(57)【要約】【課題】海溝域の地殻プレート間地震発生源まで作業能率良く且つローコストで施工できる掘削鉛直工法を提供することである。【解決手段】地殻プレート間地震の発生源とされる地殻プレートの沈み込み境界面までの鉛直掘削は、ビット・掘削駆動部を掘削船上の櫓からの延伸コイルチュービングに吊り下げ、チューブ内の泥水圧スラスト下の地下情報制御のダウンホールモータ駆動によるので、その作業能率及び掘削コストは従来工法に比べて著しく改善される。鉛直掘削は、掘削開始前のビット導入・坑壁保全パイプ及び掘削開始後の掘削駆動部の泥水圧固定装置がそれぞれ鉛直ガイドとなることで施工される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
海溝域の地殻プレート間地震の発生源まで作業能率よく且つローコストで掘り進める超深度の地殻鉛直掘削工法。
【請求項２】
掘削用ビット及びそれを駆動するダウンホールモータとその計測・送信・制御部により構成される掘削駆動部は、掘削船上の櫓からの延伸コイルチュービングに吊り下げられ、ビットはチューブ内の泥水圧スラスト下の地下情報制御のダウンホールモータにより掘り進む請求項１記載の地殻掘削工法。
【請求項３】
掘削駆動部外皮に坑壁への泥水圧固定装置を装備することは、掘削駆動部外皮の回転を防止しつつ、ビットへ泥水圧スラストを付与すると共に鉛直掘削のガイドとなる請求項１記載の地殻掘削工法。
【請求項４】
泥水ポンプ接続のウィンチ脱着式リールに巻かれた複数個のコイルチュービングは、櫓上部の誘導装置によって順次地殻プレート境界面まで鉛直に送り込まれる請求項１記載の地殻掘削工法。
【請求項５】
ビットの摩耗交換時のウィンチ巻上げの際には、掘削駆動部外皮の坑壁への固定機能は泥水圧を減退することで解除される請求項１記載の地殻掘削工法。
【請求項６】
掘削開始前においてはビットを地殻表面へ鉛直導入し、掘削開始後は地殻表層部の軟弱坑壁の崩落の防止とビット掘り屑による坑口閉塞の防止に足る十分な長さとその中途に鍔状の錘を有する、自重沈降・鍔停止機能付きのビット導入・坑壁保全パイプを装備する請求項１記載の地殻掘削工法。
【請求項７】
掘削船からの掘削用泥水は回収されることなく海中に放出されるのでローコストであることのほか、使用する泥水は海洋汚染防止に配慮したものを採用する請求項１記載の地殻掘削工法。
【請求項８】
掘削船からの鉛直掘削の場合には、延伸コイルチュービングによるビット・掘削駆動部の吊り下げフレキシブル掘削工法は、従来のドリルパイプによる剛体掘削工法に比べて掘削船の高精度の位置決め装置を必要としない請求項１記載の地殻掘削工法。
【請求項９】
本地殻掘削工法は、地震発生源まで作業能率よく且つローコストで掘削する目的から従来の石油掘削及び科学探査掘削においてハイコスト掘削の主因とされてきたライザーパイプ、ケーシングパイプ及び防噴装置（ＢＯＰ）等の装備を割愛した請求項１記載の地殻掘削工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地殻プレート間地震の発生源まで掘削可能な超深度の地殻鉛直掘削工法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地殻掘削工法に関しては100年余の石油及び天然ガス掘削技術の進展があり、近年は海洋にまで及んでおり傾斜掘り技術まであるが、その鉛直掘削の実績深度はせいぜい地下数ｋｍで、地震発生源の地下数十ｋｍまでにははるかに届かない（例えば、非特許文献１、２、３参照）。
【０００３】
日本・米国が主導する統合国際深海掘削計画（ＩＯＤＰ）の科学掘削船（深海掘削船）「ちきゅう」号は、ライザー掘削システムを採用しており、水深２５００ｍの深海域で、海底下７５００ｍまでの掘削能力を備えている（例えば、非特許文献４，５参照）が、何分にもハイコスト難で、財政難の今日その運航さえ危ぶまれている。そもそも、「ちきゅう」号の鋼管継ぎ足し工法では地震発生源への掘削は不可能であると思料される。
【０００４】
2011年3月11日の東北地方太平洋沖地震の震災の被害規模は筆舌に尽し難く、その完全復旧・復興経費は数十兆円とも推定されている。現在、想定の震災対策として建造物の耐震化或は免震化、堤防高さの増強、地震と津波の早期予知、さらには避難措置強化等、総合的に執られているが、震災防止の根源たる地震源へ至る地殻掘削工法は関係各方面を検索するも全く見当たらないのが現状である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】ケネス・Ｓ・ディフェイス著、秋山淑子訳、「石油が消える日」パンローリング株式会社、2007年8月初版第１刷、ｐ．１６３−２０３。
【非特許文献２】山崎豊彦著、「オイルフィールド・エンジニアリング入門」海文堂出版１９９７年１月３日発行、ｐ．８５−１０５。
【非特許文献３】Van Venrooy J.et al.(2000),”Underbalanced Drilling with Coiled Tubing in Oman “,Journal of Petroleum Technology,February:30-31.
【非特許文献４】「ちきゅう」http://ja.wikipedia.org/wiki
【非特許文献５】「CHIKYU HAKKEN ちきゅうQ&A」http://www.jamstec.go.jp/chikyu/jp
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の鋼管継ぎ足し工法による掘削の実績深度はせいぜい地下数ｋｍで、地震発生源の地下数十ｋｍまでにははるかに届かないうえに、掘削にかかわる経費はハイコストにならざるを得ない属性を有する（例えば、非特許文献１、２参照）。
【０００７】
地殻プレート間地震発生源まで掘削可能な超深度の地殻鉛直掘削を作業能率良く且つローコストで施工できる掘削工法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
掘削開始時の鉛直掘削は、ビット・掘削駆動部が掘削船上の櫓からの延伸泥水コイルチュービングに吊り下げられ、アンカー装備の鉛直なビット導入・坑壁保全パイプに送られて施工される。
【０００９】
地殻中の鉛直掘削は、掘削駆動部外皮に装備された坑壁への泥水圧固定装置が鉛直掘削のガイドとなることで施工される。
【００１０】
泥水ポンプ接続のウィンチ脱着式リールに巻かれた複数個のコイルチュービングは、櫓上部の誘導装置によって順次地殻プレート境界面まで送り込まれる。
【００１１】
ビットの摩耗交換時のウィンチ巻上げの際には、掘削駆動部外皮の坑壁への固定機能は泥水圧を減退することで解除される。
【００１２】
掘削開始前においてはビットを地殻表面へ鉛直導入し、掘削開始後は地殻表層部の軟弱坑壁の崩落防止及びビット掘り屑による坑口の閉塞を防止するに足る十分な長さとその中途に鍔状の錘を有する、自重沈降・鍔停止機能付きのビット導入・坑壁保全パイプを装備する。
【００１３】
掘削船からの掘削用泥水は回収されることなく海中に放出されるのでローコストであることのほか、使用する泥水は海洋汚染防止に配慮したものを採用する。
【００１４】
本鉛直掘削工法が目指す掘削深度は、従来工法（例えば、非特許文献１，２、４参照）の数倍であるが、坑道保全のケーシングパイプが不要なことから、ビット径がその凡そ１/２でよいので本泥水ポンプの定格動力は非特許文献４記載の定格動力数値で充足されると思料される。
【発明の効果】
【００１５】
本鉛直掘削工法は、地震源とされる地殻プレートの沈み込み境界面までの鉛直掘削に延伸コイルチュービング方式を初めて採用しているので、ビットの送り込みと引き上げが容易なことから、従来の鋼管継ぎ足し工法のドリルパイプ掘削に比べて技術面及びコスト面においてはるかに優位である。
【００１６】
掘削駆動部外皮に坑壁への泥水圧固定装置を装備することは、掘削駆動部外皮の回転を防止しつつ、ビットへ泥水圧スラストを付与すると共に鉛直掘削のガイドとなる。
【００１７】
複数個のコイルチュービングリールは、泥水ポンプ接続のウィンチに脱着式に装備され、櫓上部の誘導装置によって順次地殻プレート境界面まで送り込むことが可能となる。
【００１８】
掘削開始前においてはビットを地殻表面へ鉛直導入し、掘削開始後は地殻表層部の軟弱坑壁の崩落防止及び掘り屑による坑口の閉塞を防止するに足る十分な長さとその中途に鍔状の錘を有する、自重沈降・鍔停止機能付きのビット導入・坑壁保全パイプを装備することは、従来工法のハイコストなケーシングパイプを省けるのでローコスト掘削に大いに寄与する。
【００１９】
掘削船からの鉛直掘削の場合、延伸泥水コイルチュービングによるビット・掘削駆動部吊り下げのフレキシブルな掘削工法は、従来のドリルパイプによる剛体掘削工法に比べて掘削船の高精度な位置決め装置を必要としない。
【００２０】
本地殻掘削工法は、超深度の地震発生源までローコスト下で掘削施工する目的から、従来の石油掘削及び科学探査掘削においてハイコスト掘削の主因とされてきたライザーパイプ、ケーシングパイプ及び防噴装置（ＢＯＰ）等の装備を割愛できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】掘削船からの地殻掘削の概要
【図２】掘削部の詳細
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１は、海面上１の掘削船２からの地殻掘削の概要を示したものである。
船上の泥水ポンプ３に接続のウィンチ５の脱着式リール4に巻かれたコイルチュービング６は、櫓７上部の誘導装置８によって海底９に設置されたアンカー１０挿入の鍔状の錘１１付きビット導入・坑壁保全鉛直パイプ１２を経て地殻プレート境界面まで送り込まれる。
【００２３】
掘削開始前のビット導入・坑壁保全鉛直パイプ１２及びビット１６の外径は、１２の自重沈降機能を確保するべく掘削開始後のものより若干大きい。
【００２４】
ビット１６による掘削は、泥水ポンプ３からの高圧泥水が計測・送信・制御部１４制御のダウンホールモータ１５を駆動させて施工される。
【００２５】
ビット掘り屑は、延伸泥水コイルチュービング６と坑壁１３の間の環状流路を泥水によって坑口まで運ばれ、海中に放散されて海底の掘り屑堆積層１７を形成する。
【００２６】
図２は掘削部の詳細を示したもので、その（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ掘削部の正面図、そのＡ−Ａ断面図及びそのＢ部の拡大図を示したものである。図（ａ）の掘削ビット１６を駆動するダウンホールモータ１５とその計測・送信・制御部１４からなる掘削駆動部の外皮２０の円周方向に強化ゴム製の円錐小車輪１９が１段につき８個、鉛直方向の３段に亘って装着された泥水圧固定装置１８は、泥水圧力によって強力に坑壁１３に押し付けられており鉛直方向には転がり移動するが、円周方向には強力な滑り摩擦のために移動しない属性を有する。
【００２７】
図（ｃ）は、掘削駆動部外皮２０上の泥水圧固定装置１８の詳細を示したもので、延伸コイルチュービングの泥水圧２６は、掘削駆動部外皮２０上の小孔２５を経て圧力室２４に導かれ、軸受支柱管２３、軸受２２及び車軸２１を介して一対の強化ゴム製の円錐小車輪１９を坑壁１３に強力に押し付ける。ビットの摩耗交換時のウィンチ巻き上げの際には泥水圧の減退とコイルスプリング２７の復元力によって泥水圧固定装置の坑壁摩擦力は解除される。
【符号の説明】
【００２８】
１  海面
２  掘削船
３  泥水ポンプ
４  ウィンチ
５  脱着式コイルチュービングリール
６  延伸泥水チュービング     
７  櫓
８  誘導装置
９  海底
１０  アンカー
１１  鍔状の錘
１２  ビット導入・坑壁保全パイプ
１３  坑壁
１４  計測・送信・制御部
１５  ダウンホールモータ
１６  掘削ビット
１７  掘り屑堆積層
１８  泥水圧固定装置
１９  強化ゴム製円錐小車輪
２０  掘削駆動部外皮
２１  車軸
２２  軸受
２３  軸受支柱管
２４  圧力室
２５  小孔
２６  泥水圧
２７  コイルスプリング
【図１】
2013194404.tif 000003
【図２】
2013194404.tif 000004