高温度地熱井掘削コスト軽減のための最適シミュレータの開発

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14550870
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 高橋 弘 東北大学, 大学院・環境科学研究科, 教授 (90188045)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 畠山 信夫 一関工業高等専門学校, 助教授 (40159091) ; 須藤 祐子 東北大学, 大学院・環境科学研究科, 助手 (70344687) ; 新堀 雄一 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (90180562)
• Keywords: 高温度地層掘削 / 坑井内温度

Research Abstract

本研究では、高温度地層掘削(地熱井掘削、大深度油井掘削など)における坑内温度を把握して、最適な掘削条件を決定するために有用な坑内温度シミュレータを開発した。本シミュレータは、地層中の熱伝導、二重管坑井内の熱流動、そして地層から坑井内流体への熱伝達から構成されており、掘削作業状況を詳細に数値計算結果に反映させることが可能である。
本研究で開発したシミュレータは、降管、掘進、揚管、ビット交換、循環、保持という基本的掘削作業を連続した組合せにして、掘削現場における一連の作業に沿ったシミュレーションを行うものである。各作業時間、掘削ツールス情報、地層の物性および循環流体の物性や循環条件などを詳細に入力することが可能で、数値計算によって、回帰泥水温度、坑底温度、ビット位置温度、任意の深度における温度の経時変化などを得る。
本シミュレータの妥当性を検討するために、実坑井における記録を整理して入力データ化しシミュレーションを行った。昨年度は、計算された回帰泥水温度を泥水検層による実測値と比較して妥当性を検討したが、本年度は、より直接的に検討を行うために、降管→掘削・循環→揚管の一連の作業中にメモリーツールなどで坑内温度を連続的に直接測定した坑井を調査して計算対象とした。具体的には、高温地層ではないもののコア掘削中に温度測定を実施した坑井、および非常に高温(350℃)の地層において循環試験中に温度測定を実施した地熱井などについてシミュレーションを行った。計算された温度測定深度における温度を実測値と比較したところ、比較的良く合致した傾向を得ることができた。これらの成果は、石油技術協会、地熱学会、米国地熱学会において発表しており、掘削現場において最適な掘削条件を決定するための支援技術として期待されている。

Research Products

• [Publications] 須藤祐子, 刀根昭芳, 齋藤清次, J.Henfling: "雲仙科学調査井でのメモリーゲージを使用した掘削中の坑内温度測定"石油技術協会平成15年度春季講演会講演要旨集. 67 (2003)
• [Publications] S.Saito, K.Kitao, K.Saeki, Y.Suto: "Advantages of Using Top-Drive-System for High Temperature Geothermal Well Drilling"Geothermal Resources Council Transactions. 27. 183-187 (2003)
• [Publications] 須藤祐子, 熊谷崇信, 畠山信夫, 齋藤清次: "坑内温度シミュレータの地熱井掘削時の適応性に関する検討"日本地熱学会平成15年度学術講演会講演要旨集. 67 (2003)