(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングパイプに接続されるパッカーであって、
前記ケーシングパイプに接続される金属製の接続管と、
前記接続管の周囲に取り付けられる金属製のパッカー部と、
を備え、
前記パッカー部は内部に中空部を有し、
前記中空部には熱膨張する封入液が封入され、
前記パッカー部の外周壁には前記封入液の熱膨張に伴い外部に突出変形する膨張部が形成されている
ことを特徴とするパッカー。
【請求項２】
前記膨張部は前記パッカーの前記外周壁の一部を蛇腹状にして形成されていることを特徴とする請求項１記載のパッカー。
【請求項３】
前記封入液は水であることを特徴とする請求項１又は２記載のパッカー。
【請求項４】
前記パッカーの外周壁には前記封入液の圧力が所定の圧力以上になった場合に開裂し前記封入液を外部に放出する開裂部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載のパッカー。
【請求項５】
前記開裂部は薄肉部であることを特徴とする請求項４記載のパッカー。
【請求項６】
前記開裂部はラプチャーディスクであることを特徴とする請求項４記載のパッカー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、坑井掘削時に坑壁と坑井内に挿入したケーシングパイプとの間に形成される間隙（アニュラス部）を密閉するパッカーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、坑井掘削時にアニュラス部を密閉するパッカーとして、例えば特許文献１に記載されているような樹脂製のパッカーが用いられていた。
【０００３】
樹脂製のパッカーは坑井内に挿入されるケーシングパイプに接続されて用いられる。パッカーが坑井内の所定の位置で所定の機構により膨張することで所定の位置にあるアニュラス部を密閉しその所定の区分を分離し、当該区分から石油やガス等を選択的に採取することが可能となる。
【０００４】
こうしたパッカーを用いた坑井掘削技術は地熱発電への応用も期待されている。地熱発電においては、掘削した坑井内の任意のアニュラス部の区間を密閉し、当該区間に対して注水や水圧破砕を行うことにより高温流体を得ることが想定されている。
【０００５】
そして高温流体がケーシングパイプ内部に取り込まれ採取されることで、高温流体の熱エネルギーを発電に用いることができる。樹脂製のパッカーは、地層温度が２００℃程度の個所において使用可能である。
【０００６】
しかし、近年研究が進む超臨界地熱発電では、４００〜５００℃という超高温の地層においてパッカーを用いることが想定されていて、当該温度環境下では樹脂製のパッカーを使用することはできない。
【０００７】
そこで特許文献２に示すように、パッカーの材質を樹脂ではなく金属製とすることが考えられる。
【０００８】
特許文献２の金属製パッカーは、金属製容器内に膨張コンクリートが封入されて構成されている。そして、所定の地層に到達すると当該地層から流出する水等と膨張コンクリートとが接触することにより金属容器内の膨張コンクリートが膨張し、金属製容器が膨張することでボーリング孔を塞ぐことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１５−４７１５０号公報
【特許文献２】特開平１１−１３３７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、特許文献２に記載されている金属製パッカーも、金属製の部材は４００〜５００℃の超高温に耐えうるものの、膨張コンクリートはこの温度に耐えることができない。そのため、特許文献２に記載されている金属製パッカーであっても超高温環境下で用いることはできない。
【００１１】
また、特許文献２に記載されている金属製パッカーに用いられる膨張コンクリートは高価な材料であるため、こうした態様のパッカーでは製造コストが増加してしまう。
【００１２】
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、安価に製造することができ、４００〜５００℃という超高温の地層において用いることができるパッカー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】
【００１３】
第１発明に係るパッカーは、ケーシングパイプに接続されるパッカーであって、前記ケーシングパイプに接続される金属製の接続管と、前記接続管の周囲に取り付けられる金属製のパッカー部と、を備え、前記パッカー部は内部に中空部を有し、前記中空部には熱膨張する封入液が封入され、前記パッカー部の外周壁には前記封入液の熱膨張に伴い外部に突出変形する膨張部が形成されていることを特徴とする。
【００１４】
第２発明に係るパッカーは、第１発明において、前記膨張部は前記パッカーの前記外周壁の一部を蛇腹状にして形成されていることを特徴とする。
【００１５】
第３発明に係るパッカーは、第１発明又は第２発明において、前記封入液は水であることを特徴とする。
【００１６】
第４発明に係るパッカーは、第１発明乃至第３発明の何れか１つにおいて、前記パッカーの外周壁には前記封入液の圧力が所定の圧力以上になった場合に開裂し前記封入液を外部に放出する開裂部が形成されていることを特徴とする。
【００１７】
第５発明に係るパッカーは、第４発明において、前記開裂部は薄肉部であることを特徴とする。
【００１８】
第６発明に係るパッカーは、第４発明において、前記開裂部はラプチャーディスクであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
上述した構成からなる本発明によれば、安価に製造することができ、４００〜５００℃という超高温の地層において用いることができるパッカーを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係るパッカーを示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るパッカーの膨張部が封入液の熱膨張に伴い外部に突出変形した状態を示す断面図である。
【図３】本発明の変形例に係るパッカーを示す部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態に係るパッカーについて詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係るパッカー１を示す断面図である。図２は、図１のパッカー１の膨張部４が封入液の熱膨張に伴い外部に突出変形した状態を示す断面図である。
【００２２】
本実施形態に係るパッカー１は、坑井内に挿入されるケーシングパイプに接続される略円筒状の、４００〜５００℃でも熱劣化しない金属製の部材である。
【００２３】
パッカー１は、ケーシングパイプに接続される接続管２と、接続管２の周囲に取り付けられるパッカー部５とを備えて構成されている。
【００２４】
接続管２は、ケーシングパイプに任意の接続手段により接続されて用いられる、ケーシングパイプと略同一の径及び周壁の圧さを有する管状部材である。
【００２５】
パッカー部５は、略円筒状の部材であり、接続管２の周壁に沿い取り付けられている。パッカー部５は内部が中空であり、最も外側の周壁（外周壁）には蛇腹部４と平面部３が形成されている。
【００２６】
膨張部４はパッカー１の管軸方向の略中央部分において、円周方向に沿いパッカー１の材料となる薄板状の金属板を蛇腹状に折り曲げて形成されている。膨張部４の上下方向の長さや形状は、パッカー１の使用箇所等に応じて任意に設定することができる。
【００２７】
平面部３は膨張部４の周囲に形成された平面部分である。この平面部３の長さは任意に設定することができる。
【００２８】
パッカー１の内部には熱膨張する封入液６が封入されている。本実施形態においてはこの封入液６として水が想定されているが、本発明においてはこれに限らず、パッカー１の外周壁の腐食を生じさせることがなく、熱膨張可能な液体であれば好適に用いることができる。
【００２９】
パッカー部５が破壊される圧力（破壊圧）は、ケーシングパイプ及び接続管２の圧潰圧より低くなっている。これによりパッカー部５の動作によりケーシングパイプ及び接続管２が破損することを防止することができる。
【００３０】
次にこうしたパッカー１によるアニュラス部の密閉機構について説明する。図２は本発明の実施形態に係るパッカー１の膨張部４が封入液６の熱膨張に伴い外部に突出変形した状態を示す断面図である。
【００３１】
ケーシングパイプに接続されたパッカー１は、ケーシングパイプの坑井内への挿入に伴い坑井内へと降下していく。このとき、図示しない冷却機構によりパッカー１を冷却しながらパッカー１の降下が行われる。
【００３２】
そして、パッカー１が４００〜５００℃の超高温の地層に到達すると、パッカー１の冷却が停止され、パッカー１の内部に封入されている封入液６が熱膨張する。
【００３３】
この封入液６の熱膨張に伴い蛇腹状の膨張部４が外部に突出変形（膨張）することで坑井の内壁と当接しこれを押圧する。こうして変形した膨張部４が坑井の内壁と当接することでアニュラス部を密閉することができる。
【００３４】
パッカー１は４００〜５００℃でも熱劣化しない金属製であるため、超高温環境下においてもアニュラス部の密閉効果を奏することができる。
【００３５】
なお、パッカー１が使用される坑井の内壁の径や要求される密閉度、使用温度等に応じて膨張部４の管軸方向及び円周方向における大きさや形状、更に平面部３の管軸方向の長さを適宜調節することが可能である。
【００３６】
例えば、膨張部４の蛇腹を細かな蛇腹とすることで、膨張時により円形状に近い形状とすることができる。
【００３７】
また、膨張部４は蛇腹以外の他の形状であっても、封入液６の熱膨張により変形可能な形状であれば適宜採用することができる。
【００３８】
また、平面部３の管軸方向の長さが長くなるほどパッカー１の内部に封入可能な封入液６の量を増加することができるため、封入液６の熱膨張による膨張部４の膨張の程度を増加することができる。
【００３９】
次に、本発明の変形例について説明する。図３は、本発明の変形例に係るパッカー１’がケーシングパイプ取り付けられた状態を示す部分拡大断面図である。
【００４０】
変形例に係るパッカー１’は、パッカー部５の平面部３に開裂部７が形成されていること以外は上述した実施形態に係るパッカー１と同様であるため、以下開裂部７について詳述する。なお、上述した実施形態と同一の構成には同一の符号を付してある。
【００４１】
開裂部７は、平面部３の一部を肉薄にして形成されていて、熱膨張する内部の封入液６の膨張圧が所定の値以上になった場合に破裂し内部の封入液６をパッカー１’の外部に放出する機構である。
【００４２】
開裂部７を破裂させる所定の圧力はパッカー１’の拡張圧より高く、パッカー１’本体の破壊圧やケーシングパイプの圧潰圧より低く設定されている。
【００４３】
こうした開裂部７が設けられていることで、パッカー１’内部の封入液６の膨張圧が高まりパッカー１’を破損する前に開裂部７が破裂し封入液６を外部に放出し膨張圧を低下させることができる。そのため、封入液６の膨張圧の上昇によるパッカー１’の破損を効果的に防止することができる。
【００４４】
また、膨張部４は金属製であるため、開裂部７が破裂し封入液６が外部に放出された後も膨張変形した状態を維持することができ、アニュラス部の密閉状態を維持することができる。
【００４５】
なお、本変形例では開裂部７は平面部３の一部を肉薄にすることで形成されているが、本発明においてはこの態様に限らず、例えば開裂部７はラプチャーディスクにより形成される態様であってもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１、１’  パッカー
２  ケーシングパイプ
３  平面部
４  膨張部
５  外周壁
６  封入液
７  開裂部
【図１】
0006620286.tif 000002
【図２】
0006620286.tif 000003
【図３】
0006620286.tif 000004