JPS5846403B2 - 岩石室の周りの岩石を密封する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は岩石（砂礫、粘土等のような軟質のものを含む
）中に配置された岩石室（該岩石室は、上下及び側面の
すべてが岩石で囲まれていなくてもよく、また、周囲の
岩石が軟質の場合には、上部及び下部を含む壁面がコン
クリート等のような補強剤で内張すされていてもよい）
の周りの岩石を密封する方法に係る。

本発明は特に、その温度が岩石の自然温度よりかなり低
い液化ガス類（以下「媒体」という）、特に−４００よ
り冷たい媒体を貯蔵するための岩石室の周りの岩石を密
封することに係る。

岩石室は約−２６０℃位低い低温で液化ガス類を貯蔵す
るために益々多く使用されている。

普通の基岩盤（ｂｅｄｒｏｃｋ、地表に存在する場合も
含む）の温度は適度な深度範囲内で＋５°乃至＋３０゜
に変化する。

このため岩石室に最も近い岩石層と遠く離れて位置した
層との間には大きな温度の相違がある。

基岩盤は正常温度において断層の無いものはなく、常に
多少の開いた割目や断層があるから、岩石室の周りの岩
石は密封しなければならない。

これは従来技術によればセメントを岩石に注入し、それ
によって割目や孔をセメントで充填することによって行
うことができる。

表面に近く置かれた成る岩石室については、岩石室を爆
破設置する前に岩石の表面から長い孔を通して注入、す
なわち予備注入を行うことができる。

予備注入はまた深層の室に対しても爆破と組合せて行う
ことができ、爆破面を予備注入によって漸次密封するか
、または企画した岩石室の周りのトンネルから次第に密
封するようにしてそれを行うことができる。

しかしながら、岩石室が爆破設置されるまで岩石室を密
封できないことが度々である（後注入の場合）。

その際は割目の平面に横向きに岩石室の内側からか、ま
たは室の外側の坑道から穿孔が行われる。

しかしながら後注入の場合、注入される合成物が時とし
て室壁の割目の面から押出され、そのため割目を完全に
充填することは、不可能ではないにせよ困難になる。

冷たい液化ガスが岩石室内に導入されると、温度の低下
によって岩石室の周りの岩石が次第に収縮する。

この収縮により、岩石中に割目が生じる。従って、温度
が安定化し、新しい割目が形成されなくなるまで、密封
剤の注入を延期した方がよい。

内部に入ることができない岩石室を密封するためには、
実際の岩石室の外側の岩石に穿った孔を通して密封する
ことが必要である。

その際には注入する合成物が前記のように岩石室中に流
入し岩石中に保持されないという恐れがある。

密封問題は非常に冷たい媒体を貯蔵しなければならない
時は殊に複雑である。

冷たい面が岩石室から岩石中に移動するにつれて岩石の
収縮範囲が拡がり、新しい割目を形成すると共に現存の
割目を拡大する。

冷媒体がこのように形成された割目内に拡がるに連れ、
冷却の進行状態が加速され、割目は一層広くかつ長くな
って、最後には媒体が蒸発するに到る。

すなわち液体媒体のガス相への移行が大きく成って貯蔵
が不可能になる。

従って一４０℃の温度で媒体を貯蔵するような岩石室を
企画することは断念せざるを得なかったのである。

本発明は、媒体が岩石中に侵入することを防ぐと共に更
に割目が生じるのを停止させることを目的とし、冷却中
に形成され、拡大されまたは伸長される割目を密封でき
るようにする方法に関するものである。

本発明による方法は、岩石および（または）媒体の比較
的低い温度によって凝固する密封剤を注入し、割目が密
封区域内の温度の変化のため僅かな程度でも発展してい
る間密封剤を割目に注入し続けること、及び少なくとも
成る穿孔または穿孔の成る部分が、密封剤が注入期間に
凝固する区域の外側にあるように穿孔を設置することを
特徴とする。

岩石室に最も近い岩石は凝固した密封剤を含むであろう
。

この内側区域は、割目が液体密封剤を含む外側区域で囲
まれ、そのため新しい割目が内側区域を通って発展する
場合、この割目を通って流れる媒体が液体密封剤と出会
い、この密封剤が次いで凝固し割目を密封するようにす
ることが重要である。

液体密封剤の外側区域を維持するため、密封剤を透過さ
せる少くとも若干の穿孔が、凝固した密封剤によって塞
がれないように確保することが重要である。

穿孔は、例えば岩石室から種々の距離を置いて、最も遠
いものは密封剤が凝固する危険を防ぐため十分遠くにあ
るように設けられる。

他の場合には、穿孔は岩石室の方へ真直ぐ、または斜に
穿たれ、また各穿孔の外側部分が確実５に液体密封剤を
容れるように長く作られる。

岩石中への密封剤の注入は、岩石室に冷たいまたは熱い
媒体が充填されることと多かれ少なかれ同時に開始され
る方がよい。

もし注入を早目に開始しなければならない場合は、密封
剤が岩石中の開いた割目を通って岩石室中に入るため大
量の密封剤を失う危険があるであろう。

もし注入がその後で開始されるならば、そこには相当量
の冷たいまたは熱い媒体を失う危険がある。

そこで岩石中への密封剤の注入は、岩石室の周りの岩石
がほとんど均衡状態に達するまで連続して行わなければ
ならない。

この時点では、温度ストレスによる割目の形成は終って
いるであろう。

もし岩石が他の理由で割目を形成しそうもない種類のも
のであれば、密封剤の注入はここで中断してもよい。

密封剤は冷媒体、又は冷媒体によって冷却された岩石に
出会う時氷結することによって凝固するであろう。

冷媒体の温度と密封剤の氷結点との間の差違が小さいほ
ど、密封される岩石の区域は一層狭くなる。

密封剤はその氷結点が冷媒体の温度から最高で１００℃
、好ましい場合最高６０℃だけ異るものを用いる方がよ
い。

例えば−１２０℃の加圧液体天然ガスを貯蔵するための
岩石室では、−６０°乃至−１３０℃の範囲内の氷結点
をもつ密封剤を用いるのがよい。

密封剤は、望ましい場合蒸気形態で岩石中に導入できる
有機液体から成る。

液体は非毒性で水と混合しないものにすべきである。

液体はまた不燃性で引火点が高い方がよい。

好ましい液体は、炭化水素、塩素化炭化水素、および大
炭化水素部をもつ分子をもったエステルおよびケトンで
ある。

有用な液体およびそれらの融点について以下の例を挙げ
る。

ジメチルフォルムアミド −６０℃ アミルアセテート −７１℃ エチルアセテート −８４℃ ｎ−へブタン −９１℃ ビニルアセテート −９３℃ メタノール −９４℃ヘキサン
−９５℃ 塩化メチレン −９５℃ トルエン −９５℃ エタノール −１１７℃ アセトアルデヒド −１２１℃ プロパツール −１２６℃ ペンタン −１３０℃ 本発明を実施するには、岩石室の周りの岩石を、媒体を
貯蔵する前に、貯蔵さるべき媒体と異る冷却用媒質、例
えば−１９６℃の沸点をもつ液体窒素のような冷却用媒
質により作用温度より低い温度に冷却する方がよい。

岩石の補助的冷却は更に、形成した割目を拡げるであろ
うし、また密封剤を注入することが一層容易になるであ
ろう。

岩石の温度がその際貯えられた媒体の温度まで上昇する
時、岩石が再び拡大するに当って一層良い密封が得られ
るであろう。

温度が低ければ低いほど、密封は一層良好であろう。

本発明による方法は、岩石室を爆破設置する前に、企画
された岩石室を取囲む岩石を冷却することと組合わせる
ことができる。

この冷却は公知の方法、例えば液体窒素を穿孔中に導入
することによって行われる。

この冷却によって岩石は収縮し、存在する割目が拡げら
れ新しい割目が形成される。

前記のような適当な氷結点をもつ密封剤が次いで割目中
に押入れられ、また密封された区域が企画された室の周
りに得られるであろう。

冷却は冷媒体を貯蔵し始めた後安定状態が得られる時に
区域内で到達する温度に対応するか、または好ましい場
合それより低い温度まで行うべきである。

冷却貯蔵室の壁から形成されるような新しい収縮割目は
、これら割目が事前に冷却され注入された区域に達する
時に終結する。

前記の液体のある種のものはかなり高価であって、その
ため少量の液体ですむ微細な割目をもつ岩石にのみ使用
される。

前記の液体の大部分は液体天然ガス中で溶解可能である
が、しかし液体天然ガス用密封剤として使用することも
できる。

それは温度が低く、しかも天然ガスと密封剤との間の接
触面が小さいからである。

冷却時に粘度が上昇する型の密封剤を使用するのが適当
であると認められた。

前記の有機液体の多くはこの種類である。

他の場合には、そのような密封剤は溶剤中のポリマーを
、好ましい場合溶剤の１立当り２５−１００グラムの量
に溶解することによって準備される。

溶液の氷結点は純溶剤の氷結点に近いものになるであろ
う。

脂肪族炭化水素中に溶解するポリマーの例として以下の
ものが挙げられる、すなわち、ポリイソブチン、ポリブ
タジェン、ポリイソプレン、天然ゴム、スチレン−ブタ
ジェンゴム（ＳＢＲ）およびフェノール樹脂（ノボラッ
ク）がそれである。

脂肪族炭化水素中に溶解しないポリマーは、例えば、セ
ルローズアセテート、ポリビニルアルコール、ポリビニ
ルアセテート（ＰＶＡｃ）、ポリスチレン、ポリ塩化ビ
ニル（、ｐｖｃ）およびポリメチルメタクリレート（Ｐ
ＭＭＡ）である。

種々の氷結点範囲のポリマーと溶剤の有用な組合せの数
例を以下に示す。

もし岩石中に水を含む割目があるならば、水は冷却する
間に氷結し、それ自体式る程度の密封をあたえるが、し
かし密封剤が侵入することを一層困難にさせる。

従って成る場合には、まず低温氷結液体、例えば粘性密
封剤に用いられる溶剤を注入し、本来ならば岩石が冷却
される時に氷結する水を移動させる方がよい。

溶剤はその後密封剤によって置代えられる。

密封剤はまた種々の氷結点、例えば−１０００、−６０
°、−４０°、０℃の各段階の冷却期間の過程で変えて
もよい。

この場合数列の穿孔を岩石室の壁の外側に設けるべきで
ある。

以下本発明を添付図面を参照して更に説明する。

第１図によれば、４個の坑道が液体天然ガス用の岩石室
１の外側に切込まれ、２個の坑道２が岩石室の外側の上
方に、２個の坑道３が岩石室の外側の下方に切込まれて
いる。

水平穿孔４、垂直穿孔５および斜め内側下方の岩石室に
向かう穿孔６゜１を坑道２から作っておく。

坑道３から穿孔８−１１が同様に穿孔されている。

他のこのような穿孔も岩石室の端壁の外側に設けられて
いる。

坑道３もまた岩石室の底部とほぼ同じレベルに置かれる
か、または隣接岩石室によって置代えられ、その場合穿
孔は斜め下方へ向けて作られる。

液体密封剤は、穿孔を通じて吸上げられ岩石中の割目（
図示せず）に侵入し充満する。

全体の岩石室の周りには、内側区域１４が形成され、そ
の中に密封剤が固体形態で含まれ、媒体が岩石室から漏
出しないように密封剤で岩石中の割目が密封される。

外側区域２０が形成され、その中に密封剤が液体形状で
含まれる。

もし割目１５が区域１４を通して生ずるならば、外側区
域２０内の液体密封剤と接触している割目を通って冷た
い天然ガスが透過するであろう。

この液体密封剤は次いで凝固し、漏洩を防ぐ局所的密封
区域１６を形成するであろう。

もし加圧された液体天然ガスが一１２０℃の温度をもつ
ならば、温度平衡が得られた時点における一９０℃の等
温線は点線１３のようになるであろう。

もし密封剤が一９０℃の融点をもつならば、−９０℃の
等温線が区域１４の外側限界を形成するであろう。

区域１４に対する内側限界は岩石室の壁にあるか、また
は、第１図に図示するように、岩石室の壁からある距離
にあるであろう。

その理由として、岩石室に最も近い小区域の岩石が一９
０℃以下の温度に冷却された後に、岩石中への密封剤の
強制導入が開始されることが考えられる。

坑道２，３は確実に区域１４の外側にあるように置かれ
ている。

穿孔４，５゜８．９はすべて区域１４の外側にあり、一
方孔６゜７．１０，１１はその一部が区域１４の内側に
、又その一部が区域１４の外側にある。

そのため密封剤が凍らない穿孔または穿孔の部分があり
、これによって凍った密封剤の区域１４の外側に、液体
密封剤の区域２０が確実に存在するようにできる。

液体密封剤の外側区域２０が区域１４の周囲に連続した
区域を形成するように、各穿孔を相互に近接して配置す
べきである。

第２図は、どのようにして液体密封剤が穿孔中に導入さ
れるかを示す。

坑道２から管１８が垂直穿孔５中に挿入されている。

密封剤用ポンプ１γは管の上端に連結されている。

管の下端に近く密封プラグ１９が管１８と穿孔の壁との
間の空隙を密閉するために設けられている。

液体密封剤はこのため穿孔５の下部５ｂから岩石中の割
目に押込まれるが上部５ａからは押込まれない。

本発明は、特許請求の範囲に記載したとおりの方法であ
るが、次の実施態様を包含する。

（１）特許請求の範囲に記載した方法において、岩石室
を注入期間中、媒体が貯蔵される時の安定状態の間に得
られる温度より低い温度に冷却することを特徴とする方
法。

（２） 特許請求の範囲に記載した方法において、岩
石室を爆破設置する前に企画された岩石室の周りの岩石
を冷却し密封することを特徴とする方法。

（３）特許請求の範囲に記載した方法において、地下水
を置換えるため媒体の温度にある液体の物質を岩石中に
まず導入し、その後密封剤を注入することを特徴とする
方法。

（４）％許請求の範囲に記載した液体天然ガスのような
冷媒体用の岩石室における岩石を密封する方法において
、冷媒体の温度よりも好ましくは１００℃以上高くなく
、さらに好ましくは６０℃以上高くない融点を有する有
機質液体を岩石中に注入することを特徴とする方法。

（５）上記第４項に記載した方法において、密封剤が炭
化水素、塩素化炭化水素、または大炭化水素部をもつ分
子をもつエステルまたはケトンであることを特徴とする
方法。

（６）特許請求の範囲に記載した方法において、密封剤
を、好ましい場合ｌ立溶剤当り２０−１００グラムポリ
マーの量で、その中にポリマーを溶解することによって
粘性にすることを特徴とする方法。

（７）岩石室が基若盤内の室であることを特徴とする特
許請求の範囲に記載の方法。

【図面の簡単な説明】

第１図は岩石室を通る縦の切断路と周囲の岩石を示す図
。 第２図は岩石に密封剤を供給する装置をもつ穿孔を示す
図。 図面中、符号１は「岩石室Ｊ、２．３は「坑道」、４は
「水平穿孔」、５は「垂直穿孔」、６，７は「穿孔」、
８−１１は「穿孔」、１３は「点線」、１４は「区域」
、１５は「割目」、１６は「密封区域」、１１は「密封
剤用ポンプ」、１Ｂは「プラグ」、１９は「密封プラグ
」、２０は「液体密封剤区域」をそれぞれ示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 岩石中の一連の穿孔を通して、岩石中の割目の中で
   凝固する密封剤を注入することにより、その温度が岩石
   の自然温度以下である液化ガス類を貯蔵する目的で岩石
   内に設けられた室の周りの岩石を密封する方法において
   、岩石および（または）該液化ガス類が有する比較的低
   い温度により凝固する密封剤を注入し、密封区域内の温
   度の変化により割目が変化する間密封剤の注入を続け、
   更に少なくともいくつかの穿孔または穿孔のいくらかの
   部分が、注入期間中密封剤の凝固する区域の外側にある
   ように穿孔を設置することを特徴とする方法。