2.石油生産井の坑壁安定性に関する研究

 水中で水圧が作用するように,地下深部の岩盤には大きな地圧が作用しています.特に,深部の石油・天然ガスの開発においては,生産に使用する井戸が地圧により破壊するBorehole BreakoutBBO)が大きな問題になります.BBOが起こると,生産の障害となり大きな損失が生じるからです
 
図2−1は,岩石供試体の直径22mmのボーリング孔と,カナダの地表下420mの高レベル放射性廃棄物処分実験場の直径3mの水平トンネルで観察されたBBOを比較した写真で[1],赤い○印がブレークアウトの発生箇所です.石油の生産井はちょうどこの2つの中間の大きさになります.()石油天然ガス・金属鉱物資源機構(JOGMEC)と共同研究を行い,図2−2に示すような供試体に対し,図2−3〜図2−5に示すような3方向から圧力を載荷できる試験機を用いて実験室でBBOを発生させ,孔内カメラによる観察やAE(破壊時に生じる高周波の振動),崩壊土量などを測定して,BBOが発生する圧力や,破壊のメカニズムを研究しています.さらに,実験後の供試体を医療用のX線−CT装置で撮影し,図2−6に示すようにBBOの破壊の様子を詳細に調べています. 


図2−1 岩石供試体と水平トンネルのBorehole Breakout

(BBO, ○が破壊箇所).文献[1]の図に加筆.

図2−2 実験に用いた大谷石

(凝灰岩)供試体.

 


図2−3  供試体の真三軸試験機へのセット手順 (a)→(d)
 


図2−4 JOGMECでの実験風景(2010年12月21日)
 


図2−5 実験の説明図と写真
 


図2−6 実験後のX線CTによるBBOの破壊形状

参考文献

1】B.C. Haimson: Micromechanisms of borehole instability leading to breakouts in rocks, International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, Vol.44, pp.157-173, 2007.

2】 山川彩香・丹羽智哉・青柳和平・石田毅・村田澄彦・深堀大介・山本晃司・中塚善博・陳渠・中山芳樹:ボアホールブレイクアウト発生に対する中間主応力の影響について,資源・素材学会春季大会講演集,(I)資源編,一般発表,20113.

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