JPH0450636A

JPH0450636A - 岩石試料の高温高圧試験装置

Info

Publication number: JPH0450636A
Application number: JP15444690A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Kubota; 窪田　康宏; Hiroshi Watabe; 渡部　寛; Shigeyuki Mori; 森　重行
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1990-06-13
Filing date: 1990-06-13
Publication date: 1992-02-19
Anticipated expiration: 2013-04-08
Also published as: JP2737367B2

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。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野コ本発明は、地熱発電用井等から採掘される岩石試料に、
高温高圧下の加熱・冷却繰り返し試験を行う際に使用さ
れる岩石試料の高温高圧試験装置に関するものである。

［従来の技術］地熱発電においては、２０００〜３０００ｓ程度の坑井
を掘削し、この坑井深部の岩盤の亀裂より滲出する地下
水が、坑井を上昇するに従って加圧水から高圧の蒸気と
なって噴出する際のエネルギーを、バルブ、タービン等
を介して発電に利用する。このような地熱発電用井では
、地下深部において地下水か滲出する岩盤の亀裂が多い
程、より多くの地熱エネルギーを得ることができるため
、坑井の掘削終了後に生産井として仕上げるのに際し、
意識的に坑内に冷水を注入して岩盤をこの亀裂内から急
冷し、急激な温度変化によって亀裂を進展させたり、新
たな亀裂を派生させることがある。また、このような地
熱開発？こおいて、地下深部からの地熱エネルギーの抽
出、利用するに際し、還元井に水を送り、坑井の地下深
部にて高温の蒸気、または熱水に変換してこれを回収、
利用することもある。

いずれにせよこのような場合、坑井あるいは還元井の周
辺の岩盤は、加熱、冷却を繰り返し受けることになる。

そして、このような場合の、岩盤を形成する岩石の破壊
、弱化等の物性変化を定量的に評価するた約には、坑井
の地下深部と同等な条件下で、岩石の試料を冷却し、こ
の時の物性値の変化を測定する必要がある。

従来、このような試験に用いられる試験装置としては、
例えば第２図に示すような岩石試料の加熱・冷却試験装
置が知られている。

この試験装置は、岩石試料ｌを収納するレンガ等の炉体
２と、この岩石試料ｌを加熱するヒーター３とを備えた
電気炉４と、この電気炉４で加熱された岩石試料ｌを冷
却する冷却水５を保持する冷却タンク６より構成されて
いる。また、電気炉４には温度制御用のレギュレタ−７
が取り付けられている。

このような試験装置を用いて、岩石試料の加熱・冷却試
験を行うには、例えば円柱状に成形された岩石試料１を
熱風乾燥器等により乾燥した後、デシケータ内で徐冷し
、電気炉４の炉体２内に収納して一定の昇温速度で所定
の温度にまで加熱し、この状態で一定時間保持する。し
かる後、加熱された岩石試料ｌを炉体２内より取り出し
、冷却タンク６に入れた冷却水５中に入れて急冷し、こ
の時の岩石試料１の物性の変化を測定する。

［発明が解決しようとする課Ｈコしかしながら、このような試験装置では、まず第一に、
高圧の条件下での試験を行うことはできず、坑井の地下
深部の状態を忠実に再現することはできなかった。この
ため、圧力条件に起因する岩石試料の物性の変化につい
て、これを温度条件とともに解析することは不可能とさ
れていた。

また、このような試験装置においては、加熱された岩石
試料は冷却水中に投入されることにより、その外部から
急冷されることになる。しかし、坑井の地下深部では、
前述のように岩盤に形成された亀裂内に冷却水を侵入さ
せることにより、岩盤か内部から冷却され、急激な温度
変化によってこの亀裂が進展、派生するものである。こ
のため、従来の試験装置による岩石試料の外部からの冷
却では、亀裂の進展や派生についての正確な測定や解析
を行うことは極めて困難であった。

さらに、このような試験装置では、試料の冷却の際に、
電気炉から冷却タンクへと岩石試料を移動させなければ
ならず、この作業は専ら人手を介して行なわれる。しか
し、この時試料は加熱されて高温となっており、また、
このような岩石試料の中には組織の結合の比較的脆いも
のが含まれる場合がある。このため、加熱された試料を
冷却する際には、試料の取り扱いに細心の注意を払う必
要がある。

［課題を解決するための手段］本発明は、前記の課題を解決するためになされたもので
、軸方向に貫通孔が設けられた柱状の岩石試料を収容す
る本体と、この岩石試料の端面に当接する加圧部材を介
して、この岩石試料の端面に垂直な方向に負荷を与える
圧縮装置と、本体内に充填された液状加圧材を介して、
岩石試料の側面に圧力を付加する加圧装置と、岩石試料
を加熱するヒータと、岩石試料の貫通孔に冷却水を供給
する通水装置とを具備してなるものである。

［作用　］本発明では、例えば円柱状に成形された岩石試料の中心
軸に貫通孔か設けられており、この岩石試料の端面には
、圧縮装置に連結した加圧部材が当接している。また、
この岩石試料の側方には、加圧装置によって圧力付加さ
れる液状の加圧材が充填されている。そして、これら圧
縮装置および加圧装置を操作することによって、岩石試
料には端面に垂直な方向と、側面に垂直な方向とから同
時に圧力が与えられる。

また、この試験装置には、岩石試料を加熱するヒータが
設置されているとともに、岩石試料の貫通孔に冷却水を
供給する通水装置が設けられており、これらの圧縮装置
、加圧装置、ヒータ、および通水装置によって、高温高
圧の坑井深部において亀裂を有する岩盤が急冷された場
合と路間等な状況が、試験装置内の岩石試料に再現され
る。

［実施例コ第１図は、本発明の一実施例を示す断面図である。

本実施例では、岩石試料１１は円柱状に成形されるとと
もに、中心軸に沿って両端面に開口する貫通孔１２が設
けられており、この岩石試料１１の外径より大きい内径
ををする筒状の耐圧シリンダ１３内に垂直に配置されて
いる。この耐圧シリンダ１３内の岩石試料１１の上下に
は、岩石試料１１の両端面に当接する岩石試料１１と同
径の端部と、耐圧シリンダ１３の内径と同径の基部とを
有する多段円筒状の上部加圧盤１４および下部加圧盤１
５が、それぞれシールスペーサ１６を介して摺動可能に
配置されている。また、岩石試料Ｉｌの側面は、例えば
ふっ素ゴム等の耐熱性のスリーブ１７によって被覆され
ている。

そして、これら岩石試料１１．耐圧シリンダ１３内周面
、上部加圧盤１４、および下部加圧盤１５によって、耐
圧シリンダ１３内には岩石試料１１を中心に円筒形の空
間が形成されていて、この空間には水等の液状加圧材１
８が充填されているとともに、耐圧シリンダ１３内周面
と上部加圧盤１４および下部加圧盤１５の基部外周面と
が摺接することにより液密に保持されている。さらに、
この空間に臨んで下部加圧盤１５の基部上面には、下部
加圧盤１５を貫通して形成された加圧管路１９の一端が
開口しており、この加圧管路１９の他端には、液状加圧
材１８を加圧するとともに、この加圧状態を保持する加
圧装Ｗ２０が接続されている。

一方、上部加圧盤１４の基部には耐圧シリンダ１３の内
径と同径のピストン２１を介してロードセル２２が取り
付けられており、また、下部加圧盤Ｉ５の基部には、サ
ーボバルブ２３によって駆動される圧縮装置２４の油圧
ラムピストン２５の押圧面が当接している。なお、ピス
トン２１と耐圧シリンダ１３との間には、０リング２６
およびキャップ２７が設けられており、また下部加圧盤
１５と耐圧シリンダ１３との間にも、０リング２６が設
けられていて、これらによって耐圧シリンダ１３内の空
間の液密性はより高いものとなっている。

また、シールスペーサ１６，１６　　、上部加圧盤１４
、下部加圧盤１５、およびピストン２１には、これらの
部材を貫通して岩石試料１１の貫通孔１２に接続される
通水管路２８が形成されており、この通水管路２８の一
端は岩石試料１１の貫通孔１２に冷却水を供給する通水
装置２９に接続されている。

さらに、耐圧シリンダ１３の外周面には、岩石試料１１
を取り囲むようにヒータ３０・・・が配置され、このヒ
ータ３０・・・の上下には、耐圧シリンダ１３の両端部
の過熱を防ぐ冷却水が循環する水冷ジャケット３１．３
１　　が設けられている。なおピストン２１には変位計
３２が設置されている。

以下、このような構成の岩石試料の高温高圧試験装置を
用いて、岩石試料の高温高圧下での加熱冷却繰り返し試
験を行う場合の例を説明する。

まず、岩石試料１１の作成に当たっては、測定結果のバ
ラツキをできるだけ少なくするため、同一岩石ブロック
でき目に直交する方向からコアを抜き取り、これより所
定の寸法の円柱状の試料を形成し、この試料の中心軸に
沿って貫通孔１２を設けた後、熱風乾燥器等で乾燥し、
デシケータ内で徐冷して、試験に供する。

このようにして作成された岩石試料１１をシールスペー
サ１６．１６　　　ゴムスリーブ１７によって被覆し、
上部加圧盤１４と下部加圧盤１５の間に挟装された状態
に、耐圧シリンダ１３内にセットする。そして、加圧装
置２０により、岩石試料１１の周囲に配置された液状加
圧材１８を加工して岩石試料１１に側圧をかけるととも
に、サーボバルブ２３によって圧縮装置２４を駆動して
油圧ラムピストン２５を下部加圧盤１５に押圧し、岩石
試料Ｉｌを軸方向に圧縮する。さらに、ヒータ３０・・
・を稼動して、一定の昇温速度で岩石試料１１を加熱し
、所定の温度に達したところで、この状態のまま一定時
間保持する。

しかる後、通水装置２９を作動して、通水管路２８を通
して岩石試料１１の貫通孔１２に冷却水を一定時間、繰
り返し送り込むことにより、高温高圧下において、岩石
がその亀裂内部より加熱、冷却を繰り返し受けた場合の
弱化、破壊等の物性の変化が測定される。

このように本発明では、岩石試料の端面に垂直な方向に
圧力を加える圧縮装置と、側圧を付加する加圧装置によ
り、岩石試料は等方的に高圧を付与され、また、ヒータ
によって高温状態に保持されるとともに、通水装置によ
って急冷される。これらの条件は、坑井内の岩盤に冷水
を注入した場合と路間等な条件であり、坑井の地下深部
の状況を、試験装置内にて忠実に再現することができる
。

そして、このような状況で岩石試料の物性変化を測定す
ることにより、実際の坑井内での岩盤の弱化、破壊等の
状態により近い試験結果を得ることが可能である。

また本発明では、岩石試料は、その内部に形成された貫
通孔に通水されて急冷されるものであり、これは坑井内
に注水して、亀裂を有する岩盤が冷却される状態と酷似
するものである。すなわち、本発明によれば、岩盤を急
冷した際の亀裂の進展、派生についても、実際の坑井内
で起こりうる状況により等しい状態を再現することがで
きる。これにより、坑井に注水して亀裂を進展、派生さ
せ、多くの地下水を滲出させて、発生する地熱エネルギ
ーの増大を図る際、この亀裂の進展、派生を予測するの
に要する、より精密なシュミレーションデータを得るこ
とが可能となる。

さらに本発明では、試験装置内にセットされた岩石試料
は、外部からの操作によって圧縮、昇温、そして冷却さ
れるものであり、この間、直接人手を介して試料を取り
扱う必要はない。このように、試料の取り扱いが簡単で
あり、試験を容易に行うことができるということも、本
発明が有す′る利点の一つである。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、高温高圧下の坑井
深部の状況に略等しい条件を、試験装置内にて容易に再
現することが可能である。そして、このような条件下に
おかれた岩石試料の貫通孔に冷却水を通水して、岩石試
料を冷却することにより、坑井内の岩盤に形成される亀
裂を進展、派生させるための、より詳しい、正確なシュ
ミレーションデータを得ることかできる。

また本発明では、試験中の操作は、すべて外部から行な
われるものであり、試料の取り扱いが容易で、簡単に試
験を行うことかできるという利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す断面図であり、第２
図は岩石試料の加熱・冷却試験に用いられる試験装置の
一例を示すものである。１１　岩石試料、１２・・・貫通孔、１３・・・耐圧シリンダ、１４・・・上部加圧盤、１５
・・・下部加圧盤、１６・・・シールスペーサ、１７・
・・スリーブ、１８・・・液状加圧材、１９・・・加圧
管路、２０・・・加圧装置、２１・・・ピストン、２２
・・・ロードセル、２３・・サーボバルブ、２４・・・
圧縮装置、２５・・・油圧ラムピストン、２８・・・通
水管路、２９・・・通水装置、３０・・・ヒータ。第１図

Claims

【特許請求の範囲】

軸方向に貫通孔が設けられた柱状の岩石試料を収容する
本体と、前記岩石試料の端面に当接する加圧部材を介し
て前記岩石試料の端面に垂直な方向に負荷を与える圧縮
装置と、前記本体内に充填された液状加圧材を介して前
記岩石試料に側圧を付加する加圧装置と、前記岩石試料
を加熱するヒータと、前記岩石試料の貫通孔に冷却水を
供給する通水装置とを具備してなる岩石試料の高温高圧
試験装置。