JPH0492074A - 単一坑井による地熱抽出方法のための抽出熱量増大方法 - Google Patents
単一坑井による地熱抽出方法のための抽出熱量増大方法Info
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- JPH0492074A JPH0492074A JP2207394A JP20739490A JPH0492074A JP H0492074 A JPH0492074 A JP H0492074A JP 2207394 A JP2207394 A JP 2207394A JP 20739490 A JP20739490 A JP 20739490A JP H0492074 A JPH0492074 A JP H0492074A
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
- F24T10/00—Geothermal collectors
- F24T10/10—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground
- F24T10/13—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground using tube assemblies suitable for insertion into boreholes in the ground, e.g. geothermal probes
- F24T10/17—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground using tube assemblies suitable for insertion into boreholes in the ground, e.g. geothermal probes using tubes closed at one end, i.e. return-type tubes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/10—Geothermal energy
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- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野］
暖房などの熱の直接利用あるいは発電をするために、高
温の地層中に存在する蒸気や熱水を採取することなしに
熱エネルギーのみを抽出する方法に、ヒートパイプ３を
深部の高温部まで挿入する。
温の地層中に存在する蒸気や熱水を採取することなしに
熱エネルギーのみを抽出する方法に、ヒートパイプ３を
深部の高温部まで挿入する。
金属製保護管の内壁面とヒートパイプの外面の間には、
伝熱を促進するために水を満たす。ヒートパイプにより
抽出された熱エネルギーは、地上の熱交換器４を介して
作動流体に伝えられる。作動流体に伝えられた熱は暖房
等の熱の直接利用あるいは発電に使われる。
伝熱を促進するために水を満たす。ヒートパイプにより
抽出された熱エネルギーは、地上の熱交換器４を介して
作動流体に伝えられる。作動流体に伝えられた熱は暖房
等の熱の直接利用あるいは発電に使われる。
このような単一坑井による地熱抽出方法は、簡便である
上、熱エネルギーのみを取り出すので、極めて清浄なエ
ネルギーを得ることができるという特長を有している。
上、熱エネルギーのみを取り出すので、極めて清浄なエ
ネルギーを得ることができるという特長を有している。
Ｌ５かし、地層の熱伝導率が小さいので、地層中本：お
いて熱が熱伝導のみにより伝えられる場合には、地層が
かなり高温の場合でも抽出熱量が限られる。地層の透水
セ、が良く、坑井周囲の地層中において蒸気や水等の地
層流体が対流する場合には、熱伝導のみにより熱が伝え
破砕法の概念図を第４図に示す０図中、５は坑井であり
、亀裂を形成部分以外は金属製の保護管６が施工されて
いる。最初に、亀裂を形成する予定の位置の」下を坑井
イ」切り装Ｎ７および８で仕切る。これは通常ゴム製で
あり、機械あるいは水圧の力で膨らませられ、坑壁＆こ
密着さゼられる。このようにした後に、地上の水タンク
９から高圧ボれる。したが−〕て、単一坑井による地熱
抽出方法の抽出熱量を増大させるためには、坑井周囲の
地層の透水性を収着し、対流が起こりやすくすることが
必要である。地層の透水性を改善するためには、これに
亀裂を入れ、亀裂帯を形成する必要がある。
いて熱が熱伝導のみにより伝えられる場合には、地層が
かなり高温の場合でも抽出熱量が限られる。地層の透水
セ、が良く、坑井周囲の地層中において蒸気や水等の地
層流体が対流する場合には、熱伝導のみにより熱が伝え
破砕法の概念図を第４図に示す０図中、５は坑井であり
、亀裂を形成部分以外は金属製の保護管６が施工されて
いる。最初に、亀裂を形成する予定の位置の」下を坑井
イ」切り装Ｎ７および８で仕切る。これは通常ゴム製で
あり、機械あるいは水圧の力で膨らませられ、坑壁＆こ
密着さゼられる。このようにした後に、地上の水タンク
９から高圧ボれる。したが−〕て、単一坑井による地熱
抽出方法の抽出熱量を増大させるためには、坑井周囲の
地層の透水性を収着し、対流が起こりやすくすることが
必要である。地層の透水性を改善するためには、これに
亀裂を入れ、亀裂帯を形成する必要がある。
地層に亀裂を入れるブ】法としては、高圧の水を地層中
に圧入り５、その圧力により地層に亀裂を入れるいわゆ
る水片破砕法が濤スられている。水１］なり、ついには
この圧力により地層に亀裂１３が形成される。
に圧入り５、その圧力により地層に亀裂を入れるいわゆ
る水片破砕法が濤スられている。水１］なり、ついには
この圧力により地層に亀裂１３が形成される。
この水圧破砕法は、■地層の透水性がある程度良い場合
には、注入し、た水が逸散し、亀裂を造成することが困
１こなる。このため、地層の透水性が極めて悪い場合で
なければ適用できない、■発生する亀裂が非常に薄く、
亀裂中における流動抵抗が大きい、このため、対流が起
こりに＜＜、大きな抽出熱量増大効果は期待できない、
■地１１−の状態や地層の性状に応じて特定の方向に亀
裂が進展することが多く５坑井の周囲ζこ効果的に亀裂
帯を造ることが困難、■亀裂の初生位１は地層中の既存
の６縞あるいは弱点のうち最も弱い部分に発生ずるので
、１回の作業で坑井の長い区間にまんべんなく亀裂を造
成することが困難である。長い区間に亀裂帯を形成する
ためには、坑井を仕切り費用がかかる８等の問題があり
、必ずしも効果的な亀裂帯造成方法とは言い雛い 〔発明の目的〕 発明者は、上記の水圧破砕法によらずに、熱抽出作業に
先立って坑井周囲ｉ：亀亀裂を形成１２．て地層の透水
性を改善し、対流が起こり易＜ しておく場合は少なく
、従来性われている方法では確実に区間に仕切ることが
難しい場合が多い、坑壁の状態によっては、仕切ること
ができない場合がある。
には、注入し、た水が逸散し、亀裂を造成することが困
１こなる。このため、地層の透水性が極めて悪い場合で
なければ適用できない、■発生する亀裂が非常に薄く、
亀裂中における流動抵抗が大きい、このため、対流が起
こりに＜＜、大きな抽出熱量増大効果は期待できない、
■地１１−の状態や地層の性状に応じて特定の方向に亀
裂が進展することが多く５坑井の周囲ζこ効果的に亀裂
帯を造ることが困難、■亀裂の初生位１は地層中の既存
の６縞あるいは弱点のうち最も弱い部分に発生ずるので
、１回の作業で坑井の長い区間にまんべんなく亀裂を造
成することが困難である。長い区間に亀裂帯を形成する
ためには、坑井を仕切り費用がかかる８等の問題があり
、必ずしも効果的な亀裂帯造成方法とは言い雛い 〔発明の目的〕 発明者は、上記の水圧破砕法によらずに、熱抽出作業に
先立って坑井周囲ｉ：亀亀裂を形成１２．て地層の透水
性を改善し、対流が起こり易＜ しておく場合は少なく
、従来性われている方法では確実に区間に仕切ることが
難しい場合が多い、坑壁の状態によっては、仕切ること
ができない場合がある。
■坑井を仕切るための既存装置の耐熱性能が低いことか
ら、地層が高温の場合には適用が困難である。■高圧の
水を大量に地層に圧入するので、大型の高圧ポンプが必
要であり、かつ坑井を仕切るための装置も必須である。
ら、地層が高温の場合には適用が困難である。■高圧の
水を大量に地層に圧入するので、大型の高圧ポンプが必
要であり、かつ坑井を仕切るための装置も必須である。
また、作業が煩雑なので、多数の作業−を必要とする。
このため多額の水性が良い場合にも適用可能である。ま
た、高温の地層を急激に冷却し、岩石が収縮するときに
発生する応力により亀裂帯を形成するので、水圧破砕法
に比べて形成される亀裂の厚さが大きくなる。
た、高温の地層を急激に冷却し、岩石が収縮するときに
発生する応力により亀裂帯を形成するので、水圧破砕法
に比べて形成される亀裂の厚さが大きくなる。
このため、亀裂帯中における流動抵抗が小さくなり、対
流が起こりやすくなる。すなわち、より大きな抽出熱量
増大効果が期待できる。坑井を冷却する場合に地層中に
発生する熱応力は、坑壁付近で大きく、これより遠くな
るにつれて小さくなるので、坑井の周囲に効果的ζご亀
裂帯を形成することができる。さらに、水圧破砕法で長
い区間Ｇご亀裂帯を形成するためには、坑井を短区間に
社切りながら繰り返１．水圧破砕を行う必要があるが、
本方法では亀裂帯が形成される区間が長いので、１回の
作業で所定の区間に亀裂帯を形成できる可能性がある。
流が起こりやすくなる。すなわち、より大きな抽出熱量
増大効果が期待できる。坑井を冷却する場合に地層中に
発生する熱応力は、坑壁付近で大きく、これより遠くな
るにつれて小さくなるので、坑井の周囲に効果的ζご亀
裂帯を形成することができる。さらに、水圧破砕法で長
い区間Ｇご亀裂帯を形成するためには、坑井を短区間に
社切りながら繰り返１．水圧破砕を行う必要があるが、
本方法では亀裂帯が形成される区間が長いので、１回の
作業で所定の区間に亀裂帯を形成できる可能性がある。
水圧破砕法では、抗Ａを区間に仕切るが必要でない、水
圧破砕法に比べると、大量がりの設備が不要であり、作
業も単純なので費用が安くてすむと考えられる。
圧破砕法に比べると、大量がりの設備が不要であり、作
業も単純なので費用が安くてすむと考えられる。
以」二の結果、低コストで、かつ容易に厚さが大きい亀
裂帯を高温地層中に形成することが可能になるので、本
発明は単一坑井による地熱抽出ブ】法における亀裂帯の
形成による抽出熱量の増大方法を変更するだけで亀裂帯
を形成する位置を変更することができる。地層を冷却す
ることにより亀裂帯を形成するので、地層の温度が高温
になる程、亀裂帯形成が容易である。また高温に曝され
る機材は断熱管のみであり、か−ノ断熱管の耐熱性能が
高いので、水圧破砕法が適用困難な程高温の地層にも適
用が可能である。水圧破砕法では高圧の大型ポンプを必
要とするが、本発明によれば、低温の水を坑夫内で循環
するだけなので、高圧ポンプ法の例を示すものである４
図中、１４は高温地層中に掘削された坑井である。亀裂
帯を形成する予定の区間は地層が剥き出しであるが、そ
れ以外の区間は金属製保護管１５で坑壁が保護されてい
る。この坑井の中に、亀裂帯を形成する予定の深度まで
断熱管１６を挿入する。この断熱管としては、真空重管
式断熱管やセラミクス管、あるいはセラミクス・金属複
合管等が考えられる。その後、地上の水タンク１７から
ポンプ１８により、断熱管１６の内側に低温の水を注入
する。管は断熱されているので、注入された水はほとん
どそのままの温度で管の下端まで到達する。この水は、
その後、坑壁と断熱管の間の環状の隙間を通して、地上
に還流する。還流する低温の水によって地層は急激に冷
却されるが、この時に発生する熱応力にＪり地層中に亀
裂４１１９が形成される。地１まで還流した水は、して
、坑壁を冷却しながら地上に還流する。このときの水の
温度は図中の点Ｃから点Ａまでの実線で表される。この
還流する水の温度と地層の温度との差が大きい区間にお
いて亀裂帯が生じる。還流する水の温度が高くなり、地
層の温度との差が小さくなると亀裂は生じなくなるが、
−回の操作で長い区間に亀裂帯を形成するためには、大
量のこの場合に予想される坑月内の温度分布の例を第２
図に示す０図の場合の坑井の深度と断熱管挿入深度は約
３，０００ ｍである９図中において点Ａがら点Ｂまで
の破線で表される温度は低温水を注入する前の地層の温
度分布である。断熱管に注入された水はほどんどその丈
まの温度で管の下端まで到・達する。このときの断熱管
内の水の温度分布は点Ａから点Ｃまでの実線で示される
。その後、注入された水は坑壁と断熱管の間の環状の隙
間を通め、断熱管の下端において最も効果的に亀裂帯を
形成することができる。したがって、坑井の長い区間に
わたって亀裂帯を確実に生じさせるために、管の下端の
位置を移動させて繰り返し冷却することも考えられる。
裂帯を高温地層中に形成することが可能になるので、本
発明は単一坑井による地熱抽出ブ】法における亀裂帯の
形成による抽出熱量の増大方法を変更するだけで亀裂帯
を形成する位置を変更することができる。地層を冷却す
ることにより亀裂帯を形成するので、地層の温度が高温
になる程、亀裂帯形成が容易である。また高温に曝され
る機材は断熱管のみであり、か−ノ断熱管の耐熱性能が
高いので、水圧破砕法が適用困難な程高温の地層にも適
用が可能である。水圧破砕法では高圧の大型ポンプを必
要とするが、本発明によれば、低温の水を坑夫内で循環
するだけなので、高圧ポンプ法の例を示すものである４
図中、１４は高温地層中に掘削された坑井である。亀裂
帯を形成する予定の区間は地層が剥き出しであるが、そ
れ以外の区間は金属製保護管１５で坑壁が保護されてい
る。この坑井の中に、亀裂帯を形成する予定の深度まで
断熱管１６を挿入する。この断熱管としては、真空重管
式断熱管やセラミクス管、あるいはセラミクス・金属複
合管等が考えられる。その後、地上の水タンク１７から
ポンプ１８により、断熱管１６の内側に低温の水を注入
する。管は断熱されているので、注入された水はほとん
どそのままの温度で管の下端まで到達する。この水は、
その後、坑壁と断熱管の間の環状の隙間を通して、地上
に還流する。還流する低温の水によって地層は急激に冷
却されるが、この時に発生する熱応力にＪり地層中に亀
裂４１１９が形成される。地１まで還流した水は、して
、坑壁を冷却しながら地上に還流する。このときの水の
温度は図中の点Ｃから点Ａまでの実線で表される。この
還流する水の温度と地層の温度との差が大きい区間にお
いて亀裂帯が生じる。還流する水の温度が高くなり、地
層の温度との差が小さくなると亀裂は生じなくなるが、
−回の操作で長い区間に亀裂帯を形成するためには、大
量のこの場合に予想される坑月内の温度分布の例を第２
図に示す０図の場合の坑井の深度と断熱管挿入深度は約
３，０００ ｍである９図中において点Ａがら点Ｂまで
の破線で表される温度は低温水を注入する前の地層の温
度分布である。断熱管に注入された水はほどんどその丈
まの温度で管の下端まで到・達する。このときの断熱管
内の水の温度分布は点Ａから点Ｃまでの実線で示される
。その後、注入された水は坑壁と断熱管の間の環状の隙
間を通め、断熱管の下端において最も効果的に亀裂帯を
形成することができる。したがって、坑井の長い区間に
わたって亀裂帯を確実に生じさせるために、管の下端の
位置を移動させて繰り返し冷却することも考えられる。
このようにして坑井周囲の地層中に亀裂帯を形成した後
に、単一坑井による地熱抽出方法により熱抽出を行う、
場合によっては、亀裂帯を形成した後に、金属製保護管
により、亀裂帯が形成された区間を保護することもある
。
に、単一坑井による地熱抽出方法により熱抽出を行う、
場合によっては、亀裂帯を形成した後に、金属製保護管
により、亀裂帯が形成された区間を保護することもある
。
なお、この例では亀裂帯を形成する区間は地層が刺き出
しにな−）ているが、亀裂帯を形成する区間を含めて坑
井の全長Ｃわたって金属製保！ｌｃＲを施工した上で、
本発明により亀裂帯を形成することも考えられる。保護
管は金属製であり、熱伝導率が大きいので、このよう（
７Ｌ、でも地層の冷却器ことが可能ζこなる。
しにな−）ているが、亀裂帯を形成する区間を含めて坑
井の全長Ｃわたって金属製保！ｌｃＲを施工した上で、
本発明により亀裂帯を形成することも考えられる。保護
管は金属製であり、熱伝導率が大きいので、このよう（
７Ｌ、でも地層の冷却器ことが可能ζこなる。
なお、亀裂帯の造成後、熱抽出が行われるが、し−ドパ
イブを用いる場合Ｃ４°は、亀裂帯形成に使用し、た断
熱管を撤去し５た後に、Ｌ−）パイプを坑引中Ｇ′：Ｏ
挿入して熱抽出をｂう、坑井的間軸熱交換器を用いる場
合には、亀裂帯形成に用いた断熱管をそのま才内管とし
て用いて熱抽出を（］つ場合と、断熱管の間の環状の陣
間に低温水を注入し、断熱管を遥して地上に還流させる
方法も考えられるが、この場合には深部における循環水
と地層との温度差は本発明の循環方法の場合に比べてか
なり小さくなるので亀裂帯形成効果は劣ると考えられる
。
イブを用いる場合Ｃ４°は、亀裂帯形成に使用し、た断
熱管を撤去し５た後に、Ｌ−）パイプを坑引中Ｇ′：Ｏ
挿入して熱抽出をｂう、坑井的間軸熱交換器を用いる場
合には、亀裂帯形成に用いた断熱管をそのま才内管とし
て用いて熱抽出を（］つ場合と、断熱管の間の環状の陣
間に低温水を注入し、断熱管を遥して地上に還流させる
方法も考えられるが、この場合には深部における循環水
と地層との温度差は本発明の循環方法の場合に比べてか
なり小さくなるので亀裂帯形成効果は劣ると考えられる
。
辺土のようにし、て坑ガ周囲に亀裂帯を形成することｒ
より、従来の亀裂帯形成方法に伴う同髭点を解決するこ
とができ、安価に、かつ確実に岸−坑井による地熱抽出
′７＋’ ＊の抽出熱量の増大を図るる目的で、亀裂帯
形成後に亀裂帯中に水を注入することも考えられる。こ
の作業は金属製保護管の施工前や施工後、あるいは熱抽
出作業中に行うことができる。
より、従来の亀裂帯形成方法に伴う同髭点を解決するこ
とができ、安価に、かつ確実に岸−坑井による地熱抽出
′７＋’ ＊の抽出熱量の増大を図るる目的で、亀裂帯
形成後に亀裂帯中に水を注入することも考えられる。こ
の作業は金属製保護管の施工前や施工後、あるいは熱抽
出作業中に行うことができる。
第１図は本発明による坑井周囲の地層中への亀裂形成力
法の例を示す説明図である。第２図は本発明により地層
中に亀裂を形成する場合に予想される坑井内の温度分布
の例を示す説明図、第３図。 は単一坑井による地熱抽出方法の例を示１説明図である
。また、第４図は従来の方法により坑井周囲の地層中に
亀裂を形成する場合の例を示す説明図である０図中、 】−坑井 ２−金属製保護管３−ヒート
パイプ ４−熱交換器第１図 １３−亀裂 １５−金属製保護管 １７・−水タンク １９−亀裂帯 である。 坑井 断熱管 タンク 冷却器
法の例を示す説明図である。第２図は本発明により地層
中に亀裂を形成する場合に予想される坑井内の温度分布
の例を示す説明図、第３図。 は単一坑井による地熱抽出方法の例を示１説明図である
。また、第４図は従来の方法により坑井周囲の地層中に
亀裂を形成する場合の例を示す説明図である０図中、 】−坑井 ２−金属製保護管３−ヒート
パイプ ４−熱交換器第１図 １３−亀裂 １５−金属製保護管 １７・−水タンク １９−亀裂帯 である。 坑井 断熱管 タンク 冷却器
Claims (1)
- 単一坑井による地熱抽出において、熱抽出作業の前に、
坑井の中に高度の断熱性能を有する断熱管を挿入し、こ
の断熱管内を通して地上より低温の水を断熱管の下端ま
で送り込み、その水を坑壁と内管の間の環状の隙間を通
して地上まで環流することにより、深部の高温の地層を
急激に冷却し、これにより坑井周囲の地層中に熱応力を
発生させ、この熱応力により坑井周囲に亀裂帯を形成す
ることを特徴とする抽出熱量増大方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2207394A JPH0637827B2 (ja) | 1990-08-03 | 1990-08-03 | 単一坑井による地熱抽出方法のための抽出熱量増大方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2207394A JPH0637827B2 (ja) | 1990-08-03 | 1990-08-03 | 単一坑井による地熱抽出方法のための抽出熱量増大方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0492074A true JPH0492074A (ja) | 1992-03-25 |
| JPH0637827B2 JPH0637827B2 (ja) | 1994-05-18 |
Family
ID=16539014
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2207394A Expired - Lifetime JPH0637827B2 (ja) | 1990-08-03 | 1990-08-03 | 単一坑井による地熱抽出方法のための抽出熱量増大方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0637827B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102518416A (zh) * | 2011-12-15 | 2012-06-27 | 中国海洋石油总公司 | 一种稠油热采用水处理方法及系统 |
| CN110469312A (zh) * | 2019-09-12 | 2019-11-19 | 杰瑞能源服务有限公司 | 一种具有防冻性能的油田压裂系统 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102808603B (zh) * | 2012-09-10 | 2015-02-18 | 吉林大学 | 冷热交替高速气流破碎油页岩装置及破碎油页岩的方法 |
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1990
- 1990-08-03 JP JP2207394A patent/JPH0637827B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Publication date |
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| JPH0637827B2 (ja) | 1994-05-18 |
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