JP2636205B2 - 地下亀裂閉塞材および地下亀裂の閉塞方法 - Google Patents
地下亀裂閉塞材および地下亀裂の閉塞方法Info
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Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
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- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
- E21D9/001—Improving soil or rock, e.g. by freezing; Injections
- E21D9/002—Injection methods characterised by the chemical composition used
-
- 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
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は地熱工学分野において、
深部高温岩体からの抽熱を行う目的で地下の高温岩体に
人工的に発生させた亀裂を閉塞するために用いられる地
下亀裂閉塞材およびこの地下亀裂閉塞材を用いた地下亀
裂の閉塞方法に関する。
深部高温岩体からの抽熱を行う目的で地下の高温岩体に
人工的に発生させた亀裂を閉塞するために用いられる地
下亀裂閉塞材およびこの地下亀裂閉塞材を用いた地下亀
裂の閉塞方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、次世代の地熱エネルギー利用方法
として、深部高温岩体からの抽熱に関する開発試験が進
行中である。すなわち、地殻深部の高温岩体に人工亀裂
を発生させ、注入井から水を流入して高温水として回収
し、熱抽出を行うことが考えられている。
として、深部高温岩体からの抽熱に関する開発試験が進
行中である。すなわち、地殻深部の高温岩体に人工亀裂
を発生させ、注入井から水を流入して高温水として回収
し、熱抽出を行うことが考えられている。
【０００３】しかし、深部高温岩体に人工亀裂を発生さ
せると岩体全体に微細亀裂が発達するため、注入水の主
要な流路以外で発生した亀裂から注入水が漏出し、注入
水の回収率が低くなり、システム全体の抽熱効率が低下
するという問題がある。
せると岩体全体に微細亀裂が発達するため、注入水の主
要な流路以外で発生した亀裂から注入水が漏出し、注入
水の回収率が低くなり、システム全体の抽熱効率が低下
するという問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】以上のような背景か
ら、深部高温岩体に発生させた人工亀裂のうち不要な亀
裂を閉塞させることができる材料の開発が求められてい
る。本発明の目的は、深部高温岩体に発生させた人工亀
裂を短時間で閉塞できる地下亀裂閉塞材およびこれを用
いた地下亀裂の閉塞方法を提供することにある。
ら、深部高温岩体に発生させた人工亀裂のうち不要な亀
裂を閉塞させることができる材料の開発が求められてい
る。本発明の目的は、深部高温岩体に発生させた人工亀
裂を短時間で閉塞できる地下亀裂閉塞材およびこれを用
いた地下亀裂の閉塞方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段と作用】本発明の地下亀裂
閉塞材は、ヘクトライトの原料成分である、水ガラスと
塩化マグネシウムとの酸性沈殿物、水酸化ナトリウム、
および水酸化リチウムを含有することを特徴とするもの
である。
閉塞材は、ヘクトライトの原料成分である、水ガラスと
塩化マグネシウムとの酸性沈殿物、水酸化ナトリウム、
および水酸化リチウムを含有することを特徴とするもの
である。
【０００６】また、本発明の地下亀裂閉塞材は、ヘクト
ライトの原料成分である、水ガラスと塩化マグネシウム
との酸性沈殿物、水酸化ナトリウム、および水酸化リチ
ウムを１〜１０ｗｔ％の濃度で含有するスラリーからな
ることを特徴とするものである。
ライトの原料成分である、水ガラスと塩化マグネシウム
との酸性沈殿物、水酸化ナトリウム、および水酸化リチ
ウムを１〜１０ｗｔ％の濃度で含有するスラリーからな
ることを特徴とするものである。
【０００７】本発明の地下亀裂の閉塞方法は、地下の高
温岩体に人工的に発生させた亀裂を閉塞させるにあた
り、ヘクトライトの原料成分である、水ガラスと塩化マ
グネシウムとの酸性沈殿物、水酸化ナトリウム、および
水酸化リチウムを１〜１０ｗｔ％の濃度で含有するスラ
リーからなる地下亀裂閉塞材を注入して岩体に発生した
亀裂中に流動させ、地下の高温環境において前記スラリ
ー中の原料成分から合成されるヘクトライトをゲル化さ
せて前記亀裂を閉塞することを特徴とするものである。
温岩体に人工的に発生させた亀裂を閉塞させるにあた
り、ヘクトライトの原料成分である、水ガラスと塩化マ
グネシウムとの酸性沈殿物、水酸化ナトリウム、および
水酸化リチウムを１〜１０ｗｔ％の濃度で含有するスラ
リーからなる地下亀裂閉塞材を注入して岩体に発生した
亀裂中に流動させ、地下の高温環境において前記スラリ
ー中の原料成分から合成されるヘクトライトをゲル化さ
せて前記亀裂を閉塞することを特徴とするものである。
【０００８】以下、本発明をさらに詳細に説明する。ヘ
クトライトとは、Ｎａ0.2-0.5 （Ｍｇ2.5-2.8 Ｌｉ
0.2-0.5 ）Ｓｉ4 Ｏ10（ＯＨ）2 ・ｎＨ2 Ｏの化学組成
（理想組成はＮａ：Ｍｇ：Ｌｉ：Ｓｉ＝０．３３：２．
６７：０．３３：４）を有するスメクタイト粘土の一種
である。
クトライトとは、Ｎａ0.2-0.5 （Ｍｇ2.5-2.8 Ｌｉ
0.2-0.5 ）Ｓｉ4 Ｏ10（ＯＨ）2 ・ｎＨ2 Ｏの化学組成
（理想組成はＮａ：Ｍｇ：Ｌｉ：Ｓｉ＝０．３３：２．
６７：０．３３：４）を有するスメクタイト粘土の一種
である。
【０００９】本発明の地下亀裂閉塞材は、ヘクトライト
の原料成分を含有する粉体またはスラリーの形態で供給
されるが、使用時にはスラリーの状態で用いられる。し
たがって、粉体の形態で供給されるものは現場において
スラリーを調製する。
の原料成分を含有する粉体またはスラリーの形態で供給
されるが、使用時にはスラリーの状態で用いられる。し
たがって、粉体の形態で供給されるものは現場において
スラリーを調製する。
【００１０】本発明の地下亀裂閉塞材は、ヘクトライト
の原料成分として、水ガラスと塩化マグネシウムの酸性
沈殿物、水酸化ナトリウムおよび水酸化リチウムを、所
望の組成のヘクトライトが得られる配合割合で含有して
いる。そして、本発明の地下亀裂閉塞材は、水ガラスと
塩化マグネシウムの酸性沈殿物、水酸化ナトリウムおよ
び水酸化リチウムを１〜１０ｗｔ％の割合で含有するス
ラリーとして用いられる。
の原料成分として、水ガラスと塩化マグネシウムの酸性
沈殿物、水酸化ナトリウムおよび水酸化リチウムを、所
望の組成のヘクトライトが得られる配合割合で含有して
いる。そして、本発明の地下亀裂閉塞材は、水ガラスと
塩化マグネシウムの酸性沈殿物、水酸化ナトリウムおよ
び水酸化リチウムを１〜１０ｗｔ％の割合で含有するス
ラリーとして用いられる。
【００１１】このスラリーは比較的低温下では低粘度で
あるが、高温の水熱反応条件下では１〜３時間の反応で
ヘクトライトが結晶化して高粘度のゲル化特性が生じ
る。このゲル化は地熱エネルギーの熱抽出を行うのに好
適であると想定されている２００〜２５０℃の地下温度
範囲で顕著に起こる。したがって、ヘクトライトの原料
成分である、水ガラスと塩化マグネシウムとの酸性沈殿
物、水酸化ナトリウム、および水酸化リチウムを１〜１
０ｗｔ％の濃度で含有する地下亀裂閉塞材のスラリーを
地下に注入して岩体に発生した亀裂中に流動させ、地下
の高温環境においてスラリー中の原料成分から合成され
るヘクトライトのゲル化により、亀裂を閉塞させること
ができる。
あるが、高温の水熱反応条件下では１〜３時間の反応で
ヘクトライトが結晶化して高粘度のゲル化特性が生じ
る。このゲル化は地熱エネルギーの熱抽出を行うのに好
適であると想定されている２００〜２５０℃の地下温度
範囲で顕著に起こる。したがって、ヘクトライトの原料
成分である、水ガラスと塩化マグネシウムとの酸性沈殿
物、水酸化ナトリウム、および水酸化リチウムを１〜１
０ｗｔ％の濃度で含有する地下亀裂閉塞材のスラリーを
地下に注入して岩体に発生した亀裂中に流動させ、地下
の高温環境においてスラリー中の原料成分から合成され
るヘクトライトのゲル化により、亀裂を閉塞させること
ができる。
【００１２】これまで合成ヘクトライトのコロイド分散
系は優れたレオロジー特性を有することから、各国メー
カーにより工業製品化が進められており、例えば高深度
ボーリング用泥水として利用されつつある。しかし本発
明以外には、上述したようにヘクトライトの生成前後に
おいて粘度に大きな差が生じることを利用した技術は知
られていない。また、上記のように短時間でヘクトライ
トが生成して粘度が上昇し、ゲル化するという現象は、
他のスメクタイト粘土では見られない特徴である。
系は優れたレオロジー特性を有することから、各国メー
カーにより工業製品化が進められており、例えば高深度
ボーリング用泥水として利用されつつある。しかし本発
明以外には、上述したようにヘクトライトの生成前後に
おいて粘度に大きな差が生じることを利用した技術は知
られていない。また、上記のように短時間でヘクトライ
トが生成して粘度が上昇し、ゲル化するという現象は、
他のスメクタイト粘土では見られない特徴である。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。Ｋ．Ｔｏ
ｒｉｉ，Ｔ．Ｉｗａｓａｋｉ，ＳＹＮＴＨＥＳＩＳ Ｏ
Ｆ ＨＥＣＴＲＩＴＥ，Ｃｌａｙ Ｓｃｉｅｎｃｅ
（６），１−１６（１９８７）の方法に従って、以下の
ようにしてヘクトライトの原料スラリーを調製した。ま
ず、水ガラスとＭｇＣｌ2 水溶液とを混合することによ
り、理想的なヘクトライトのＭｇ／Ｓｉ比を有する溶液
（Ｓｉ−Ｍｇ溶液）を調製した。次に、ＮａＯＨ溶液中
で均一な沈殿（Ｓｉ−Ｍｇ沈殿）を生成させた後、この
沈殿をろ過し蒸留水で過剰のカチオンを除去した。さら
に、この沈殿を理想的なＮａ−ヘクトライト組成に対応
するＮａＯＨおよびＬｉＯＨの水溶液と混合して濃度２
％の原料スラリーを調製した。
ｒｉｉ，Ｔ．Ｉｗａｓａｋｉ，ＳＹＮＴＨＥＳＩＳ Ｏ
Ｆ ＨＥＣＴＲＩＴＥ，Ｃｌａｙ Ｓｃｉｅｎｃｅ
（６），１−１６（１９８７）の方法に従って、以下の
ようにしてヘクトライトの原料スラリーを調製した。ま
ず、水ガラスとＭｇＣｌ2 水溶液とを混合することによ
り、理想的なヘクトライトのＭｇ／Ｓｉ比を有する溶液
（Ｓｉ−Ｍｇ溶液）を調製した。次に、ＮａＯＨ溶液中
で均一な沈殿（Ｓｉ−Ｍｇ沈殿）を生成させた後、この
沈殿をろ過し蒸留水で過剰のカチオンを除去した。さら
に、この沈殿を理想的なＮａ−ヘクトライト組成に対応
するＮａＯＨおよびＬｉＯＨの水溶液と混合して濃度２
％の原料スラリーを調製した。
【００１４】こうして得られたスラリーを撹拌式オート
クレーブ中において３００℃までの温度範囲で水熱処理
した。この際、ヘクトライト生成過程における粘性挙動
を撹拌式オートクレーブのスクリュー回転軸に装着した
トルクメーターを用いて観測した。この結果を図１に示
す。なお比較のために、図１には水のみ（濃度０％）の
結果も併せて示す。
クレーブ中において３００℃までの温度範囲で水熱処理
した。この際、ヘクトライト生成過程における粘性挙動
を撹拌式オートクレーブのスクリュー回転軸に装着した
トルクメーターを用いて観測した。この結果を図１に示
す。なお比較のために、図１には水のみ（濃度０％）の
結果も併せて示す。
【００１５】図１に示されるように、濃度２％のスラリ
ーの粘性に対応するトルク値は、１５０〜２００℃にか
けて急激に上昇し約２００℃以上の温度範囲では徐々に
下降するが、約２００〜２５０℃の温度範囲ではある程
度高い値に維持されている。この結果は、水のみ（濃度
０％）の場合とは大幅に異なっている。上記の現象はヘ
クトライトの結晶化および粒径分布に関連していること
が判明している。この結果から、亀裂閉塞の好適条件は
ヘクトライト生成によって高粘性が発現する約２００℃
から２５０℃の温度条件と考えられる。このような温度
条件は、深部高温岩体からの抽熱に好適であると想定さ
れている地下温度である２００〜２５０℃の温度範囲と
一致している。
ーの粘性に対応するトルク値は、１５０〜２００℃にか
けて急激に上昇し約２００℃以上の温度範囲では徐々に
下降するが、約２００〜２５０℃の温度範囲ではある程
度高い値に維持されている。この結果は、水のみ（濃度
０％）の場合とは大幅に異なっている。上記の現象はヘ
クトライトの結晶化および粒径分布に関連していること
が判明している。この結果から、亀裂閉塞の好適条件は
ヘクトライト生成によって高粘性が発現する約２００℃
から２５０℃の温度条件と考えられる。このような温度
条件は、深部高温岩体からの抽熱に好適であると想定さ
れている地下温度である２００〜２５０℃の温度範囲と
一致している。
【００１６】次に、地下の高温岩体に発生させた亀裂の
状態をシミュレートした水熱反応装置を用いて亀裂閉塞
の模擬実験を実施した。この実験では花崗岩片を充填し
た温度勾配型の水熱反応管を用いた。この水熱反応管に
濃度２％の原料スラリーを毎分１ｍｌの流速で連続的に
注入しながら、水熱反応管の一部をヒーターで加熱し
て、水熱反応管の内部圧をモニターした。図２に水熱反
応管の到達温度を２５０℃に設定して連続的に加熱した
ときの内部圧の経時変化を示す。
状態をシミュレートした水熱反応装置を用いて亀裂閉塞
の模擬実験を実施した。この実験では花崗岩片を充填し
た温度勾配型の水熱反応管を用いた。この水熱反応管に
濃度２％の原料スラリーを毎分１ｍｌの流速で連続的に
注入しながら、水熱反応管の一部をヒーターで加熱し
て、水熱反応管の内部圧をモニターした。図２に水熱反
応管の到達温度を２５０℃に設定して連続的に加熱した
ときの内部圧の経時変化を示す。
【００１７】図２に示されるように、設定温度である２
５０℃に到達した後、内部圧は小変動を繰り返してい
る。これはヘクトライト生成に伴って花崗岩片間の空隙
部で形成される流路において部分的な閉塞が起こってい
ることによる。また、実験開始後２００分経過した時点
で内部圧が急上昇しており、生成したヘクトライトのゲ
ル化によって花崗岩片間の流路が閉塞したことが確認さ
れた。
５０℃に到達した後、内部圧は小変動を繰り返してい
る。これはヘクトライト生成に伴って花崗岩片間の空隙
部で形成される流路において部分的な閉塞が起こってい
ることによる。また、実験開始後２００分経過した時点
で内部圧が急上昇しており、生成したヘクトライトのゲ
ル化によって花崗岩片間の流路が閉塞したことが確認さ
れた。
【００１８】なお、図２と同様の完全な流路閉塞は、到
達温度を２００℃に設定した実験でも確認された。この
結果からわかるように、本発明の地下亀裂閉塞材のスラ
リーを地下の岩体に発生している亀裂中に流動させ、地
下の高温環境においてスラリー中の原料成分から合成さ
れるヘクトライトのゲル化により亀裂を閉塞することが
できる。したがって、地殻深部の高温岩体に人工亀裂を
発生させ、注入井から水を流入して高温水として回収す
る際に、注入水の回収効率を高めて抽熱効率を著しく改
善することができる。
達温度を２００℃に設定した実験でも確認された。この
結果からわかるように、本発明の地下亀裂閉塞材のスラ
リーを地下の岩体に発生している亀裂中に流動させ、地
下の高温環境においてスラリー中の原料成分から合成さ
れるヘクトライトのゲル化により亀裂を閉塞することが
できる。したがって、地殻深部の高温岩体に人工亀裂を
発生させ、注入井から水を流入して高温水として回収す
る際に、注入水の回収効率を高めて抽熱効率を著しく改
善することができる。
【００１９】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
高温でのヘクトライト合成およびゲル化を生じる地下亀
裂閉塞材の活用により地下亀裂への流動および亀裂閉塞
の制御が可能となり、深部高温岩体からの抽熱に際して
注入水の回収効率の改善による抽熱効率の改善が期待さ
れる。
高温でのヘクトライト合成およびゲル化を生じる地下亀
裂閉塞材の活用により地下亀裂への流動および亀裂閉塞
の制御が可能となり、深部高温岩体からの抽熱に際して
注入水の回収効率の改善による抽熱効率の改善が期待さ
れる。
【図１】本発明に係る地下亀裂閉塞材のスラリーを撹拌
式オートクレーブ中において３００℃までの温度範囲で
水熱処理したときの温度とトルクとの関係を示す特性
図。
式オートクレーブ中において３００℃までの温度範囲で
水熱処理したときの温度とトルクとの関係を示す特性
図。
【図２】本発明に係る地下亀裂閉塞材のスラリーについ
て水熱反応装置を用いて実施された亀裂閉塞の模擬実験
において、水熱反応管の到達温度を２５０℃に設定して
連続的に加熱したときの反応管の内部圧の経時変化を示
す特性図。
て水熱反応装置を用いて実施された亀裂閉塞の模擬実験
において、水熱反応管の到達温度を２５０℃に設定して
連続的に加熱したときの反応管の内部圧の経時変化を示
す特性図。
Claims (3)
- 【請求項１】 ヘクトライトの原料成分である、水ガラ
スと塩化マグネシウムとの酸性沈殿物、水酸化ナトリウ
ム、および水酸化リチウムを含有することを特徴とする
地下亀裂閉塞材。 - 【請求項２】 ヘクトライトの原料成分である、水ガラ
スと塩化マグネシウムとの酸性沈殿物、水酸化ナトリウ
ム、および水酸化リチウムを１〜１０ｗｔ％の濃度で含
有するスラリーからなることを特徴とする地下亀裂閉塞
材。 - 【請求項３】 地下の高温岩体に人工的に発生させた亀
裂を閉塞させるにあたり、ヘクトライトの原料成分であ
る、水ガラスと塩化マグネシウムとの酸性沈殿物、水酸
化ナトリウム、および水酸化リチウムを１〜１０ｗｔ％
の濃度で含有するスラリーからなる地下亀裂閉塞材を注
入して岩体に発生した亀裂中に流動させ、地下の高温環
境において前記スラリー中の原料成分から合成されるヘ
クトライトのゲル化で前記亀裂を閉塞させることを特徴
とする地下亀裂の閉塞方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7117210A JP2636205B2 (ja) | 1995-05-16 | 1995-05-16 | 地下亀裂閉塞材および地下亀裂の閉塞方法 |
| US08/898,927 US5788421A (en) | 1995-05-16 | 1997-07-23 | Blocking agent for rock cracks and method of blocking rock cracks |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7117210A JP2636205B2 (ja) | 1995-05-16 | 1995-05-16 | 地下亀裂閉塞材および地下亀裂の閉塞方法 |
Publications (2)
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|---|---|
| JPH08312281A JPH08312281A (ja) | 1996-11-26 |
| JP2636205B2 true JP2636205B2 (ja) | 1997-07-30 |
Family
ID=14706121
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7117210A Expired - Lifetime JP2636205B2 (ja) | 1995-05-16 | 1995-05-16 | 地下亀裂閉塞材および地下亀裂の閉塞方法 |
Country Status (2)
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|---|---|
| US (1) | US5788421A (ja) |
| JP (1) | JP2636205B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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- 1995-05-16 JP JP7117210A patent/JP2636205B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1997
- 1997-07-23 US US08/898,927 patent/US5788421A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
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|---|---|
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