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掘削リグは、油井や水井などの井戸、または杭打ちやその他の建設目的のための穴を地球の地下に掘削する統合システムです。掘削リグは、水井、油井、または天然ガス抽出井を掘削するために使用される機器を収容する巨大な構造物である場合もあれば、1人で手動で移動できるほど小さく、オーガーと呼ばれる場合もあります。掘削リグは、地下の鉱床をサンプリングしたり、岩石、土壌、地下水の物理的特性をテストしたり、地下設備、計装、トンネル、井戸などの地下構造物を設置するために使用することもできます。掘削リグは、トラック、トラック、またはトレーラーに搭載された移動機器、またはより恒久的な陸上または海上の構造物（掘削リグが含まれていなくても一般に「オフショア石油リグ」と呼ばれる石油プラットフォームなど）である場合があります。したがって、「リグ」という用語は通常、地殻の表面を貫通するために使用される複雑な機器を指します。
小型から中型の掘削装置は移動式で、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。大型の掘削装置は、井戸を掘削している間に冷却と「切削片」の除去を行うため、大型の「泥水ポンプ」を使用して掘削液（スラリー）をビットを通してケーシング環状部に循環させ、地殻を数千メートル掘削することができます。掘削装置内のホイスト、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、油層や天然ガスの抽出を容易にするために、酸や砂を貯留層に押し込むことができます。また、遠隔地では、乗組員（100人以上になることもあります）のための恒久的な居住施設や食事の提供が行われることもあります。海洋掘削装置は、乗組員の交代やサイクルが不定期で、補給基地から数千マイル離れた場所で稼働する場合があります。
歴史
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、人や動物の筋力でした。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。そこでは、四川省で天然ガスを採掘するために打撃掘削が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たため、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、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ていました。重い鉄のビットは、竹のやぐらから吊り下げら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、手動で掘った穴に繰り返し上げ下げされました。[1]漢王朝の打撃掘削による油井は効果的でしたが、10世紀になっても深さ10メートル、深さ100メートルにしか達しませんでした。[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、掘削していました。[2]中国の油井掘削技術は1828年にヨーロッパに導入されました。 [3]古代中国の掘削技術を現代化したものは、1859年にアメリカの実業家エドウィン・ドレイクによってペンシルバニア州初の油井を掘削するために使用され、掘削プロセスの動力源として人力ではなく小型蒸気エンジンが使用されました。 [1]ケーブルツール掘削は古代中国で開発され、塩水井戸の掘削に使用されました。岩塩ドームには天然ガスもあり、いくつかの井戸で生産され、塩水の蒸発に使用されました。ドレイクは米国の中国人労働者からケーブルツール掘削について学びました。[ 4 ]最初の一次産品はランプやヒーター用の灯油でした。[ 5
1970 年代には、石油・ガス産業以外では、泥の循環を使用するローラー ビットが初の空気圧往復ピストン逆循環 (RC) ドリルに置き換えられ、ほとんどの浅い掘削では基本的に時代遅れとなり、現在では岩石が他の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、冶金技術の向上、より硬く耐久性のあるビットの登場、およびより大量の空気圧を供給するコンプレッサーの登場により、より深くより速い穿孔が可能になり、改良が続けられています。ダイヤモンド掘削は、開始以来基本的に変わっていません。
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・天然ガス掘削装置は、地質学的貯留層を特定するだけでなく、それらの貯留層から石油や天然ガスを抽出できる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、井戸が掘削されると、掘削装置が井戸から移動され、仕上げ用に特別に作られたサービスリグ（小型のリグ）が井戸に移動されて、井戸が稼働します。[7]これにより、掘削装置が別の穴を掘ることができるようになり、操作が合理化されるだけでなく、仕上げと掘削など、特定のサービスの専門化が可能になります。
鉱業掘削業界
採掘掘削リグは、鉱物の位置と品質を特定することを目的とする探査掘削と、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。露天掘りの岩石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、通常は小さい事前分割穴と大きい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、目的に応じてさまざまな掘削リグが使用されます。
移動式掘削リグ
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初期の石油探査では、掘削装置は半永久的なものであり、掘削機は現場で建設され、油井の完成後もそのまま残されることが多かった。最近の掘削装置は、油井から油井へ移動できる高価な特注機械である。軽量の掘削装置は移動式クレーンのようなもので、通常は水井戸の掘削に使用されている。大型の陸上掘削装置は、新しい場所に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、このプロセスには数週間かかることも珍しくない。
小型の移動式掘削リグも、杭を掘削したり、穴をあけたりするのに使用されます。リグは、100 ショートトン (91,000 kg) の連続飛行オーガー(CFA) リグから、採石場などで穴をあけるため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、掘削片をドリルの切削面から除去して地表に戻す方法の点でも異なります。
自動掘削装置
自動掘削装置 (ADR) は、石油およびガス産業の水平坑井で長い横方向の掘削を行う、自動化されたフルサイズの陸上歩行式掘削装置です。[8] ADR は機敏な掘削装置で、他のフルサイズの掘削装置よりも速く、パッドからパッドへ、そして新しい坑井現場へ移動できます。掘削装置 1 台あたりの価格はおよそ 2,500 万ドルです。ADR はアサバスカ油砂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、「掘削装置 1 台につき、建設段階で 50,000 時間の作業が発生し、完成時には、稼働中の掘削装置 1 台につき、直接的および間接的に 100 人以上の労働者が雇用されます」。従来の掘削装置と比較して、ADR を製造するアルバータ州カルガリーに拠点を置く国際油田サービス請負業者のエンサインは、ADR は「操作が安全」、「制御インテリジェンスが強化されている」、「環境への影響が低減されている」、「移動が速く、現場とオフィス間の通信が進んでいる」と主張しています。[8] 2005年6月、蒸気補助重力排水（SAGD）アプリケーション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。その主な機能は、地面やその他の材料、または氷、木材などの表面に穴をあけることです。オーガーの設計は、掘削する材料の種類によって異なります。そのため、オーガードリルにはさまざまな種類があります。[11]オーガードリルにはさまざまなサイズがあり、地下95フィートの深さまで穴をあけることができます。非常に用途が広く、建設作業や個人的なプロジェクトの時間とエネルギーを節約できることで知られています。オーガーは、湾曲したフライトを備えたスチールケースで作られたらせん状のネジで、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、掘削された材料が地表に持ち上げられ、ボーリングホールが開いたままになり、崩壊を防ぎます。オーガーはトラックやその他の機械に取り付けることができ、さまざまな長さと直径があります。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。次のようなさまざまな目的にも使用できます。
オーガー掘削には、ハンドオーガー掘削や中空ステムオーガー掘削など、さまざまな方法があります。ハンドオーガー掘削は、費用対効果の高い方法で、土壌が浅い場所でよく使用されますが、時間がかかり、労力もかかります。中空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きな中空オーガーを使用します。
オーガー掘削は、ドライブ掘削などの他の掘削方法よりも静かで振動が少ないことが多いため、都市部でも使用できます。オーガーを使用するときは、手袋、目と耳の保護具、つま先の閉じ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固定されていることを確認し、ドリルの高トルクギアを噛み合わせて、ゆっくりと掘削を開始する必要があります。
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、バケットが円筒形で底部に切削歯を備え、回転しながら土や岩を掘削して保持するため、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、深い杭やシャフトを建設するための基礎掘削によく使用されます。[13]
さまざま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調整されており、摩耗しやすい環境での耐久性を高めるために耐摩耗性部品を装備することもできます。さらに、現代の掘削バケットには、閉じ込められた空気を放出し、土砂の除去を迅速化するために、底部に通気孔が付いている場合があります。[13]
参照
- ボーリング – すでに開けられた穴を単刃の切削工具で拡大するプロセス
- ケーシングカッター – 石油掘削装置
- レーザードリリング – レーザー切断法を使用して貫通穴を作成するプロセス
- 石油掘削リグのコンポーネントのリスト
- 強化地熱システム – 発電システムの種類
- フレームジェットドリル – 岩盤掘削技術
- 鉱物探査 – 採掘可能な鉱物の集中地帯を見つけること。
- 石油プラットフォーム - 石油掘削および関連施設を備えた海洋構造物
- 油井 – 原油やガスを採掘するために掘られた井戸
- ポンプジャック – 油井内の往復ピストンポンプの駆動装置
- 海中技術 - 海中での潜水作業の技術
- ビッグスタン（掘削リグ） – 大型車両搭載型掘削リグ
- 水平方向掘削 - 地下設備の設置方法
参考文献
- ^ abcde Smil, Vaclav (2017).石油 - 初心者向けガイド. Oneworld Publications. ISBN 978-1786072863。
- ^ ab ヘシュロウ、キャシー（2010年）。石油とガスへの投資：DPPのABC。Iuniverse。p.52。ISBN 978-1450261715。
- ^ テンプル、ロバート（1986年）。『中国の天才：3000年の科学、発見、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。
- ^ テンプル 1986、54 ページ
- ^ マクニール、イアン（1990）。技術史百科事典。ロンドン：ラウトレッジ。ISBN 0-415-14792-1。
- ^ 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探求』。
- ^ 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定が完了したら、掘削リグ、機器、および資材を掘削現場から撤去します。ワークオーバーリグまたは完了リグと呼ばれる小型のリグを坑井の上に移動します。小型のリグは残りの完了作業に使用されます。
- ^ ab 「エンサイン、モントニープレイで最新かつ最も強力な自動ADR 1500Sパッドドリルリグを発表」、ニューテックマガジン、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。
- ^ 「Deer CreekとEnsignが傾斜自動掘削装置を使用して初のSAGD井戸を掘削」。newtechmagazine.com 。 2014年12月10日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ 井戸掘りの専門家
- ^ 「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 . 2021-06-28 . 2023-11-22閲覧。
- ^ 「バケットオーガー掘削法」wellowner.org . 2022年11月8日閲覧。
- ^ ab Buck, Pile (2023-12-10). 「基礎掘削オーガーの完全ガイド」Pile Buck Magazine . 2024-11-02閲覧。
外部リンク
- 掘削リグに関する OSHA ガイド