「地熱井掘削における自主保安指針」
における「噴出のおそれの検討」について2024年4月25日
日本地熱協会 技術部会
副運営委員長 北尾浩治
＜協 力＞
出光興産株式会社
後藤弘樹様（2023年度蒸気噴出対策技術検討委員会委員）
九電みらいエナジー株式会社 本山達也様（同上）
電源開発株式会社
手塚茂雄様（同上）
三菱ガス化学株式会社
持永竜郎様（前JGA技術部会長）
三菱マテリアルテクノ株式会社 岩崎隆一様（JGA技術部会）
西日本技術開発株式会社様
地熱エンジニアリング株式会社様1

はじめに地熱井の掘削を行う場合、深部の掘削時は必ず掘削用坑口装置に暴噴防止装置（BOP）を取付けるが、浅部の掘削時は掘削中の蒸気や熱水の噴出を想定せず、噴出に備えてBOP設置等の暴噴対策を行わないで掘削するケースがあり、結果として暴噴事故を引き起こした事例が発生している。
ここでは、特に浅部の掘削時を対象として「噴出のおそれ」に関するリスク、調査手法、対策等について、地熱井掘削工事の発注者の立場である地熱開発事業者の経験と知見をベースに整理した。
「地熱井掘削における自主保安指針（令和６年２月改訂版）」

第２章 保安の確保
第6 節 噴出防止
1.（噴出のおそれの検討）

地熱井の掘削、改修及び諸調査を行う場合には、各種データに基づく地下状況の推定やその他現場固有の状況を考慮した蒸気又は熱水等の噴出のおそれの検討を実施・記録し、それらに基づく適切な掘削計画の策定を行うこと。事故発生時の社会的重大性に鑑みて、噴出防止については特に、安全側に立った計画策定と、当該計画及びその実施状況に関する事業者間における十分な情報共有・協議を行い、それらを記録すること。
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１．噴出のおそれのある浅部高温貯留層とは①【浅部高温貯留層と地熱構造】➢ 『浅部』の定義：地熱系を構成するキャップロック（難透水層）以浅（キャップロック内部を含む）➢ 高温の主要因 ：高温流体（蒸気・熱水・温泉水）の流入もしくは熱伝導• 浅部高温貯留層と地熱貯留層は、基本的にキャップロックによって隔てられており、地熱貯留層の流体の直接的な関与は限定的と考えられる。（部分的な滲出・流出はある）• 深部の地熱貯留層からの流体の寄与と、その流入や熱伝導により生成した温泉水、天水の混合によって、様々な組成の流体が生じる。
• 一般的に地熱系の中心（熱源）に近いほど、高温かつ火山性成分の濃度が高く、ガス噴出のリスクが高い。
ただし、その影響範囲は同心円とは限らず、地質構造によって大きく異なる。

浅部高温貯留層の可能性

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１．噴出のおそれのある浅部高温貯留層とは②噴気【浅部高温貯留層の特徴】• 地下浅部に顕著な高温異常がある。

変質帯• 地表付近における高温異常やガスの存在は、温泉・噴気・変質帯といった地表兆候をもたらす。（近隣に自然湧出泉、噴気帯、変質帯が存在する場合は要注意）

ガスの湧出

第２段掘削

✓ 地下に被圧帯水層（不透水層に挟まれている帯水層のことであり、不圧帯水層よりも圧力が高い状態を保っているため、地下水が勢いよく自噴する可能性が高い帯水層）が存在する場合は、高温でなくても注意が必要。 浅部高温流体

逸泥

第１段掘削

• ガスが多く含まれるほどガスリフトによるフラッシュが発生するリスクが高い。

コンダクターCSG（50～150ｍ）• 掘削中に逸泥として検出され、フラッシュが連続する程度の温度（飽和温度に近い温度）と透水性がある。

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２．地表調査による噴出リスクの推定①• 地表から浅部高温貯留層を直接的に検出可能な手法は無いため、掘削前に掘削予定地点と地熱構造との位置関係を把握した上で、浅部での噴出リスクの評価を行うことが重要。
【着目点①】【指標となるもの】【調査内容】【調査手法】

掘削予定地点と地熱構造推定される地熱系の中心（熱源）との位置関係

物理探査を中心とした地表調査による地熱構造（断裂系・熱源）の抽出•••

物理探査（重力・MT等）
地形解析（リモートセンシング）
地表踏査（地表地質調査）

地表兆候（温泉・噴気・変質帯）の分布と流体性状

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•

地表踏査
地化学調査

既往調査データ••

文献調査
公的データ、企業データ

総合解析による地熱系全体の概念モデルの構築

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•
•

地質構造
熱構造
流体流動

↑通常の地熱資源調査で行われる内容↓浅部高温貯留層からの噴出リスクの評価

浅部地熱系の概念モデルの検討•

必要に応じて掘削予定地点周辺の追加的調査を実施

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２．地表調査による噴出リスクの推定②• 浅部での噴出リスク評価における着目点、掘削予定地点周辺の追加的調査には、次のようなものが考えられる。
【着目点②】【指標となるもの】【追加的調査手法の例】

掘削予定地点周辺の噴出リスクの評価

地表兆候の存在（温泉・噴気・変質帯）•

浅層地下の変質帯分布•

電磁探査（特にAMT，CSAMT，TEM）（通常より測点密度を高くした詳細調査）

浅層地下温度の推定••

地化学調査（地化学温度計）
1m深地温測定

浅層地下温度・変質帯等の直接確認•

小口径調査ボーリング（温度・逸泥・比抵抗・コア・カッティングス）•予定地周辺の地表踏査（沢等の通常のルート以外も含む）
地化学調査（土壌ガス）

噴気変質帯
第１段掘削

第２段掘削

ガスの湧出

コンダクターCSG（50～150ｍ）

逸泥

浅部高温流体6

３．追加的調査手法の例①【地質・地化学調査】• 地表噴気（帯）は、ごく浅部の高温流体の存在を直接的に示す。
• 温泉の泉温や性状の分布から、地熱系における温泉の形成モデルや位置関係の推定が可能。
✓ 主要陰イオン、pH、塩濃度、同位体比等から、火山性流体の寄与度を推定する。
（火山性流体の寄与が強いほど地熱系の中心に近い）✓ 地化学温度計を用いて、その温泉の貯留層での温度を推定する。
✓ ただし、上記は温泉貯留層の深度や分布を直接的に推定するものではない。
• 変質帯は、過去に高温流体が作用した痕跡であり、地熱構造を推定する上で重要な地表兆候。

✓ 変質帯を探すという点では、地表踏査の他に、衛星画像やドローン等によるリモートセンシングの適用が挙げられる。
✓ ただし、変質帯の存在が、必ずしも現在の地温分布を反映するものではない。

• 露頭観察や温泉・変質帯の分布、リモセンによる地形解析によって抽出された断裂系は、地下深部からの流体の寄与や流動方向等の推定に役立つ。
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（参考）沈み込み帯の火山性熱水系における温泉水（熱水）生成モデル

出典：火力原子力発電技術協会(2022)：地熱発電必携 第二版

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３．追加的調査手法の例②【電磁探査】• 浅部の調査には、電磁探査の中でもAMT・CSAMT・TEMといった手法が適しているが、得られた比抵抗分布の中から浅部高温貯留層を抽出できるか、現時点では確立されていない。
✓ 地表～浅部地下の変質帯は、一般的には低比抵抗帯として検出されるが、キャップロックのように遮水層なのか流体を含むのか、それだけでは判別がつかない。
✓ 高温で比較的低塩濃度の流体が多量に存在すれば、周囲より高比抵抗として検出される可能性があるが、非変質の第四紀の火山岩類も高比抵抗を示すため、他の情報を含めて総合的に解析する必要がある。

• ただし、目立った地表兆候がない地点であっても、浅部高温貯留層が伏在する可能性はあるため、浅部の比抵抗分布にもこれまで以上に留意すべき。
✓ 浅部の比抵抗分布形状は、地下の温度分布を反映している可能性があり、局所的な高温域や断層等の存在を示唆することが考えられる。

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（参考）電磁探査の浅部適用例（AMT法、CSAMT法）

CSAMT法探査結果とその解釈（泥火山の深部構造の事例）
出典：鈴木ほか(2009)

AMT法探査結果とその解釈（阿蘇地域の事例）

出典：Kanda et.al. (2019)

火口周辺地下の比抵抗分布について、深部からの高温火山ガスの流路との関係性を推定し解釈した事例。

※両事例とも対象が明瞭な地点での解釈例であり、他地域に単純に解釈を適用できるものではない点に注意。

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３．追加的調査手法の例③【土壌ガス・1m深地温測定】• いずれも地表に小孔を穿孔して、土壌ガスでは土壌中のガス成分（Hg・CO2・Rn等）を、地温測定では温度を測定し、結果をプロットすることで異常域を抽出する手法。
✓ 地表兆候が無い地点でも、火山性成分の影響や伏在する断層等の構造を抽出する一助となる。
✓ 比較的簡便な方法であるが、電磁探査等の普及により、現在は一般的な手法ではない。
また、異常域の分布が、直接的に浅部高温層の存在を示すものではない点に注意。

【小口径調査ボーリング】• 掘削予定地点において、例えばプレドリリング計画深度まで、小口径ボーリングを行って温度や逸泥、変質帯等の有無を直接確認することが考えられる。
✓ 小口径であっても、噴出時の対処が可能な資機材の準備は必要。ただし、大口径と比べて準備コストは小さく、噴出時の対処は比較的容易。
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４．浅部での噴出の恐れに対する対策の留意点• 地熱調査の結果から、地熱系の中心に近いほど温度が高く、浅部で高温流体に遭遇する可能性は高いと推定できる。そのような場所では、必要に応じ追加的調査を実施した上で、可能な限り浅部から噴出防止の対策を講じる必要がある。
• コンダクターCSG（第１段CSG）を設置するまでの区間※1は、BOP等の噴出防止装置の設置は困難であることから、その区間の深度の決定に留意が必要。
✓ 地熱調査の過程で、地表兆候や物理探査等の結果を総合的に検討しリスク評価を行い判断するが、近隣に掘削実績等の具体的な地下データが無い場合は最低限（数10ｍ～100m以浅）に留めるべき。
✓ ごく浅部に高温流体やガスが存在する場合、地表に兆候として現れている可能性は高いと考えられる。
✓ 大口径掘削の前に小口径調査ボーリングを実施し、直接確認するのも有効。
• コンダクターCSG設置以降については、通常の噴出防止対策※2の下で掘削を行う
が、変質帯とみられる低比抵抗帯とその周辺では、排泥温度・ガス検知・カッティングス等の変化に対し警戒を強化する。
• 地熱調査結果のとりまとめ、もしくは掘削計画策定の時点で、以上のような噴出のおそれについて検討を行い、結果を報告書・計画書等に記録し共有する。

※1：ロータリー掘削で行う場合とプレドリリングを行う場合がある。掘削口径が大きく対応する機器が準備できない場合は、パイロット掘削で安全性を確認した後、計画口径に拡掘することも検討する。

※2：コンダクターCSG
外側のセメンチング状況にも注意（プレドリリングの場合、フルホールセメンチングを行わない場合があるため、特に注意が必要）
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（参考）プレドリリング時の安全対策の事例【地域特性】
・約200m離れた地点で過去（40年以上前）に小口径調査井が掘削された実績あり。浅部での噴出の兆候なし。
・前年度の地表調査にて、口元から約60m離れた地点で小規模な熱水・蒸気の自然湧出（噴出）兆候を発見。
・当該地域での大口径（生産井規模）の調査井を掘削するのは初めて。
・深度100mまでプレドリリング、その後2000m以深までロータリー掘削を計画。
【プレドリリング概要】
・口径：660mm 掘削深度：100m・工法（手順）① ダウンザホールハンマー工法（エアパーカッション工法）を用い26” CSGを後続させて掘削。
掘削時はザク排出のため清水を適宜送水② 26”CSG内に20“CSGを設置後、26”CSGを抜管し、インナーストリングス法により坑口までフルホールセメンチング。
③ 20“CSGの坑口には閉止フランジを設置。
④ 機械入れ替え後、20”CSGにBOPを設置し、ロータリー掘削（17-1/2”坑）を開始。
【プレドリリング時の予防的安全対策】✓ 掘削中のリターン水の温度が70℃に達した場合は、予定深度100mに達していなくても掘止とする。
✓ 送水ラインを設置し、常に送水を可能とする。掘削中のリターン水で温度上昇が認められた場合には送水量を増やし、坑内を冷却する。送水後の温度状況から掘止判断をする。
✓ 用水確保のためタンク約60m3を設置し、常に用水を補給する。
【突発的な噴出が発生した場合の対策】✓ 直ちに坑内に送水を行い、水頭を立ち上げ坑内を十分に冷却する。
✓ 噴出が収まった後に、ビット及びエアハンマーを回収、その後にロッドを坑底付近まで下げ注水→泥水→セメントミルクを送り、必要に応じて砂利等を投下した後に、セメンチングを行い埋坑する。
✓ 送水停止後に噴出が継続する徴候が認められた場合は、ビット・エアハンマーを残留したまま送水→泥水→セメントミルクを送り、必要に応じて砂利等を投下した後に、セメンチングを行い埋坑する。

ご清聴ありがとうございました。
免責事項：本資料は蒸気噴出事故防止に資するため、日本地熱協会と独立行政法人エネルギー・金属鉱物資源機構が共催して開催した勉強会で用いられた資料であり、本資料の内容に関係して発生した直接的及び間接的な損害に対し、開催者及び講師、協力者は一切の責任を負いかねます。