掘削データとトラブル予測•藤 貫 秀 宣

日鉄鉱コンサルタント

株式会社

Nittetsu Mining Consultants Co., Ltd

令和２年度 地熱井掘削監督者養成講座

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講演内容
①掘削データについて②掘削データの取得方法③掘削データ処理④トラブル予測（掘削データの変化）⑤実際のトラブル例

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①掘削データについて• 掘削設備を維持管理するために必要なデータと安全な掘削を維持したり，地層条件を把握するデータの２種類がある。
• ACコントロールのリグでは，プログラム制御を行い，主力の機械（例えばドローワークス・ポンプ）の重大なる破損を回避している。
• 安全に掘削するデータを取得し，そのデータから判断してオペレーターはより良い掘削諸条件で掘削作業を実施する。
• 保安的に重要な部分についてセンサー等を取付け，制御または掘削機の停止を行う。
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掘削データの種類
掘削設備本体からのデータ及び取り付けたセンサーからのデータエンジンのメータやインバーターの出力掘削設備に取り付けてあるセンサーからのデータ

一般的な荷重計・圧力計・ポンプストローク計など

地層からのデータ

検層・カッティングス・MWD・日報など

ドローワークスエンコーダー，機械補機のデータ

ロギング的なものからのデータ

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②掘削データの取得方法
掘削データは，掘削設備の維持管理に必要なデータと掘削の維持に必要なデータがある。それ
らのデータは下記の２種類の方法で取得する。
• 掘削設備機械から直接所得するデータ• 掘削設備にセンサーを取付けて取得するデータがある。
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掘削機械から取得しているデータ• エンジンの場合は，回転数，水の温度・圧力，油の温度・圧力，吸気温度等
・ACリグの場合は，回転数，電流値，トルクなどのインバーターからのデータとなる。
いずれも主な原動力からのデータとなる。
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掘削設備にセンサーを取付けて取得しているデータ
ポンプ・・・ポンプ圧
力・ポンプ近接スイッチ

ドローワークス・・・エ
ンコーダー

デットラインアン
カー・・・油圧計センサー

泥水タンク・・・温度センサー

横導管・・・フローセ
ンサー・温度センサー

テーブル（メカ二カル）・・・トルクセン
サー

油圧装置（HPU）・・・
流量計・温度計

硫化水素濃度・・・携
帯式・定置式の硫化水素計測器

定置式硫化水素検知器・・・テーブル下・ドリラー・セラー・
シェーカー付近

トング類・・・トルクゲージ

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③掘削データの処理
最近主流の電気リグでは，圧力，流量，温度センサー等からデータを常にPLC（プログラマブ
ルロジックコントローラ）で計測・判断し，各機械の保護を行い，壊滅的な破損を回避している。

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8ドローワークスの制御
モーター保護に関しては，モーター自体の制御（インバーター）のほか，ブロアー等の冷却システムの異常の有無を監視している。

ドローワークスに関しては，ギヤボックスのオイル循環量や温度・ブレーキに使用するオイルのコントロールを行い，ドローワークス緊急停止時のパーキングブレーキの稼働を行う。そのためHPU（油圧ユニット）は大切な装置となる。

ドローワークスシャフトに連結したエンコーダーから常にフックブロックの位置を把握しておく。

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9ドローワークスエンコダー• ドローワークスエンコーダーの回転とドラムの直径からワイヤーの送り出しを計測し，常にフックブロックを位置を把握している。
• クラウンブロックとフックブロックの衝突や吊り具のフロアー衝突をプログラムで制御している。
• フックブロック位置を把握することにより，自動掘削のプログラムも可能となる。（例 荷重一定掘削，掘進速度一定掘削，トルク一定掘削等）

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10ドローワークスエンコーダー

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コントロールキャビン内
コントロールディスプレイ

コントロールディスプレイ

トップドライブ操作盤

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12アナログ表示

ポンプ圧力計トングトルクゲージ

ウエイトインジケータ

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コントロールキャビンでの操作状況

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掘削諸データについて

掘削深度・・・ケリー残入力でエンコダー管理

ポンプ量・・・ポンプ近接スイッ
チからポンプストロークを検出し，吐出量を把握する。

ビット荷重・・・デットラインアン
カーに油圧センサーを取付け，油圧を重量変換する。その際ビット荷重ゼロ状態をリセットし，掘削開始する。その差がビット荷重となる。

フィルストローク・・・追降後ポンプを運転し，泥水が回帰するまでのストローク数。逸泥の前兆の把握。

タンク水位・・・音波等によるタンク上部からの計測。

泥水温度・・・泥水の入り口温度・排出温度（タンクで計測）。

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ポンプカウンター計

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水位計（タンクに設置）

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④トラブル予測（掘削データの変化）
一般的な掘削トラブル時の掘削データ変化について
率

沈

トラブル種類

重量計

掘進能

降カッティ
ングスにより揚げ荷重上昇

大きな逸泥

水位により変 場合によって化は上昇

留

圧力の高い貯若干下がる

場合によっては 降カッティングスによりトルク上昇

泥水量

泥水温度若干減少

若干下がる

減少

下がる

増加

上昇

暴 噴

揚管時や検層準備中などのポンプ停止時に発ツールス切断

減少

進行が停止

差圧抑

下がる

管動不能

変化なし

留物

下がる

することが多い。

場合によって低下

大きさによって減少する

留

ドリルパイプのウ
オッシュアウト

備 考生

場合によっては上昇

層

ビットの不良落下 による抑下がる

回転トルク
沈

小さな逸泥

ポンプ圧力

最終的に切断
回転不能

逸泥は無い

変化あり
回転不能

管動不能
物

場合によっては崩壊 によりアニュラス トルク上昇の閉塞による
圧力上昇

崩 壊

揚荷重増

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カッティングス増える

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逸泥について• 逸泥層の把握は，貯留層のためだけでなく，坑井を仕上げるためや，ケーシングセメンチングの仕上げ精度を向上させるためにも最も重要である。
• 逸泥防止の基本は，坑井放置・防止材の混入・逸泥防止セメンチング等の方法であるが，ケーシングセメンチング方法の選定を間違えると生産障害を起こすこともある。
• 逸泥防止には，逸泥深度の確定・逸泥量・逸泥層の圧力を把握して，その対策方法を検討したり手順を検討を行うことである。
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切断事故について• ドリルパイプの切断は，無理なトルクやビット荷重の過大によって発生する。ツールジョイントの摩耗を常に把握することやスリップエリアの傷が激しいドリルパイプを使用しないことが大切である。
• ドリルカラーの切断については，金属疲労が主な原因であるが，定期的なインスペクションによって防ぐことが可能である。
• 回収器具（オーバーショット，バスケット）は現場に準備しておく。オーバーショットについては，ドリルカラーのサイズから3/8in小さいものを回収出来るようにしておくことが重要。
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暴噴について（その１）••••

暴噴は揚管時や検層終了後に発生する。
まれにビット編成での注水時に発生する。
過去の掘削データ等の調査が必要となる。
暴噴の勢いは，坑内冷却の度合や貯留層の状況により異なるが，数分で地熱流体が櫓を覆うため，櫓上にいる場合は，即座に櫓外に避難することが 必要であり，噴出兆候を確認した直後にBOPを閉じ，坑内冷却を実施しなければならない。

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暴噴について（その２）• 地域によっては，比較的多く発生する場合もあるため，事前に坑口装置等検討が必要である。
• 蒸気に伴い，硫化ガスも発生するた
め硫化水素対策も必要となる。
• 貯留層圧力は比較的に低いため，圧力均等という考えではなく，坑内冷却が重要となる。そのため，補給水量が重要であり，少ない場合は，掘削編成の揚管は出来ない。
• 暴噴の恐れのある地域の場合は，BOPも遠隔で操作出来るようにする。

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日報から読み取れる事項
逸泥状況（数値及び泥材使用量）

掘進能率（工程管理に必要）

ビットライフコスト（日数・材料他）

地質状況（特記事項）

温度状況（泥材使用量・泥水試験データ・泥水温度）

坑跡予測（編成も含む）

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⑤実際のトラブル例（例１：全量逸泥）・掘削状況
・深度：１８９３．４０（ｍ）
・逸泥量：２０００（Ｌ/分）以上
・ポンプ圧力：７０→５（Ｋｇ/ｃｍ２ ）・ビット荷重：１５（ｔ）
その後徐々にポンプ圧力が３９Ｋｇ/ｃｍ２回復。
２，０９０ｍ付近にてポンプ圧力がほぼ０Ｋｇ/ｃｍ２ 。

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例２ 掘削中の入排泥水温度
9075.6 76.3

80

79.2
76.4

74.1

70.2

排泥温度

70

78.5

62.5

60

55.5
45.5 46.5

50
温度℃
40
27.7
27.628.5 28.9

30

30.3

31.1
28.0

32.6

34.3

35.8

36.939.4

40.8

49.4

47.2

47.7

50.1 50.2

41.6

32.0

31.0

48.0

52.5

31.0

30.0

32.0

34.0

36.0

36.0 36.0

36.0

43.043.042.0 42.0
41.042.0
40.0
40.040.0
39.0
38.0
37.0 37.0
35.0

27.0

20

入泥温度

10

0
50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

105

110

115

120

125

130

135

140

145

150

155

160

165

170

175

180

185

190

195

200

205

深度（ ｍ）

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28210

トラブルと対策• ケーシング挿入のため，揚管中暴噴された。
• その後循環したが，地熱流体が坑井内に流入し，掘削流体が増加した。
• バライトを使用して，泥水比重を１．４０まで上げ，噴出を抑制した。
• セメントフラッシュ後，泥水比重を維持したままケーシングを挿入し，セメンチングを実施。
• ワイヤーラインで掘削し，掘削終了した。しかし，掘削は泥水比重を１．２０程度であったため，インナーチューブ回収時インナーチューブの抑留は発生した。
• 最終的には３００mで坑井を仕上げた。（坑内温度：２６０℃）

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例３ 同一区間に高温対流が発生した時のケーシングセメンチング（状況）＊13-3/8”ケーシングを深度502.99mで設置後，以深を12-1/4”トリコンビットで計画深度1,100mまで掘削することが当初計画。
＊深度760.10mで2,500L/分以上の逸泥，0.9m無荷重掘削，ポンプ圧0KSC。
＊逸泥対策としてセメントフラッシュ７回を実施したが，閉塞出来ず逸泥掘削を実施。
＊深度941mで生産貯留層に到着，その後抑留を繰り返し，深度1,110mまで掘削。しかし抑留をバックオフを繰り返し，また，浅部である深度510m〜600m区間の坑内状況が悪化（口径拡大）した
ため，9-5/8”ケーシングを設置することを決定。そのため7”ケーシングを深度1,103.60m〜726.35mまでライナーセメンチングを実施した。
＊２つの地熱貯留層を１区間のライナーセメンチングで塞いだ計画であったため，施工中問題が発生した。
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７“ライナーセメンチング結果• ７“シュー深度 ：深度１，１０３．６０m• ７“ライナートップ：深度 ７２６．３５m• 後押し中２０６ストローク（8‐P‐80）ポンプ圧上昇，後押し不可能。
• ライナートップの耐圧確保のためのセメンチングに移行した。しかし，予想された箇所にセメントがないため，坑内の圧力モニタリングを実施して，施工方法を決定し対処した。
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圧力回復状況（測定深度：720.20m）

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温度回復状況（測定深箇所：ライナートップ）

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第４回目トップセメンチング• 9‐5/8”吊り管設置，プラグコンテナ設置（トッププラグ挿入済）• プラグ下セメント：１７，０００Kg（スラリー：14,213L３６０m分） スラリー比重：１．８０• トッププラグ投入• プラグ上セメント：３，０００Kg（スラリー：2,500L ６３m分）• 後押し水量：HT‐400:7,000L, 8‐P‐80:10,075L• 70KSCまで昇圧
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９ー5/8"ケーシング

後押し水

セメントスラリー

後押し水

セメント：３，０００Kg
スラリー：２，５００L
スラリー比重：１．８０

トッププラグ

セメントスラリー
セメント：３，０００Kg
スラリー：２，５００L
スラリー比重：１．８０

セメントスラリー
セメント：１７，０００Kg
スラリー：１４，２１３L
スラリー比重：１．８０

トッププラグライナーハンガー

セメントスラリー
セメント：17,000Kg
セメントスラリー：14,213L
スラリー比重：１．８０７”ケーシング

後押し送水時セメンチング終了時

４回目トップジョブセメンチング 図

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例４ コーン脱落

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脱落状況
24”坑 深度 483.20m 掘削中、トリコンビットコーン脱落

事故発

深度 483.20m

生ト ラ ブ ル 名

掘生

深度

状・回転トルクが発

削深度

深度 483.20m

し数回揚降したが、坑底に到着するとポンプ圧が上昇し、掘削でき況であった。揚管したところ、３個のコーンが脱落していた。

ない・掘削編成：24”Bit(MZ30G)+11-1/4”DHM(W/20”SS)+9-1/2”Shock Guard +9-1/2”DC③+Sub+N.sub+8”NDC+N.sub+8”DC⑨+Sub+6-1/2”DC⑥+5”HWDP+5”DP

状

生
発況

マッドモーター：120rpm

・回転数

用・ポンプ送水量：3,885L/min・Bit

使・泥水性質時間：180 時間
SG:1.09

TDS：40rpm

計 160rpm

ポンプ圧力：150KSC
掘削長

Vis:50 秒

194.30m

泥壁:1.2mm 脱水量:7cc

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pH:10

砂分：1.037ビットの信頼性

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例５ 異物回収

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回収状況

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例６ ワイヤーラインでのトラブル
ワイヤーライン工法は，下記に起因するトラブルがある。
①ビットは回転するが，インナーチューブは回転しない。そのため計３個のベアリングが使用されている。
②コア詰まり時及びインナーチューブにコアが充満するとインナーチューブを回収する必要がある。
③掘削坑とロッドのアニュラスが小さい。

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ベアリング２個41

インナーチューブヘッドのトラブル＊地層が高温の場合や硫化ガスが出ている場
合は，ベアリングの寿命が短くなる。
＊ベアリングが破損すると，インナーチューブの引き上げが不可能になり，ビットを引き上げる必要がある。
＊最近の強化ロッドは，肉厚にもなっており，ベアリング破損によるインナーチューブの抑留リスクは少ないと考えられる。
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インナーチューブセット時のトラブル＊地上部でロッドの中にインナーリューブ＋インナーヘッドを落とし込み，ロッドを継ぎ足しポンプで泥水を送り，ビット頭部にインナーチューブがセットされたのを確認してから掘削する。しかし，逸泥により大幅に水位が降下すると，落下速度によりビットを破損し，坑内トラブルとなる場合がある。
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インナーチューブ引き上げ時の暴噴＊ワイヤーラインは、ポンプ量が少なく，また間隙も小さい。LCMでの抑留もある。
＊そのため熱交換時間が短いため，坑内冷却はし難い。
＊インナーチューブ引き上げの際は一時的なスワビング現象を引き起こすので，暴噴に注意する。
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最後に：弊社の硫化水素対策の紹介
掘削作業開始前に，酸素欠乏硫化水素作業主任者から硫化水素・避難方法・測定器・ガスマスク等の教育を実施する。

BOPの操作は，アキュームレーターユニット・フロアー・場内の３箇所で可能なようにしている。

現場に設置するものとしては，吹き流し・硫化水素測定器（携帯用と定置式）・送風機・場合によっては硫化水素希釈装置・エアーシャワーを設置する。防霜ファンは容量が大。
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エアーシャワー
＊現場での作業時は，ファンやマスク・耳栓等で保護されているが，カッパや防寒服の隙間に硫化ガスが入り込み，休憩室にそのまま入り、カッパや防寒服を脱ぐと，休憩室内の硫化ガス濃度が上昇する場合がある。そのため，休憩室に入る前に，エアーで衣類をブローするために使用している。
＊１００V電源であり，エアーシャワーの前に立つと，自動的にエアーが出て衣類をブローしてくれるものである。
＊夏場には，涼しい。

令和２年度 地熱井掘削監督者養成講座46硫化水素希釈装置の紹介
苛性ソｌ
ダ
水
溶液

＊

坑井→ガ
ス
放散

セ
パ
レ
ｌ
タｌ

＊

送風機

ﾎﾟﾝﾌﾟ

タンク

硫化水素吸収・希釈装置

概念図

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ご清聴ありがとうございました。

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