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公開番号2025032277
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-11
出願番号2024216390,2023503005
出願日2024-12-11,2020-07-15
発明の名称地層中に掘削坑を構成するための方法
出願人エバー・テクノロジーズ・インコーポレーテッド
代理人個人,個人
主分類E21B 43/30 20060101AFI20250304BHJP(地中もしくは岩石の削孔;採鉱)
要約【課題】熱生産力のある地層内から熱エネルギーを効率的に捕捉するための以前には見られなかった自由度を提供する。
【解決手段】熱生産力のある地層内の不規則または困難な熱勾配に対応するために制限のない幾何形状を有する閉ループ掘削坑構成が開示される。そこから熱エネルギーを抽出するために、作動流体がループ中で利用される。相互接続区間を形成するために入口井戸および出口井戸から交差する、独立した掘削動作の磁気測距を使用して、ループおよび制限のない幾何形状が達成される。特に熱伝達を最適化するための処理のため、指向性掘削と組み合わせて調整動作が組み込まれて、岩石面を調整し、全システムを冷却し、掘削坑を活性化する。掘削坑構成のかなりの自由度は、熱伝達区域中のケーシングまたはライナなどの機械的な障害がないことによってさらに最適化される。
【選択図】図15
特許請求の範囲【請求項１】
熱生産力のある地層中に掘削坑を構成するための方法であって、
入口井戸および出口井戸を有する井戸を前記地層中に独立して掘削するステップと、
前記入口井戸と前記出口井戸の間に相互接続区間を有する連続井戸を形成するために交差するように、掘削中に前記入口井戸と前記出口井戸の間で信号伝達するステップであって、前記相互接続区間が前記地層内で前記入口井戸および前記出口井戸に対して予め規定された角度構成を有する、ステップと、
前記相互接続区間中でケーシングまたはライナ材料を用いずにそこを通る作動流体流によって熱回収を容易にするために、少なくとも前記相互接続区間を調整するステップと
を含む、方法。
続きを表示（約 980 文字）【請求項２】
調整するステップが、前記入口井戸および前記出口井戸の掘削のうちの少なくとも一方の、連続的な掘削、不連続的な掘削、掘削期間、掘削後、および掘削の順序付けた組合せのうちの少なくとも1つによって実現される、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
調整するステップが、前記地層に本来存在しない組成物、ユニット動作、およびそれらの組合せのうちの少なくとも1つを導入するステップを含む、請求項1または2に記載の方法。
【請求項４】
前記入口井戸の掘削動作および前記出口井戸の掘削動作のうちの少なくとも1つからの信号伝達データに応じて、前記調整するステップを動的に変化させるステップをさらに含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記ユニット動作が、掘削流体の温度を制御するステップと、掘削される前記地層中の岩石面を事前冷却するステップと、前記地層中の掘削から形成される掘削坑の細孔空間を変更するステップとを含む、請求項3に記載の方法。
【請求項６】
前記細孔空間の変更が、前記相互接続区間の中への地層流体の侵入または前記地層の中への前記作動流体の流出に対して前記細孔空間を不浸透性にする後続の処理のために前記細孔空間を活性化すること、連続動作における掘削中に前記細孔空間を封止すること、不連続動作における掘削中に前記細孔空間を封止すること、およびそれらの組合せのうちの少なくとも1つを含む、請求項5に記載の方法。
【請求項７】
前記入口井戸と前記出口井戸の間の信号伝達からの信号伝達データに基づいて変化を選択するステップをさらに含む、請求項5に記載の方法。
【請求項８】
前記ユニット動作が、前記相互接続区間の長手軸に対して前記地層中に、前記作動流体による熱回収を向上させるために前記地層と流体連通した導管を形成することを含む、請求項5に記載の方法。
【請求項９】
前記導管が終端部を有する、請求項8に記載の方法。
【請求項１０】
前記導管が、径方向孔区間、誘起された破砕、誘起された亀裂、誘起されたひび割れ、およびそれらの組合せを含む、請求項9に記載の方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は熱生産力のある地層内に井戸を構成することに関し、より具体的には、本発明は、特定の地層の熱勾配からの熱エネルギーの回収を最大化する井戸の位置決めを容易にするために地層中の掘削を最適化することに関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
地層中でより大深度に、より高い温度を許容して掘削するための改善された掘削技法の出現により、特定の井戸構成の地層を可能にするため多くの進歩が行われてきた。
【０００３】
井戸の位置決めの効率を向上させるには、掘削技法の統一、作動流体の化学作用、掘削坑調整ユニット動作を、特に流量、順位付けと共に組み合わせて、所与の地層中の最も複雑で多様な熱勾配で、効率的な熱回収を達成しなければならない。
【０００４】
本発明は、熱勾配の異常および複雑さにかかわらず、熱エネルギーを回収する能力を促進する。
【０００５】
当技術分野の発展の点で、より早期に開発されたもののうちの1つは、2001年6月19日に発行されたMoeの米国特許第6,247,313号で実現されている。地熱地帯内に複数の熱吸収孔を含む掘削坑構成に関する開示がある。同開示は、ケーシングまたはライナに関しては言及していないが、破砕帯、互いに平行な熱吸収孔の角度配列の利用、およびさらなる制限に限定される。本教示は、具体的には以下を述べている。
「傾斜角度の大きさは、たとえば、岩石中の温度勾配、熱吸収孔の長さ、および流水量といったいくつかの要因に依存する。角度の計算は、当業者の能力の範囲内であり、したがって本明細書では詳述しない。角度は、通常は20°と50°の間であり、好ましくは約40°である。
さらに、所与の体積の岩石からの熱の抽出を最大化するために、熱吸収孔の少なくともかなりの部分は互いに平行に延びる。より好ましくは、熱吸収孔は、1つの層の中、必要な場合は複数の垂直に離間した層の中に配置される。垂直に離間した層の配列を条件として、複数の熱吸収孔を有する各層によって、広い区域にわたって孔を広げることなく、プラントの能力を向上させることが可能になる。このことは、開発に利用可能な土地の量が大きくない場合、かなり重要なことである。
【０００６】
供給孔3および帰還孔4は、各々が10cmの直径を有し、約2000mの長さである、4つの熱吸収孔5によって相互接続される。これらの孔5間の間隔は、100～150mであってよい。それらは、供給孔3から開始して掘削されており、帰還孔4で、または帰還孔4の近くで終了する。熱吸収孔5を掘削するときに帰還孔4に直接当てるのは困難なため、破砕帯6をこの区域に確立して、孔4と5の間の流れの連通を実現してきた。」
【０００７】
また、同教示は、強調されるように、入口と出口の接続に関する難点についても教示している。欠点として、Moeの配置は、その異常さにかかわらず、勾配への無制限なアクセスに関する十分な教示を提供せず、したがって、同開示は、特定のシナリオに限定される。
【０００８】
Shulmanが、1996年5月14日に米国で特許第5,515,679号を発行した。同文書は、高温の様々な岩石タイプ中での閉ループ熱エネルギー回収配置を教示しており、そのうちの1つは、Shulmanの開示中で区別される固体岩石である。
「本発明は、閉じたパイプループシステム中の液体循環を採用する新規の方法および装置に関し、それによって、地下の熱い岩石中の熱エネルギーが抽出され、すなわち、採掘されて、利用のために地表に運ばれる。前記熱い岩石は、固体である、ひび割れている、または破砕されている、乾燥しているもしくは湿っている可能性があるが、基本的に移動する流体はない。この発明によって、熱エネルギーは、熱い岩石から、地表のマニホルドから熱い岩石中に下降し次いでライザの底で一緒に連結する複数の遠くに分離される熱伝導パイプループのうちの1つまたは複数を流れる比較的冷たい液体に伝達され、ライザを通って加熱された液体が地表に戻る。」
【０００９】
掘削坑構成は、熱回収導管の複雑なパターンまたは配列とともに詳細には議論されていない。同配置は、地層からの熱回収用の配置を通る流体移送のための、掘削坑構成中の配管に依存する。別の欠点は、本質的に掘削坑の地面に掘った孔のネットワーク内にあるのではなく、地表上のマニホルドの位置決めに見られる。
【００１０】
2003年12月30日に発行された米国特許第6,668,554号において、Brownは、熱く乾燥した岩石中に破砕帯を形成するための破砕プロセスを教示する。作動流体として超臨界CO2が使用されて、地熱地層から吸収したエネルギーを伝達する。閉じたループ中に流体連通はなく、閉じたループでは、入口井戸と出口井戸の間の流体連通中に相互接続区間があり、そこでは、作動流体が地層から分離される。Brownの配置では、地層自体が入口井戸および出口井戸と無差別に連通する。これは、Brownが以下を教示していることによってさらに明示される。
「最終的に、熱く乾燥した岩石の循環システムは、破砕した熱く乾燥した岩石の貯留層の形状を規定する微小地震事象の場所の「雲(cloud)」によって規定されるような細長い貯留層領域の各端部近くの貯留層を交差するため、2つ以上の生産井戸を掘削することによって完成する。すべての井戸は、地表へのケーシング、次いで、掘削流体および他の水ベース材料の除去を行い、再び気体の二酸化炭素を使用して適切に完成することになる。」
（【００１１】以降は省略されています）

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