JPH11223177A - 透水層作成装置とこれを使用する透水層作成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 透水層を容易に作成する。 【解決手段】 外管２１と、外管２１の内部を長手方向
に仕切る長手方向に垂直な複数の仕切壁２２と、隣り合
う仕切壁２２，２２の間の仕切空間２３と外管２１の外
部とを連通する噴出孔２４と、外管２１の仕切壁２２が
形成された部分の外周に形成した環形状の遮水突起２５
と、外管２１に収容されて仕切空間２３のそれぞれに下
流側端部が開口すると共に上流側が送水ポンプ９に取り
付けられる複数の内管２６とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ボーリング坑の坑
壁に高圧水を作用させて透水層を作成する送水層作成装
置及び透水層作成方法に関する。さらに詳述すると、本
発明は、高温岩体発電における注入井と生産井の間に透
水層を作成するのに好適な送水層作成装置及び透水層作
成方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高温岩体発電を行うために、約２００〜
４００℃の地熱を有する地下岩盤に向けて注入井と生産
井とを約１００〜４５０ｍ離して掘削して、これら注入
井と生産井との間に水を加熱しながら流通させるための
透水層を多数作成する。そして、注入井で透水層に水を
注入して生産井で透水層から蒸気または熱水を取り出し
て発電に使用する。

【０００３】この透水層１０１を作成する際は、図５に
示すように鉄管１０２の周囲にゴム製または金属製のチ
ューブ１０３を数ｍの間隔を設けて取り付けて、これを
注入井となるボーリング坑１０４に入れる。そして、ボ
ーリング坑１０４の内部で各チューブ１０３，１０３を
膨らませて（図５中、二点鎖線で示す）、坑壁１０４ａ
に密着させて各チューブ１０３，１０３の間の空間１０
５の密封を行う。ここで、各チューブ１０３を膨らませ
る手段としては、チューブ１０３がゴム製の場合は水や
空気を注入して膨らませたり、チューブ１０３を上下か
ら圧縮して横方向に膨らませている。また、チューブ１
０３が例えばアルミニウムやＰＴＦＥ（ポリテトラフル
オロエチレン）等の金属製の場合では、チューブ１０３
を上下方向から圧縮して横方向に膨らませている。

【０００４】そして、各チューブ１０３，１０３の間の
空間１０５に鉄管１０２の噴出孔１０６から高圧水を噴
出する。この高圧水により岩盤１０７に節理を開口させ
たり割れ目を発生させて、そこに水を入り込ませて透水
層１０１を作成する。

【０００５】また、深度を異ならせて別の透水層１０１
を作成する場合は、チューブ１０３の膨らみを無くして
坑壁１０４ａとの間に隙間を設ける。そして、チューブ
１０３を昇降して次の透水層１０１を作成する深度に位
置させる。さらに上述した一連の作業を行い、新たな透
水層１０１を作成する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た透水層の作成方法では、ゴム製または金属製のチュー
ブ１０３を使用しているので、以下の不都合を生ずるこ
とがある。ゴム製のチューブ１０３を使用した場合に
は、ボーリング坑１０４の高い内部温度で劣化したり、
また送水時に鉄管１０２が冷却されるのでゴムが急激に
収縮してずれ破断を生ずるおそれがある。また、金属製
のチューブ１０３を使用した場合には、透水層１０１の
作成後に上下からの圧縮力を除いても塑性変形により完
全には元の形状に復元しないのでボーリング坑１０４の
内部での昇降が困難となってしまう。これらの理由によ
り、透水層１０１の作成は困難であった。

【０００７】そこで、本発明は、透水層を容易に作成で
きる透水層作成装置とこれを使用する透水層作成方法を
提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、請求項１記載の透水層作成装置は、外管と、外管の
内部を長手方向に仕切る長手方向に垂直な複数の仕切壁
と、隣り合う仕切壁の間の仕切空間と外管の外部とを連
通する噴出孔と、外管の仕切壁が形成された部分の外周
に形成した環形状の遮水突起と、外管に収容されて仕切
空間のそれぞれに下流側端部が開口すると共に上流側が
送水ポンプに取り付けられる複数の内管とを備えるよう
にしている。

【０００９】したがって、透水層作成装置をボーリング
坑に設置する際は、内管を収容した外管をボーリング坑
の内部に挿入する。そして、外管をボーリング坑の内部
の所定深さに設置してから送水ポンプにより各内管に高
圧水を供給し仕切空間に流し込む。仕切空間の高圧水は
噴出孔を通過して外管の外部に流出する。この高圧水
が、隣接する２つの遮水突起の間に充填してボーリング
坑の坑壁に水圧を掛ける。この高圧水により岩盤の既存
の節理を広げたり新たな割れ目を発生させて、これに水
を入り込ませて透水層を作成する。このため、透水層作
成装置をボーリング坑内に１回設置することにより、深
度の異なる複数の透水層を作成することができる。

【００１０】また、請求項３記載の透水層作成方法は、
透水層作成装置の外管をボーリング坑の内部に設置し
て、送水ポンプにより内管に高圧水を供給し仕切空間に
流し込んで噴出孔から外管の外部に流出させて隣接する
２つの遮水突起の間に充填させてボーリング坑の坑壁に
水圧を掛けて透水層を作成するようにしている。したが
って、透水層作成装置をボーリング坑の内部に１度設置
するだけで複数の透水層を作成することができる。

【００１１】ここで、透水層を作成する前の坑壁に多数
の幅狭の節理が形成されている場合は、坑壁に高圧水を
作用させることにより一部の節理が他の節理を狭めなが
ら広がって水を引き込んで透水層を作成する。また、透
水層を作成する前の坑壁に節理が形成されていない場合
は、坑壁に高圧水を作用させることにより新たな割れ目
が生じて水を引き込んで透水層を作成する。

【００１２】そして、請求項２記載の透水層作成装置で
は、遮水突起は等間隔に形成されるようにしている。ま
た、請求項４記載の透水層作成方法では、透水層の作成
は複数の透水層について同時に行うようにしている。し
たがって、坑壁に対して高圧水を同時に均等に作用させ
ることができるので、ほぼ等しい幅の透水層をほぼ等間
隔に作成することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の構成を図面に示す
実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。図１に示
すように、本実施形態の透水層作成装置２０は、高温岩
体発電の注入井として高温岩盤５に予め形成されたボー
リング坑７の内部に設置して、生産井（図示せず）まで
達する透水層１９を作成するためのものである。この透
水層作成装置２０は、外管２１と、外管２１の内部を長
手方向に仕切る長手方向に垂直な複数の仕切壁２２と、
隣り合う仕切壁２２，２２の間の仕切空間２３と外管２
１の外部とを連通する噴出孔２４と、外管２１の仕切壁
２２が形成された部分の外周に形成した環形状の遮水突
起２５と、外管２１に収容されて仕切空間２３のそれぞ
れに下流側端部が開口する複数の内管２６とを備える。
また、透水層作成装置２０は、櫓６により地上からボー
リング坑７の内部に吊り下げられて支持されている。

【００１４】内管２６の上流側には送水ポンプ９が取り
付けられている。この送水ポンプ９は地上に設置されて
いる。送水ポンプ９は貯水池８に連結管２８で連結され
ている。そして、送水ポンプ９は貯水池８の水を各内管
２６に加圧して供給する。

【００１５】内管２６は仕切壁２２を貫通して設けられ
ている。この貫通部分は密封されている。このため、各
仕切空間２３は噴出孔２４のみにより外部に連通されて
いる。図１及び図２に示すように、内管２６は下流側端
部の深度を異ならせて３本設けられている。このため、
透水層作成装置２０を１回設置することにより、ボーリ
ング坑７の深度の異なる３箇所で透水層１９の作成を行
うことができる。本実施形態では内管２６を３本として
いるが、これには限られず２本または４本以上としても
良い。これらの場合でも、１回の操作によりボーリング
坑７の深度の異なる複数箇所で透水層１９の作成を行う
ことができる。

【００１６】また、外管２１及びボーリング坑７は断面
円形としている。外管２１の下端部は開放されて開口２
１ａが形成されている。外管２１は、短管を繋ぎ合わせ
て長い管としている。すなわち、透水層作成装置２０を
ボーリング坑７に設置する際は、櫓６から最初は短い外
管２１を吊り下げて次々に短管を繋ぎ合わせて下方に伸
ばすようにする。ここでの接続方法としてはねじ止めや
溶接等の既存または新規の接続手段を使用することがで
きるが、組立や取り外しの容易さを考慮してねじ止めと
することが好ましい。

【００１７】内管２６の下流側端部が開口する部分の短
管は、噴出孔２４を有するものとしている。噴出孔２４
は外管２１の強度を余り弱めない程度の大きさ及び数量
とする。また、噴出孔２４の配置としては、例えば千鳥
状とすることができる。さらに、仕切壁２２は短管の上
下端部に形成している。これにより、仕切壁２２の取付
を容易に行うことができる。

【００１８】そして、外管２１の外径はボーリング坑７
の内径よりも約２０ｍｍ小さくしている。すなわち、外
管２１の外周面と坑壁７ａとの間は約１０ｍｍの間隔を
有する。このため、噴出孔２４から噴き出された高圧水
が坑壁７ａと外管２１の外周面との間を流通する抵坑が
大きいので上側に水漏れし難くなる。ここで、上側への
水漏れを防止するために最上位置の噴出孔２４の形成深
度は約１００ｍ以上とすることが好ましい。また、噴出
孔２４から噴き出された高圧水の漏れが少ないので、坑
壁７ａを押圧する水圧の損失を小さくできる。本実施形
態では外管２１の外周面と坑壁７ａとの隙間を約１０ｍ
ｍとし最上位置の噴出孔２４の形成深度を約１００ｍ以
上としているが、これには限られず高圧水の圧力，流
量，粘性等の大きさや外管２１及び坑壁７ａの間を流通
する際の抵坑等に基づいて上側への水漏れを防止できる
範囲で設定することができる。

【００１９】内管２６及び外管２１としては、高温岩盤
５の温度条件を考慮すると鉄製のものを用いることが好
ましい。ただし、必ずしも鉄製の管を使用する必要はな
く、ボーリング坑７の坑壁７ａの温度が低い場合にはプ
ラスチック製等の管を用いても良い。

【００２０】さらに、遮水突起２５は外管２１の外周面
から約５ｍｍ突出している。すなわち、遮水突起２５と
坑壁７ａとは約５ｍｍの隙間を有している。この程度の
隙間で有れば、噴出孔２４から噴出された高圧水が遮水
突起２５と坑壁７ａの間からほとんど漏れ出すことはな
い。このため、噴出孔２４から噴き出された高圧水の漏
れが少ないので、坑壁７ａを押圧する水圧の損失を小さ
くできる。しかも、透水層作成装置２０をボーリング坑
７に設置する際に、遮水突起２５を坑壁７ａに接触させ
ることなく容易に挿入することができる。本実施形態で
は遮水突起２５と坑壁７ａとの隙間を約５ｍｍとしてい
るが、これには限られず高圧水の圧力，流量，粘性等の
大きさや遮水突起２５及び坑壁７ａの間を流通する際の
抵坑等に基づいて水漏れを防止できる範囲で設定するこ
とができる。

【００２１】また、各遮水突起２５は等間隔で設置され
ている。このため、各遮水突起２５の間の空間の上下方
向の長さが同等となって透水層１９を一定間隔で同時に
作成することができるので、各透水層１９の間隔及び幅
を均一にすることができる。これにより、高温岩盤５の
熱を偏り無く高効率に抽熱することができるので、高温
岩体発電の効率を向上させることができる。本実施形態
では各遮水突起２５を等間隔で設置しているが、これに
は限られず不等間隔に設置しても良い。この場合も、透
水層作成装置の１回の設置により深度の異なる複数の透
水層１９を作成することができる。

【００２２】上述した透水層作成装置２０を設置して透
水層１９を作成する手順を以下に説明する。

【００２３】注入井を作成するために、高温岩盤５にボ
ーリング坑７を掘削する。この掘削方法は既存のまたは
新規のいかなる方法でも良いが、例えば以下の手順によ
り掘削する。

【００２４】図３及び図４に示すように、ここでの掘削
装置１は、少なくとも３本の内管２〜４を通した外管１
５をボーリング坑７の内部に挿入すると共に、第１の内
管２に高圧の液体を第２の内管３に気体をそれぞれ供給
し、第１の内管２の先端に接続した液圧モータから成る
ダウンホールモータ１２を液体で駆動させてビット１３
を回転させる一方、ダウンホールモータ１２を駆動させ
た液体の圧力と気体の浮力とで第３の内管４を通じて掘
削ズリ１４を排出し且つ液体を回収するものである。第
１の内管２の先端はダウンホールモータ１２の液圧供給
口１２ａに接続されており、その後端は貯水池８の水を
圧送する送水ポンプ９に接続されている。第２の内管３
の先端は第３の内管４の先端近傍位置に接続されてお
り、その後端はコンプレッサ１０に接続されている。さ
らに、第３の内管４の先端はダウンホールモータ１２の
後方に開口しており、その後端は貯水池８に開口してい
る。ダウンホールモータ１２の吐水口１２ｂは、ビット
１３と坑壁７ａとの間に向けて形成されている。

【００２５】なお、外管１５、第１の内管２、第２の内
管３、第３の内管４としては使用する温度条件を考慮す
ると鉄製のものを用いることが好ましい。ただし、必ず
しも鉄製の管を使用する必要はなく、使用温度が低い場
合にはプラスチック製等の管を用いても良い。また、必
ずしも第２の内管３の先端を第３の内管４の先端近傍に
接続する必要はなく、掘削ズリ１４を上昇させてある程
度高圧水の圧力が弱まったところで圧縮空気を供給でき
る位置に第２の内管３の先端を接続しても良い。

【００２６】そして、地上に組んだ櫓６を利用して掘削
装置１をボーリング坑７内に降ろすようにして挿入す
る。次に、貯水池８内の水を送水ポンプ９で加圧して第
１の水管２に供給し、この高圧水によってダウンホール
モータ１２を駆動させてビット１３を高速回転させる。
高速回転するビット１３は岩盤５を掘削し、これにより
発生した掘削ズリ１４は周囲に溜まる。一方、ダウンホ
ールモータ１２を駆動した高圧水は吐水口１２ｂから噴
出してビット１３と坑壁７ａとの間に流れ込み、坑壁７
ａとの摩擦で加熱されるビット１３を冷却すると共に掘
削ズリ１４をビット１３の後方に押し流す。そして、こ
の高圧水と掘削ズリ１４の流れは第３の内管４に流入す
る。

【００２７】一方、第２の内管３内にはコンプレッサ１
０より圧縮空気が供給される。圧縮空気は第３の内管４
内に流入し、その浮力で第３の内管４内を上昇する掘削
ズリ１４及び高圧水に上昇力を与える。この浮力の助け
を借りて掘削ズリ１４と高圧水が第３の内管４内を上昇
し、地上の貯水池８内に排出される。即ち、第３の内管
４を通じてボーリング坑７内から掘削ズリ１４が排出さ
れると共に高圧水が回収される。ビット１３が岩盤５を
掘削するのに従ってビット１３を下降させることで、ボ
ーリング坑７を堀り進める。そして、必要な深さだけ掘
り下げたら掘削装置を停止させて、地上に組んだ櫓６を
利用して掘削装置１をボーリング坑７から取り出すよう
上昇させる。

【００２８】この掘削方法では、第３の内管４に第１の
内管２から圧縮空気を供給することで浮力を発生させて
掘削ズリ１４と高圧水の上昇を助けているので、高圧水
を多量に使用しなくても掘削ズリ１４の排出と高圧水の
回収を容易に行うことができる。また、掘削ズリ１４の
排出と高圧水の回収を専用の第３の内管４で行ってお
り、尚かつこの第３の内管４の内面はボーリング坑７の
坑壁７ａに比べて滑らかであり掘削ズリ１４及び高圧水
の流れ抵坑は小さいので、掘削ズリ１４の排出や高圧水
の回収が容易になる。さらに、岩盤５中に断層などの水
の逃げ道となるものが存在していても第３の内管４を介
して掘削ズリ１４の排出と高圧水の回収を確実に行うこ
とができる。

【００２９】上述のようにして形成したボーリング坑７
に透水層作成装置２０を櫓６の利用により下降させて挿
入させる。そして、透水層作成装置２０が所定の深度に
達して下降を停止させてから、各内管２６の上流側端部
を送水ポンプ９に連結する。連結後、送水ポンプ９を駆
動して貯水池８の水を加圧して各内管２６に同時に供給
する。

【００３０】各内管２６の下流側端部では高圧水が仕切
空間２３の内部に噴出する。そして、水は仕切空間２３
の底部から貯められて噴出孔２４に達すると噴出孔２４
から外管２１の外部に噴出する。また、外管２１の最も
下部では仕切空間２３に水が貯まることなく開口２１ａ
から噴出する。

【００３１】噴出孔２４から噴出した高圧水は、その噴
出孔２４の上下に設けられた遮水突起２５，２５と坑壁
７ａと外管２１の外面との間に貯められる。そして、こ
の空間から空気を追い出して完全に充填されると、高圧
水が坑壁７ａを押圧する。また、外管２１の最も下部で
は、高圧水は最下位置の遮水突起２５と坑壁７ａとの間
に貯められ空気を追い出して完全に充填されると坑壁７
ａを押圧する。

【００３２】ここで、坑壁７ａに既に多数の幅狭の節理
が形成されている場合は、坑壁７ａに高圧水を作用させ
ることにより一部の節理が他の節理を狭めながら広がっ
て水を引き込み透水層１９を作成する。また、坑壁７ａ
に節理が形成されていない場合は、坑壁７ａに高圧水を
作用させることにより新たな割れ目が生じて水を引き込
んで透水層１９を作成する。このとき、透水層１９に流
れ込む水量は、理論上は割れ目の幅の３乗（実際上は２
乗）に比例して増加する。

【００３３】上述したように本実施形態の透水層作成装
置２０によれば、複数の内管２６を深度を異ならせて有
すると共に各内管２６から噴出される高圧水によりそれ
ぞれ透水層１９が作成されるので、深度の異なる複数の
透水層１９を透水層作成装置２０の１回の設置で作成す
ることができる。このため、１回の設置で１つの透水層
しか作成できない従来の透水層作成装置のように深度の
異なる複数の透水層を作成するために透水層作成装置を
何度も昇降して設置する必要がないので、深度の異なる
複数の透水層を迅速かつ容易に作成できる。

【００３４】また、本実施形態の透水層作成装置２０で
は、坑壁７ａとの間で僅かに隙間を有しながら遮水を行
う遮水突起２５を設けているので、噴出孔２４から噴出
した高圧水が遮水突起２５，２５の間の空間で高い水圧
を維持することができると共に透水層作成装置２０をボ
ーリング坑７に容易に挿入することができる。このた
め、従来のように透水層を作成する箇所の上下でチュー
ブを膨らませて遮水を行う必要が無いので、透水層の作
成の作業性を向上することができる。しかも、従来のよ
うに透水層作成装置の昇降の際にチューブを復元させる
必要がないので、透水層作成装置の設置の作業性を向上
することができる。さらに、従来のゴム製のチューブの
ように温度差で破損するようなことは無いので、作業の
確実性を向上させることができる。

【００３５】なお、上述の実施形態は本発明の好適な実
施の一例ではあるがこれ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いて種々変形実施可能で
ある。例えば、本実施形態では各内管２６に同時に高圧
水を送り込んでいるが、これには限られず各内管２６に
時間差を設けて順に高圧水を送り込むようにしても良
い。この場合も複数の透水層１９を透水層作成装置２０
の１回の設置で作成することができるので、深度の異な
る複数の透水層１９を迅速かつ容易に作成できる。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、請求項
１記載の透水層作成装置によれば、仕切空間のそれぞれ
に下流側端部が開口する複数の内管を有しているので、
透水層作成装置をボーリング坑内に１回設置することに
より、深度の異なる複数の透水層を作成することができ
る。このため、深度の異なる複数の透水層を作成するた
めに透水層作成装置を何度も昇降して設置する必要がな
く迅速かつ容易に作成することができる。

【００３７】また、請求項３記載の透水層作成方法によ
れば、透水層作成装置をボーリング坑の内部に１度設置
するだけで複数の透水層を作成することができる。この
ため、深度の異なる複数の透水層を作成するために透水
層作成装置を何度も昇降して設置する必要がなく迅速か
つ容易に作成することができる。

【００３８】さらに、請求項２記載の透水層作成装置で
は遮水突起は等間隔に形成されるようにしていると共
に、請求項４記載の透水層作成方法では透水層の作成は
複数の透水層について同時に行うようにしているので、
坑壁に対して高圧水を同時に均等に作用させることがで
きる。このため、ほぼ等しい幅の透水層をほぼ等間隔に
作成することができるので、高圧水を岩盤内に偏り無く
平均的に送り込むことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の透水層作成装置の全体を示す概略の側
面図である。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線で切断した状態を示す横断
面図である。

【図３】ボーリング坑を掘削する掘削装置の全体を示す
概略の側面図である。

【図４】ボーリング坑を掘削する掘削装置の主要部を示
す側面図である。

【図５】従来の透水層作成装置を示す側面図である。

【符号の説明】

１９ 透水層 ２０ 透水層作成装置 ２１ 外管 ２２ 仕切壁 ２３ 仕切空間 ２４ 噴出孔 ２５ 遮水突起 ２６ 内管

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外管と、前記外管の内部を長手方向に仕
   切る長手方向に垂直な複数の仕切壁と、隣り合う前記仕
   切壁の間の仕切空間と前記外管の外部とを連通する噴出
   孔と、前記外管の前記仕切壁が形成された部分の外周に
   形成した環形状の遮水突起と、前記外管に収容されて前
   記仕切空間のそれぞれに下流側端部が開口すると共に上
   流側が送水ポンプに取り付けられる複数の内管とを備え
   ることを特徴とする透水層作成装置。
2. 【請求項２】 前記遮水突起は等間隔に形成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の透水層作成装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の前記透水層作成
   装置の前記外管をボーリング坑の内部に設置して、前記
   送水ポンプにより前記内管に高圧水を供給し前記仕切空
   間に流し込んで前記噴出孔から前記外管の外部に流出さ
   せて隣接する２つの前記遮水突起の間に充填させて前記
   ボーリング坑の坑壁に水圧を掛けて透水層を作成するこ
   とを特徴とする透水層作成方法。
4. 【請求項４】 前記透水層の作成は複数の前記透水層に
   ついて同時に行うことを特徴とする請求項３記載の透水
   層作成方法。