(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
井戸を取り囲む地層の水溜まり部から、井戸の中への水の流れを改善する方法であって、井戸が加圧された状態になるように井戸を密封し、液体CO2を井戸の中で凝固させて固体CO2を生成するダウンホール圧力で液体CO2を井戸の中に導入して、井戸が固体CO2で一杯になった段階で液体CO2の導入を停止し、固体CO2が昇華するのに十分な時間維持し、密封井戸を固体CO2が昇華するのに十分な時間維持して、井戸周囲の地層中へ気体CO2を浸透させ、密封された井戸の残留圧力を解放し、井戸の密封状態を解除するステップを具えている方法。
【請求項２】
井戸を密封するステップは、シール手段を井戸のケーシングの上又は井戸の中に配置し、該シール手段にスケーリング手段を取り付ける請求項１に記載の方法。
【請求項３】
液体CO2を導入する前に、密封された井戸を気体CO2でパージするステップを有している請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ステップは、所望された水の流れを得るために、複数回繰り返される請求項１に記載の方法。
【請求項５】
ダウンホール圧力は、０を越えて70PSI（4.9kg/cm2）の範囲内となるように調節される請求項１に記載の方法。
【請求項６】
固体CO2の昇華による気体CO2を地層中に放出し、地層の水との接触によって生成した炭酸によって、井戸の中のバクテリアの成長を抑制又は停止させるステップを有している請求項１に記載の方法。
【請求項７】
井戸の中に含まれるスケールを移動させるステップを有している請求項１に記載の方法。
【請求項８】
密封された井戸の中で固体CO2の昇華により、密封された井戸の中に圧力を発生させて、時間の経過により、炭酸を井戸の地層の中に放出する請求項６に記載の方法。
【請求項９】
ダウンホール圧力は、下部地層と周囲地層の中の水を凍結させるのに十分な圧力である請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、水の井戸、監視井戸及び汚染された地下水を回収する回収井戸の分野に関する。特に、本発明は、井戸の周囲の地層（strate）の液体から井戸の中に液体が流れ易くすることに関する。さらに、本発明は、井戸とその下部地層（formation）中の鉱物片の除去、一般的なバクテリア、特に、井戸を塞ぐ鉄関連バクテリアの抑制に関する。
従来技術の説明
渇いた井戸や十分な水を供給できない井戸では、水の流れを改善するために、井戸をもっと深く掘削したり、主井戸の横方向に穴を掘削したり、井戸にダイナマイトを仕掛けて地層に水供給の通路となる割れ目を形成する方法がこれまでに行なわれている。しかし、ダイナマイトの使用は、大抵の場合、井戸まで破壊することになる。その他に、処理剤を井戸の中に送り込む方法があり、処理剤として、塩化水素酸、硫酸、硝酸、フッ化水素酸などの無機酸や、シュウ酸、酢酸などのように水溶性塩を生成するある種の有機酸が使用される。溶剤、特に、アルコール、炭化水素、塩素化炭化水素などの有機溶剤は、過マンガン酸カリウム、過酸化水素、酸素、酸素発生物質などの酸化剤と同じように有用である。これらの技術は、油井戸、ガス井戸の修復に非常に有用であるが、飲用水を必要とするところでは直接有効でない。その理由は、これらの物質は水を汚濁するから、井戸の水を使用する前に、これら物質を除去又は処理をせねばならないためである。
米国特許第4534413号及び米国特許第4580629号には、井戸の中の水の流れを改善する装置と方法が記載されている（これら文献の開示は、その引用を以て本願への記載加入とする）。これら特許に記載された装置は、井戸のケーシングの中に収容されるように釣り合いのとれた２枚のプレートを含んでおり、両プレートはタイロッドにより接続されている。圧力プレートとして知られている第３のプレートは、タイロッドで連結されたプレートの間に配備される。圧力プレートと、タイロッドで連結された２枚のプレートの下部の間には、井戸の蓋を密封する手段として作用する変形可能なガスケットが配備される。井戸の密封は、圧力プレートを、タイロッドで接続されたプレートの下部に向けて下方に移動させることにより行なわれる。
これら特許に記載された実施例は、比較的簡単で、直接的な方法により、井戸の縦穴の周囲の地層に中に閉じ込められた水源から井戸の縦穴の中に、水が流れるように作用させることができるようにしたもので、その際、流れ出る水の飲料品質に悪影響を与えないようにしている。井戸のケーシングには、意に反して井戸から水が出ていくのを防止するために、強力な蓋が嵌められ、これにより井戸を密封し、井戸の圧力が維持されるようにしている。液体又は気体の窒素と、液体又は気体の炭酸ガス（carbon dioxide）を井戸の中へ導入する際、その導入をコントロールし、液体が気相状態になるときに発生するガスの圧力をコントロールするために、井戸の蓋には取付具が設けられる。井戸の圧力をコントロールすることにより、所望により、井戸のガス圧を大気圧まで下げることもできる。液体又は気体の窒素と、液体又は気体の炭酸ガスは、単独で又は両方を井戸に導入することができる。液体窒素と液体炭酸ガスが井戸の中に導入されて蒸発すると、周囲の地層から熱を吸収し、地層温度は水の凝固点以下の温度まで低下する。これにより、地層の中に含まれる水が凝固して、破壊が生じる。液体が井戸の中に導入されるとガスが発生する。発生したガスは、所望の圧力レベルに保持され、水又は水を含浸した土、砂、岩を凝固させることにより、破壊は拡大する。その後、井戸の圧力を解放すると、破壊された物質の背後でトラップされていた水は、自らの圧力で井戸の中に進入する。井戸への水の流れが十分なものとなるまで、この手順は複数回繰り返すことができる。それゆえ、この発明は、渇いた井戸、又は水の流れが不十分な井戸に関して、それら井戸への水の流れを改善する新規な方法を提供することを目的としている。
1992年６月29日に出願された米国特許出願第07/905793号に記載された装置は、比較的簡単で、直接的な方法により、井戸の穴の周囲の地層中にトラップされた液体源から、穴の中への液体の流れが改善されるようにしたもので、その際、流れ出る水の飲料品質に悪影響を与えないようにしている。意に反して井戸から水が出ていくのを防止するため、井戸のケーシング及び／又は井戸のスクリーン又は周囲の土及び／又は岩に井戸の蓋が取り付けられ、これにより密封し、井戸に対して圧力が維持されるようにしている。
液体又は気体の窒素と、液体又は気体の炭酸ガスの井戸の中への導入をコントロールし、液体が気相状態になるときに発生するガスの圧力をコントロールするために、蓋には取付具（fittings）が設けられる。井戸の圧力をコントロールすることにより、所望により、井戸のガス圧を大気圧まで下げることもできる。液体又は気体の窒素と、液体又は気体の炭酸ガスは、単独で又は両方を井戸に導入することができる。
この出願における井戸の蓋は、第１のプレート手段と第２のプレート手段を有しており、これらプレート手段は、井戸のケーシング又は井戸周囲の壁の中に収容されるようなサイズに作られる。第１プレート手段と第２プレート手段の間にはシール手段が設けられており、該シール手段は、油圧シリンダーの作動により、第１プレート手段が、底部に配備された第２プレート手段の方に移動して、その役割を果すようにしている。
圧力プレートの間には、幅サイズが圧力プレートと略同じ寸法のネオプレン製ガスケットが配備される。ピストン又はプランジャーから力が加えられると、プランジャーと下部圧力プレートの間に閉じ込められたネオプレン製ガスケットは、外向きに拡がり、井戸の壁を把持する。ネオプレン製ガスケットの周囲と井戸の壁とが密接することにより、蓋は井戸の所望深さ位置に保持され、その位置で井戸を密閉することができる。
前述の米国特許および米国特許出願はその引用を以て本願への記載加入とする。
本願発明は、水の品質に悪影響を与えることなく、水井戸への水の流れを改善する（stimulating）新規な方法を提供することを目的としている。本願発明は、固体二酸化炭素（solid  carbon  dioxide）を用いて、水井戸への水の流れを改善する新規な方法を提供することを目的としている。
この発明は、簡単な方法により、井戸の中のバクテリアの発生を抑制できる新規な方法を提供することを目的としている。
この発明は、井戸の中にある鉱物片を取り除くのに使用できる新規な方法を提供することをさらなる目的としている。
上記の目的は、本発明の新規な方法により達成される。
発明の要旨
ここで示される実施例は、比較的簡単で、新規で改良された方法により、井戸の縦穴（shaft）の周囲地層にトラップされた水源からの水の流れを改善するようにしたもので、その際、放出される水の飲料特性に悪影響を及ぼさないようにしている。意に反して井戸から水が出て行くのを防止するため、井戸のケーシングに又は井戸にシールが施される。このシールを設けることにより、井戸の圧力を維持することができる。液体又は気体の炭酸ガスの井戸への導入をコントロールし、圧力をコントロールするために、シールには取付具を設けることができる。
井戸の圧力は、所望レベルに調節され、液体CO2が井戸の中に導入される。この圧力のレベルは、密閉された井戸の中に液体CO2が入れられたとき速やかに井戸の中で凝固する圧力に調節される。液体CO2の添加は、井戸が固体CO2で一杯になるまで続けられる。密封井戸は固体CO2で満たされた状態が維持され、固体CO2は、徐々に昇華する。井戸周囲の地層中へ気体CO2を浸透させる。固体CO2の昇華が完了すると、井戸の中のいかなる残留圧力も解放され、井戸は密封状態が除かれる。このプロセスは、所望により、繰り返し行なうことができる。
実施例の詳細な説明
図１に示される装置（10）は、本発明の方法を実行するのに使用される。井戸のケーシング（12）には蓋（cap）（12０）が配備され、該蓋により、井戸は密封されて加圧されるようにしている。ダウンホールの温度を指示するために、ゲージ（162）には温度プローブ（160）が設けられる。ダウンホールの圧力を指示するために、圧力ゲージ（161）が配備される。予め所定圧力に設定された安全弁の作用により、ダウンホールの圧力が調節される。破裂ダイヤフラム（164）が配備され、該ダイヤフラムはpsiが僅かに高い圧力に設定されている。これは、安全弁（163）が故障したり、作動しなかった場合にも、井戸シールによる封じ込めを確実に行なわれるようにするためである。
気体の炭酸ガスは、CO2貯蔵容器（165）の蒸気部又は蒸発器（166）のどちらか一方から放出され、高圧ホース（140）を通じて井戸（22）の中に入れられる。このため、全ての水は、井戸のシールの直ぐ下方の領域からだけでなく、輸送ラインからも移動させられる。液体炭酸ガスは、高圧ホース（141）を通じて、容器から井戸の中に導入される。井戸のシールの直ぐ下の圧力のレベルは、液体CO2が密封井戸の中に進入すると速やかに凝固する圧力に調節される。望ましくは、この圧力は約０〜70PSI（０〜4.9kg/cm2）となるように調節される。液体炭酸ガスの温度は、約−110゜F（−79℃）である。
液体の導入と固体CO2の生成は、井戸（22）が固体CO2で一杯になるまで続けられる。液体CO2を非常に低温で添加し、昇華したCO2蒸気の他に固体CO2が井戸（22）の中に存在すると、井戸（22）の中の温度が低下し、井戸及び井戸地層の内部は凍結する。
井戸周囲の地層の温度は、固体CO2の温度よりも高いので、固体二酸化炭素は昇華する。固体CO2は、徐々に気化して適当な圧力を発生させ、時間の経過により、炭酸は周囲の地層に放出される。このプロセスを繰り返すことにより、井戸の空間部は固体CO2で再び満たされて、井戸の下部地層の水だけでなく、周囲地層の温度も低下し、水は凍って膨張する。下部地層内の水が凍結すると、井戸の中のスケールや鉱物の堆積物を除去し（remove）、井戸から下部地層へのバクテリアの成長を停止させる殺菌剤として作用する。
井戸（22）が固体CO2と固体CO2の昇華物で一杯になると、井戸（22）の中に残存する残留圧力は解放され、シール（120）は取り除かれる。井戸の中の水の流れは改善され、井戸の中のバクテリアは調節される。
図２乃至図５は、３種類の一般的な井戸の縦断面図を示しており、井戸と、それら井戸の周囲の土、岩及び水の層と、井戸ケーシング（12）を有している。井戸（10）が掘削される際、井戸の崩壊を防ぎ、隣接する土が削り取られるのを防ぐために、井戸の少なくとも上部に、金属製のケーシング（12）が挿入される。ケーシング（12）の深さは、掘削される土質の種類や、適用される法令制限に応じて適宜選択される。飲料水の井戸の場合、一般的には、ケーシング（12）は約50フィートである。所望により、井戸の下部の壁の一部に、セメント、レンガ等を施してもよい。側壁（14）と底部（16）は多孔質であって、水がそれらを通過して井戸（10）に進入できるものと仮定すると、水は、側壁（14）又は開放された底部（16）を通して井戸（10）の中に入る。図２は、理想的な構成を示している。ここでは、井戸（10）は、岩と土の地層（18）の中を貫いており、地下泉の如き水の帯水部（aquifer）（20）が露出している。このような井戸（10）の場合だと、毎分約１〜５ガロンの割合で水を連続供給できるものと思われる。井戸（10）から出た水を所望位置まで供給するのに、静水圧力又はヘッドが十分でない場合、井戸（10）から水を汲み上げるために、当該分野で周知の水中ポンプ（図示せず）を用いることができる。
図３は、岩と土の地層（18）から、水を含む砂の帯水部（24）まで掘削した井戸（22）を示している。水は、側壁（26）と底部（28）を通して、井戸（22）の内部まで進入できるが、その速度はかなりゆっくりとしている。しかし、時間の経過につれて、水の性質に応じて、水の流れ速度は遅くなる。
図４及び図５は、北東部の海岸で見られる一般的な種類の地層を示している。異なる組成の岩からなる地層が幾層か認められる。これらの岩層の間には、帯水部（32）がトラップされている。この帯水部として、水が下部から浸出した天然の井戸とか、その他にも種々のタイプの帯水部がある。これらの層（30）の間にある界面が、トラップされた水（32）の通路となるだろうし、或いはまた、層自体が破砕されたり、強度の弱い部分を含んでいて、それが帯水部（32）から側壁（26）を通って、井戸（22）の内部へ水を導く通路（34）となるだろう。このタイプの地層の中にある井戸は、時間が経過するにつれて塞がり、流れ速度は遅くなる傾向にある。このため、帯水部（32）から井戸（22）の内部への水の流れが連続的かつ滑らかなものとなるように、自然の通路（34）を大きくしたり、符号（36）で示す如き岩の破片、ばらの土や砂の他、井戸（22）への水の流れを妨げるその他の物質を取り除く必要が生じる。
図２乃至図５に記載された井戸の構造に加えて、図６は、水平な井戸、つまり集水管（infiltration gallery）を表わしており、図7aと図7bはケーソン井戸（caisson well）を表わしている。
本発明の方法は、井戸の中の水の流れを改善する方法である。この方法は、井戸の種類に限定されるものでなく、公知のいかなる種類の井戸に対しても、水の流れを改善するために使用できる。従来は、井戸の層に割れ目（fractures）を形成するために、液化ガスを使用し、加圧・減圧サイクルを繰り返す必要があったのに対し、本発明の方法では、固体CO2を使用するので、割れ目を形成するのに加圧・減圧は必要でない。
本発明の方法は、井戸を密封し、密封された井戸の中に、液体CO2が凝固する圧力にて液体CO2を導入するステップを有している。液体CO2の導入と、井戸の中でのCO2の凝固は、井戸及び／又は下部地層が所望レベルに達するまで続けられる。密封された井戸は、凝固したCO2を含んだ状態を維持することができる。液体CO2は低温であるため、井戸の中での凍結は、液体CO2の注入により開始する。凝固したCO2が井戸に追加されるので、また、その追加工程中にも固体CO2からCO2が昇華するため、さらなる凍結が徐々に起こる。井戸の地層と固体CO2の間には温度差があるため、固体CO2は昇華して気体CO2を地層の中に放出する。この結果、CO2が地層の水と接触して炭酸（H2CO3）を生成する。井戸の中に存在する炭酸は、地層中のバクテリア、特に鉄関連バクテリアの発生を抑える働きがある。実際、バクテリアの殺菌効果が得られる。さらに、本発明の方法は、井戸と、井戸の下部地層の内部が凍結するから、井戸、井戸の地層、井戸のスクリーンにある鉱物片（mineral scaling）及び／又は堆積物（encrustation）の除去に役立つ。CO2が昇華した後、井戸の残留圧力が解き放たれ、シールは取り除かれる。井戸の内部に固体CO2があることによる、井戸の中での凍結によって、井戸の中の水の流れが促進される。
なお、所望の効果が達成されるまで、必要に応じて何度もプロセスを繰り返すことができる。通常は、所望の効果を得るには、２サイクルで十分である。特別の環境下において、４サイクルまで繰り返すことができる。
液体CO2を添加して、固体CO2（snow）を生成する前に、井戸の中を気体CO2でパージすることもできる。気体CO2は、CO2貯蔵容器の蒸気部又は蒸発器のどちらかから放出される。このパージを行なうと、全ての水が、井戸のシールの直ぐ下の領域からだけでなく、全ての輸送ラインから確実に移動させられる。
発明の一形態を示したが、本願はそれに限定されるものでなく、発明の精神から逸脱することなく、種々の変更及び変形をなし得るであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の方法に使用される装置の説明図である。
【図２】図２は、第１のタイプの水井戸の部分断面図である。
【図３】図３は、第２のタイプの水井戸の部分断面図である。
【図４】図４は、第３のタイプの水井戸の部分断面図である。
【図５】図５は、第４のタイプの水井戸の部分断面図である。
【図６】図６は、第５のタイプの水井戸を部分断面図である。
【図７】図7a及び図7bは、第６のタイプの水井戸の部分断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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