is closed, the valve 26 is opened, the slurry pump 17 is started, and the cement slurry is supplied to the pipe 18.
  • the capsule filled with the hardening accelerator of the cement slurry can be added to the cement slurry flowing through the pipe 18 via the pipe 20.
  • the cement slurry 206 to which the capsule C is added is supplied into the mine through a tubular cementing tool 105 installed in the mine.
  • the curing accelerator is a curing accelerator that accelerates the curing of the cement slurry.
  • the curing accelerator is preferably calcium chloride, sodium silicate (water glass) or a mixture thereof.
  • Calcium chloride is usually in the form of granules or powder, but may be an aqueous solution.
  • Soda silicate is a concentrated aqueous solution of sodium silicate and exists in the form of starch syrup.
  • Curing accelerators are chloride (NaCl, KCl), nitrite (Ca (NO 2 ) 2 , KNO 2 ), nitrate (Ca (NO 3 ) 2 , NaNO 3 , KNO 3 ), sulfate (CaSO 4 , Na).
  • the curing accelerator is not limited to these, and may be a liquid or a solid as long as it can be filled in a capsule.
  • the capsule C is obtained by covering the curing accelerator 31 which is the content with the coating material 32, and can be produced by a known method.
  • the configuration of the capsule C is not limited in any way, and for example, the coating material 32 may have a multiple configuration.
  • Capsule C more precisely, the coating material 32 of Capsule C is gradually melted or disintegrated after being added to the cement slurry, and when a predetermined time elapses, the hardening accelerator 31 filled therein is released into the cement slurry. ..
  • the predetermined time is set to be slightly longer than the time from when the capsule C is added to the cement slurry until the cementing tool 105 is discharged (hereinafter referred to as the outflow time).
  • the outflow time can be obtained by dividing the total volume of the flow path from the point where the capsule C is added to the cement slurry (the confluence point of the capsule supply pipe 20 with the pipe 18) to the injection portion 54 by the flow rate of the cement slurry. ..
  • the predetermined time and the outflow time differ depending on the position of the diversion layer. If the effluent layer is in a shallow position, the outflow time will be short, so the predetermined time may be short.
  • the supply flow rate of the cement slurry (flow rate of the slurry pump 17) is controlled according to the depth of the outlet or the diversion layer so that the capsule C dissolves or collapses after flowing out of the outlet of the injection unit 54. You may. That is, the flow rate of the slurry pump 17 may be reduced when the outlet or the drainage layer is shallow, and the flow rate of the slurry pump 17 may be increased when the outlet or the drainage layer is deep.
  • the effluent occurred near the position of the bit 51 when the recovery flow rate of muddy water was lower than the recovery flow rate expected from the supply flow rate. For example, it may have occurred in the water loss layer where water leakage measures were taken in the past. Therefore, if the water escape does not stop even if the water leakage countermeasure is taken near the position of the bit 51, the water discharge layer for which the water leakage prevention measure has been taken in the past can be targeted. In this case, the predetermined time can be adjusted so that the capsule C melts or collapses in the vicinity of the target water loss layer.
  • Capsule C is made of synthetic resin, natural polymer material, etc. Capsule C has melting properties depending on pressure, temperature or pH. That is, the predetermined time is set as at least one parameter of pressure, temperature, and pH. Since the inside of the mine is usually under high temperature and high pressure, it is preferable that the capsule C melts or disintegrates when a certain period of time elapses under a predetermined high temperature or high pressure. Alternatively, the capsule C may dissolve or disintegrate when a certain period of time elapses under a predetermined high temperature and high pressure. Since the capsule C gradually descends in the mine, the pressure and temperature change with time, but it is possible to grasp the time until melting by conducting tests and simulations that take into account fluctuations in pressure and temperature in advance. it can. Since the cement slurry is a strong alkali, capsule C that dissolves or disintegrates under a strong alkali for a certain period of time can also be used.
  • FIG. 4A shows a method of supplying a curing accelerator by using a spacer layer instead of the capsule C.
  • the cement slurry 61 is supplied by the cementing tool 105, then the spacer layer 62 made of water is supplied, and then the spacer layer 62 made of water is supplied.
  • the curing accelerator 63 is supplied.
  • the cement slurry 61 that has flowed into the water loss layer 202 first continues to move forward inside the water loss layer 202, and the curing accelerator 63 cannot catch up with the cement slurry 61 forever.
  • it is necessary to repeatedly inject the cement slurry 61, the spacer layer 62, and the curing accelerator 63 which is not desirable in terms of time and cost.
  • the curing accelerator comes into contact with the cement slurry as soon as the capsule C is dissolved to cure the cement slurry.
  • the black-painted capsule C schematically shows the unmelted capsule C
  • the white capsule C schematically shows the melted capsule C. Since the capsule C does not dissolve while moving inside the cementing tool 105, but dissolves after leaving the cementing tool 105, the water loss layer is closed in a short time and at low cost while preventing clogging of the cementing tool 105. The progress of water loss can be stopped.
  • the capsule C filled with the curing accelerator preferably has the same specific gravity as the cement slurry.
  • the capsule C in the cement slurry can be transported at the same speed as the cement slurry.
  • the capsule C can be uniformly dispersed in the cement slurry, even a large amount of cement slurry can be efficiently cured. If the specific gravity of the capsule C is significantly larger than the specific gravity of the cement slurry, it may flow out from the cementing tool 105 earlier than the assumed outflow time, and the capsule C may not be dissolved at the desired position.
  • the specific gravity of the capsule C filled with the curing accelerator is preferably 70% or more and 130% or less of the specific gravity of the cement slurry, and more preferably 90% or more and 110% or less of the specific gravity of the cement slurry.
  • the capsule C is added to the cement slurry downstream of the slurry pump 17 that pumps the cement slurry into the mine. This is to prevent the capsule C from being damaged by the slurry pump 17, but when such concern is small, the capsule C is added to the cement slurry upstream of the slurry pump 17, as shown by the broken line in FIG. You may.
  • a pipe 20a for connecting the capsule tank 19 to the pipe 16 is provided, and a valve 27a is provided on the pipe 20a. It is also possible to alternately supply the cement slurry and the capsule while switching the valve 26 and the valve 27a as in the above-described embodiment.
  • the valve 26 and the valve 27a are supplied.
  • the slurry pump 17 may be operated in the open state. Capsules C are more evenly distributed in the cement slurry due to the stirring effect of the slurry pump 17.
  • the pit may be an inclined pit or a horizontal pit.
  • water leakage may occur during excavation, and water leakage prevention measures can be taken in the same manner.
  • the present invention can also be applied to cementing.
  • Column pressure is generated in the state of fluidity of cement, but it is lost when it solidifies, and it may not be possible to prevent the ejection of fluids such as gas, water, and oil from the bottom of the mine.
  • the hardened cement may have micropores called microannulus, which serve as paths for fluids such as gas, water, and oil. Fluids such as gas, water, and oil that have flowed into the mine may pass through the microannulus of cement, penetrate the cement layer, and be ejected to the ground.
  • the cement slurry being cured easily allows fluids such as gas, water, and oil to pass through, it may cause the fluid during cement slurry curing to be ejected to the ground and the cement cavity after the cement slurry is cured.
  • FIGS. 5A and 5B show the process of inner string cementing to which the present invention is applied.
  • the cement slurry 502 to which the capsule C is added is delivered from the cementing tool 501 inside the casing pipe 4.
  • a float collar 503 is provided on the casing pipe 4.
  • the cement slurry 502 is prevented from flowing out to the side of the cementing tool 501.
  • the cement slurry 502 is pumped into the casing pipe 4, wraps around the lower end of the casing pipe 4, and fills the annular portion 505 between the casing pipe 4 and the well wall 504.
  • the cementing tool 501 is then pulled up from the mine, as shown in FIG. 5B.
  • the cement remaining in the casing pipe 4 is excavated and removed by a bit in a subsequent process.
  • the capsule C flows out of the cementing tool 501 and then dissolves, the cementing tool 501 is prevented from being detained by the hardened cement.
  • the casing pipe 4 is an example of a hollow tubular body, and the hollow tubular body may be, for example, a liner.
  • the specific gravity of the capsule C containing the curing accelerator is preferably about the same as the specific gravity of the cement slurry 502.
  • FIG. 6A-6E show the process of double-plug cementing to which the present invention applies.
  • the casing pipe itself is used as a supply flow path for the cement slurry.
  • the first plug 601 is inserted as shown in FIG. 6B, and then the preceding water is introduced for the purpose of preventing mixing of cement slurry and muddy water and cleaning the inside of the casing pipe 4.
  • 602 is delivered, then cement slurry 603 is delivered.
  • the second plug 604 is charged, and the replacement water (muddy water) 605 for pumping the cement slurry 603 is delivered.
  • FIG. 6A-6E show the process of double-plug cementing to which the present invention applies.
  • the casing pipe 4 is installed as shown in FIG. 6A
  • the first plug 601 is inserted as shown in FIG. 6B, and then the preceding water is introduced for the purpose of preventing mixing of cement slurry and muddy water and cleaning the inside of the casing pipe 4.
  • 602 is delivered, then cement slurry 603
  • the first plug 601 engages with the float collar 606 provided in the middle of the casing pipe 4 and is destroyed by the back pressure.
  • the cement slurry 603 descends in the casing pipe 4, wraps around the lower end of the casing pipe 4, and fills the annular portion 608 between the casing pipe 4 and the well wall 609 as shown in FIGS. 6D and 6E. Will be done.
  • the cement slurry 603 is then cured.
  • the cement remaining in the casing pipe 4 is excavated and removed by a bit in a subsequent process. Since the cementing tool is not used in this embodiment, the cementing tool is not blocked.
  • the cement slurry 603 may not reach the annular portion 608.
  • the annular portion 608 can be reliably filled with the cement slurry 603.
  • FIG. 7A shows the squeeze cementing process to which the present invention applies.
  • Squeeze cementing is the process of repairing defective cementing.
  • FIG. 7A when a defect such as a cavity or a crack 702 occurs in the cement 701 due to poor construction, deterioration over time, etc., it may be necessary to repair the defect.
  • a hole 705 or a crack communicating with the cavity or the crack 702 on the back side of the casing pipe 4 is formed on the side surface of the casing pipe 4. In this case, as shown in FIG.
  • the repair pipe 703 (also referred to as an injection sub) is thrown into the mine, and the cement slurry 704 to which the capsule C is added is inserted through the opening provided on the side surface of the repair pipe 703 into the hole 705. It is press-fitted into the cavity or crack 702 on the back side of the casing pipe 4 through the pipe.
  • packers 706 above and below the opening of the repair pipe 703 to supply the cement slurry 704 to a region in a predetermined depth range including the hole 702.
  • the cement slurry 704 can be efficiently fed from the hole 702 to the back side of the casing 4.
  • the cement slurry 704 hardens and closes the cavities and crevices 702.
  • the capsule C is evenly dispersed in the cement slurry 704. If there are no holes 702 or cracks in the casing 4, or if the holes 702 or cracks are small, holes 702 for press-fitting the cement slurry can also be drilled in the casing 4. Also in this embodiment, since the capsule C flows out of the repair pipe 703 and then dissolves, the repair pipe 703 is prevented from being detained by the hardened cement.
  • FIG. 8A and 8B show the process of landfill cementing to which the present invention is applied.
  • Landfill cementing is used for abandoning and regenerating shafts.
  • a plug called a cement plug 801 is formed at the bottom of the shaft to prevent the ejection of gas, water, or the like.
  • the pit is deep, since a plurality of plugs are formed in sequence, a plug may be provided at an intermediate depth or an upper part of the pit.
  • FIG. 8B shows the new shaft 803 is obliquely branched from the middle of the original shaft 802. This method is called a side track because the new shaft 803 is excavated to the side of the original shaft 802.
  • the drill collar or drill pipe directly above the bit may be cut, a new bit may be attached, and excavation may be continued.
  • This is also called a side track, similar to the regeneration of the shaft.
  • landfill cementing is performed to block the ejection of gas, water, etc. from the bottom of the original shaft 802.
  • the capsule C can be melted in the vicinity of the pit bottom and the cement plug 801 can be reliably formed on the pit bottom.
  • a capsule CH having a higher specific gravity than the cement slurry can be used.
  • the specific gravity of the capsule CH may be adjusted depending on the material of the film material 32, or a material having a large specific gravity may be added to the curing accelerator 31.
  • the capsule CH having a specific gravity larger than that of the cement slurry is concentrated on the bottom 803 due to the difference in specific gravity. Therefore, the curing accelerator can be distributed to the bottom 803 at a high density, and the cement slurry of the bottom 803 can be cured more quickly and more reliably.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Consolidation Of Soil By Introduction Of Solidifying Substances Into Soil (AREA)

Abstract

セメンチングツールの内部でのセメントスラリーと硬化促進剤との接触を単純な方法で防止する。セメントスラリーの供給方法は、セメントスラリーの硬化促進剤が充填されたカプセルＣをセメントスラリーに添加することと、カプセルＣが添加されたセメントスラリーを、坑内に設置したセメンチングツール１０５を通して坑内に供給することと、を有している。カプセルＣは、セメントスラリーに添加されてからセメンチングツール１０５を流出するまでの流出時間より長い所定時間の経過後に溶解または崩壊する。

Description

セメントスラリーの供給方法とそれを用いた坑の掘削方法及びセメンチング方法
　本発明はセメントスラリーの供給方法とそれを用いた坑の掘削方法及びセメンチング方法に関し、特に坑の掘削中における逸水防止方法に関する。
　石油、天然ガス、地熱、温泉の坑井や温水管などの立坑の掘削には泥水が用いられる。泥水はベントナイトなどの粘土を水に混ぜて作成され、掘り屑の地上への運搬、坑壁の保護などの目的で立坑に送入される。従って、泥水が立坑から失われると、掘り屑の坑内への滞留や坑壁の崩壊などの原因となり、掘削費の増大をもたらす。地層中の空洞や割れ目、透水層（以下、これらを逸水層という）など、坑壁の特定の部位から泥水が立坑の外部に流出する現象は、一般に逸水または逸泥といわれる。逸水の防止方法としては綿花、おが屑、クルミ殻などの逸水防止剤を泥水に供給する方法、セメントスラリーを逸水層に流入させ、逸水層内でセメントスラリーを固化させる方法などが知られている。特開昭５９－１１８９３８号公報には、セメント系グラウト材に、ケイ酸ソーダの水溶液など、グラウト材の硬化を早める硬化促進剤を添加することが開示されている。
　立坑を掘削する際に逸水が生じた場合、セメントスラリーを逸水層に流入させるのが最も信頼性の高い方法である。その場合、特開昭５９－１１８９３８号公報に開示されているように、セメントスラリーに硬化促進剤を添加することが考えられる。これによってセメントスラリーの硬化が促進され、逸水層でセメントスラリーを効率的にゲル化させ、逸水層を閉塞させることができる。セメントスラリーは、セメンチングツールと呼ばれる、坑内に設置したパイプを通して坑内に供給される。このため、セメントスラリーがセメンチングツールの内部でゲル化ないし硬化することを防止する必要がある。そこで、従来はセメントスラリーと硬化促進剤との間に水などのスペーサ層を挟み、セメンチングツールの内部でセメントスラリーと硬化促進剤が接触することを防止している。
　しかし、セメントスラリーとスペーサ層と硬化促進剤を順次供給する方法はプロセスを複雑化し、改善の余地がある。また、立坑の掘削以外の目的で坑内にセメントスラリーを供給する場合も、セメンチングツールの内部でセメントスラリーと硬化促進剤が接触するのを防止することが望ましい。
　本発明は、セメンチングツールの内部でのセメントスラリーと硬化促進剤との接触を単純な方法で防止することのできるセメントスラリーの供給方法を提供することを目的とする。
　本発明のセメントスラリーの供給方法は、セメントスラリーの硬化促進剤が充填されたカプセルをセメントスラリーに添加することと、カプセルが添加されたセメントスラリーを、坑内に設置したセメンチングツールを通して坑内に供給することと、を有している。カプセルは、セメントスラリーに添加されてからセメンチングツールを流出するまでの流出時間より長い所定時間の経過後に溶解または崩壊する。
　セメントスラリーがセメンチングツールの内部を運搬されている間は、硬化促進剤はカプセルによって周囲のセメントスラリーから隔離されている。従って、本発明によれば、セメンチングツールの内部でのセメントスラリーと硬化促進剤との接触を単純な方法で防止することのできるセメントスラリーの供給方法を提供することができる。
　上述した、およびその他の、本出願の目的、特徴、および利点は、本出願を例示した添付の図面を参照する以下に述べる詳細な説明によって明らかとなろう。
本発明が適用可能な陸上掘削リグの概略図である。 本発明の一実施形態に係る逸水防止方法を説明する概念図である。 本発明の一実施形態に係る逸水防止方法を説明する概念図である。 カプセルの概念図である。 比較例に係る逸水防止方法を説明する概念図である。 比較例に係る逸水防止方法を説明する概念図である。 インナーストリングセメンチングの概要図である。 インナーストリングセメンチングの概要図である。 二栓式セメンチングの概要図である。 二栓式セメンチングの概要図である。 二栓式セメンチングの概要図である。 二栓式セメンチングの概要図である。 二栓式セメンチングの概要図である。 スクイズセメンチングの概要図である。 スクイズセメンチングの概要図である。 埋立てセメンチングの概要図である。 埋立てセメンチングの概要図である。
　１　陸上掘削リグ
　４　ケーシングパイプ
　５　ドリル
　９　泥水ポンプ
　１４　セメントスラリーの供給設備
　１７　スラリーポンプ
　１９　カプセルタンク
　２０　カプセル供給配管
　２１　坑壁
　２２　環状部
　３１　硬化促進剤
　３２　皮膜材
　５１　ビット
　５２　ドリルカラー
　５３　ドリルパイプ
　５４　注入部
　１０５，５０１　セメンチングツール
　２０６，５０２，６０３、７０４　セメントスラリー
　Ｃ，ＣＨ　カプセル
　（第１の実施形態）
　以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る陸上掘削リグ１の概略図を示している。地表面Ｇにサブストラクチャ２と呼ばれる架台が設けられ、その上に櫓（やぐら）３（デリックともいう）が形成されている。サブストラクチャ２の下方の地中に管状のケーシングパイプ４が構築され、その内側に地層を掘削するドリル５（ドリルストリングとも呼ばれる）がワイヤ６で吊り下げられている。ワイヤ６はサブストラクチャ２の上面に設置されたドローワーク７から繰り出され、櫓３の頂部に設けられた滑車８を介してドリル５を昇降させることができる。地表面Ｇまたはサブストラクチャ２の上面には泥水を循環させる泥水ポンプ９が設けられている。地表面Ｇには泥水を貯蔵する泥水タンク１２が設けられている。泥水タンク１２は配管１３によって泥水ポンプ９と接続され、泥水ポンプ９は配管１０によってドリル５と接続されている。
　ドリル５は地層を掘削するビット５１と、ビット５１に荷重を加えるドリルカラー５２と、ドリルカラー５２に接続されたドリルパイプ５３と、を有している。ドリルパイプ５３と、これに連結されたドリルカラー５２及びビット５１はドリルパイプ５３の上方に設けられた回転駆動機構（図示せず）によって、中心軸の周りを回転することができる。ドリルカラー５２とドリルパイプ５３は鋼管で形成され、泥水が通る内部流路が設けられている。泥水ポンプ９から供給された泥水は配管１０、ドリルパイプ５３及びドリルカラー５２を通り、ドリル５の先端のビット５１に設けられたノズルから坑底に向けて噴出される。泥水はビット５１で地層を掘削する際に発生する掘り屑を取り込み、ドリル５と坑壁２１の間の環状部２２を上昇しながら回収され、地上の配管１１を通って泥水タンク１２に戻る。配管１１上には泥水に含まれる掘り屑を除去するための装置（図示せず）が設けられており、泥水ポンプ９は掘り屑が除去された泥水を再循環させることができる。
　さらに、陸上掘削リグ１は、後述する逸水対策のためのセメントスラリーの供給設備１４を備えている。セメントスラリーの供給設備１４は、セメントスラリーを貯蔵するセメントスラリータンク１５と、配管１６を介してセメントスラリータンク１５に接続され、セメントスラリーを坑内に圧送するスラリーポンプ１７と、スラリーポンプ１７に接続され、配管１０に合流する配管１８とを備えている。さらに、セメントスラリーの供給設備１４は、セメントスラリーの硬化促進剤が充填されたカプセルを貯蔵するカプセルタンク１９と、カプセルタンク１９に接続され、配管１８に合流するカプセル供給配管２０と、を備えている。従って、カプセルはスラリーポンプの下流でセメントスラリーに添加される。配管１０の泥水ポンプ９と配管１８の合流部との間には弁２４が、配管１８には弁２５が設けられている。立坑の掘削中には弁２４は開かれ、弁２５は閉じられている。配管１８のスラリーポンプ１７とカプセル供給配管２０の合流部との間には弁２６が、カプセル供給配管２０には弁２７が設けられている。弁２６，２７は立坑の掘削中には閉じられている。
　坑壁２１を保護するためにケーシングパイプ４が用いられる。図示の例では外側ケーシングパイプ４ａと内側ケーシングパイプ４ｂが設けられている。まず、外側ケーシングパイプ４ａより大きな径の立坑を掘削し、立坑の内部に外側ケーシングパイプ４ａを設ける。次に、外側ケーシングパイプ４ａを固定するため、外側ケーシングパイプ４ａと坑壁２１との間の環状部２２ａをセメント２３ａで埋める。この作業はセメントと水の混合物であるセメントスラリー（セメントミルクともいう）を環状部２２ａに充填し、セメントスラリーを固化させるプロセスである。次に、外側ケーシングパイプ４ａの内部にドリル５を吊り降ろし、内側ケーシングパイプ４ｂより大きな径の立坑を掘削し、立坑の内部に内側ケーシングパイプ４ｂを設ける。次に、内側ケーシングパイプ４ｂを固定するため、内側ケーシングパイプ４ｂと坑壁２１及び外側ケーシングパイプ４ａとの間の環状部２２ｂをセメント２３ｂで埋める。さらにビット５１を交換し、内側ケーシングパイプ４ｂの下方を掘削する。
　泥水は、掘削中に発生する掘り屑を取り込み地上に搬送する機能、立坑内部の圧力を調整する機能、坑壁を保護し地層の崩壊を防ぐ機能、ビット５１の冷却機能などを有している。泥水は水にベントナイトなどの粘土を混ぜて懸濁状態にした液体であるが、これに限定されず一般的に用いられている泥水を広く用いることができる。
　立坑の掘削中に逸水が生じることがある。逸水とは地層に坑壁２１と連通する逸水層が存在する場合に、泥水が坑内から逸水層に流出する現象である。このため、逸水は逸泥とも呼ばれる。図２Ａは、坑壁２１に連通する逸水層２０２が存在している立坑２０３の断面図を示している。立坑２０３の内部は泥水２０４が充填され、立坑２０３は周囲の地盤２０５と接している。逸泥が生じると立坑２０３に供給された泥水の一部または全量が回収されなくなる。従って、泥水の供給流量と回収流量とに基づき坑壁２１からの逸水の発生を検知することができる。より具体的には、泥水の回収流量が供給流量から予想される回収流量よりも減少したときに、逸水の発生を推定することができる。また、泥水の回収流量が供給流量から予想される回収流量よりも減少したときのドリル５のビット５１の位置はほぼ逸水が生じた深さに相当する可能性が高いので、逸水が立坑２０３のどの位置で発生した可能性が高いか（逸水層２０２が地上からどの深さ位置に存在するか）も検知することができる。
　逸水が検知されたときには、ドリル５及び泥水ポンプ９を止めて掘削を停止し、ドリル５をワイヤ６で坑内から地上まで吊り上げ、ドリルカラー５２とビット５１を取り外す。次に、図２Ｂに示すように、セメントスラリー注入用の注入部５４をドリルパイプ５３の先端に取り付け、ドリル５をセメンチングツール１０５として再び吊り下ろし、坑内に設置する。注入部５４のセメントスラリーの流出口は掘削を停止したときの坑底付近に設置される。セメンチングツール１０５が坑内に抑留されることを防止するため、注入部５４はドリルパイプ５３と同程度の外径であることが好ましい。また、セメンチングツール１０５がセメントスラリーの硬化によって抑留されることを防止するため、注入部５４を坑底から所定の距離離して設置してもよい。注入部５４は省略することもできる。
　次に配管１０の弁２４を閉じ、配管１８の弁２５，２６を開き、スラリーポンプ１７を起動し、タンク１５に貯蔵されたセメントスラリーを、配管１６，１８を介して配管１０に供給する。カプセル供給配管２０へのセメントスラリーの逆流を防止するため、スラリーポンプ１７の運転中は弁２７を閉じておく。セメントスラリーを配管１８に供給した後、一旦スラリーポンプ１７を止め、弁２７を開け、弁２６を閉じる。その後、カプセル供給配管２０からカプセルを配管１８に供給する。カプセルは例えば自重によって配管１８に供給することができる。カプセルを配管１８に円滑に供給するため、カプセルタンク１９にセメントスラリーなどの液体を入れておき、液体とともにカプセルを配管１８に供給してもよい。その後、弁２７を閉じ、弁２６を開いて、スラリーポンプ１７を起動し、セメントスラリーを配管１８に供給する。以上の操作を繰り返すことで、セメントスラリーの硬化促進剤が充填されたカプセルを、配管２０を介して、配管１８を流れるセメントスラリーに添加することができる。図２Ｂに示すように、カプセルＣが添加されたセメントスラリー２０６は、坑内に設置した筒状のセメンチングツール１０５を通して坑内に供給される。
　硬化促進剤はセメントスラリーの硬化を促進する硬化促進剤である。硬化促進剤は塩化カルシウム、ケイ酸ソーダ（水ガラス）またはこれらの混合物であるのが好ましい。塩化カルシウムは通常は顆粒状ないし粉末状であるが、水溶液であってもよい。ケイ酸ソーダは、ケイ酸ナトリウムの濃い水溶液であり、水飴状で存在する。硬化促進剤は、塩化物（NaCl, KCl）、亜硝酸塩(Ca(NO2)2, KNO2)、硝酸塩（Ca(NO3)2, NaNO3, KNO3）、硫酸塩（CaSO4, Na2SO4, K2SO4）、チオシアン塩（NaSCN）、アルカリ（NaOH, KOH）、炭酸塩（Li2CO3, Na2CO3, K2CO3）、アルミナ系（Al(OH)3, Al2O3）、アルミン酸アルカリ塩（NaAlO2, Ca(AlO2)2）などの無機系化合物、アミン類、有機酸のＧａ塩、無水マレイン酸などの有機系化合物であってもよい。硬化促進剤はこれらに限定されず、カプセルに充填できる限り、液体でも固体でも構わない。
　図３に示すように、カプセルＣは内容物である硬化促進剤３１を皮膜材３２で覆ったものであり、公知の手法で製造することができる。カプセルＣの構成は何ら限定されず、例えば皮膜材３２が多重構成になっていてもよい。カプセルＣ、より正確にはカプセルＣの皮膜材３２はセメントスラリーに添加されてから徐々に溶融ないし崩壊し、所定時間を経過すると、内部に充填された硬化促進剤３１をセメントスラリー中に放出させる。所定時間はカプセルＣがセメントスラリーに添加されてからセメンチングツール１０５を流出するまでの時間（以下、流出時間という）より若干長くなるように設定される。これによって、カプセルＣがセメンチングツール１０５の内部で溶解するのを防止し、セメンチングツール１０５の内部でセメントスラリーが硬化するのを防止することができる。従って、硬化したセメントがセメンチングツール１０５の内部に滞留し、あるいはセメンチングツール１０５を閉塞することが防止される。流出時間はカプセルＣがセメントスラリーに添加される地点（カプセル供給配管２０の配管１８との合流点）から注入部５４までの流路の全容積をセメントスラリーの流量で割ることによって求めることができる。所定時間と流出時間は逸水層の位置によって異なる。逸水層が浅い位置にあれば流出時間は短くなるため所定時間は短くてよいし、逸水層が深い位置にあれば流出時間が長くなるため、これに応じて所定時間を長くする必要がある。このような場合、溶解時間の異なる複数種類のカプセルＣを準備することが好ましい。あるいは、セメントスラリーの供給流量（スラリーポンプ１７の流量）を、カプセルＣが注入部５４の流出口を流出した後に溶解または崩壊するように、流出口ないし逸水層の深さに応じて制御してもよい。すなわち、流出口ないし逸水層が浅い位置にあるときはスラリーポンプ１７の流量を絞り、流出口ないし逸水層が深い位置にあるときはスラリーポンプ１７の流量を増やすようにすればよい。前述のように、逸水は、泥水の回収流量が供給流量から予想される回収流量よりも減少したときのビット５１の位置の近傍で発生した可能性が高いと推定されるが、より上方、例えば、過去に逸水対策をとった逸水層で発生している可能性もある。従って、ビット５１の位置の近傍を目標として逸水対策をとっても逸水が止まらないときは、過去に逸水防止対策をとった逸水層を目標とすることもできる。この場合、目標の逸水層の近傍でカプセルＣが溶融ないし崩壊するように所定時間を調整することができる。
　カプセルＣは合成樹脂、天然高分子材料などで形成される。カプセルＣは圧力、温度またはｐＨに応じた溶解特性を有している。すなわち、所定時間は圧力、温度、ｐＨの少なくともいずれかのパラメータとされている。通常、坑内は高温、高圧下にあるため、カプセルＣは、所定の高温または高圧下で一定時間が経過したときに溶解または崩壊するものであることが好ましい。あるいは、カプセルＣは、所定の高温且つ高圧下で一定時間が経過したときに溶解または崩壊するものであってもよい。カプセルＣは坑内を徐々に降下していくため、圧力や温度は時間とともに変化するが、予め圧力や温度の変動を考慮した試験やシミュレーションを行うことで、溶解するまでの時間を把握することができる。セメントスラリーは強アルカリであるため、強アルカリ下で一定時間が経過すると溶解または崩壊するカプセルＣを用いることもできる。
　図４ＡはカプセルＣの代わりにスペーサ層を用いて硬化促進剤を供給する方法を示している。この比較例においては、セメンチングツール１０５の内部でセメントスラリーが硬化促進剤によって硬化することを防止するため、セメンチングツール１０５でセメントスラリー６１を供給した後に、水からなるスペーサ層６２を供給し、その後硬化促進剤６３を供給している。しかし、図４Ｂに示すように、先に逸水層２０２に流入したセメントスラリー６１が逸水層２０２の内部を前方に進行し続け、いつまでたっても硬化促進剤６３はセメントスラリー６１に追いつけない。この結果、逸水層２０２をセメントで閉塞するために、セメントスラリー６１とスペーサ層６２と硬化促進剤６３の注入を繰り返し行う必要があり、時間的にもコスト的にも望ましくない。
　本実施形態ではカプセルＣとセメントスラリーが同時に坑内に供給されるため、カプセルＣが溶解すると直ちに硬化促進剤がセメントスラリーに接触し、セメントスラリーを硬化させる。図２Ｂにおいて黒塗りのカプセルＣは溶融していないカプセルＣを、白いカプセルＣは溶解したカプセルＣを模式的に示している。カプセルＣはセメンチングツール１０５の内部を移動中は溶解せず、セメンチングツール１０５を出てから溶解するので、セメンチングツール１０５の詰まりを防止しつつ、短時間かつ低コストで逸水層を閉塞させ、逸水の進行を食い止めることができる。
　硬化促進剤が充填されたカプセルＣはセメントスラリーと同程度の比重であるのが好ましい。これによって、セメントスラリー中のカプセルＣをセメントスラリーと同程度の速度で運搬することができる。また、カプセルＣをセメントスラリー内に均一に分散させることができるため、大量のセメントスラリーであっても効率的に硬化させることができる。カプセルＣの比重がセメントスラリーの比重より大幅に大きいと、想定した流出時間より早めにセメンチングツール１０５から流出し、カプセルＣの溶解が所望の位置で生じない可能性がある。カプセルＣの比重がセメントスラリーの比重より大幅に小さいと、浮力によって想定した流出時間になってもセメンチングツール１０５から流出しない可能性が生じる。硬化促進剤が充填されたカプセルＣの比重はセメントスラリーの比重の７０％以上、１３０％以下であることが好ましく、セメントスラリーの比重の９０％以上、１１０％以下であることがより好ましい。
　上述のように、カプセルＣはセメントスラリーを坑内に圧送するスラリーポンプ１７の下流でセメントスラリーに添加される。これはスラリーポンプ１７によってカプセルＣが破損することを防止するためであるが、そのような懸念が少ない場合、図１に破線で示すように、カプセルＣをスラリーポンプ１７の上流でセメントスラリーに添加してもよい。具体的には、配管２０に代えてカプセルタンク１９を配管１６に接続する配管２０ａを設け、配管２０ａ上に弁２７ａを設ける。上述の実施形態のように弁２６と弁２７ａを切り替えながらセメントスラリーとカプセルを交互に供給することも可能であるが、例えば自重によってカプセルを配管１６に供給可能な場合、弁２６と弁２７ａを開いた状態でスラリーポンプ１７を運転してもよい。スラリーポンプ１７の攪拌効果でカプセルＣがセメントスラリー中により均等に分布する。
　坑は斜坑または横坑でもよい。斜坑や横坑の場合も掘削中に逸水が生じる可能性があり、同様の方法で逸水防止措置を取ることができる。
　（第２の実施形態）
　本発明はセメンチングに適用することもできる。セメントは流動性のある状態で柱圧が生じるが、固化すると失われ、坑底からのガスや水、油等の流体の噴出を防止できない可能性がある。さらに、硬化したセメントにはマイクロアニュラスと呼ばれる、ガスや水、油等の流体の経路となる微小空孔が発生することがある。坑内に流入したガスや水、油等の流体は、セメントのマイクロアニュラスを通ってセメント層を貫通し、地上に噴出する可能性がある。また、硬化中のセメントスラリーはガスや水、油等の流体を容易に通過させるため、セメントスラリー硬化中の流体の地上への噴出や、セメントスラリー硬化後のセメントのキャビティの原因ともなる。
　図５Ａ，５Ｂは、本発明が適用されるインナーストリングセメンチングのプロセスを示している。図５Ａに示すように、インナーストリングセメンチングでは、ケーシングパイプ４の内側のセメンチングツール５０１からカプセルＣが添加されたセメントスラリー５０２を送出する。ケーシングパイプ４にはフロートカラー５０３が設けられている。セメンチングツール５０１の先端がフロートカラー５０３に当接することで、セメントスラリー５０２のセメンチングツール５０１の側方への流出が防止される。セメントスラリー５０２はケーシングパイプ４内を圧送され、ケーシングパイプ４の下端を回り込んでケーシングパイプ４と坑壁５０４との間の環状部５０５に充填される。その後図５Ｂに示すように、セメンチングツール５０１は坑内から引き上げられる。ケーシングパイプ４に残ったセメントは後工程で、ビットによって掘削され除去される。本実施形態においても、カプセルＣはセメンチングツール５０１を流出してから溶解するため、セメンチングツール５０１が硬化したセメントで抑留されることが防止される。なお、ケーシングパイプ４は中空筒状体の一例であり、中空筒状体は例えばライナーであってもよい。前述の通り、硬化促進剤を含むカプセルＣの比重はセメントスラリー５０２の比重と同程度とするのが好ましい。
　図６Ａ～６Ｅは、本発明が適用される二栓式セメンチングのプロセスを示している。二栓式セメンチングではケーシングパイプ自体がセメントスラリーの供給流路として用いられる。図６Ａに示すようにケーシングパイプ４が設置された後、図６Ｂに示すように第一栓６０１が投入され、次にセメントスラリーと泥水の混合防止及びケーシングパイプ４内部の洗浄を目的として先行水６０２が送出され、次いでセメントスラリー６０３が送出される。その後、図６Ｃに示すように第二栓６０４が投入され、セメントスラリー６０３を圧送するための置換水（泥水）６０５が送出される。図６Ｄに示すように、第一栓６０１はケーシングパイプ４の途中に設けられたフロートカラー６０６と係合し、背後圧によって破壊される。この結果、セメントスラリー６０３がケーシングパイプ４内を下降し、ケーシングパイプ４の下端を回り込んで、図６Ｄ，６Ｅに示すように、ケーシングパイプ４と坑壁６０９との間の環状部６０８に充填される。その後セメントスラリー６０３は硬化する。ケーシングパイプ４に残ったセメントは後工程で、ビットによって掘削され除去される。本実施形態ではセメンチングツールを用いていないため、セメンチングツールの閉塞が生じることはない。しかし、ケーシングパイプ４の内部でセメントスラリー６０３が硬化すると、セメントスラリー６０３が環状部６０８まで行き渡らない可能性がある。カプセルＣを用いて硬化のタイミングを制御することで、環状部６０８に確実にセメントスラリー６０３を充填することができる。
　図７Ａ，７Ｂは、本発明が適用されるスクイズセメンチングのプロセスを示している。スクイズセメンチングはセメンチング不良を補修するプロセスである。図７Ａに示すように、施工不良、経年劣化などの理由でセメント７０１に空洞や割れ目７０２などの欠損部が発生したときに、その補修が必要となる場合がある。ここでは、ケーシングパイプ４の側面に、ケーシングパイプ４の裏側の空洞や割れ目７０２と連通する穴７０５ないしクラックが生じているとする。この場合、図７Ｂに示すように補修用パイプ７０３（インジェクションサブともいう）を坑内に投入し、補修用パイプ７０３の側面に設けられた開口からカプセルＣが添加されたセメントスラリー７０４を、穴７０５を通してケーシングパイプ４の裏側の空洞や割れ目７０２に圧入する。この際、補修用パイプ７０３の開口の上下にパッカー７０６を設置して、穴７０２を含む所定の深さ範囲の領域にセメントスラリー７０４を供給することが望ましい。これによって、穴７０２からセメントスラリー７０４を効率よくケーシング４の裏側に送り込むことができる。セメントスラリー７０４は硬化して空洞や割れ目７０２を塞ぐ。カプセルＣの比重がセメントスラリー７０４と同程度であれば、カプセルＣはセメントスラリー７０４中に均等に分散される。ケーシング４に穴７０２やクラックが開いていない場合、または穴７０２やクラックが小さい場合は、セメントスラリーの圧入のための穴７０２をケーシング４に穿孔することもできる。本実施形態においても、カプセルＣは補修用パイプ７０３を流出してから溶解するため、補修用パイプ７０３が硬化したセメントで抑留されることが防止される。
　図８Ａ，８Ｂは、本発明が適用される埋立てセメンチングのプロセスを示している。埋立てセメンチングは立坑の廃坑、再生などに用いられる。立坑を廃坑する場合、図８Ａに示すように、坑底にセメントプラグ８０１と呼ばれる栓を形成し、ガスや水等の噴出を防止する。坑が深い場合、複数の栓を順次形成するため、坑の中間深さや上部に栓が設けられることもある。立坑を再生する場合、図８Ｂに示すように、元の立坑８０２の途中から新しい立坑８０３を斜めに分岐させる。この工法は、新しい立坑８０３が元の立坑８０２の側方に掘削されるため、サイドトラックと呼ばれる。また、図示は省略するが、立坑の掘削中にビットが抑留した場合は、ビット直上のドリルカラーあるいはドリルパイプを切断し、新たなビットを取り付けて掘削を続行する場合がある。これも立坑の再生と同様、サイドトラックと呼ばれる。いずれの場合も元の立坑８０２の坑底からのガス、水等の噴出を塞ぐために、埋立てセメンチングが行われる。本実施形態ではカプセルＣが添加されたセメントスラリーが供給されるため、カプセルＣを坑底の近傍で溶融させ、確実に坑底にセメントプラグ８０１を形成することができる。
　本実施形態では、セメントスラリーより比重の大きいカプセルＣＨを用いることができる。カプセルＣＨの比重は皮膜材３２の材料によって調整してもよいし、硬化促進剤３１に比重の大きい材料を添加してもよい。図８Ａ，８Ｂに示すように、セメントスラリーよりも比重の大きいカプセルＣＨは、比重差によって坑底８０３に集中する。このため、硬化促進剤を高密度で坑底８０３に分布させることができ、坑底８０３のセメントスラリーをより早く且つより確実に硬化させることができる。これによって、坑底８０３からのガスや水等の噴出を早期に防止し、廃坑された立坑やサイドトラックにおける元の立坑８０２の健全性を維持することができる。また、カプセルＣＨが坑底８０３に達してから溶解するようにすることで、より確実に坑底８０３のセメントスラリーを硬化させることができる。
　本発明のいくつかの好ましい実施形態を詳細に示し、説明したが、添付された請求項の趣旨または範囲から逸脱せずに様々な変更および修正が可能であることを理解されたい。

Claims (14)

  1. 　セメントスラリーの硬化促進剤が充填されたカプセルをセメントスラリーに添加することと、
    　前記カプセルが添加された前記セメントスラリーを、坑内に設置したセメンチングツールを通して坑内に供給することと、を有し、
    　前記カプセルは、前記セメントスラリーに添加されてから前記セメンチングツールを流出するまでの流出時間より長い所定時間の経過後に溶解または崩壊する、セメントスラリーの供給方法。
  2. 　前記カプセルは前記セメントスラリーを坑内に圧送するスラリーポンプの下流で前記セメントスラリーに添加される、請求項１に記載のセメントスラリーの供給方法。
  3. 　前記カプセルは前記セメントスラリーを坑内に圧送するスラリーポンプの上流で前記セメントスラリーに添加される、請求項１に記載のセメントスラリーの供給方法。
  4. 　前記硬化促進剤は塩化カルシウム、ケイ酸ソーダまたはこれらの混合物である、請求項１から３のいずれか１項に記載のセメントスラリーの供給方法。
  5. 　前記カプセルは圧力、温度、ｐＨの少なくともいずれかに応じた溶解特性を有する、請求項１から４のいずれか１項に記載のセメントスラリーの供給方法。
  6. 　ドリルの内部流路から坑内に泥水を供給し、坑壁と前記ドリルとの間の環状部から前記泥水を回収しながら、ドリルの先端に備えたビットで坑を掘削することと、
    　前記泥水の供給流量と回収流量とに基づき前記坑壁からの逸水の発生が検知されたときに、前記ドリルによる掘削を停止することと、
    　前記掘削の停止後、請求項１から５のいずれか１項に記載のセメントスラリーの供給方法によって前記カプセルが添加されたセメントスラリーを坑内に供給することと、を有する坑の掘削方法。
  7. 　前記セメンチングツールの前記セメントスラリーの流出口は前記掘削を停止したときの坑底付近に設置され、前記セメントスラリーの供給流量は、前記カプセルが前記流出口を流出した後に溶解または崩壊するように、前記流出口の深さに応じて調整される、請求項６に記載の坑の掘削方法。
  8. 　前記所要時間は、前記カプセルが逸水の発生場所の近傍で溶解または崩壊するように調整される、請求項７に記載の坑の掘削方法。
  9. 　前記ドリルは前記掘削を停止した後に坑内から引き上げられ、前記ビットを取り外した後に前記セメンチングツールとして再び坑内に設置される、請求項６から８のいずれか１項に記載の坑の掘削方法。
  10. 　前記硬化促進剤が充填された前記カプセルは前記セメントスラリーと同程度の比重である、請求項６から９のいずれか１項に記載の坑の掘削方法。
  11. 　請求項１から５のいずれか１項に記載のセメントスラリーの供給方法によって、坑内の中空筒状体の内側に設けられた前記セメンチングツールから坑内にセメントスラリーを供給することを有し、
    　前記セメントスラリーは前記中空筒状体の下端から前記中空筒状体と坑壁との間の環状部に回り込み、前記環状部を上昇しながら前記環状部を充填し、それによって前記中空筒状体が坑壁に固定される、セメンチング方法。
  12. 　請求項１から５のいずれか１項に記載のセメントスラリーの供給方法によって、坑内に設けられた前記セメンチングツールから坑内にセメントスラリーを供給することを有し、
    　前記セメントスラリーによって坑底にセメントプラグが形成される、セメンチング方法。
  13. 　前記硬化促進剤が充填された前記カプセルは前記セメントスラリーより比重が大きい、請求項１２に記載のセメンチング方法。
  14. 　請求項１から５のいずれか１項に記載のセメントスラリーの供給方法によって、坑内の中空筒状体の内側に設けられた前記セメンチングツールから坑内にセメントスラリーを供給することを有し、
    　前記中空筒状体と坑壁との間のセメントの欠損部が前記中空筒状体の壁面に開いた穴によって前記中空筒状体の内側と連通しており、前記セメントスラリーは前記中空筒状体の前記穴を含む所定の深さ範囲の領域に供給され、前記セメントスラリーは前記穴を通って前記欠損部に充填される、セメンチング方法。
PCT/JP2019/022012 2019-06-03 2019-06-03 セメントスラリーの供給方法とそれを用いた坑の掘削方法及びセメンチング方法 WO2020245882A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021524515A JPWO2020245882A5 (ja) 2019-06-03 セメントスラリーの供給方法とそれを用いた坑の掘削方法及びセメンチング方法並びにセメントスラリーの硬化促進剤が充填されたカプセル
PCT/JP2019/022012 WO2020245882A1 (ja) 2019-06-03 2019-06-03 セメントスラリーの供給方法とそれを用いた坑の掘削方法及びセメンチング方法
US17/616,017 US20220316287A1 (en) 2019-06-03 2019-06-03 Method of supplying cement slurry and method of drilling or cementing of well using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2019/022012 WO2020245882A1 (ja) 2019-06-03 2019-06-03 セメントスラリーの供給方法とそれを用いた坑の掘削方法及びセメンチング方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020245882A1 true WO2020245882A1 (ja) 2020-12-10

Family

ID=73652616

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2019/022012 WO2020245882A1 (ja) 2019-06-03 2019-06-03 セメントスラリーの供給方法とそれを用いた坑の掘削方法及びセメンチング方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20220316287A1 (ja)
WO (1) WO2020245882A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230374976A1 (en) * 2020-10-07 2023-11-23 Board Of Regents, The University Of Texas System Geothermal well designs and control thereof for extraction of subsurface geothermal power

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61237792A (ja) * 1985-04-13 1986-10-23 清水建設株式会社 生産井のケ−シングセメンチング方法
JPS6314957A (ja) * 1986-07-07 1988-01-22 三井建設株式会社 急結剤の添加方法
JPS63210390A (ja) * 1987-02-27 1988-09-01 株式会社竹中工務店 深層ボ−リング孔の止水工法
JPS63233031A (ja) * 1986-12-10 1988-09-28 タカタ株式会社 コンクリ−トやモルタルの劣化防止方法
JPH0642281A (ja) * 1992-07-22 1994-02-15 Terunaito:Kk 逸水防止工法
JPH0658071A (ja) * 1991-11-15 1994-03-01 Mitsubishi Materials Corp 坑口装置およびセメンチング方法
JPH1192188A (ja) * 1997-09-19 1999-04-06 Nippon Kayaku Co Ltd モルタルまたはコンクリート用骨材及びモルタルまたはコンクリート組成物
JP2001348257A (ja) * 2000-06-06 2001-12-18 Asahi Kasei Corp カプセル型セメント混和剤
JP2008247650A (ja) * 2007-03-29 2008-10-16 Kubota Matsushitadenko Exterior Works Ltd 繊維セメント板
JP2013204356A (ja) * 2012-03-29 2013-10-07 Taisei Corp ボーリング削孔の孔内流量管理システム
JP2014020034A (ja) * 2012-07-13 2014-02-03 Mitsubishi Materials Techno Corp 坑井の割れ目の閉塞装置とその閉塞方法
WO2016175261A1 (ja) * 2015-04-28 2016-11-03 株式会社クラレ 繊維含有炭酸化瓦およびその製造方法
JP2017511850A (ja) * 2014-03-21 2017-04-27 ハリバートン エナジー サヴィシーズ インコーポレイテッド 軽石を含む凝結遅延セメント組成物及び関連方法

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61237792A (ja) * 1985-04-13 1986-10-23 清水建設株式会社 生産井のケ−シングセメンチング方法
JPS6314957A (ja) * 1986-07-07 1988-01-22 三井建設株式会社 急結剤の添加方法
JPS63233031A (ja) * 1986-12-10 1988-09-28 タカタ株式会社 コンクリ−トやモルタルの劣化防止方法
JPS63210390A (ja) * 1987-02-27 1988-09-01 株式会社竹中工務店 深層ボ−リング孔の止水工法
JPH0658071A (ja) * 1991-11-15 1994-03-01 Mitsubishi Materials Corp 坑口装置およびセメンチング方法
JPH0642281A (ja) * 1992-07-22 1994-02-15 Terunaito:Kk 逸水防止工法
JPH1192188A (ja) * 1997-09-19 1999-04-06 Nippon Kayaku Co Ltd モルタルまたはコンクリート用骨材及びモルタルまたはコンクリート組成物
JP2001348257A (ja) * 2000-06-06 2001-12-18 Asahi Kasei Corp カプセル型セメント混和剤
JP2008247650A (ja) * 2007-03-29 2008-10-16 Kubota Matsushitadenko Exterior Works Ltd 繊維セメント板
JP2013204356A (ja) * 2012-03-29 2013-10-07 Taisei Corp ボーリング削孔の孔内流量管理システム
JP2014020034A (ja) * 2012-07-13 2014-02-03 Mitsubishi Materials Techno Corp 坑井の割れ目の閉塞装置とその閉塞方法
JP2017511850A (ja) * 2014-03-21 2017-04-27 ハリバートン エナジー サヴィシーズ インコーポレイテッド 軽石を含む凝結遅延セメント組成物及び関連方法
WO2016175261A1 (ja) * 2015-04-28 2016-11-03 株式会社クラレ 繊維含有炭酸化瓦およびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2020245882A1 (ja) 2020-12-10
US20220316287A1 (en) 2022-10-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11085244B2 (en) Anti-collapse jet grouting drill bit with bi-directional rib wings, grouting consolidation system and method
JP6532432B2 (ja) 坑を掘削し、補修し、止水しまたは埋立てる方法及び添加剤が充填された容器
CA2923158C (en) Method for isolation of a permeable zone in a subterranean well
US9546313B2 (en) Compositions and methods for controlling wellsite fluid and gas flow
US7640983B2 (en) Method to cement a perforated casing
US20170009554A1 (en) Systems and Methods for Using Cement Slurries in Hydrajetting Tools
CN110748315A (zh) 一种油水井套损治理方法
CN104612606A (zh) 一种孔口封闭孔内循环的矿山注浆工艺及装置
US11661812B2 (en) Fluid barriers for dissolvable plugs
RU2312972C2 (ru) Способ изоляции флюидосодержащего пласта и устройство для его осуществления
WO2020245882A1 (ja) セメントスラリーの供給方法とそれを用いた坑の掘削方法及びセメンチング方法
CN106869967B (zh) 掘进工作面突水溃沙远程射流扰动注浆方法
CN105507848A (zh) 快失水可固化类与有机合成类堵漏剂复配堵漏施工方法
CN114961673A (zh) 盐穴储气库扩容方法
RU2183724C2 (ru) Способ восстановления призабойной зоны пласта газовой скважины
CN112031704B (zh) 溶洞漏失井段的爆炸筑巢堵漏方法
RU2352754C1 (ru) Способ ремонта скважин подземных резервуаров
EA031825B1 (ru) Способ изоляции зоны поглощения пластов в скважине и устройство для его осуществления
CN107218010B (zh) 破损钻孔套管堵水桥塞及双桥塞式堵水方法
JP6521311B2 (ja) 被圧水下における薬液注入工法
WO2020245881A1 (ja) 坑の掘削方法
CN111763041B (zh) 一种油井水泥浆及水平井技术套管固井工艺
CN113445959B (zh) 岩溶或断层隧道的钻孔排水结构及其施工方法和施工结构
CN114718502B (zh) 废弃井封堵方法
JPWO2020245882A5 (ja) セメントスラリーの供給方法とそれを用いた坑の掘削方法及びセメンチング方法並びにセメントスラリーの硬化促進剤が充填されたカプセル

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19931988

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021524515

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19931988

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1