掘削中に頻繁に循環損失やボーリングホールのブレイクアウトが発生しますか？その本当の原因を特定しましたか？
掘削は、地質調査、鉱業、杭基礎工事、その他エンジニアリング分野における中核的な作業です。しかしながら、プロジェクトではボーリングホールのブレークアウトや「掘削中の損失」（掘削流体の急速な損失）という問題にしばしば直面します。これは、大量の泥水流出やボーリングホールの崩壊につながるだけでなく、工程の遅延、コストの増加、ボーリングホールの品質とその後の建設安全性の低下にもつながります。本稿では、現場の実践に基づき、損失の根本原因を分析し、類似プロジェクトを導くための的確な対策を提案します。
ロスサーキュレーションの主な原因 ロスサーキュレーションは単一の要因によって引き起こされることは稀で、通常はフォーメーション条件と運用慣行の相互作用によって発生します。原因は大きく分けて2つのカテゴリーに分類できます。
地質学的要因 ― 地層固有の制約 地層自体が、逸泥流の主な誘因となります。掘削が特定の地質単位を横切る場合、泥流流失のリスクは急激に高まります。
緩い砂層：粒間空隙率が大きく、セメント結合が弱いため、掘削流体が間隙から急速に浸透しやすくなります。特に細粒砂層とシルト質層では、この損失が顕著です。
破砕された岩盤: 炭酸塩岩、花崗岩、その他の岩石に発達した破砕、節理、溶解空洞がある場合、不規則な経路が存在し、そこから泥が急速に流出して「掘削中の損失」現象が発生します。
その他の不利な単位: 礫岩、断層帯、破砕帯は緩く不安定な構造をしており、流体の損失を促進するだけでなく、掘削孔の崩壊のリスクを高め、建設の困難さをさらに増大させます。
運用上の要因 — 制御可能な建設影響 地質条件が良好であっても、不適切な運用は流失を引き起こす可能性があります。特に重要な運用上の問題は2つあります。
過剰な掘削速度: 過度に高い回転速度または貫入速度を使用して急速な前進を追求すると、掘削孔壁に激しい乱れが生じ、その近傍場の安定性が損なわれ、亀裂や剥離が生じ、掘削流体が漏れ出します。
掘削泥水の特性不足：掘削泥水はボーリングホールを保護する重要なバリアです。粘度が低すぎると効果的なフィルターケーキを形成できず、密度が不十分だと地層圧力と均衡を保つことができません。どちらの条件も、孔隙や亀裂の効果的な封鎖を妨げ、損失につながります。
対象を絞った対策 血行不良に対処するには、「まず予防し、次に修復する」というアプローチが必要であり、問題の根本原因に対処する階層的かつ段階的な治療が必要です。
掘削流体の特性を最適化し、掘削孔の保護を強化します。掘削流体は、損失に対する第一の防御線です。流体の配合を調整することで、シーリングと構造的支持を大幅に改善できます。
粘度と密度を高める: ベントナイト、セルロース誘導体、ポリアクリルアミドなどの添加剤を加えて粘度を高め、流体が掘削孔の壁にしっかりと付着してフィルターケーキを形成できるようにします。密度を適度に高めて、地層の細孔や亀裂に対する密封圧力を高めます。
対象を絞った修正: 緩い砂のゾーンでは、おがくずやもみ殻などの繊維質材料を追加して、懸濁性と閉塞性を向上させます。亀裂のあるゾーンでは、流体が亀裂内で急速にゲル化してシールを形成できるように、速硬化剤 (セメント、ケイ酸ナトリウム) を追加します。
閉塞剤を配置して、活動中の損失ポイントを密閉します。損失が発生した場合は、すぐに閉塞材料をボアに投入して、細孔や亀裂を直接埋め、流体の経路を遮断します。
一般的な目地材：粘土（ベントナイト）、おがくず、セメント、綿繊維、クルミの殻など。損傷の程度に応じて材料を選択してください。軽微な損傷であれば粘土またはおがくずで十分ですが、中程度の損傷であれば、セメントと粘土を混ぜたものを使用すると、セメントの硬化作用を利用して長期的な目地効果を高めることができます。
配置方法: 段階的な配置と「ドリル アンド プラグ」手法を使用します。つまり、泥の循環を維持しながら、損失ゾーンに材料をゆっくりと供給し、材料が漏出経路に運ばれて空隙を埋め、それ以上の損失を防ぐ安定したプラグを形成します。
掘削パラメータを制御してボーリングホールの撹乱を軽減する適切な操作方法は、ボーリングホール壁への損傷を最小限に抑えて循環損失を防ぐために不可欠です。
貫入速度を下げる: 特に緩い砂や断裂した地層を横断する場合は、回転速度と送り速度を下げます。ビットが壁に与える影響を減らし、撹乱を制限するために、「低回転、小刻みに前進」のアプローチを採用します。
フィルターケーキの形成に時間をかける: 掘削速度を遅くすると、流体が掘削孔の壁に均一で高密度のフィルターケーキを堆積する時間ができ、壁がさらに強化され、微細孔が密閉されて損失リスクが軽減されます。
深刻な損失に対する補充と再掘削損失が深刻で、通常の封鎖が失敗した場合、または大規模な掘削孔の崩壊が発生した場合、間隔の補充と再掘削が必要になることがあります。
充填材の選択：粘土、セメントスラリー、または粘土とセメントの混合物が推奨されます。粘土は低コストでシーリングに効果的です。セメントスラリーは硬化してボーリング孔壁を高強度に補強します。
再充填および再掘削手順：損失区間とその上のマージン部分を、選択した材料で充填し、影響を受けた部分が満たされるまで充填します。材料が十分に硬化するまで（通常は24～48時間ですが、材料と地層の状態によって調整します）、安定したシールを形成してから掘削を再開します。再掘削時には、掘削流体を最適化し、貫入を制御して再発を防止します。
結論 掘削中のボーリングホールの破損や損失は一般的であり、地層固有の条件（緩い砂、破砕帯）と制御可能な要因（過剰な掘削速度、掘削流体の性能低下）の両方から発生します。リスクを効果的に管理するには、建設前に地層調査を実施して損失が発生しやすい地域を予測し、建設中は流体特性を最適化し、掘削パラメータを制御することで損失を防止します。損失が発生した場合は、封鎖、補給、そして必要に応じて再掘削を含む段階的な対応を実施します。「まず予防、次に修復」という考え方を採用し、地層特性と現場の実情に合わせて対策を調整することは、逸失流の問題を克服し、円滑な掘削作業を確保し、建設の品質と効率を向上させるために不可欠です。
