地熱井掘削監督者養成講座
坑内トラブル事例からみた防止技術

平成30年2月1日

帝石削井工業株式会社
島田邦明

地熱井掘削監督者養成講座

H30.02.01

1１．はじめに項目

２．ストリングスの落下
2-1 ドリルパイプまたはドリルカラーの切断

2-2 ネジ戻りによる落下
３．ストリングスの抑留
3-1 カッティングスや崩壊による抑留
3-2 差圧および厚い泥壁による抑留

3-3 セメンチングによる抑留
3-4 ジャンクによる抑留
４．ビット等の破損
５．採揚作業６．ケーシングトラブルおよび損傷
７．検層器のトラブル
８．暴噴
９. 坑井試験によるトラブル
１０．まとめ地熱井掘削監督者養成講座

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2１．はじめに• 坑内トラブルが発生すると工期延長・掘削コスト増大することからその発生を防ぐことは重要• 坑内トラブルは複数の原因により発生するため、それぞれの原因に適した対応策を実施• トラブル防止は、掘削計画・資機材の準備・掘削の施工・掘削後の機器の整備・保管時のそれぞれで対策を実施• トラブル発生後は、時間の経過とともに坑内状況は悪化するので、早期に対策を実施することが必要（事前の準備、対策実施時には次の対策の準備とその次の対策計画を立案）• 坑内トラブルに関係する技術は、そのほとんどが石油掘削技術であるが、地熱井との違いを考慮して施工しないと、別のトラブルを誘発• 地熱井は、石油井と比較して坑内が高温となるので、機器や施工方法に対する温度影響を考慮• トラブル防止は、開発会社・掘削会社のそれぞれが担当する対策を実施

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3地熱掘削技術の基本は石油掘削技術• 石油井は高い圧力の石油・天然ガスを抑圧コントロールしながら掘削• 地熱井は高温の地層を冷却しながら掘削• 石油掘削技術を地熱井に適用する場合は、この違いを考慮することが必要• 地熱井は、ケーシングパ
イプを通して地熱流体を採取するため、ケーシン
グパイプは、大きな温度
変化や流体による腐食影
響を受ける• 地熱井の高温度環境は、超ド級のカテゴリー• 一般的に300℃を超える
ような地域ではトラブルが増加

地熱井の環境石油開発における温度圧力条件と地熱開発の比較
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4地熱井掘削時の熱の移動
坑内の熱移動• フローラインから流出する泥水の温度と、サクショ
ンタンクの温度は、泥水が坑井内で熱をもらい、冷却塔で熱を放出した結果で、坑井内でも熱の交換が発生• 泥水ポンプからドリルパイプ内に送られた泥水は、
アニュラス部を上昇してくる高温度の泥水から熱をもらいながらビット先に到達• ビットノズルから坑内に流出した泥水は、高温の地層から熱をもらいながら上昇し、浅部では低温の地層やドリルパイプ内を降下している泥水に熱を奪われる• 地上に回帰した泥水は、ソリッドコントロール装置
や冷却塔などで熱を放出し、サクションタンクから泥水ポンプに送られる• 熱の収支がおこなわれていることを考慮することが
必要

暴噴と温度
• 水が気化すると体積は約1 700倍
• 高温の泥水が坑口に回帰した場合、大規模な沸騰が坑口で発生
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泥水循環と坑内熱収支
5掘削機用計測機器• 掘削装置に付属するドリラーコンソール内には、ウェイトインジケーター，
ロータリートルク計、ロータリー回転計、ポンププレッシャー計、ポンプスト
ローク計、トングトルク計等の計測機器が付属しているが、これらのセンサは地上に設置• 掘削に用いられている計測機器は、ほとんどが地下を直接計測して表示する計器ではない• 主要な計測機器であるウェイトインジケーターのセ
ンサは、ドリリングラインのデットラインアンカーに付属しており、デットラインにかかる引張力を油圧に変え、ウェイトインジケーター
はその圧力を重量として表示• 掘削作業は、計測機器の数値のみにとらわれず、ケーシン
グの設置や地質、坑井傾斜、
ドリルストリング等の地下状況を想定し行うことが必要

WLとデットライン
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掘削用計測器（TOTCO社カタログに追記）
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２．ストリングの落下
ストリングの落下には、ドリルパイプ切
断落下、ドリルカラー切断落下、ネジ戻りによる落下がある。

2.1 ドリルパイプ切断
切断原因• 過大なロータリートルク：硬質な地質の浚
渫中や過大なビット荷重• 硫化物応力腐食割れ：硫化水素ガスによる割れ• ドリルパイプの腐食：エアレィテッド掘削
時の空気中の酸素により発生• ドリルパイプの疲労：使用により発生• 過大なドッグレグ：傾斜掘削計画や施工により発生

疲労による穴あきによる切断

硫化物応力腐食割れ
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ドリルパイプ切断の原因と対策例
担当

原因

開発会社 不良DPの使用
硫化物応力腐食割

過大なドッグレグ

掘削会社

対応

ドリルパイプ非破壊検査とクラス分けの指示
硫化水素ガスが賦存するか調査
低グレードドリルパイプの使用
HWDPの使用
過大なドッグレグの防止（計画・施工）

ドリルパイプの疲労

エアレィテッド掘削時の腐食防止

ドリルパイプの腐食

エアレィテッド掘削時のガスの流入防止

過大なロータリートルク

ドリルパイプ非破壊検査とクラス分けの実施
トルクリミッターの使用

ピンホールからの泥水の ロータリートルクを確認し掘削流出
目視検査と不良管の取り換え

ポンプ圧力の監視と変動時の対応
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H30.02.018硫化物応力腐食割れ• 坑内に流入した硫化水素ガスにより、ドリルストリングに硫化物応力腐食
割れが発生• 硫化物応力腐食割れの影響は、鋼の硬度が増すごとに敏感となり、温度が高いほど鈍感• 低温域（65℃以下）では、硫化物応力腐食割れが発生しやすい• 一般的に最大硬度HRC22※までの鋼は硫化物応力腐食割れに耐えることができる• G105グレードのドリルパ
イプはHRC31～33であり、同割れに対する耐力は小さい• 対策
・ストリングの材質の選択
・ガスの流入防止・流入ガスの排除
硫化物応力腐食割と思われる事例※HRC（ロックウェル硬さ）：工業材料の硬さを表す尺度の一つであり、押込み硬さの一種
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HWDPの使用
ヘビーウエイトドリルパイプ（HWDP）は、ドリルパ
イプより厚い管体と長いツールジョイントを持ち、管体の中間部にセンターウェアパッドを付けたもの。
• ドリルパイプより高い強度を持つ• ドリルカラーとドリルパイプの間に緩衝材として使用（緩衝材としては15本以上使用）• 掘削坑径によっては圧縮下で使用• ドリルカラーより屈曲しやすいことから、傾斜掘りの偏角性が向上• ドリルカラーより坑壁に密着する面積が小さいことから、抑留の可能性を軽減• 坑井の傾斜部ではその重量と荷重の変化
を留意

HWDPの使用条件例

DP等の形状地熱井掘削監督者養成講座

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2.2 ドリルカラー切断
ドリルカラーは、掘削中に圧縮下や荷重のニュートラルポイントにおかれるとともに、スタビライザーに近い個所のドリルカラーは衝撃力を受けており、ネジの疲労が発生しやすい。
切断原因• 不適切なBSR ※ （曲げ強さ比）：外径摩耗等• ストレスリリーフ形状の不使用：DC仕様• ネジの疲労：長期の使用、過大なドッグレグ• 疲労が発生しやすい掘削編成：STB形状、外径変
化部
PINネジ切断例• 不適正なコンパンドの使用• 不適正な締付けトルク管理• 曲げに対するネジの危険部位置BOX ― b
PIN ― R
※BSR：ネジのBOXとPINの曲げ強さの比
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接続ネジ図

BOXネジ切断例11

ドリルカラー切断の原因と対策例
担当

開発会社

原因
不良DCの使用
不適切なBSR
ストレスリリーフ形状ネジの不使用
過大なドッグレグ

掘削会社

対応
ネジ部の非破壊検査の指示
適切なBSRの確認
ストレスリリーフ形状ネジの使用確認
過大なドッグレグの防止（計画・施工）

適切な掘削編成
HWDPの使用

STBによる衝撃

エアレィテッド掘削時の腐食防止

ネジ部の疲労適切なドリルカラーの準備

ボディの腐食・摩耗

ネジ部の非破壊検査の実施

不適正なコンパンドの使用
不適正な締付けトルク管理
ピンホールからの泥水の流出

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適正なコンパンドの使用
適正な締付けトルク管理
目視検査とカラーの取り換え
ポンプ圧力の監視と変動時の対応

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BSR（Bending Strength Ratio：曲げ強さ比）• BSRは接続ネジの曲げに対するボックスの危険部の断面係数とピンの危険部の断面係数の比• ボックスとピンの危険部は前図のRとb• 曲げに対して最も均衡のとれた接続はBSR 2.50
（ボックスの断面積が2.5倍）• 一般的に支障なく掘削できるBSRは、3.20～
1.90• 外径摩耗によりBSRが2.00以下になるとトラブルが発生しやすくなる（右図のでは、6-1/2”DCが 5-7/8”まで摩耗するとBSRは2.00以下となる）
ドリルカラー摩耗使用限界の例
ドリルカラー

新管寸法（標準）種類
6-1/2”×4”IF
8”×6-5/8”REG
8-1/4”×6-5/8”REG
9-1/2”×7-5/8”REG

摩耗寸法（最小値）

外径

内径

BSR

外径

内径

BSR

6-1/2”
8”
8-1/4”
9-1/2”

2-1/2”
2-13/16”
2-13/16”
3”

2.79
2.59
2.93
2.81

6”
7-5/8
7-3/4
8-3/4”

2-1/2”
2-13/16”
2-13/16”
3”

2.19
2.17
2.31
2.11

※BSRは[石油技術協会,1992]油井用鋼管ハンドブックの表の読み取り値
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内径2-1/2”DCのBSR[石油技術協会,1992]
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ストレスリリーフ• ストレスリリーフはネジ部の応力軽減形状（STRESS RELIEF）で、掘削による衝撃と繰り返し応力を軽減• ストレスリリーフは、ネジの終端に局面を持った溝を切り、応力の集中を防止• ストレスリリーフ部は、断面積は減少す
るが、応力は集中しない• HWDPのボックスネジは、ボアバック形状が用いられている

ストレスリリーフ形状

ストレスリリーフとボアバック形状（第一熱処理㈱HP）
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ネジの締付けトルク管理• ドリルストリングスは全てネジで接続されておりネジの締付け作
業は、掘削作業では最も重要な作業の一つ• 接続ネジの締付けは、標準締付けトルク値とその10％増の範囲• 適正な締付けトルクが加えられるように、正確なトングトルク
ゲージを使用• ネジの締付けには上下二つのトングを使用• 締付け時のロータリートングの角度によって、ネジに加わる締付
けトルクとトングトルクゲージの値が変わることを考慮• 締付けトルクの過不足は、ネジの破損やカジリの原因• 接続ネジに使用する油脂は、耐熱，耐ショック性の黒鉛や銅の粉末を混入した地熱井用
コンパウンドグリースを使用• ケーシングネジ用のコンパウ
ンドは、ドリルストリングスの接続ネジには適さない
ロータリートングの角度と締付けトルク
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2-2

ネジ戻りによる落下

過大なロータリートルクが発生時やケリー
ドライブ等が破損にストリングスが逆回転して発生• 発生したトルクの解除作業で左トルクを発生させないようドロワークスを操作• トルクリミッターが付属していないエンジン
ドライブリグでは、注意が必要• ケリードライブ等のトルク伝達機器の整備と検査が必要• 適正トルクでの締付け• 基本的に掘削会社の責務• 開発会社も掘削編成によるドッグレグ防止や浚渫時の掘削編成の立案時には考慮が必要

ロータリーマシーンケリー

ドリルパイプネジ戻り

スタビライザービット

ネジ戻り発生状況
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３．ストリングの抑留
3-1 カッティングや崩壊による抑留• カッティングによる抑留は、循環流体により排除しきれないカッティングが、ストリング周辺に堆積することにより発生• カッティングによる抑留は、ダウンホールツー
ルの性能による送泥量の制限、逸泥によるカッティング排除不良、傾斜掘削によるカッティン
グ排除不良等により発生• 崩壊による抑留は、掘削した坑井の坑壁が何らかの原因で崩壊し、崩壊した地質がストリング周辺に堆積し発生• 崩壊による抑留は、坑径拡大部や高傾斜部に堆積したカッティングが崩壊することによる抑留と判別しにくい• 大規模な崩壊が発生すると循環ができなくなり、高温個所ではドリリングジャーの損傷やバックオフに制約• この抑留は、地熱井では多くの事例がある
カッティングや崩壊による抑留状況
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カッティングや崩壊による抑留の原因と対策例
担当

原因

坑径とドリルカラー等の間隙が小さ
開発会社 いダウンホールモータやMWDによる送泥量の制限崩壊しやすい地層

掘削会社

対応
坑井計画時に考慮
地質調査により崩壊しやすい地層を把握
注水や噴気試験状況から崩壊を予測

坑井試験による地質の崩壊

逸泥対策の実施または送泥量を増加

逸泥による間隙上昇速度の低下

循環泥水量を増加

大坑径部や坑径拡大部による泥水の間隙上昇速度の低下

ワイパートリップ、ショートトリッ
プの施工

カッティングの排出不良

TDSの使用坑井傾斜によるカッティングの堆積

調泥または泥水入れ替え

セメント等による泥水性状の悪化

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掘削編成の変更（STBの取り外し）18

高傾斜部でのカッティングの挙動• 傾斜部のカッティング挙動は、45度までは垂直井とほぼ同じ• 45度を超えるとカッティングが下側に堆積しカッティングベッドを形成• 55度を超えるとフラットなカッティングベッドが形成され、カッティング排除の難易度が高い• 高傾斜部に形成されたカッティングベッドが、坑内に滑り落ちるとドリルス
トリングが抑留（傾斜角が50度以上の坑井で揚管中に発生することが多い）• ホールクリーニングに必要な送泥量，ポンプ圧などの確認を行うため，ハイ
ドロリクスの検討が必要• 地熱井は泥水比重が低く，カッティングの沈降速度が大きいことから，良好なホールクリーニングを維持するためには，高いアニュラーベロシティの維持が必要• 室内試験では、傾斜角70度で1.3 m/s 以
上の流速が必要• ショートトリップや裸坑区間を昇降させるワイパートリップ
を定期的に実施
高傾斜部でのカッティングスの挙動模式図
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3-2

差圧および厚い泥壁による抑留

差圧抑留は、砂岩層のような浸透性地層の坑壁に形成された厚い泥壁に、その地層圧と泥水柱圧の差圧によって圧しつけられことにより発生• 地熱井では、砂岩層を掘削することは少ないが、微細な割れ目が発達している地層が浸透性地層となりえる• 泥水性状が悪化し厚い泥壁が形成されると発生しやすい• ソリッドコントロールや調泥を適正に実施• セメント浚渫による泥水性状の悪化• 高温による泥水性状の悪化• 差圧抑留の抑留する力は、泥水柱圧と地層圧力の差とドリルカラーが地層と接触している面積から求められる• 右図：深度1000ｍ、泥水柱圧115kg/cm2（SG1.15）、地層圧力100kg/cm2、接触面積9000cm2（幅10cm×長さ900cm）とすると抑留力135ton• 差圧抑留の事例、地熱井では比較的少なく、発生する地域は限られている• 厚い泥壁による抑留は、高温度部での泥水の選択や調泥の不備が主な原因
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差圧抑留状況
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差圧および厚い泥壁による抑留の原因と対策例
担当

原因

微細な割れ目が発達している地層が開発会社 浸透性地層
高傾斜によるストリングの坑壁への密着
不良なソリッドコントロール
高温による泥水性状の悪化
泥水性状の悪化による脱水増加や厚
い泥壁形成

掘削会社

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坑壁へ密着しやすいストリング編成

対応
地質情報や過去の抑留事例の把握
泥水試験の定期的実施
ソリッドコントロール装置の適正使用
坑内温度に合わせ高温度泥水を使用

適切な調泥、新しい泥水と入れ替え
ワイパートリップ、ショートトリップの施工
スタビライザーを使用し、坑壁とストリングの密着を軽減

密着区間が長くなる多数のドリルカ
ラーの使用

HWDPの使用（可能なら圧縮下）

裸坑作業時のストリングの停止

トップドライブの使用

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裸坑作業時は、ストリングを常に管動

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3-3

セメンチングによる抑留

逸泥対策セメンチングでセメントスラリーが予定深度に打設できない、スラリー設計と坑内状況が合わず予定より早くまたは遅く硬化することなどで発生する。また、硬化したセメントの落下により発生することもある。
• 原因となるセメントスラリーの量にもよるが，抑留を解決し離脱できることができない、重大な事故となることが多い• 逸泥対策セメンチング時は、スラリー量、坑内容量と坑径拡大予測、逸泥量、坑内水位、水位変動等を考慮した計画と施工が必要• 逸泥対策セメンチングを連続して施工する場合
は、逸泥状況やセメントの硬化が大きく変化• セメンチング時の安全深度はケーシング深度とは異なる• 硬化セメントによる抑留は、ケーシング降下時の捨て穴や坑径拡大部に形成したセメントブ
ロックの落下により発生
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逸泥対策時のセメントの挙動

BIT・STBへのセメントの付着22

セメンチングによる抑留の原因と対策例
担当

原因

高温により短時間でセメントスラ
開発会社 リーが固化
低温によりセメントスラリーの固化する前に掘削編成を降下
坑内水位の計画外の上昇によるセメ
ントスラリーのDP内残留
不良なセメントミキシング作業による不均質なセメント固化

掘削会社

対応
正確な坑内温度予測とセメントスラ
リーの設計
逸泥対策等による坑内冷却の評価対策による坑内水位変動を考慮した逸泥対策セメンチング計画
坑内水位予測とDPの安全深度までの揚管または全揚管可能であればDP内へ中抜き泥水の送入硬化したセメントの落下

適切なセメントミキシング作業とサン
プルの固化評価

過大なドッグレグによる坑径拡大

ケーシング設置時の捨て穴区間の短縮
適切な傾斜法コントロール（ドッグレ
グの防止）

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3-4

ジャンクによる抑留

ジャンクによる抑留は、地表から工具などを坑内に落下させた場合や、坑内ツールスの一部が破損し落下したときに発生• ロータリーテーブルの上には、工具や落下する可能性のあるツールを放置しない• 脱落事例：トングやスリップのダイ、ケリードライブの
ピン、ケリーブッシング、スタビライザーのブレード、リーマーのローラー、ビットのカッター• 掘削坑径に適合したジャンクサブを坑井元に準備し、必要時に掘削編成に組
み込み、ジャンクを回収

ジャンクによる抑留• ビットやスタビライザー上部で発生しやすい• ケーシング内で発生すると解消することが困難• ケーシングトラブルの改修作業中に発生すると廃坑の原因となる
ローラーリーマの破損脱落
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ジャンクによる抑留の原因と対策例
担当

原因

トングのダイ等の工具類の一部また開発会社 は全部が脱落落下溶接した掘削装置の一部が破損し落
下溶接型の坑内ツールの一部が破損し落下
高温による坑内ツールの破損

掘削会社

硫化物応力腐食割による坑内ツールの破損
遺留ジャンクによるビット等の破損

対応
ドリルパイプワイパーの使用
工具や落下する可能性のあるツールを
坑芯付近に放置しない

破損時に落下する可能性のある掘削装置の非破壊検査と修理
溶接した坑内ツールは、製作時に予熱や除冷を施工し、非破壊検査を実施
坑内ツールの耐熱性能の調査と破損を予測し、早期に交換等を実施
スプリングピンのような硫化物応力腐食割の可能性のある部品の確認と交換
遺留ジャンクの回収（ジャンクサブ）

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４．ビットの破損
ローラーコーンビットは、ベアリングが摩耗するとカッターが脱落またはカッター同士がぶつかり破損することで落下する• DHM掘削では、ビットの回転トルクの変化はロータリートルク計だけでなく、ポンプ圧力計にも表示させるが、モー
タの回転トルクが大きいと変化がわか
りにくい• ビットのカッターは、比較的大きな
ジャンクで、リバースサーキュレー
ションジャンクバスケットまたはミルやビットで破砕してジャンクサブで回モータ掘削で破損したビット
収• ビットで破砕する場合は、ジャンクの量を増加させない• 坑径が拡大しているとカッターのジャンク採揚は困難となる• 採揚できない場合は、早期にサイドトラックすることも重要
カッターの脱落したビット
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抑留原因
坑径減少によるセリコミ

編成替えによるセリコミ

キーシート

抑留の推定

カッティングの停滞

坑底付近のジャンク

ジャンクの落下セメントブロックの落下

セメントスラリー打設時の固化

セメントスラリーの未固結

厚い泥壁や差圧による抑留

地層や断層の崩壊

ケーシング圧潰

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発生時作業、計測項目の変化

状況や原因

作業

降管中、浚渫中

循環は可能、ビットやスタビライザーの交換、ローラーコーン

地層

硬質岩

ビットからPDCまたはダイヤモンドビットへの交換時に発生

計器

荷重減少

作業

降管中、浚渫中

循環は可能、抑留個所は高いドッグレグ、増角・減角編成から

地層

硬質岩

沿角編成への編成替え等により発生

計器

ドラッグ上昇（荷重減少）

作業

揚管中

循環は可能、抑留個所は高いドッグレグ、回転や降下は可能な

地層

軟質岩

場合がある、ジョイント毎に引張荷重増加

計器

荷重増加

作業

揚管中、降管中、付替え中

高傾斜部、ポンプすると荷重減少、ハイビス循環で多量のザク、地層－埋没の発生、ホールクリーニング不足

計器

荷重増減、トルク増加、ポンプ圧増加作業

揚管中、降管中、浚渫中

坑内機器の一部欠損、循環は可能、抑留個所がスタビライザー

地層－の場合は降下は可能なことがある

計器

荷重増減、トルク増加

作業

揚管中、降管中、浚渫中

地上の工具類またはケーシングの一部が落下、ストリングの降地層－下は可能なことがある、循環は可能

計器

荷重増減、トルク増加

作業

揚管中、降管中、浚渫中

逸泥対策セメントやケーシングシュー付近のセメントが落下、地層－循環は可能、降下は可能なことがある、

計器

荷重増減、トルク増加

作業

逸泥セメンチング中、頭部確認中

スラリーや後押し泥水量の不適切な計画、DP内残セメントの

地層－

固化、循環は不可の場合が多い

計器

荷重増加、トルク増加、ポンプ圧増加作業

降管中、浚渫中

不適切なセメンチング計画、坑内温度が予測より低い、ストリ

地層－

ングの降下後急速に固化、循環は不可の場合が多い

計器

荷重増加、トルク増加、ポンプ圧増加

作業

管動停止中、循環中、付替え中地層

高脱水層、微細な逸泥層

計器

荷重増加、トルク増加

作業

揚管中、降管中、掘削中、浚渫中

高温部の急冷却や変質粘土の膨潤等により崩壊発生、多量の場

地層

変質帯、断層帯合は循環不可、瞬時に発生する場合が多い

計器

荷重増加、トルク増加、ポンプ圧増加作業

噴気テスト後噴気時の温度上昇によりケーシング間隙の水が膨張、ケーシン

地層－

グ内で発生、循環は可能

計器

荷重増加、トルク増加

泥水性状が高比重・高粘性、管動は不可、循環は可能

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抑留対策の選択表
抑留原因

初期対策

抑留対策

①調泥
②抑留離脱流体の送入①調泥
編成替えによるセリコミ②抑留離脱流体の送入
①調泥
キーシート
打ち下げジャーリング
②抑留離脱流体の送入
抑 留 時 の 動 き と 反 対 方 向 に ①調泥と濃泥の循環
カッティングの停滞
ジャーリング②抑留離脱流体の送入
抑 留 時 の 動 き と 反 対 方 向 に ①調泥と濃泥の循環
坑底付近のジャンク
ジャーリング②抑留離脱流体の送入打ち上げ・打ち下げジャーリン ①調泥と濃泥の循環
ジャンクの落下グ②抑留離脱流体の送入①調泥セメントブロックの落下
打ち下げジャーリング
②抑留離脱流体の送入打ち上げ・打ち下げジャーリン ①循環可では離脱流体送入
セメントスラリー打設時の固化
グ（始めから最大荷重）②バックオフ
坑径減少によるセリコミ

セメントスラリーの未固結

厚い泥壁や差圧による抑留
地層や断層の崩壊
ケーシング圧潰

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打ち上げジャーリング
（始めから最大荷重）
抑留時の動きと反対方向にジャーリング

次期対策

打ち上げ・打ち下げジャーリング（始めから最大荷重）
打ち上げ・打ち下げジャーリン
グ
打ち下げジャーリング
（始めから最大荷重）
打ち上げ・打ち下げジャーリングその他

基本的には打ち下げ①循環可では離脱流体送入②バックオフ
①調泥②抑留離脱流体の送入①循環可では最大流量循環②循環可では離脱流体送入

基本的には打ち下げ

－

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演習問題
• ドリリングチャートの記録からどのようなトラブルが発生したか？
• トラブルの状況が判断できたら、その原因や再発防止を考えて下さい。

ポンプ圧力低下

ロータリー回転トルク低下

荷重減少[S.Hólmgeirsson、2010]に加筆
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H30.02.01

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５．採揚作業• 事故発生後にできるだけ短時間で、採揚作業を実施することが、成功率を高める• 坑井元またはその近隣に、オーバーショット、ジャンクサブ、ジャンクバス
ケット、ミーリングツール、インプレッションブロック、ロープスピア等の採揚機器を準備• 掘削編成には，ドリリングジャーを接続しておき，坑内状況が悪化した場合は直ちにジャーリングできる編成• ストリングや坑内ツールのスケッチは、事故発生時の採揚器の選択を考慮して実施• 採揚物を捕獲して揚管するときは，採揚物を再度落下させないため，テーブル面から上のドリルパイプ
を左廻して取り外す，上回しを基本• ストリング遺留事故の場合は、オーバーショット等を接続するまで、遺留物付近を冷却循環できないた
め、坑内温度の上昇により坑内ツールが破損

遺留時の温度上昇で破損したMWDバッテリー
地熱井掘削監督者養成講座

H30.02.01

切断したフロートサブ[S.Hólmgeirsson、2010]30

ストリングの採揚器
ドリルパイプやドリルカラー等のストリングを遺留した場合に使用される採揚器は、基本的にオーバーショットを使用する。
• オーバーショットはストリングスの外側を掴んで採揚する機器• トップサブ，グラップルを内蔵したボール，ガイドシューで構成• グラップルにはバスケットとスパイラルの2種類• スパイラルグラプルにはタイプAパッカーが，バスケットグラップルにはコン
トロールパッカーがあり，採揚物の外周をシールし，採揚物の下部先端を通して循環可能• 遺留パイプの頭部の形状を正確に把握することが必要• ストリング降下前のスケッチと揚管した下端の形状が重要な資料• 遺留物や採揚編成の重量計算には、浮力や傾斜による影響を含む• 地熱井ではパッカーシールの耐熱性と採揚作業中の坑内温度変化に伴うストリン
グの伸縮に留意• オーバーショットは，基本的な採揚器として掘削作業中は基地内に常時準備
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H30.02.01

オーバーショット機構図（TIX社カタログ）31

ジャンクの回収
坑内のジャンクは、ジャンクサブまたは逆循型ジャンクバスケットで採揚する。
• ジャンクサブは，流体の流速の変化によりジャンクを回収• ジャンクサブの回収可能なジャンクは、マンドレルとカップの間に入る大きさ• ジャンクサブは、構造が簡単で回収率の高い採揚器• ジャンクサブは、マンドレルとカップの間が広い採揚作業用と狭い掘削用がある• 逆循型ジャンクバスケットは、シュー、バレル、トップサブの３つの部分からなり、バレルの上端のシートにボールが入ると、泥水がバレルの間隙を流れ逆循とる

ジャンクサブ機構

坑径とジャンクサブカップ径の適合例• ジャンクバスケットにより地質を坑径掘削し，ジャンクを呑み込むのがカップ径
基本
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H30.02.01

逆循型ジャンクバスケット

6”
5”

8-1/2”
6-5/8”

12-1/4”9-5/8”

17-1/2”
12-7/8”32

ジャーリング作業• ジャーリングは、掘削編成に接続したドリリングジャーにより上下方向に強い衝撃を与える作業• ドリリングジャーは、掘削編成のドリルカラーの上部付近またはHWDP編成内に接続、掘削中は引張りの状態または圧縮の状態で使用• 掘削時にニュートラルポイント付近に接続されていると、掘削作業による衝撃を受け破損しやすい• 掘削編成のスタビライザーに直接ドリリングジャーを接続すると、衝撃を受けるので、少なくてもドリルカラー2本を挟むことが必要• ジャーのサイズは、接続する掘削編成中のストリングスサイズに合わせる• ジャーリングを実施する前に原因を推測し、その原因を解消する
ために、上下どちらの方向に主に作動させるか決定• 坑内温度がドリリングジャーの耐熱性能以上となると、オイルシールが損傷し、短時間でジャーは不作動• ジャーリングや強引を行うと掘削機に大きな力が掛かるので、ウ
エイトインジケーターとセンセーターを適時点検し、一定作業後はマストの点検やワークラインカットを実施
ドリリングジャー
NOV社カタログ
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その他の採揚器

各種ミーリングツール NOV社カタログ

スピア
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BHI社カタログ

H30.02.01

インプレッションブロック

呼び継管
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抑留離脱剤の使用
抑留離脱流体は、抑留されているドリルストリング周辺を特殊流体で満たし、ストリングスと坑壁間の摩擦を小さくし、泥壁やカッティングを分散させ抑留ストリングを離脱させる。
• 抑留離脱流体には油性と非油性があり、油性は効果が高いが、油分による環境汚染を考慮する場合は非油井を使用• 非油性のクリーンリューブは、全ての水系
泥水に使用することが可能であり、耐熱性
能は250℃• 泥水の潤滑性を高めると共に、脱水特性の改善、粘土の膨潤・分散抑制、ビット等への張り付き防止、地層に対する障害の軽減
等の機能クリーンリューブ流体組成例
比 率
品 名（Vol.%）

ポリマー水溶液（ﾃﾙﾎﾟﾘﾏｰ：0.3～
0.5%）

60～80

クリーンリューブ
（水溶性潤滑剤）
テルクリーン（水溶性特殊潤滑剤）

20～40
2～3

• 抑留離脱剤の使用は、適正な組成を使用することが、効果を高めるために必要

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H30.02.01

スポット流体とその離脱時間
各スポット流体
離脱時間
軽油
30分以上
軽油＋Sp-P5％＋Sp-ｘ5％
3分15秒
クリーンリューブ100％
3分38秒
泥水＋クリーンリューブ70％
5分25秒
清水＋クリーンリューブ50％
3分21秒

試験テスター35

バックオフとセバリング• バックオフは、抑留されたストリングのネジ部を火薬の発破衝撃により戻す作業（ネジを戻す左回転は地上からストリングを左回転させる）• セバリングは、抑留されたストリングのネジ部を火薬の発破衝撃により破壊し離脱する作業

FPIとバックオフツール
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H30.02.01

セバリングツールと採揚したジョイント36

６．ケーシングトラブルおよび損傷• セメンチング時のウォーターポケットの形成、ドリルパイプツールジョ
イントのハードフェーシングによる摩耗、ケーシングジョイントの溶接、閉塞区間の温度膨張等により発生• ウォーターポケット形成は、トップジョブセメンチングの不適切な施工やセメントスラリー打設時の遊離水により発生し、温度上昇による膨張
圧でケーシングが圧潰• バットレスケーシングのカップリングは、ネジの締め付けによりフープ
ストレスが掛かっており，坑内状況によってはカップリングが割れる• ケーシング外側にセメントが無い区間では、温度変化による伸縮等でケーシングが破損しやすい• ドリルパイプツールジョイントのハードフェーシ
ングは、ケーシングを摩耗しやすいので、必要に応じてハードフェーシングの無いドリルパイプやプロテクターを使用• 破損したケーシング部をセメントスクイズで補修しても、ケーシングと坑壁の間隙は小さいため、
完全な補修とはならない
割れたカップリング
地熱井掘削監督者養成講座 H30.02.01

37

ケーシングの圧潰• ケーシングとケーシングの間隙にウォーターポ
ケットを形成すると噴気時の温度上昇でケーシ
ングが圧潰• 不適切なトップジョブセメンチング、セメント
スラリー打設時の遊離水により発生• 閉塞区間水の膨張圧は、6～11kgf/cm2/℃• 圧潰個所をミルを用いて切削すると、圧潰ケー
シングの切断やケーシング片の落下等の二次ト
ラブルの原因• スエッジは、圧潰や変形部をテーパー状のツー
ルにより押し広げ、ビットが通過できるように修正する工具• 小さな外径のスエッジを降下して少し押し広げ、次に1/8”～1/4”程度大きい外径のスエッジを使用する方が作業効率が高い• ケーシングの圧潰が発生すると、その修正および補修には長期間を要し、多大なコストが掛かるがけでなく、坑井の生産能力や寿命に多大な影響を与える
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H30.02.01

ケーシングの圧潰状況
[Gunnar,2013]

ケーシングの圧潰とスエッジ
38

2段式セメンチングのストリング打ち上げ事故• 2段式セメンチング時にクロージングプラグの上部にセメントを打設（打設理由：クロージングプラグをセメントで固定し切削しやすくする）• セメント降下後、セメントを浚渫中にストリングが約10m突き上られた• 原因の推定：クロージングプラグの上部に打設したセメントが硬化し、同プラグが固定された後、ステージセメンター下部からフロートカラー
からまでの間の泥水の温度上昇により膨張圧が発生、この膨張圧によりストリングが突き上げられた• 対応：破損した掘削装置やドリルストリングを撤去し、掘削装置を補修• 対策：ツーステージセメンチ
ング時にクロージングプラグの上部にセメントを打設しない• 小規模な打ち上げは、ライナーセメンチングでも報告されている
突き上げ事故模式図
地熱井掘削監督者養成講座 H30.02.01

突き上げ事故状況39

７．検層器のトラブル
検層器のトラブルには、測定器の抑留、ケーブルの切断がある。
• 抑留された検層器の採揚作業は、可能な限り専用の採揚器を使用し、検層器にダメージを与えないことも重要• 切断した検層用アーマードケーブルは、ワイヤラインスピアに遺留したケーブルを巻き付けて採揚• 遺留したケーブルが長尺の場合は、切断箇所をワイヤラインス
ピアで引き上げたのち、検層車のワイヤドラムにケーブルを巻き付ける• ケーブルは、比較的硬質で、遺留したケーブルは所々でとぐろを巻き比較的浅部まで立ち上がっていることが多い• 落下したケーブルの頭部深度は、ケーブルの径や強度、坑井の内径等により異なる

ロープスピア• ロープスピアによる採揚時に、ケーブルがスピアに接触しても、負荷が小さくウエイトインジケーターでは判断不可• スピアの上部にケーブルが絡みつくと、ケーブルが坑やケーシング内とスピアの間に挟まり、採揚編成が抑留する危険がある
キャピラリーチューブの採揚
地熱井掘削監督者養成講座

H30.02.01

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８．暴噴
地熱井の暴噴は、火山性ガスの噴出、坑内温度の上昇による沸騰、またはその両方により発生、なお、浅部の炭酸ガス層掘削後に発生した逸泥により坑内水位が降下し、暴噴されたこともある。
• 掘削作業中は、掘削リグに付属する暴墳防止装置で坑内を密閉• ドリルパイプ内からの暴墳は、インサイドBOPまたはケリー等を接続する• 掘削リグに付属する暴墳防止装置で坑内を密閉• ドリルパイプ内からの暴墳は、インサイドBOP• 坑口のメインバルブを交換する時に暴噴が発生すると，坑口を密閉できず重大な事故• 浅部に高圧の火山性ガス層がり、下部に逸泥層があると、抑圧作業が困
難• 暴噴事故は，坑井トラブルだけでな
く，噴出の衝撃による機器の損傷，高温流体による人的損害，火山性ガ
KR-4号井暴噴時の状況
スによる罹災等，他の事故原因[S. Thorhallsson 2007]
インサイドBOP

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H30.02.01

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暴墳防止装置（BOP）• 暴噴防止装置（BOP ）・BOPは、坑口に取り付け、地下流体の噴出を防止する装置
・BOPは、アキュムレーターユニットの圧力容器内に蓄圧した作動油を注入することにより作動• アニュラータイプBOP・ゴム製のリング状パッキングユニットを坑内のパイプ類を中心にして外側から絞り込むことによって坑井を密閉・坑内にパイプ類が入っていない場合は、坑井の全密閉も可能• ラムタイプBOP・坑内のドリルパイプ等の外径に合わせて事前に組込だ左右２個のラムで坑内に挿入されているパイプを外側から挟んで坑井を密閉・ラムには、パイプ類が入っていない坑井を全密閉するブラインドラムもある

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H30.02.01

ラムタイプBOP

暴噴防止装置アニュラータイプBOP

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暴噴

フィリピンMalitbog

5R-12D号井の例• 5R-12D号井は、還元井として掘削• 深度106mで20インチのケーシングを降下、セメン
チング• 17-1/2”坑深度455m掘削後揚管中に暴噴• BOPを密閉したが、ケーシングの外側から地熱流体が噴出• 約8時間後に掘削マストはゆっくり傾き、シェール
シェーカータンクと川の間に倒壊• リリーフ井5R-13D号井をシングルショット測定器を用いて掘削暴噴時の状況
[J. E. Jumawan 2005]• 5R-13D号井は、深度470mで5R-12D号井と交差し、全量逸泥が発生• 重泥水とセメントにより5R-12D号井の噴出を防止
リリーフ井の坑跡[J. E. Jumawan 2005]
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H30.02.01

リリーフ井と5R-12D暴噴状況
[J. E. Jumawan 2005]
43

地熱井のキックコントロール①
キックコントロールは、地層流体が坑内に浸入（キック）した場合、早期に探知し、坑井を密閉、地層流体の侵入を抑圧、
地層流体を排出し坑内を安定化させ暴噴を防止する方法
キック：地層流体が坑内に浸入、坑井を密閉し制御可能状況
暴 噴：キックの制御ができなくなった状況• 石油井の基本的なキックコントロール①キックを検知したらBOPを密閉し、SIDPP （Shut in Drill Pipe
Pressure）とSICP （Shut in Casing Pressure）を計測②抑圧用泥水比重を計算し調泥作業により抑圧泥水を作液③抑圧泥水をドリルパイプ内より送泥し、坑口装置に接続したチョークバルブを用いて、坑井内圧力をコントロールしながら泥水と地層流体を排出しながら、坑井内を抑圧泥水で置換
SIDPPとSICP• 高温井の問題
・ SIDPPとSICPの計測や抑圧泥水作泥中は、泥水循環を停止するため、温度回復により坑井内温度が上昇
・坑井内が加圧された状態で抑圧泥水を循環するため、100℃以上の流体が坑口元まで循環してくる・チョークバルブから、100℃以上の流体を放出させると、放出口で爆発的蒸発が発生し
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H30.02.0144

地熱井のキックコントロール②• 石油・天然ガスは通常岩石の孔隙内に賦存しているため、岩石中から坑内に流入したガスを加圧により岩石内に戻すことは困難• 地熱流体は、地層中の亀裂内に賦存することが多く、地熱流体に含まれている火山性ガスも亀裂内にある• 地熱流体中の火山ガスは、加圧により地層の亀裂内へ戻すことは可能• 高温度井のキックコントロール手順①キックが発生、坑口装置密閉②シャットインプレッシャーを計測し、泥水比重を計算、重泥水液③坑内泥水を加圧注水（坑内冷却）④ドリルストリング内からストリングス内
容量分の重泥水を加圧注入⑤坑径拡大を考慮したドリルストリングと坑との間隙容量分の重泥水をキルライン
より加圧注入⑥シャットインプレッシャーを計測し、抑圧できたか確認、

高温度井のキックコントロール手順⑦抑圧が確認されたら坑口装置を開放し、冷却循環を実施
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H30.02.01

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リリーフ井の掘削• リリーフ井の掘削は、MWD（Measurement-While-Drilling）とレンジング（Ranging）技術を使用• レンジングは、ケーシングの磁極を三軸磁場センサで計測して解析することによりそれらの位置を特定する計測方法• レンジングは、通常ケーシングから15m程度の距離から検出可能だが、酸性流体による腐食やケーシングの材質によっては検出できないこともある○鬼首128号リリーフ井の例

レンジング技術概要[SDI社カタログ]• 128号井から約東に200m離れた個所からリリーフ井を掘削• リリーフ井は、 128号井の検知を行いながらサイドトラッ
クを繰り返して施工• 8-1/2“ビットを使用したリリーフウェルのサイドトラックは、6回実施し、D-5は128号井の0.5m以内を通過し、深度890m
で逸泥量が増加（ 128号井掘削時の逸泥層）• 掘削中に遭遇した安山岩に含まれる新鮮なマグネタイトがレンジング計測に影響• リリーフ井の深度774mでセメントプラグをおこない、注入
圧力は増加• 128号井の浅い部分にセメントプラグが形成された地熱井掘削監督者養成講座

H30.02.01

リリーフ井坑跡[K. Takizawa、2013]46

９．坑井試験によるトラブル
坑内トラブル• 噴気試験や注水試験の後の坑内は、試験前より悪化• 地層の崩壊やカッティングスの移動• 高傾斜部や坑径拡大部で発生しやすい• 火山性ガスが坑内に流入• ケーシングの圧潰、切断、破損
噴気試験時の人的トラブル• 噴気試験時は、坑井内から火山性ガスが噴出する可能性がある• 噴気試験装置を設置した敷地の周辺の地形，風向や風速などから，火山性ガスの拡散を予測• 坑井内からの火山性ガスの噴出量は，地下状況により変化• 作業員の配置と防毒マスクなどの安全対策を実施• 火山性ガスの計測と警報装置の設置，酸素マスクなどの救護機器を準備• 無風の場合は，コントラファンにより硫化水素ガスを安全な方向に強制的に拡散
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１０．まとめ• 地熱井の掘削は、圧力は低いものの温度は石油井と比較すると非常に高いので、石油掘削技術の適用時は考慮が必要• 掘削に用いられている計測機器は、ほとんどが地下を直接計測していないことから、地下の状況を想定しながら作業をすることが必要• 切断や抑留事故は、複数の原因により発生することから、その防止策は複数となる• 事故の防止策は、開発会社と掘削会社がその防止策に合わせるとともに意見統一の上、実施することが必要• 事故の回復作業は、事故原因と地下状況に合わせて、施工することが必要• 事故の回復作業は、可能な限り早急に実施することが、回復の可能性を高める• 地熱井のキックコントロールは、ガスの挙動と坑内温度の状況を考慮して施工することが必要• 地熱井が制御できない状態で暴噴すると、坑井や設備が損傷するだけでなく、近隣環境に多大な影響を当たることがある• 地熱井掘削のトラブル防止は、掘削記録やトラブル記録を収集し、有効利用
することが重要

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H30.02.01

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参考文献
• [J. E. Jumawan 2005] J. E. Jumawan, F. E. Mendita, M.Z. Aguilar, B. B. Belista and R. E. Retuya： The
Philippines’ First Geothermal Relief Well： Proceedings World Geothermal Congress 2005
• [S. Thorhallsson 2007] Sverrir Thorhallsson：Challenges faced in drilling high-temperature geothermal
wells in Iceland：ENGINE Workshop4 Reykjavík July2-5, 2007
• [K. Takizawa、2013] Kengo Takizawa, Osamu Iwasaki, Norifumi Todaka, Isao Shimizu, Shigeo Tezuka, andShigetaka Nakanishi： Geothermal Relief Well at the Onikobe Geothermal Power Station： GRC Transactions,Vol. 37, 2013
• [S.Hólmgeirsson、2010] Sveinbjörn Hólmgeirsson、 Ásgrímur Guðmundsson、Bjarni Pálsson、Hinrik Árni
Bóasson、Kristinn Ingason、Sverrir Þórhallsson（2010）：Drilling Operations of the First Iceland Deep
Drilling Well (IDDP)：http://iddp.is/wp-content/uploads/2010/07/2129_drilling_of_IDDP-1.pdf• [Gunnar,2013] Gunnar Skúlason Kaldal（2013）：COLLAPSE ANALYSIS OF THE CASING IN HIGHTEMPERATURE GEOTHERMAL WELLS，PROCEEDINGS, Thirty-Eighth Workshop on Geothermal Reservoir
Engineering• 新エネルギー財団,1999](財)新エネルギー財団（1999）：地熱井掘削自主保安基準（改訂版）• [新エネルギー財団,2003](財)新エネルギー財団（2003）：地熱調査井の掘削標準・指針（改訂版）• [石油技術協会,1987]

石油技術協会，作井技術委員会（1987）：採揚作業（作井マニュアル1）• [石油技術協会,1989]

石油技術協会，作井技術委員会（1989）：採揚作業（作井マニュアル2）• [石油技術協会,1992]

石油技術協会（1992）：油井・パイプライン用鋼管ハンドブック• [日本地熱学会,2014]

日本地熱学会地熱エネルギーハンドブック刊行委員会：地熱エネルギーハンドブック• [新エネルギー財団,1999](財)新エネルギー財団：地熱井掘削自主保安基準（改訂版）• [新エネルギー財団,2003](財)新エネルギー財団：地熱調査井の掘削標準・指針（改訂版）• [JICA,2016]

地熱井掘削監督者養成講座

国際協力機構（JICA）：地熱井掘削技術マニュアル

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