WO2019151443A1 - 破砕工法及びこれに用いられる減圧装置 - Google Patents

破砕工法及びこれに用いられる減圧装置 Download PDF

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WO2019151443A1
WO2019151443A1 PCT/JP2019/003490 JP2019003490W WO2019151443A1 WO 2019151443 A1 WO2019151443 A1 WO 2019151443A1 JP 2019003490 W JP2019003490 W JP 2019003490W WO 2019151443 A1 WO2019151443 A1 WO 2019151443A1
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flow path
well
decompression device
decompression
crushing method
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PCT/JP2019/003490
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浅沼　宏
成実 長縄
範芳 土屋
竜哉 梶原
邦明 島田
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国立研究開発法人産業技術総合研究所
国立大学法人 東京大学
国立大学法人東北大学
地熱エンジニアリング株式会社
帝石削井工業株式会社
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    • E21B34/16—Control means therefor being outside the borehole

Definitions

  • the present invention relates to a crushing method used for crushing a rock mass and a decompression device used therefor.
  • Geothermal power generation uses crustal fluid.
  • the crustal fluid region currently used for power generation is below the critical point of pure water (374 ° C. and 22 MPa).
  • supercritical geothermal power generation that uses supercritical fluid (fluid above the critical point) existing beyond the currently used region for geothermal power generation is being studied.
  • the merit of using supercritical fluid for geothermal power generation is high specific enthalpy.
  • the specific enthalpy of the liquid phase at a saturated water vapor pressure (about 4 MPa) at 250 ° C. is about 1000 kJ / kg
  • the specific enthalpy of heated steam at 400 ° C. is about 3000 kJ / kg.
  • This hydraulic fracturing method is a method of generating a crack in the rock mass by injecting a fracturing fluid such as water filled in the well into the rock mass at a high pressure.
  • a crack support material called proppant may be added to prevent the generated crack from collapsing due to underground pressure or the like.
  • a fracturing fluid in which granular materials such as sand are added as proppants is pressed at a high pressure.
  • a fracturing fluid to which a hydrolyzable blocking agent for blocking a hydrolyzable material that temporarily closes a crack is added is pressurized. Press fit with.
  • the water permeability (permeability) of the rock mass is improved by injecting the fracturing fluid at a high pressure and generating cracks in the rock mass. It is often said that underground resources can be collected.
  • the permeability of the rock in which the supercritical fluid exists is important.
  • the water permeability of the rock is said to decrease greatly with depth.
  • the brittleness of the crust that is, the shear strength of the rock mass increases as the depth increases.
  • This intensity change follows a so-called friction law. That is, up to a predetermined depth, the rock in the brittle region is destroyed by applying force to the rock.
  • the temperature rises with the depth after a predetermined depth, it becomes a bedrock of a ductile region that is deformed by applying a force to the bedrock.
  • the conventional hydraulic fracturing method described above and the sampling method disclosed in Patent Document 1 are brittle regions that are fractured by applying force to the end because the fracturing fluid is press-fitted at a high pressure in order to improve the permeability of the rock mass. It can be applied to other rock masses. In other words, even if the fracturing fluid is pressed into the bedrock in the ductile region where supercritical fluid exists at a high pressure, cracks cannot be generated in the bedrock in the ductile region, and as a result, the water permeability of the bedrock can be improved. Can not. For this reason, the conventional hydraulic crushing method and the sampling method disclosed in Patent Document 1 cannot be applied to the bedrock in the ductile region.
  • the present invention has been devised in view of the above-described problems, and the object of the present invention is a crushing method capable of generating a crack even in a bedrock in a ductile region, and to this.
  • An object of the present invention is to provide a decompression device to be used.
  • the crushing method according to the first aspect of the present invention is a crushing method used for generating a crack in a rock, and a pressure reducing device that depressurizes the inside of the well is installed in the well installed in the rock.
  • An installation step and a decompression step of decompressing the interior of the well by the decompression device installed in the installation step are provided.
  • the installation step installs a connecting pipe connected to the decompression device and a packer attached to the connecting pipe inside the well
  • the decompression step is characterized in that a gap between the well and the connecting pipe is blocked by the packer, and a region below the packer inside the well is decompressed by the decompression device.
  • the installation step includes the pressure reducing device having a flow path through which a fluid passes and a switching mechanism that switches communication and blockage of the flow path. Installed inside the well with the channel closed, and the pressure reducing step reduces the pressure inside the well by switching the switching mechanism to communicate the blocked channel. It is characterized by that.
  • the installation step can be relatively moved to the first flow path connected to a connection pipe to which a packer for blocking the well is attached, and to the first flow path.
  • a pressure reducing device comprising: the flow path having a second flow path coupled to the flow path; a closing portion for closing the flow path; and the switching mechanism having a locking portion for locking the closing portion. It is installed inside the well, and the decompression step moves the first flow path and the second flow path relative to each other and is closed by the closing portion locked to the locking portion. The inside of the well is depressurized by communicating the flow path.
  • the crushing method according to a fifth aspect of the present invention is the method according to any one of the first to fourth aspects, wherein the decompression step decompresses the interior of the well installed in the bedrock containing a fluid in a supercritical state or a subcritical state. It is characterized by doing.
  • a decompression apparatus is a decompression apparatus used in the crushing method according to any of the first to fifth aspects of the invention, and is characterized in that the interior of the well is decompressed.
  • a decompression device is characterized in that, in the sixth aspect of the invention, a flow path through which the fluid passes and a switching mechanism that switches communication and blockage of the flow path are provided.
  • the crushing method to which the present invention is applied includes a decompression step of decompressing the interior of the well using a decompression device.
  • the interior of the well is decompressed.
  • a high-temperature and high-pressure fluid in a supercritical state or a subcritical state boiled under reduced pressure for this reason, according to the decompression device to which the present invention is applied, the rock mass is rapidly cooled by the latent heat of vaporization at the time of boiling under reduced pressure, and it is possible to generate a crack in the rock mass due to the thermal stress difference between the quenching portion and the other portions. Become.
  • FIG. 1 is a diagram showing a crushing system 100 used in a crushing method to which the present invention is applied.
  • the crushing system 100 is used in a crushing method to which the present invention is applied, and is used to generate a crack in the rock 9 near the bottom of the well 8.
  • the crushing system 100 is installed inside the well 8.
  • a plurality of casing pipes 81 are installed in the well 8.
  • the rock 9 near the bottom of the well 8 is a ductile region, and contains a high-temperature and high-pressure fluid in a supercritical state or a subcritical state.
  • the fluid contained in the bedrock 9 is water, a carbon dioxide, petroleum, natural gas, and shale gas, for example.
  • the length of the well 8 is, for example, 3 km or more although it depends on the bedrock 9 to be installed.
  • the crushing system 100 includes a decompression device 1 to which the present invention is applied, a tube body 2, a connecting tube 3, and a packer 4.
  • the decompression device 1 decompresses the inside of the well 8.
  • the decompression device 1 has a pipe body 2 connected to the upper end side and a connection pipe 3 connected to the lower end side.
  • a connecting pipe 3 connected to the pipe body 2 may be connected to the upper end side of the decompression device 1.
  • the pipe body 2 is formed by connecting a plurality of tubular members such as steel pipes and drill pipes.
  • the pipe body 2 is inserted into the casing pipe 81 of the well 8 and extends from the vicinity of the ground to the vicinity of the bottom of the well 8.
  • the connecting pipe 3 is a tubular member made of metal or the like around which the packer 4 is attached.
  • the packer 4 is expanded by a predetermined mechanism to block a gap (annulus portion) between the casing pipe 81 of the well 8 and the connecting pipe 3.
  • the packer 4 is made of, for example, resin or metal.
  • the packer 4 may be filled with a sealing liquid such as water and expanded due to thermal expansion of the sealing liquid.
  • the packer 4 in which the sealing liquid is sealed can be used even when the temperature of the rock mass 9 is 374 ° C. or higher, which is the critical point of water.
  • the connecting pipe 3 and the packer 4 are disposed on the lower side of the decompression device 1, but may be disposed on the upper side of the decompression device 1.
  • FIG. 2 is a diagram mainly showing a first embodiment of the decompression device 1 to which the present invention is applied.
  • the decompression device 1 according to the first embodiment includes a cylindrical flow path 11 through which a fluid passes, and a switching mechanism 12 that switches between communication and blockage of the flow path 11.
  • the flow path 11 has a cylindrical first flow path 111 connected to the connection pipe 3 side, and a cylindrical second flow path 112 connected to the tube body 2 side.
  • the first flow path 111 is disposed below the second flow path 112 and is inserted through the second flow path 112.
  • the first flow path 111 and the second flow path 112 are connected to each other via a first connection portion 113 using a shear pin or the like. By breaking the first connecting portion 113, the connection between the first flow path 111 and the second flow path 112 is released, and the first flow path 111 and the second flow path 112 can be moved relative to each other.
  • the switching mechanism 12 includes a rod-shaped contact part 121 fixed to the second flow path 112, an expansion / contraction part 122 attached to the first flow path 111, and an obstruction that is attached to the upper end of the expansion / contraction part 122 and closes the flow path 11. Part 123 and a locking part 124 for locking the closing part 123.
  • the contact portion 121 is formed with a recess 121a that is recessed in a conical shape or the like at the lower end.
  • the elastic part 122 is made of an elastic member such as a spring, for example.
  • the stretchable part 122 is attached to the first flow path 111 so as to be stretchable in the extending direction of the first flow path 111.
  • the locking portion 124 is formed in the first flow path 111 by reducing the diameter of the upper end side of the first flow path 111 from the other part of the first flow path.
  • the blocking portion 123 is blocked by the locking portion 124 to block the flow path 11.
  • the closing part 123 has a shape in which the upper end can be fitted into the recessed part 121a of the contact part 121, and is formed in a conical shape, for example.
  • FIG. 3 is a view showing the well 8 at the start of the crushing method to which the present invention is applied.
  • the crushing method to which the present invention is applied starts from a state where excavation of the well 8 is completed.
  • a plurality of casing pipes 81 are connected to the well 8.
  • the rock 9 near the bottom of the well 8 is a ductile region, and contains a high-temperature and high-pressure fluid in a supercritical state or a subcritical state.
  • the crushing method to which the present invention is applied includes an installation process and a decompression process.
  • FIG. 4 is a diagram showing an installation process of the crushing method to which the present invention is applied.
  • FIG. 5 is a diagram mainly showing the decompression device 1 according to the first embodiment in the installation process.
  • the crushing system 100 including the decompression device 1, the pipe body 2, the connection pipe 3, and the packer 4 is lowered to the vicinity of the bottom of the well 8, Install inside.
  • the bedrock 9 around the packer 4 installed in the well 8 contains a high-temperature and high-pressure fluid in a supercritical state or a subcritical state.
  • the flow path 11 of the decompression device 1 is installed inside the well 8 in a state of being blocked by the blocking portion 123.
  • the pressure in the channel 11 (first channel 111) on the lower side across the blocking portion 123 is above the blocking portion 123 by a high-temperature and high-pressure fluid in a supercritical state or a subcritical state.
  • the pressure in the side flow path 11 (second flow path 112) is higher.
  • first flow path 111 and the second flow path 112 are connected to each other via the first connection portion 113.
  • FIG. 6 is a diagram showing the crushing system 100 in a state where the gap between the well 8 and the connecting pipe 3 is blocked by the packer 4 in the decompression step.
  • the installed packer 4 is expanded.
  • the gap between the casing pipe 81 and the connection pipe 3 of the well 8 is blocked by the expanded packer 4. That is, in the decompression step, the packer 4 is expanded to block the interior of the well 8 into a region above the packer 4 and a region below the packer 4.
  • FIG. 7 is a diagram showing the crushing system 100 when the pressure is reduced by the pressure reducing device 1 in the pressure reducing step.
  • FIG. 8 is a diagram mainly showing the decompression device 1 of FIG. After the gap between the casing pipe 81 and the connection pipe 3 of the well 8 is blocked by the packer 4, the decompression step decompresses the region below the packer 4 inside the well 8 by the decompression device 1. Thereby, the fluid contained in the rock mass 9 flows into the connecting pipe 3 as shown in the arrow P direction in the figure.
  • the first connection portion 113 that connects the first flow path 111 and the second flow path 112 is broken, and the second flow path 112 is cut into the first flow path 111. Relative to the lower side. Since the gap between the casing pipe 81 and the connecting pipe 3 of the well 8 is blocked by the packer 4, the position of the connecting pipe 3 is fixed. For this reason, the position of the first flow path 111 connected to the connection pipe 3 is also fixed. Therefore, by applying a downward force to the second flow path 112, the first connecting portion 113 can be broken, and the second flow path 112 can be pushed down and moved relative to the first flow path 111. By moving the second flow path 112 downward, the contact portion 121 of the switching mechanism 12 is brought into contact with the closing portion 123. At this time, the recessed portion 121 a of the contact portion 121 is fitted to the upper end of the closing portion 123.
  • the expansion / contraction part 122 is deformed so as to be contracted via the closing part 123 in contact with the contact part 121.
  • the locking of the blocking portion 123 locked to the locking portion 124 is released, and a gap is generated between the blocking portion 123 and the first flow path 111, and as a result, the blocking portion 123 is blocked.
  • the flow path 11 is communicated. In this way, the blocked flow path 11 is switched by the switching mechanism 12, and the flow path 11 is communicated.
  • the gap between the casing pipe 81 of the well 8 and the connecting pipe 3 is blocked by the packer 4.
  • the high-temperature and high-pressure fluid in the supercritical state or the subcritical state flows from the connecting pipe 3 to the pipe body 2 through the flow path 11 in the direction of arrow P in the figure.
  • the region below the packer 4 is decompressed.
  • the decompression device 1 decompresses the region below the packer 4 inside the well 8.
  • the inside of the well 8 is depressurized by the depressurizer 1, so that the supercritical or subcritical high-temperature and high-pressure fluid contained in the rock 9 is depressurized and boiled.
  • the rock mass 9 is rapidly cooled by the latent heat of vaporization at the time of the boiling under reduced pressure, and a crack can be generated in the rock mass 9 due to the difference in thermal stress between the rapidly cooled portion and other portions.
  • FIG. 9 is a diagram showing the crushing system 100 at the end of the decompression process.
  • the fluid that has flowed into the flow path 11 also flows into the tube body 2, and the tube body 2 is filled with the fluid.
  • the expanded packer 4 is contracted to release the blockage of the gap between the casing pipe 81 of the well 8 and the connection pipe 3.
  • the decompression device 1, the pipe body 2, the connecting pipe 3, and the packer 4 are taken out of the well 8 and the fluid filled in the pipe body 2 is recovered.
  • the installation process and the decompression process are performed several times, and the crushing method to which the present invention is applied is completed.
  • the depressurization step of depressurizing the inside of the well 8 by the decompression device 1 is provided.
  • the fluid of a supercritical state or a subcritical state will boil under reduced pressure.
  • the rock mass 9 is rapidly cooled by the latent heat of evaporation at the time of boiling under reduced pressure, and a crack is generated in the rock mass 9 due to the difference in thermal stress between the rapid cooling portion and the other portions. It becomes possible.
  • the water permeability (permeability) of the rock mass 9 can be improved by generating cracks in the rock mass 9, and as a result, the fluid contained in the rock mass 9 can be efficiently recovered. It becomes possible to do.
  • the fracturing fluid is not pressed into the rock mass 9 at a high pressure unlike the conventional hydraulic crushing method. For this reason, since the installation for pressurizing to high pressure is not required, it becomes possible to reduce cost. Moreover, according to the crushing method to which the present invention is applied, the fracturing fluid itself is not required. For this reason, it becomes possible to prevent the surrounding water resources from being depleted and to reduce the load on the environment.
  • the decompression device 1 in a state where the flow path 11 is blocked is installed in the well 8, and the decompression process is blocked by switching the switching mechanism 12.
  • the inside of the well 8 is decompressed by communicating the channel 11 in the state.
  • the installation step is performed by installing the connection pipe 3 connected to the decompression device 1 and the packer 4 attached around the connection pipe 3 inside the well 8 and reducing the pressure.
  • the gap between the well 8 and the connecting pipe 3 is blocked by the packer 4, and the region below the packer 4 inside the well 8 is decompressed by the decompression device 1.
  • the crushing method to which the present invention in the decompression step, the fluid that has flowed from the connection pipe 3 is caused to flow into the tube body 2 through the flow path 11. Thereby, the crushing method to which the present invention is applied can efficiently collect the fluid.
  • a fluid in a supercritical state or a subcritical state is included in the rock 9 near the well 8 to be decompressed by the decompression process.
  • the fluid since the fluid has a high specific enthalpy, the fluid can be suitably used for supercritical geothermal power generation.
  • the inside of the well 8 is decompressed.
  • a high-temperature and high-pressure fluid in a supercritical state or a subcritical state boiles under reduced pressure.
  • the rock mass 9 is rapidly cooled by the latent heat of vaporization during the boiling under reduced pressure, and a crack is generated in the rock mass 9 due to the difference in thermal stress between the quenching portion and the other portions. Is possible.
  • the decompression device 1 to which the present invention is applied includes the flow path 11 through which the fluid contained in the rock mass 9 passes, and the switching mechanism 12 that switches between communication and blockage of the flow path 11.
  • the inside of the well 8 can be decompressed only by switching the switching mechanism 12. That is, it is possible to easily reduce the pressure inside the well 8.
  • the connecting pipe 3 around which the packer 4 is attached is connected to the flow path 11.
  • connection pipe 3 and the pipe body 2 are connected to the flow path 11.
  • the flow path 11 includes a first flow path 111 connected to the connection pipe 3 and a second flow path connected to the first flow path 111 so as to be relatively movable. 112, and the switching mechanism 12 has a closing portion 123 that closes the flow passage 11 and a locking portion 124 that locks the closing portion 123, and the first flow passage 111 and the second flow passage 112 are connected to each other. By relative movement, the locking of the blocking portion 123 locked to the locking portion 124 is released, and the flow path 11 is communicated.
  • the blocked channel 11 can be communicated only by relatively moving the first channel 111 and the second channel 112.
  • the inside of the well 8 can be decompressed only by relatively moving the first flow path 111 and the second flow path 112. That is, it is possible to more easily reduce the pressure inside the well 8.
  • the first flow path 111 and the second flow path 112 are connected via the first connecting portion 113, and the first connecting portion 113 is broken, so that the first flow The path 111 and the second flow path 112 can be moved relative to each other.
  • decompression inside well 8 can be performed at an arbitrary position.
  • the decompression device 1 to which the present invention is applied it has the closing portion 123 formed in a shape that can be fitted to the contact portion 121.
  • FIG. 10 is a diagram mainly showing a second embodiment of the decompression device 1 to which the present invention is applied.
  • the decompression device 1 according to the second embodiment includes a cylindrical flow path 11 through which the fluid contained in the rock mass 9 passes, and a switching mechanism 15 that switches between communication and blockage of the flow path 11. Is provided.
  • the switching mechanism 15 includes a rod-shaped contact portion 151 that is fixed to the first flow path 111, a cylindrical fixing portion 152 that is fixed to the inside of the second flow path 112, and a closing portion 153 that closes the flow path 11.
  • a locking portion 154 that locks the closing portion 153.
  • the fixing portion 152 and the closing portion 153 are connected to each other via a second connecting portion 155 using a shear pin or the like. By breaking the second connecting portion 155, the connection between the fixing portion 152 and the closing portion 153 is released, and the fixing portion 152 and the closing portion 153 can be moved relative to each other.
  • the fixing portion 152 has a locking portion 154 formed with a diameter smaller than that of other portions on the lower end side. In the illustrated form, the locking portion 154 and the closing portion 153 formed on the fixing portion 152 are coupled to each other via the second coupling portion 155.
  • the blocking portion 153 is blocked by the locking portion 154 to block the flow path 11.
  • the crushing method to which the present invention is applied includes an installation process and a decompression process.
  • the first flow path 111 and the second flow path 112 are connected to each other via the first connection portion 113.
  • the fixing portion 152 and the closing portion 153 are connected to each other via the second connecting portion 155.
  • a decompression process is performed.
  • the installed packer 4 is expanded.
  • the gap between the casing pipe 81 and the connection pipe 3 of the well 8 is blocked by the expanded packer 4.
  • the decompression step decompresses the region below the packer 4 inside the well 8 by the decompression device 1.
  • FIG. 11 is a diagram mainly showing the decompression device 1 in a state where the connection between the first flow path 111 and the second flow path 112 is released in the decompression process. Specifically, as shown in FIG. 11, in the decompression step, the first connection portion 113 that connects the first flow path 111 and the second flow path 112 is broken, and the second flow path 112 is cut into the first flow path 111. Relative to the lower side. Since the gap between the casing pipe 81 and the connecting pipe 3 of the well 8 is blocked by the packer 4, the position of the connecting pipe 3 is fixed. For this reason, the position of the first flow path 111 connected to the connection pipe 3 is also fixed.
  • the first connecting portion 113 can be broken, and the second flow path 112 can be pushed down and moved relative to the first flow path 111.
  • the closing portion 153 of the switching mechanism 15 is brought into contact with the contact portion 151.
  • FIG. 12 is a diagram mainly showing the decompression device 1 in a state in which the connection between the fixing portion 152 and the closing portion 153 is released in the decompression step.
  • the closing part 153 of the switching mechanism 15 contacts the contact part 151, the position of the closing part 153 is fixed. For this reason, by applying a downward force to the second flow path 112, the second connection part 155 that connects the fixing part 152 fixed to the second flow path 112 and the closing part 153 is broken, The two flow paths 112 can be moved further downward with respect to the first flow path 111. By moving the second flow path 112 further downward, the locking of the blocking portion 153 locked to the locking portion 154 is released, and a gap is generated between the blocking portion 153 and the fixing portion 152. As a result, the flow path 11 closed by the closing portion 153 is communicated. In this way, the closed flow path 11 is switched by the switching mechanism 15 and the flow path 11 is communicated.
  • the gap between the casing pipe 81 of the well 8 and the connecting pipe 3 is blocked by the packer 4.
  • the high-temperature and high-pressure fluid in the supercritical state or the subcritical state flows from the connecting pipe 3 to the pipe body 2 through the flow path 11 in the direction of arrow P in the figure.
  • the region below the packer 4 is decompressed.
  • the decompression device 1 decompresses the region below the packer 4 inside the well 8.
  • the inside of the well 8 is depressurized by the depressurizer 1, so that the supercritical or subcritical high-temperature and high-pressure fluid contained in the rock 9 is depressurized and boiled.
  • the rock mass 9 is rapidly cooled by the latent heat of vaporization at the time of the boiling under reduced pressure, and a crack can be generated in the rock mass 9 due to the difference in thermal stress between the rapidly cooled portion and other portions.
  • the fluid that has flowed into the flow path 11 also flows into the tube body 2, and the tube body 2 is filled with the fluid.
  • the expanded packer 4 is contracted, and the blocking of the gap between the casing tube 81 of the well 8 and the connection tube 3 is released. Thereafter, the decompression device 1, the pipe body 2, the connecting pipe 3, and the packer 4 are taken out of the well 8 and the fluid filled in the pipe body 2 is recovered.
  • a new installation process and a decompression process are performed.
  • the first connection portion 113 that has already been broken is replaced with a new first connection portion 113 that has not been broken, and the first flow path 111 and the second flow path 112 are connected. Keep it.
  • the already broken second connecting portion 155 is replaced with a new second connecting portion 155 that is not broken, and the fixing portion 152 and the closing portion 153 are connected to each other.
  • the installation process and the decompression process are performed several times, and the crushing method to which the present invention is applied is completed.
  • the interior of the well 8 is decompressed in the same manner as the decompression device 1 according to the first embodiment described above.
  • a high-temperature and high-pressure fluid in a supercritical state or a subcritical state boiles under reduced pressure.
  • the rock mass 9 is rapidly cooled by the latent heat of vaporization during the boiling under reduced pressure, and a crack is generated in the rock mass 9 due to the difference in thermal stress between the quenching portion and the other portions. Is possible.
  • the decompression device 1 to which the present invention is applied includes the flow path 11 through which the fluid contained in the rock mass 9 passes, and the switching mechanism 15 that switches between communication and blockage of the flow path 11.
  • the fluid contained in the rock mass 9 can be decompressed only by switching the switching mechanism 15. That is, it is possible to easily reduce the pressure inside the well 8.
  • the flow path 11 includes the first flow path 111 communicated with the connecting pipe 3 and the second flow path 112 that can move relative to the first flow path 111.
  • the switching mechanism 15 includes a closing portion 153 that closes the flow passage 11 and a locking portion 154 that locks the closing portion 153, and relatively moves the first flow passage 111 and the second flow passage 112. Thus, the locking of the blocking portion 123 locked to the locking portion 154 is released, and the flow path 11 is communicated.
  • the blocked channel 11 can be communicated only by relatively moving the first channel 111 and the second channel 112.
  • the inside of the well 8 can be decompressed only by relatively moving the first flow path 111 and the second flow path 112. That is, it is possible to more easily reduce the pressure inside the well 8.

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Abstract

【課題】延性領域の岩盤であっても亀裂を発生させることが可能となる破砕工法を提供する。 【解決手段】本発明を適用した破砕工法は、岩盤に亀裂を発生させるために用いられるものであり、岩盤９に設置された坑井８の内部に、坑井８の内部を減圧する減圧装置１を設置する設置工程と、設置工程において設置した減圧装置１により坑井８の内部を減圧する減圧工程を備えることを特徴とする。設置工程は、減圧装置１に接続される接続管３と、接続管３に取り付けられるパッカー４と、を坑井８の内部に設置し、減圧工程は、パッカー４により坑井８と接続管３との隙間を遮断し、坑井８の内部におけるパッカー４よりも下方側の領域を減圧装置１により減圧する。

Description

破砕工法及びこれに用いられる減圧装置
　本発明は、岩盤を破砕するために用いられる破砕工法及びこれに用いられる減圧装置に関する。
　地熱発電は、地殻流体を利用して発電を行っている。現在発電に利用されている地殻流体領域は、純水の臨界点（３７４℃及び２２ＭＰａ）以下である。今後、現在利用されている領域を超えた場所に存在する超臨界流体（臨界点以上の流体）を地熱発電に利用する超臨界地熱発電が検討されている。超臨界流体を地熱発電に利用するメリットは、比エンタルピーの高さである。例えば、２５０℃の飽和水蒸気圧（約４ＭＰａ）の液相の比エンタルピーは約１０００ｋＪ／ｋｇであるのに対し、４００℃の加熱蒸気の比エンタルピーは約３０００ｋＪ／ｋｇである。
　従来、石油、天然ガス、シェールガス等の地下資源を採取する際に用いられる水圧破砕法が知られている。この水圧破砕法は、坑井内に満たされた水等のフラクチャリング流体を高圧で岩盤に圧入することで、岩盤に亀裂を発生させる方法である。
　フラクチャリング流体には、生成した亀裂が地中の圧力等による崩壊を防ぐために、プロパントと呼ばれる亀裂支持材が添加されることもある。従来の水圧破砕法では、砂等の粒状物をプロパントとして添加したフラクチャリング流体を高圧で圧入する。また、特許文献１に開示される水圧破砕法を利用した地下資源の採掘方法では、亀裂を一時的に塞ぐ加水分解性材料をブロッキングするための加水分解性ブロッキング剤を添加したフラクチャリング流体を高圧で圧入する。
　従来の水圧破砕法及び特許文献１に開示される採掘方法によれば、フラクチャリング流体を高圧で圧入して岩盤に亀裂を発生させることにより、岩盤の透水性（透過性）を向上させ、効率よく地下資源を採取できるとされている。
特開２０１６－０９８５０３号公報
　ところで、超臨界流体を地熱発電に利用するためには、超臨界流体が存在する岩盤の透水性が重要となる。岩盤の透水性は、深度とともに大きく減少するとされている。
　また、地殻の脆性、即ち岩盤のせん断強度は、深度が深くなるに従って大きくなる。この強度変化は、いわゆる摩擦則に従う。つまり、所定の深度までは、岩盤に力を加えることにより破壊する脆性領域の岩盤となる。一方、深度とともに、温度も上昇することから、所定の深度以降では、岩盤に力を加えることにより変形する延性領域の岩盤となる。
　上述した従来の水圧破砕法及び特許文献１に開示される採取方法は、岩盤の透水性を向上させるために、フラクチャリング流体を高圧で圧入することから、あくまで力を加えることにより破壊する脆性領域の岩盤に適用できるものである。即ち、超臨界流体が存在する延性領域の岩盤にフラクチャリング流体を高圧で圧入したとしても、延性領域の岩盤に亀裂を発生させることができず、その結果、岩盤の透水性を向上させることができない。このため、従来の水圧破砕法及び特許文献１に開示される採取方法は、延性領域の岩盤に適用することができない。
　したがって、延性領域の岩盤に亀裂を発生させて、延性領域の岩盤に存在する超臨界流体を利用する技術が切望されている。
　そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、延性領域の岩盤であっても亀裂を発生させることが可能となる破砕工法及びこれに用いられる減圧装置を提供することにある。
　第１発明に係る破砕工法は、岩盤に亀裂を発生させるために用いられる破砕工法であって、前記岩盤に設置された坑井の内部に、前記坑井の内部を減圧する減圧装置を設置する設置工程と、前記設置工程において設置した前記減圧装置により前記坑井の内部を減圧する減圧工程を備えることを特徴とする。
　第２発明に係る破砕工法は、第１発明において、前記設置工程は、前記減圧装置に接続される接続管と、前記接続管に取り付けられるパッカーと、を前記坑井の内部に設置し、前記減圧工程は、前記パッカーにより前記坑井と前記接続管との隙間を遮断し、前記坑井の内部における前記パッカーよりも下方側の領域を前記減圧装置により減圧することを特徴とする。
　第３発明に係る破砕工法は、第１発明又は第２発明において、前記設置工程は、流体が通る流路と、前記流路の連通及び閉塞を切り替える切替機構とを有する前記減圧装置を、前記流路が閉塞された状態で前記坑井の内部に設置し、前記減圧工程は、前記切替機構を切り替えて閉塞された状態の前記流路を連通させることで、前記坑井の内部を減圧することを特徴とする。
　第４発明に係る破砕工法は、第３発明において、前記設置工程は、前記坑井を遮断するパッカーが取り付けられる接続管に接続される第１流路と、前記第１流路に相対移動可能に連結された第２流路と、を有する前記流路と、前記流路を閉塞する閉塞部と、前記閉塞部を係止する係止部を有する前記切替機構と、を有する前記減圧装置を前記坑井の内部に設置し、前記減圧工程は、前記第１流路と前記第２流路を相対移動させ、前記係止部に係止されていた前記閉塞部により閉塞された状態の前記流路を連通させることで、前記坑井の内部を減圧することを特徴とする。
　第５発明に係る破砕工法は、第１発明～第４発明の何れかにおいて、前記減圧工程は、超臨界状態又は亜臨界状態の流体を含む前記岩盤に設置された前記坑井の内部を減圧することを特徴とする。
　第６発明に係る減圧装置は、第１発明～第５発明の何れかの破砕工法に用いられる減圧装置であって、前記坑井の内部を減圧するものであることを特徴とする。
　第７発明に係る減圧装置は、第６発明において、流体が通る流路と、前記流路の連通及び閉塞を切り替える切替機構とを備えることを特徴とする。
　本発明を適用した破砕工法によれば、坑井の内部を減圧装置により減圧する減圧工程を備える。これにより、本発明を適用した破砕工法によれば、超臨界状態又は亜臨界状態の高温高圧な流体が減圧沸騰することとなる。このため、本発明を適用した破砕工法によれば、減圧沸騰の際の蒸発潜熱により岩盤が急冷却され、急冷部分と他の部分との熱応力差により岩盤に亀裂を発生させることが可能となる。
　本発明を適用した減圧装置によれば、坑井の内部を減圧する。これにより、本発明を適用した減圧装置によれば、超臨界状態又は亜臨界状態の高温高圧な流体が減圧沸騰することとなる。このため、本発明を適用した減圧装置によれば、減圧沸騰の際の蒸発潜熱により岩盤が急冷却され、急冷部分と他の部分との熱応力差により岩盤に亀裂を発生させることが可能となる。
本発明を適用した破砕工法に用いられる破砕システムを示す図である。 本発明を適用した減圧装置の第１実施形態を主に示す図である。 本発明を適用した破砕工法の開始時における坑井を示す図である。 本発明を適用した破砕工法の設置工程を示す図である。 設置工程における第１実施形態に係る減圧装置を主に示す図である。 減圧工程においてパッカーにより坑井と接続管との隙間を遮断した状態の破砕システムを示す図である。 減圧工程において減圧装置により減圧する際の破砕システムを示す図である。 図７の減圧装置を主に示す図である。 減圧工程終了時における破砕システムを示す図である。 本発明を適用した減圧装置の第２実施形態を主に示す図である。 減圧工程において第１流路と第２流路との連結を解除した状態の減圧装置を主に示す図である。 減圧工程において固定部と閉塞部との連結を解除した状態の減圧装置を主に示す図である。
　以下、本発明を適用した破砕工法及びこれに用いられる減圧装置を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
　図１は、本発明を適用した破砕工法に用いられる破砕システム１００を示す図である。
　破砕システム１００は、本発明を適用した破砕工法に用いられ、坑井８の坑底近傍の岩盤９に亀裂を発生させるために用いられる。破砕システム１００は、坑井８の内側に設置される。坑井８には、複数のケーシング管８１が設置されている。坑井８の坑底近傍の岩盤９は、延性領域となっており、超臨界状態又は亜臨界状態の高温高圧な流体が含まれる。また、岩盤９に含まれる流体は、例えば、水、二酸化炭素、石油、天然ガス、シェールガスである。坑井８の長さは、設置される岩盤９にもよるが、例えば、３ｋｍ以上である。
　破砕システム１００は、本発明を適用した減圧装置１と、管体２と、接続管３と、パッカー４と、を備える。
　減圧装置１は、坑井８の内部を減圧するものである。減圧装置１は、上端側に管体２が接続され、下端側に接続管３が接続される。なお、減圧装置１の上端側に、管体２に接続された接続管３が接続されてもよい。
　管体２は、鋼管、ドリルパイプ等の管状部材が複数連結されるものである。管体２は、、坑井８のケーシング管８１に挿入され、地上近傍から坑井８の坑底近傍まで延びている。
　接続管３は、その周囲にパッカー４が取り付けられる金属製等の管状部材である。
　パッカー４は、所定の機構により膨張することで、坑井８のケーシング管８１と接続管３との隙間（アニュラス部）を遮断するものである。
　パッカー４は、例えば、樹脂製、金属製のものが用いられる。この他、パッカー４は、その内部に水等の封入液が封入されて、封入液の熱膨張によって膨張するものであってもよい。封入液が封入されたパッカー４は、岩盤９の温度が水の臨界点である３７４℃以上であっても使用することができる。
　なお、図１に示す形態において、接続管３及びパッカー４は、減圧装置１の下方側に配置されるが、減圧装置１の上方側に配置されてもよい。
　図２は、本発明を適用した減圧装置１の第１実施形態を主に示す図である。第１実施形態に係る減圧装置１は、流体が通るための筒状の流路１１と、流路１１の連通と閉塞とを切り替える切替機構１２とを有する。
　流路１１は、接続管３側に接続される筒状の第１流路１１１と、管体２側に接続される筒状の第２流路１１２と、有する。第１流路１１１は、第２流路１１２の下方側に配置され、第２流路１１２に挿通される。
　第１流路１１１と第２流路１１２とは、シャーピン等が用いられる第１連結部１１３を介して互いに連結される。第１連結部１１３を破断させることで、第１流路１１１と第２流路１１２との連結が解除され、第１流路１１１と第２流路１１２とが相対移動可能となる。
　切替機構１２は、第２流路１１２に固定される棒状の接触部１２１と、第１流路１１１に取り付けられる伸縮部１２２と、伸縮部１２２の上端に取り付けられるとともに流路１１を閉塞する閉塞部１２３と、閉塞部１２３を係止する係止部１２４とを有する。
　接触部１２１は、下端に円錐形状等に窪ませられた窪み部１２１ａが形成される。
　伸縮部１２２は、例えば、スプリング等の伸縮可能な弾性部材が用いられる。伸縮部１２２は、第１流路１１１の延伸方向に伸縮可能に第１流路１１１に取り付けられる。
　係止部１２４は、第１流路１１１の上端側が第１流路の他の部分よりも縮径されて、第１流路１１１に形成される。
　閉塞部１２３は、係止部１２４に係止されることで流路１１を閉塞するものとなる。閉塞部１２３は、上端が接触部１２１の窪み部１２１ａに嵌合可能な形状であり、例えば、円錐形状等に形成される。
　次に、第１実施形態に係る減圧装置１を用いた、本発明を適用した破砕工法について説明する。
　図３は、本発明を適用した破砕工法の開始時における坑井８を示す図である。本発明を適用した破砕工法は、先ず、坑井８の掘削が完了した状態から開始する。この坑井８には、ケーシング管８１が複数連結されている。坑井８の坑底近傍の岩盤９は、延性領域となっており、超臨界状態又は亜臨界状態の高温高圧な流体が含まれる。
　本発明を適用した破砕工法は、設置工程と、減圧工程とを備える。
　図４は、本発明を適用した破砕工法の設置工程を示す図である。図５は、設置工程における第１実施形態に係る減圧装置１を主に示す図である。
　図４に示すように、設置工程は、減圧装置１と、管体２と、接続管３と、パッカー４とを備える破砕システム１００を坑井８の坑底近傍まで降下し、坑井８の内部に設置する。坑井８に設置されるパッカー４の周辺の岩盤９には、超臨界状態又は亜臨界状態の高温高圧な流体が含まれている。
　図５に示すように、設置工程において、減圧装置１の流路１１は、閉塞部１２３により閉塞された状態で坑井８の内部に設置される。設置工程においては、閉塞部１２３を挟んで下方側の流路１１（第１流路１１１）内の圧力は、超臨界状態又は亜臨界状態の高温高圧な流体により、閉塞部１２３を挟んで上方側の流路１１（第２流路１１２）内の圧力よりも高圧となっている。
　また、設置工程では、第１流路１１１と第２流路１１２とは、第１連結部１１３を介して互いに連結されている。
　設置工程の後に、減圧工程を行う。図６は、減圧工程においてパッカー４により坑井８と接続管３との隙間を遮断した状態の破砕システム１００を示す図である。減圧工程は、設置したパッカー４を膨張させる。減圧工程は、膨張させたパッカー４により坑井８のケーシング管８１と接続管３との隙間を遮断する。つまり、減圧工程では、パッカー４を膨張させることにより、坑井８の内部を、パッカー４よりも上方側の領域と、パッカー４よりも下方側の領域と、に遮断する。
　図７は、減圧工程において減圧装置１により減圧する際の破砕システム１００を示す図である。図８は、図７の減圧装置１を主に示す図である。パッカー４により坑井８のケーシング管８１と接続管３との隙間を遮断した後、減圧工程は、坑井８の内部におけるパッカー４よりも下方側の領域を減圧装置１により減圧する。これにより、岩盤９に含まれる流体が図中矢印Ｐ方向に示すように接続管３に流入する。
　詳細には、図８に示すように、減圧工程は、第１流路１１１と第２流路１１２とを連結した第１連結部１１３を破断させ、第２流路１１２を第１流路１１１に対して下方側に相対移動させる。坑井８のケーシング管８１と接続管３との隙間をパッカー４により遮断したことにより、接続管３の位置が固定される。このため、接続管３に接続される第１流路１１１の位置も固定される。したがって、第２流路１１２に下方に向けて力を加えることにより第１連結部１１３を破断させ、第１流路１１１に対して第２流路１１２を下方に押し下げて移動させることができる。第２流路１１２を下方に移動させることで、切替機構１２の接触部１２１が閉塞部１２３に接触される。このとき、接触部１２１の窪み部１２１ａが閉塞部１２３の上端に嵌合される。
　そして、第２流路１１２を第１流路１１１に対して更に下方側に移動させることにより、接触部１２１に接触した閉塞部１２３を介して伸縮部１２２が縮むように変形する。これにより、係止部１２４に係止されていた閉塞部１２３の係止が解除され、閉塞部１２３と第１流路１１１との間に隙間が生じる、その結果、閉塞部１２３により閉塞した状態の流路１１が連通される。このようにして、閉塞した状態の流路１１が切替機構１２により切り替えられ、流路１１が連通されることとなる。
　このとき、パッカー４により坑井８のケーシング管８１と接続管３との隙間が遮断されている。このため、超臨界状態又は亜臨界状態の高温高圧な流体は、接続管３から図中矢印Ｐ方向で流路１１を通り、管体２まで流入する。流路１１及び管体２に流体が流入することにより、パッカー４よりも下方側の領域が減圧されることとなる。このようにして、減圧工程は、坑井８の内部におけるパッカー４よりも下方側の領域を減圧装置１により減圧する。
　減圧工程において、坑井８の内部を減圧装置１により減圧することにより、岩盤９に含まれる超臨界状態又は亜臨界状態の高温高圧な流体が減圧沸騰することとなる。このため、その減圧沸騰の際の蒸発潜熱により岩盤９が急冷却され、急冷部分と他の部分との熱応力差により岩盤９に亀裂を発生させることが可能となる。
　図９は、減圧工程終了時における破砕システム１００を示す図である。図９に示すように、流路１１に流入した流体は、管体２にも流入し、管体２が流体で満たされることとなる。管体２に流体が満たされた後、膨張させていたパッカー４を収縮させ、坑井８のケーシング管８１と接続管３との隙間の遮断を解除する。その後、減圧装置１、管体２、接続管３、パッカー４を坑井８の外部に取り出して、管体２に満たされた流体を回収する。
　そして、管体２に満たされた流体を回収した後に、新たに設置工程と、減圧工程とを行う。新たに設置工程を行う前には、既に破断させた第１連結部１１３を破断していない新たな第１連結部１１３に交換し、第１流路１１１と第２流路１１２とを連結しておく。
　設置工程と、減圧工程とを複数回行い、本発明を適用した破砕工法が完了する。
　次に、本発明を適用した破砕工法の作用効果について説明する。
　本発明を適用した破砕工法によれば、坑井８の内部を減圧装置１により減圧する減圧工程を備える。これにより、本発明を適用した破砕工法によれば、超臨界状態又は亜臨界状態の流体が減圧沸騰することとなる。このため、本発明を適用した破砕工法によれば、減圧沸騰の際の蒸発潜熱により岩盤９が急冷却され、急冷部分と他の部分との熱応力差により岩盤９に亀裂を発生させることが可能となる。
　本発明を適用した破砕工法によれば、岩盤９に亀裂を発生させることにより、岩盤９の透水性（透過性）を向上させることができ、その結果、岩盤９に含まれる流体を効率よく回収することが可能となる。
　本発明を適用した破砕工法によれば、従来の水圧破砕法のように、フラクチャリング流体を岩盤９に高圧で圧入しない。このため、高圧に加圧するための設備を必要としないため、コストを低減することが可能となる。また、本発明を適用した破砕工法によれば、フラクチャリング流体自体を必要としない。このため、周囲の水資源の枯渇を防止し、環境への負荷を低減することが可能となる。
　本発明を適用した破砕工法によれば、設置工程は、流路１１が閉塞された状態の減圧装置１を坑井８の内部に設置し、減圧工程は、切替機構１２を切り替えて閉塞された状態の流路１１を連通させることで、坑井８の内部を減圧する。これにより、本発明によれば、減圧装置１の切替機構１２の切り替えだけで、坑井８の内部を減圧することが可能となる。即ち、坑井８の内部の減圧を容易に行うことが可能となる。
　本発明を適用した破砕工法によれば、設置工程は、減圧装置１に接続される接続管３と、接続管３の周囲に取り付けられるパッカー４と、を坑井８の内部に設置し、減圧工程は、パッカー４により坑井８と接続管３との隙間を遮断し、坑井８の内部におけるパッカー４の下方側の領域を減圧装置１により減圧する。これにより、本発明を適用した破砕工法によれば、パッカー４により遮断した坑井８のケーシング管８１と接続管３の隙間から流体が漏れるのを防止できる。このため、流体を接続管３に確実に流入させることができ、効果的に坑井８の内部を減圧することが可能となる。
　更に、本発明を適用した破砕工法によれば、減圧工程は、接続管３から流入した流体を流路１１を介して管体２に流入させる。これにより、本発明を適用した破砕工法は、流体を効率よく回収することが可能となる。
　特に、本発明を適用した破砕工法によれば、減圧工程により減圧する坑井８の近傍の岩盤９に超臨界状態又は亜臨界状態の流体が含まれる。このとき、当該流体が高い比エンタルピーを有するため、この流体を超臨界地熱発電に好適に利用することが可能となる。
　次に、第１実施形態に係る減圧装置１の作用効果について説明する。
　本発明を適用した減圧装置１によれば、坑井８の内部を減圧する。これにより、本発明を適用した減圧装置１によれば、超臨界状態又は亜臨界状態の高温高圧な流体が減圧沸騰することとなる。このため、本発明を適用した減圧装置１によれば、減圧沸騰の際の蒸発潜熱により岩盤９が急冷却され、急冷部分と他の部分との熱応力差により岩盤９に亀裂を発生させることが可能となる。
　本発明を適用した減圧装置１によれば、岩盤９に含まれる流体が通る流路１１と、流路１１の連通と閉塞とを切り替える切替機構１２とを備える。これにより、本発明を適用した減圧装置１によれば、切替機構１２の切り替えだけで坑井８の内部を減圧することができる。即ち、坑井８の内部の減圧を容易に行うことが可能となる。
　本発明を適用した減圧装置１によれば、パッカー４が周囲に取り付けられる接続管３が、流路１１に接続される。これにより、本発明を適用した減圧装置１によれば、ケーシング管８１と接続管３の隙間から流体が漏れるのを防止できる。このため、流体を接続管３に確実に流入させることができ、効果的に坑井８の内部を減圧することが可能となる。
　更に、本発明を適用した減圧装置１によれば、接続管３と管体２とが流路１１に接続される。これにより、本発明を適用した減圧装置１によれば、接続管３から流入した流体を流路１１を介して管体２に流入させることができる。このため、流体を効率よく回収することが可能となる。
　本発明を適用した減圧装置１によれば、流路１１は、接続管３に接続される第１流路１１１と、第１流路１１１に対して相対移動可能に連結された第２流路１１２とを有し、切替機構１２が流路１１を閉塞する閉塞部１２３と、閉塞部１２３を係止する係止部１２４とを有し、第１流路１１１と第２流路１１２とを相対移動させることで、係止部１２４に係止された閉塞部１２３の係止が解除されて、流路１１が連通される。
　これにより、本発明を適用した減圧装置１によれば、第１流路１１１と第２流路１１２とを相対移動させるだけで、閉塞された状態の流路１１を連通させることができる。このため、本発明を適用した減圧装置１によれば、第１流路１１１と第２流路１１２とを相対移動させるだけで坑井８の内部を減圧することができる。即ち、坑井８の内部の減圧を一層容易に行うことが可能となる。
　本発明を適用した減圧装置１によれば、第１流路１１１と第２流路１１２とが第１連結部１１３を介して連結され、第１連結部１１３を破断させることで、第１流路１１１と第２流路１１２とが相対移動可能となる。これにより、本発明を適用した減圧装置１によれば、坑井８の内部の減圧を任意の位置で行うことが可能となる。
　本発明を適用した減圧装置１によれば、接触部１２１に嵌合可能な形状に形成される閉塞部１２３を有する。これにより、本発明を適用した減圧装置１によれば、閉塞部１２３が接触部１２１に接触したとき、閉塞部１２３が接触部１２１に嵌合される。このため、流体が流路１１を通ったとしても、閉塞部１２３を安定した状態に保つことができる。その結果、流路１１を連通させた状態を維持することが可能となる。
　次に、本発明を適用した減圧装置の第２実施形態について説明する。第１実施形態に係る減圧装置と同一の構成は同一の符号を付すことにより、以下での詳細な説明を省略する。
　図１０は、本発明を適用した減圧装置１の第２実施形態を主に示す図である。第２実施形態に係る減圧装置１は、図１０に示すように、岩盤９に含まれる流体が通るための筒状の流路１１と、流路１１の連通と閉塞とを切り替える切替機構１５とを備える。
　切替機構１５は、第１流路１１１に固定される棒状の接触部１５１と、第２流路１１２の内側に固定される筒状の固定部１５２と、流路１１を閉塞する閉塞部１５３と、閉塞部１５３を係止する係止部１５４と、を有する。
　固定部１５２と閉塞部１５３とは、シャーピン等が用いられる第２連結部１５５を介して互いに連結される。第２連結部１５５を破断させることで、固定部１５２と閉塞部１５３との連結が解除され、固定部１５２と閉塞部１５３とが相対移動可能となる。固定部１５２は、下端側に他の部分よりも縮径されて形成される係止部１５４を有する。図示の形態では、固定部１５２に形成される係止部１５４と閉塞部１５３とが第２連結部１５５を介して互いに連結されている。
　閉塞部１５３は、係止部１５４に係止されることで流路１１を閉塞するものとなる。
　次に、第２実施形態に係る減圧装置１を用いた、本発明を適用した破砕工法について説明する。
　本発明を適用した破砕工法は、設置工程と、減圧工程とを備える。
　設置工程では、第１流路１１１と第２流路１１２とは、第１連結部１１３を介して互いに連結されている。また、設置工程では、固定部１５２と閉塞部１５３とは、第２連結部１５５を介して互いに連結されている。その他については、上述した設置工程と同様であるため、説明を省略する。
　設置工程の後に、減圧工程を行う。減圧工程は、設置したパッカー４を膨張させる。減圧工程は、膨張させたパッカー４により坑井８のケーシング管８１と接続管３との隙間を遮断する。
　そして、パッカー４により坑井８のケーシング管８１と接続管３との隙間を遮断した後、減圧工程は、坑井８の内部におけるパッカー４の下方側の領域を減圧装置１により減圧する。
　図１１は、減圧工程において第１流路１１１と第２流路１１２との連結を解除した状態の減圧装置１を主に示す図である。詳細には、図１１に示すように、減圧工程は、第１流路１１１と第２流路１１２とを連結した第１連結部１１３を破断させ、第２流路１１２を第１流路１１１に対して下方側に相対移動させる。坑井８のケーシング管８１と接続管３との隙間をパッカー４により遮断したことにより、接続管３の位置が固定される。このため、接続管３に接続される第１流路１１１の位置も固定される。したがって、第２流路１１２に下方に向けて力を加えることにより第１連結部１１３を破断させ、第１流路１１１に対して第２流路１１２を下方に押し下げて移動させることができる。第２流路１１２を下方に移動させることで、切替機構１５の閉塞部１５３が接触部１５１に接触される。
　図１２は、減圧工程において固定部１５２と閉塞部１５３との連結を解除した状態の減圧装置１を主に示す図である。切替機構１５の閉塞部１５３が接触部１５１に接触したことにより、閉塞部１５３の位置が固定される。このため、第２流路１１２に更に下方に向けて力を加えることにより、第２流路１１２に固定された固定部１５２と閉塞部１５３とを連結した第２連結部１５５を破断させ、第２流路１１２を第１流路１１１に対して更に下方に移動させることができる。第２流路１１２を更に下方に移動させることにより、係止部１５４に係止されていた閉塞部１５３の係止が解除され、閉塞部１５３と固定部１５２との間に隙間が生じる。その結果、閉塞部１５３により閉塞した状態の流路１１が連通される。このようにして、閉塞した状態の流路１１が切替機構１５により切り替えられ、流路１１が連通されることとなる。
　このとき、パッカー４により坑井８のケーシング管８１と接続管３との隙間が遮断されている。このため、超臨界状態又は亜臨界状態の高温高圧な流体は、接続管３から図中矢印Ｐ方向で流路１１を通り、管体２まで流入する。流路１１及び管体２に流体が流入することにより、パッカー４よりも下方側の領域が減圧されることとなる。このようにして、減圧工程は、坑井８の内部におけるパッカー４よりも下方側の領域を減圧装置１により減圧する。
　減圧工程において、坑井８の内部を減圧装置１により減圧することにより、岩盤９に含まれる超臨界状態又は亜臨界状態の高温高圧な流体が減圧沸騰することとなる。このため、その減圧沸騰の際の蒸発潜熱により岩盤９が急冷却され、急冷部分と他の部分との熱応力差により岩盤９に亀裂を発生させることが可能となる。
　流路１１に流入した流体は、管体２にも流入し、管体２が流体で満たされることとなる。管体２が流体に満たされた後、膨張させていたパッカー４を収縮させ、坑井８のケーシング管８１と接続管３との隙間の遮断を解除する。その後、減圧装置１、管体２、接続管３、パッカー４を坑井８の外部に取り出して、管体２に満たされた流体を回収する。
　そして、管体２に満たされた流体を回収した後に、新たに設置工程と、減圧工程とを行う。新たに設置工程を行う前には、既に破断させた第１連結部１１３を破断していない新たな第１連結部１１３に交換し、第１流路１１１と第２流路１１２とを連結しておく。また、既に破断させた第２連結部１５５も同様に、破断していない新たな第２連結部１５５に交換し、固定部１５２と閉塞部１５３とを互いに連結しておく。
　設置工程と、減圧工程とを複数回行い、本発明を適用した破砕工法が完了する。
　次に、第２実施形態に係る減圧装置１の作用効果について説明する。
　第２実施形態に係る減圧装置１によれば、上述した第１実施形態に係る減圧装置１と同様に、坑井８の内部を減圧する。これにより、本発明を適用した減圧装置１によれば、超臨界状態又は亜臨界状態の高温高圧な流体が減圧沸騰することとなる。このため、本発明を適用した減圧装置１によれば、減圧沸騰の際の蒸発潜熱により岩盤９が急冷却され、急冷部分と他の部分との熱応力差により岩盤９に亀裂を発生させることが可能となる。
　本発明を適用した減圧装置１によれば、岩盤９に含まれる流体が通る流路１１と、流路１１の連通と閉塞とを切り替える切替機構１５とを備える。これにより、本発明を適用した減圧装置１によれば、切替機構１５の切り替えだけで、岩盤９に含まれる流体を減圧することができる。即ち、坑井８の内部の減圧を容易に行うことが可能となる。
　本発明を適用した減圧装置１によれば、流路１１は、接続管３に連通される第１流路１１１と、第１流路１１１に対して相対移動可能な第２流路１１２とを有し、切替機構１５が流路１１を閉塞する閉塞部１５３と、閉塞部１５３を係止する係止部１５４とを有し、第１流路１１１と第２流路１１２とを相対移動させることで、係止部１５４に係止された閉塞部１２３の係止が解除されて、流路１１が連通される。
　これにより、本発明を適用した減圧装置１によれば、第１流路１１１と第２流路１１２とを相対移動させるだけで、閉塞された状態の流路１１を連通させることができる。このため、本発明を適用した減圧装置１によれば、第１流路１１１と第２流路１１２とを相対移動させるだけで坑井８の内部を減圧することができる。即ち、坑井８の内部の減圧を一層容易に行うことが可能となる。
　以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明したが、上述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。
１００　　：破砕システム
１　　　　：減圧装置
１１　　　：流路
１１１　　：第１流路
１１２　　：第２流路
１１３　　：第１連結部
１２　　　：切替機構
１２１　　：接触部
１２１ａ　：窪み部
１２２　　：伸縮部
１２３　　：閉塞部
１２４　　：係止部
１５　　　：切替機構
１５１　　：接触部
１５２　　：固定部
１５３　　：閉塞部
１５４　　：係止部
１５５　　：第２連結部
２　　　　：管体
３　　　　：接続管
４　　　　：パッカー
８　　　　：坑井
８１　　　：ケーシング管
９　　　　：岩盤

Claims (7)

  1. 　岩盤に亀裂を発生させるために用いられる破砕工法であって、
    　前記岩盤に設置された坑井の内部に、前記坑井の内部を減圧する減圧装置を設置する設置工程と、
    　前記設置工程において設置した前記減圧装置により前記坑井の内部を減圧する減圧工程を備えること
    　を特徴とする破砕工法。
  2. 　前記設置工程は、前記減圧装置に接続される接続管と、前記接続管に取り付けられるパッカーと、を前記坑井の内部に設置し、
    　前記減圧工程は、前記パッカーにより前記坑井と前記接続管との隙間を遮断し、前記坑井の内部における前記パッカーよりも下方側の領域を前記減圧装置により減圧すること
    　を特徴とする請求項１記載の破砕工法。
  3. 　前記設置工程は、流体が通る流路と、前記流路の連通及び閉塞を切り替える切替機構とを有する前記減圧装置を、前記流路が閉塞された状態で前記坑井の内部に設置し、
    　前記減圧工程は、前記切替機構を切り替えて閉塞された状態の前記流路を連通させることで、前記坑井の内部を減圧すること
    　を特徴とする請求項１又は２記載の破砕工法。
  4. 　前記設置工程は、
    　　前記坑井を遮断するパッカーが取り付けられる接続管に接続される第１流路と、前記第１流路に相対移動可能に連結された第２流路と、を有する前記流路と、
    　　前記流路を閉塞する閉塞部と、前記閉塞部を係止する係止部を有する前記切替機構と、
    　を有する前記減圧装置を前記坑井の内部に設置し、
    　前記減圧工程は、前記第１流路と前記第２流路を相対移動させ、前記係止部に係止されていた前記閉塞部により閉塞された状態の前記流路を連通させることで、前記坑井の内部を減圧すること
    　を特徴とする請求項３記載の破砕工法。
  5. 　前記減圧工程は、超臨界状態又は亜臨界状態の流体を含む前記岩盤に設置された前記坑井の内部を減圧すること
    　を特徴とする請求項１～４の何れか１項記載の破砕工法。
  6. 　請求項１～５の何れか１項記載の破砕工法に用いられる減圧装置であって、
    　前記坑井の内部を減圧するものであること
    　を特徴とする減圧装置。
  7. 　流体が通る流路と、前記流路の連通及び閉塞を切り替える切替機構とを備えること
    　を特徴とする請求項６記載の減圧装置。
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