(57)【要約】【課題】天然ガスを含む地下水を汲み上げる井戸内で地下水に含まれる天然ガスを効果的且つ、安定的に分離採取する。【解決手段】地下の水溶性天然ガス賦存層に挿入し、天然ガスを含む地下水から天然ガスを分離採取するのに使用する井戸である。地下水取り入れ用のスリット（２ａ）を備えた外管（２）及びこの外管より小径の内管（３）を有する。前記内管（３）の最下部は前記外管（２）の最下部よりも上方にある。前記内管（３）及び前記外管（２）の地上部孔口はそれぞれ密封されている。前記内管（３）には内管（３）内を減圧調整するための手段が設けられている。前記外管（２）には外管（２）内を常圧に維持するための調整手段が設けられている。【選択図】図１
2006265850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地下水取り入れ用のスリット（２ａ）を有する外管（２）と、この外管より小径の内管（３）を有する多重構造のケーシングを地下の水溶性天然ガス賦存層に挿入すると共に、前記内管（３）内は減圧となり、前記外管（２）内は常に常圧に維持されるように圧力調整することを特徴とする、天然ガスを含む地下水から天然ガスを分離採取する方法。
【請求項２】
地下の水溶性天然ガス賦存層に挿入し、天然ガスを含む地下水から天然ガスを分離採取するのに使用する井戸であって、この井戸は、
地下水取り入れ用のスリット（２ａ）を備えた外管（２）及びこの外管より小径の内管（３）を有し、
前記内管（３）の最下部は前記外管（２）の最下部よりも上方にあり、
前記内管（３）及び前記外管（２）の地上部孔口はそれぞれ密封されており、
前記内管（３）には内管（３）内を減圧調整するための手段が設けられ、
前記外管（２）には外管（２）内を常圧に維持するための調整手段が設けられている
ことを特徴とする水溶性天然ガスの分離用井戸。
【請求項３】
前記内管（３）内で地下水を噴霧状に散布するノズル（５）とその水を供給するポンプ（４）及び配管で構成された脱気装置がさらに設けられている請求項２記載の井戸。
【請求項４】
請求項１の方法により分離した天然ガスを安全に貯蔵ガスタンク（１０）に貯蔵し、その天然ガスをガスボイラー又は、ガス発電又は燃料電池のエネルギー源として利用することを特徴とする分離天然ガスのエネルギー利用システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、天然ガス溶存地下水から天然ガスを分離採取する方法及びそれに使用する井戸に関する。本発明はさらに、この方法により分離採取された天然ガスを有効利用するエネルギー利用システムにも関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の井戸は、地下水を水源として利用することを目的としているが、その地下水に天然ガスが豊富に含まれている場合がある。いわゆる水溶性天然ガスである。これは、古代に陸地に近い海や河川及び河口や沼などで長年にわたって堆積した大量の有機物が嫌気性細菌によってメタンガスなどに分解され、堆積層に閉じこめられたガスが地圧によって地層の水脈に溶解して形成されたものである。
【０００３】
我が国の水溶性天然ガス含有地層は、大規模なものでも、北海道、秋田、新潟、千葉、東京、静岡、宮崎、沖縄にあり、その他、有機物堆積層のあるほとんどの場所にある。そのような場所で井戸や温泉を掘削しているときに起こったメタンガス爆発事故が近年だけでも数件報告されている。
【０００４】
そのような地層から汲み上げる地下水に含まれる水溶性天然ガスは、商業目的で利用するには量が少ないが、企業の施設や工場の熱源として利用するには十分な場合があり、もし有効利用できれば経済的にもメリットがある。
【０００５】
ところが、現在、このような天然ガスを含む地下水及び温泉は、全国の平野部に大量に湧出しているが、すべて地上に汲み上げたあと、大気中に自然放出してしまい、有効利用していない。メタンガスは、地球温暖化の主要因といわれる二酸化炭素の２０倍以上の温暖化効果があるため、大気中に放出すると地球環境に悪い影響を与える。
【０００６】
したがって、経済的に見合う簡易な方法で天然ガスを分離し、エネルギーとして利用できれば、地下水を利用している施設・工場にとってもメリットがあり、地球環境にもよいということができる。
【０００７】
地下より採取された水溶性ガスをガスと水に分離し、分離された水を自動的に地下に還元する方法として、下記特許文献１の発明が公知である。この方法では、外管と内管からなるガス採取管を地下のガス賦存層に挿入し、侵入した水溶性ガスを前記内管と外管の間のガス通路内を上昇させて地表に噴出させる。地表に出た水溶性ガスは大気圧の下で自動的にガスと水に分離されるので、分離した水を前記内管内へ侵入させ、内管内を流下させる、というものである。
【特許文献１】特開昭６０−２０８５９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の方法では、比重の違いにより、水溶性ガスが内管と外管の間のガス通路内を上昇して自然に地表に噴出することになっているが、これはガス濃度が非常に高いところで可能な方法であり、本発明が主として対象とするような、商業目的で利用するには量が少ない天然ガスの採取には不適当な方法といわざるを得ない。
【０００９】
本発明は、水溶性天然ガスを近隣のエネルギー施設で利用するために、簡易な方法で安定して分離する方法と装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、第一の観点では、天然ガスを含む地下水から天然ガスを分離採取する方法であって、地下水取り入れ用のスリットを有する外管と、この外管より小径の内管を有する多重構造のケーシングを地下の水溶性天然ガス賦存層に挿入すると共に、前記内管内は減圧となり、前記外管内は常に常圧に維持されるように圧力調整することを特徴とする。
【００１１】
第二の観点では、本発明は、地下の水溶性天然ガス賦存層に挿入し、天然ガスを含む地下水から天然ガスを分離採取するのに使用する井戸であって、この井戸は、地下水取り入れ用のスリットを備えた外管及びこの外管より小径の内管を有し、前記内管の最下部は前記外管の最下部よりも上方にあり、前記内管及び前記外管の地上部孔口はそれぞれ密封されており、前記内管には内管内を減圧調整するための手段が設けられ、前記外管には外管内を常圧に維持するための調整手段が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
第三の観点では、本発明は、分離天然ガスのエネルギー利用システムであって、前記方法により分離した天然ガスを安全に貯蔵ガスタンクに貯蔵し、その天然ガスをガスボイラー又は、ガス発電又は燃料電池のエネルギー源として利用することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、次のような効果が得られる。
（１）自社の敷地内の井戸から得られる天然ガスが自社の施設や工場の熱源として利用できるので、経済的に大きなメリットとなる。
（２）地下水や温泉として汲み上げたあと、自然に大気中に放出される天然ガスを減らすことにより、地球温暖化の原因を少しでも減らすことができる。
（３）本発明では、天然ガスを自然に大気中に放出させることがないので、地下水や温泉の掘削作業中における爆発事故を減らすことができる。
（４）本発明では、外管内は常に一定の圧力になるので、地下水湧き出し層による圧壊から井戸を守ることができる。
（５）既存の井戸も本発明の井戸に改造して利用できるので、設置コストが比較的に少なくてすむ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明では、井戸埋設ケーシングの構造を内管と外管を有する多重構造とする。通常は二重構造で十分であるが、三重以上とすることも可能である。
【００１５】
二重構造の場合、外管の中にそれより口径の小さな内管を１本入れる。内管の最下部を外管の最下部よりも約１０−１００ｃｍ程度短くすることにより両者の間に隙間を設けると共に、地下水の水位がこの隙間よりも上位にあるように設定する。
【００１６】
外管と内管の地上部孔口は、耐圧のフランジを使用して確実に密封する。外管に取り付けられたフランジには外管内圧調整器を取り付け、内管の孔口部フランジにも内管減圧調整器を取り付ける。さらに、内管の適当な位置に噴霧システム（噴霧ポンプ、噴霧ノズル、配管）と地下水を汲み上げる水中ポンプを設置する。内管に集まる地下水は内管が減圧状態であるので、内部で地下水を噴霧すると容易に脱気が可能となり、地上に脱気装置を設置する必要がなく簡易に効率良く分離することができる。
【００１７】
内管の減圧を開始すると、内管内の水位は上昇し、外管の水は引っ張られて水位が低下する。そのときに、水位の下がった空間の圧力を常に一定に保つように外管の地上部で圧力調整をすれば、外管内は常に一定の圧力になるので、減圧の影響を受けない。その結果、地下水湧き出し層の圧壊を防止しながら、地層の水圧を下げたことで天然ガスが放出され、効率よく採取することが可能になる。
【００１８】
外管の圧力調整器は、外管が陰圧の場合は空気が外管に吸入され、陽圧の場合は地上設置のガス貯蔵タンクに導かれる。このような調整で常に外管の圧力を常に常圧の状態に調整する。
【００１９】
分離した天然ガスは、減圧装置によって地上のガス貯蔵タンクに導く。減圧装置は、気体圧縮器で吸入側が減圧となり、吐出側は陽圧となる。吐出側にガス貯蔵タンクがあり、このガス貯蔵タンクから、一定圧に与圧された天然ガスが、  ボイラーや、発電装置などに送られてエネルギーとして利用される。
【００２０】
本発明は、既存の井戸の改造に使用することができる。すなわち、埋設ケーシング内に、内管を埋設し、ポンプ類、噴霧ノズルを取り付け、上部に減圧及び外管圧力調整器を取り付けることで、容易に分離用井戸に改造できる。従って、水溶性天然ガスを含む地下水が湧き出ている井戸であれば改造によって天然ガスを分離でき、その天然ガスをエネルギー源として利用できる。
【実施例１】
【００２１】
以下、添付図面に基づき、本発明の実施例を説明する。
【００２２】
事前に実施された地質調査の結果、地下深部に水溶性天然ガス賦存層の存在が想定される地点において、以下のような構造の井戸を構築した。
【００２３】
掘削工法としては、主に適切な配合に従って管理された掘削泥水を使用する“ロータリードリリング工法”を採用した。目的深度までの掘削完了後、速やかに種々の孔内物理検層を実施して掘削地層を解析した。
【００２４】
明確となった地下水賦存層（採水層）に対して、地下水取り入れスリット２ａを有する外管２を設置した。外管２の設置完了後、このパイプ内より地下水を採取し、地下水賦存層に胎在されている水溶性天然ガスの濃度・量を計測した。その結果、水溶性天然ガス濃度と量が十分であり、井戸所有者の施設エネルギー源として経済的にも利用価値が高いことが確認された。
【００２５】
次いで、外管２の内部に同軸の内管３を設置した。設置区間は地上部から外管２の最下部（管尻）より５００ｍｍ上部までの区間とした。このとき、井戸内部に自然水位は“ＧＬ-２０ｍ”と計測された。
【００２６】
内管３の設置完了後、内管３の管尻より５ｍ上部の位置に、噴霧ポンプ４と水溶性天然ガスを含んだ地下水を汲み上げる水中ポンプ６を設置した。また、噴霧用ポンプ４で汲み上げた地下水が通過する配管と、内管内に地下水を噴霧するノズル５を内管３の上方に設置した。
【００２７】
その後、外管２と内管３の地上部孔口は、図１に示すように所定の耐圧のフランジを使用して確実に密封した。外管２に取り付けられたフランジには外管内圧調整器８を取り付け、内管３の孔口部フランジには内管減圧調整器７と地下水汲み上げ水中ポンプ６用配管を取り付けた。
【００２８】
内管３内部の圧力を徐々に減圧させると、井戸孔内の水位は、外管２では減圧前の自然水位“ＧＬ-２０ｍ”より約５ｍ降下して“ＧＬ-２５ｍ”となり、内管３では逆に約１０ｍ上昇して“ＧＬ-１０ｍ”位置に変化した。この水位変化と同時に外管２と内管３との間隙内に圧力低下が生じたため、井戸孔口地上部に設置された外管内圧調整器が自動的に作動し、この間隙内に“外気”を送ることで内部圧力の調整が行われた。
【００２９】
その後、地下水汲み上げ用水中ポンプの稼動と平行して噴霧ポンプ４及び噴霧ノズル５が稼動を開始し、内管３内部で脱気が始まった。約６０分後には地下水中の溶存天然ガス濃度がほぼ１ppm以下となり、中心管内における脱気作用が正常に機能していることが確認できた。
【００３０】
内管内にて噴出され、集められた溶存天然ガスは、地上部にて圧縮装置９を使用した減圧装置を介して最大圧力５ｋｇ／ｃｍ2まで圧縮されて、事前に準備されたガス貯蔵タンク１０内（図２）に貯蔵された。
【００３１】
分離した天然ガスのメタン組成は９５％であった。（容積は重量に対して係数1.396を掛ける。）この井戸からの発生した水溶性天然ガス量は600Nm3／day（0.417Nm3/min）であった。
【００３２】
このようにして貯蔵され、一定圧に与圧された天然ガスは、ボイラーや、発電装置１１などに送られ、定法に従ってエネルギーとして利用された。工場内の500kg蒸発量の天然ガスガスボイラーの消費量は天然ガス40Nm3/hで、10時間稼働させた。残りの天然ガスは、能力75kwh級ガスタービン発電し、1296kw/day  (6.5kw/ Nm3)の電力を得た。減圧用の圧縮装置の消費電力は5kw/hで、稼働時間は正味6時間/24時間である。従って、井戸稼働に利用する電気消費量はポンプ4kw/hを合わせても、1296kw/day−126kw/day=1170 kw/dayの電力が利用できる。
【００３３】
ガス分離した地下水の内、余分な地下水は別に井戸を掘り、地下に戻した。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】地下水から水溶性天然ガスを分離採取する井戸の模式図である。
【図２】本発明により得られる天然ガスをエネルギーとして利用するシステムの模式図である。
【符号の説明】
【００３５】
２     外管
２ａ   スリット
３     内管
４     噴霧用ポンプ
５     噴霧用ノズル
６     水中ポンプ
７     内管減圧調整器
８     外管内圧調整器
９     圧縮装置
１０   ガス貯蔵タンク
【図１】
2006265850.tif 000003
【図２】
2006265850.tif 000004