JP5828051B1

JP5828051B1 - 地熱井から蒸気を回収する多重管とシステム

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Publication number: JP5828051B1
Application number: JP2015031042A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　彰浩; 彰浩伊藤; 隆一影山
Original assignee: Nippon Steel Engineering Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Engineering Co Ltd
Priority date: 2015-02-19
Filing date: 2015-02-19
Publication date: 2015-12-02
Anticipated expiration: 2035-02-19
Also published as: JP2016151169A

Abstract

【課題】二重管が長尺の場合で、かつ内管の強度が低下する高温雰囲気下においても内管を外管に対して安定的に支持させることのできる、地熱井から蒸気を回収する多重管とシステムを提供すること。【解決手段】地熱井ＧＴから蒸気を回収する多重管１０であり、外側のケーシング管１と、ケーシング管１内で相対的にスライド自在でかつケーシング管１の内面との間に第１の隙間５を有する二重管４であって、耐酸性の外管２と耐アルカリ性の内管３から構成され、外管２と内管３の間に第２の隙間６を有する二重管と、を備え、二重管４は、その長手方向Ｌに間隔を置いて複数の固定箇所８にて内管３が外管２に対して固定されており、それぞれの固定箇所８では内管３の全周ではなくてその一部が外管２に固定され、第２の隙間６が二重管４の長手方向に流体連通するのを保証している。【選択図】図１

Description

本発明は、酸性地熱井にアルカリ薬液を注入することによって地熱井に貯留された酸性熱水を中和する二重管と、中和された熱水を地上に噴出させることによってフラッシュした蒸気を回収するケーシング管と、からなる多重管と、この多重管を具備するシステムに関するものである。

温度がたとえば200〜300℃程度、pHが2程度の高温強酸性雰囲気を有する強酸性の地熱流体を噴出する地熱井において、たとえば20〜50質量%の高濃度でpH14に及ぶアルカリ薬液を注入して酸性熱水を中和しながら蒸気を生産する方法では、ケーシング管内に耐酸性能と耐アルカリ性能をともに有する単管を挿入し、アルカリ薬液を注入する方法が一般的である。この単管には、たとえば高温強酸性の環境にも耐え得るTi系素材の単管の内面に耐高温アルカリ素材であるフッ素樹脂が塗装等で被覆された被覆管（中和管）が使用できる。

このように、従来一般の蒸気回収方法においては、耐酸性の単管の内面に耐アルカリ性の被膜が形成された中和管を使用することから様々な課題を有している。すなわち、たとえば直径50mm以下の比較的細く、長尺（800〜3000m）な鋼管に所望の厚みと強度でピンホールなく被覆する技術が確立されていないこと、被覆を透過して界面に溜まった水分で被膜が膨れて中和管の中空を閉塞すること、中和管の一部が損傷した場合も中和管全体を取り換えなければならないこと、といった課題である。

このような従来の蒸気回収方法の有する様々な課題を全て解消できる技術が特許文献１に開示されている。具体的には、地熱井からの蒸気の回収に多重管を適用するものであり、この多重管は、外側のケーシング管と、ケーシング管内において該ケーシング管に対して相対的にスライド自在で、かつケーシング管の内面との間に第１の隙間を有する二重管であって、耐酸性の外管と耐アルカリ性の内管から構成され、外管と内管の間に第２の隙間を有する二重管と、を備えている。ここで、内管の内部を介してアルカリ薬液を酸性地熱井に貯留される酸性熱水に注入することによって該酸性熱水を中和し、第１の隙間を介して中和された熱水を地上に噴出させることによってフラッシュした蒸気を回収するものである。

特許文献１で開示される多重管を適用することにより、この多重管が、外側のケーシング管と、耐酸性の外管および耐アルカリ性の内管から構成された二重管とから構成されていることから、内管の中空が確保されてアルカリ薬液の継続的な提供が保証でき、内管と外管双方の耐性を十分に発揮させることができる。

ところで、この多重管を構成する二重管は、既述するように800〜3000mと長尺となり得ることに加えて、特に二重管を構成する内管は200℃以上の高温雰囲気下では常温雰囲気下に比してその強度が低下することから、内管が自重を支持できないといった新たな課題が懸念される。

また、高温雰囲気下において長尺の内管が外管に対して相対的に大きく熱伸びした際に、この熱伸び量だけ外管の先端から内管の先端が下方へ突出し、地熱流体中の不純物（砂や小石など）によって摩耗損傷し、二重管が中和管としての機能を果たせなくなるといった課題も懸念される。

この熱伸びに関してさらに言及すると、高温雰囲気下におけるフッ素樹脂素材の内管においては、その線膨張係数をα(/℃)で16×10^-5(/℃)、その温度変化量(℃)をΔTで200(℃)、内管の全長を1000mとした際に、熱歪みε＝α×ΔT＝16×10^-5×200＝0.032となり、熱伸び量は1000×0.032＝32mにも及ぶことになる。

特許第５１７３０５７号公報

本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、耐酸性の外管と耐アルカリ性の内管から構成され二重管を備えた地熱井から蒸気を回収する多重管に関し、二重管が長尺でかつ高温雰囲気下において、内管が自重を支持できないといった課題や、外管に比して大きく熱伸びした内管の先端が外管から大きく突出し、地熱流体中の不純物によって摩耗損傷するといった課題を効果的に解消することのできる、地熱井から蒸気を回収する多重管とシステムを提供することを目的としている。

前記目的を達成すべく、本発明による地熱井から蒸気を回収する多重管は、地熱井から蒸気を回収する多重管であって、外側のケーシング管と、ケーシング管内において該ケーシング管に対して相対的にスライド自在で、かつケーシング管の内面との間に第１の隙間を有する二重管であって、耐酸性の外管と耐アルカリ性の内管から構成され、外管と内管の間に第２の隙間を有する二重管と、を備え、内管の内部を介してアルカリ薬液を酸性地熱井に貯留される酸性熱水に注入することによって該酸性熱水を中和し、第１の隙間を介して中和された熱水を地上に噴出させることによってフラッシュした蒸気を回収するものであり、二重管は、その長手方向に間隔を置いて複数の固定箇所にて内管が外管に対して固定されており、それぞれの固定箇所では内管の全周ではなくてその一部が外管に固定され、前記第２の隙間が二重管の長手方向に流体連通するのを保証しているものである。

本発明の多重管は、二重管を構成する内管を外管に対して固定することによって二重管が長尺の場合で、かつ内管の強度が低下する高温雰囲気下においても内管を外管に対して安定的に支持させることができるものである。

この内管の固定方法に関し、本発明の多重管では、内管の全周ではなくてその一部を外管に固定する構成を適用することにより、外管と内管の間に形成される第２の隙間が二重管の長手方向に流体連通するのを保証していることも重要な特徴構成である。二重管を構成する耐アルカリ性の内管の外面と、耐酸性の外管の内面の間に第２の隙間を設けることにより、内管の挿入をより容易なものとするとともに、内管を介して提供するアルカリ薬液中の水分が内管を浸透して第２の隙間に液溜まりし、徐々に大きくなった場合であっても、従来技術の被膜と比較して内管は十分な強度を有すること、および液溜まりの逃げ道が十分に確保されていることから内管の損傷や内管の流路閉塞は生じ難い。この液溜まりの逃げ道を二重管の長手方向に確保するべく、固定箇所では、内管の全周ではなくてその一部を外管に固定するようにしている。

ここで、二重管を構成する外管は耐酸性の管であり、その内側にある内管は耐アルカリ性の管である。たとえば、外管および内管の実施の形態として、外管の素材がニッケルもしくはチタンを主成分とする合金であり、内管の素材がフッ素系樹脂である形態を挙げることができる。

耐酸性の外管の内側に耐アルカリ性の内管を配設してなる二重管を適用することにより、直径50mm以下の比較的細く、800〜3000mにも及ぶ長尺の耐酸性の管の内側に、所望厚の耐アルカリ素材による保護層（管）を設けることができ、十分な強度と耐久性を備えた二重管となる。

外管に対する内管の固定箇所は、二重管の長手方向に間隔を置いて複数設けられる。たとえば、二重管の長さが800m以上に及ぶ場合に、約50〜100m間隔で固定箇所を設けることができる。このように、二重管をその長手方向の複数箇所で外管に固定することにより、高温雰囲気下で内管が熱伸びした場合でも、二つの固定箇所の間の内管の熱伸びはこの二つの固定箇所のスパン間で吸収され、内管の全長に対する熱伸び量の全部が外管から突出し、地熱流体中の不純物によって摩耗損傷するといった課題も効果的に解消される。

ここで、「内管の全周ではなくてその一部が外管に固定される固定箇所」の形態としては、外管の内側にその周方向に間隔を置いて複数の突起を設けておき（たとえば90度間隔で4箇所）、この複数の突起の先端を内管に接触させて内管を固定する形態や、逆に内管の外側に複数の突起を設けておき、この複数の突起を外管の内側に接触させて内管を固定する形態、さらには、内管に対して外管が加締められてなる加締め部を介して内管を外管に固定する形態などがある。

中でも、加締め部を介して内管を外管に固定する固定方法を適用することは、内管と外管の間の摩擦力にて外管に対する内管の十分な把持力が得られること、二重管の製作において、外管に内管を挿入した後に所定間隔ごとに加締めをおこなうことで効率的に内管が外管に固定された二重管を製作できること、などから好ましい固定方法と言える。

この固定箇所の加締め部に関しては、さらに以下の形態がある。

第一の形態は、一箇所の固定箇所において一つの加締め部を設ける形態であり、第二の形態は、一箇所の固定箇所において二つ以上の加締め部を二重管の長手方向に若干ずらした位置に設ける形態である。ここで、「一つの加締め部」とは、外管を一対の治具で把持した状態で加締めた際に、一対の治具の先端で外管とその内側の内管が加締めにて変形し、治具先端形状の一対の加締め箇所にて「一つの加締め部」が形成される。したがって、二つ以上の加締め部を具備する形態とは、一対の加締め箇所からなる一つの加締め部が若干離れた位置（たとえば10〜30mm程度の離れ）に二つもしくは三つ存在する形態となる。

一つの加締め部よりも、間隔を置いて二つ以上の加締め部を設ける方が内管の把持効果が高くなる。

また、本発明による地熱井から蒸気を回収する多重管の好ましい実施の形態は、二重管において内管の先端が外管の先端から突出しているものである。

外管の先端から内管が突出していない形態の二重管の場合には、二重管の先端を酸性熱水に浸した状態で内管からアルカリ薬液を放出した際に、外管の先端領域が放出されたアルカリ薬液やこの薬液によって形成されたアルカリ雰囲気に曝され易くなり、外管の腐食を避けるのが難しい。そこで、内管の先端を外管の先端から突出させた構成とすることにより、地熱井に内管から注入されたアルカリ薬液に外管の先端領域が曝されないようにすることができ、アルカリ薬液による外管の腐食を効果的に解消することができる。なお、内管の先端の突出長が大き過ぎると、既述するように内管の先端が地熱流体中の不純物によって摩耗損傷し得る。一般に、強酸性の地熱井を構成する地熱流体の比重は、各種イオンやガスによって変化するものの常温で1.0程度（100℃で0.968、200℃で0.85程度）であるのに対して、水酸化ナトリウム等からなるアルカリ薬液の比重は薬液含有率50質量%で常温1.525であり、アルカリ薬液の比重が相対的に高い。したがって、外管の先端に比して内管の先端がわずかでも突出していれば内管から注出されたアルカリ薬液は下方に沈みながら広がっていくため、外管の先端領域がアルカリ雰囲気に曝される可能性は極めて低くなる。このようなことから、外管から内管の先端が突出している場合において、その突出長は数十mm程度かそれ以下に設定されるのが好ましい。

内管から注入された苛性ソーダ等のアルカリ薬液によって酸性地熱井に貯留される酸性熱水が中和され、中和された熱水がケーシング管と二重管の間の第１の隙間を介して上昇し、地上に噴出されることによってフラッシュした蒸気が回収されることになる。

本実施の形態の多重管によれば、地熱井に対するいわゆる中和管に二重管を適用したこと、二重管を構成する耐酸性の外管に比して耐アルカリ性の内管を突出させた構成を適用したことにより、内管の中空が確保されてアルカリ薬液の継続的な提供が保証でき、内管と外管双方の耐性（一方は耐アルカリ性、他方は耐酸性）を十分に発揮させながら、アルカリ薬液による外管の劣化を解消することができる。

また、本発明は地熱井から蒸気を回収するシステムにも及ぶものであり、このシステムは、前記多重管と、二重管において外管の先端から内管の先端が突出した状態を保持しながら、該二重管を地熱井に送り出す送り出し装置と、からなるものである。

本発明のシステムでは、外管の先端から内管の先端が突出した状態を保持しながら、送り出し装置にて二重管をケーシング管内に送り出すものである。

ここで、送り出し装置は特に限定されるものではないが、たとえば二重管を巻装したドラムと、ドラムを回転駆動するモータ等のアクチュエータから構成することができる。

本発明者等の知見によれば、耐酸性の外管の腐食（劣化）が内管に比して先行して生じるのが一般的であることから、当初の二重管の送り出しの際に外管から内管を突出させた姿勢で地熱井に二重管を送り出して所定深度に保持しておけば、供用過程で内管に比して外管が先行して劣化することから内管と外管を相対的にスライド等することなく、内管の突出姿勢を常に維持することができる。

また、内管もしくは外管が劣化した際には、二重管を地上に引き上げるのではなくて、送り出し装置によって二重管を地中に送り出すことにより、所望深度において常に劣化のない健全な二重管を配設しておくことができる。

さらに、二重管が劣化した際に地上に引き上げてメンテナンスをおこない、再度地中へ挿入する必要がないことから、メンテナンスに要する費用は格段に廉価となる。

以上の説明から理解できるように、本発明の地熱井から蒸気を回収する多重管とこの多重管を備えたシステムによれば、多重管の構成要素である二重管を構成する内管が外管に対してその長手方向に間隔を置いて複数の固定箇所にて固定されることにより、二重管が長尺の場合で、かつ内管の強度が低下する高温雰囲気下においても内管を外管に対して安定的に支持させることができる。また、高温雰囲気下で外管に比して内管が相対的に大きく熱伸びした場合でも、二つの固定箇所の間の内管の熱伸びは二つの固定箇所のスパン間で吸収されることから、内管の全長に対する熱伸び量の全部が外管から突出し、地熱流体中の不純物によって摩耗損傷するといった課題も効果的に解消される。さらに、内管がその全周ではなくてその一部を外管に固定する構成を適用することにより、アルカリ薬液中の水分が内管を浸透して第２の隙間に液溜まりし、徐々に大きくなった場合であっても、この液溜まりの逃げ道を十分に確保することができ、内管の損傷や内管の流路閉塞は生じ難い。

本発明の多重管の実施の形態１と、この多重管を備えたシステムの実施の形態１を説明した模式図である。図１のII部を拡大した側面図である。図２のIII−III矢視図である。本発明の多重管の実施の形態２と、この多重管を備えたシステムの実施の形態２を説明した模式図である。押圧面が平坦な押圧治具にて加締め部を形成している状況を示した写真図である。押圧面が湾曲している押圧治具を示した写真図である。（ａ）は押圧面が平坦な押圧治具を使用し、加締めの際の載荷荷重が3920Nの条件下で製作された加締め部の加締め数が1の試験体を示した写真図であり、（ｂ）は押圧面が湾曲している押圧治具を使用し、加締めの際の載荷荷重が2940Nの条件下で製作された加締め部の加締め数が1の試験体を示した写真図であり、（ｃ）は押圧面が平坦な押圧治具を使用し、加締めの際の載荷荷重が3920Nの条件下で製作された加締め部の加締め数が2で加締めピッチが35mmの試験体を示した写真図であり、（ｄ）は押圧面が平坦な押圧治具を使用し、加締めの際の載荷荷重が3920Nの条件下で加締め部が製作された試験体の加締め部断面を示した写真図である。引張試験機にて二重管の常温引抜き試験を実施している状況を説明した写真図である。常温引抜き試験の際の二重管のチャック状況を説明した写真図である。引抜き試験の際の二重管の仕様および断面寸法を説明した図である。高温引抜き試験で使用する恒温槽を示した写真図である。恒温槽内で高温引抜き試験を実施している状況を説明した写真図である。高温引抜き試験において、一定値以上の荷重で加締め部のグリップが効かずに内管が引き抜かれている状況を説明した写真図である。

以下、図面を参照して本発明の地熱井から蒸気を回収する多重管とこの多重管を備えたシステムの実施の形態を説明する。

（多重管とシステムの実施の形態１）
図１は本発明の多重管と、多重管を備えたシステムの実施の形態１を説明した模式図であり、図２は図１のII部を拡大した側面図であり、図３は図２のIII−III矢視図である。

図示するシステム１００は、地盤Ｇの地下800m程度以深にある強酸性の地熱井ＧＴまで延設している多重管１０（多重管１０の長手方向Ｌ）と、多重管１０を構成する二重管４を巻装して適宜これを送り出す送り出し装置２０から大略構成されている。多重管１０の地上部分にはマスターバルブ９ａが設けられ、マスターバルブ９ａの上方は二股に分かれ、一方はバルブを介して気液分離へ向かう管路９ｂが通じ（回収蒸気の流れＸ４）、他方は頂上バルブ９ｃを介して二重管４が上方に延びた構成を有している。この頂上バルブ９ｃから上方へ出た二重管４は２つの滑車９ｄを介して送り出し装置２０に通じている。

多重管１０は、鋼管等から構成された外側のケーシング管１と、ケーシング管１内においてケーシング管１に対して相対的にスライド自在で、かつケーシング管１の内面との間に第１の隙間５を有する二重管４から構成されている。

二重管４は、耐酸性の外管２と耐アルカリ性の内管３から構成され、外管２と内管３の間に第２の隙間６が画成されている。たとえば、外管２の内径が50mm以下でたとえば7mm程度、内管３の外径が6mm程度で厚みが0.2mm以上の内外管を使用することで、内管３をアルカリ薬液中の水分が浸透してもこの十分な逃げ道を確保できる隙間が保証される。なお、「耐酸性」、「耐アルカリ性」に関して言及すると、地熱井の温度である200〜300℃程度の高温雰囲気下での耐酸性、耐アルカリ性を有していることが重要である。

耐酸性の外管２の素材としては、Ni合金の中でも耐熱性に優れたインコロイ825、インコネル625の他、チタンやその合金、ステンレス、ジルコニウム、タンタルなどを挙げることができる。

一方、耐アルカリ性の内管３の素材としては、パーフルオロアルコキシ(PFA)、パーフルオロエチレンプロピレン(FEP)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などのフッ素樹脂、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリイミド（PI）などの熱可塑性樹脂や、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂などを挙げることができる。

二重管４は、その長手方向に間隔t1を置いて複数の固定箇所８にて内管３が外管２に対して固定されており、それぞれの固定箇所８では、内管３の全周ではなくてその一部が外管２に固定されている。図示する固定箇所８の間隔t1は、たとえば二重管４が800m以上にも及ぶ場合は、約50〜100m程度の間隔に設定される。

より具体的には、図１の固定箇所（II部）を拡大した図２の側面図、図２のIII−III矢視図で示すように、一つの固定箇所８は、一対の加締め部８ａが長手方向Ｌに間隔t2を置いて二箇所形成されてその全体が構成されている。

そして、各一対の加締め部８ａにて内管３が外管２で固定されていることから、図３で示すように、内管３はその全周ではなくてその一部が外管２に固定されることになり、このことによって第２の隙間６が二重管４の長手方向Ｌに流体連通するのを保証している。

なお、図示を省略するが、固定箇所８における加締め部の形態は図示例に限定されるものでなく、一対の加締め部８ａのみから固定箇所が形成されている形態や、三つ以上の一対の加締め部８ａが所定間隔で配設されて固定箇所が形成されている形態などであってもよい。尤も、以下の引抜き試験結果で説明するように、複数の加締め部８ａから固定箇所が形成されているのが、高温条件下においても100m程度の内管３の自重相当の引抜き力が得られることから好ましい。

送り出し装置２０は、二重管４を巻装したドラムと、ドラムを回転駆動するモータ等のアクチュエータから構成されており、アクチュエータの駆動によって巻装された二重管４がケーシング管１内を下方へ送り出され、二重管４の先端がケーシング管１の先端内、もしくは先端から突出した位置（図示例）まで送り出される。

ケーシング管１内に二重管４を所定深度まで送り出した状態で、ケーシング管１と二重管４の間には発生蒸気を地上へ流通させる第１の隙間５が形成される。

そして、二重管４の送り出しに当たっては、外管２の先端２ａと内管３の先端３ａを面一に保持した状態で二重管４の送り出しがおこなわれ、二重管４の先端が地熱井ＧＴの所定深度位置に配設される。

不図示のアルカリ薬液注入タンクより、内管３の中空７を介してアルカリ薬液を酸性地熱井ＧＴに貯留される酸性熱水に注入し（Ｘ１方向）、地熱井ＧＴに中和領域ＮＥを形成する。なお、このアルカリ薬液を酸性熱水へ注入する際には、二重管４の先端は酸性熱水中に位置決めされる。

そして、この中和領域ＮＥから中和された熱水Ｖをケーシング管１と二重管４の間の第１の隙間５を介して上昇させ（Ｘ２方向）、地上に噴出させることによって熱水がフラッシュしてなる蒸気を回収する。なお、フラッシュポイントとなる液面は第１の隙間５の途中位置に存在する。

供用中に二重管４を構成する外管２と内管３のいずれか一方もしくは双方が劣化した際には、二重管４を引き上げてメンテナンスする代わりに、送り出し装置２０にて二重管４をさらに地中へ送り出すことにより、所定深度において健全な二重管４の先端を位置決めする。

このように、二重管４が劣化した際に地上に引き上げてメンテナンスをおこない、再度地中へ戻す必要がないことから、このように手間とコストのかかるメンテナンスそのものを不要にすることができる。

また、二重管４を構成する内管３を外管２に対して複数の固定箇所８にて固定することにより、二重管４が800m以上の長尺な場合であって、かつ内管３の強度が低下する200℃程度の高温雰囲気下においても、内管３を外管２に対して安定的に支持させることができる。

また、図３で示すように、内管３はその全周ではなくてその一部が外管２に固定され、このことによって第２の隙間６が二重管４の長手方向Ｌに流体連通するのを保証している。したがって、内管３を介して提供するアルカリ薬液中の水分が内管３を浸透して第２の隙間６に液溜まりし、徐々に大きくなった場合であっても、液溜まりの逃げ道が十分に確保されていることから内管３の損傷や内管３の流路閉塞は生じ難い。

さらに、二重管４を複数の固定箇所８にて外管２に固定することにより、高温雰囲気下で内管３が熱伸びした場合でも、二つの固定箇所８，８の間の内管３の熱伸びはこの二つの固定箇所８，８のスパン（間隔t1）間で吸収され、内管３の全長に対する熱伸び量の全部が外管２から突出し、地熱流体中の不純物によって摩耗損傷するといった課題も生じ得ない。

（多重管とシステムの実施の形態２）
図４は本発明の多重管と、多重管を備えたシステムの実施の形態２を説明した模式図である。同図で示すシステム１００Ａと実施の形態１にかかるシステム１００の違いは、システム１００Ａが具備する多重管１０Ａを構成する二重管４Ａにおいて、外管２の先端２ａから内管３Ａの先端３ａが所定長t3だけ突出していることである。

この二重管４Ａの送り出しに当たっては、外管２の先端２ａから内管３Ａの先端３ａが所定長t3だけ突出した姿勢を保持した状態で二重管４Ａの送り出しがおこなわれ、二重管４Ａの先端が所定深度位置に送り出された図示例の状態において、外管２から内管３Ａが突出した状態で二重管４Ａの先端が地熱井ＧＴ内に配設される。

強酸性の地熱井を構成する地熱流体の比重は、各種イオンやガスによって変化するものの常温で1.0程度（100℃で0.968、200℃で0.85程度）であるのに対して、水酸化ナトリウム等からなるアルカリ薬液の比重は薬液含有率50質量%で常温1.525であり、アルカリ薬液の比重が相対的に高い。したがって、外管２の先端２ａに比して内管３Ａの先端３ａがわずかでも突出していれば内管３Ａから注出されたアルカリ薬液は下方に沈みながら広がっていくため、外管２の先端領域がアルカリ雰囲気に曝される可能性は極めて低くなる。そのため、アルカリ薬液による外管２の腐食を効果的に解消することができる。

尤も、地盤性状や地熱流体の流れの態様の多様性を勘案して、突出長t3を20mm以上に設定しておくのが好ましく、50mm程度に設定しておくのが望ましい。また、突出長が長すぎると、既述するように地熱流体中の不純物によって内管３の突出部が摩耗損傷することから好ましくない。

また、供用中に二重管４Ａを構成する外管２と内管３Ａのいずれか一方もしくは双方が劣化した際には、二重管４Ａを引き上げてメンテナンスする代わりに、送り出し装置２０にて二重管４Ａをさらに地中へ送り出すことにより、所定深度において健全な二重管４Ａの先端を位置決めすることは実施の形態１と同様である。この点に関し、本発明者等の知見によれば、外管２の腐食（劣化）が内管３Ａに比して先行して生じるのが一般的であることから、当初の二重管４Ａの送り出しの際に外管２から内管３Ａを突出させた姿勢で地熱井ＧＴに二重管４Ａを送り出して所定深度に保持しておけば、供用過程で内管３Ａに比して外管２が先行して劣化することから内管３Ａと外管２を相対的にスライド等することなく、内管３Ａの突出姿勢を常に維持することができる。

（常温引抜き試験と高温引抜き試験およびそれらの結果）
本発明者等は、本発明の多重管において、加締め部における最適な加締め数や押圧治具の形状等を検証するべく、複数種の加締め部を備えた二重管の試験体を製作し、常温引抜き試験と高温引抜き試験をおこない、各試験体が所要の引抜き力を得られるか否かを検証する試験をおこなった。

図５は押圧面が平坦な押圧治具にて加締め部を形成している状況を示した写真図であり、図６は押圧面が湾曲している押圧治具を示した写真図である。また、図７は三種の試験体を示した写真図であり、（ａ）は押圧面が平坦な押圧治具を使用し、加締めの際の載荷荷重が3920Nの条件下で製作された加締め部の加締め数が1の試験体を示した写真図、（ｂ）は押圧面が湾曲している押圧治具を使用し、加締めの際の載荷荷重が2940Nの条件下で製作された加締め部の加締め数が1の試験体を示した写真図、（ｃ）は押圧面が平坦な押圧治具を使用し、加締めの際の載荷荷重が3920Nの条件下で製作された加締め部の加締め数が2で加締めピッチが35mmの試験体を示した写真図である。さらに、（ｄ）は押圧面が平坦な押圧治具を使用し、加締めの際の載荷荷重が3920Nの条件下で加締め部が製作された試験体の加締め部断面を示した写真図である。

このように、加締め条件としては、押圧面が平坦な押圧治具を使用する場合と湾曲状をなした押圧治具を使用する場合を設定し、載荷荷重や加締め量、加締め数、加締め部が複数ある場合は加締め部のピッチなどを以下の表１で示すバリエーションで設定し、種々の加締め部を有する試験体を製作した。

[表１]

押圧面が平坦な治具、湾曲状の治具の二種で加締め部を形成して試験体を製作し、引抜き試験をおこなった結果、湾曲状の治具にて製作された試験体では、平坦な治具にて製作された試験体と同程度の引抜き力を得るために加締め量を非常に大きくする必要があることが分かり、さらには、加締め部に過度な応力集中に起因した凹状の圧痕が際立つことが観察された。そのため、実際の常温および高温引抜き試験では平坦な治具にて製作された試験体を適用することとした。

まず、図８で示す引張試験機を使用し、同図で示すように試験機を下方に引張ることで上下のチャックにてチャッキングされている状態の二重管に対して常温引抜き試験を実施した。なお、図９で示すように、二重管の加締め部の上方は内管をチャッキングし、下方は外管をチャッキングした状態で試験をおこなっている。

ここで、本常温引抜き試験では、内管を構成するフッ素樹脂チューブ150mの自重相当以上の引抜き力が得られる加締め条件の検出を試みた。

ここで使用する二重管の試験体は、図１０で示すように、合金鋼からなる外管（外径φ9.5mm、内径φ7.5mm）と、フッ素樹脂からなる内管（外径φ6mm、内径φ4mm）を使用し、内外管の間には第２の隙間が存在している。

常温引抜き試験結果を以下の表２に示す。

[表２]

フッ素樹脂からなる内管の自重40〜80mに相当する引抜き力は13.3〜26.7(N)であることより、表２で示す常温引抜き試験結果によれば、全ての試験体ともに40〜80m相当の自重を支持できることが分かる。なお、自重150m相当の引抜き力は50.0(N)であることから、これを満足するのは複数の加締め部を有するNo.2〜4の試験体となる。

次に、180℃の高温引抜き試験結果を以下に示す。ここで、図１１は高温引抜き試験で使用する恒温槽を示した写真図であり、図１２は恒温槽内で高温引抜き試験を実施している状況を説明した写真図である。さらに、図１３は高温引抜き試験において、一定値以上の荷重で加締め部のグリップが効かずに内管が引き抜かれている状況を説明した写真図である。試験結果を以下の表３に示す。

[表３]

表３より、各試験体ともに、内管引抜き抵抗力は常温試験の場合の2割程度にまで低減している。そして、二重管が晒され得る180℃の高温条件下において、自重40〜80mに相当する引抜き力を満足する試験体は加締め箇所が複数箇所であるNo.2〜4となることが分かる。

表２，３の試験結果より、高温環境下でも内管の自重40〜80mに相当する引抜き力を有する加締め形態としては、ピッチ15〜25mm程度で2箇所以上の加締め部から構成された固定箇所にて内管を外管に固定するのがよいと考えられる。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１…ケーシング管、２…外管、２ａ…外管の先端、３，３Ａ…内管、３ａ…内管の先端、４，４Ａ…二重管、５…第１の隙間、６…第２の隙間、７…内管の中空、８…固定箇所、８ａ…加締め部、１０，１０Ａ…多重管、２０…送り出し装置、１００，１００Ａ…システム、Ｇ…地盤、ＧＴ…（酸性）地熱井、ＮＥ…中和領域、Ｖ…熱水

Claims

地熱井から蒸気を回収する多重管であって、
外側のケーシング管と、
ケーシング管内において該ケーシング管に対して相対的にスライド自在で、かつケーシング管の内面との間に第１の隙間を有する二重管であって、耐酸性の外管と耐アルカリ性の内管から構成され、外管と内管の間に第２の隙間を有する、長さが800m以上の二重管と、を備え、
内管の内部を介してアルカリ薬液を酸性地熱井に貯留される酸性熱水に注入することによって該酸性熱水を中和し、第１の隙間を介して中和された熱水を地上に噴出させることによってフラッシュした蒸気を回収するものであり、
二重管は、その長手方向に50〜100mの間隔を置いて複数の固定箇所にて内管が外管に対して固定されており、
それぞれの固定箇所では、内管に対して外管が加締められてなる加締め部を介して内管の全周ではなくてその一部が外管に固定され、かつ、10〜30mm離れた位置に二つもしくは三つの該加締め部が存在し、前記第２の隙間が二重管の長手方向に流体連通するのを保証している、地熱井から蒸気を回収する多重管。
それぞれの前記固定箇所は、二重管の長手方向に間隔を置いて形成された複数の加締め部から構成されている請求項１に記載の地熱井から蒸気を回収する多重管。
外管の素材がニッケルもしくはチタンのいずれかを主成分とする合金であり、内管の素材がフッ素系樹脂である、請求項１または２に記載の地熱井から蒸気を回収する多重管。
二重管において内管の先端が外管の先端から突出している、請求項１〜３のいずれかに記載の地熱井から蒸気を回収する多重管。
酸性熱水よりも比重の重いアルカリ薬液を注入するようになっている、請求項１〜４のいずれかに記載の地熱井から蒸気を回収する多重管。
外管の内径が50mm以下であり、内管の厚みが0.2mm以上であり、二重管の長さが800〜3000mである、請求項１〜５のいずれかに記載の地熱井から蒸気を回収する多重管。
請求項１〜６のいずれかに記載の多重管と、
二重管において外管の先端から内管の先端が突出した状態を保持しながら、該二重管を地熱井に送り出す送り出し装置と、からなる地熱井から蒸気を回収するシステム。