地熱井における小型ハイパワーリグ設計・開発

2020年6月
帝石削井工業株式会社 技術企画部/営業部 次長 松浦義之

内 容
1. 背景
2. 課題
3. 実施計画
4. 実施体制
5. 成果
6. 実証試験概要 - 無負荷試験① 7. 実証試験スケジュール

21. 背景3◆ 大型リグの搬入・搬出に係る付帯工事（道路拡幅・橋補強等）

大型リグと同等能力の小型リグによる費用の削減◆ 若年層の定着率の低下／業界の高年齢化による人員補強の障害

自動化・省力化による人材不足の解消◆ 開発した制御技術を既存リグへ導入できれば・・・
さらなる費用削減／人材不足解消に期待2. 課題4「小型ハイパワーリグ」に求められる仕様
 積載14tクラスのトラックにて資機材が運搬可能

 リグ組立に用いるクレーンは80tクラス
 最終口径8-1/2” 深度2,000m程度の傾斜井掘削が可能

 2,000m²以下の敷地で多様なレイアウトにてリグアップが可能
 エアレーテッド掘削にも対応可能 ダウンタイムが少なく、メンテナンスが容易なACリグ
 リグ制御に使用するPLC（programmable logic controller）等が国内で標準的に使用されている
 PLCは掘削パラメーターのロガー機能を備える

 PLC用のプログラムには自動掘削機能が組み込まれている3. 実施計画

5① リグ全体（櫓、サブスト、DW、RT、ハンドリングツール等）
・ 2018年度のリグ詳細図面を元に、主要掘削会社から意見集約を行う。
・ 集約した意見を元にコストと成果を評価し、必要であれば詳細図面を加筆修正する。
・ 2018年度に選定したDWおよびRTを準備する。
・ DWの実証試験に使用可能な2,000m級リグを準備する。
・ 準備したリグにDWおよびRTを仮設する。

② 泥水循環システム（泥水ポンプ、泥水ユニット、タンク類等）
・ 2018年度の詳細図面に関して主要掘削会社から意見集約を行う。
・ 集約した意見が評価改善となる場合は製作図面を加筆修正する。

③ 電機制御システム設計（VFD/MCC/PLC、制御プログラム、モーター設計）
・ 2018年度の設計システムに関して、主要掘削会社から意見集約を行う。
・ 試験用の制御システムとは別にMCCを含めリグ全体の制御が可能なシステムを詳細設計する。

6④ 電機制御システム試作・ DW、RTを動作可能な試験用電機室を製作し、接続するために必要な設備を手配する。
・ 試験用電機室を介してDW、RTを操作可能な試験用制御室を製作する。
・ 制御プログラムのうち、データロガー機能を完成する。
・ ロガーの表示機能について設計を行う。

⑤ 電機制御システム実証
・ DW、RTおよび製作した試験用電気室、制御室を組立し、以下の動作確認を行う。
→ 動作実証試験（無負荷）：入力信号パラメータ調整、信号入力による動作確認。
→ 無負荷試験の結果から抽出された不具合を修正する。
→ 操作プログラム用マニュアル案を作成する。

⑥ ミニチュアリグ
・ 2018年度で得られた改善策を検討し改善を行い、意見集約を行う。

4. 実施体制

7【外注先】
日鉄鉱コンサルタント(株)（NMCC）
操作監視画面製作、試験用制御室製作、ロギング機能製
作、実証試験、プログラム操作マニュアル作成【委託先】
帝石削井工業(株)電機制御部設計製作（FE）
ACモーター製作、VFD製作、MCC製作等

全体取り纏め商社（コスモス商事）
情報収集、図面製作支援等

ミニチュアモデル設計製作模型（共立模型）
ミニチュアリグ課題抽出、改善等

5. 成果8① リグ全体（櫓、サブスト、DW、RT、ハンドリングツール等）
・ 主要掘削会社から集約した意見を元に、コストと成果を評価した。

機材配置：敷地40m x 50m

機材配置：62m x 32m

9・ 集約した意見に基づき製作図面についてはTDDSを加筆した。

TDDS

10・2018年度に選定したDW、RTをレンタルした。
DWRT

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リグ組立
・ 実証試験に使用可能な2,000m級リグを準備し、DW、RTを仮設した。（安全対策含む）行った。実証試験について近隣住民の理解を得るために住民説明会を行い、近隣住民の理解を得た。

住民説明会

12② 泥水循環システム（泥水ポンプ、泥水ユニット、タンク類等）
・ 詳細図面に関する主要掘削会社からの意見は、特段無かった。

③ 電機制御システム設計（VFD、MCC、PLC、制御プログラム、モーター設計）
・ 設計システムに関して、主要掘削会社から意見集約を行った。
・ MCCを含めたリグ全体の制御が可能なシステムの設計を行った。
モータ DW、RT、MPの所要動力に基づき適したモータを設計
メンテナンス向上
 電気品の国内メーカ採用による予備品の削減、サービス員の省人化

 異常時の掘削中断時間が少なく、メンテナンスしやすい電機制御システムの開発
コンテナパッケージハウス（VFDハウス）小型化
 日本の地熱掘削設備の設置場所や道路状況に合わせ、14tトラックで運搬できるよう、電機制御システムのコンテナハウスパッケージの設計

13④ 電機制御システム試作
・ DWおよびRTを動作可能な試験用電機室（VFD）を製作した。
・ 必要なケーブル類を手配した。

PLCVFD14・ VFDを介してDWおよびRTを操作可能な試験用制御室（ドリラーズキャビン）を製作した。
・ データロガー機能を製作（ロガー表示機能については、本委託の中で設計）した。

ドリラーズキャビン
モニタ画面

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16⑤ 電機制御システム実証・ リグ、DW、RTおよび製作したVFD、ドリラーズキャビンを接続し、実証試験を開始した。
・ 試験は帝石削井工業(株)成東整備センター（成東C）で実施した。
・ 実証試験において以下の動作確認等を行った。
1) 動作実証試験（無負荷）→ 入力信号パラメータ調整→ 信号入力による動作確認
2) 無負荷試験から抽出された不具合修正
・ 操作プログラム用マニュアル案の作成を開始した。
・ 2020年2月、掘削技術推進委員会による見学会開催。

制御室

DW
R/T発電機VFD

17⑥ ミニチュアリグ
2018年度で得られた改善策を検討し、TDDSのミニチュア製作やシミュレーター機能の追加製作を開始した。

TDDS

18操作パネル

6. 実証試験概要 - 無負荷試験① -

19マスト/サブストラクチャー組立後、設置したDWおよびR/TにAC動力モーターを接続する。また、制御システムに接続し以下の動作確認を行うことを目的とする。

1)信号入力による動作確認項目 (次頁参照)
・操作でDW、R/Tの動力作動確認
・付属機器類の作動確認
・自動（手動）でのブレーキ作動確認
2)入力信号パラメータ調整
・DW、R/Tの動力の作動に関連するセンサー類の種類・適用範囲
3)不具合が発生した場合は次回試験までに修正制御室

DW
R/T発電機

VFD

使用装置および動力・操作線接続状況

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信号入力による動作確認項目
1. H/B衝突防止機能
2. H/B最高速度設定機能
3. WOB一定自動掘進
4. WOB等急変時のアラーム機構
5. ポンプ圧急変時の掘進停止
6. WOB急変時の掘進停止
7. 揚降管時専用の操作モード
8. マルチタッチパネル
9. R/TQ上昇時の緊急停止
10. R/TQ低下時の掘進停止
11. R/TQ変動時のアラーム（画面連動）
12. R/TQ上限設定
13. R/T停止・ロック機能
14. センサー故障時動作可能モード
15. 電気系統加熱時の対策機能
16. 非常停止機能（手動・自動）7. 実証試験スケジュール「地熱井掘削における小型ハイパワーリグ設計・開発」スケジュール

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