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技術 坑口装置およびセメンチング方法

出願人 三菱マテリアル株式会社
発明者 窪田康宏木原靖北尾浩治
出願日 1991年11月15日 (29年3ヶ月経過) 出願番号 1991-300821
公開日 1994年3月1日 (26年11ヶ月経過) 公開番号 1994-058071
状態 未査定
技術分野 地中掘さく機の構成部品 地中削孔機 地中削孔 地中削孔機
主要キーワード センタリング治具 封止ネジ 坑口装置 温泉井戸 セメンチング 芯出し精度 掘削パイプ 掘削坑
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1994年3月1日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (7)

目的

各種坑井におけるケーシングパイプの芯出しおよびセメンチングを確実に行う。

構成

掘削孔1に挿入すべきケーシングパイプの外径より大きな内径中心孔10および外周面から中心孔10の内周面に向け貫通する複数のネジ孔を有する治具本体9と、前記各ネジ孔に螺合され中心孔10に挿通された前記ケーシングパイプの外周面を押圧するセンタリングネジとを備えるセンタリング治具6を設け、掘削時には、前記センタリングネジを中心孔10の内周面から突出しない封止ネジ交換した状態で、センタリング治具6を通して掘削工具を降下させて掘削を行い、掘削後には、センタリング治具6を通して掘削孔1内に前記ケーシングパイプを配置したうえ、前記封止ネジをセンタリングネジに交換し、前記ケーシングパイプを周囲から押圧固定して芯出しを行い、更に、掘削孔1と前記ケーシングパイプ間に形成された隙間にセメント等の充填剤充填する。

概要

背景

地熱坑井を始めとする各種坑井の作井は、地盤掘削して掘削孔を形成し、この掘削孔内に、鋼管等からなるケーシングパイプを挿入し、ついで、前記掘削孔の孔壁と前記ケーシングパイプ間に形成された隙間にセメント等の充填剤充填する操作(以下、セメンチングと称する)を繰り返すことにより行われる。

この場合、前記掘削孔が浅い場合には、地上から前記充填剤を直接前記隙間に流入することによりセメンチングを行うが、この方法では、前記掘削孔の深度が増加するに従い、前記充填剤が前記隙間の下部まで到達しにくくなる。そのため、前記掘削孔が所定深度以上となった場合には、前記掘削孔下端と前記ケーシングパイプ下端との間を予め離間させた後、

(1) 前記ケーシングパイプ内に前記充填剤を流入し、その後、前記ケーシングパイプ内を加圧して前記ケーシングパイプ内の前記充填剤を前記隙間に流入させる

(2) 前記ケーシングパイプ内にこのケーシングパイプより若干細径パイプを降下し、このパイプと前記ケーシングパイプとの間に形成された隙間に前記充填剤を圧入して、前記充填剤を、この隙間から前記掘削孔の孔壁と前記ケーシングパイプ間に形成された隙間へと流入させる

(3) 前記掘削孔と前記ケーシングパイプ間に形成された隙間に細管を挿入し、この細管を前記ケーシングパイプ下端まで到達させた状態で、細管内に前記充填剤を圧入する
等の方法により、地下から地上に向けてセメンチングを行っている。

ところが、この場合、前記掘削孔の軸線と前記ケーシングパイプの軸線とがずれていると、以降の坑口装置の装着等が困難となる他、前記掘削孔と前記ケーシングパイプ間に形成された隙間に前記充填剤が不均一に充填されることがある。そして、前記隙間に前記充填剤が不均一に充填されていると、前記掘削孔内で前記ケーシングパイプが傾斜したり、前記ケーシングパイプが不均一に伸縮することがあり、その結果、前記坑井上に形成された地上構造物が傾斜し、以後の作業に支障が生じるばかりではなく、坑井自身の性能も低下するという問題がある。

そこで、この問題を防止するために、前記掘削孔の軸線と、前記ケーシングパイプの軸線とを一致させる(以下、芯出しと称する)必要がある。そして、芯出しの方法として、従来より、

(a) 図5に示すように、既にセメンチングを終えたケーシングパイプ2aと、新た掘削孔1内に挿入したケーシングパイプ2間に形成された隙間に、地上から環状の支持部材3を挿入し、この支持部材3を用いて予め芯出しを行った後、支持部材3を装着したままの状態で、上記(1)もしくは(2)の方法を用いてセメンチングを行う

(b) 図6に示すように、掘削用リグフロアー4に環状の支持部材3を装着し、その中央にケーシングパイプ2を挿通させて芯出しを行った後、掘削孔1内にケーシングパイプ2を降下させる。そして、ケーシングパイプ2の降下終了後、上記(a)と同様の方法を用いてセメンチングを行う

(c)セメンチング後、前記充填剤が硬化するまでの間に、掘削孔1内でケーシングパイプ2を直接動かして芯出しを行う
等の各方法が用いられている。

一方、セメンチングを行う場合、掘削孔1の深度が増加すると、充填した充填剤の重量により掘削孔1の側面に亀裂が生じ、この亀裂から前記充填剤が地盤中に漏洩してその充填量が減少することがある。

そして、上記のような場合には、セメンチング後、掘削孔1とケーシングパイプ2間に形成された隙間における前記充填剤の充填量が不十分となるため、その不足量だけ改めて地上から前記充填剤を充填し直す必要がある。

ここで、先に充填された充填剤の上面に水が残留していると、地上から前記充填剤を充填し直すことにより、先に充填された充填剤の上面と改めて充填した充填剤との界面に水が封入された状態となり、その結果、掘削孔1周辺温度上昇等に伴いこの水が膨張し、ケーシングパイプ2が破損する恐れがある。従って、この問題を防止するため、充填剤の上面に残留した水を予め除去した後、改めて地上から充填剤を充填している。

概要

各種坑井におけるケーシングパイプの芯出しおよびセメンチングを確実に行う。

掘削孔1に挿入すべきケーシングパイプの外径より大きな内径中心孔10および外周面から中心孔10の内周面に向け貫通する複数のネジ孔を有する治具本体9と、前記各ネジ孔に螺合され中心孔10に挿通された前記ケーシングパイプの外周面を押圧するセンタリングネジとを備えるセンタリング治具6を設け、掘削時には、前記センタリングネジを中心孔10の内周面から突出しない封止ネジ交換した状態で、センタリング治具6を通して掘削工具を降下させて掘削を行い、掘削後には、センタリング治具6を通して掘削孔1内に前記ケーシングパイプを配置したうえ、前記封止ネジをセンタリングネジに交換し、前記ケーシングパイプを周囲から押圧固定して芯出しを行い、更に、掘削孔1と前記ケーシングパイプ間に形成された隙間にセメント等の充填剤を充填する。

目的

効果

実績

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請求項1

掘削坑の開口部に設けられ、掘削坑の内部に挿入されたケーシングパイプを支持する支持構造体を有する坑口装置であって、前記支持構造体には前記ケーシングパイプを同軸に支持するセンタリング治具が設けられ、このセンタリング治具は、前記ケーシングパイプの外径よりも内径が大きい中心孔および外周面から前記中心孔の内周面に向けて貫通する複数のネジ孔を有する治具本体と、前記ネジ孔のそれぞれに螺合され前記中心孔に挿通された前記ケーシングパイプの外周面を押圧するセンタリングネジとを具備することを特徴とする坑口装置。

請求項2

掘削孔の開口部に支持構造体を有する坑口装置を設け、前記支持構造体には、掘削孔に挿入すべきケーシングパイプの外径よりも内径が大きい中心孔および外周面から前記中心孔の内周面に向けて貫通する複数のネジ孔を有する治具本体と、前記ネジ孔のそれぞれに螺合され前記中心孔に挿通された前記ケーシングパイプの外周面を押圧するセンタリングネジとを具備するセンタリング治具を設け、掘削孔の形成時には、このセンタリング治具の前記センタリングネジを前記中心孔の内周面から突出しない封止ネジ交換した状態で、センタリング治具を通して掘削工具を降下させて掘削を行う一方、掘削孔の形成後には、前記センタリング治具を通して掘削孔内に前記ケーシングパイプを配置したうえ、前記封止ネジをセンタリングネジに交換し、前記ケーシングパイプを周囲から押圧固定して芯出しを行い、更に、前記掘削孔と前記ケーシングパイプ間に形成された隙間にセメント等の充填剤充填することを特徴とするセメンチング方法。

技術分野

0001

本発明は、地熱坑井温泉井戸水井戸、あるいは石油ガス坑井等を作井する際に、ケーシングパイプの芯出しおよびセメンチングを確実に行うための坑口装置およびセメンチング方法に関する。

背景技術

0002

地熱坑井を始めとする各種坑井の作井は、地盤掘削して掘削孔を形成し、この掘削孔内に、鋼管等からなるケーシングパイプを挿入し、ついで、前記掘削孔の孔壁と前記ケーシングパイプ間に形成された隙間にセメント等の充填剤充填する操作(以下、セメンチングと称する)を繰り返すことにより行われる。

0003

この場合、前記掘削孔が浅い場合には、地上から前記充填剤を直接前記隙間に流入することによりセメンチングを行うが、この方法では、前記掘削孔の深度が増加するに従い、前記充填剤が前記隙間の下部まで到達しにくくなる。そのため、前記掘削孔が所定深度以上となった場合には、前記掘削孔下端と前記ケーシングパイプ下端との間を予め離間させた後、

0004

(1) 前記ケーシングパイプ内に前記充填剤を流入し、その後、前記ケーシングパイプ内を加圧して前記ケーシングパイプ内の前記充填剤を前記隙間に流入させる

0005

(2) 前記ケーシングパイプ内にこのケーシングパイプより若干細径パイプを降下し、このパイプと前記ケーシングパイプとの間に形成された隙間に前記充填剤を圧入して、前記充填剤を、この隙間から前記掘削孔の孔壁と前記ケーシングパイプ間に形成された隙間へと流入させる

0006

(3) 前記掘削孔と前記ケーシングパイプ間に形成された隙間に細管を挿入し、この細管を前記ケーシングパイプ下端まで到達させた状態で、細管内に前記充填剤を圧入する
等の方法により、地下から地上に向けてセメンチングを行っている。

0007

ところが、この場合、前記掘削孔の軸線と前記ケーシングパイプの軸線とがずれていると、以降の坑口装置の装着等が困難となる他、前記掘削孔と前記ケーシングパイプ間に形成された隙間に前記充填剤が不均一に充填されることがある。そして、前記隙間に前記充填剤が不均一に充填されていると、前記掘削孔内で前記ケーシングパイプが傾斜したり、前記ケーシングパイプが不均一に伸縮することがあり、その結果、前記坑井上に形成された地上構造物が傾斜し、以後の作業に支障が生じるばかりではなく、坑井自身の性能も低下するという問題がある。

0008

そこで、この問題を防止するために、前記掘削孔の軸線と、前記ケーシングパイプの軸線とを一致させる(以下、芯出しと称する)必要がある。そして、芯出しの方法として、従来より、

0009

(a)図5に示すように、既にセメンチングを終えたケーシングパイプ2aと、新た掘削孔1内に挿入したケーシングパイプ2間に形成された隙間に、地上から環状の支持部材3を挿入し、この支持部材3を用いて予め芯出しを行った後、支持部材3を装着したままの状態で、上記(1)もしくは(2)の方法を用いてセメンチングを行う

0010

(b)図6に示すように、掘削用リグフロアー4に環状の支持部材3を装着し、その中央にケーシングパイプ2を挿通させて芯出しを行った後、掘削孔1内にケーシングパイプ2を降下させる。そして、ケーシングパイプ2の降下終了後、上記(a)と同様の方法を用いてセメンチングを行う

0011

(c)セメンチング後、前記充填剤が硬化するまでの間に、掘削孔1内でケーシングパイプ2を直接動かして芯出しを行う
等の各方法が用いられている。

0012

一方、セメンチングを行う場合、掘削孔1の深度が増加すると、充填した充填剤の重量により掘削孔1の側面に亀裂が生じ、この亀裂から前記充填剤が地盤中に漏洩してその充填量が減少することがある。

0013

そして、上記のような場合には、セメンチング後、掘削孔1とケーシングパイプ2間に形成された隙間における前記充填剤の充填量が不十分となるため、その不足量だけ改めて地上から前記充填剤を充填し直す必要がある。

0014

ここで、先に充填された充填剤の上面に水が残留していると、地上から前記充填剤を充填し直すことにより、先に充填された充填剤の上面と改めて充填した充填剤との界面に水が封入された状態となり、その結果、掘削孔1周辺温度上昇等に伴いこの水が膨張し、ケーシングパイプ2が破損する恐れがある。従って、この問題を防止するため、充填剤の上面に残留した水を予め除去した後、改めて地上から充填剤を充填している。

発明が解決しようとする課題

0015

しかしながら、上記従来の芯出し方法のうち、(a)の方法においては、ケーシングパイプ2,2a相互間に形成された隙間が支持部材3でほぼ閉鎖された状態となっているため、前記界面上に残留した水の除去および前記充填剤の再充填はいずれも不可能であった。更に、前記隙間内の空気の抜けが悪いためセメンチングが行いにくく、しかも、芯出し以後、セメンチング状況の把握が困難となるという問題があった。

0016

また、(b)の方法においては、比較的高位置で芯出しを行った後、ケーシングパイプ2を掘削孔1内に降下させているため、降下の過程でケーシングパイプ2が左右に振れることがあり、その結果、芯出し精度が低下するという問題があった。

0017

更に、(c)の方法においては、芯出し精度が低いことに加え、前記充填剤の硬化前に芯出しを終了させなければならないという問題があった。

課題を解決するための手段

0018

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、まず、本発明の坑口装置は、掘削孔の開口部に設けられ、掘削孔の内部に挿入されたケーシングパイプを支持する支持構造体を有し、前記支持構造体には前記ケーシングパイプを同軸に支持するセンタリング治具が設けられ、このセンタリング治具は、前記ケーシングパイプの外径よりも内径が大きい中心孔および外周面から前記中心孔の内周面に向けて貫通する複数のネジ孔を有する治具本体と、前記ネジ孔のそれぞれに螺合され前記中心孔に挿通されたケーシングパイプの外周面を押圧するセンタリングネジとを具備することを特徴とする。

0019

また、本発明のセメンチング方法は、掘削孔の開口部に支持構造体を有する坑口装置を設け、前記支持構造体には、掘削孔に挿入すべきケーシングパイプの外径よりも内径が大きい中心孔および外周面から前記中心孔の内周面に向けて貫通する複数のネジ孔を有する治具本体と、前記ネジ孔のそれぞれに螺合され前記中心孔に挿通されたケーシングパイプの外周面を押圧するセンタリングネジとを具備するセンタリング治具を設け、

0020

掘削孔の形成時には、このセンタリング治具の前記センタリングネジを前記中心孔の内周面から突出しない封止ネジ交換した状態で、センタリング治具を通して掘削工具を降下させて掘削を行う一方、

0021

掘削孔の形成後には、前記センタリング治具を通して掘削孔内に前記ケーシングパイプを配置したうえ、前記封止ネジをセンタリングネジに交換し、前記ケーシングパイプを周囲から押圧固定して芯合わせを行い、さらに、前記掘削孔と前記ケーシングパイプ間に形成された隙間にセメント等の充填剤を充填することを特徴とする。

0022

本発明の坑口装置およびセメンチング方法においては、前記掘削孔上に前記坑口装置を設置した後、前記ネジの突出量を調節して芯出しを行うため、前記ネジの突出量を微調整することにより正確な芯出しが可能である。また、芯出し中、前記坑口装置の内周と前記ケーシングパイプの外周との間には隙間が形成されているため、セメンチング後、充填剤の界面上に残留した水の除去および前記充填剤の再充填を容易に行うことができる他、セメンチングの状況を常に把握することが可能である。

0023

以下、図面に基づき、本発明の実施例について更に詳しく説明する。図1は、本発明の坑口装置5の例を示すものである。この坑口装置は、円筒状の中心孔10を有するセンタリング治具6の一端と、直管状かつ開閉可能な通路7aを有するバルブ装置7と、管状の掘削パイプ8とを直列に連結してなるもので、その結果、中心孔10と通路7aおよび掘削パイプ8とは、いずれも同軸をなしている。

0024

一方、センタリング治具6の他端は、掘削孔1内に形成されたケーシングパイプ2aの開口部上に、中心孔10とケーシングパイプ2aとが同軸をなすよう設置されている。そして、掘削パイプ内8には、先端に掘削用のビット等を有する掘削工具(図示せず)が挿通可能に設置されており、また、この掘削工具は、坑口装置5およびケーシングパイプ2a内を通過して、掘削孔1の孔底まで降下可能となっている。

0025

センタリング治具6の構造を図2および図3に示す。治具本体9は短管状をなし、その中央部を中心孔10が貫通している。

0026

また、治具本体9の側面には、センタリング治具6の軸線に垂直かつ治具本体9径方向に貫通するネジ孔11が複数個図2においては8個)形成されている。これら各ネジ孔11においては、治具本体9の外周側から任意の範囲aのみにネジが形成されており、その内周側は単なる丸穴となっている。更に、各ネジ孔11は、治具本体9の端面と平行な同一平面上に、隣接するネジ孔11間の距離が等しくなるように配置されている。

0027

そして、ネジ孔11には、センタリングネジ12が、治具本体9の外周側から螺合されている。ここで、図2ないし図4に示すように、センタリングネジ12の基端部分には前記の範囲aより短い範囲bにわたってネジが形成され、その先端側は単なる丸棒状となっている。また、センタリングネジ12の長さは、センタリングネジ12を最も締め付けた場合に、センタリングネジ12の先端が治具本体9の内周面から前記の範囲bより僅かに短い長さだけ突出可能な長さとなっている。従って、センタリングネジ12はネジ孔11内を前記の範囲bと同じ幅だけ前後に移動可能となり、センタリングネジ12を最も緩めた場合には、センタリングネジ12の先端面が前記開口部の内周面より僅かに後退する。

0028

なお、図4に示すように、センタリングネジ12の基端と、センタリングネジ12の先端より前記範囲bの幅だけ後退した位置にはそれぞれ縮径部12a,12bが形成され、各縮径部12a,12bにはOリング(図示せず)がはめこまれている。これは、センタリングネジ12とネジ孔11間の密閉性を向上させるためである。また、治具本体9の上下面には、それぞれバルブ装置7またはケーシングパイプ2aと接続するための取り付け穴13aおよび凹部13bが形成されている。

0029

一方、必要に応じ、ネジ孔11に、センタリングネジ12に代えて、最も締め付けた場合でもその先端が治具本体9の内周面より突出しない長さのネジ(以下、封止ネジと称する)を挿入することもできる。そして、封止ネジにおいても、センタリングネジ12と同様縮径部が形成され、かつこの縮径部にはOリングがはめこまれている。

0030

次に、本発明の坑口装置5を用いた掘削およびセメンチング方法について説明する。

0031

まず、図1の状態において、ネジ孔11に前記封止ネジ(図示せず)を螺合させた後、バルブ装置7を開状態とし、前記掘削工具の先端が掘削孔1の孔底と接するまで前記掘削工具を降下して掘削を行う。ここで、ネジ孔11には前記封止ネジが螺合させてあるため、センタリング治具5の存在が前記掘削工具の下降および掘削の妨げとなったり、ネジ孔11内に土砂が詰まったりすることはない。

0032

掘削終了後は、前記掘削工具の先端を掘削パイプ11内に引き上げ、バルブ装置7を一旦閉状態としてから徐々に開状態とし、掘削孔1からの急激な噴気を防止した後、掘削パイプ11およびバルブ装置10を取り外し、次いで、中心孔10内に新たなケーシングパイプ2bを挿入し、ケーシングパイプ2bを掘削孔1内の所定位置に設置してから、ネジ孔11と螺合していた前記封止ネジをセンタリングネジ12と交換する。

0033

そして、図2および図3に示すように、センタリングネジ12を治具本体9の内周面より突出させ、センタリングネジ12がケーシングパイプ2bを周囲から確実に押圧固定するとともに芯出しを行う。この場合、センタリングネジ12の突出量を微調整することにより正確な芯出しが可能となっている。

0034

更に、掘削孔1とケーシングチューブ2b間に形成された隙間にセメントを始めとする充填剤を挿入してセメンチングを行う。ここで、本発明の場合、芯出しとセメンチングを同時に行ってもよいし、芯出し後、改めてセメンチングを行ってもよい。しかも、芯出しおよびセメンチング中、治具本体9とケーシングパイプ2b間には隙間が形成されているため、セメンチング後、充填剤の上面に残留した水の除去および充填剤の再充填を容易に行うことができる他、セメンチングの状況を常時把握することが可能である。

0035

そして、ケーシングパイプ2bの外径に合わせ、センタリングネジ12の治具本体9内周面からの突出量を変えることにより、外径の異なるケーシングパイプ2bの芯出しを、同一のセンタリング治具5で行うことができる。

0036

しかも、上記の通り、センタリングネジ12を前記封止ネジと交換することにより、センタリング治具6を設置した状態における掘削が可能となっているので、掘削開始前に予めケーシングパイプ2a上にセンタリング治具6を設置しておけば、数次にわたる芯出しおよびセメンチングとを、同一のセンタリング治具5を用いて行うことができる。

発明の効果

0037

以上説明した通り、本発明の坑口装置およびセメンチング方法においては、掘削孔上に坑口装置を設置した後、前記坑口装置の内周面からネジを突出させて芯出しを行うため、前記ネジの突出量を微調整することにより正確な芯出しが可能となった。また、芯出し中、前記坑口装置とケーシングパイプ間には隙間が形成されているため、セメンチング後、充填剤の界面上に残留した水の除去および前記充填剤の再充填を容易に行うことができた他、セメンチングの状況を常時把握することが可能となった。

図面の簡単な説明

0038

図1本発明における坑口装置およびその設置例を模式的に示す図である。
図2本発明におけるセンタリング治具の例を示す、センタリング治具のII−III線に沿った断面図である。
図3本発明におけるセンタリング治具の例を示す、センタリング治具のIII−III線に沿った断面図である。
図4本発明におけるセンタリングネジの例を示す側面図である。
図5従来の芯出し方法の例を模式的に示す坑井の断面図である。
図6従来の芯出し方法の例を模式的に示す坑井の断面図である。

--

0039

掘削坑
2,2a,2bケーシングパイプ
3支持部材
4リグフロアー
5坑口装置
6センタリング治具
7バルブ装置
7a通路
8掘削パイプ
9治具本体
10中心孔
11ネジ孔
12センタリングネジ
12a,12b縮径部
13a取り付け穴
13b 凹部
a ネジ孔におけるネジの形成範囲
b センタリングネジにおけるネジの形成範囲

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