掘削技術のあゆみ

 一般には、1859年のエドウィン・ドレークの油井掘削の成功が有名です。しかし人類と石油掘削の歴史は、もっと古いのです。
 一説によると紀元前1500年のアブラハムの時代まで遡るといわれています。紀元前450年頃の歴史家へロドトスもその著書に石油またはガスの記録を残しています。
 中国でも孔子時代の記録があるそうです。

 中国では、西暦1200年頃になると、竹の弾力性を利用した掘削技術が発達して、450メートルの井戸が掘られました。

 最初 の目的は岩塩水の採取にあったようですが、副産物の天然ガスは塩水を煮つめる燃料として便われました。石油を目的とした最初の井戸は、1745年にフランスで掘られました。石油の母国アメリカでは、1814年にケンタッキーで、“アメリカン・ウェル”という名の井戸が掘られ、約1,000バーレル/日の石油を生産した記録が残っています。

 ところでドレークの井戸は、深度20メートルにすぎず、石油の生産量もぜいぜい30バーレル/日にすぎませんでしたが、ちょうど石油から得られる灯油に対する需要が急増しつつあったので、近代石油産業の成立に結びついたのです。

わが国では、天智天皇の時代、668年に越の国から“燃える水”と”燃える土”が献上されたことが有名です。多分、石油と アスファルトだったのでしょう。越後地方では、徳川時代の初期(1615年)より油井掘削の記録が残されています。そうだとすると世界最初の油井は日本で掘られれたのかもしれません。特筆すべきことは、世界最初の海上掘削が日本で行われていることです場所は新潟県の尼瀬海岸で明治23年(1890年)のことでした。

 20世紀に人ると、石油掘削技術は飛躍的に進歩しました。綱による衝撃式掘削方式は、次第にロータリー式に置き換え られました。掘削深度の記録もだんだんと書き改められました。
 この分野では、アメリカが長い間記録保持者でしたが、 1980年にソ連が北極圏でl万メートルに達する井戸を掘って記録を破り、1985年に12,000メートルまで記録を伸ばしたあと、更に15,000メートルを目標に掘り進んでいます。

掘削技術のあゆみ
  沖合大陸棚における掘削は、第2次大戦後本格的に行われるようになりました。だんだんと、より深い海で掘削できる技術が開発され、1988年にはアメリカのメキシコ湾、水深2,328メートルの地点で掘削に成功しています。
 1970年代後半か らは、石油掘削の分野でもコンピュータ技術の利用が盛んになってきています。
 中でも、坑底の掘削パラメータや地 質情報を掘進しながらリアルタイムで入手するMWD(Measurement While Drilling)システムは大きな進歩をとげつつあります。
 

掘削の先端技術

 石油の探鉱の目が僻地、極地、深海といった、いわゆるフロンティアに向けられるにつれて、油井の掘削費は莫大な額にのぼるようになってきています。経験と勘に多くを頼るような掘削方法はもはや認め難いものとなり、さまざまな角度からデータを分析し利用すること、つまり掘削作業の科学的コントロールがますます強く求められています。

 掘削作業の科学的コントロールは、正確な掘削情報とりわけ坑底情報をリアルタイムで入手することから始まり、入手した情報を処理した後、現場の作業にフィードバックすることで完結します。

 この各ステップに対応して研究開発の焦点となって いるのが、MWD(Measurement While Drilling)、掘削制御プログラムとデータベース、そして、掘削作業の自動化です。

 

 初期のMWDはもっぱら傾斜掘りの制御に利用され、坑井の傾斜と方位及び傾斜掘り機器の向きをモニターするために使われました。

 その後、ビット荷重や回転トルク等の掘削パラメータの測定が可能になり、更に最近では、地層の比抵抗やγ線等の地質情報を得るためのセンサーが開発され実用に供されています。

 将来はワイヤライン検層にとって代わり、掘削と検層とが並行して進行することが考えられます。

 このような情報量の増加に対応するために、伝送速度の飛躍的向上を図る方法が研究され、泥水を媒体とするマッドパルス方式やマッドサイレン方式に代わって、地中を伝わる極超長波の電磁波を利用するEM‐MWD(Electro‐Magnetic MWD)が有望視されています。

新しい物理探査技術

掘削技術のあゆみ
 入手した情報は人工衛星を経由して情報センターに集められ、データベースとして活用されるとともにシミュレータに自動的に入力され、いつでも最新の坑井条件に基づいた各種のシミュレーションが可能な状態になります。

 そして、情報センターとの間の双方向通信によって、どんな遠隔地の掘削現場でも膨大なデータを背景に最新の技術を駆便した掘削が可能になることでしょう。

油井の掘削と仕上げの技術

掘削技術のあゆみ
 油井はどのようにして掘削されるのでしょうか。かつて主流だった綱式掘削装置は、今やすっかりすたれてしまい、現 在ではほとんど例外なく、ロータリー式掘削装置が用いられています。ロータリー式掘削は、一口に言えば掘管の先端にビット(刃)を装着し、これを高速で回転させて掘削する方式です。
掘削技術のあゆみ
掘削技術のあゆみ
ロータリー式掘削装置は、次の4つの機構を備えています
巻揚機構
回転機構
泥水循環機構
安全・防噴機構 (BOP)
 泥水は、比重を調節して地下の圧力に対抗することを目的としています。泥水の圧力によ って、井戸壁の崩壊を防正し石油や天然ガスの暴噴を抑えることができます。泥水技術の発達がなければ、地下数千メートルの掘削は不可能だったでしょう。泥水はまた掘屑を地上まで運び出すことによって、地下の貴重な情報をもたらしてくれます。

 油井の内部にはケーシング・パイプがそう入され、外側をセメントで固定します。ケーシングは地層の崩壊を防ぎ、井戸を保護する目的を持っています。

 初めは大径のパイプを挿入し、掘削深度が深くなるにつれて、だんだんとより細 いパイプをそう入していきます。
 目的地点の真上に建物などが有る場合や、一つのプラットフォームから数十本の井戸を掘って油田の開発費用を最小限に抑えたい場合などには、井戸は途中から曲げて掘られます。これを傾斜掘りといい、最近では傾斜を90度、つまり水平に掘る水平掘りという枝術も開発されています。
 
抗井費の内訳(アメリカ)
 油やガスが、見つかると生産の対象となる油層やガス層の部分にもケーシングをそう入し、セメントでしっかり固定します。

 その後、油やガスの部分だけ火薬でケーシングに孔をあけます。更に、井戸の中にチユービング・パイプを下ろしその上にクリスマスツリー(坑ロ装置)を取り付けます。石油やガスは、このチュービングの内部を通して生産されます。
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