JP2866378B2 - 炭酸ガス含有地熱流体用坑井の流体特性検出方法 - Google Patents
炭酸ガス含有地熱流体用坑井の流体特性検出方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、炭酸ガス含有地熱流体用坑井の流体特性検
出方法、特に坑井内および坑口の温度，圧力，坑口部に
おける蒸気と熱水の流量およびフラッシュ開始深度の検
出方法に関するものである。 また、本発明は、上記坑井内スケール付着防止法に関
するものである。 （従来の技術） 地熱発電に供される地熱流体の地熱貯留層としては、
坑井を介して蒸気が卓越して噴出する、いわゆる「蒸気
卓越型貯留層」と、熱水が卓越して噴出するいわゆる
「熱水卓越型貯留層」とがある。これらの地熱流体は、
地下深部の地熱貯留層の状態によって坑井内の流体挙動
が異なり、蒸気生産量を安定して確保するためにはこの
坑井内の流体挙動を知る必要がある。 従来、前記地熱流体の坑井内における流体挙動につい
ては、温度計，圧力計，熱水サンプラーなどの計測機器
をワイヤーで吊り下げて坑井内に垂下させて計測（物理
検層という）していた。これによって坑井内の任意の深
度における坑井内の状況を把握していたのである。この
物理検層による方法は、特定の時期および特定の坑口圧
力のときの流動しか知り得ず、例えば異なる坑口圧力に
なったとき（坑内バルブ操作による）の流量がどうなる
かまでは知り得ないという問題点があった。 これに対して、従来、上記物理検層によらないで坑井
内流体挙動および蒸気・熱水流量などのパラメータを計
算する方法（日本地熱学会誌 第５巻，第４号,P235〜2
48糸井他）が提案されているが、これはCO2を含まない
地熱貯留層についての解析方法である。 （発明が解決しようとする問題点） 上述のように、計測機器を坑井内に垂下させることに
よって圧力や温度などを計測する従来技術は、通常の発
電を行っているときは実施することができず、定期点検
などで地熱タービンが停止したときのみに行われている
が、定期点検の間隔が長いため、坑井内の状況が変化し
たときの対応が遅れるという問題点、さらにはワイヤー
が切れて計測機器を坑底に落下させる危険もあった。 これに対して、計測方法によらないで坑井内流体挙動
を求める上記方法（糸井他の）は、坑底における温度，
圧力などを計測すれば、坑井内所定深度における流体挙
動を求め得るという優れた方法であるが、炭酸ガスを含
有する地熱流体を対象とするモデルではなく、気液２相
流体への適用は困難であった。すなわち、この既知解析
方法では、CO2を考慮していない流動モデルが基になっ
ており、坑井内での圧力，温度，坑口での各流量の値な
どが実際の値と、はるかにかけ離れた値となって、実用
に適しないという問題点があった。 また、炭酸ガスを含有する地熱流体は、坑井内でフラ
ッシュして蒸気と熱水の気液二相流体となった場合、炭
酸カルシウムがフラッシュ面よりやや上方の不確定な位
置でスケールとなって坑壁面に付着し、坑井を閉塞する
おそれがあった。 従来、この坑井の閉塞を防止するために、フラッシュ
深度に応じてスケール付着防止剤を注入するための薬注
管を設置しているが、CO2含有地熱流体の場合、上述の
ように、フラッシュ開始深度が不明となるので、有効な
防止策がとれていなかった。 （問題点を解決するための手段） 本発明は上掲の問題点を解消するために、地熱貯留層
から噴出する炭酸ガス含有地熱流体の坑井内流体特性の
検出に当り、坑井内検層、ケーシングプログラムおよび
地熱流体の化学性状分析により、貯留層温度，貯留層圧
力，坑径，坑井の傾斜角度，地熱流体流入深度，炭酸ガ
ス濃度，地層の透水性を測定し、これらの測定値にもと
づき、貯留層内液単相領域，坑井内液単相領域および坑
井内フラッシュ後の気液二相流領域の各流体特性を求
め、次いで炭酸ガス含有地熱流体の坑井内および坑口部
における温度，圧力，蒸気と熱水との流量およびフラッ
シュ深度を求めることを特徴とする炭酸ガス含有地熱流
体用坑井の流体特性検出方法を提案する。 なお、本発明においては、上述した測定値に基づき、
貯留層内液単相領域，坑井内液単相領域および坑井内フ
ラッシュ後の気液二相流領域の各流体特性を、下記のス
テップにより算出することが好ましい。 （イ）貯留層内液単相領域での噴気総流量および炭酸ガ
スモル数を求める。 （ロ）前記炭酸ガスモル数に応じた炭酸ガスと水の各分
圧および全圧から坑井内液単相領域でのフラッシュ開始
深度を求める。 （ハ）また、前記噴気総流量および炭酸ガスモル数から
坑井内フラッシュ後の気液二相流領域での蒸気と熱水の
流量を求める。 また、上記本発明方法においては、（イ）〜（ハ）は
繰り返して行うことが望ましい。 なお、本発明において、上記坑井内液単相領域の流体
挙動の解析は、貯留層内温度をもとに、フラッシュ開始
における炭酸ガスと水の各分圧を求めて全圧とし、その
全圧まで圧力が低下する深度を少なくとも位置損失もし
くは位置損失と摩擦損失とから求め、 上記二相流領域の流体挙動の解析は、所定の温度にま
で低下した際の液相中の炭酸ガスと熱水のモル比と気相
中の炭酸ガスと蒸気のモル比の比率から液相中に含まれ
る炭酸ガスのモル数を求め、炭酸ガス分圧および水の分
圧を算出して全圧を求め、次いで位置損失，加速損失お
よび摩擦損失から任意の温度における深度を求める過程
を繰返すことにより、坑口状況を算出することが有効で
ある。 （作 用） 以下に、本発明方法、とくに坑井内流体特性の検出方
法について説明する。 始めに、貯留層温度（坑底における地熱流体温度）、
貯留層圧力、地層の透水性、原熱水中のCO2重量、ケー
シングプログラム（坑径、傾斜）および地熱流体流入深
度を測定する。 これらの測定項目のうち、前記ケーシングプログラム
は掘削時におけるデータをそのまま使用することができ
る。 また、透水性については、流量を変えた温度・圧力検
層により求める。 貯留層温度，熱水の流入深度については、坑井が噴気
している状態の下で坑井内に温度計，スピンナーなどを
垂下させて測定する。 圧力は静止状態（噴気していない状態）で圧力計を坑
井内に垂下させて測定する。 なお、炭酸ガスについては地上で噴気流体を採取し、
分析することによって求める。 次に、上記測定値に基づいて、坑井内の流体特性を検
出する。その検出に当たっては、地層内液単相領域，坑
井内液単相領域，坑井内フラッシュ気液二相領域につい
て、以下のような解析を行うことによって算出する。 第１図は、上記各領域についての説明図である。地熱
流体は、地下のき裂の多い地層または比較的透水性の良
い地層（以下これを「地熱貯留層」と称する）に胚たい
しており、これを地層内液単相領域１とし、ついで、地
熱貯留層から坑井内にPwの圧力をもって流入する地熱流
体が圧力Pfまで低下し、フラッシュして気液二相流体と
なるまでを坑井内液単相領域２とし、また、気液二相流
体がそのまま上昇し、圧力Poをもって噴出するまでを坑
井内気液二相領域３として定義した。 以下に、本発明の流体特性検出のために行う各領域の
解析内容について工程順に説明する。 工程１ 地層内液単相領域についての解析； この工程では、まず噴気総流量を求めると共に、フラ
ッシュ深度を得るための炭酸ガスモル数を求める。 まず、地熱貯留層内の総流量（Ｇ）は、地熱貯留層か
ら坑井内にどれ位の熱水が流入してくるかの値であり、
（１）式に各計測値を代入することによって求められ
る。 ここで、G :総重量（Kgf/sec） kh :浸透率×有効層厚（m3） re :影響圏半径（ｍ） rw :坑井半径（ｍ） Pe :貯留層圧力（kgf/m2） Pw :流入点圧力（kgf/m2） γ：流体の比重（kgf/m3） μ：流体の粘性計数（kgf・s/m2） なお、流入全圧力（Pw）は、貯留層圧力（Pe）から任
意量低下した値をあてはめて求める。 次に、熱水中の炭酸ガスのモル数を求めるが、これは
（２）式によって求める。 CO2I＝Ｇ×1000×CO2R÷44 ……（２） ここで、 CO2I:原熱水中の炭酸ガスのモル数（mole/sec） G :総流量（kgf/sec） CO2R:炭酸ガスの重量割合 工程２ 坑井内液単相領域についての解析； この工程では、上記炭酸ガスモル数をもとにフラッシ
ュ開始深度を求める。 最初に、炭酸ガスの分圧（Pco2）を（３）式により求
める。 Pco2＝Nco2×Kco2 ……（３） ここで、 Kco2はヘンリーの係数、 Nco2は液体中の炭酸ガスのモル分率 ついで、水の分圧を求める。この水の分圧は、実用国
際状態式（1967）中の温度から飽和圧力を求める（４）
式によって求める。 これらの結果からフラッシュを開始する位置の全圧
〔Ｐ（total）〕を求める。 この全圧は、下記（５）式によって求められる。 Ｐ（totol）＝Pco2＋PH20 ……（５） そして、その全圧まで圧力が低下する深度，すなわ
ち、フラッシュ開始深度は、下記の位置損失および／ま
たは摩擦損失を計算することによって求めることができ
る。 なお、液単相流体の上昇による位置損失は下記（６）
式による。 PH ＝γ・dl・cos（θ） ……（６） ここで、PH:位置損失（kgf/m2） γ：比重量（kgf/m3） dl :流路長（ｍ） θ：傾斜角（deg） また、液単相流体の上昇による摩擦損失は下記（７）
式による。 ここで、Pf :摩擦損失（kgf/m2） λ：管摩擦係数 g :重力加速度（m/s2） D :坑径（ｍ） ω：流速（m/s） γ：比重量（kgf/m3） dl :流路長（ｍ） 工程３ 坑井内フラッシュ後の気液二相流領域について
の解析； この工程では、まず始めに炭酸ガスの分配係数につい
て求める。この分配係数（Bco2）は、液相中の水と炭酸
ガスのモル比と気相中の蒸気と炭酸ガスのモル比の比率
である。 次いで、熱水と蒸気のモル数を下記（８），（９）式
によって求める。 ここで、 H2OL:熱水のモル数（mole/s） H2OV:蒸気のモル数（mole/s） G :総流量（kgf/s） CO2I:原熱水中の炭酸ガスのモル数（mole/s） x :乾き度 さらに、液相中に含まれる炭酸ガスのモル数を下記
（10）式によって求める。 ここで、 CO2L:液相中に含まれる炭酸ガスのモル数（mole/s） Bco2:分配係数 以上の計算結果をもとに、まず炭酸ガスの分圧を下記
（11）式によって求める。 次いで、水の分圧を前記（４）式と同じ方法によって
求め、引き続き全圧を求める。 次に、上記のようにして算出した全圧、工程１で算出
した坑径、坑井の傾斜角度および工程２で求めた総流量
から坑井内深度を求める。即ち、まず、気液二相流体の
上昇による位置損失を下記（12）式によって求める。 PH＝｛fg/Vg＋（１−fg）/Ve｝dl・cos（θ） ……（12） ここで;PH:位置損失（kgf/m2） fg:ボイド率 Vg:気相の比容積（m3/kgf） Ve:液相の比容積（m3/kgf） dl:流路長（ｍ） θ：傾斜角（deg） 次に、気液二相流体の上昇による加速損失を下記（1
3）式によって求める。 ここで;Pa:加速損失（kgf/m2） G :総流量（kgf/s） F :管路断面積（m2） g :重力加速度（m/s2） Vm:平均比容積（m3/kgf）（e:出口,in:入口） さらに、気液二相流体の上昇による摩擦損失を求め
る。この摩擦損失は、気泡流，スラグ流，環状流ごとに
以下のようにして求める。 気泡流の場合における摩擦損失は下記（14）式により
求める。 ここで、 Pf:気泡流の摩擦損失（kgf/m2） B,BL:係数 fg:ボイド率 γg,γL:気相，液相の比重量（kgf/m3） K :流動係数 ΔPLO:液相のみが流れた場合の摩擦損失（kgf/m2） スラグ流の場合における摩擦損失は下記（15）式によ
り求める。 ここで、 Pf :スラグ流の摩擦損失（kgf/m2） Vm :二相流の平均比容積（m3/kgf） x :乾き度 VL :液相の比容積（m3/kgf） ΔPLO:液相のみが流れた場合の摩擦損失（kgf/m2） 環状流の場合における全圧力損失は下記（16）式によ
り求める。 ここで、PT :全圧力損失（kgf/m2） PH :位置損失（kgf/m2） Pa :加速損失（kgf/m2） Pf :摩擦損失（kgf/m2） τL:管壁面上の液膜の摩擦損失（kgf/m2） D :坑径（ｍ） γm:気液二相の平均比重量（kgf/m3） dl :流路長（ｍ） θ：傾斜角（Deg） 次に、上記工程３を繰返し、あるフラッシュ開始深度
のときの坑口の状態を求める。その後、工程１〜３を繰
返し、坑口圧力とフラッシュ開始深度や蒸気流量などの
関係を求める。 なお、上述した本発明方法は、坑口圧力，坑口温度，
坑径，傾斜角度，流体流入深度，噴気流量特性，炭酸ガ
ス濃度を予め測定し、このデータを基に、まず気液二相
流領域を解析し、次いで坑井内液単相領域を解析し、最
後に、貯留層内液単相領域を解析する方法としても利用
できる。 この方法によれば、坑井内の上部（坑口）から深部
（坑底）にかけて解析をすることができるので、運転中
でも坑底の状況を解析することができる。すなわち、運
転中の坑口圧力，温度，流量特性を地上で測定し、この
データを基にして運転中でも坑井内の各種パラメータが
解析できるのである。具体的な方法は、上述した方法を
逆に計算する。 （実施例） 道南地熱エネルギー森地熱発電所の地熱生産井を第２
図に示す。なお、ケーシングプログラムも同図に示す。
また、この生産井の検層によって求めたデータを第１表
に示す。 第１表に示す値を基に坑井内の温度，圧力および炭酸
ガス割合を求め、さらにフラッシュ開始深度を求めた。
フラッシュ開始地点は1,046mで、温度，圧力は第３図に
示す曲線が得られた。比較のため坑井内温度計，圧力計
におり実測したデータを同図に示す。 第４図から、解析した値と実測した値とはほとんど変
わりがなく、本発明方法で実勢に近い正確なデータが得
られることが確認できた。 （発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、炭酸ガス含有地
熱流体の貯留層における温度，圧力，流入点深度などを
測定するだけで、この結果をもとに坑井内および坑口の
温度，圧力，蒸気，熱水各流量およびフラッシュ開始深
度が得られる。したがって、従来定検時のみに行なって
いた坑井内の温度，圧力の検層によるまでもなく、任意
の時期に地熱流体特性を検出することができる。 また、フラッシュ開始深度がわかるので、坑井内のス
ケール付着位置も推定でき、スケール防止対策に有効で
ある。
出方法、特に坑井内および坑口の温度，圧力，坑口部に
おける蒸気と熱水の流量およびフラッシュ開始深度の検
出方法に関するものである。 また、本発明は、上記坑井内スケール付着防止法に関
するものである。 （従来の技術） 地熱発電に供される地熱流体の地熱貯留層としては、
坑井を介して蒸気が卓越して噴出する、いわゆる「蒸気
卓越型貯留層」と、熱水が卓越して噴出するいわゆる
「熱水卓越型貯留層」とがある。これらの地熱流体は、
地下深部の地熱貯留層の状態によって坑井内の流体挙動
が異なり、蒸気生産量を安定して確保するためにはこの
坑井内の流体挙動を知る必要がある。 従来、前記地熱流体の坑井内における流体挙動につい
ては、温度計，圧力計，熱水サンプラーなどの計測機器
をワイヤーで吊り下げて坑井内に垂下させて計測（物理
検層という）していた。これによって坑井内の任意の深
度における坑井内の状況を把握していたのである。この
物理検層による方法は、特定の時期および特定の坑口圧
力のときの流動しか知り得ず、例えば異なる坑口圧力に
なったとき（坑内バルブ操作による）の流量がどうなる
かまでは知り得ないという問題点があった。 これに対して、従来、上記物理検層によらないで坑井
内流体挙動および蒸気・熱水流量などのパラメータを計
算する方法（日本地熱学会誌 第５巻，第４号,P235〜2
48糸井他）が提案されているが、これはCO2を含まない
地熱貯留層についての解析方法である。 （発明が解決しようとする問題点） 上述のように、計測機器を坑井内に垂下させることに
よって圧力や温度などを計測する従来技術は、通常の発
電を行っているときは実施することができず、定期点検
などで地熱タービンが停止したときのみに行われている
が、定期点検の間隔が長いため、坑井内の状況が変化し
たときの対応が遅れるという問題点、さらにはワイヤー
が切れて計測機器を坑底に落下させる危険もあった。 これに対して、計測方法によらないで坑井内流体挙動
を求める上記方法（糸井他の）は、坑底における温度，
圧力などを計測すれば、坑井内所定深度における流体挙
動を求め得るという優れた方法であるが、炭酸ガスを含
有する地熱流体を対象とするモデルではなく、気液２相
流体への適用は困難であった。すなわち、この既知解析
方法では、CO2を考慮していない流動モデルが基になっ
ており、坑井内での圧力，温度，坑口での各流量の値な
どが実際の値と、はるかにかけ離れた値となって、実用
に適しないという問題点があった。 また、炭酸ガスを含有する地熱流体は、坑井内でフラ
ッシュして蒸気と熱水の気液二相流体となった場合、炭
酸カルシウムがフラッシュ面よりやや上方の不確定な位
置でスケールとなって坑壁面に付着し、坑井を閉塞する
おそれがあった。 従来、この坑井の閉塞を防止するために、フラッシュ
深度に応じてスケール付着防止剤を注入するための薬注
管を設置しているが、CO2含有地熱流体の場合、上述の
ように、フラッシュ開始深度が不明となるので、有効な
防止策がとれていなかった。 （問題点を解決するための手段） 本発明は上掲の問題点を解消するために、地熱貯留層
から噴出する炭酸ガス含有地熱流体の坑井内流体特性の
検出に当り、坑井内検層、ケーシングプログラムおよび
地熱流体の化学性状分析により、貯留層温度，貯留層圧
力，坑径，坑井の傾斜角度，地熱流体流入深度，炭酸ガ
ス濃度，地層の透水性を測定し、これらの測定値にもと
づき、貯留層内液単相領域，坑井内液単相領域および坑
井内フラッシュ後の気液二相流領域の各流体特性を求
め、次いで炭酸ガス含有地熱流体の坑井内および坑口部
における温度，圧力，蒸気と熱水との流量およびフラッ
シュ深度を求めることを特徴とする炭酸ガス含有地熱流
体用坑井の流体特性検出方法を提案する。 なお、本発明においては、上述した測定値に基づき、
貯留層内液単相領域，坑井内液単相領域および坑井内フ
ラッシュ後の気液二相流領域の各流体特性を、下記のス
テップにより算出することが好ましい。 （イ）貯留層内液単相領域での噴気総流量および炭酸ガ
スモル数を求める。 （ロ）前記炭酸ガスモル数に応じた炭酸ガスと水の各分
圧および全圧から坑井内液単相領域でのフラッシュ開始
深度を求める。 （ハ）また、前記噴気総流量および炭酸ガスモル数から
坑井内フラッシュ後の気液二相流領域での蒸気と熱水の
流量を求める。 また、上記本発明方法においては、（イ）〜（ハ）は
繰り返して行うことが望ましい。 なお、本発明において、上記坑井内液単相領域の流体
挙動の解析は、貯留層内温度をもとに、フラッシュ開始
における炭酸ガスと水の各分圧を求めて全圧とし、その
全圧まで圧力が低下する深度を少なくとも位置損失もし
くは位置損失と摩擦損失とから求め、 上記二相流領域の流体挙動の解析は、所定の温度にま
で低下した際の液相中の炭酸ガスと熱水のモル比と気相
中の炭酸ガスと蒸気のモル比の比率から液相中に含まれ
る炭酸ガスのモル数を求め、炭酸ガス分圧および水の分
圧を算出して全圧を求め、次いで位置損失，加速損失お
よび摩擦損失から任意の温度における深度を求める過程
を繰返すことにより、坑口状況を算出することが有効で
ある。 （作 用） 以下に、本発明方法、とくに坑井内流体特性の検出方
法について説明する。 始めに、貯留層温度（坑底における地熱流体温度）、
貯留層圧力、地層の透水性、原熱水中のCO2重量、ケー
シングプログラム（坑径、傾斜）および地熱流体流入深
度を測定する。 これらの測定項目のうち、前記ケーシングプログラム
は掘削時におけるデータをそのまま使用することができ
る。 また、透水性については、流量を変えた温度・圧力検
層により求める。 貯留層温度，熱水の流入深度については、坑井が噴気
している状態の下で坑井内に温度計，スピンナーなどを
垂下させて測定する。 圧力は静止状態（噴気していない状態）で圧力計を坑
井内に垂下させて測定する。 なお、炭酸ガスについては地上で噴気流体を採取し、
分析することによって求める。 次に、上記測定値に基づいて、坑井内の流体特性を検
出する。その検出に当たっては、地層内液単相領域，坑
井内液単相領域，坑井内フラッシュ気液二相領域につい
て、以下のような解析を行うことによって算出する。 第１図は、上記各領域についての説明図である。地熱
流体は、地下のき裂の多い地層または比較的透水性の良
い地層（以下これを「地熱貯留層」と称する）に胚たい
しており、これを地層内液単相領域１とし、ついで、地
熱貯留層から坑井内にPwの圧力をもって流入する地熱流
体が圧力Pfまで低下し、フラッシュして気液二相流体と
なるまでを坑井内液単相領域２とし、また、気液二相流
体がそのまま上昇し、圧力Poをもって噴出するまでを坑
井内気液二相領域３として定義した。 以下に、本発明の流体特性検出のために行う各領域の
解析内容について工程順に説明する。 工程１ 地層内液単相領域についての解析； この工程では、まず噴気総流量を求めると共に、フラ
ッシュ深度を得るための炭酸ガスモル数を求める。 まず、地熱貯留層内の総流量（Ｇ）は、地熱貯留層か
ら坑井内にどれ位の熱水が流入してくるかの値であり、
（１）式に各計測値を代入することによって求められ
る。 ここで、G :総重量（Kgf/sec） kh :浸透率×有効層厚（m3） re :影響圏半径（ｍ） rw :坑井半径（ｍ） Pe :貯留層圧力（kgf/m2） Pw :流入点圧力（kgf/m2） γ：流体の比重（kgf/m3） μ：流体の粘性計数（kgf・s/m2） なお、流入全圧力（Pw）は、貯留層圧力（Pe）から任
意量低下した値をあてはめて求める。 次に、熱水中の炭酸ガスのモル数を求めるが、これは
（２）式によって求める。 CO2I＝Ｇ×1000×CO2R÷44 ……（２） ここで、 CO2I:原熱水中の炭酸ガスのモル数（mole/sec） G :総流量（kgf/sec） CO2R:炭酸ガスの重量割合 工程２ 坑井内液単相領域についての解析； この工程では、上記炭酸ガスモル数をもとにフラッシ
ュ開始深度を求める。 最初に、炭酸ガスの分圧（Pco2）を（３）式により求
める。 Pco2＝Nco2×Kco2 ……（３） ここで、 Kco2はヘンリーの係数、 Nco2は液体中の炭酸ガスのモル分率 ついで、水の分圧を求める。この水の分圧は、実用国
際状態式（1967）中の温度から飽和圧力を求める（４）
式によって求める。 これらの結果からフラッシュを開始する位置の全圧
〔Ｐ（total）〕を求める。 この全圧は、下記（５）式によって求められる。 Ｐ（totol）＝Pco2＋PH20 ……（５） そして、その全圧まで圧力が低下する深度，すなわ
ち、フラッシュ開始深度は、下記の位置損失および／ま
たは摩擦損失を計算することによって求めることができ
る。 なお、液単相流体の上昇による位置損失は下記（６）
式による。 PH ＝γ・dl・cos（θ） ……（６） ここで、PH:位置損失（kgf/m2） γ：比重量（kgf/m3） dl :流路長（ｍ） θ：傾斜角（deg） また、液単相流体の上昇による摩擦損失は下記（７）
式による。 ここで、Pf :摩擦損失（kgf/m2） λ：管摩擦係数 g :重力加速度（m/s2） D :坑径（ｍ） ω：流速（m/s） γ：比重量（kgf/m3） dl :流路長（ｍ） 工程３ 坑井内フラッシュ後の気液二相流領域について
の解析； この工程では、まず始めに炭酸ガスの分配係数につい
て求める。この分配係数（Bco2）は、液相中の水と炭酸
ガスのモル比と気相中の蒸気と炭酸ガスのモル比の比率
である。 次いで、熱水と蒸気のモル数を下記（８），（９）式
によって求める。 ここで、 H2OL:熱水のモル数（mole/s） H2OV:蒸気のモル数（mole/s） G :総流量（kgf/s） CO2I:原熱水中の炭酸ガスのモル数（mole/s） x :乾き度 さらに、液相中に含まれる炭酸ガスのモル数を下記
（10）式によって求める。 ここで、 CO2L:液相中に含まれる炭酸ガスのモル数（mole/s） Bco2:分配係数 以上の計算結果をもとに、まず炭酸ガスの分圧を下記
（11）式によって求める。 次いで、水の分圧を前記（４）式と同じ方法によって
求め、引き続き全圧を求める。 次に、上記のようにして算出した全圧、工程１で算出
した坑径、坑井の傾斜角度および工程２で求めた総流量
から坑井内深度を求める。即ち、まず、気液二相流体の
上昇による位置損失を下記（12）式によって求める。 PH＝｛fg/Vg＋（１−fg）/Ve｝dl・cos（θ） ……（12） ここで;PH:位置損失（kgf/m2） fg:ボイド率 Vg:気相の比容積（m3/kgf） Ve:液相の比容積（m3/kgf） dl:流路長（ｍ） θ：傾斜角（deg） 次に、気液二相流体の上昇による加速損失を下記（1
3）式によって求める。 ここで;Pa:加速損失（kgf/m2） G :総流量（kgf/s） F :管路断面積（m2） g :重力加速度（m/s2） Vm:平均比容積（m3/kgf）（e:出口,in:入口） さらに、気液二相流体の上昇による摩擦損失を求め
る。この摩擦損失は、気泡流，スラグ流，環状流ごとに
以下のようにして求める。 気泡流の場合における摩擦損失は下記（14）式により
求める。 ここで、 Pf:気泡流の摩擦損失（kgf/m2） B,BL:係数 fg:ボイド率 γg,γL:気相，液相の比重量（kgf/m3） K :流動係数 ΔPLO:液相のみが流れた場合の摩擦損失（kgf/m2） スラグ流の場合における摩擦損失は下記（15）式によ
り求める。 ここで、 Pf :スラグ流の摩擦損失（kgf/m2） Vm :二相流の平均比容積（m3/kgf） x :乾き度 VL :液相の比容積（m3/kgf） ΔPLO:液相のみが流れた場合の摩擦損失（kgf/m2） 環状流の場合における全圧力損失は下記（16）式によ
り求める。 ここで、PT :全圧力損失（kgf/m2） PH :位置損失（kgf/m2） Pa :加速損失（kgf/m2） Pf :摩擦損失（kgf/m2） τL:管壁面上の液膜の摩擦損失（kgf/m2） D :坑径（ｍ） γm:気液二相の平均比重量（kgf/m3） dl :流路長（ｍ） θ：傾斜角（Deg） 次に、上記工程３を繰返し、あるフラッシュ開始深度
のときの坑口の状態を求める。その後、工程１〜３を繰
返し、坑口圧力とフラッシュ開始深度や蒸気流量などの
関係を求める。 なお、上述した本発明方法は、坑口圧力，坑口温度，
坑径，傾斜角度，流体流入深度，噴気流量特性，炭酸ガ
ス濃度を予め測定し、このデータを基に、まず気液二相
流領域を解析し、次いで坑井内液単相領域を解析し、最
後に、貯留層内液単相領域を解析する方法としても利用
できる。 この方法によれば、坑井内の上部（坑口）から深部
（坑底）にかけて解析をすることができるので、運転中
でも坑底の状況を解析することができる。すなわち、運
転中の坑口圧力，温度，流量特性を地上で測定し、この
データを基にして運転中でも坑井内の各種パラメータが
解析できるのである。具体的な方法は、上述した方法を
逆に計算する。 （実施例） 道南地熱エネルギー森地熱発電所の地熱生産井を第２
図に示す。なお、ケーシングプログラムも同図に示す。
また、この生産井の検層によって求めたデータを第１表
に示す。 第１表に示す値を基に坑井内の温度，圧力および炭酸
ガス割合を求め、さらにフラッシュ開始深度を求めた。
フラッシュ開始地点は1,046mで、温度，圧力は第３図に
示す曲線が得られた。比較のため坑井内温度計，圧力計
におり実測したデータを同図に示す。 第４図から、解析した値と実測した値とはほとんど変
わりがなく、本発明方法で実勢に近い正確なデータが得
られることが確認できた。 （発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、炭酸ガス含有地
熱流体の貯留層における温度，圧力，流入点深度などを
測定するだけで、この結果をもとに坑井内および坑口の
温度，圧力，蒸気，熱水各流量およびフラッシュ開始深
度が得られる。したがって、従来定検時のみに行なって
いた坑井内の温度，圧力の検層によるまでもなく、任意
の時期に地熱流体特性を検出することができる。 また、フラッシュ開始深度がわかるので、坑井内のス
ケール付着位置も推定でき、スケール防止対策に有効で
ある。
【図面の簡単な説明】
第１図は、貯留層と坑井内のもようを説明する線図であ
る。 第２図は、ケーシングプログラムを説明する断面図であ
る。 第３図は、本発明実施例における坑内圧力と坑内温度と
検層値との比較グラフである。
る。 第２図は、ケーシングプログラムを説明する断面図であ
る。 第３図は、本発明実施例における坑内圧力と坑内温度と
検層値との比較グラフである。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．地熱貯留層から噴出する炭酸ガス含有地熱流体の坑
井内流体特性の検出に当り、 坑井内検層、ケーシングプログラムおよび地熱流体の化
学性状分析により、貯留層温度，貯留層圧力，坑径，坑
井の傾斜角度，地熱流体流入深度，炭酸ガス濃度，地層
の透水性を測定し、これらの測定値にもとづき、貯留層
内液単相領域、坑井内液単相領域および坑井内フラッシ
ュ後の気液二相流領域の各流体特性を算出し、次いでそ
れらの算出結果にもとづき炭酸ガス含有地熱流体の坑井
内および坑口部における温度，圧力、蒸気と熱水との流
量およびフラッシュ深度を求めて坑井内流体特性の判定
を行うことを特徴とする炭酸ガス含有地熱流体用坑井の
流体特性検出方法。 ２．貯留層内液単相領域，坑井内液単相領域および坑井
内フラッシュ後の気液二相流領域の各流体特性を算出
は、下記のステップにより算出することを特徴とする特
許請求の範囲第１項に記載の流体特性検出方法。 （イ）貯留層内液単相領域での噴気総流量および炭酸ガ
スモル数を求める。 （ロ）前記炭酸ガスモル数に応じた炭酸ガスと水の各分
圧および全圧から坑井内液単相領域でのフラッシュ開始
深度を求める。 （ハ）また、前記噴気総流量および炭酸ガスモル数から
坑井内フラッシュ後の気液二相流領域での蒸気と熱水の
流量を求める。 ３．上記（イ）〜（ハ）を繰り返して行うことを特徴と
する特許請求の範囲第２項に記載の流体特性検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24994087A JP2866378B2 (ja) | 1987-10-05 | 1987-10-05 | 炭酸ガス含有地熱流体用坑井の流体特性検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24994087A JP2866378B2 (ja) | 1987-10-05 | 1987-10-05 | 炭酸ガス含有地熱流体用坑井の流体特性検出方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0194191A JPH0194191A (ja) | 1989-04-12 |
| JP2866378B2 true JP2866378B2 (ja) | 1999-03-08 |
Family
ID=17200434
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24994087A Expired - Fee Related JP2866378B2 (ja) | 1987-10-05 | 1987-10-05 | 炭酸ガス含有地熱流体用坑井の流体特性検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2866378B2 (ja) |
-
1987
- 1987-10-05 JP JP24994087A patent/JP2866378B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0194191A (ja) | 1989-04-12 |
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