フルートのブランクライナーは、どのくらいの深さまで取り付けるべきですか？

ブランクライナーの取り付け深さ PDF

目的

本論文では、効果的なシールを実現するために、ブランクライナーを孔の全深さより浅い位置に設置する根拠について述べる。ブランクライナーの設置に要する時間は、ボーリング孔内の透水係数の分布に大きく左右される。 ほとんどの孔を効果的にシールするのに要する時間は2時間未満であり 、かつ、十分なシールが確保された時点で、ライナーが孔底付近にない場合もある。

背景

A Solinst フルート型ブランクライナー は設置が比較的容易で、必要な補助機器もごくわずかです。ご自身でライナーの設置や、必要に応じての撤去を行いたい方のために、設置手順を収録したDVDをご用意しています。このブランクライナーは、「エバージョン（インバージョンとは逆の工程）」と呼ばれる方法で設置され、ライナーが孔内を下っていくにつれて、ボーリング孔内の水を押し出します。この押し出しは、地層へと通じるすべての利用可能な流路へと行われます。ライナーが下降するにつれて、上部から順に流路が封鎖され、各流路がライナーによって封鎖されるたびに、ボーリング孔の残存透水係数は減少します。したがって、孔内を下降するライナーの初期速度は比較的高く、孔の総透水係数およびライナー内の過剰水頭によって決まります。ライナーが下降するにつれて透水係数は低下するため、ライナーの設置速度も低下する。最終的には、ライナーの下降速度が著しく遅くなり、実用的な時間内にそれ以上の設置が行えなくなるか、あるいはライナーが孔の底部に到達するかのいずれかとなる。多くの場合、ライナーは孔の底部に到達しない。

野外モニタリング地点において、テクニカル・デプロイメント・リール・システムに巻き付けられたソリンスト社製モデル405ブランクライナーのクローズアップ

ソリンスト・フルート・ブランク・ライナー・オン・シッピング・リール

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ライナー設置の実用上の限界

ライナーの降下によってボーリング孔内の最も低い流路が閉塞され、残りのボーリング孔の透水係数がゼロとなる場合、ライナーの流速はゼロになり、当然ながらボーリング孔内にそれ以上ライナーを挿入する必要はなくなる。

実際には、最後の主要な流路が閉塞された後、ライナーの流速は極めて低くなるものの、ゼロにはなりません。ライナーの流速は、ライナーの下にある孔から流出する流量の指標となります。流量 Q は、単に孔の断面積に流速を乗じたものである。残りの孔の透過率は T = dz C = Q ln(_r/r0)/(2 π dH) で表され、ここで dz は開放孔の長さ、C は伝導率、 Qはライナー流速と孔の断面積から決定される流量、_r/r0は1000程度の値、dHはライナー内の駆動過剰水頭である。ライナーの降下速度が流量の測定値であり、そこからTを算出できるという事実を利用し、別のSolinst Flute手法では、ボーリング孔全体の透水係数分布を測定しています。（ただし、この測定は専用の機器とSolinst Fluteの担当者がいる場合にのみ行われます）。

穴の残りの部分の導電率が無視できるほど低くなるようなライナーの流速に達するまで、どれくらいの時間がかかるのでしょうか？あるいは、その「十分に低い」流速とは、具体的にどの程度のことなのでしょうか？その答えは、状況や、ライナーが穴を密閉しておく必要がある期間によって多少異なります。しかし、次のような心強い事実があります：

ライナーが水を地層内に押し込んでいます。これはライナー設置において不可欠な工程です。その後、孔が適切に密閉されていれば、せいぜい1孔分の水量を地層内に押し込んだ程度であれば、通常は問題になりません。ライナーが孔の底まで到達しない場合、地層内に押し出される水量は1孔分未満となります。
ライナーは、ライナー内部の余剰水頭によって駆動されます。ライナーがアンカーポイントに固定され、それ以上の下降が妨げられている場合、実質的に水を地層内に押し込む駆動水頭は存在せず、ライナーの下にある水は坑内に残留する可能性があります。
孔の最深部におけるライナーの流速は、開放されたボーリング孔に残っている透水係数の指標となる。したがって、開放されている孔の長さにかかわらず、ライナー下部のボーリング孔の透水係数は、ライナーの流速によって測定される。
透過率が十分に低ければ、ライナーの結束が完了し、残りの開放ボーリング孔に過圧がなくなっても、孔からの著しい流出を心配する必要はありません。その「十分に低い透過率」とは、具体的にどの程度を指すのでしょうか？
ライナーの下に開孔部がある場合、その区間において地層内に垂直方向の勾配が存在して初めて、開孔部からの流出が生じることになります。最悪の場合、残りの透水係数の半分が、残りのもう半分よりも高い水頭にあるという状況が考えられます。これは、流入がなければ流出も生じ得ないという事実に関連しており、閉じた空間においては流入量と流出量は等しくなる。

残念ながら、ボーリング孔内の水頭分布は不明であるため、残りの開放孔における勾配も不明である。したがって、流速が十分に低いという判断は、その地域の水文状況に関する一般的な理解に基づいて行わなければならない。ただし、ある程度安全な仮定がいくつかある：

ライナーの下にある孔の残りの透水性が、すべて垂直水頭が均一な単一の帯域に集中している場合、その残りの帯域から水を追い出す源帯域は存在しない。したがって、その孔は永久に十分に密閉された状態となる。
もし、穴の密閉されていない部分から流出する流量が、開放孔の残りの体積以下であるならば、それはライナーを穴の底まで打ち込むことと同じことになる。その程度の流量が発生するまでの時間は問題にならない。その時間は後述するように算出される。
その流出時間が経過した後、流入域が汚染されており、流出域が汚染されていない場合、その後の流出が懸念されることになる。
ライナー下部の孔からの流出量は、その開放区間における自然駆動水頭差と、ライナー設置時の駆動水頭との比率に直接関係しています。設置時の流量は既知です。したがって、未密閉区間における水頭差を任意に仮定することで、流出量を推定することができます。
被覆されていない区間が2つの不透水層にまたがっていない限り、ライナーの下にある区間における水位差は比較的小さいと考えられる。

上記の一般化により、ライナーの下にある区間からの流出率を推定することができる。

ボーリング孔の一般的な透水係数プロファイリングを行う際、通常、ライナーの速度が0.001 ft/sec、すなわち0.06 ft/min（孔径が小さい場合はより高い値）未満に低下した時点で測定を中止します。これは、テザー／ライナーがその2倍の速度、つまり1.5インチ／分で孔内へ進んでいることを意味します。公称 5 インチの孔の場合、当社の標準的な駆動ヘッド 15～20 フィートでは、これは約 0.06 ガロン/分になります。これは、孔内の残りの透水係数が約 0.02 cm2/s であることを意味します。その時点でライナーの下方のボーリング孔が 20 フィート開いている場合、ライナーの下方の孔内の水位差を仮定すれば、ライナーの下方の孔内のその体積の水を地層に排出するのにかかる時間を推定できます。 20フィートの区間において0.5フィートの水頭差があると仮定すると、その20フィートの孔内体積が地層へ置換されるまでに18日かかることになります。この結果は、透水係数の半分が孔からの流入、残りの半分が流出であるという最悪のケースに基づくものである。同じ最終流速において開放孔の長さが長くなるほど、その時間は比例して長くなる。

水頭差が大きくなるか、流速が高くなるほど、その時間は比例して短くなります。ほとんどの場合、孔からの最大流出量は、孔が開いている状態での流量の1％をはるかに下回ります。その主な理由は、ライナーが透水性の高い地層を封じ込め、残りの開放孔における鉛直水頭差を通常大幅に低減させるためである。プロファイリングのための設置カットオフ値は、一般的に、一時的なブランクライナー設置のカットオフ値よりもかなり低い。

推奨設置時期

当社の導電率プロファイリングの経験によれば、ブランクライナーの設置後、約2時間以内にほとんどの穴がしっかりと密閉されることが分かっています。孔の底付近に流れの速い領域がある場合、はるかに短い時間で作業を完了することができます。孔の総透水係数が非常に低く、その大部分が孔の底部にある場合は、2時間以上かけて設置を行うのが現実的である可能性があります。推奨される設置時のテザー速度では、ライナーの下に約0.2^cm²/sの透過域が残ります。設置を終了する推奨タイミングは、テザー／ライナーが以下の速度以下で穴内へ移動しているときです：

テザー／ライナーの最小速度 = 20インチ/分 × (dH/15フィート) × (3インチ/r)^²

ここで、dHはフィート単位で表される駆動水頭（通常は地下水位までの深さ、または 20 フィート未満）であり、rは孔の半径である。直径 6 インチの孔で駆動水頭が 15 フィートの場合、テザー速度のカットオフ値は 20 インチ/分となる。駆動ヘッドが15フィートの場合、これは多くの場合、設置に約2時間以下を要することを意味します。これにより、ライナー下部の残留透過率は0.2^cm²/sとなります。

速度の測定には、テザーに約5ポンドの張力をかけた状態が最適です。このカットオフ値は、穴の長さとは無関係です。 6″の穴に5 ftの駆動ヘッドしか入っていない場合、カットオフ速度は約7″/minに低下します。5 ftより長い駆動ヘッドを使用すれば、明らかに速度は速くなります。幸いなことに、ライナーが最後の主要な流路を通過した時点で、カットオフ速度を非常に明確に把握することができます。

もし透過率が 透過率 が必要となる場合（例：0.1^cm²/s 対 0.2^cm²/s）、最低流速をそれに比例して下げることができます。これにより、設置および撤去に要する時間が長くなります。

ライナーを数週間しか設置しない場合は、長期間設置する場合ほど穴を密閉する必要はありません。テザーの速度は、ケーシングの上端から20インチの位置に印をつけ、その印がケーシングに到達するまでの時間を測定することで測定できます。約1分かかった場合は、テザーとライナーを固定することを検討すべきタイミングです。ライナーをその長さの少なくとも半分まで挿入し、穴の外にテザーのみが残るようにしておくことがしばしば有用です。ただし、これは便宜上の措置であり、必須ではありません。

実用上の重要な考慮事項として、ライナーの撤去に要する時間は、ライナーの設置に要する時間とほぼ同等であるという点がある。流速が極めて低くなった状態で、ライナーの下降を防ぐために坑口でアンカーに固定せずにライナーを充填すると、ライナー内の余剰水頭がなくなるまで、ライナーは坑内を下降し続けてしまう。これには、ライナー全体に良好なシールを実現するのに十分な余剰水頭が確保できないという欠点に加え、反転法によるライナーの撤去に非常に長い時間を要する可能性があるという2つの欠点があります。ライナーに水を補充せずに、余剰水頭が消失するまでライナーが坑内を移動し続けることを許さないよう強く推奨します。

ライナーの取り付けおよび取り外しは、それぞれの手順を十分に理解した上で行う必要があります。その手順については、
を参照するか、Solinst Flute（[email protected]）にアクセスするか、または +1 (505)-852-0128 までお電話ください。