「掘削監督者養成講座」
地熱井掘削における泥水管理
株式会社テルナイト
技術部 技術営業課
石川 佳孝
令和6年（西暦2024年）

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OUTLINE◆ 泥水の機能（おさらい）◆ 地熱井掘削で使用する泥水について◆ 地熱掘削で特に留意すべき点
•

高温度対策

•

ﾎｰﾙｸﾘｰﾆﾝｸﾞ•

泥水･泥壁の潤滑性◆ まとめ

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OUTLINE◆ 泥水の機能（おさらい）◆ 地熱井掘削で使用する泥水について◆ 地熱掘削で特に留意すべき点
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高温度対策

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ﾎｰﾙｸﾘｰﾆﾝｸﾞ•

泥水･泥壁の潤滑性◆ まとめ

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泥水の機能（おさらい）

DRILLING FLUIDS（泥水）の定義
Drilling Fluid（掘削流体）またはMud（泥水）と呼ばれる、多くの異なる種類の化学物質で構成された、石油・天然ガス井、地熱井、温泉井や水井戸、地質調査井などの掘削作業の要求を満たす流体。

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泥水の機能（おさらい）

APIの定義“A Circulating fluids used in Rotary drilling toperform any or all of the various functions
required during the Drilling operations”
API : American Petroleum Institute4
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泥水の機能（おさらい）
泥水には、坑井開発を早く、安全に、そして安価に達成するために様々な要件・機能が求められる。
◆ 掘削効率、掘進率の最適化。
◆ 坑内情報の地上への伝達。

◆ 人の健康、環境、掘削設備および坑内ﾄﾗﾌﾞﾙﾘｽｸの最小化。
◆ 貯留層の生産性の最大化。

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泥水の機能（おさらい）
良好な泥水が具備すべき機能・性質（1）◆ 泥水比重は、地層圧力とﾊﾞﾗﾝｽした適正値であること。

◆ 流動特性は、ﾎｰﾙｸﾘｰﾆﾝｸﾞ性に優れ且つ圧力損失やECD（Equivalent
Circulation Density）への影響が少ないこと。
◆ 坑内状況に適した脱水特性、泥壁形成性を有すること。
◆ 水和膨潤・分散傾向が強い頁岩の場合は、それらを良好に抑制すること
で坑壁を安定化すると共に、泥化および張り付きを防止すること。

◆ 粘土およびｿﾘｯﾄﾞ濃度が適正範囲内であること。
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泥水の機能（おさらい）
良好な泥水が具備すべき機能・性質（2）◆ 潤滑性に優れること。
◆ 各種ｲｵﾝ､ｿﾘｯﾄﾞ、温度他の汚染源に対する耐性が高いこと。
◆ 多種多様な泥水材料、泥水ｼｽﾃﾑとの適合性が高いこと。
◆ 高温高圧、大水深および高傾斜井など、複数の要件に対して多様性を有すること。

◆ 地上において泥水とｿﾘｯﾄﾞ分の分離が容易であること。
◆ 貯留層の生産性に影響しないこと。
◆ 坑内ﾄﾗﾌﾞﾙﾘｽｸを最小限に抑えること。
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泥水の機能（おさらい）
良好な泥水が具備すべき機能・性質（3）◆ ﾊﾝﾄﾞﾘﾝｸﾞ性に優れていること。
◆ ｺｱや検層の解析に影響を与えないこと。
◆ 調達性に優れ且つ経済的であること。

◆ 人の健康や環境に対する影響が少ないこと。
◆ 鋼管や掘削設備に悪影響がないこと。
◆ 関係法令や産廃への特別な配慮が不要であること。
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OUTLINE◆ 泥水の機能（おさらい）◆ 地熱井掘削で使用する泥水について◆ 地熱掘削で特に留意すべき点
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高温度対策

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ﾎｰﾙｸﾘｰﾆﾝｸﾞ•

泥水･泥壁の潤滑性◆ まとめ

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地熱井掘削で使用する泥水について
地熱井掘削で使用する泥水の要件◆ 地熱井と石油・天然ガス井は、泥水循環を伴うﾛｰﾀﾘｰ掘削という点で共通しており、そこで使用される泥水技術や泥水ｼｽﾃﾑは石油・天然ｶﾞｽ井の応用であることから、泥水に求められる機能や性質などの要件は、両者に大きな違いはない。
◆ 地熱井で掘削する火成岩および深成岩は、石油・天然ｶﾞｽ井で掘削する堆積岩とは物理化学的性質や特徴が大きく異なり、特にに地熱井掘削に適した泥水ｼｽﾃﾑを思慮する上では次の事柄への配慮が必要とされる。

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地熱井掘削で使用する泥水について
地熱井掘削特有の要素◆ 地層圧力が低く、泥水比重を必要としない。
◆ 地層温度が高い（石油井170℃ ＠5,000 m⇒地熱井：200～300℃ ＠
2,000 m）。
◆ 硬質でほとんど水和膨潤しないため、頁岩抑制力を必要としない。
◆ 地層に亀裂が多く、重篤な逸泥が生じる。
◆ 地熱貯留層の地層圧力は静水圧力よりも大幅に低く、重篤な逸泥が例外なく生じる。
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地熱井掘削で使用する泥水について
地熱井掘削で使用される泥水の要件

地熱井掘削で使用する泥水を選択あるいはﾃﾞｻﾞｲﾝする場合には、上述の事柄を前提として、より地熱井掘削にﾌｨｯﾄするよう泥水を最適化しなければならない。
1.堆積岩の掘削◆ 大坑径下でのｻﾞｸ揚げ能力に優れること。
◆ 砂岩や礫岩などの粗粒未固結層を厚い泥壁で保護すること。
◆ 浸透性地層を粘土粒子で閉塞し、Seepage lossを緩和すること。
◆ 安価で作液が容易であり且つ環境影響が小さいこと。
◆ 分散剤、張り付き防止剤などの追加が可能であること。
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地熱井掘削で使用する泥水について
地熱井掘削で使用される泥水の要件

2. 火成岩、深成岩の掘削◆ 高温度環境下でも安定した流動特性、脱水特性が得られること。
◆ ﾎｰﾙｸﾘｰﾆﾝｸﾞに適した流動性ﾌﾟﾛﾌｧｲﾙを有していること。
◆ ｿﾘｯﾄﾞ､塩分、ｾﾒﾝﾄなどのｲｵﾝ耐性が大きいこと。
◆ 脱水量が少なく、泥壁の圧密性に優れること。
◆ 潤滑性に優れること（傾斜井）。
◆ 安価で作液が容易であること

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OUTLINE◆ 泥水の機能（おさらい）◆ 地熱井掘削で使用する泥水について◆ 地熱掘削で特に留意すべき点
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高温度対策

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ﾎｰﾙｸﾘｰﾆﾝｸﾞ•

泥水･泥壁の潤滑性

◆ まとめ

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地熱掘削で特に留意すべき点
地熱掘削で特に留意すべき点◆ 高温度対策• 温度勾配が高く、比較的浅部でも地層温度が高い。
• 揚降管後や電気検層後に坑底付近の泥水性状が悪化｡• 貯留層掘削時に逸泥が伴わない場合には特に顕著｡◆ ﾎｰﾙｸﾘｰﾆﾝｸﾞ• 搬入路や敷地の制限により不十分なｽﾍﾟｯｸのﾏｯﾄﾞﾎﾟﾝﾌﾟやｿﾘｯﾄﾞｺﾝﾄ
ﾛｰﾙ装置を使用(ﾎﾟﾝﾌﾟ繰り出し量や泥水の粘性が制限を受ける)｡◆ 泥水・泥壁の潤滑性• 高傾斜井・大偏巨井での潤滑剤の不使用によるﾄﾙｸ･ﾄﾞﾗｸﾞの増大。
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OUTLINE◆ 泥水の機能（おさらい）◆ 地熱井掘削で使用する泥水について◆ 地熱掘削で特に留意すべき点
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高温度対策

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ﾎｰﾙｸﾘｰﾆﾝｸﾞ•

泥水･泥壁の潤滑性

◆ まとめ

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高温度対策ﾍﾞﾝﾄﾅｲﾄ濃度と温度との関係◆ ﾍﾞﾝﾄﾅｲﾄは熱に対して非常に敏感であるため、高温度環境となる地熱井で安定した泥水性質を得るためには、このﾍﾞﾝﾄﾅｲﾄの熱汚染対策が重要な鍵となる。
◆ 熱汚染を受けたﾍﾞﾝﾄﾅｲﾄは、粘土粒子が凝集を生じ、泥水の流動性が悪化する（失う）。

◆ それらの重篤度は泥水中のﾍﾞﾝﾄﾅｲﾄ濃度に依存し、ﾍﾞﾝﾄﾅｲﾄ濃度が高いほど熱汚染の影響は大きくなる。
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高温度対策ﾍﾞﾝﾄﾅｲﾄ濃度と温度との関係(1)◆ 左図に50 kg/m3 ﾍﾞﾝﾄ
ﾅｲﾄ懸濁液の各温度下におけるｹﾞﾙｽﾄﾚﾝｸﾞｽに及ぼす時間の影
響を示す。
◆ 温度が高くなるに従ってｹﾞﾙｽﾄﾚﾝｸﾞｽの増加
率は著しく大きくなり、
経時により更にｹﾞﾙｽﾄ
ﾚﾝｸﾞｽは成長する｡
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高温度対策ﾍﾞﾝﾄﾅｲﾄ濃度と温度との関係(2)19
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高温度対策ﾍﾞﾝﾄﾅｲﾄ濃度と温度との関係(3)
ソリッドの微細化とその比表面積

立方体1辺の長さ立方体の個数

比表面積

表面積の倍率

1cm

1

6cm2

1

1/2cm

8

12cm2

2

1/4cm

64

24cm2

4

1/8cm

512

48cm2

8

1/16cm

4,096

96cm2

16

1/32cm

32,768192cm232

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20高温度対策ﾍﾞﾝﾄﾅｲﾄ濃度と温度との関係（まとめ）◆ 耐熱性を向上させたい場合には､泥水中のﾍﾞﾝﾄﾅｲﾄ濃度とｿﾘｯﾄﾞ分濃度を低く維持･管理することが原則(必要最低限)｡◆ 新泥水作液時のﾍﾞﾝﾄﾅｲﾄ濃度は30kg/m3以下、MBC値では2.00ml/ml.mud前後を目安とする｡◆ 高性能（低添加量で高粘性を発現）なﾍﾞﾝﾄﾅｲﾄを使用するか､より耐熱性の高いｾﾋﾟｵﾗｲﾄを使用する｡◆ 長時間､循環を停止する場合には､新規に作泥した耐熱泥水を坑底にｽﾎﾟｯﾄする｡◆ ソリッドの微細化にも注意を払う（弊社技研で粒度分布を測定可能）。
◆ 泥水の蒸発分を常時割水で補給する（500L-2,000L/時間程度）。
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OUTLINE◆ 泥水の機能（おさらい）◆ 地熱井掘削で使用する泥水について◆ 地熱掘削で特に留意すべき点
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高温度対策

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ﾎｰﾙｸﾘｰﾆﾝｸﾞ•

泥水･泥壁の潤滑性

◆ まとめ

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ﾎｰﾙｸﾘｰﾆﾝｸﾞ
ﾎｰﾙｸﾘｰﾆﾝｸﾞ : 坑内において掘削されたｶｯﾃｨﾝｸﾞｽを地表まで運搬すること。
◆ｶｯﾃｨﾝｸﾞｽは、基本的には泥水のｱﾆｭﾗｰﾍﾞﾛｼﾃｨとｶｯﾃｨﾝｸﾞｽのｽﾘｯﾌﾟﾍﾞﾛｼ
ﾃｨとの差によって地上へ上昇する。
◆ｶｯﾃｨﾝｸﾞｽのｽﾘｯﾌﾟﾍﾞﾛｼﾃｨより大きなｱﾆｭﾗｰﾍﾞﾛｼﾃｨであれば､理論上ｶｯﾃｨﾝｸﾞｽは全て地上に揚がる。
◆しかし、高傾斜・水平坑井の場合には、この理論は直接適用できない。

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ﾎｰﾙｸﾘｰﾆﾝｸﾞ
高傾斜・水平坑井におけるカッティングスの挙動◆傾斜が増加するにつれて、ｶｯﾃｨﾝｸﾞｽは坑壁のﾛｰｻｲﾄﾞへ沈降しようとする。
ｶｯﾃｨﾝｸﾞｽの流れ
泥水の流れ
重力

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ﾎｰﾙｸﾘｰﾆﾝｸﾞ
ﾄﾞﾘﾙｽﾄﾘﾝｸﾞｽの偏心とｱﾆｭﾗｰﾌﾟﾛﾌｧｲﾙ◆傾斜の増加に伴い、ﾄﾞﾘｽｽﾄﾘﾝｸﾞｽはﾛｰｻｲﾄﾞの坑壁に横たわる傾向となり、ｱﾆｭﾗｽのｸﾘｱﾗﾝｽは、ｱｯﾊﾟｰｻｲﾄﾞでは広く、ﾛｰｻｲﾄﾞでは逆に狭くなる。

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ﾎｰﾙｸﾘｰﾆﾝｸﾞ
高傾斜･水平坑井の場合のｶｯﾃｨﾝｸﾞｽの流れ
1. ｶｯﾃｨﾝｸﾞｽのﾛｰｻｲﾄﾞへの沈降◆高傾斜・水平坑井の場合のｶｯﾃｨﾝｸﾞｽの挙動は、2つの悪条件により、坑壁のﾛｰｻｲﾄﾞにｶｯﾃｨﾝｸﾞｽﾍﾞｯﾄﾞの形成を許容してしまう｡

2. ﾄﾞﾘﾙｽﾄﾘﾝｸﾞｽの偏心によるﾛｰｻｲ
ﾄﾞにおけるｱﾆｭﾗｰﾌﾛｰの流れ難さ
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ﾎｰﾙｸﾘｰﾆﾝｸﾞ

坑井の傾斜角度とｶｯﾃｨﾝｸﾞｽﾍﾞｯﾄﾞの形成➢ﾎｰﾙｸﾘｰﾆﾝｸﾞの難易度は傾斜に依存し、主に3つのｶﾃｺﾞﾘｰに区分される。
0-30°

10°以上よりﾛｰｻｲﾄﾞ へのｶｯﾃｨﾝｸﾞ集積傾向が現れ始める

良好なﾎｰﾙｸﾘｰﾆﾝｸﾞは得がたく、最もｶｯﾃｨ
ﾝｸﾞﾍﾞｯﾄﾞが形成されやすい
高傾斜・水平領域では、 ﾎｰﾙｸﾘｰﾆﾝｸﾞは垂60-90°
直井の場合と全く異なる概念となる
30-60°

0-45°

45-60°

60-90°
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ﾎｰﾙｸﾘｰﾆﾝｸﾞ

ﾎｰﾙｸﾘｰﾆﾝｸﾞ不足による問題点と対策◆ 傾斜30°- 60°の範囲では、坑内に沈積したｶｯﾃｨﾝｸﾞは泥水の流れに逆らう
形で下方に向かってｽﾗｲﾄﾞする。
◆ ﾎﾟﾝﾌﾟ停止時にｶｯﾃｨﾝｸﾞは運搬力を失い、坑内に沈降し、裸坑斜面に沿って滑りながら下方に移動する。
◆ ｺﾝﾄﾛｰﾙﾄﾞﾘﾘﾝｸﾞ⇒方位・傾斜調整のためﾋﾞｯﾄ荷重のむやみな変更は限界がある。
◆ ｼｮｰﾄﾄﾘｯﾌﾟ⇒最も効果的であるがﾘｸﾞﾀｲﾑが増加。
◆ ｱﾆｭﾗｽ速度⇒ﾓｰﾀｰ編成においては圧力損失が増加。

限られた条件で良好なﾎｰﾙｸﾘｰﾆﾝｸﾞ性を発揮するよう坑内状況に応じた泥水性状（流動特性）に調整する必要がある｡
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ﾎｰﾙｸﾘｰﾆﾝｸﾞ

流動特性(ﾚｵﾛｼﾞｰ)の最適化◆泥水のﾚｵﾛｼﾞｰは特に低せん断速度域で評価する。
・Fann Viscometer の3rpm値 、6rpm値、 100rpm値、ｲﾆｼｬﾙｹﾞﾙ値で評価。
・指針：6rpm値 = ﾎｰﾙｻｲｽﾞ(inch)に近いほど望ましい。
※1Flow Rate

※2Shear Rate

(L/min)3,300(Sec-1)
15

3,200

55

2,100

196

17-1/2” Section
12-1/4” Section
8-1/2” Section

Annular Viscosity
(CP)
258
122
100

※1 : ある坑井での実績※2 : VGメーターの回転数×1.7 = Shear Rate
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ﾎｰﾙｸﾘｰﾆﾝｸﾞ

Cuttings Transport Ratio (CTR)の最適化◆ Cuttings Transport Ratio (CTR)
・Cuttings Transport : Slip Velocity / Annular Velocity x 100,
最低でも25%以上、垂直井50%以上、高傾斜井・水平井55%以上
・実績 ;17-1/2”坑：47%、12-1/4”坑：73%、8-1/2”坑：75%
・ﾎｰﾙｸﾘｰﾆﾝｸﾞ不足の問題は生じていない・推奨 ;12-1/4”坑：YP 20-30lb/100ft2, A/Vel >30-40m/min, CTR 65-75%
8-1/2”坑：YP 10-20lb/100ft2, A/Vel >80m/min, CTR 70-80%
垂直井と比較してｻﾞｸ揚げ循環時間は2倍以上
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ﾎｰﾙｸﾘｰﾆﾝｸﾞ

CTR（参考）◆ 清水 V.S. 泥水 （8-1/2”坑掘削）
種別

A/Velocity(m/min)

清水
泥水1
泥水2

91

S/Velocity(m/min)
58.4
22.4
18.6

最大上昇可能粒径(inch)
0.7
1.9
2.3

・Flow Rate : 2,100L/min
・泥水1 : PV 21cp, YP 20 lb/100ft2, Gel 8-12 lb/100ft2
・泥水2 : PV 15cp, YP 8 lb/100ft2, Gel 3-16 lb/100ft2
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CTR
（%）
35.8
75.4
79.6

31

ﾎｰﾙｸﾘｰﾆﾝｸﾞ

ﾊﾟｲﾌﾟﾛｰﾃｰｼｮﾝ◆ ﾊﾟｲﾌﾟの回転及び昇降・ﾄﾞﾘﾙｽﾄﾘﾝｸﾞｽによる機械的動作がﾎｰﾙｸﾘｰﾆﾝｸﾞを改善する。
・ﾊﾟｲﾌﾟの回転を続ける限り、ﾎﾟﾝﾌﾟ停止後も、ｶｯﾃｨﾝｸﾞはﾍﾞｯﾄﾞに沈降せず、ﾊﾟｲﾌﾟの周囲に保持される。
・12-1/4” & 17-1/2” Hole 120rpm
・8-1/2” Hole 60rpm◆ ｼｮｰﾄﾄﾘｯﾌﾟの実施･ｶｯﾃｨﾝｸﾞｽﾍﾞｯﾄﾞ形成後はｶｯﾃｨﾝｸﾞｽﾍﾞｯﾄﾞを機械的に破壊
し、ﾎｰﾙｸﾘｰﾆﾝｸﾞを補助する｡

High Flow

High Flow⇒
Low Flow

Low Flow

Low Flow

Low Flow32
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ﾎｰﾙｸﾘｰﾆﾝｸﾞ

その他◆ ｽｳｨｰﾌﾟﾏｯﾄﾞ
・高粘性泥水、50m – 150mｱﾆｭﾗｰｺﾗﾑ、F/Vis:100-200sec/qt｡
・Xanthan gumを使用して、低PV、高YP、特に低速部の粘性を持ち上げる。
・乱流はｶｯﾃｨﾝｸﾞﾍﾞｯﾄﾞの除去に効果的、十分な送入量が必須｡
・Turbulent Sweep(低粘性)とLaminar Sweep(高粘性)の併用(ﾀﾝﾃﾞﾑ)｡・Sweep送入中はﾊﾟｲﾌﾟ回転と昇降を行う｡
・高比重/低粘性 : 循環泥水比重+0.03-0.05sg｡

33
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ﾎｰﾙｸﾘｰﾆﾝｸﾞ

ﾎｰﾙｸﾘｰﾆﾝｸﾞ（まとめ）◆ ｱﾆｭﾗｰﾍﾞﾛｼﾃｨは、ｶｯﾃｨﾝｸﾞｽﾍﾞｯﾄﾞが形成しないようできる限り高くする。
ﾌﾛｰﾊﾟﾀｰﾝは乱流が望ましい｡但し､未固結層やﾌﾗｸﾁｬｰﾀｲﾌﾟの地層においてｳｫｯｼｭｱｳﾄが懸念される場合を除く｡◆ 掘削中は可能な限りﾊﾟｲﾌﾟﾛｰﾃｰｼｮﾝを行い､ﾎｰﾙｸﾘｰﾆﾝｸﾞを補助する｡
また定期的なｼｮｰﾄﾄﾘｯﾌﾟを行い､機械的にｶｯﾃｨﾝｸﾞｽﾍﾞｯﾄﾞを破壊する｡◆ 流動特性（ﾚｵﾛｼﾞｰ特性）については、基本的に垂直坑井の場合と同様｡管理上の目安はVGﾒｰﾀｰの6rpm値=坑径(inch)､CTR : 50%以上(水平坑55%以上)とする｡◆ ｶｯﾃｨﾝｸﾞｽﾍﾞｯﾄﾞの除去には低粘性/高比重のｽｳｨｰﾌﾟﾏｯﾄﾞが効果的(坑内状況による)｡低粘性ｽｳｨｰﾌﾟﾏｯﾄﾞ送入後は、直ちに高粘性のｽｳｨｰﾌﾟ
ﾏｯﾄﾞをﾌﾗｯｼｭする（ﾀﾝﾃﾞﾑｽｳｨｰﾌﾟ)｡
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OUTLINE◆ 泥水の機能（おさらい）◆ 地熱井掘削で使用する泥水について◆ 地熱掘削で特に留意すべき点
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高温度対策

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ﾎｰﾙｸﾘｰﾆﾝｸﾞ•

泥水･泥壁の潤滑性

◆ まとめ

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泥水・泥壁の潤滑性

潤滑性の必要性◆ 高傾斜・水平掘削ではﾄﾞﾘﾙｽﾄﾘﾝｸﾞｽはCSGや裸坑部に押し付けられ大きな負荷が生じる。
◆ ﾄﾞﾘﾙｽﾄﾘﾝｸﾞｽはﾛｰｻｲﾄﾞに横たわる状態となり接触面積が増加する。
◆ より高い摩擦力が生じ、高ﾄﾙｸ・ﾄﾞﾗｸﾞの原因となる。抑留事故を防止するために、良好な潤滑性が重要。
◆ 泥水の潤滑性：泥水中における金属間で生じる摩擦に対する泥水の摩擦係数（ﾄﾞﾘﾙｽﾄﾘﾝｸﾞｽ V.S CSG）。
◆ 泥壁の潤滑性：一定の差圧条件下で泥壁上に抑留させた金属ﾌﾟﾚｰﾄが離脱する時の泥壁の抑留係数（ﾄﾞﾘﾙｽﾄﾘﾝｸﾞｽ V.S 裸坑）。
36
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泥水・泥壁の潤滑性

泥水・泥壁の潤滑性は次式で示される。

F = f *W
: 泥水の潤滑性
F = µ*A*⊿P : 泥壁の潤滑性

F : 摩擦力f : 摩擦係数
W : 負荷µ : 抑留係数
A : 接触面積⊿P : 差圧（泥水柱圧力 - 地層圧）

◆ ﾄﾞﾘﾙｽﾄﾘﾝｸﾞｽはｹｰｼﾝｸﾞや裸坑に押し付けられ大きな負荷が生じる。
⇒異常ﾄﾙｸ＆ﾄﾞﾗｸﾞ◆ 掘管はﾛｰｻｲﾄﾞに横たわる状態となり、全体の接触面積が増大する｡⇒差圧抑留◆ OBMやSBMの使用、WBM + 潤滑剤。
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泥水・泥壁の潤滑性

測定方法◆ 摩擦係数のイメージ ( F0 = μ・N )API脱水試験器で生成した泥壁上に、100gr（垂直抗力N）の鉄製の物体を静置させ、水平方向にバネ計りを付けて引っ張る。
鉄球が動きはじめる力（重さF0）が40grであった場合40/100=0.4となり、静止（最大）摩擦係数 μ(ﾐｭｰ)は0.4で評価される。
泥水の潤滑性 : F = f - W
泥壁の潤滑性 : F =μ・A・⊿P
F = 摩擦力、f = 摩擦係数
W = 負荷、μ= 抑留係数
A = 接触面積、⊿P = 差圧（泥水柱圧‐地層圧）
Fann社製EP & Lubricity Tester
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Fann社製Differential Sticking Tester

Reference： Fann instrument web site38

泥水・泥壁の潤滑性

泥水の摩擦係数◆ｹｰｼﾝｸﾞﾊﾟｲﾌﾟとﾄﾞﾘﾙｽﾄﾘﾝｸﾞｽとの摩擦に対する泥水の潤滑性を示す｡
0.4

0.35

回転ロッド

80℃×16時間ﾛｰﾘﾝｸﾞ養生後
回転60rpm、荷重: 800lb/in2

摩擦係数

0.3
0.25
0.2
0.15
0.1

泥水試料

力

0.05

0

金属ブロックFann社製EP & Lubricity Tester
Reference： Fann instrument web site
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試験装置概念図

①

②

③

④

①KCl/ﾘｸﾞﾈｰﾄ泥水 (ﾍﾞｰｽ)②ﾍﾞｰｽ+重油(40kg/m3)+ｽﾋﾟｰﾀﾞｰP(10kg/m3)③ﾍﾞｰｽ+ｸﾘｰﾝﾘｭｰﾌﾞ(40kg/m3)+ﾃﾙｸﾘｰﾝ(10kg/m3)④ｵｲﾙﾍﾞｰｽ泥水
39

泥水・泥壁の潤滑性

泥壁の摩擦係数◆泥壁を形成させた後、ﾌﾟﾚｰﾄを押し付けて抑留状態として離脱に必要な力（ﾄﾙｸ）から抑留係数を算出する｡
圧力
潤滑剤の効果(抑留係数)
脱水試験条件: 500psi×30分

0.4

①
②

0.3

泥水試料
泥壁

抑留係数

0.2

③
④

0.1

金属ﾌﾟﾚｰﾄ
0

10

20

30

40

50

60

70

80

抑留時間 [分]ろ液Fann社製 Differential Sticking Tester
Reference： Fann instrument web site
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試験装置概念図①KCl/ﾘｸﾞﾈｰﾄ泥水 (ﾍﾞｰｽ)②ﾍﾞｰｽ+重油(40kg/m3)+ｽﾋﾟｰﾀﾞｰP(10kg/m3)③ﾍﾞｰｽ+ｸﾘｰﾝﾘｭｰﾌﾞ(40kg/m3)+ﾃﾙｸﾘｰﾝ(10kg/m3)④ｵｲﾙﾍﾞｰｽ泥水

40

泥水・泥壁の潤滑性

潤滑性①清水②BX泥水（ﾍﾞｰｽ ）③ﾍﾞｰｽ + 重油30＋ｽﾋﾟｰﾀﾞｰP 10kg/m3④ﾍﾞｰｽ + ｸﾘｰﾝﾘｭｰﾌﾞ20kg/m3⑤ﾍﾞｰｽ + ｸﾘｰﾝﾘｭｰﾌﾞ40kg/m3⑥ﾍﾞｰｽ + ｸﾘｰﾝﾘｭｰﾌﾞ60kg/m3⑦ﾍﾞｰｽ + ｸﾘｰﾝﾘｭｰﾌﾞ100kg/m3⑧ﾍﾞｰｽ + ﾃﾙｸﾘｰﾝ20kg/m3⑨ﾍﾞｰｽ + ｸﾘｰﾝﾘｭｰﾌﾞ40kg/m3 + ﾃﾙｸﾘｰﾝ10kg/m3

グラフ. BX泥水に対する潤滑剤添加試験
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41

泥水・泥壁の潤滑性
API脱水量（ml）

分散度試験（%）
0
1
2

20

40

60

80

100

1. KCL-P
2. KCL-L
3. KCL-P+PPG3%
4. KCL-L+PPG3%34

膨潤度試験（LSM）

M-50熱特性42
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泥水・泥壁の潤滑性

潤滑性
ｸﾘｰﾝﾘｭｰﾌﾞの推奨濃度(1) 最大傾斜角 0～45°⚫ ｸﾘｰﾝﾘｭｰﾌﾞ: 30kg/m3(2) 最大傾斜角 45°以上⚫ ｸﾘｰﾝﾘｭｰﾌﾞ: 50kg/m3前後⚫ ﾃﾙｸﾘｰﾝ： 10kg/m3⚫ 坑跡、増角率、泥水比重によって増減。
⚫ 実坑井では適宜潤滑性を測定し、有効濃度を考慮の上ｺﾝﾄﾛｰﾙ。
⚫ 極圧潤滑にはｽﾋﾟｰﾀﾞｰPとの併用も考慮｡
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OUTLINE◆ 泥水の機能（おさらい）◆ 地熱井掘削で使用する泥水について◆ 地熱掘削で特に留意すべき点
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高温度対策

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ﾎｰﾙｸﾘｰﾆﾝｸﾞ•

泥水･泥壁の潤滑性

◆ まとめ

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まとめ◆ 全ての坑井において泥水に求められる基本的な要件は同じ。
◆ 但し、地熱井は特に高温度環境であることを念頭に泥水をﾃﾞｻﾞｲﾝする｡◆ 高温度対策には､粘土(ﾍﾞﾝﾄﾅｲﾄ､ｾﾋﾟｵﾗｲﾄ)の選択とそれらの適切な濃度管理が重要であり､またｿﾘｯﾄﾞの微細化にも注意を払う｡◆ 割水は最も安価で容易な調泥だが､とても重要｡◆ ﾎｰﾙｸﾘｰﾆﾝｸﾞの指標には､VGﾒｰﾀｰの6rpm値とCTRを用い､坑内状況が許す限り高ｱﾆｭﾗｰｽﾋﾟｰﾄﾞを目指す｡◆ 定期的なﾜｲﾊﾟｰﾄﾘｯﾌﾟと掘削中､ｻﾞｸ揚げ循環中のｽﾄﾘﾝｸﾞｽの回転は､ｶｯﾃｨﾝｸﾞｽﾍﾞｯﾄﾞの破壊､除去に非常に有効｡◆ 泥水･泥壁潤滑性の向上には潤滑剤の使用が必須であり､掘削仕様､地質､坑内状況に応じた潤滑剤の選択と適切な濃度管理が重要｡
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さいごに予防に勝る治療なし“Prevention is better than cure”
The mud engineer should determine action toeliminate the causes of potential
nonconformities in order to prevent theiroccurrence.
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さいごに

ご清聴ありがとうございました。
引用文献：
沖野文吉, 1981 : 新版ﾎﾞｰﾘﾝｸﾞ用泥水, 1-4, 技報堂出版.
佐藤 敬, 1994 : 高傾斜・水平坑井における掘削泥水技術, 石技誌, 59(5).
今野 淳, 1998 : 日本におけるここ10年間の掘削泥水の技術革新と今後の課題, 石技誌, 63(5).
今野 淳, 2000 : ﾎﾟﾘﾌﾟﾛﾋﾟﾚﾝｸﾞﾘｺｰﾙを用いた高潤滑性泥水の開発, 石技誌, 65(2).
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