掘削リグ
ウィリストン盆地のバッケン層の掘削
爆破孔掘削用大型穴掘削リグ

掘削リグとは、油井や水井などの井戸、あるいは杭打ちやその他の建設目的のための穴を地中深くに掘削する統合システムです。掘削リグは、水井、油井、天然ガス採掘井の掘削に使用される機器を収容する巨大な構造物の場合もあれば、一人で手作業で移動できるほど小型のオーガーと呼ばれる場合もあります。掘削リグは、地下の鉱床を採取したり、岩石、土壌、地下水の物理的特性を検査したり、地下設備、計測機器、トンネル、井戸などの地下構造物を設置したりするためにも使用されます。掘削リグは、トラック、トラック、トレーラーに搭載された移動式機器の場合もあれば、陸上または海上に設置された恒久的な構造物（掘削リグを搭載していなくても一般に「オフショア石油掘削リグ」と呼ばれる石油プラットフォームなど）の場合もあります。したがって、「リグ」という用語は、一般的に地殻表面を掘削するために使用される複雑な機器を指します。

石油掘削リグの噴出防止装置を操作するために使用されるゲージ、レバー、インジケーターを備えた金属製の制御ステーション。
石油掘削リグの噴出防止装置のリモートコントロールパネル

小型から中型の掘削リグは移動式で、鉱物探査掘削、発破孔、水井戸、環境調査などに使用されます。大型のリグは、地殻を数千メートルも掘削することが可能です。大型の「泥水ポンプ」を用いて掘削液（スラリー）をビットを通してケーシングアニュラスまで循環させ、掘削中に冷却と「切削片」の除去を行います。リグ内のホイスト（デリック）は、数百トンのパイプを持ち上げることができます。その他の装置は、油層に酸や砂を注入して石油や天然ガスの採掘を容易にします。また、遠隔地では、作業員（場合によっては100人以上）のための恒久的な居住施設や食事施設が設けられることもあります。海洋掘削リグは、補給基地から数千マイル離れた場所で、作業員の交代やサイクルを不定期に行うことで稼働することもあります。

歴史

ワイオミング州リングルにある西部歴史博物館に展示されているアンティークの掘削リグ。このリグはこの地域の多くの井戸を掘削するために使用され、その井戸の多くは現在も使用されています。
中国自貢市の古い掘削リグ

19 世紀後半に内燃機関が開発されるまで、岩を掘削する主な方法は、人または動物の筋力でした。打撃または回転掘削による石油掘削技術の起源は、紀元前 100 年の古代中国の漢王朝にまで遡ります。当時、打撃掘削は四川省で天然ガスの採掘に使用されていました。[ 1 ]初期の石油およびガスの掘削方法は、いくつかの技術的スキルを必要としましたが、一見原始的でした。[ 1 ] [ 2 ]スキルには、重い鉄のビットと長い竹の棒の利用、竹の繊維で編んだ長くて丈夫なケーブルの製造、およびてこが含まれます。重い鉄のビットは、竹のやぐらから吊るされた長い竹のケーブルに取り付けられ、2 人から 6 人の男性がてこに飛び乗って、手で掘った穴に繰り返し上げ下げされました。[ 1 ]漢王朝の時代に打撃掘削法で掘られた油井は効果的だったが、深さは10メートル、10世紀になっても100メートルにしか達しなかった。[ 1 ] 16世紀までに、中国人は深さ2,000フィート（610メートル）以上の油井を探索し、掘削していた。[ 2 ]中国の油井掘削技術は1828年にヨーロッパに導入された。[ 3 ]古代中国の掘削技術を現代化した手法は、アメリカの実業家エドウィン・ドレイクによって1859年にペンシルバニア州初の油井を掘削する際に使用され、小型蒸気エンジンを使用して人力ではなく動力源とした。[ 1 ]ケーブルツール掘削は古代中国で開発され、塩水井の掘削に使用された。岩塩ドームには天然ガスも埋蔵されており、いくつかの井戸で生産され、塩水の蒸発に使用された。ドレイクはアメリカの中国人労働者からケーブルツールの掘削について学びました[ 4 ]。最初の主要製品はランプやヒーター用の灯油でした[ 5 ] 。 [ 6 ]バクー周辺での同様の開発はヨーロッパ市場にも供給されました。

1970年代には、石油・ガス産業以外では、泥水循環式ローラービットは、初の空気圧式往復ピストン式リバースサーキュレーション（RC）ドリルに置き換えられました。前者はほとんどの浅層掘削では事実上時代遅れとなり、現在では岩盤が他の掘削方法を妨げる特定の状況でのみ使用されています。RC掘削ははるかに高速で効率的であることが証明されました。冶金技術の向上に伴い、より硬く耐久性の高いビットや、より高圧力でより大量の空気を供給できる新型コンプレッサーが登場し、より深く、より速い掘削を可能にしています。ダイヤモンド掘削は、その誕生以来、基本的に変わっていません。

ディスカバラー・インスピレーションは、 2010年7月10日にディープウォーター・ホライズン原油流出事故で新しい封じ込めキャップを運びました。背景には、ディスカバラー・エンタープライズ、 GSFデベロップメント・ドリラーII、ヘリックス・プロデューサーIが写っています。

石油掘削産業

  石油掘削装置は稼働中
  天然ガス掘削装置が稼働中

石油・天然ガス掘削リグは、地質学的貯留層を特定するだけでなく、貯留層から石油や天然ガスを採取するための穴を掘るためにも使用されます。主に陸上の石油・ガス田では、坑井が掘削されると、掘削リグは坑井から移動され、坑井仕上げ用に特別に設計されたサービスリグ（小型のリグ）が坑井に移動され、坑井が稼働状態になります。[ 7 ]これにより、掘削リグは別の坑井を掘削できるようになり、作業が効率化されるだけでなく、坑井仕上げと掘削といった特定のサービスの特化が可能になります。

鉱業掘削業界

鉱山掘削リグは、鉱物の位置と品質を特定することを目的とした探査掘削と、採掘の生産サイクルで使用される生産掘削という2つの主な目的で使用されます。露天掘り鉱山の岩盤発破に使用される掘削リグは、必要な穴のサイズに応じてサイズが異なり、通常、小型のプレスプリット穴と大型の生産穴に分類されます。地下採掘（硬岩）では、生産、ボルト締め、ケーブル敷設、トンネル掘削など、目的に応じて様々な掘削リグが使用されます。

移動式掘削リグ

トラックに搭載された移動式掘削リグ

初期の石油探査においては、掘削リグは半永久的なものであり、油井櫓は現場で建設され、坑井の掘削完了後もそのまま残されることが多かった。近年の掘削リグは、坑井から坑井へと移動可能な高価な特注機械となっている。軽量掘削リグの中には移動式クレーンのようなものもあり、通常は水井戸の掘削に用いられる。大型の陸上掘削リグは、新しい場所へ移動するためにセクションと荷物に分解する必要があり、この作業には数週間かかることも少なくない。

小型の移動式掘削リグも、杭の掘削やボーリングに使用されます。リグの種類は、100ショートトン（91,000 kg）の連続飛行オーガー（CFA）リグから、採石場などでの掘削に使用される小型の空気駆動リグまで多岐にわたります。これらのリグは、石油掘削リグと同じ技術と設備を使用していますが、規模が小さいというだけです。

以下に概説する掘削メカニズムは、使用される機械の点で機械的に異なりますが、掘削屑がドリルの切削面から除去され、地表に戻る方法の点でも異なります。

自動掘削リグ

自動掘削リグ（ADR）は、石油・ガス産業において、水平坑井の長い横断面を掘削する、自動化されたフルサイズの陸上歩行式掘削リグです。[ 8 ] ADRは機敏なリグであり、他のフルサイズの掘削リグよりも速くパッドからパッドへ、そして新しい坑井現場へと移動できます。リグ1台あたりの価格は約2,500万ドルです。ADRはアサバスカ油田で広く使用されています。「オイル・パッチ・デイリー・ニュース」によると、「各リグは建設段階で5万工数を生み出し、完成時には稼働中のリグ1台で直接的および間接的に100人以上の労働者を雇用する」とのことです。アルバータ州カルガリーに拠点を置く国際的な油田サービス請負業者であるエンサイン社は、従来の掘削リグと比較して、ADRは「操作がより安全で、「高度な制御インテリジェンス」、「環境負荷の低減」、「迅速な移動性」、「現場とオフィス間の高度な通信」を備えていると主張しています。[ 8 ] 2005年6月、蒸気補助重力排水（SAGD）用に特別に設計された最初の傾斜自動掘削リグ（ADR）、エンサインリグNo.118が、カルガリーに拠点を置くオイルサンド会社ディアクリークエナジーリミテッドによって稼働しました。[ 9 ] [ 10 ]

オーガードリル

オーガードリルはらせん状の工具です。主な機能は、地面やその他の物質、または氷、木材などの表面に穴を掘ることです。オーガーの設計は掘削する物質の種類によって異なり、そのためオーガードリルには様々な種類があります。[ 11 ]オーガードリルには様々なサイズがあり、地下最大95フィートの深さまで穴を掘ることができます。非常に用途が広く、建設作業や個人のプロジェクトでも時間と労力を節約できることで知られています。オーガーは、鋼鉄製のケーシングで作られた螺旋状のネジで、湾曲したフライトがあり、ドリルヘッドによって地面に押し込まれると回転します。オーガーが回転すると、掘削された物質が地表に持ち上げられ、ボーリングホールを開いたままにして崩壊を防ぎます。オーガーはトラックや他の機械に取り付けることができ、様々な長さや直径があります。オーガー掘削は、建設、環境研究、地質工学調査など、多くの分野で使用されています。他にも、次のようなさまざまな目的に使用できます。

  • 基礎工事のためのオーガー杭の設置
  • 電柱、太陽光発電用支柱、デッキ支柱などの産業用途向けの穴あけ
  • ガーデニング、フェンスの建設、作物の栽培などの小さな家のプロジェクト
  • 氷上釣り

オーガー掘削には、ハンドオーガー掘削やホローステムオーガー掘削など、様々な方法があります。ハンドオーガー掘削は費用対効果が高く、土壌が浅い場所でよく使用されますが、時間と労力がかかる場合があります。ホローステムオーガー掘削では、掘削しながら土壌を除去する大型の中空オーガーを使用します。

オーガー掘削は、ドライブドリリングなどの他の掘削方法に比べて静かで振動が少ないため、都市部でも使用できます。オーガーを使用する際は、手袋、目と耳の保護具、つま先が覆われたブーツなどの保護具を着用するなど、安全対策を講じることが重要です。また、オーガーとアタッチメントがしっかりと固定されていることを確認し、ドリルの高トルクギアを作動させてから、ゆっくりと掘削を開始してください。

ドリルバケット

ドリルバケット、またはオーガーバケットは、内部に土砂を蓄積し、定期的に穴から持ち上げて空にすることができる掘削ヘッドです。[ 12 ]

この方法は、バケットの円筒形設計と底部に切削歯を備え、回転しながら土や岩を掘削・保持するため、硬くて固まった土や岩の掘削に特に効果的です。ドリルバケットは、深い杭や立坑を建設するための基礎掘削によく使用されます。[ 13 ]

様々なサイズと構成があり、特定の地盤条件やプロジェクトの要件に合わせてカスタマイズできます。また、耐摩耗性部品を装備することで、摩耗しやすい環境における耐久性を高めることができます。さらに、最新の掘削バケットには、底部に通気孔が設けられており、閉じ込められた空気を排出することで土砂の除去を迅速化します。[ 13 ]

参照

参考文献

  1. ^ a b c d e Smil, Vaclav (2017).石油 - 初心者向けガイド. Oneworld Publications. ISBN 978-1786072863。
  2. ^ a bヘシュロウ、キャシー（2010年）『石油・ガスへの投資：DPPのABC』 Iuniverse、p.52、ISBN 978-1450261715。
  3. ^テンプル、ロバート (1986). 『中国の天才：3000年の科学、発見、そして発明』ジョセフ・ニーダム. ニューヨーク：サイモン＆シュスター. pp.  52– 54.
  4. ^テンプル 1986、54ページ
  5. ^マクニール、イアン（1990年）『技術史百科事典』ロンドン：ラウトレッジ、ISBN 0-415-14792-1。
  6. ^イェルギン、ダニエル (1992). 『ザ・プライズ：石油、金、権力をめぐる壮大な冒険』
  7. ^ Baars, DL; Watney, WL; Steeples, DW; Brostuen, EA (1989). Petroleum; a primer for Kansas (Educational Series, no. 7 ed.). Kansas Geological Survey. p. 40. 2020年11月8日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2011年4月18日閲覧。ケーシングのセメント固めが完了すると、掘削リグ、機器、資材は掘削現場から撤去されます。ワークオーバーリグまたは仕上げリグと呼ばれる小型のリグが坑井の上を移動します。この小型リグは残りの仕上げ作業に使用されます。
  8. ^ a b「Ensign Launches Newest And Most Powerful Automated ADR 1500S Pad Drill Rigs In Montney Play」、New Tech Magazine、カルガリー、アルバータ州、2014年11月21日、 2014年12月10日時点のオリジナルよりアーカイブ。2014年12月6日閲覧。
  9. ^ 「ディアクリークとエンサイン、傾斜式自動掘削リグを用いた初のSAGD井掘削を開始」 newtechmagazine.com 。 2014年12月10日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  10. ^井戸掘削の専門家
  11. ^ 「オーガーとは何か、そして通常は何に使われるのか？ | TFGUSA」 www.tfgusa.com 2021年6月28日2023年11月22日閲覧。
  12. ^ 「バケットオーガー掘削法」wellowner.org . 2022年11月8日閲覧。
  13. ^ a b Buck, Pile (2023年12月10日). 「基礎掘削オーガー完全ガイド」 . Pile Buck Magazine . 2024年11月2日閲覧。
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