Loading article…
掘削リグは、石油井戸や水井戸などの井戸、または杭打ちやその他の建設目的の穴を地表下に掘削する統合システムです。掘削リグは、水井戸、油井、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型のオーガーである場合もあります。掘削リグは、地表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、地下ユーティリティ、計器、トンネル、井戸などの地下構造物を設置するためにも使用できます。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である場合もあれば、より恒久的な陸上または海洋ベースの構造物（掘削リグが含まれていない場合でも一般的に「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）である場合もあります。したがって、「リグ」という用語は、一般的に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リグは移動式で、鉱物探査掘削、発破孔掘削、井戸掘削、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掘削することができ、大型の「泥ポンプ」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、井戸の掘削中に冷却と「切削屑」の除去を行います。リグ内のホイストであるデリックは、数百トンのパイプを持ち上げることができます。その他の機器は、油田や天然ガス田の抽出を容易にするために、貯留層に酸や砂を注入することができます。また、遠隔地では、乗組員（100人以上になる場合もある）のための恒久的な居住施設や食事を提供する施設が設けられることもあります。海洋リグは、補給基地から数千マイル離れた場所で、乗組員の交代やサイクルがまれに行われる場合もあります。
19 世紀後半に内燃機関が開発されるまで、岩盤を掘削する主な方法は、人間または動物の筋力でした。打撃式または回転式掘削による石油掘削技術は、紀元前 100 年の古代中国の漢王朝に起源を持ち、四川省で天然ガスを抽出するために打撃式掘削が使用されていました。[ 1 ]初期の石油およびガス掘削方法は、いくつかの技術スキルを必要とするプロセスであるにもかかわらず、一見原始的でした。[ 1 ] [ 2 ]これらのスキルには、重い鉄製のビットと長い竹竿の入手、竹繊維から編まれた長くて丈夫なケーブルの製造、およびレバーが含まれていました。重い鉄製のビットは、竹製のデリックから吊り下げられた長い竹製のケーブルに取り付けられ、2 ～ 6 人の人がレバーを飛び越えることで、手動で掘られた穴に繰り返し上げ下げされました。[ 1 ]打撃式掘削によって作られた漢王朝の油井は効果的でしたが、深さは 10 メートル、10 世紀には 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 m)を超える油井を探査し、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の近代化された変種が、アメリカ人実業家のエドウィン・ドレイクによって1859 年にペンシルバニア初の油井を掘削するために使用され、掘削プロセスは人間の力ではなく小型蒸気機関によって駆動されました。[ 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。塩ドームには天然ガスも含まれており、一部の井戸では天然ガスが生産され、塩水の蒸発に使用されました。ドレイクは米国にいる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供給しました。
1970年代、石油・ガス産業以外では、泥水循環式ローラービットは、最初の空気圧式往復ピストン逆循環（RC）ドリルに取って代わられた。前者は、ほとんどの浅層掘削において事実上時代遅れとなり、現在では岩盤が他の方法を阻む特定の状況でのみ使用されている。RC掘削は、はるかに高速かつ効率的であることが証明された。冶金技術の向上により、より硬く耐久性のあるビットや、より高い空気圧をより高い流量で供給できる新しいコンプレッサーが開発され、より深く、より速く掘削できるようになり、RC掘削は改良され続けている。ダイヤモンド掘削は、その誕生以来、基本的に変化していない。
石油・天然ガス掘削装置は、地質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、掘削装置は井戸から移動され、仕上げ作業専用に作られたサービス装置（より小型の装置）が井戸に移動され、井戸が稼働状態になります。[ 7 ]これにより、掘削装置は別の穴を掘削できるようになり、作業が効率化されるとともに、仕上げ作業と掘削作業など、特定のサービスの専門化が可能になります。
鉱山掘削リグは、主に2つの目的で使用されます。1つ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、もう1つは採掘の生産サイクルで使用される生産掘削です。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、一般的には小型のプレ・スプリット孔と大型の生産孔に分類されます。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。
初期の石油探査では、掘削装置は半永久的なものであり、掘削櫓は現場で組み立てられ、油井の掘削完了後もそのまま残されることが多かった。近年では、掘削装置は高価な特注機械であり、油井から油井へと移動させることができる。軽作業用の掘削装置の中には、移動式クレーンのようなものもあり、主に井戸掘削に用いられる。大型の陸上掘削装置は、新しい場所へ移動させるために、複数のセクションに分解して積み込む必要があり、この作業には数週間かかることも少なくない。
小型の移動式掘削装置は、杭の掘削やボーリングにも使用されます。掘削装置の種類は、100ショートトン（91,000kg ）の連続フライトオーガー（CFA）装置から、採石場などで穴を掘る小型の空気圧式装置まで多岐にわたります。これらの装置は、石油掘削装置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機構は、使用される機械の点で機械的に異なるだけでなく、ドリル切削屑をドリルの切削面から除去して地表に戻す方法においても異なっている。
自動掘削リグ（ADR）は、石油・ガス産業向けに水平坑井で長い水平坑井部分を掘削する、自動化されたフルサイズの陸上歩行型掘削リグです。[ 8 ] ADRは機敏なリグで、他のフルサイズの掘削リグよりも速く、掘削パッドから新しい坑井現場へ移動できます。各リグの費用は約2,500万ドルです。ADRはアサバスカ・オイルサンド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50,000人時の作業を生み出し、完成後には、各稼働リグが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、ADRを製造するEnsignは、従来の掘削リグと比較して、「操作がより安全で、制御インテリジェンスが強化され、環境負荷が軽減され、機動性が高く、現場とオフィス間の通信が高度化されている」と主張しています。[ 8 ] 2005年6月、カルガリーに拠点を置くオイルサンド会社であるDeer Creek Energy Limitedは、蒸気補助重力排水（SAGD）用途向けに特別に設計された最初の傾斜型自動掘削リグ（ADR）、Ensign Rig No. 118を稼働させた。[ 9 ] [ 10 ]
オーガードリルは螺旋状の工具です。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掘ることです。オーガーの設計は、掘削する材料の種類によって異なるため、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、地表から最大95フィートの深さまで穴を掘ることができます。非常に汎用性が高く、建設作業や個人的なプロジェクトでも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、ドリルヘッドによって地面に押し込まれると回転する、湾曲したフライトを備えた鋼鉄製のケーシングで作られた螺旋状のスクリューです。オーガーが回転すると、掘削された材料が地表に運ばれ、ボーリング孔が開いたままになり、崩壊を防ぐのに役立ちます。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、さまざまな長さと直径があります。オーガー掘削は、建設、環境調査、地盤工学調査など、多くの分野で使用されています。また、以下のような様々な用途にも使用できます。
オーガー掘削には、手動オーガー掘削と中空オーガー掘削など、さまざまな方法があります。手動オーガー掘削は、土壌が浅い地域でよく用いられる費用対効果の高い方法ですが、時間と労力がかかる場合があります。中空オーガー掘削は、掘削しながら土を取り除く大型の中空オーガーを使用します。
オーガー掘削は、ドライブ掘削などの他の掘削方法に比べて静かで振動も少ないため、都市部でも使用できます。オーガーを使用する際は、手袋、保護メガネ、耳栓、つま先が覆われた安全靴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、ゆっくりと掘削を開始してください。
ドリルバケット、またはオーガバケットは、掘削ヘッドであり、内部に掘削土が蓄積され、定期的に穴から引き上げて空にすることができます。[ 12 ]
国際掘削請負業者協会（IADC）は、掘削業界を代表する世界的な業界団体です。1940年に設立され、テキサス州ヒューストンに本部を置くIADCは、50か国以上の掘削請負業者、石油・ガス事業者、サービス会社を代表しています。[ 13 ]
IADCは、掘削技術、操業、安全対策を網羅した業界主要技術誌であるDrilling Contractorを発行している。 [ 14 ]
国際石油ガス生産者協会（IOGP）は、石油・ガス会社および各国協会を代表するグローバルな業界団体です。IOGPは、掘削請負業者やサービス会社と協力して、上流事業向けの業界全体の安全基準、推奨される慣行、および事故報告フレームワークを開発しています。[ 15 ]
ケーシングのセメント化が完了したら、掘削リグ、機器、および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コンプリーションリグと呼ばれる小型のリグが坑井の上に移動されます。小型のリグは、残りの仕上げ作業に使用されます。