JP2010174559A - Method for hydraulic fracture test and measuring device therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水圧破砕試験方法及びその測定装置に関し、殊に、地下深部の岩盤の応力状態等を測定するためにボーリング孔内で実施する水圧破砕試験方法及びその試験方法に用いる測定装置に関する。 The present invention relates to a hydraulic fracturing test method and a measuring device thereof, and more particularly, to a hydraulic fracturing test method carried out in a borehole for measuring a stress state of a rock in a deep underground and a measuring device used for the test method.
加圧した流体を用いて地下深部の岩盤等に生じさせた亀裂の生成・開口・閉口過程に伴い発生した圧力変化やAE(アコースティック・エミッション)を測定する方法として、特開昭63−308186号公報等に記載されているような水圧破砕試験方法が広く知られており、地殻応力の測定、ダム基礎岩盤のグラウト工事における岩盤の注入適正圧力の決定、漏水孔の発生に対する限界圧力の測定、地滑りや地盤の崩落防止等の目的に利用されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-308186 discloses a method for measuring pressure change and AE (acoustic emission) generated during the formation, opening, and closing processes of cracks generated in rocks in deep underground using pressurized fluid. The hydraulic fracturing test method as described in the Gazette etc. is widely known, measurement of crustal stress, determination of appropriate pressure of rock mass injection in grouting of dam foundation rock mass, measurement of limit pressure for occurrence of leak holes, It is used to prevent landslides and ground collapse.
図3の簡略化した地盤の縦断面図は、このような水圧破砕試験方法の実施状況の一例を示すものであり、測定深度まで掘削したボーリング孔3B内に、地上側の高圧ポンプ8から延設され先端に水圧破砕試験用の測定装置10Cと遮水手段4Bを有した送水パイプ6を挿入しており、測定装置10Cの先端側に設けたパッカー41,42からなる遮水手段4Bで仕切ることにより、ボーリング孔3B内壁面と送水パイプ6外面との間に形成した水圧破砕室32に、高圧ポンプ8を駆動して送水パイプ6を介し高圧水を送ってボーリング孔3Bの内壁面を破砕し、これらの圧力過程を送水パイプ6中の測定装置本体12Cで測定するものである。
The simplified vertical cross-sectional view of the ground in FIG. 3 shows an example of the implementation status of such a hydraulic fracturing test method, and extends from the high-
また近年では、特開2007―9645号公報に記載されているような水圧破砕試験方法が普及している。図4はその試験方法における実施状況の縦断面図を示すものであって、この試験方法は、ボーリング孔3Aに挿入されたボーリングロッド5の内部に、パイロット孔掘削装置(図示せず)を挿入してボーリング孔3Aの孔底にボーリング孔3Aの径よりも小径の試験孔30を掘削し、この部分で水圧破砕試験を実施する点を特徴としている。
In recent years, a hydraulic crushing test method as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-9645 has become widespread. FIG. 4 shows a longitudinal sectional view of the implementation status of the test method. In this test method, a pilot hole excavator (not shown) is inserted into the
即ち、試験孔30を掘削した後にパイロット孔掘削装置を引き上げ、基端側に測定装置本体12Bを有する測定装置10Bを、ボーリングロッド5の先端まで挿入し、先端側に設けた遮水手段4Aのパッカー40を膨張させて試験孔30の孔口を塞いでから試験孔30内部に高圧水を送水して、その送水量及び内部水圧の変化時間を測定装置本体12Bで測定するものである。
That is, after the
このように、ボーリング孔3Aよりも小径の試験孔30を作成してその部分で水圧破砕試験を行うようにしたことにより、破砕する部分の容積及と注入する高圧水の容量を小さくすることができるため、測定装置を有する測定システムの剛性を大きくすることが可能となり、より正確な測定を実現しやすいものとしている。
Thus, by making the
しかし、このように小径の試験孔30を設ける試験方法を含み、上述した従来の水圧破砕試験方法においては、孔内水に含まれる不純物が高圧水の流量測定において誤差を生じる原因となる場合があった。
However, in the conventional hydraulic crushing test method described above including the test method for providing the
本発明は、上記のような問題点を解決しようとするものであり、ボーリング孔内で実施する水圧破砕試験について、孔内水に含まれる不純物により測定精度が低下するのを回避できるようにすることを課題とする。 The present invention is intended to solve the above-described problems, and it is possible to avoid a decrease in measurement accuracy due to impurities contained in the bore water in a hydraulic crushing test performed in a bore hole. This is the issue.
そこで、本発明は、中空のボーリングロッド先端側に、ボーリング孔内で高圧水を注入する領域と他の領域を区画する遮水手段と、少なくとも水圧計測手段及び流量計測手段を有した測定装置とを配設し、その遮水手段をボーリング孔内の試験対象領域まで挿入してこの試験対象領域と他の領域とを区画した後、ボーリングロッド内を経由して高圧水を送りながら試験対象領域のボーリング孔内壁に圧力を加え、少なくとも試験対象領域における水圧の変動及び高圧水の送水量を測定装置で測定するものとした水圧破砕試験方法において、その測定装置には、試験対象領域に注入するための注入水が予め充填されピストンでボーリングロッドの内部空間側と区画されてなるシリンダ状の注入水室が設けられており、ボーリングロッド内の孔内水が加圧されることによりピストンが摺動して押し出された注入水のみが高圧水として試験対象領域側に送水され、この注入水の送水量を流量計測手段で破砕時の孔内音とともに測定することを特徴とするものとした。 Accordingly, the present invention provides a water blocking means for partitioning a region where high pressure water is injected in a bore hole and another region on the tip side of a hollow boring rod, and a measuring device having at least a water pressure measuring unit and a flow rate measuring unit. After inserting the water blocking means up to the test target area in the borehole and partitioning this test target area from other areas, the test target area is sent while sending high pressure water through the boring rod. In the hydraulic crushing test method in which pressure is applied to the inner wall of the borehole and at least the fluctuations in water pressure and the amount of high-pressure water delivered are measured with a measuring device, the measuring device is injected into the testing target region. Is provided with a cylinder-shaped injection water chamber that is pre-filled with injection water and is partitioned by a piston from the inner space side of the boring rod. Only the injected water that was pushed out by sliding the piston by being pressurized is fed to the test area as high-pressure water, and the amount of this injected water is measured together with the sound in the hole during crushing by the flow rate measuring means. It was characterized by doing.
上述したように、ボーリング孔の孔内水を加圧して試験対象領域を加圧・破砕する従来の試験方法においては、孔内水に含まれる不純物が高圧水の流量測定において誤差を生じる要因となっていたのに対し、本発明において水圧破砕試験に用いる測定装置に、注入水を充填したシリンダ状の注入水室を設けて試験対象領域側に高圧水として送水するとともにその送水量を測定するものとして、不純物を含まない注入水を使用することで測定精度の低下を回避可能としている。同時に破砕時の孔内音を記録することにより流量変化ポイントの抽出精度を高くすることができる As described above, in the conventional test method that pressurizes and crushes the area to be tested by pressurizing the borehole water in the borehole, impurities contained in the borehole cause an error in the flow measurement of high-pressure water. In contrast, the measuring device used for the hydraulic fracturing test in the present invention is provided with a cylindrical injection water chamber filled with injection water, and supplies water as high-pressure water to the test target region side and measures the amount of water supply. As a matter of fact, a decrease in measurement accuracy can be avoided by using injected water that does not contain impurities. At the same time, by recording the sound in the hole during crushing, the extraction accuracy of the flow rate change point can be increased.
また、この測定方法において、ボーリングロッド内の孔内水から、磁力式のフィルタを用いて酸化鉄系の不純物を吸着して除去する手順を加えることにより、流量測定に影響を与えやすい因子を予め除去することが可能となり、測定精度の低下を一層回避しやすいものとなる。 In addition, in this measurement method, by adding a procedure for adsorbing and removing iron oxide impurities from the borehole water in the boring rod using a magnetic filter, factors that easily affect flow measurement are preliminarily determined. This makes it easier to avoid a decrease in measurement accuracy.
さらに、上述した水圧破砕試験方法において、注入水室に充填する注入水として、清水に所定の添加剤を加えて粘度を所定範囲に調整したものを使用することを特徴としたものとすれば、より正確な流量測定が実現されやすいものとなる。 Furthermore, in the hydraulic crushing test method described above, as the injection water to be filled in the injection water chamber, it is characterized by using a water whose viscosity is adjusted to a predetermined range by adding a predetermined additive to fresh water, More accurate flow rate measurement is likely to be realized.
さらにまた、上述した水圧破砕試験方法において、その測定装置は、ボーリングロッド先端に連結するアウターチューブと、注入水室を有してボーリングロッド内での吊り上げ・吊り下げ作業により地上側への回収及びアウターチューブ内への挿脱が可能な測定装置本体とからなることを特徴としたものとすれば、注入水の再充填作業を含む測定装置の調整及びメンテナンスが容易なものとなる。 Furthermore, in the above-described hydraulic crushing test method, the measuring device includes an outer tube connected to the tip of the boring rod, an injection water chamber, and recovery to the ground side by lifting and hanging operations in the boring rod. If it is characterized by comprising a measuring apparatus main body that can be inserted into and removed from the outer tube, the adjustment and maintenance of the measuring apparatus including the refilling operation of the injected water can be facilitated.
加えて、上述した水圧破砕試験方法において、その測定装置には総ての測定データを記録しておく記録手段が配設されていることを特徴としたものとすれば、測定データを地上側に送るためのケーブルの配設が不要となり、この場合、その測定データには孔内音の記録データが含まれているものとすれば、流量変化ポイントの抽出精度を高くすることができる。 In addition, in the above-described hydraulic fracturing test method, if the measurement device is provided with a recording means for recording all measurement data, the measurement data is transferred to the ground side. It is not necessary to provide a cable for sending, and in this case, if the measurement data includes the recorded data of the sound in the hole, the extraction accuracy of the flow rate change point can be increased.
さらに加えて、上述した水圧破砕試験方法において用いられる測定装置であって、流量計測手段と、注入水が予め充填されてピストンでボーリングロッドの内部空間側と区画されたシリンダ状の注入水室とを少なくとも有しており、ボーリングロッド内の孔内水が加圧されることによりピストンが摺動して押し出された注入水のみを高圧水として試験対象領域内に送水するとともに、少なくとも流量計測手段で注入水の送水量を測定することを特徴とした測定装置とすれば、これを水圧破砕試験に用いることで上述した各機能を確実に発揮するものとなる。 In addition, a measuring apparatus used in the above-described hydraulic fracturing test method, comprising a flow rate measuring means, a cylinder-shaped injection water chamber pre-filled with injection water and partitioned from the internal space side of the boring rod by a piston And at least the flow rate measuring means is fed into the test area as high-pressure water only from the injected water that is pushed out by sliding the piston when the bore water in the boring rod is pressurized. If it is set as the measuring apparatus characterized by measuring the amount of water flow of injection water, each function mentioned above will be exhibited reliably by using this for a hydraulic crushing test.
水圧破砕試験に用いる測定装置に注入水を充填したシリンダ状の注入水室を設け、注入水のみを高圧水として試験対象領域側に送水してその送水量を測定するものとした本発明によると、孔内水に含まれる不純物により測定精度が低下するのを回避できるものである。 According to the present invention, the measuring device used for the hydraulic crushing test is provided with a cylindrical injection water chamber filled with injection water, and only the injection water is supplied as high-pressure water to the test target region side to measure the amount of water supply. Therefore, it is possible to avoid a decrease in measurement accuracy due to impurities contained in the water in the hole.
以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態を説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本実施の形態である水圧破砕試験方法において用いられる測定装置10Aが、ボーリングロッド5先端に連結された状態の部分縦断面図を示している。この測定装置10Aは、略筒状でボーリングロッド5の先端に連結されるアウターチューブ11と、その内部に挿入配置され内部に各種測定手段を備えた略柱状の測定装置本体12Aとからなり、その先端側には図示しない遮水手段が連結されている。
FIG. 1 shows a partial longitudinal sectional view of a state in which a
測定装置本体12Aは、流量・圧力測定用のロガーとしてアウターチューブ11内に挿入配置されるものであるが、基端側にフック128を備えてトラベリングツール等で吊り下げられ、ボーリングロッド5内を経由して単独で地上側に回収可能となっているとともに、地上側からボーリングロッド5の先端側に送り、アウターチューブ11の内周面に設けたストッパー111に外周面の段部120を当接・係止させて測定位置に配置できるようになっている。
The measuring device
図2は、測定装置本体12Aを拡大した縦断面図を示している。その内部には、先端側に試験対象領域側の水圧計測手段としての圧力センサ123、試験対象領域側への送水量を計測する流量計測手段としての流量センサ122、図示しない孔内音検出手段が設けられており、これらの手段で取得したデータを、時計機構を内蔵したデジタル回路により一定間隔でAD変換してメモリに記録するデータ収録回路121を備えている。
FIG. 2 shows an enlarged longitudinal sectional view of the measuring apparatus
そして、この測定装置本体12Aの特徴部分として、その基端側内部に注入水を貯留したシリンダ状の注入水室124を有しており、ボーリングロッド5の内部空間側に連通路129で連通した開放端側をピストン125で封止された状態となっており、注入水室124の先端側から延びた送水路126が逆止弁126a,流量センサ122を経由してアウターチューブ11の内部空間でストッパー111よりも先端側の空間で開口している。
And as a characteristic part of this measuring apparatus
そして、加圧時にボーリングロッド5を介して送水された高圧水の圧力により、測定装置本体12Aはアウターチューブ11内でストッパー11にその段部120を密着した状態となり、アウターチューブ11内のこの部分を介した流体の流通が封止されるため、圧力差でピストン125が摺動し注入水室124に充填された注入水のみが高圧水として送水路126、アウターチューブ11内を通り、図示しない遮水手段で区画された試験対象領域側に送水され、減圧時には逆止弁126aで送水路126が閉鎖されるようになっている。
Then, due to the pressure of the high-pressure water fed through the
尚、この注入水室124に充填された注入水は、各種測定に悪影響を及ぼすような不純物を含まない清水に、所定の添加剤を加えて粘度を高めたものを使用することが推奨され、これにより流量センサ122における送水量の測定に与える影響を最小限に抑えることができる。
In addition, it is recommended to use the injected water filled in this injected
また、測定装置本体12Aのストッパー111に係止する段部120の上流側と下流側とをバイパスする逆流路127が、途中に逆止弁127aを配置されて設けられており、減圧時に試験対象領域側の孔内水がボーリングロッド5側に逆流するようになっており、加圧時には逆止弁127aで逆流路127が閉鎖されるようになっている。
In addition, a
次に、本実施の形態の水圧破砕試験方法の実施手順について説明する。本実施の形態における水圧破砕試験方法も、前記図3で説明した水圧破砕試験方法の手順と基本的に同様の手順にて実施することができる。即ち、ボーリング孔3Bの孔底に遮水手段4Bで区画してそれよりも先の空間を試験対象領域として高圧水で加圧・破砕して測定を行うものである。
Next, the implementation procedure of the hydraulic crushing test method of this Embodiment is demonstrated. The hydraulic crushing test method in the present embodiment can also be carried out in a procedure basically similar to the procedure of the hydraulic crushing test method described in FIG. That is, the measurement is performed by partitioning the bottom of the
先ず、アウターチューブ11をボーリングロッド6の先端に連結してボーリング孔3B内に挿入し(図1及び図3を参照)、次に、図示しないトラベリングツールで吊り下げて測定装置本体(ロガー)12Aを孔内に挿入し(この時点で測定・記録を開始)、ボーリングロッド6内を経由してアウターチューブ11内に挿入・配置する。
First, the
そして、地上側の高圧ポンプ8を駆動させ、ボーリングロッド6内を経由して高圧水を送り、測定装置本体12Aの注入水室124から高粘度の清水を水圧破砕室32に高圧水として送出して水圧破砕試験を実施する。尚、ボーリングロッド5内は孔内水(泥水)であるため、ピストン125の例えば上流側に磁力式フィルタ130を配置して、孔内水に含まれる酸化鉄系の不純物を磁気吸着により除去する段階を設けることで、測定における最大の阻害因子を除去して測定精度をより高めやすくなる。
Then, the high-
この水圧破砕試験においても、加圧・減圧に伴う水圧破砕室32に連通する部分での高圧水の流量・圧力・孔内音を測定・記録する。その後、トラベリングツールを用いて測定装置本体12Aを地上側に回収して記録を完了し、データ収録回路121に記録されたデータを読み出して試験を終了する。
Also in this hydraulic crushing test, the flow rate, pressure, and sound in the hole of high-pressure water in the portion communicating with the hydraulic crushing
前述したように、本実施の形態において、試験対象領域である水圧破砕室32に注入する高圧水は、泥水の孔内水ではなく注入水室124内に貯留した高粘度の清水であり、その送出した流量のみを測定するようにしたことで、従来例において高圧水に含まれる不純物を原因とした測定への悪影響を確実に回避することができ、精度の高い流量・圧力の測定結果を得られることになる。特に、孔内音を記録したことにより、流量変化ポイントの抽出精度も向上させることができる。
As described above, in the present embodiment, the high-pressure water to be injected into the hydraulic crushing
以上、述べたように、ボーリング孔内で実施する水圧破砕試験について、本発明により、孔内水に含まれる不純物で測定精度が低下するのを回避できるようになった。 As described above, regarding the hydraulic crushing test carried out in the borehole, according to the present invention, it is possible to avoid a decrease in measurement accuracy due to impurities contained in the borehole water.
3A ボーリング孔、4A 遮水手段、5 ボーリングロッド、8 高圧ポンプ、10A 測定装置、11 アウターチューブ、12A 測定装置本体、30 試験孔、111 ストッパー、120 段部、121 データ収録回路、122 流量センサ、123 圧力センサ、124 注入水室、125 ピストン、126 送水路、126a,127a 逆止弁、127 逆流路、128 フック、130 磁力式フィルタ
3A boring hole, 4A water shielding means, 5 boring rod, 8 high pressure pump, 10A measuring device, 11 outer tube, 12A measuring device main body, 30 test hole, 111 stopper, 120 step portion, 121 data recording circuit, 122 flow sensor, 123 pressure sensor, 124 injection water chamber, 125 piston, 126 water supply path, 126a, 127a check valve, 127 reverse flow path, 128 hook, 130 magnetic filter
Claims (7)
A measuring device used in the hydraulic fracturing test method according to claim 1, 2, 3, 4, 5, or 6, wherein the flow rate measuring means, the hydraulic pressure measuring means, and the injection water are prefilled and the piston is used. It has at least an inner space side of the boring rod and a partitioned cylindrical injection water chamber, and the piston is slid and pushed out by pressurizing the water in the hole in the boring rod. In addition, the measurement apparatus is characterized in that only the injected water is supplied as the high-pressure water to the test target region side, and the amount of the injected water is measured by the flow rate measuring means and the underground sound is measured.
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