JP6918000B2 - 地熱回収装置 - Google Patents

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Description

（関連出願）
本願は、２０１５年９月２４日に出願された米国仮出願第６２／２３２，２７１号の利益を主張するものであり、該米国仮出願の全体の開示は、参照により本明細書中に援用される。
従来の熱水地熱エネルギーは、併置するマグマ貫入によって加熱された地中帯水層の中に坑井を掘削することによって地面から抽出され得る。加熱された水は、蒸気、加熱された塩水、または両方の混合物の形態で帯水層から抽出されてもよく、典型的には、電気を発生させるために使用される。高温岩石（例えば、２００℃を上回る）は、商業的にアクセス可能な深度内（例えば、１０ｋｍ以内）の地殻に広範囲に存在するが、そのような資源は、天然地下貯水池と併置することは非常に稀であり得る。熱水地熱資源はまた、そのような保有量が流体を再注入することによって補充されない限り、水保有量の枯渇を被り得、これは、水供給が限定される領域では、困難である。
天然併置熱および流体資源の希少性は、地熱涵養または増産システム（ＥＧＳ）の開発につながっている。ＥＧＳは、油圧破砕を通して、高温岩石の本体内に亀裂網を生成し、次いで、水を新しく生成された亀裂の中に導入し、熱を岩石から抽出し得る。ＥＧＳの利点は、貯水池が地質学的熱資源内に人工的に生成され得ることである。しかしながら、ＥＧＳは、破砕網経路の制御における難点、注入された流体の損失、岩石からの鉱物の浸出、および破砕の周囲の岩石の高速局所冷却に起因する熱抽出の低下に悩まされる。
本明細書で認識されるのは、地質学的形成物からの熱を抽出する（また、本明細書では「地熱回収」）ための改良されたシステムおよびための方法の必要性である。本開示は、鑿井孔を掘削し、それをパイプシステムを用いて包囲し、続いて、作業流体（例えば、水）をパイプシステムを通して指向すること等によって、熱を岩石の本体から抽出することによって、地熱電力を発生させるための閉ループシステムを提供する。周囲岩石は、熱をパイプシステムの少なくとも一部に伝達する。冷温作業流体が、パイプシステムの中に指向（例えば、圧送）され、パイプシステムの熱回収部分を通して流動するにつれて、周囲岩石によって加熱される。そのようなシステムは、有利には、周囲岩石への作業流体の損失の低減された、または最小限のリスクを伴い、かつ岩石形成物からの水抽出と関連付けられた環境問題を実質的に伴わずに、作業流体を閉ループ内に含有されたままにすることができる。
いくつかの実施形態では、貫流式閉ループ地中熱回収装置（また、本明細書では「熱回収装置」）は、高温岩石を通して熱回収装置の少なくとも一部を指向的に掘削させることによって生成される。熱回収装置の２つまたはそれを上回る独立して掘削される部分（例えば、２つまたはそれを上回る独立して掘削される坑井部分を備える）は、１つまたはそれを上回るカップリングを用いて接続され、地中熱回収装置の完全なループを生成することができる。伝導性セメントまたはグラウトが、熱回収装置の中への熱の流動を増加または改良するために使用されることができる。例えば、伝導性セメントまたはグラウトは、一次熱伝達領域内の熱回収装置の中への熱の流動を増加または改良するために使用されることができる。断熱セメントまたはグラウトは、流体が周囲岩石より高温であるときは常に、熱回収装置からの熱の損失を減少または防止するために使用されることができる。指向性掘削は、標的形成物の高温部分内に十分な長さ（および／または幅）を伴う熱回収装置を生成することによって、熱抽出が増加または最大限にされることを可能にすることができる。熱回収装置の現場は、熱抽出を増加または最大限にするための種々の方法でシステムとして成形されることができる。熱回収装置は、熱生成を増加または最大限にするための公知の高伝導性を伴う岩石を通して指向的に掘削されてもよい。本開示の熱回収装置は、例えば、熱エネルギー（また、本明細書では「熱」）を地質学的形成物から持続的に抽出するために使用されることができる。抽出された熱エネルギーは、他の形態のエネルギーに変換または転換されることができる。
本開示の側面は、第１の区画と、第２の区画と、第３の区画とを有する、閉鎖された流体流路を備える、地熱回収システムに関し、第１の区画、第２の区画、および第３の区画は、使用の間、作業流体が、閉鎖された流体流路を通して、順番に、第１の区画、第２の区画、および第３の区画を含む、方向に沿って指向されるように、地面の下方に配置され、閉鎖された流体流路は、地面に併置され得る、流体入口および流体出口を含み、（ｉ）第２の区画は、実質的に断熱されなくてもよく、（ｉｉ）第３の区画は、断熱されてもよく、（ｉｉｉ）第１の区画および第３の区画は、第２の区画に対して約０o上回る角度で配向されてもよい。
いくつかの実施形態では、地熱回収システムの第２の区画は、伝導性セメントまたはグラウトを含む。いくつかの実施形態では、地熱回収システムの第３の区画は、断熱セメントまたはグラウトを含む。いくつかの実施形態では、地熱回収システムは、１つまたはそれを上回る逸脱された流体流路を備える。
いくつかの実施形態では、地熱回収システムは、作業流体からの熱エネルギーを用いて電力を発生させるための１つまたはそれを上回るタービンを備える。いくつかの実施形態では、地熱回収システムは、作業流体からの熱エネルギーを抽出するための１つまたはそれを上回る熱交換器を備える。いくつかの実施形態では、作業流体は、１つまたはそれを上回る熱交換器内の液相中に留まる。いくつかの実施形態では、１つまたはそれを上回る熱交換器は、地面に位置する。いくつかの実施形態では、作業流体から抽出された熱エネルギーは、熱電併給のために使用される。
いくつかの実施形態では、地熱回収システムは、作業流体からの熱エネルギーの産業使用のための地面における発電所機器を備える。いくつかの実施形態では、産業使用は、電力発生を含む。いくつかの実施形態では、産業使用は、地域熱供給を含む。
いくつかの実施形態では、地熱回収システムは、原生岩石を通して掘削される閉鎖された流体流路を備える。いくつかの実施形態では、閉鎖された流体流路の少なくとも一部は、指向的に掘削される。いくつかの実施形態では、閉鎖された流体流路を囲繞する岩石の少なくとも一部は、選択的に標的化される。
いくつかの実施形態では、地熱回収システムの作業流体は、相変化を受けずに、閉鎖された流体流路を通して指向される。いくつかの実施形態では、作業流体は、相変化を受ける。いくつかの実施形態では、作業流体は、加圧された液体を含む。
いくつかの実施形態では、地熱回収システムは、実質的に断熱されない、第１の区画を備える。いくつかの実施形態では、システムはさらに、第１の区画と第２の区画との間または第２の区画と第３の区画との間の第４の区画を備える。
いくつかの実施形態では、地熱回収装置は、地面に対して少なくとも約０．５キロメートルの深度に配置される、第２の区画を備える。いくつかの実施形態では、本深度は、第２の区画の長さを横断して実質的に一定である。
いくつかの実施形態では、地熱回収システムは、地面の下方に熱交換領域を備える、閉鎖された流体流路を備える。いくつかの実施形態では、閉鎖された流体流路は、少なくとも約５００メートルの水平長を伴う地面の下方の熱交換領域を備える。いくつかの実施形態では、地熱回収システムの第２の区画は、少なくとも約５００メートルの水平長を有する。いくつかの実施形態では、地熱回収システムの作業流体は、閉鎖された流体流路を通して１回だけ指向される。
本開示の側面は、入口および出口を地面に備える、地熱回収装置を備える、地熱回収システムを対象とし、入口および出口は、経路を介して流体連通する。経路は、地面と第１の深度との間に延在する、第１の区画であって、入口を備える、第１の区画と、第１の区画と流体連通し、第１の深度と第２の深度との間に延在する、第２の区画であって、第１の垂直区画に対して少なくとも約５°の角度にある、第２の区画と、第２の区画と流体連通する、第２の深度における第３の区画であって、熱伝達領域を備える、第３の区画と、第３の区画と流体連通し、第２の深度と第１の深度との間に延在する、第４の区画と、第４の区画と流体連通し、第１の深度と地面との間に延在し、出口を備える、第５の区画であって、第４の区画は、第５の区画に対して少なくとも約５°の角度にある、第５の区画とを備えてもよい。
いくつかの実施形態では、地熱回収システムの第１の区画および第５の区画はそれぞれ、実質的に垂直であり、第３の区画は、実質的に水平である。
いくつかの実施形態では、地熱回収システムの経路は、カップリングを用いて接続される２つの独立して掘削される部分を備える。いくつかの実施形態では、２つの独立して掘削される部分の第１のものは、第１の区画と、第２の区画と、第３の区画の第１の部分とを備え、２つの独立して掘削される部分の第２のものは、第３の区画の第２の部分と、第４の区画と、第５の区画とを備える。いくつかの実施形態では、経路は、１つまたはそれを上回るカップリングを用いて接続される、２つまたはそれを上回る独立して掘削される部分を備える。
いくつかの実施形態では、地熱回収システムはさらに、地熱回収装置とラジエータ構成に配列される付加的地熱回収装置を備え、付加的地熱回収装置は、第２の区画の少なくとも一部と流体連通する、第６の区画であって、ある逸脱深度と第２の深度との間に延在し、第１の角度において第２の区画から逸脱する、第６の区画と、第６の区画と流体連通する、第２の深度における第７の区画であって、実質的に水平であり、第７の区画および第３の区画は、離間され、実質的に平行である、第７の区画と、第７の区画および第４の区画の少なくとも一部と流体連通する、第８の区画であって、第２の深度と逸脱深度との間に延在し、第２の角度において第４の区画から逸脱する、第８の区画とを備える。いくつかの実施形態では、第１の角度は、第２の角度と実質的に同一である。
いくつかの実施形態では、地熱回収システムの経路は、閉ループを形成する。いくつかの実施形態では、経路は、２つの部分を備え、２つの部分の第１のものは、入口を形成する坑口装置を備え、２つの部分の第２のものは、出口を形成する坑口装置を備える。いくつかの実施形態では、地熱回収システムはさらに、経路の少なくとも一部に沿って断熱セメントまたはグラウト、経路の少なくとも一部に沿って伝導性セメントまたはグラウト、またはそれらの組み合わせを備える。いくつかの実施形態では、地熱回収システムの入口および出口は、併置される。いくつかの実施形態では、地熱回収システムはさらに、経路の少なくとも一部を通して流動する一次流体を備え、一次流体は、入口から流入し、出口から流出し、一次流体の流率は、地熱回収装置からの熱抽出率が寿命を通して平衡されるように、地熱回収装置の寿命にわたって制御される。
いくつかの実施形態では、地熱回収システムはさらに、現場構成において地熱回収装置とともに動作する付加的地熱回収装置を備え、付加的地熱回収装置は、地熱回収装置の経路と実質的に同一の構成を伴う別個の経路を有する。いくつかの実施形態では、付加的地熱回収装置は、地熱回収装置に隣接し、地熱回収装置は、第１の一次流体を循環させ、付加的地熱回収装置は、第２の一次流体を循環させ、第１の一次流体および第２の一次流体は、相互に対して逆流構成において循環する。いくつかの実施形態では、付加的地熱回収装置および地熱回収装置は、冷却重複を防止するように離間される。
別の本開示の側面は、入口および出口を地面に備える、地熱回収装置を備える、地熱回収システムを対象とし、入口および出口は、経路を介して流体連通する。経路は、地面と標的深度との間に延在する、第１の区画であって、入口を備える、第１の区画と、第１の区画と流体連通し、標的深度において、半径方向外向きに延在する、第２の区画であって、第１の区画と実質的に垂直である、第２の区画と、第２の区画と流体連通し、標的深度において弧状に延在する、第３の区画と、第３の区画と流体連通し、標的深度において半径方向内向きに延在する、第４の区画と、標的深度と地面との間に延在する、第５の区画であって、出口を備え、第４の区画と実質的に垂直である、第５の区画とを備えてもよい。第２の区画、第３の区画、および第４の区画はともに、一次熱伝達領域を構成する。
いくつかの実施形態では、地熱回収システムの第１の区画および第５の区画はそれぞれ、実質的に垂直であり、第２の区画および第４の区画はそれぞれ、実質的に水平である。
いくつかの実施形態では、地熱回収システムの経路は、カップリングを用いて接続される２つの独立して掘削される部分を備える。いくつかの実施形態では、カップリングは、標的深度にある。いくつかの実施形態では、経路は、１つまたはそれを上回るカップリングを用いて接続される、２つまたはそれを上回る独立して掘削される部分を備える。いくつかの実施形態では、１つまたはそれを上回るカップリングは、標的深度にある。
いくつかの実施形態では、地熱回収システムはさらに、第１の区画と第２の区画との間の第６の区画であって、第１の区画から第２の区画に向かって逸脱する、第６の区画と、第４の区画と第５の区画との間の第７の区画であって、第５の区画から第４の区画に向かって逸脱する、第７の区画とを備える。いくつかの実施形態では、地熱回収システムはさらに、地熱回収装置から逸脱する付加的地熱回収装置を備え、付加的地熱回収装置は、第１の区画と流体連通する、第８の区画と、第８の区画と流体連通し、標的深度において半径方向外向きに延在する、第９の区画であって、第１の区画と実質的に垂直であり、第８の区画は、第１の区画から第９の区画に向かって逸脱する、第９の区画と、第９の区画と流体連通し、標的深度において弧状に延在する、第１０の区画と、第１０の区画と流体連通し、標的深度において半径方向内向きに延在する、第１１の区画であって、第５の区画と実質的に垂直である、第１１の区画と、第１１の区画および第５の区画と流体連通する、第１２の区画であって、第５の区画から第１１の区画に向かって逸脱する、第１２の区画とを備える。いくつかの実施形態では、第９の区画および第１１の区画はそれぞれ、実質的に水平である。いくつかの実施形態では、地熱回収装置および付加的地熱回収装置の水平部分は、相互から約４５°、９０°、または１３５°だけ回転される。
いくつかの実施形態では、地熱回収システムの経路は、閉ループを形成する。いくつかの実施形態では、経路は、２つの部分を備え、２つの部分の第１のものは、入口を形成する坑口装置を備え、２つの部分の第２のものは、出口を形成する坑口装置を備える。いくつかの実施形態では、地熱回収システムはさらに、経路の少なくとも一部に沿って断熱セメントまたはグラウト、経路の少なくとも一部に沿って伝導性セメントまたはグラウト、またはそれらの組み合わせを備える。いくつかの実施形態では、地熱回収システムの入口および出口は、併置される。いくつかの実施形態では、地熱回収システムはさらに、経路の少なくとも一部を通して流動する一次流体を備え、一次流体は、入口から流入し、出口から流出し、一次流体の流率は、地熱回収装置からの熱抽出率が寿命を通して平衡されるように、地熱回収装置の寿命にわたって制御される。
いくつかの実施形態では、地熱回収システムはさらに、現場構成において地熱回収装置とともに動作する付加的地熱回収装置を備え、付加的地熱回収装置は、地熱回収装置の経路と実質的に同一の構成を伴う別個の経路を有する。いくつかの実施形態では、付加的地熱回収装置は、地熱回収装置に隣接し、地熱回収装置は、第１の一次流体を循環させ、付加的地熱回収装置は、第２の一次流体を循環させ、第１の一次流体および第２の一次流体は、相互に対して逆流構成において循環する。いくつかの実施形態では、付加的地熱回収装置および地熱回収装置は、冷却重複を防止するように離間される。
本開示の付加的な側面および利点は、本開示の例証的実施形態のみが示され、説明される、以下の詳細な説明から、当業者に容易に明白となるであろう。認識されるように、本開示は、他の異なる実施形態が可能であり、そのいくつかの詳細は、全て本開示から逸脱することなく、種々の明白な点で修正が可能である。したがって、図面および説明は、制限的ではなく、本質的に例証的と見なされるものである。
例えば、本発明は、以下の項目を提供する。
（項目１）
第１の区画と、第２の区画と、第３の区画とを有する閉鎖された流体流路を備える地熱回収システムであって、前記第１の区画、第２の区画、および第３の区画は、使用の間、作業流体が、前記閉鎖された流体流路を通して、順番に、前記第１の区画、第２の区画、および第３の区画を含む方向に沿って指向されるように、地面の下方に配置され、前記閉鎖された流体流路は、前記地面において併置された流体入口および流体出口を含み、（ｉ）前記第２の区画は、実質的に断熱されず、（ｉｉ）前記第３の区画は、断熱され、（ｉｉｉ）前記第１の区画および第３の区画は、前記第２の区画に対して約０ o 上回る角度で配向される、地熱回収システム。
（項目２）
前記第２の区画は、伝導性セメントまたはグラウトを含む、項目１に記載の地熱回収システム。
（項目３）
前記第３の区画は、断熱セメントまたはグラウトを含む、項目１に記載の地熱回収システム。
（項目４）
１つまたはそれを上回る逸脱された流体流路をさらに備える、項目１に記載の地熱回収システム。
（項目５）
前記作業流体からの熱エネルギーを用いて電力を発生させるためのタービンをさらに備える、項目１に記載の地熱回収システム。
（項目６）
熱エネルギーを前記作業流体から抽出するための熱交換器をさらに備える、項目１に記載の地熱回収システム。
（項目７）
前記作業流体は、前記熱交換器内の液相中に留まる、項目６に記載の地熱回収システム。
（項目８）
前記熱交換器は、前記地面にある、項目６に記載の地熱回収システム。
（項目９）
前記熱エネルギーは、熱電併給のために使用される、項目６に記載の地熱回収システム。
（項目１０）
前記作業流体からの熱エネルギーの産業使用のための前記地面における発電所機器をさらに備える、項目１に記載の地熱回収システム。
（項目１１）
前記産業使用は、電力発生を含む、項目１０に記載の地熱回収システム。
（項目１２）
前記閉鎖された流体流路は、原生岩石を通して掘削される、項目１に記載の地熱回収システム。
（項目１３）
前記閉鎖された流体流路の少なくとも一部は、指向的に掘削される、項目１に記載の地熱回収システム。
（項目１４）
前記閉鎖された流体流路を囲繞する岩石の少なくとも一部は、選択的に標的化される、項目１に記載の地熱回収システム。
（項目１５）
使用の間、前記作業流体は、相変化を受けずに、前記閉鎖された流体流路を通して指向される、項目１に記載の地熱回収システム。
（項目１６）
前記作業流体は、加圧された液体を含む、項目１に記載の地熱回収システム。
（項目１７）
前記第１の区画は、実質的に断熱されない、項目１に記載の地熱回収システム。
（項目１８）
前記第１の区画と前記第２の区画との間または前記第２の区画と前記第３の区画との間の第４の区画をさらに備える、項目１に記載の地熱回収システム。
（項目１９）
前記第２の区画は、前記地面に対して少なくとも約０．５キロメートルの深度に配置される、項目１に記載の地熱回収システム。
（項目２０）
前記深度は、前記第２の区画の長さを横断して実質的に一定である、項目１９に記載の地熱回収システム。
（項目２１）
前記閉鎖された流体流路は、少なくとも約５００メートルの水平長を伴う前記地面の下方の熱交換領域を備える、項目１に記載の地熱回収システム。
（項目２２）
前記第２の区画は、少なくとも約５００メートルの水平長を有する、項目２１に記載の地熱回収システム。
（項目２３）
前記作業流体は、前記閉鎖された流体流路を通して１回だけ指向される、項目１に記載の地熱回収システム。
（項目２４）
地熱回収システムであって、
地面において入口および出口を備える地熱回収装置を備え、前記入口および前記出口は、経路を介して流体連通し、前記経路は、
前記地面と第１の深度との間に延在する第１の区画であって、前記第１の区画は、前記入口を備える、第１の区画と、
前記第１の区画と流体連通し、前記第１の深度と第２の深度との間に延在する第２の区画であって、前記第２の区画は、第１の垂直区画に対して少なくとも約５°の角度にある、第２の区画と、
前記第２の区画と流体連通する前記第２の深度における第３の区画であって、前記第３の区画は、熱伝達領域を備える、第３の区画と、
前記第３の区画と流体連通し、前記第２の深度と前記第１の深度との間に延在する第４の区画と、
前記第４の区画と流体連通し、前記第１の深度と前記地面との間に延在する第５の区画であって、前記第５の区画は、前記出口を備え、前記第４の区画は、前記第５の区画に対して少なくとも約５°の角度にある、第５の区画と、
を備える、地熱回収システム。
（項目２５）
前記第１の区画および前記第５の区画はそれぞれ、実質的に垂直であり、前記第３の区画は、実質的に水平である、項目２４に記載の地熱回収システム。
（項目２６）
前記経路は、カップリングを用いて接続される２つの独立して掘削される部分を備える、項目２４に記載の地熱回収システム。
（項目２７）
前記２つの独立して掘削される部分の第１のものは、前記第１の区画と、前記第２の区画と、前記第３の区画の第１の部分とを備え、前記２つの独立して掘削される部分の第２のものは、前記第３の区画の第２の部分と、前記第４の区画と、前記第５の区画とを備える、項目２６に記載の地熱回収システム。
（項目２８）
前記地熱回収装置とラジエータ構成に配列される付加的地熱回収装置をさらに備え、前記付加的地熱回収装置は、
前記第２の区画の少なくとも一部と流体連通する第６の区画であって、前記第６の区画は、ある逸脱深度と前記第２の深度との間に延在し、第１の角度において前記第２の区画から逸脱する、第６の区画と、
前記第６の区画と流体連通する前記第２の深度における第７の区画であって、前記第７の区画は、実質的に水平であり、前記第７の区画および前記第３の区画は、離間され、実質的に平行である、第７の区画と、
前記第７の区画および前記第４の区画の少なくとも一部と流体連通する第８の区画であって、前記第８の区画は、前記第２の深度と前記逸脱深度との間に延在し、第２の角度において前記第４の区画から逸脱する、第８の区画と、
を備える、項目２５に記載の地熱回収システム。
（項目２９）
前記第１の角度は、前記第２の角度と実質的に同一である、項目２８に記載の地熱回収システム。
（項目３０）
地熱回収システムであって、
地面において入口および出口を備える地熱回収装置を備え、前記入口および前記出口は、経路を介して流体連通し、前記経路は、
前記地面と標的深度との間に延在する第１の区画であって、前記第１の区画は、前記入口を備える、第１の区画と、
前記第１の区画と流体連通し、前記標的深度において、半径方向外向きに延在する、第２の区画であって、前記第２の区画は、前記第１の区画と実質的に垂直である、第２の区画と、
前記第２の区画と流体連通し、前記標的深度において弧状に延在する第３の区画と、
前記第３の区画と流体連通し、前記標的深度において半径方向内向きに延在する第４の区画と、
前記標的深度と前記地面との間に延在する第５の区画であって、前記第５の区画は、前記出口を備え、前記第４の区画と実質的に垂直である、第５の区画と、
を備え、前記第２の区画、前記第３の区画、および前記第４の区画はともに、一次熱伝達領域を構成する、地熱回収システム。
（項目３１）
前記第１の区画および前記第５の区画はそれぞれ、実質的に垂直であり、前記第２の区画および前記第４の区画はそれぞれ、実質的に水平である、項目３０に記載の地熱回収システム。
（項目３２）
前記経路は、カップリングを用いて接続される２つの独立して掘削される部分を備える、項目３０に記載の地熱回収システム。
（項目３３）
前記カップリングは、前記標的深度にある、項目３２に記載の地熱回収システム。
（項目３４）
前記第１の区画と前記第２の区画との間の第６の区画であって、前記第６の区画は、前記第１の区画から前記第２の区画に向かって逸脱する、第６の区画と、
前記第４の区画と前記第５の区画との間の第７の区画であって、前記第７の区画は、前記第５の区画から前記第４の区画に向かって逸脱する、第７の区画と、
をさらに備える、項目３１に記載の地熱回収システム。
（項目３５）
前記地熱回収装置から逸脱する付加的地熱回収装置をさらに備え、前記付加的地熱回収装置は、
前記第１の区画と流体連通する第８の区画と、
前記第８の区画と流体連通し、前記標的深度において半径方向外向きに延在する第９の区画であって、前記第９の区画は、前記第１の区画と実質的に垂直であり、前記第８の区画は、前記第１の区画から前記第９の区画に向かって逸脱する、第９の区画と、
前記第９の区画と流体連通し、前記標的深度において弧状に延在する第１０の区画と、
前記第１０の区画と流体連通し、前記標的深度において半径方向内向きに延在する第１１の区画であって、前記第１１の区画は、前記第５の区画と実質的に垂直である、第１１の区画と、
前記第１１の区画および前記第５の区画と流体連通する第１２の区画であって、前記第１２の区画は、前記第５の区画から第１１の区画に向かって逸脱する、第１２の区画と、
を備える、項目３４に記載の地熱回収システム。
（項目３６）
前記第９の区画および前記第１１の区画はそれぞれ、実質的に水平である、項目３５に記載の地熱回収システム。
（項目３７）
前記地熱回収装置および前記付加的地熱回収装置の水平部分は、相互から約４５°、９０°、または１３５°だけ回転される、項目３６に記載の地熱回収システム。
（項目３８）
前記経路は、閉ループを形成する、項目２４または３０に記載の地熱回収システム。
（項目３９）
前記入口および前記出口は、併置される、項目２４または３０に記載の地熱回収システム。
（項目４０）
前記経路は、２つの部分を備え、前記２つの部分の第１のものは、前記入口を形成する坑口装置を備え、前記２つの部分の第２のものは、前記出口を形成する坑口装置を備える、項目３９に記載の地熱回収システム。
（項目４１）
前記経路の少なくとも一部に沿う断熱セメントまたはグラウト、前記経路の少なくとも一部に沿う伝導性セメントまたはグラウト、またはそれらの組み合わせをさらに備える、項目２４または３０に記載の地熱回収システム。
（項目４２）
前記経路の少なくとも一部を通して流動する一次流体をさらに備え、前記一次流体は、前記入口から流入し、前記出口から流出し、前記一次流体の流率は、前記地熱回収装置からの熱抽出率が寿命を通して平衡されるように、前記地熱回収装置の寿命にわたって制御される、項目２４または３０に記載の地熱回収システム。
（項目４３）
現場構成において前記地熱回収装置とともに動作する付加的地熱回収装置をさらに備え、前記付加的地熱回収装置は、前記地熱回収装置の経路と実質的に同一の構成を伴う別個の経路を有する、項目２４または３０に記載の地熱回収システム。
（項目４４）
前記付加的地熱回収装置は、前記地熱回収装置に隣接し、前記地熱回収装置は、第１の一次流体を循環させ、前記付加的地熱回収装置は、第２の一次流体を循環させ、前記第１の一次流体および前記第２の一次流体は、相互に対して逆流構成において循環する、項目４３に記載の地熱回収システム。
（項目４５）
前記付加的地熱回収装置および前記地熱回収装置は、冷却重複を防止するように離間される、項目４３に記載の地熱回収システム。
（参照による引用）
本明細書で記述される全ての出版物、特許、および特許出願は、各個別出版物、特許、または特許出願が、参照することにより組み込まれるように特異的かつ個別に示された場合と同一の程度に、参照することにより本明細書に組み込まれる。
本発明の新規の特徴が、添付の請求項で詳細に記載される。本発明の原理が利用される、例証的実施形態を記載する以下の発明を実施するための形態、および添付図面または図（また、本明細書では「図」）を参照することにより、本発明の特徴および利点のより深い理解が得られるであろう。
図１は、例示的地面動作の概略図である。
図２は、三角形構成の立面図である。
図３は、現場構成における複数の個々の熱回収装置を伴う、三角形構成の等角図である。
図４は、共通入口および出口部分から逸脱する個々の熱回収装置の部分を伴う、三角形構成の等角図である。
図５は、現場構成における複数の個々の熱回収装置を伴う、花弁構成の等角図である。
図６は、共通入口および出口部分から逸脱する個々の熱回収装置の部分を伴う、花弁構成の等角図である。
図７は、高熱伝導性を伴う岩石の鉱脈を通して指向的に掘削される閉ループ熱回収装置の立面図である。
本明細書に説明されるのは、地熱回収装置（また、本明細書では「熱回収装置」）を使用して、熱を地質学的形成物から抽出するためのシステムおよびための方法である。熱回収装置は、ケーシングを備えることができる。熱回収装置は、流体（例えば、作業流体）を含有することができる。ケーシングは、それを通して熱回収流体が流動する、パイプ（またはパイプシステム）を備えることができる。ケーシングは、閉鎖された流体流路（また、本明細書では「閉ループ」）を形成することができる。ケーシングは、掘削を通して生成された孔（または孔のシステム）（また、本明細書では「鑿井孔」）の内側に据え付けられることができる。熱回収装置は、１つまたはそれを上回る部分を備えることができる。例えば、熱回収装置は、少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、または１０の部分を備えることができる。例えば、熱回収装置は、１つまたはそれを上回る接続部分を介して坑井部分に接続される、熱回収部分を備えることができる。各そのような部分は、ケーシングの一部を構成することができる。部分は、実質的に線形または実質的に非線形（例えば、弧状、角度付けられた、または湾曲）であってもよい。部分の少なくともサブセットは、少なくとも部分的に、指向性掘削を使用して形成されてもよい。
坑井部分は、入口坑井部分、出口坑井部分、または両方を備えることができる。例えば、坑井部分は、入口坑井部分および出口坑井部分を備えることができる。入口および出口坑井部分はそれぞれ、坑口装置を備えることができる。坑井部分は、単一熱回収装置のために構成されてもよい、または複数の熱回収装置によって共有されてもよい。
部分のサブセットは、より大きい部分に群化されてもよい。入口部分は、坑井部分（例えば、入口坑井部分）と、１つまたはそれを上回る接続部分とを備えてもよい。出口部分は、１つまたはそれを上回る接続部分と、坑井部分（例えば、出口坑井部分）とを備えてもよい。ある場合には、入口部分および／または出口部分はさらに（例えば、それぞれ）、熱回収部分の一部を構成してもよい。部分の少なくともサブセットは、カップリング（例えば、個別のケーシング間のカップリング）を用いて継合または接続されてもよい。例えば、入口部分および出口部分は、カップリング（例えば、熱回収部分の２つの部分間のカップリングまたは接続部分と熱回収部分との間のカップリング）を用いて接続されてもよい。
坑井部分は、地中据付の初期部分であることができる。熱回収装置の残りは、坑井部分から掘削されてもよい。坑井部分は、従来の方法でセメント接合またはグラウト接合された多段階ケーシングを備えてもよい。坑井部分の底部から、ケーシングは、岩石内の鑿井孔の中に進入することができる。坑井部分は、１つまたはそれを上回るそのようなケーシングを備えることができる。岩石内の鑿井孔では、ケーシングは、「加熱深度」と称される岩石温度深度まで、断熱セメントまたはグラウトによって囲繞されてもよい。加熱深度の下方では、ケーシングの熱回収部分が、熱を周囲岩石から収集または回収することができる。ケーシングの熱回収部分は、伝導性セメントまたはグラウトによって包囲されてもよい。熱回収部分の少なくとも一部は、一次熱伝達領域を通して延在することができる。一次熱伝達領域を過ぎると、ケーシングは、坑井部分まで戻るように延在してもよい。「断熱深度」と称される岩石温度深度の上方では、ケーシングは、断熱セメントまたはグラウトによって包囲されてもよく、付加的熱を回収しなくてもよい。
熱回収装置は、閉ループ熱回収装置を備えることができる。周囲岩石は、例えば、伝導を介して、熱を熱回収装置壁（例えば、熱回収部分内のケーシング）に伝達することができる。液体が、１つの坑口装置から流入し、パイプの長さを通して流動し、別個の坑口装置から流出する、貫流式設計は、他の方法または構成より有利であり得る。熱回収装置は、貫流式閉ループの指向的に掘削される熱回収装置であってもよい。貫流式閉ループ地中熱回収装置は、地質学的形成物（例えば、岩石）を通して指向的に掘削されることができる。地質学的形成物は、高温岩石であることができる。熱回収装置は、原生岩石を通して掘削されてもよい。
熱回収装置は、入口（例えば、入口坑井部分への入口）と、出口（例えば、出口坑井部分の出口）とを有することができる。入口および／または出口は、岩石表面に位置することができる。地中熱回収装置の入口および出口は、相互の近傍に位置付けられ（例えば、併置された坑口装置として）、熱回収装置生成の間、例えば、システムの併置動作および／または集中掘削動作を可能にすることができる。熱回収装置の入口および出口は、離間され、例えば、入口を流体源の近傍に位置させながら、出口を所望の熱負荷の近傍に位置させることを可能にしてもよい。併置および離間構成の組み合わせが、使用されてもよい（例えば、所与の入口が複数の出口を有するとき）。
熱回収装置は、入口部分と、出口部分とを有することができる。入口部分は、入口坑井部分を備えることができる。入口部分はさらに、１つまたはそれを上回る接続部分を備えることができる。出口部分は、出口坑井部分を備えることができる。出口部分はさらに、１つまたはそれを上回る出口坑井部分を備えることができる。
地殻からの熱の抽出は、高温の岩石内に据え付けられた閉ループ熱回収装置の中への作業流体（例えば、加圧された水または長鎖炭化水素等の、例えば、液体作業流体）の流動（例えば、圧送および／または天然循環を通して）によって遂行されることができる。流体は、低温で注入され（例えば、岩石表面において）、熱回収装置を通して進行するにつれて徐々に加熱され、岩石のものに近い温度で流出することができる。熱回収装置は、流体損失を防止するために、閉ループであることができる。熱回収装置が完全に封入される、ある例示的構成では、宿主岩石からの浸出に由来する環境影響は、減少または排除され得る。
作業流体は、熱回収装置を通して（例えば、ループ内で）進行するにつれて、加熱されることができる。作業流体（また、本明細書では「プロセス流体」、「流体」、「一次流体」、および「熱回収流体」）の少なくとも一部は、加圧されてもよい。例えば、加熱された一次流体は、閉ループパイプシステム内の沸騰を防止するために十分な圧力下にあることができる。いったん地面に来ると、ループ内の加熱された一次流体は、回収された熱を二次プロセス流体と交換することによって、液体に保たれてもよい。代替として、または組み合わせて、加熱された一次流体は、地面において水蒸気（例えば、蒸気）に再蒸発されてもよい。地面機器（例えば、地面発電所機器または他の地面搭載される機器）が、エネルギーを加熱された一次流体から抽出および／または変換するために使用されてもよい。加熱された一次流体からのエネルギーは、限定ではないが、電力発生、脱塩、産業プロセスのための高温熱源としての使用、熱電併給、地域冷暖房、または任意のそれらの組み合わせを含む、種々の使用を有し得る。加熱された一次流体から回収されたエネルギーは、約５メガワット〜１ギガワットであってもよい。例えば、加熱された一次流体は、タービンに指向され、電力を発生させる、またはタービンに指向され、電力を発生させ得る、二次流体を加熱するために使用されてもよい。
熱回収装置は、開ループ熱回収装置を備えることができる。開ループ熱回収装置構成では、熱回収装置の入口と出口との間の作業流体は、閉鎖された配管システム内を流動してもよく、熱回収装置の出口を通る流動に応じて、地面機器によって、エネルギーを作業流体から抽出および／または変換するために使用されてもよい。いくつかの事例では、エネルギーを作業流体から抽出および／または変換するプロセスは、作業流体が完全に回収可能ではない結果につながり得る。そのような事例では、新しい作業流体源が、抽出および／または変換に起因して損失された作業流体を補充するために提供されてもよい。
図１は、地中熱回収装置１００から抽出された熱を伝達する２つの例示的方法を示す、例示的地面動作の概略図である。地面動作は、地面搭載機器を使用してもよい（例えば、地中ポンプ、地中タービン、および／または地中弁がない）。地面搭載機器は、地面搭載発電所機器を備えてもよい。地中熱回収装置は、所与の深度まで延在してもよい。深度は、垂直方向（すなわち、重力ベクトルと平行方向）に岩石の表面から測定された距離として定義され得る。加熱された一次流体１０１は、地中で液相に維持されてもよい（例えば、一次流体が熱回収装置１００内の地中にある間、沸騰しない）。第１の方法（上）では、加熱された一次流体１０１は、地中熱回収装置１００からの流出に応じて、液体状態のままであり得る（例えば、液体からガスへの相変化を受けない）（例えば、加熱された一次流体１０１は、熱交換器内で液体状態のままである）。地中熱回収装置１００から流出する加熱された一次流体１０１は、熱交換器（例えば、地面熱交換器）１０４に流入し、より低温の二次プロセス流体１０２を加熱された二次プロセス流体１０３に加熱してもよい。加熱された一次流体は、熱交換器内の液相中に留まってもよい。加熱された一次流体１０１は、地面熱交換器１０４内で冷却され、次いで、加圧タンク１０５に流入してもよい。加圧タンク１０５は、冷却された一次流体１０７を地中熱回収装置１００の中に戻るように圧送し得る、注入ポンプ１０６のための源であってもよい。第２の方法（下）では、熱は、蒸気が発電所使用１１１のために抜き出される、フラッシュドラム１１０の中に、地中熱回収装置１００から流出した加熱された一次流体１０８を絞り弁１０９を通して再蒸発させることによって伝達されてもよい。別個の流体源または発電所１１２からの帰還流体が、次いで、冷却された一次流体１１４を地中熱回収装置１００の中に圧送する、注入ポンプ１１３を通して加圧されてもよい。
熱は、種々の熱伝達機構（例えば、伝導、対流、および／または放射）を介して、熱回収装置（例えば、熱回収装置の熱回収部分）に伝達されてもよい。遠隔岩石からの熱は、伝導を通して熱回収装置に伝送されてもよい。熱は、多孔性水飽和岩石内の水の天然対流を通して（例えば、有意な温度勾配が熱回収装置の周囲で発生された後）、熱回収装置に伝送されてもよい。流体（例えば、水および／または他のガス状または液体流体）の対流を通した熱回収装置の熱伝達は、増強され得る（例えば、坑井の封入に先立って、周囲岩石を増大または亀裂させることによって）。熱回収装置を囲繞する岩石の伝導性性質は、伝導性材料（例えば、セメントまたはグラウト）の注入によって増強され得る。注入は、熱回収装置を完成したときに（例えば、坑井を完成したとき）に実装されてもよい。
熱回収装置の性能は、熱回収装置（例えば、熱回収部分）を所与の（例えば、局所）地質学的および／または熱供給条件に構成することによって（例えば、局所地質学的および熱供給条件を改良または最適化するように熱回収装置の設計を成形することによって）、改良されることができる。例えば、熱回収装置の直径、鑿井孔長、および／または他の特性は、所与の地質学的および／または熱供給条件に従って構成されてもよい。熱回収装置の熱伝達表面積（例えば、熱回収部分の表面積）は、直径を増加させる、鑿井孔長を延長する、または両方によって、増加されることができる。鑿井孔長の増加は、アクセスされる岩石の体積を増加させることができる。油およびガス産業によって促される掘削技術における最近の改良によって、掘削コストの有意な削減、増加された掘削率、および指向性掘削の制御における増加された精度がもたらされているが、岩石熱伝導性の限定は、長い地中熱回収装置を生成することによって相殺され得る（例えば、少なくとも部分的に相殺される）。
熱回収装置（またはその個々の部分）は、所与の直径（例えば、鑿井孔直径またはケーシング直径）を有することができる。熱回収装置の直径は、典型的油およびガスまたは地熱坑井の鑿井孔および／またはケーシングサイズに類似してもよい。熱回収装置の種々の部分の直径は、同一であってもよい、またはそうではなくてもよい。例えば、坑井部分における鑿井孔は、熱回収部分における鑿井孔を上回るまたはそれと等しくてもよい（例えば、坑井部分における鑿井孔は、１つまたはそれを上回るケーシングを備えてもよい一方、熱回収部分における鑿井孔は、単一ケーシングを備えてもよい）。鑿井孔の直径は、約８インチを上回るまたはそれと等しくあることができる。ある場合には、鑿井孔の直径は、８インチを有意に上回ってもよい（例えば、改良された掘削技術の結果として）。いくつかの実施例では、鑿井孔の直径は、約６インチ、７インチ、７ ５／８、８インチ、９インチ、１０インチ、１１インチ、１２インチ、または３６インチを上回るまたはそれと等しくてもよい。ケーシングの直径は、約７ ５／８インチ未満またはそれと等しくてもよい。ある場合には、ケーシングの直径は、７ ５／８インチを有意に下回ってもよい（例えば、熱回収部分におけるコイル管類利用が実行可能である場合）。いくつかの実施例では、ケーシングの直径は、約８インチ、７ ５／８インチ、７インチ、６インチ、５インチ、４インチまたは３インチ未満またはそれと等しくてもよい（例えば、坑井部分における直径は、油井ケーシングのための米国石油協会（ＡＰＩ）規格に従って変動してもよい）。
熱回収装置は、標的温度の岩石内に据え付けられる（例えば、それを通して掘削される）ことができる。標的温度は、標的深度において比較的に一定であってもよい。標的温度および深度は、一次熱伝達領域（また、本明細書では「標的熱交換領域」）を画定してもよい。標的温度は、例えば、約１００℃〜約５００℃であってもよい。標的温度はまた、例えば、約２００℃〜約４００℃であってもよい。標的温度は、少なくとも約１００℃、１５０℃、２００℃、２５０℃、３００℃、３５０℃、または４００℃であってもよい。標的温度は、約５００℃、４５０℃、４００℃、３５０℃、３００℃、２５０℃、または２００℃未満であってもよい。標的深度（例えば、一次熱伝達領域のための）は、例えば、約０．５キロメートル（ｋｍ）〜約１２ｋｍ、約２キロメートル（ｋｍ）〜約７ｋｍ、または約２ｋｍ〜１０ｋｍであってもよい。標的深度は、少なくとも約０．５ｋｍ、１ｋｍ、２ｋｍ、３ｋｍ、４ｋｍ、５ｋｍ、６ｋｍ、７ｋｍ、８ｋｍ、９ｋｍ、１０ｋｍ、または１２ｋｍであってもよい。標的深度は、約１２ｋｍ、１１ｋｍ、１０ｋｍ、９ｋｍ、８ｋｍ、７ｋｍ、６ｋｍ、５ｋｍ、４ｋｍ、３ｋｍ、２ｋｍ、１ｋｍ、または０．５ｋｍ未満であってもよい。
一次熱伝達領域は、所与の深度（また、本明細書では「標的深度」）における岩石領域を備え、所与の水平長（例えば、図２における図の平面と平行方向における水平長）および／または所与の水平幅（例えば、図２における図の平面と垂直方向における水平幅）を有することができる。地熱回収装置または複数の地熱回収装置は、一次熱伝達領域の少なくとも一部を標的化してもよい（例えば、水平長、水平幅、または両方に沿って）。一次熱伝達領域は、熱回収装置の中心に対して、および／または坑井入口および／または出口部分の場所に対して心合されてもよい、またはそうではなくてもよい。
地中熱回収装置の長さ（および／または幅）は、熱性能の重要な要素であり得る。地中熱回収装置の長さ（および／または幅）は、必要に応じて、指向性掘削を通して延長されることができる。指向性掘削は、標的形成物の高温部分（例えば、一次熱伝達領域）内に十分な長さ（および／または幅）を伴って、熱回収装置によって生成することによって、熱抽出が増加または最大限にされることを可能にすることができる。熱回収装置（例えば、熱回収装置の熱回収部分）は、一次熱伝達領域内に、経済的に実行可能である限りの（例えば、深度における水平掘削コストに関連する）水平長（および／または幅）を有してもよい。一次熱伝達領域内のそのような水平長（および／または幅）は、地質学的考慮点（例えば、断層線、ある岩石形成物、および／または性質境界線の回避）に基づいて構成されてもよい。したがって、一次熱伝達領域内の水平長（および／または幅）は、例えば、前述の制約下で恣意的に長くてもよい。一次熱伝達領域内の水平長（および／または幅）は、岩石性質および熱供給条件に応じて変動してもよい。熱回収装置は、約１００メートル（ｍ）、２００ｍ、３００ｍ、５００ｍ、６００ｍ、７００ｍ、８００ｍ、９００ｍ、１キロメートル（ｋｍ）、１．２ｋｍ、１．４ｋｍ、１．６ｋｍ、１．８ｋｍ、２ｋｍ、２．５ｋｍ、３ｋｍ、３．５ｋｍ、４ｋｍ、４．５ｋｍ、５ｋｍ、５．５ｋｍ、６ｋｍ、６．５ｋｍ、７ｋｍ、７．５ｋｍ、８ｋｍ、８．５ｋｍ、９ｋｍ、９．５ｋｍ、または１０ｋｍを上回るまたはそれと等しい、一次熱伝達領域内の水平長（および／または幅）を有してもよい。一次熱伝達領域内の水平長（および／または幅）は、約３ｋｍ〜５ｋｍまたは約３ｋｍ〜１０ｋｍであってもよい。一次熱伝達領域内の水平長（および／または幅）は、１０ｋｍを上回ってもよい（例えば、熱回収装置（例えば、２つの別個の指向的に掘削される坑井部分を備える）の２つの別個の指向的に掘削される部分が接続される場合）。ある場合には、一次熱伝達領域内の水平長（および／または幅）は、１０ｋｍを有意に上回ってもよい（例えば、改良された掘削およびケーシング据付技術の結果として）。
熱回収装置（また、本明細書では「地中熱回収装置」）のレイアウトは、所与の（例えば、特定の）地質学的資源内の性能を増加または最適化するように構成されることができる。例えば、熱回収装置は、本明細書のいずれかにより詳細に説明されるように、三角形様形状または花弁形状に掘削されてもよい。
複数の熱回収装置が、ともに動作してもよい。本明細書のいずれかにより詳細に説明されるように、複数の熱回収装置は、独立して（例えば、それぞれ、別個の入口、出口、および／または他の部分を備える）、併置して（例えば、熱回収装置の少なくとも一部は、入口、出口、および／または他の部分を共有することができる）、またはそれらの組み合わせで動作してもよい。いくつかの実施形態では、複数の熱回収装置は、現場構成において独立して動作してもよい。熱回収装置の現場は、種々の方法で成形され、システムとして熱抽出を増加または最大限にすることができる（例えば、熱回収部分は、システムとして熱抽出を増加または最大限にするように成形されることができる）。いくつかの実施形態では、複数の熱回収装置は、逸脱された構成において併置して動作してもよい。
熱回収装置は、個々におよび／または群として構成されてもよい。熱回収装置は、規模の経済性のために群として（例えば、現場構成において）掘削されてもよい。群化されると、熱回収装置は、相互から好適な距離を空けて（例えば、熱回収の重複領域を防止するために十分な距離を空けて）掘削されることができる。例えば、群化されると、個々の熱回収装置の逸脱する部分は、水平方向に好適に離間されることができる（例えば、冷却重複を防止するため）。熱回収装置の一部が、相互に隣接して動作する場合、それらは、逆流構成で動作してもよい。逆流構成における動作は、有利には、熱回収装置に沿って発生された熱勾配を相殺するために使用されてもよい。例えば、熱回収装置（例えば、熱回収装置の入口および出口部分）が、相互に隣接して動作している場合、それらは、逆流構成で動作されてもよい（例えば、個別の出口より多い個別の入口における岩石冷却に起因する、各熱回収装置の長さに沿って発生された軸方向熱勾配を相殺するため）。本実施例では、逆流構成における熱回収装置の２つの隣接する部分の動作（例えば、２つの隣接する入口および出口部分のセットの動作）は、その長さに沿った軸方向熱勾配の補完を生成し得る。作業流体（例えば、水）が個々の熱回収装置の生成点（出口）より個々の熱回収装置の注入点（入口）において低温であることに起因して、岩石は、各熱回収装置の出口より入口において冷却し、円錐形状の熱降下を発生させ得る。注入および出口点が交互するように、２つの隣接する熱回収装置を動作させることは、２つの熱回収装置がともにより近くに離間されることを可能にし得る（例えば、熱降下円錐の漏斗が、重複し得ないため）。
地中熱回収は、複数の熱回収装置を共通入口および／または出口部分（また、本明細書では「主要入口および／または出口部分」および「単一入口および／または出口部分」）から掘削することによって遂行されてもよい。そのような逸脱された構成は、掘削コストが減少または最小限にされることを可能にし得る。例えば、共通入口および出口部分は、共通坑井部分、１つまたはそれを上回る共通接続部分、および／または共通熱回収部分を備えてもよい。共通入口および／または出口部分は、標的熱交換領域の近傍にあってもよく、個々の熱回収装置の逸脱する部分（また、本明細書では「逸脱された部分」）は、共通入口および／または出口部分から掘削されてもよい（例えば、掘削長を減少または最小限にするため）。
熱回収装置（例えば、２つの独立して掘削される坑井部分を備える）の２つの独立して掘削される部分は、カップリングを用いて接続され、地中熱回収装置の完全なループを生成することができる。例えば、地中熱回収装置の高速生成を可能にするために、入口（例えば、入口坑井部分または主要入口坑井部分）および出口（例えば、出口坑井部分または主要出口坑井部分）は、同時に掘削されてもよい。各坑井部分は、熱回収装置の別個の部分（例えば、入口部分または出口部分）の一部であることができる。熱回収装置の個々の部分（例えば、入口部分および出口部分）はそれぞれ、ケーシングを備えることができる。熱回収装置の２つの部分が収束する場所において、カップリングが、２つのケーシング間の継合を完成するために使用されることができる。カップリングは、例えば、標的深度に、または標的深度を上回って等、地中熱回収装置に沿って任意の場所に位置付けられてもよい。
熱回収装置は、三角形様形状（また、本明細書では「三角形形状」）に掘削されてもよい。本構成では、入口および出口は、併置されることができ、標的温度における熱回収装置長は、対角線上に掘削し、次いで、鑿井孔を屈曲させ、熱回収装置の線形伸張または区画を生成することによって形成されることができる。三角形形状構成では、開始深度（例えば、熱回収装置が垂直から角度付けられたまたは水平配向に遷移する深度）は、地面近傍または地中のより深くにあってもよい。いくつかの実施形態では、三角形形状の熱回収装置の少なくとも一部は、異なってもよい（例えば、入口坑井部分および出口坑井部分は、異なるように構成されることができる一方、熱回収装置は、開始深度の下方で同一のままである）。
図２は、標的形成物（例えば、地熱回収に好適な領域を備える、岩石）内の例示的三角形構成の立面図である。一次流体が、場所２０１において注入され、三角形地中熱回収装置２００に流入する。一次流体の流入は、周囲岩石２１０より高温であってもよい。断熱セメントまたはグラウト２０２が、加熱深度２０４において、地熱勾配が流入一次流体温度より高い岩石温度をもたらすまで、熱損失を減少または防止するために使用されてもよい。鑿井孔は、所与の深度（また、本明細書では「開始深度」）または位置２０３において開始され（例えば、垂直方向に対して少なくとも約０°、５°、１０°、１５°、２０°、２５°、３０°、３５°、４０°、４５°、５０°、５５°、６０°、６５°、７０°、７５°、８０°、８５°、または９０°の角度に指向される）、標的温度（例えば、標的深度等の所与の深度における、例えば、岩石の温度、またはある深度の範囲における岩石の温度）までつながる角度を構築する。角度（また、本明細書では「構築角度」）は、開始深度と標的温度深度との間で一定であってもよい、またはそうではなくてもよい。構築角度は、最先端の掘削技術によって可能な限り鋭的であることができる。したがって、図２に示される角度は、正確な縮尺ではあり得ない。開始深度２０３は、加熱深度２０４を少なくとも約５％、１０％、２５％、５０％、または７５％下回ってもよい。開始深度は、加熱深度と略等しくてもよい。開始深度は、加熱深度を少なくとも約５％、１０％、２５％、５０％または７５％上回ってもよい。第１の急旋回（例えば、少なくとも約０°、５°、１０°、１５°、２０°、２５°、３０°、３５°、４０°、４５°、５０°、５５°、６０°、６５°、７０°、７５°、８０°、８５°、または９０°の内角を伴う）が、熱回収装置２００が標的温度および深度における一次熱伝達領域に到達する、場所２０５において導入されてもよい。
熱回収装置２００は、標的形成物を通して延在し、一次熱伝達領域の少なくとも一部に沿って（例えば、約２０％、４０％、６０％、８０％、９０％、または１００％を上回るまたはそれと等しいものに沿って）、熱伝導性セメントまたはグラウト２０７を使用してもよい。熱回収装置は、次いで、場所２１３において第２の急旋回（例えば、少なくとも約０°、５°、１０°、１５°、２０°、２５°、３０°、３５°、４０°、４５°、５０°、５５°、６０°、６５°、７０°、７５°、８０°、８５°、または９０°の内角を伴う）を作製し、熱回収装置の出口に向かって角度を構築する。断熱セメントまたはグラウト２０８（例えば、断熱セメントまたはグラウト２０２と同一または異なるタイプ）が、使用（例えば、再導入）され、加熱された一次流体からより低温の岩石２１０の中への熱損失を減少または防止してもよい。加熱された一次流体は、場所２０９において地中熱回収装置から流出し、処理のために使用されることができる（例えば、図１を参照して議論されるように）。
熱回収装置２００は、地中で交差する２つの別個の部分として掘削されることができ、カップリング２０６を用いて接続される（例えば、２つの別個の部分の個別のケーシングが、カップリングを介して接続されることができる）。カップリングは、地中熱回収装置に沿って任意の場所に（例えば、標的深度にまたは標的深度を上回って）位置付けられてもよい。ある実施例では、カップリングは、水平部分２１２に沿って任意の場所に位置してもよい。別の実施例では、（図２には図示せず）、熱回収装置の１つのみの部分が、水平に掘削され、その水平長から約１１０°の旋回を作製し、垂直に掘削される、熱回収装置の第２の部分と衝合する。
図２を継続して参照すると、熱回収装置２００の入口坑井部分は、入口または入口場所２０１と開始深度２０３との間の一部を構成してもよい。入口坑井部分の少なくとも一部（例えば、約２０％、４０％、６０％、８０％、９０％、または１００％を上回るまたはそれと等しい）は、断熱セメントまたはグラウト２０２から成ってもよい。熱回収装置２００の第１の接続部分は、開始深度２０３と加熱深度２０４との間の一部を構成してもよい。第１の接続部分の少なくとも一部（例えば、約２０％、４０％、６０％、８０％、９０％、または１００％を上回るまたはそれと等しい）は、断熱セメントまたはグラウト２０２からなってもよい。熱回収装置２００の熱回収部分は、加熱深度２０４と断熱深度２１１との間の一部を構成してもよい。熱回収部分の少なくとも一部（例えば、約２０％、４０％、６０％、８０％、９０％、または１００％を上回るまたはそれと等しい）は、熱伝導性セメントまたはグラウト２０７から成ってもよい。熱回収装置２００の第２の接続部分は、断熱深度２１１と開始深度２０３との間の一部を構成してもよい。第２の接続部分の少なくとも一部（例えば、約２０％、４０％、６０％、８０％、９０％、または１００％を上回るまたはそれと等しい）は、断熱セメントまたはグラウト２０８から成ってもよい。熱回収装置２００の出口坑井部分は、開始深度２０３と出口または出口場所２０９との間の一部を構成してもよい。出口坑井部分の少なくとも一部（例えば、約２０％、４０％、６０％、８０％、９０％、または１００％を上回るまたはそれと等しい）は、断熱セメントまたはグラウト２０８から成ってもよい。ともに、入口坑井部分および出口坑井部分は、坑井部分を形成してもよい。坑井部分は、多段階ケーシング（例えば、従来の方法においてセメント接合またはグラウト接合される）を備えてもよい。熱回収部分の少なくとも一部は、熱を周囲岩石から収集または回収することができる。熱回収装置２００の残りの（非熱回収）部分は、熱を損失せず、かつ任意の付加的熱を収集または回収しなくてもよい。熱回収装置２００の入口部分は、例えば、入口坑井部分および第１の接続部分、または入口坑井部分、第１の接続部分、熱回収部分の少なくとも一部を備えてもよい。熱回収装置２００の出口部分は、例えば、第２の接続部分および出口坑井部分、または熱回収部分の少なくとも一部、第２の接続部分、および出口坑井部分を備えてもよい。熱回収装置の入口および出口部分は、構築角度および第１および第２の急旋回２０５および２１３が等しくあるように、および／または開始深度が等しくあるように、対称であってもよい。代替として、入口および出口部分は、異なる角度、旋回、および／または異なる開始深度を有してもよい。
熱回収装置２００は、貫流式構成（例えば、二重パイプまたはＵ−屈曲）において配列されてもよい。熱回収装置２００は、閉ループ（例えば、岩石を通して自由に移行しない）を備えてもよい。熱回収装置２００は、併置された坑口装置（例えば、小地面施設占有面積を可能にする）を備えてもよい。熱回収装置２００は、指向的に掘削されてもよい（例えば、有意な水平長を備える）。熱回収装置２００を使用して抽出された熱は、産業使用のために使用されてもよい。熱回収装置２００は、２つの接続されたケーシング（例えば、カップリングを用いて接続される）を備えてもよい。熱回収装置２００は、断熱および／または伝導性セメント／グラウト（例えば、標準的セメント／グラウトに対して）を備えてもよい。
図３は、現場構成３００における複数の個々の熱回収装置３０７を伴う、三角形構成の等角図である。個々の熱回収装置３０７は、本明細書のいずれかに説明される（例えば、図２における熱回収装置２００に関連して説明される）ようなものであってもよい。複数の熱回収装置は、熱を広岩石領域から（例えば、広一次熱伝達領域から）抽出するように据え付けられることができる。本実施例では、複数の熱回収装置３０７は、共通掘削ヘッダ３０１を用いて相互に隣接して据え付けられ、掘削および地面発電所動作を集中化する。共通掘削ヘッダ３０１は、個々の熱回収装置３０７の入口および出口坑井部分（例えば、各熱回収装置３０７あたり１対）を構成してもよい。個々の熱回収装置３０７は、実質的に同一または異なる構成を有してもよい。例えば、個々の熱回収装置は、実質的に同一または異なる開始深度３０６を有してもよい。いったん熱回収装置３０７の集合が一次熱伝達領域３０２（例えば、標的深度３０５）に到達すると、それらは、間隔３０４を伴って（例えば、約１０メートル（ｍ）〜約１キロメートル（ｋｍ）、または５０ｍ〜１ｋｍ、または少なくとも１０ｍ、２０ｍ、３０ｍ、４０ｍ、５０ｍ、１００ｍ、１５０ｍ、２００ｍ、２５０ｍ、３００ｍ、３５０ｍ、４００ｍ、４５０ｍ、５００ｍ、５５０ｍ、６００ｍ、６５０ｍ、７００ｍ、７５０ｍ、８００ｍ、８５０ｍ、９００ｍ、９５０ｍ、または１ｋｍ離れて）、線形に掘削されることができる。間隔３０４は、一定に保たれる、または変動されてもよい。各熱回収装置３０７内では、作業流体が、逆流構成３０３に流動してもよい（例えば、圧送される）（例えば、熱回収装置の隣接する部分内の作業流体が反対方向に流動するように）。逆流構成は、軸方向熱勾配を低減させ得る。
構成３００は、ともに動作する複数の熱回収装置を備えてもよい（例えば、経済性のために重要または必要である）。構成３００は、ある深度に（例えば、熱回収装置３０７の）有意な長さを伴う、標的熱交換域を備えてもよい。構成３００は、逆流構成に配列されてもよい（例えば、軸方向冷却を相殺するため）。多坑井ヘッダ構成３０１が、中心シャフト内に配列されてもよい。中心シャフト配列の例証的実施例は、米国特許第８，０２０，３８２号に記載され、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる。
単一三角形形状熱回収装置が、ラジエータ形状の多重熱回収装置の中に延在されてもよい。本構成では、単一入口部分は、所与の温度および／または所与の深度に到達するまで（例えば、標的温度の約０％、１％、５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、４０％、または５０％未満またはそれと等しい温度に到達するまで、および／または標的深度の約０％、１％、５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、５０％、または７５％未満またはそれと等しい深度に到達するまで）、掘削されることができる（例えば、少なくとも部分的に、ある角度において）。個々の熱回収装置（例えば、個々の熱回収装置の熱回収部分を備える）のいくつかの逸脱された部分が、次いで、単一入口部分から指向的に掘削されることができる。そのような逸脱された部分は、標的温度の近傍の岩石の長さを通して延在し、次いで、単一出口部分（例えば、単一出口部分の角度付けられた部分）に再収束することができる。
図４は、共通入口および出口部分から逸脱する個々の熱回収装置４０７の部分を伴う、三角形構成４００の等角図である。構成４００は、ラジエータ構成と称され得る。ラジエータ構成は、一次熱伝達領域４０３内に熱伝達面積を生成するために要求される掘削量を低減させるために使用されてもよい。構成４００は、主要入口および出口部分からの個々の熱回収装置４０７のいくつかの逸脱する部分（例えば、全て閉ループとして接続される）を備えてもよい（例えば、掘削長を低減させるため）。熱回収装置４０７のうちの少なくとも１つは、熱回収装置２００として構成されてもよく、残りの熱回収装置４０７は、熱回収装置２００の平面から逸脱する。
本実施例では、単一対の入口および出口部分４０１が、掘削されてもよく、個々の熱回収装置４０７の複数の部分が、主要入口および出口部分から所与の深度（また、本明細書では「逸脱深度」）または位置４０２において逸脱し、熱を一次熱伝達領域４０３から抽出する。個々の熱回収装置４０７の逸脱する部分は、一次熱伝達領域４０３内に（例えば、標的深度４０４において）間隔４０６を伴って（例えば、約１０ｍ〜約１ｋｍ、または５０ｍ〜１ｋｍ、または少なくとも１０ｍ、２０ｍ、３０ｍ、４０ｍ、５０ｍ、１００ｍ、１５０ｍ、２００ｍ、２５０ｍ、３００ｍ、３５０ｍ、４００ｍ、４５０ｍ、５００ｍ、５５０ｍ、６００ｍ、６５０ｍ、７００ｍ、７５０ｍ、８００ｍ、８５０ｍ、９００ｍ、９５０ｍ、または１ｋｍ離れて）、線形に掘削されることができる。個々の熱回収装置４０７の逸脱する部分は、冷却重複を防止するように離間されてもよい。間隔４０６は、一定に保たれる、または変動されてもよい。作業流体流は、本実施例では、逆流構成に構成されなくてもよいため、熱回収装置４０７を通して流動する作業流体は、軸方向熱勾配を相殺するように周期的に逆転されてもよい。
対の入口および出口部分４０１は、開始深度４０５を有してもよい。入口および出口坑井のための開始深度４０５は、同一であってもよい、またはそうではなくてもよい。入口および出口部分のための逸脱深度４０２は、同一であってもよい、またはそうではなくてもよい。逸脱深度は、開始深度の約１、２、３、４、５、６、８、または１０倍を上回るまたはそれと等しくてもよい（例えば、入口および／または出口部分の角度付けられた部分に沿って位置する）。逸脱深度は、標的深度の約０％、１％、５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、５０％または７５％未満またはそれと等しくてもよい。
個々の熱回収装置の部分は、逸脱深度において主要入口および／または出口部分の方向に対して、例えば、少なくとも約０°、５°、１０°、１５°、２０°、２５°、３０°、３５°、４０°、４５°、５０°、５５°、６０°、６５°、７０°、７５°、８０°、８５°、または９０°の角度において主要入口および／または出口部分から逸脱してもよい。入口部分からの逸脱角度および出口部分からの逸脱角度は、同一であってもよい、またはそうではなくてもよい。逸脱深度および／または逸脱角度は、異なる個々の熱回収装置４０７のために同一または異なってもよい。
対の共通入口および出口部分４０１は、共通坑井部分４０８を備えてもよい。共通入口および出口部分はそれぞれさらに、共通接続部分、ある場合には、共通熱回収部分を備えてもよい。個々の熱回収装置４０７のための逸脱深度４０２は、共通接続部分または共通熱回収部分内に位置してもよい。個々の熱回収装置４０７の逸脱する部分は、個々の熱回収装置の熱回収部分と、ある場合には、個々の熱回収装置の１つまたはそれを上回る接続部分とを備えてもよい。逸脱深度４０２と標的深度４０４（熱回収装置４０７の入口部分上）との間には、個々の熱回収装置４０７の逸脱する部分は、例えば、熱回収部分および／または接続部分を備えてもよい。標的深度４０４では、個々の熱回収装置４０７の逸脱する部分は、熱回収部分を備えてもよい。標的深度４０４と逸脱深度４０２（熱回収装置４０７の出口部分上）との間には、個々の熱回収装置４０７の逸脱する部分は、熱回収部分および／または接続部分を備えてもよい。個々の熱回収装置４０７の逸脱する部分は、個別の加熱深度および／または断熱深度に従って構成されてもよい（例えば、図２に関連して、例えば、本明細書のいずれかに説明されるように）。いくつかの実施例では、加熱深度は、逸脱深度未満またはそれと等しくてもよい。いくつかの実施例では、加熱深度は、逸脱深度を上回ってもよい。いくつかの実施例では、断熱深度は、逸脱深度未満またはそれと等しくてもよい。いくつかの実施例では、断熱深度は、逸脱深度を上回ってもよい。
熱回収装置のセットが、花弁形状に掘削されてもよく、個々の熱回収装置は、個々の花弁を形成する。個々の熱回収装置は、標的深度に到達するまで、垂直にまたはある角度で（例えば、垂直方向に対して少なくとも約０°、５°、１０°、１５°、２０°、２５°、３０°、３５°、４０°、または４５°の角度等、例えば、若干の角度で）掘削される入口および出口部分を備えてもよい。熱回収装置は、熱回収部分を標的深度に備えてもよい。入口および出口部分は、花弁形状の中心に位置することができる。入口および出口部分は、例えば、坑井部分と、１つまたはそれを上回る接続部分と、ある場合には、熱回収部分の少なくとも一部とを備えることができる。加熱深度および断熱深度は、入口および出口部分の長さに沿って位置してもよい。熱回収装置は、加熱深度および／または断熱深度に従って構成されてもよい（例えば、図２に関連して、例えば、本明細書のいずれかに説明されるように）。そのような構成は、例えば、伝導性および／または断熱セメント／グラウトの使用を含んでもよい。例えば、個々の熱回収装置は、入口部分内の加熱深度から、一次熱伝達領域（例えば、標的深度において）を通して、出口部分内の断熱深度まで延在する、熱回収部分を備えてもよい。
標的深度またはその近傍には、（入口部分の）第１の鑿井孔が、水平に開始され、中心から離れるように半径方向に掘削され、次いで、弧状に掘削されることができる。（出口部分の）第２の鑿井孔も同様に、掘削され、弧を終了し、ループを完成することができる。ケーシングが、第１および第２の鑿井孔のそれぞれ内に設置されてもよい。第１および第２の鑿井孔は、個々の熱回収装置の別個の部分の一部であってもよい。熱回収装置のそのような部分は、カップリングによって継合されてもよい（例えば、部分の個別のケーシングは、カップリングを介して接続されることができる）。カップリングは、地中熱回収装置に沿って任意の場所に（例えば、標的深度にまたは標的深度を上回って）位置付けられてもよい。例えば、カップリングは、半径方向および／または弧区画に沿って（例えば、標的深度における熱回収部分に沿って）任意の場所に位置してもよい。いくつかの実施形態では、個々の花弁形状の熱回収装置の少なくとも一部は、異なってもよい（例えば、入口および出口部分は、異なるように構成されてもよい一方、標的深度における熱回収部分は、実質的に同一のままである）。
図５は、現場構成における複数の個々の熱回収装置５０６を伴う、花弁構成５００の等角図である。個々の熱回収装置５０６は、本明細書のいずれかに説明される（例えば、個々の花弁を形成する個々の熱回収装置に関連して説明される）ようなものであってもよい。個々の熱回収装置５０６は、実質的に同一または異なる構成を有してもよい。構成５００は、一次熱伝達領域５０２内に熱伝達面積を生成するために要求される掘削量が低減されることを可能にし得る（例えば、標的温度に到達するための掘削長は、最小限にされることができる）。構成５００は、１つまたはそれを上回る（例えば、少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、または１０の）個々の熱回収装置５０６を備えることができ、それぞれ、花弁形状の熱回収部分を一次熱伝達領域５０２内に備える（例えば、標的深度５０７において）。例えば、構成５００は、４つの個々の熱回収装置５０６を備えることができ、それぞれ、四分円に跨架する花弁形状の熱回収部分を一次熱伝達領域内に備える。熱回収装置５０６は、離間され、冷却重複を減少または防止してもよい。
本実施例では、複数の入口および出口部分５０１（例えば、各熱回収装置５０６あたり１対）が、標的温度および深度域５０２（例えば、標的深度５０７）に到達するまで掘削される。入口および出口部分５０１は、構成５００の中心に位置することができる。各対の入口および出口部分は、坑井部分を構成することができる。構成５００の複数の坑井部分は、多坑井ヘッダ構成を使用して、相互に隣接して据え付けられることができる。多坑井ヘッダ構成は、中心シャフト内に配列されてもよい。中心シャフト配列の例証的実施例は、米国特許第８，０２０，３８２号に記載され、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる。
各熱回収装置は、次いで、区画５０３に沿って半径方向に掘削され（例えば、入口および出口部分５０１から外向きに）、区画５０４に沿って弧状になり（例えば、所与の距離にわたって）、次いで、区画５０５に沿ってシステムの中心に半径方向に戻ることができる。一次熱伝達領域５０２内の曲率角度（例えば、少なくとも約０°、５°、１０°、１５°、２０°、２５°、３０°、３５°、４０°、４５°、５０°、５５°、６０°、６５°、７０°、７５°、８０°、８５°、または９０°）は、最先端の掘削技術によって可能な限り鋭的であることができる。したがって、図５に示される角度は、正確な縮尺ではあり得ない。一次熱伝達領域５０２内の曲率半径は、１００フィートあたり約１〜１０度（例えば、少なくとも約１°／１００フィート、２°／１００フィート、３°／１００フィート、４°／１００フィート、５°／１００フィート、６°／１００フィート、７°／１００フィート、８°／１００フィート、９°／１００フィートまたは１０°／１００フィート）の構築角度を含んでもよい。熱回収装置５０６は、同一角度および／または曲率を有してもよい、またはそうではなくてもよい。熱回収装置の少なくとも一部（例えば、全て）は、実質的に類似した角度および／または曲率を有してもよい、または熱回収装置の少なくとも一部は、１つまたはそれを上回る異なる角度および／または曲率を有してもよい。
熱回収装置５０６の集合は、一次熱伝達領域５０２内に共通水平平面で配列されてもよい、またはそうではなくてもよい。熱回収装置５０６の集合は、所与の（例えば、特定の）地質学的または掘削詳細に適応するように、共通水平平面から逸脱してもよい。作業流体は、逆流構成において、熱回収装置内で流動してもよい（例えば、熱回収装置の隣接する部分内の作業流体が反対方向に流動するように）。逆流構成は、軸方向熱勾配を低減または最小限にし得る。
複数の熱回収装置が、逸脱された構成において、花弁形状を形成するように据え付けられてもよく、個々の熱回収装置の複数の逸脱する部分は、主要入口部分から延在し、入口部分からある距離において弧状になり、次いで、主要出口部分において再収束するように半径方向に戻る。
図６は、共通入口および出口部分６０１および６０２から逸脱する個々の熱回収装置６０４の部分を伴う、花弁構成６００の等角図である。個々の熱回収装置６０４の部分は、水平平面に向かって半径方向に逸脱してもよい。構成６００は、主要入口および出口部分から個々の熱回収装置６０４の複数の逸脱された部分（例えば、全て閉ループとして接続される）を備えてもよい（例えば、掘削長を低減させるために）。主要入口部分６０１および主要出口部分６０２から個々の花弁形状の熱回収装置６０４の逸脱された部分を生成することによって、一次熱伝達領域６０３内の熱伝達面積を生成するために要求される掘削量（例えば、標的深度６０５において）はさらに、低減され得る。
熱回収装置６０４の部分は、ある逸脱深度において、主要入口部分６０１および主要出口部分６０２から逸脱してもよい。入口および出口部分の逸脱深度は、同一であってもよい、またはそうではなくてもよい。逸脱深度は、標的深度の約０％、１％、５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、５０％、または７５％未満またはそれと等しくてもよい。逸脱深度は、異なる個々の熱回収装置６０４のために同一または異なってもよい。個々の熱回収装置の部分は、逸脱深度における主要入口および／または出口部分の方向に対して、例えば、少なくとも約０°、５°、１０°、１５°、２０°、２５°、３０°、３５°、４０°、４５°、５０°、５５°、６０°、６５°、７０°、７５°、８０°、８５°、または９０°の角度において、主要入口および／または出口部分から逸脱してもよい。逸脱角度は、指向性掘削技術によって可能な限り急峻であってもよい。逸脱角度は、水平配向に延びるために必要な掘削長の量を減少または最小限にするように構成されてもよい（例えば、屈曲は、急であってもよい）。入口部分からの逸脱角度および出口部分からの逸脱角度は、同一であってもよい、またはそうではなくてもよい。熱回収装置は、弧状に逸脱してもよい（例えば、一定角度ではない）。逸脱は、曲率（例えば、構築角度の観点から規定された曲率半径）を有してもよい。逸脱は、１００フィートあたり約１〜１０度（例えば、少なくとも約１°／１００フィート、２°／１００フィート、３°／１００フィート、４°／１００フィート、５°／１００フィート、６°／１００フィート、７°／１００フィート、８°／１００フィート、９°／１００フィート、または１０°／１００フィート）の構築角度を有してもよい。入口部分からの逸脱曲率および出口部分からの逸脱曲率は、同一であってもよい、またはそうではなくてもよい。
共通入口および出口部分６０１および６０２は、共通坑井部分を備えてもよい。共通入口および出口部分６０１および６０２はそれぞれさらに、共通接続部分と、ある場合には、共通熱回収部分とを備えてもよい。個々の熱回収装置６０４のための逸脱深度は、共通接続部分または共通熱回収部分内に位置してもよい。個々の熱回収装置６０４の逸脱する部分は、個々の熱回収装置の熱回収部分と、ある場合には、個々の熱回収装置の１つまたはそれを上回る接続部分とを備えてもよい。逸脱深度と標的深度６０５（熱回収装置６０４の入口部分上）との間には、個々の熱回収装置４０７の逸脱する部分は、例えば、熱回収部分および／または接続部分を備えてもよい。標的深度６０５では、個々の熱回収装置６０４の逸脱する部分は、熱回収部分を備えてもよい。標的深度６０５と逸脱深度（熱回収装置６０４の出口部分上）との間には、個々の熱回収装置６０４の逸脱する部分は、熱回収部分および／または接続部分を備えてもよい。個々の熱回収装置６０４の逸脱する部分は、個別の加熱深度および／または断熱深度に従って構成されてもよい（例えば、図２に関連して、例えば、本明細書のいずれかに説明されるように）。いくつかの実施例では、加熱深度は、逸脱深度未満またはそれと等しくてもよい。いくつかの実施例では、加熱深度は、逸脱深度を上回ってもよい。いくつかの実施例では、断熱深度は、逸脱深度未満またはそれと等しくてもよい。いくつかの実施例では、断熱深度は、逸脱深度を上回ってもよい。
一次熱伝達領域６０３内の曲率角度（例えば、少なくとも約０°、５°、１０°、１５°、２０°、２５°、３０°、３５°、４０°、４５°、５０°、５５°、６０°、６５°、７０°、７５°、８０°、８５°、または９０°）は、最先端の掘削技術によって可能な限り鋭的であることができる。したがって、図６に示される角度は、正確な縮尺ではあり得ない。一次熱伝達領域６０３内の曲率半径は、１００フィートあたり約１〜１０度（例えば、少なくとも約１°／１００フィート、２°／１００フィート、３°／１００フィート、４°／１００フィート、５°／１００フィート、６°／１００フィート、７°／１００フィート、８°／１００フィート、９°／１００フィートまたは１０°／１００フィート）の構築角度を含んでもよい。
熱回収装置６０４は、同一角度および／または曲率を有してもよい、またはそうではなくてもよい。熱回収装置の少なくとも一部（例えば、全て）は、実質的に類似した角度および／または曲率を有してもよい、または熱回収装置の少なくとも一部は、１つまたはそれを上回る異なる角度および／または曲率を有してもよい。
熱回収装置６０４の集合は、一次熱伝達領域内６０３の共通水平平面内に配列されてもよい、またはそうではなくてもよい。熱回収装置６０４の集合は、所与の（例えば、特定の）地質学的または掘削詳細に適応するように、共通水平平面から逸脱してもよい。熱回収装置は、熱を一次熱交換領域６０３から収集することができ、隣接する熱回収装置は、逆流構成において動作されることができる（例えば、熱回収装置の隣接する部分内の作業流体が反対方向に流動するように）。逆流構成は、軸方向熱勾配を低減させ得る。
熱伝導性は、熱回収装置の全体的性能の重要成分である得る。鑿井孔は、熱生成を増加または最大限にするための公知の高伝導性を伴う岩石を通して指向的に掘削されてもよい。例えば、岩石の高伝導性鉱脈が、指向性掘削を用いて標的化され、熱抽出率を増加または最大限にすることができる。岩石は、選択的に標的化されてもよい。
図７は、高熱伝導性を伴う岩石の鉱脈を通して指向的に掘削される、閉ループ熱回収装置７００の立面図である。岩石７０１の高熱伝導性鉱脈は、１つまたはそれを上回る三角形様形状の熱回収装置７００（例えば、図２における三角形様形状の熱回収装置２００）を用いて標的化されることができる。類似方略は、１つまたはそれを上回る花弁形状の熱回収装置（例えば、図５における花弁形状の熱回収装置５０６または図６における６０４の集合）を使用して、高熱伝導性岩盤を標的化するために使用されることができる。熱伝導性岩石が、標的化されてもよい（例えば、所与の岩石形成物内の性能を改良または最適化するために）。熱回収装置７００は、原生岩石を通して掘削されてもよい（例えば、油井およびガス井を通さず）。
熱回収装置のすぐ周囲の（例えば、熱回収装置の熱回収部分の周囲の）岩石は、寿命の開始（ＢＯＬ）時、その天然温度（例えば、少なくとも約１００℃）にあり得るが、低温作業流体（例えば、冷水）の導入後、急速に冷却し得る。電力スパイクが、ＢＯＬ時（例えば、非多孔性岩石からの熱の抽出の間）に生じ得る。高速冷却相後に回収部分によって抽出される熱は、岩石を通した伝導によって促され得る。高速冷却相後に熱回収部分によって抽出される熱の量は、指数関数的に減少し、経時的に（例えば、数年後）平衡し得る。岩石は、熱回収部分の周囲に熱降下を発生させ得る（例えば、高速冷却の結果として）。地中熱回収装置に進入する流体流率を調節することによって、熱抽出率は、寿命にわたって平衡され得る（例えば、熱抽出率がベース負荷電力のために構成される発電所の動作に好適であるように）。そのような流動制御は、変速ポンプ、絞り弁を用いた絞りポンプ流、および／または他の好適なアプローチによって達成されてもよい。ある実施例では、寿命にわたる流動制御は、熱回収装置のＢＯＬ時に低流率を提供するステップと、熱回収装置の寿命時間にわたって流率を徐々に増加させるステップとを含んでもよい。流率は、約５ｋｇ／秒〜１００ｋｇ／秒、または少なくとも１ｋｇ／秒、５ｋｇ／秒、１０ｋｇ／秒、１５ｋｇ／秒、２０ｋｇ／秒、２５ｋｇ／秒、３０ｋｇ／秒、３５ｋｇ／秒、４０ｋｇ／秒、４５ｋｇ／秒、５０ｋｇ／秒、５５ｋｇ／秒、６０ｋｇ／秒、６５ｋｇ／秒、７０ｋｇ／秒、７５ｋｇ／秒、８０ｋｇ／秒、８５ｋｇ／秒、９０ｋｇ／秒、９５ｋｇ／秒、または１００ｋｇ／秒の範囲であってもよい。
セメントまたはグラウトが、ケーシングと岩石との間の環状空間（例えば、ケーシングおよび鑿井孔の外径間の空間）を充填することができる。セメントまたはグラウトは、断熱性質または伝導性性質を有するように修正されてもよい。熱伝導性セメントまたはグラウト（また、本明細書では「伝導性セメント／グラウト」）は、標的岩石からのエネルギー抽出率を増加または改良する（例えば、一次熱伝達領域内の熱回収装置の中への熱の流動を増加または改良する）ことができる。断熱セメントまたはグラウト（また、本明細書では「断熱セメント／グラウト」）は、熱回収装置からの熱損失を減少または最小限にする（例えば、流体が周囲岩石より高温であるときは常に、熱の損失を減少または防止する）ことができる。断熱セメント／グラウトは、地面岩石（例えば、地面またはその近傍のまたは実質的に標的した深度未満の深度における岩石）を上回る温度にあるとき、流入する流体（例えば、加熱されておらず、地面における入口から標的深度に向かう方向に流動する、作業流体）からの熱損失を減少または防止するために使用されてもよい。断熱セメント／グラウトは、地面まで上昇し、地中熱回収装置から流出する、流出する加熱された流体（例えば、加熱され、標的深度から地面における出口に向かう方向に流動する、作業流体）からの熱損失を防止するために使用されてもよい。
本開示のシステムは、種々の地熱回収方法を行うために適用されてもよい。例えば、本開示のシステムは、地中熱回収装置から抽出された熱を伝達するため（例えば、図１のシステムを使用して）、種々の構成における地中熱回収装置を掘削するため（例えば、図２−７参照）、複数の熱回収装置を掘削することによって熱を広岩石領域から抽出するため（例えば、図３のシステムを使用して）、一次熱伝達領域内の熱伝達面積を生成するために要求される掘削量を低減させる（例えば、可変程度まで）ため（例えば、図４、５、または６のシステムを使用して）、１つまたはそれを上回る熱回収装置を用いて岩石の高熱伝導性鉱脈を標的化するため（例えば、図７のシステムを使用して）等に使用されてもよい。
本発明の異なる側面が、個々に、集合的に、または相互に組み合わせて、理解され得る。さらに、本開示の種々の側面は、有利には、異なる熱回収装置構成に適合されてもよい。例えば、熱回収装置は、同軸二重パイプ（例えば、閉ループ二重パイプ）を備えてもよく、これは、絶縁された中心パイプを通して戻る加熱された流体を用いて坑井の外側環状体を通して流体を圧送することによって、掘削コストを減少または最小限にし得る。そのような熱回収装置は、三角形形状または花弁形状に据え付けられてもよい。本開示の種々の側面は、有利には、開ループ構成、閉ループＵ−屈曲、および／または別様に成形される（例えば、別様に成形される貫流式）構成、地中機器を伴う構成、増大された岩石を伴う閉ループ構成、油井およびガス井、および／または他の構成において適用されてもよい。
本発明の好ましい実施形態が、本明細書で示され、説明されているが、そのような実施形態は、一例のみとして提供されることが当業者に明白となるであろう。多数の変形例、変更、および置換が、本発明から逸脱することなく、当業者に想起されるであろう。本明細書で説明される本発明の実施形態の種々の代替案が、本発明を実践する際に採用されてもよいことを理解されたい。以下の請求項は、本発明の範囲を定義し、それにより、これらの請求項およびそれらの均等物の範囲内の方法および構造が対象となることが意図される。

Claims (41)

  1. 第１の区画と第２の区画と第３の区画とを有する閉鎖された流体流路を備える地熱回収システムであって、前記第１の区画および前記第２の区画および前記第３の区画は、使用の間、作業流体が前記閉鎖された流体流路を通して前記第１の区画および前記第２の区画および前記第３の区画をこの順番に含む方向に沿って指向されるように、地面の下方に配置されており、前記閉鎖された流体流路は、前記地面において併置されている流体入口および流体出口を含み、（ｉ）前記第２の区画は、熱伝導性セメントまたは熱伝導性グラウトによって囲まれているケーシングを備え、かつ、実質的に断熱されず、（ｉｉ）前記第３の区画は、断熱され、（ｉｉｉ）前記第２の区画は、２つの急旋回の間の水平な部分を備え、前記２つの急旋回のそれぞれは、０°より大きく９０°以下の内角をもたらす、地熱回収システム。
  2. 前記第３の区画は、断熱セメントまたはグラウトを含む、請求項１に記載の地熱回収システム。
  3. 前記地熱回収システムは、１つ以上の接続された流体流路をさらに備え、前記１つ以上の接続された流体流路は、前記閉鎖された流体流路に接続されている、請求項１に記載の地熱回収システム。
  4. 前記地熱回収システムは、前記作業流体からの熱エネルギーを用いて電力を生成するためのタービンをさらに備える、請求項１に記載の地熱回収システム。
  5. 前記地熱回収システムは、前記作業流体から熱エネルギーを抽出するための熱交換器をさらに備える、請求項１に記載の地熱回収システム。
  6. 前記作業流体は、前記熱交換器内の液相中に留まる、請求項５に記載の地熱回収システム。
  7. 前記熱交換器は、前記地面にある、請求項５に記載の地熱回収システム。
  8. 前記熱エネルギーは、熱電併給のために使用される、請求項５に記載の地熱回収システム。
  9. 前記地熱回収システムは、前記作業流体からの熱エネルギーの産業的な使用のための前記地面における発電所機器をさらに備える、請求項１に記載の地熱回収システム。
  10. 前記産業的な使用は、電力生成を含む、請求項９に記載の地熱回収システム。
  11. 前記閉鎖された流体流路は、原生岩石を通して掘削される、請求項１に記載の地熱回収システム。
  12. 前記閉鎖された流体流路の少なくとも一部は、指向的に掘削される、請求項１に記載の地熱回収システム。
  13. 使用の間、前記作業流体は、相変化を受けることなく、前記閉鎖された流体流路を通して指向される、請求項１に記載の地熱回収システム。
  14. 前記作業流体は、加圧された液体を含む、請求項１に記載の地熱回収システム。
  15. 前記第１の区画は、実質的に断熱されない、請求項１に記載の地熱回収システム。
  16. 前記地熱回収システムは、第４の区画をさらに備え、前記第４の区画は、前記第１の区画と前記第２の区画との間、または、前記第２の区画と前記第３の区画との間にある、請求項１に記載の地熱回収システム。
  17. 前記第２の区画は、前記地面に対して少なくとも約０．５キロメートルの深度に配置されている、請求項１に記載の地熱回収システム。
  18. 前記深度は、前記第２の区画の長さを横断して実質的に一定である、請求項１７に記載の地熱回収システム。
  19. 前記閉鎖された流体流路は、前記地面の下方の熱交換領域を備え、前記熱交換領域は、少なくとも約５００メートルの水平長を有する、請求項１に記載の地熱回収システム。
  20. 前記第２の区画は、少なくとも約５００メートルの水平長を有する、請求項１９に記載の地熱回収システム。
  21. 地熱回収システムであって、
    前記地熱回収システムは、地面において入口および出口を備える地熱回収装置を備え、
    前記入口および前記出口は、経路を介して流体連通し、
    前記経路は、
    前記地面と第１の深度との間に延在する第１の区画であって、前記第１の区画は、前記入口を備える、第１の区画と、
    前記第１の区画と流体連通し、かつ、前記第１の深度と第２の深度との間に延在する第２の区画であって、前記第２の区画は、前記第１の区画に対して少なくとも約５°の角度にある、第２の区画と、
    前記第２の深度における第３の区画であって、前記第３の区画は、前記第２の区画と流体連通し、前記第３の区画は、熱伝導性セメントまたは熱伝導性グラウトによって囲まれているケーシングと、２つの急旋回の間の水平な部分とを備え、前記２つの急旋回のそれぞれは、０°より大きく９０°以下の内角をもたらす、第３の区画と、
    前記第３の区画と流体連通し、かつ、前記第２の深度と前記第１の深度との間に延在する第４の区画と、
    前記第４の区画と流体連通し、かつ、前記第１の深度と前記地面との間に延在する第５の区画であって、前記第５の区画は、前記出口を備え、前記第４の区画は、前記第５の区画に対して少なくとも約５°の角度にある、第５の区画と
    を備える、地熱回収システム。
  22. 前記第１の区画および前記第５の区画のそれぞれは、実質的に垂直であり、前記第３の区画は、実質的に水平である、請求項２１に記載の地熱回収システム。
  23. 前記経路は、カップリングを用いて接続された２つの独立して掘削される部分を備える、請求項２１に記載の地熱回収システム。
  24. 前記２つの独立して掘削された部分のうちの第１のものは、前記第１の区画と、前記第２の区画と、前記第３の区画の第１の部分とを備え、前記２つの独立して掘削された部分のうちの第２のものは、前記第３の区画の第２の部分と、前記第４の区画と、前記第５の区画とを備える、請求項２３に記載の地熱回収システム。
  25. 前記地熱回収システムは、前記地熱回収装置とラジエータ構成に配列されている付加的な地熱回収装置をさらに備え、
    前記付加的な地熱回収装置は、
    前記第２の区画の少なくとも一部と流体連通する第６の区画であって、前記第６の区画は、接続深度と前記第２の深度との間に延在し、かつ、第１の角度において前記第２の区画に接続する、第６の区画と、
    前記第２の深度における第７の区画であって、前記第７の区画は、前記第６の区画と流体連通し、前記第７の区画は、実質的に水平であり、前記第７の区画および前記第３の区画は、離間され、かつ、実質的に平行である、第７の区画と、
    前記第７の区画および前記第４の区画の少なくとも一部と流体連通する第８の区画であって、前記第８の区画は、前記第２の深度と前記接続深度との間に延在し、かつ、第２の角度において前記第４の区画に接続する、第８の区画と
    を備える、請求項２２に記載の地熱回収システム。
  26. 前記第１の角度は、前記第２の角度と実質的に同一である、請求項２５に記載の地熱回収システム。
  27. 地熱回収システムであって、
    前記地熱回収システムは、地面において入口および出口を備える地熱回収装置を備え、
    前記入口および前記出口は、経路を介して流体連通し、
    前記経路は、
    前記地面と標的深度との間に延在する第１の区画であって、前記第１の区画は、前記入口を備える、第１の区画と、
    前記第１の区画と流体連通し、かつ、前記標的深度において半径方向外向きに延在する第２の区画であって、前記第２の区画は、前記第１の区画に対して実質的に垂直である、第２の区画と、
    前記第２の区画と流体連通し、かつ、前記標的深度において弧状に延在する第３の区画と、
    前記第３の区画と流体連通し、かつ、前記標的深度において半径方向内向きに延在する第４の区画と、
    前記標的深度と前記地面との間に延在する第５の区画であって、前記第５の区画は、前記出口を備え、前記第５の区画は、前記第４の区画に対して実質的に垂直である、第５の区画と
    を備え、
    前記第２の区画および前記第３の区画および前記第４の区画は、（ｉ）前記標的深度において実質的に平坦であり、かつ、（ｉｉ）一次熱伝達領域を一緒に構成し、前記第１の区画および前記第５の区画のそれぞれは、実質的に垂直であり、前記第２の区画および前記第４の区画のそれぞれは、実質的に水平である、地熱回収システム。
  28. 前記経路は、カップリングを用いて接続された２つの独立して掘削される部分を備える、請求項２７に記載の地熱回収システム。
  29. 前記カップリングは、前記標的深度にある、請求項２８に記載の地熱回収システム。
  30. 前記地熱回収システムは、
    前記第１の区画と前記第２の区画との間の第６の区画であって、前記第６の区画は、前記第２の区画に向かって前記第１の区画に接続する、第６の区画と、
    前記第４の区画と前記第５の区画との間の第７の区画であって、前記第７の区画は、前記第４の区画に向かって前記第５の区画に接続する、第７の区画と
    をさらに備える、請求項２７に記載の地熱回収システム。
  31. 前記地熱回収システムは、前記地熱回収装置に接続する付加的な地熱回収装置をさらに備え、
    前記付加的な地熱回収装置は、
    前記第１の区画と流体連通する第８の区画と、
    前記第８の区画と流体連通し、かつ、前記標的深度において半径方向外向きに延在する第９の区画であって、前記第９の区画は、前記第１の区画に対して実質的に垂直であり、前記第８の区画は、前記第９の区画に向かって前記第１の区画に接続する、第９の区画と、
    前記第９の区画と流体連通し、かつ、前記標的深度において弧状に延在する第１０の区画と、
    前記第１０の区画と流体連通し、かつ、前記標的深度において半径方向内向きに延在する第１１の区画であって、前記第１１の区画は、前記第５の区画に対して実質的に垂直である、第１１の区画と、
    前記第１１の区画および前記第５の区画と流体連通する第１２の区画であって、前記第１２の区画は、前記第１１の区画に向かって前記第５の区画に接続する、第１２の区画と
    を備える、請求項３０に記載の地熱回収システム。
  32. 前記第９の区画および前記第１１の区画のそれぞれは、実質的に水平である、請求項３１に記載の地熱回収システム。
  33. 前記地熱回収装置および前記付加的な地熱回収装置の水平部分は、相互から約４５°、約９０°、または、約１３５°だけ回転される、請求項３２に記載の地熱回収システム。
  34. 前記経路は、閉ループを形成する、請求項２１または請求項２７に記載の地熱回収システム。
  35. 前記入口および前記出口は、併置されている、請求項２１または請求項２７に記載の地熱回収システム。
  36. 前記経路は、２つの部分を備え、前記２つの部分のうちの第１のものは、前記入口を形成する坑口装置を備え、前記２つの部分のうちの第２のものは、前記出口を形成する坑口装置を備える、請求項３５に記載の地熱回収システム。
  37. 前記地熱回収システムは、前記経路の少なくとも一部に沿う断熱セメントまたはグラウト、前記経路の少なくとも一部に沿う伝導性セメントまたはグラウト、または、これらの組み合わせをさらに備える、請求項２１または請求項２７に記載の地熱回収システム。
  38. 前記地熱回収装置は、前記経路の少なくとも一部を通して一次流体を循環させ、
    前記一次流体は、前記入口から流入し、かつ、前記出口から流出し、前記一次流体の流速は、前記地熱回収装置からの熱抽出速度が前記地熱回収装置の寿命時間を通して一定であるように、前記地熱回収装置の寿命時間を通して制御され、前記一次流体の前記流速は、前記一次流体が流れる速度であり、前記地熱回収装置からの前記熱抽出速度は、前記地熱回収装置が熱を抽出する速度である、請求項２１または請求項２７に記載の地熱回収システム。
  39. 前記地熱回収システムは、現場構成において前記地熱回収装置とともに動作する付加的な地熱回収装置をさらに備え、前記付加的な地熱回収装置は、前記地熱回収装置の経路と実質的に同一の構成を有する別個の経路を有する、請求項２１または請求項２７に記載の地熱回収システム。
  40. 前記付加的な地熱回収装置は、前記地熱回収装置に隣接し、前記地熱回収装置は、第１の一次流体を循環させ、前記付加的な地熱回収装置は、第２の一次流体を循環させ、前記第１の一次流体および前記第２の一次流体は、相互に対して逆流構成において循環する、請求項３９に記載の地熱回収システム。
  41. 前記付加的な地熱回収装置および前記地熱回収装置は、冷却重複を防止するように離間されている、請求項３９に記載の地熱回収システム。
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