JPH0350875B2 - - Google Patents
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- G—PHYSICS
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- E21B49/008—Testing the nature of borehole walls; Formation testing; Methods or apparatus for obtaining samples of soil or well fluids, specially adapted to earth drilling or wells by injection test; by analysing pressure variations in an injection or production test, e.g. for estimating the skin factor
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Description
〔産業上の利用分野〕
本発明はAE／MA法を利用した地熱蒸気採取
方法に関するものであり、さらに詳細には、地下
の地熱貯留層に通づる亀裂を制御することによつ
て、地熱貯留層の安定化を図り、常時安定した地
熱蒸気量を確保する方法に関するものである。 〔従来の技術〕 地熱蒸気は、マグマ留りの熱によつて加熱され
た地熱流体であつて、該地熱流体は、地下の亀裂
が発達し、全体的に透水性の良い亀裂（これを一
般に地熱貯留層という）に貯留されている。即
ち、この地熱貯留層は地下のボイラーとみなされ
るもので、該地熱貯留層の蒸気を採取し、地熱発
電として利用していることは周知の処である。 而して、地熱発電は長期間安定して蒸気が供給
されなければならないが、地下の地熱貯留層の状
態によつて蒸気量が徐々に減衰し、所定量の蒸気
を安定して生産できなくなる場合がある。 かゝる場合には、従来新たに地熱井を掘削して
所定量の蒸気を確保する等の方法が採用されてい
る。 他方、地熱貯留層には地下亀裂中の気相と液相
との割合から蒸気卓越型、蒸気−熱水型及び熱水
卓越型等の３種に大別することができ、その多く
は蒸気−熱水型又は熱水卓越型である。 前記蒸気−熱水型又は熱水卓越型では、蒸気と
共に大量の熱水を噴出しており、地熱発電では、
蒸気を熱水と分離してタービンに供給しており、
また一部熱水をフラツシユさせて低圧蒸気として
タービンに供給しているが、大部分の熱水は利用
できず、廃棄せざるを得ない。 しかし、地下より噴出する熱水中には砒素その
他の有害成分を含むことが多く、従つて環境衛生
上の見地からこれをそのまゝ河川へ放流すること
は困難である。そのため、現在地熱発電現場で
は、蒸気に随伴する熱水を地熱井とは別箇の還元
井を掘削し還元井によつて地下へ還元している。 〔本発明が解決しようとする問題点〕 前記従来のように掘削された地熱井が所定の蒸
気量を採取できない場合又は蒸気量が漸減して所
定の蒸気量が確保できない場合に、新たに地熱井
を掘削することはさらに莫大な費用を必要とする
ばかりか、地域によつては新規の掘削が困難な場
合も生じ得る。 また、前述の如き蒸気−熱水型又は熱水卓越型
まではつぎのような問題点が指摘されている。 即ち、蒸気−熱水型又は熱水卓越型における還
元井は、レイアウトの関係から地熱井に比較的近
接してをり、地熱貯留層から地熱井を通じて蒸気
を採取する生産ゾーンと、地表の熱水を還元井を
通じて還元する還元ゾーンとが互いに独立して干
渉がない場合は問題はないが、前記の生産ゾーン
と還元ゾーンとが連結すると、高温（220℃以上）
の地熱貯留層内に低温（100〜160℃）の還元熱水
が流れ込み冷却される結果、蒸気生産量が著るし
く減衰し、良質の蒸気を安定して確保することが
できない。 前述地熱貯留層は、透水性の良好な一種の地下
亀裂であり、かゝる地熱貯留層には、先在亀裂が
多数存在していると共に、地熱地帯には前記の如
き地熱貯留層が複数賦存しているのが認められて
いる。 しかし乍ら、従来、地熱貯留層の正確な大きさ
及び地熱貯留層を含めた地下亀裂の状態の解明が
必らずしも充分であるとは云えず、これが地熱蒸
気生産の一つのネツクとされていた。 本発明は前述従来の欠点を改善するため研究の
結果、AE法を利用して地下亀裂を正確に探知す
ると共に、該地下亀裂を進展させ又は進展を抑止
することによつて地熱貯留層の安定化を図り良質
の地熱蒸気を安定して確保する方法を提供するこ
とにある。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明はAE／MA法を利用した地熱蒸気採取
方法において、観測井に設置したゾンデを用い
て、地下の物質が変形し又は破壊する直前に発生
するAE／MA波を検知し、地下の亀裂の進展を
阻止するときは、前記AE／MA波が急増しない
ように地熱貯留層に通ずる１又は２以上の地熱井
の坑口バルブを徐々に密閉し、他方地下の亀裂の
進展を図るときは、前記AE／MA波が急増する
ように前記坑口バルブを短時間に密閉し、所定量
の良質の地熱蒸気を安定して確保することを特徴
とするAE／MA法を利用した地熱蒸気採取方法
である。 〔作用、効果〕 本発明は以上の如き構成のものであつて、茲
に、AE／MA（Acoustic Emission／
Microseismic Activity、以下AEという）法と
は、物質が変形又は破壊する直前に発生する音声
帯域及び非音声帯域からなる弾性波を検知するも
のである。 AE法は、金属材料の分野又はプラント構造物、
圧力容器等の非破壊試験等に用いられており、近
年になつて岩石の破壊に伴なうAE計測され、室
内試験ではAEエネルギーの急増点から巨視亀裂
発生開始点を推定する方法が提案されている（日
本鉱業会誌第100巻、第1151号、1981年１月発
行）。 また、野外におけるAE計測の例としては、地
熱発電に利用している地熱井の水圧破砕における
圧力の上昇と、AE発生との関係についての報告
がある（日本鉱業会誌第98巻、第1129号、1982年
３月発行）。 地殻内におけるAEの検出は、前記報告のほか
各種の報告が発表されており、その概要は地下に
AEゾンデを埋設し、AEゾンデで検知したAEを
メインアンプで増巾し、この波形をデーターレコ
ーダーに記録し、さらにこの波形をＡ−Ｄ変換し
てコンピユーターに入力し、コンピユーター内で
Ｐ波とＳ波の時間差よりAEゾンデとAE発生源ま
での距離を決定できる。前記AEゾンデには三軸
AEゾンデと単軸AEゾンデとがあるが、単一の観
測井で検知できるという点からは三軸AEゾンデ
が望ましい。 また、前記検知したAE波形の振巾の大小又は
リングダウンカウントからAEエネルギーを算出
できる。 前記報告書、特に前者には、亀裂が進展する際
に、AEエネルギーが急増すること及びこのAEの
急増点における応力拡大係数をもつて破壊靭性値
と定義している。 他方、第６回「岩の力学国内シンポジウム講演
論文集」（1984年12月発行）によれば、破壊力学
に基づく亀裂の進展する条件は、地下亀裂を半径
Ｒの円盤状とみなした場合、理論的に下記式によ
つて与えられる。 KisF＝２（Ｐ−Ｓ）√ (1) （但し、KisFは岩石の破壊靭性値、Ｐは亀裂が
進展したときの水圧、Ｓは地殻応力） 前記式は、亀裂先端部の応力拡大係数が、岩石
の破壊靭性値に等しいかそれ以上の場合に亀裂が
進展することを示しており、地殻応力（Ｓ）は水
圧破砕から求められ、また亀裂が進展したときの
水圧（Ｐ）は、対象とする地熱貯留層の内圧から
求めることができる。 従つて、亀裂を進展させるためには、亀裂先端
部の応力拡大係数が岩石の破壊靭性値（KisF）
を越えるように地熱井の坑口バルブを密閉して水
圧（Ｐ）を大きくすれば良い。 他方、地熱井は点検、修理の関係から、密閉す
る必要がある。しかし、地熱井を完全に密閉する
場合には、前記のように亀裂が進展するおそれが
ある。かゝる進展を阻止するには亀裂先端部の応
力拡大係数が岩石の破壊靭性値を越えないように
すれば良い。 亀裂先端部の応力拡大係数は、水圧を直接計測
することによつて求められるが、そのためには地
熱貯留層に直結する観測井を別箇に掘削すること
及び圧力測定装置を常時観測井の坑底に設置しな
ければならず、かなりの設備と費用とを必要とす
るほかに、圧力測定装置を定期的に取替える等そ
の保守管理上にも問題がある。 そのため、本発明者等は研究の結果地熱貯留層
内の地熱流体の流量を求め、これを相対的な地熱
貯留層の亀裂先端部の応力拡大係数の代替値とし
て用いることができること及びAE計測を行つて
AEの急増するときの流量を亀裂が進展する限界
値として、これを地下亀裂進展のしきい値とでき
ることを新規に知見した。 第１図は地熱井の坑口バルブを徐々に絞つた場
合における時間と総流量との関係を示したもので
ある。第１図は地熱貯留層に連結している地熱井
がNo.１とNo.２とからなり、No.１の地熱井から生産
される流量とNo.２で生産される流量との合計量
（Ip）が生産されており、また、該地熱貯留層は
ある一定の容積をもつているものとし、これに地
熱流体Ip＋αが常時流れ込んでいるものとする。 今、地熱井No.１の坑口バルブを徐々に絞つて行
くと、貯留層内は常時流れ込む地熱流体によつて
地熱貯留層内圧力が高まり、地熱貯留層内に滞留
する流体（これを停止流量という）は時間の経過
と共に第１図中実線Ｂのように増加し、バルブが
完全に閉鎖されると、停止流量は変化なくその
まゝ推移する。そしてさらに地熱井No.２の坑口バ
ルブを徐々に絞れば停止流量は時間の経過と共に
再び増加するものと考えられる。 しかるに、現実には地熱井No.１の坑口バルブを
徐々に絞ると、第１図中実線ａのように推移し、
坑口バルブが完全に閉鎖されると、実線ａから漸
減して実線ｂのように推移し、さらに地熱井No.２
の坑口バルブを徐々に絞ると前記実線ａと同様に
実線ｃに従つて推移しているのが認められる。 前記、第１図から、実線ａ−ｂ−ｃと実線Ｂと
の間の斜線の部分（Ii）は、バルブの閉鎖に伴な
う内圧の増加から地熱貯留層からIiに相当する流
量の漏れが存在することが判断される。 本発明者等の研究によると実線ａ及びｂは、指
数函数的に増加、減少し、もれを差し引いた地熱
貯留層内流量（Ip）は、停止流量と時定数を知る
ことにより求められる。 そこで、AEエネルギーの急増点における流量
（Ip）を求めれば、これが亀裂進展のしきい値と
して決定できる。 第２図は、地熱蒸気生産現場のモデルを示した
ものであるが、地熱井１，２が夫々地熱貯留層
３，４に連結しており、また還元井５，５が設置
されている。尚、第３図では説明の便宜上地熱貯
留層３，４は拡大して示されており、該地熱貯留
層３及び４は夫々独立しており、互いに干渉がな
いものとする。また、前記現場には観測井６（深
度30〜50ｍ程度）を掘削し、これに三軸AEゾン
デが設置されている。 今、地熱井１の採取蒸気量が減衰を生じたもの
とする。この場合地熱貯留層３の流量が小で、地
熱貯留層４の流量が大である場合、従来は地熱井
２が連結している地熱貯留層４に新たに地熱井を
掘削するか又は地熱井１をマルチレグ方式として
地熱貯留層４へ掘削する方法によつて行われてい
る。 しかし、本発明では地熱貯留層３の先在亀裂７
をAE法によつて探知し、地熱井１の坑口バルブ
を絞ることによつて、該亀裂７を進展させて地熱
貯留層４と連結させることができる。 この場合、亀裂７の位置、大きさは観測井６内
のAEゾンデて探知でき、また地熱貯留層３の総
流量のしきい値から地熱井１の坑口バルブの絞り
程度が決定できる。また、該亀裂７先端部の進展
方向及びその際のAEエネルギー強度も、AEゾン
デによつて同時に計測できる。 従つて前記亀裂７の先端部が進展して地熱貯留
層４に連結することが確認されれば、地熱井１の
坑口バルブを閉鎖し、該亀裂７を進展させて地熱
貯留層４とを連結することによつて、地熱井１は
地熱貯留層４の蒸気を地熱貯留層３を介して採取
することができる。 即ち、本発明では、地熱井１が減衰し、所定の
蒸気量の確保ができない場合、新たに地熱井を掘
削したり又は地熱井１をマルチレグ方式として掘
削せず、僅かに坑口バルブによる圧力の調整によ
つて所定の蒸気量を確保でき、コストを大巾に低
減することができる。 同様に還元井が熱水の所定量を還元できない場
合、AE法によつて還元井の坑底附近の亀裂の尽
態を把握することによつて、還元ゾーンが生産ゾ
ーンと干渉を生じない方向を探知して還元井を掘
進することによつて所定の還元熱水量を還元する
こともできる。 他方、生産ゾーンと還元ゾーンとが連結される
おそれがある場合には、つぎのようにして亀裂の
進展を抑止することができる。 地熱井１又は２及び還元井５のAEを計測して
地熱貯留層３及び４を探知し、地熱井１又は２の
坑口バルブを密閉した密閉圧減衰曲線から時定数
を求め、また坑口バルブの閉鎖時の漏れを差引い
た貯留層内総流量と時間との曲線を求める。 つぎに、地熱貯留層３又は４毎の前記総流量
と、AEエネルギーから亀裂が進展する際の総流
量のしきい値を決定する。尚、この場合、AEの
発生源及びAEエネルギーの大小から、進展する
可能性のある亀裂をほゞ特定することができる。 このようにして総流量のしきい値が決定された
後、地熱貯留層３又は４の総流量がしきい値を超
えないように坑口バルブの密閉時間を定めてバル
ブを調整すれば、地熱貯留層３又は４及びこれら
に連結する先在亀裂の進展を抑止することができ
る。 従つて、従来生産ゾーンと還元ゾーンとが互い
に干渉するおそれがある場合、何等これに対処す
ることができなかつたが、本発明はかゝる干渉を
未然に防止することができ、従つて還元熱水によ
る地熱貯留層の冷却が避けられ、所定量の良質な
地熱蒸気を安定して確保することができる。 尚、地熱発電の如く大量の地熱蒸気を必要とす
る処では、数本乃至十数本の地熱井ならびに還元
井が設置されており、また大きな地熱貯留層では
１つの地熱貯留層に複数の地熱井が連結されてい
る。 従つて、複数の地熱井が設置されている場合に
は、その目的とする亀裂の存在位置、大きさ及び
その進展する方向等をAE法によつて探知し、そ
の対象とする亀裂を進展させるか又はその進展を
阻止させるか等の目的に応じて適宜地熱井を選択
して坑口圧力を調整するか又は複数本の地熱井の
坑口圧力を調整する場合の順序及び密閉するまで
の時間を適宜選択することによつて本発明の目的
を達成することができる。 そればかりでなく、AE法はAE発生源の水平、
垂直分布から、亀裂の幾何学的な形状を精度よく
決定することができると共に、亀裂（地熱貯留
層）と地熱井との距離を推定することもでき、ま
た地熱井が複数ある場合に、地熱井毎のAEエネ
ルギーの活性度を検知し、複数の地熱井が何れの
地熱貯留層と連結しているかが把握でき、従つて
地下の地熱貯留層毎に地熱井をグループ分け、ラ
ンク付けができ、地熱地帯の地下の状況を極めて
明確に把握することができる。 以上の如く、本発明はAE法によつて地熱貯留
層及びこれに続く先在亀裂を探知すると共に、地
熱井が減衰した場合の原因を適確に把握でき、地
熱貯留層の状況に応じて地熱井の坑口バルブを操
作し、地熱貯留層内圧力及び流量を調整して地下
亀裂を進展させ又はその進展を阻止することによ
つて良質の地熱蒸気を安定して確保することがで
きる。 〔実施例〕 以下本発明の具体的構成を実施例によつて説明
する。 実施例 １ 流量382t／時を生産している地熱井の坑口バル
ブを１分間の停止流量を2.4t／時として徐々に坑
口バルブを絞り、約150分間で密閉した。 第３図に、その時の地熱井の坑口バルブを密閉
するまでの時間に対する流量、坑口圧及びAEリ
ングダウンカウントを示した。 第３図では坑口圧が最大（８Kg／cm2）となつて
も、AEリングダウンカウントの急増は認められ
ない。また、この場合には、坑口バルブを完全に
密閉した場合であつても、AEリングダウンカウ
ントの急増点は認められない。 即ち、地熱井の坑口バルブを長時間に徐々に絞
つて行く場合には、AEリングダウンカウントの
急増点は認められない。これは地熱井を密閉した
場合における急激な密閉圧が地熱貯留層にかゝら
ず、従つて巨視亀裂の進展に対応するAEは発生
しない。換言すれば地熱貯留層の亀裂進展が阻止
できることを示している。 実施例 ２ 実施例１と同一流量を生産している他の地熱井
について、１分間の停止流量を6.2t／時とし、約
80分で坑口バルブを完全に密閉した。その結果第
４図に示したように、坑口バルブを閉め始めてか
ら約20分経過後にAEが発生し始め、約50分後に
AEが活性化し、さらに密閉後坑口圧の最大値で
AEリングダウンカウントの急増点（Ｘ）が現わ
れている。 このように地熱井の坑口バルブを短時間に密閉
した場合には、AEの活性化及びAEの急増点が現
われ、従つて亀裂の進展が発生するのが認められ
た。 実施例 ３ ８基の地熱井を有するＫ地熱地域における地熱
井（No.１〜No.８）の坑口バルブを順次密閉した。
その時における地熱井の密閉条件及び停止流量は
第１表の通りである。
方法に関するものであり、さらに詳細には、地下
の地熱貯留層に通づる亀裂を制御することによつ
て、地熱貯留層の安定化を図り、常時安定した地
熱蒸気量を確保する方法に関するものである。 〔従来の技術〕 地熱蒸気は、マグマ留りの熱によつて加熱され
た地熱流体であつて、該地熱流体は、地下の亀裂
が発達し、全体的に透水性の良い亀裂（これを一
般に地熱貯留層という）に貯留されている。即
ち、この地熱貯留層は地下のボイラーとみなされ
るもので、該地熱貯留層の蒸気を採取し、地熱発
電として利用していることは周知の処である。 而して、地熱発電は長期間安定して蒸気が供給
されなければならないが、地下の地熱貯留層の状
態によつて蒸気量が徐々に減衰し、所定量の蒸気
を安定して生産できなくなる場合がある。 かゝる場合には、従来新たに地熱井を掘削して
所定量の蒸気を確保する等の方法が採用されてい
る。 他方、地熱貯留層には地下亀裂中の気相と液相
との割合から蒸気卓越型、蒸気−熱水型及び熱水
卓越型等の３種に大別することができ、その多く
は蒸気−熱水型又は熱水卓越型である。 前記蒸気−熱水型又は熱水卓越型では、蒸気と
共に大量の熱水を噴出しており、地熱発電では、
蒸気を熱水と分離してタービンに供給しており、
また一部熱水をフラツシユさせて低圧蒸気として
タービンに供給しているが、大部分の熱水は利用
できず、廃棄せざるを得ない。 しかし、地下より噴出する熱水中には砒素その
他の有害成分を含むことが多く、従つて環境衛生
上の見地からこれをそのまゝ河川へ放流すること
は困難である。そのため、現在地熱発電現場で
は、蒸気に随伴する熱水を地熱井とは別箇の還元
井を掘削し還元井によつて地下へ還元している。 〔本発明が解決しようとする問題点〕 前記従来のように掘削された地熱井が所定の蒸
気量を採取できない場合又は蒸気量が漸減して所
定の蒸気量が確保できない場合に、新たに地熱井
を掘削することはさらに莫大な費用を必要とする
ばかりか、地域によつては新規の掘削が困難な場
合も生じ得る。 また、前述の如き蒸気−熱水型又は熱水卓越型
まではつぎのような問題点が指摘されている。 即ち、蒸気−熱水型又は熱水卓越型における還
元井は、レイアウトの関係から地熱井に比較的近
接してをり、地熱貯留層から地熱井を通じて蒸気
を採取する生産ゾーンと、地表の熱水を還元井を
通じて還元する還元ゾーンとが互いに独立して干
渉がない場合は問題はないが、前記の生産ゾーン
と還元ゾーンとが連結すると、高温（220℃以上）
の地熱貯留層内に低温（100〜160℃）の還元熱水
が流れ込み冷却される結果、蒸気生産量が著るし
く減衰し、良質の蒸気を安定して確保することが
できない。 前述地熱貯留層は、透水性の良好な一種の地下
亀裂であり、かゝる地熱貯留層には、先在亀裂が
多数存在していると共に、地熱地帯には前記の如
き地熱貯留層が複数賦存しているのが認められて
いる。 しかし乍ら、従来、地熱貯留層の正確な大きさ
及び地熱貯留層を含めた地下亀裂の状態の解明が
必らずしも充分であるとは云えず、これが地熱蒸
気生産の一つのネツクとされていた。 本発明は前述従来の欠点を改善するため研究の
結果、AE法を利用して地下亀裂を正確に探知す
ると共に、該地下亀裂を進展させ又は進展を抑止
することによつて地熱貯留層の安定化を図り良質
の地熱蒸気を安定して確保する方法を提供するこ
とにある。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明はAE／MA法を利用した地熱蒸気採取
方法において、観測井に設置したゾンデを用い
て、地下の物質が変形し又は破壊する直前に発生
するAE／MA波を検知し、地下の亀裂の進展を
阻止するときは、前記AE／MA波が急増しない
ように地熱貯留層に通ずる１又は２以上の地熱井
の坑口バルブを徐々に密閉し、他方地下の亀裂の
進展を図るときは、前記AE／MA波が急増する
ように前記坑口バルブを短時間に密閉し、所定量
の良質の地熱蒸気を安定して確保することを特徴
とするAE／MA法を利用した地熱蒸気採取方法
である。 〔作用、効果〕 本発明は以上の如き構成のものであつて、茲
に、AE／MA（Acoustic Emission／
Microseismic Activity、以下AEという）法と
は、物質が変形又は破壊する直前に発生する音声
帯域及び非音声帯域からなる弾性波を検知するも
のである。 AE法は、金属材料の分野又はプラント構造物、
圧力容器等の非破壊試験等に用いられており、近
年になつて岩石の破壊に伴なうAE計測され、室
内試験ではAEエネルギーの急増点から巨視亀裂
発生開始点を推定する方法が提案されている（日
本鉱業会誌第100巻、第1151号、1981年１月発
行）。 また、野外におけるAE計測の例としては、地
熱発電に利用している地熱井の水圧破砕における
圧力の上昇と、AE発生との関係についての報告
がある（日本鉱業会誌第98巻、第1129号、1982年
３月発行）。 地殻内におけるAEの検出は、前記報告のほか
各種の報告が発表されており、その概要は地下に
AEゾンデを埋設し、AEゾンデで検知したAEを
メインアンプで増巾し、この波形をデーターレコ
ーダーに記録し、さらにこの波形をＡ−Ｄ変換し
てコンピユーターに入力し、コンピユーター内で
Ｐ波とＳ波の時間差よりAEゾンデとAE発生源ま
での距離を決定できる。前記AEゾンデには三軸
AEゾンデと単軸AEゾンデとがあるが、単一の観
測井で検知できるという点からは三軸AEゾンデ
が望ましい。 また、前記検知したAE波形の振巾の大小又は
リングダウンカウントからAEエネルギーを算出
できる。 前記報告書、特に前者には、亀裂が進展する際
に、AEエネルギーが急増すること及びこのAEの
急増点における応力拡大係数をもつて破壊靭性値
と定義している。 他方、第６回「岩の力学国内シンポジウム講演
論文集」（1984年12月発行）によれば、破壊力学
に基づく亀裂の進展する条件は、地下亀裂を半径
Ｒの円盤状とみなした場合、理論的に下記式によ
つて与えられる。 KisF＝２（Ｐ−Ｓ）√ (1) （但し、KisFは岩石の破壊靭性値、Ｐは亀裂が
進展したときの水圧、Ｓは地殻応力） 前記式は、亀裂先端部の応力拡大係数が、岩石
の破壊靭性値に等しいかそれ以上の場合に亀裂が
進展することを示しており、地殻応力（Ｓ）は水
圧破砕から求められ、また亀裂が進展したときの
水圧（Ｐ）は、対象とする地熱貯留層の内圧から
求めることができる。 従つて、亀裂を進展させるためには、亀裂先端
部の応力拡大係数が岩石の破壊靭性値（KisF）
を越えるように地熱井の坑口バルブを密閉して水
圧（Ｐ）を大きくすれば良い。 他方、地熱井は点検、修理の関係から、密閉す
る必要がある。しかし、地熱井を完全に密閉する
場合には、前記のように亀裂が進展するおそれが
ある。かゝる進展を阻止するには亀裂先端部の応
力拡大係数が岩石の破壊靭性値を越えないように
すれば良い。 亀裂先端部の応力拡大係数は、水圧を直接計測
することによつて求められるが、そのためには地
熱貯留層に直結する観測井を別箇に掘削すること
及び圧力測定装置を常時観測井の坑底に設置しな
ければならず、かなりの設備と費用とを必要とす
るほかに、圧力測定装置を定期的に取替える等そ
の保守管理上にも問題がある。 そのため、本発明者等は研究の結果地熱貯留層
内の地熱流体の流量を求め、これを相対的な地熱
貯留層の亀裂先端部の応力拡大係数の代替値とし
て用いることができること及びAE計測を行つて
AEの急増するときの流量を亀裂が進展する限界
値として、これを地下亀裂進展のしきい値とでき
ることを新規に知見した。 第１図は地熱井の坑口バルブを徐々に絞つた場
合における時間と総流量との関係を示したもので
ある。第１図は地熱貯留層に連結している地熱井
がNo.１とNo.２とからなり、No.１の地熱井から生産
される流量とNo.２で生産される流量との合計量
（Ip）が生産されており、また、該地熱貯留層は
ある一定の容積をもつているものとし、これに地
熱流体Ip＋αが常時流れ込んでいるものとする。 今、地熱井No.１の坑口バルブを徐々に絞つて行
くと、貯留層内は常時流れ込む地熱流体によつて
地熱貯留層内圧力が高まり、地熱貯留層内に滞留
する流体（これを停止流量という）は時間の経過
と共に第１図中実線Ｂのように増加し、バルブが
完全に閉鎖されると、停止流量は変化なくその
まゝ推移する。そしてさらに地熱井No.２の坑口バ
ルブを徐々に絞れば停止流量は時間の経過と共に
再び増加するものと考えられる。 しかるに、現実には地熱井No.１の坑口バルブを
徐々に絞ると、第１図中実線ａのように推移し、
坑口バルブが完全に閉鎖されると、実線ａから漸
減して実線ｂのように推移し、さらに地熱井No.２
の坑口バルブを徐々に絞ると前記実線ａと同様に
実線ｃに従つて推移しているのが認められる。 前記、第１図から、実線ａ−ｂ−ｃと実線Ｂと
の間の斜線の部分（Ii）は、バルブの閉鎖に伴な
う内圧の増加から地熱貯留層からIiに相当する流
量の漏れが存在することが判断される。 本発明者等の研究によると実線ａ及びｂは、指
数函数的に増加、減少し、もれを差し引いた地熱
貯留層内流量（Ip）は、停止流量と時定数を知る
ことにより求められる。 そこで、AEエネルギーの急増点における流量
（Ip）を求めれば、これが亀裂進展のしきい値と
して決定できる。 第２図は、地熱蒸気生産現場のモデルを示した
ものであるが、地熱井１，２が夫々地熱貯留層
３，４に連結しており、また還元井５，５が設置
されている。尚、第３図では説明の便宜上地熱貯
留層３，４は拡大して示されており、該地熱貯留
層３及び４は夫々独立しており、互いに干渉がな
いものとする。また、前記現場には観測井６（深
度30〜50ｍ程度）を掘削し、これに三軸AEゾン
デが設置されている。 今、地熱井１の採取蒸気量が減衰を生じたもの
とする。この場合地熱貯留層３の流量が小で、地
熱貯留層４の流量が大である場合、従来は地熱井
２が連結している地熱貯留層４に新たに地熱井を
掘削するか又は地熱井１をマルチレグ方式として
地熱貯留層４へ掘削する方法によつて行われてい
る。 しかし、本発明では地熱貯留層３の先在亀裂７
をAE法によつて探知し、地熱井１の坑口バルブ
を絞ることによつて、該亀裂７を進展させて地熱
貯留層４と連結させることができる。 この場合、亀裂７の位置、大きさは観測井６内
のAEゾンデて探知でき、また地熱貯留層３の総
流量のしきい値から地熱井１の坑口バルブの絞り
程度が決定できる。また、該亀裂７先端部の進展
方向及びその際のAEエネルギー強度も、AEゾン
デによつて同時に計測できる。 従つて前記亀裂７の先端部が進展して地熱貯留
層４に連結することが確認されれば、地熱井１の
坑口バルブを閉鎖し、該亀裂７を進展させて地熱
貯留層４とを連結することによつて、地熱井１は
地熱貯留層４の蒸気を地熱貯留層３を介して採取
することができる。 即ち、本発明では、地熱井１が減衰し、所定の
蒸気量の確保ができない場合、新たに地熱井を掘
削したり又は地熱井１をマルチレグ方式として掘
削せず、僅かに坑口バルブによる圧力の調整によ
つて所定の蒸気量を確保でき、コストを大巾に低
減することができる。 同様に還元井が熱水の所定量を還元できない場
合、AE法によつて還元井の坑底附近の亀裂の尽
態を把握することによつて、還元ゾーンが生産ゾ
ーンと干渉を生じない方向を探知して還元井を掘
進することによつて所定の還元熱水量を還元する
こともできる。 他方、生産ゾーンと還元ゾーンとが連結される
おそれがある場合には、つぎのようにして亀裂の
進展を抑止することができる。 地熱井１又は２及び還元井５のAEを計測して
地熱貯留層３及び４を探知し、地熱井１又は２の
坑口バルブを密閉した密閉圧減衰曲線から時定数
を求め、また坑口バルブの閉鎖時の漏れを差引い
た貯留層内総流量と時間との曲線を求める。 つぎに、地熱貯留層３又は４毎の前記総流量
と、AEエネルギーから亀裂が進展する際の総流
量のしきい値を決定する。尚、この場合、AEの
発生源及びAEエネルギーの大小から、進展する
可能性のある亀裂をほゞ特定することができる。 このようにして総流量のしきい値が決定された
後、地熱貯留層３又は４の総流量がしきい値を超
えないように坑口バルブの密閉時間を定めてバル
ブを調整すれば、地熱貯留層３又は４及びこれら
に連結する先在亀裂の進展を抑止することができ
る。 従つて、従来生産ゾーンと還元ゾーンとが互い
に干渉するおそれがある場合、何等これに対処す
ることができなかつたが、本発明はかゝる干渉を
未然に防止することができ、従つて還元熱水によ
る地熱貯留層の冷却が避けられ、所定量の良質な
地熱蒸気を安定して確保することができる。 尚、地熱発電の如く大量の地熱蒸気を必要とす
る処では、数本乃至十数本の地熱井ならびに還元
井が設置されており、また大きな地熱貯留層では
１つの地熱貯留層に複数の地熱井が連結されてい
る。 従つて、複数の地熱井が設置されている場合に
は、その目的とする亀裂の存在位置、大きさ及び
その進展する方向等をAE法によつて探知し、そ
の対象とする亀裂を進展させるか又はその進展を
阻止させるか等の目的に応じて適宜地熱井を選択
して坑口圧力を調整するか又は複数本の地熱井の
坑口圧力を調整する場合の順序及び密閉するまで
の時間を適宜選択することによつて本発明の目的
を達成することができる。 そればかりでなく、AE法はAE発生源の水平、
垂直分布から、亀裂の幾何学的な形状を精度よく
決定することができると共に、亀裂（地熱貯留
層）と地熱井との距離を推定することもでき、ま
た地熱井が複数ある場合に、地熱井毎のAEエネ
ルギーの活性度を検知し、複数の地熱井が何れの
地熱貯留層と連結しているかが把握でき、従つて
地下の地熱貯留層毎に地熱井をグループ分け、ラ
ンク付けができ、地熱地帯の地下の状況を極めて
明確に把握することができる。 以上の如く、本発明はAE法によつて地熱貯留
層及びこれに続く先在亀裂を探知すると共に、地
熱井が減衰した場合の原因を適確に把握でき、地
熱貯留層の状況に応じて地熱井の坑口バルブを操
作し、地熱貯留層内圧力及び流量を調整して地下
亀裂を進展させ又はその進展を阻止することによ
つて良質の地熱蒸気を安定して確保することがで
きる。 〔実施例〕 以下本発明の具体的構成を実施例によつて説明
する。 実施例 １ 流量382t／時を生産している地熱井の坑口バル
ブを１分間の停止流量を2.4t／時として徐々に坑
口バルブを絞り、約150分間で密閉した。 第３図に、その時の地熱井の坑口バルブを密閉
するまでの時間に対する流量、坑口圧及びAEリ
ングダウンカウントを示した。 第３図では坑口圧が最大（８Kg／cm2）となつて
も、AEリングダウンカウントの急増は認められ
ない。また、この場合には、坑口バルブを完全に
密閉した場合であつても、AEリングダウンカウ
ントの急増点は認められない。 即ち、地熱井の坑口バルブを長時間に徐々に絞
つて行く場合には、AEリングダウンカウントの
急増点は認められない。これは地熱井を密閉した
場合における急激な密閉圧が地熱貯留層にかゝら
ず、従つて巨視亀裂の進展に対応するAEは発生
しない。換言すれば地熱貯留層の亀裂進展が阻止
できることを示している。 実施例 ２ 実施例１と同一流量を生産している他の地熱井
について、１分間の停止流量を6.2t／時とし、約
80分で坑口バルブを完全に密閉した。その結果第
４図に示したように、坑口バルブを閉め始めてか
ら約20分経過後にAEが発生し始め、約50分後に
AEが活性化し、さらに密閉後坑口圧の最大値で
AEリングダウンカウントの急増点（Ｘ）が現わ
れている。 このように地熱井の坑口バルブを短時間に密閉
した場合には、AEの活性化及びAEの急増点が現
われ、従つて亀裂の進展が発生するのが認められ
た。 実施例 ３ ８基の地熱井を有するＫ地熱地域における地熱
井（No.１〜No.８）の坑口バルブを順次密閉した。
その時における地熱井の密閉条件及び停止流量は
第１表の通りである。
【表】
【表】
τ
(註) 1.○＊〓1はIo＝(1〓e )×Aから求めたもの
である。但しτ＝300分、
t
−
(註) 1.○＊〓1はIo＝(1〓e )×Aから求めたもの
である。但しτ＝300分、
t
−
Claims (1)
- １ AE／MA法を利用した地熱蒸気採取方法に
おいて、観測井に設置したゾンデを用いて地下の
物質が変形し又は破壊する直前に発生するAE／
MA波を検知し、地下の亀裂の進展を阻止すると
きは、前記AE／MA波が急増しないように地熱
貯留層に通ずる１又は２以上の地熱井の坑口バル
ブを徐々に密閉し、他方地下の亀裂の進展を図る
ときは、前記坑口バルブを短時間に密閉し、所定
量の良質の地熱蒸気を安定して確保することを特
徴とするAE／MA法を利用した地熱蒸気採取方
法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60200267A JPS6259792A (ja) | 1985-09-10 | 1985-09-10 | Ａｅ／ｍａ法を利用した地熱蒸気採取方法 |
| US06/904,281 US4739830A (en) | 1985-09-10 | 1986-09-08 | Method of collecting geothermal steam using AE/MA measurement |
| NZ217506A NZ217506A (en) | 1985-09-10 | 1986-09-09 | Surveying geothermal fields using acoustic emission and microseismic activity measurements |
| IT48437/86A IT1197446B (it) | 1985-09-10 | 1986-09-10 | Metodo per raccogliere vapore geotermico utilizzando misurazioni ae/ma (emissione acustica/attivita' microsismica) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60200267A JPS6259792A (ja) | 1985-09-10 | 1985-09-10 | Ａｅ／ｍａ法を利用した地熱蒸気採取方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6259792A JPS6259792A (ja) | 1987-03-16 |
| JPH0350875B2 true JPH0350875B2 (ja) | 1991-08-05 |
Family
ID=16421489
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60200267A Granted JPS6259792A (ja) | 1985-09-10 | 1985-09-10 | Ａｅ／ｍａ法を利用した地熱蒸気採取方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4739830A (ja) |
| JP (1) | JPS6259792A (ja) |
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| NZ (1) | NZ217506A (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| CA2264632C (en) * | 1997-05-02 | 2007-11-27 | Baker Hughes Incorporated | Wellbores utilizing fiber optic-based sensors and operating devices |
| US6787758B2 (en) * | 2001-02-06 | 2004-09-07 | Baker Hughes Incorporated | Wellbores utilizing fiber optic-based sensors and operating devices |
| IT1391731B1 (it) * | 2008-08-26 | 2012-01-27 | Mignemi | Sfruttamento termoelettrico di geysers artificiali a pressione costante prodotti in vulcani attivi adattati a dissalare quantita' controllate di acqua salina del mare forzatamente introdotta, e per convertire in energia elettrica parte della energia termica sottratta dai gayser al vulcano attivo, previa chiusura dei coni vulcani naturali a mezzo di una cupola amovibile prefabbricata, provvista di feritoie di scarico di sicurezza. |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US4057780A (en) * | 1976-03-19 | 1977-11-08 | The United States Of America As Represented By The United States Energy Research And Development Administration | Method for describing fractures in subterranean earth formations |
| US4432078A (en) * | 1979-01-17 | 1984-02-14 | Daniel Silverman | Method and apparatus for fracturing a deep borehole and determining the fracture azimuth |
| US4280200A (en) * | 1979-05-21 | 1981-07-21 | Daniel Silverman | Seismic method of mapping horizontal fractures in the earth |
| US4524434A (en) * | 1979-05-21 | 1985-06-18 | Daniel Silverman | Method for determining the azimuth and length of a deep vertical fracture in the earth |
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- 1985-09-10 JP JP60200267A patent/JPS6259792A/ja active Granted
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1986
- 1986-09-08 US US06/904,281 patent/US4739830A/en not_active Expired - Fee Related
- 1986-09-09 NZ NZ217506A patent/NZ217506A/xx unknown
- 1986-09-10 IT IT48437/86A patent/IT1197446B/it active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4739830A (en) | 1988-04-26 |
| NZ217506A (en) | 1991-09-25 |
| IT1197446B (it) | 1988-11-30 |
| IT8648437A0 (it) | 1986-09-10 |
| JPS6259792A (ja) | 1987-03-16 |
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