(57)【要約】一つまたは複数の地下貯留層にアクセスするための一つまたは複数の注入井を含むシステムであって、一つまたは複数の貯留層が、一つまたは複数の第一の温度にあり、かつ少なくとも一つの天然流体を含有する、システムを提供する。天然流体は、メタンを含む溶液を含み得る。一つまたは複数の注入井のそれぞれは、一つまたは複数の貯留層の少なくとも一つと流体連通した注入井貯留層開口を有する。システムはさらに、一つまたは複数の生産井を含み、各生産井は、一つまたは複数の貯留層の少なくとも一つと流体連通した生産井貯留層開口を有する。作動流体供給システムが非水系作動流体を第一の温度よりも低い第二の温度で一つまたは複数の注入井に提供する。天然流体への非水系作動流体の曝露が、メタンの少なくとも一部分を天然流体との溶解状態から出させて、非水系作動流体の少なくとも一部分とメタンの一部分との生産流体を形成させる。第一の温度へのこの混合物の曝露が生産流体を第二の温度よりも高い第三の温度に加熱する。生産流体は生産井貯留層開口の一つまたは複数に入ることができる。一つまたは複数の生産井と流体連通したエネルギー回収装置が、生産流体に含まれるエネルギーを電気、熱またはそれらの組み合わせに変換する。2016504516.tif 000003
2016504516.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つまたは複数の地下貯留層にアクセスするための一つまたは複数の注入井であって、該一つまたは複数の貯留層が、一つまたは複数の第一の温度にあり、かつ少なくとも一つの天然流体を含有し、該天然流体が、メタンを含む溶液を含み、該一つまたは複数の注入井のそれぞれが、該一つまたは複数の貯留層の少なくとも一つと流体連通した注入井貯留層開口を有する、一つまたは複数の注入井と；
それぞれが、該一つまたは複数の貯留層の少なくとも一つと流体連通した生産井貯留層開口を有する、一つまたは複数の生産井と；
非水系作動流体を該第一の温度よりも低い第二の温度で該一つまたは複数の注入井に提供するための作動流体供給システムと；
該一つまたは複数の生産井と流体連通したエネルギー回収装置と
を含むシステムであって、
該天然流体への該非水系作動流体の曝露が、該メタンの少なくとも一部分を該天然流体との溶解状態から出させて、該非水系作動流体の少なくとも一部分と該メタンの該一部分との生産流体を形成させ、
該第一の温度への該混合物の曝露が該生産流体を該第二の温度よりも高い第三の温度に加熱し、該生産流体が該生産井貯留層開口の一つまたは複数に入ることができ、
該生産流体に含まれるエネルギーが、該エネルギー回収装置中で電気、熱、またはそれらの組み合わせに変換されることができる、
システム。
【請求項２】
エネルギー回収装置が、生産流体からメタンの一部分を分離するための少なくとも一つの分離装置と、該生産流体を第三の温度よりも高い第四の温度に加熱するために該メタンの分離された一部分を燃焼させる加熱機とを含む、請求項1記載のシステム。
【請求項３】
エネルギー回収装置が、一つもしくは複数の膨張装置および一つもしくは複数の発電機；一つもしくは複数の熱交換機；またはそれらの組み合わせの少なくとも一つをさらに含み、
加熱機が、該一つもしくは複数の膨張装置および該一つもしくは複数の発電機、該一つもしくは複数の熱交換機、またはそれらの組み合わせの上流で、生産流体を加熱する、
請求項2記載のシステム。
【請求項４】
少なくとも一つの分離装置が、一つもしくは複数の膨張装置および一つもしくは複数の発電機、一つもしくは複数の熱交換機、またはそれらの組み合わせの下流にある、請求項3記載のシステム。
【請求項５】
エネルギー回収装置が、加熱機への外部燃料の供給源をさらに含み、該加熱機が、生産流体を加熱するために、前記メタンの分離された一部分および該外部燃料の少なくとも一つを燃焼させる、請求項2〜4のいずれか一項記載のシステム。
【請求項６】
エネルギー回収装置が、生産流体の第一の部分よりも上流にある該生産流体の第二の部分を加熱するために該生産流体の少なくとも第一の部分から熱を回収する少なくとも一つの熱回収装置を含む、請求項1〜5のいずれか一項記載のシステム。
【請求項７】
生産流体の少なくとも一部分を圧縮するための少なくとも一つの圧縮機をさらに含み、少なくとも一つの熱回収装置が該少なくとも一つの圧縮機の上流または下流で該生産流体から熱を回収する、請求項6記載のシステム。
【請求項８】
天然流体が少なくとも一つの炭化水素をさらに含み、生産流体が該少なくとも一つの炭化水素の少なくとも一部分を含み、
システムが、該少なくとも一つの炭化水素を該生産流体から分離するための一つまたは複数の分離ユニットをさらに含み、
熱回収装置が、該一つまたは複数の分離ユニット、該分離された少なくとも一つの炭化水素、および該分離された生産流体の少なくとも一つから熱を回収する、
請求項6または7記載のシステム。
【請求項９】
一つまたは複数の貯留層が、一つまたは複数のキャップロックの下に位置し、かつ大規模水圧破砕を使用することなくアクセス可能である、請求項1〜8のいずれか一項記載のシステム。
【請求項１０】
一つまたは複数の貯留層が塩水帯水層を含み、天然流体が、塩水を該塩水中に溶解したメタンとともに含む、請求項1〜9のいずれか一項記載のシステム。
【請求項１１】
一つまたは複数の貯留層が、部分的に枯渇した油田または天然ガス田を含み、天然流体が少なくとも一つの炭化水素を含む、請求項1〜10のいずれか一項記載のシステム。
【請求項１２】
生産流体が非水系作動流体を0.01重量％〜99重量％含む、請求項1〜11のいずれか一項記載のシステム。
【請求項１３】
非水系作動流体が二酸化炭素である、請求項1〜12のいずれか一項記載のシステム。
【請求項１４】
二酸化炭素が超臨界二酸化炭素である、請求項13記載のシステム。
【請求項１５】
二酸化炭素が、発電所、工業プラント、または天然二酸化炭素供給源から得られる、請求項13または14記載のシステム。
【請求項１６】
発電所または工業プラントを含む、請求項15記載のシステム。
【請求項１７】
エネルギー回収装置が、一つもしくは複数の膨張装置および一つもしくは複数の発電機；一つもしくは複数の熱交換機；またはそれらの組み合わせの少なくとも一つを含む、請求項1〜16のいずれか一項記載のシステム。
【請求項１８】
非水系作動流体の少なくとも一部分を注入井の一つまたは複数を通して再注入するための再注入システムをさらに含む、請求項1〜17のいずれか一項記載のシステム。
【請求項１９】
一つまたは複数の生産井、エネルギー回収システム、および再注入システムが、非水系作動流体のサーモサイフォンを形成するように構成されている、請求項18記載のシステム。
【請求項２０】
第一の温度にある非水系作動流体を、一つまたは複数の注入井を通して、少なくとも一つの天然流体を含有する一つまたは複数の地下貯留層に導入する工程であって、該天然流体が、メタンを含む溶液を含み、該一つまたは複数の貯留層が、該第一の温度よりも高い一つまたは複数の第二の温度にある、工程；
該メタンの少なくとも一部分が該天然流体との溶解状態から出て、該非水系作動流体の少なくとも一部分と該メタンの該一部分との生産流体を形成するように、該非水系作動流体を該天然流体に曝露する工程；
該生産流体を該第一の温度よりも高い第三の温度に加熱するために、該生産流体を該第二の温度に曝露する工程；
該生産流体を一つまたは複数の生産井を通して産出する工程；および
該生産流体からエネルギーを抽出する工程
を含む、方法。
【請求項２１】
生産流体からエネルギーを抽出する工程が、メタンの一部分を該生産流体から分離する工程、および該生産流体を第三の温度よりも高い第四の温度に加熱するために該メタンの該分離された一部分を燃焼させる工程を含む、請求項20記載の方法。
【請求項２２】
生産流体からエネルギーを抽出する工程が、該生産流体を第四の温度に加熱するために、外部燃料および前記メタンの分離された一部分の少なくとも一つを燃焼させる工程を含む、請求項21記載の方法。
【請求項２３】
エネルギーを抽出する工程が、生産流体中の熱エネルギーを電気および熱の少なくとも一つに変換する工程を含み、分離されたメタンを燃焼させる工程が、該熱エネルギーを電気および熱の少なくとも一つに変換する工程の上流で該生産流体を加熱する、請求項21または22記載の方法。
【請求項２４】
熱エネルギーを電気に変換する工程が、生産流体を、発電機に接続された膨張装置に送る工程を含む、請求項23記載の方法。
【請求項２５】
熱エネルギーを熱に変換する工程が、生産流体を熱交換機に送る工程を含む、請求項23または24記載の方法。
【請求項２６】
メタンの一部分を分離する工程が、生産流体中の熱エネルギーを電気および熱の少なくとも一つに変換する工程の下流である、請求項23〜25のいずれか一項記載の方法。
【請求項２７】
生産流体の第一の部分よりも上流にある該生産流体の第二の部分を加熱するために、該生産流体の該第一の部分から熱を回収する工程をさらに含む、請求項20〜26のいずれか一項記載の方法。
【請求項２８】
生産流体の第一の部分から熱を回収する工程が、該生産流体の該第一の部分を圧縮している圧縮機から熱を回収する工程を含む、請求項27記載の方法。
【請求項２９】
一つまたは複数の貯留層が、一つまたは複数のキャップロックの下に位置し、かつ大規模水圧破砕を使用することなくアクセス可能である、請求項20〜28のいずれか一項記載の方法。
【請求項３０】
生産流体が非水系作動流体を0.01重量％〜99重量％含む、請求項20〜29のいずれか一項記載の方法。
【請求項３１】
非水系作動流体が二酸化炭素である、請求項20〜30のいずれか一項記載の方法。
【請求項３２】
二酸化炭素が超臨界二酸化炭素である、請求項31記載の方法。
【請求項３３】
発電所、工業プラント、または天然二酸化炭素供給源から二酸化炭素を回収する工程をさらに含む、請求項31または32記載の方法。
【請求項３４】
エネルギーを抽出する工程が、発電する工程、一つまたは複数の熱交換機中で二次作動流体を加熱する工程、圧縮された流体を貯留層に提供する工程；冷却された流体を貯留層に提供する工程、および軸動力を一つまたは複数のポンプまたは圧縮機に提供する工程の少なくとも一つを含む、請求項20〜33のいずれか一項記載の方法。
【請求項３５】
発電する工程が、
生産流体の少なくとも一部分を一つまたは複数の膨張装置に提供する工程、あるいは一つまたは複数の熱交換機中で加熱された二次作動流体を一つまたは複数の膨張装置に提供する工程のいずれか、および
発電するために軸動力を一つまたは複数の発電機に発生させる工程
を含む、請求項34記載の方法。
【請求項３６】
一つまたは複数の熱交換機中で加熱される二次作動流体が、直接使用のための、地下水加熱ポンプのための、ランキンパワーサイクルのための、またはそれらの組み合わせのための熱を提供する、請求項34または35記載の方法。
【請求項３７】
エネルギーを抽出する工程が、生産流体中の熱エネルギーの少なくとも一部分および生産流体中の化学エネルギーの少なくとも一部分を抽出する工程を含む、請求項20〜36のいずれか一項記載の方法。
【請求項３８】
生産流体の少なくとも一部分を注入井の一つまたは複数を通して再注入する工程をさらに含む、請求項20〜37のいずれか一項記載の方法。
【請求項３９】
生産流体の少なくとも一部分を再注入する工程が、一つまたは複数の生産井と一つまたは複数の注入井との間で該生産流体のサーモサイフォンを形成する工程を含む、請求項20〜38のいずれか一項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本国際出願は、参照により全体として本明細書に組み入れられ、2012年11月12日に出願された米国特許仮出願第61/725,270号の優先権を主張する。
【背景技術】
【０００２】
背景
地球的気候変動を考慮して、かつ海外からの石油供給への依存を減らす望みの増大に応じて、風力、太陽光および地熱ベースのシステムのような再生可能エネルギーシステムがますます研究開発されている。しかし、そのようなシステムの多くは、たとえば高コスト、プロセス全体の非効率さ、起こり得る環境への悪影響などのせいで、限られた潜在能力しか有しない。
【発明の概要】
【０００３】
概要
本開示は、二酸化炭素（CO2）のような非水系作動流体を貯留層に注入して地熱を抽出することにより、貯留層から地熱を効率的に回収するためのシステムおよび方法を記載する。その後、CO2を地表に戻すことができ、CO2によって捕獲された地熱エネルギーの一部をエネルギー回収装置、たとえば発電装置（たとえば発電機を駆動する膨張装置）または熱回収装置（たとえば、二次作動流体を加熱するための一つまたは複数の熱交換機）によって回収することができる。
【０００４】
特に、本開示は、天然ガス、特にメタン（CH4）を含む溶液を含む天然流体を含む貯留層からの地熱の回収を記載する。CO2は、CH4を天然流体との溶解状態から出すことができ、CH4がCO2とで生産流体を形成するようにする。生産流体は地熱によって加熱され、地表に出ることができ、地表で、CH4の少なくとも一部を生産流体から分離し、燃焼させて生産流体の全体温度を高めたのち、それをエネルギー回収装置に供給することができる。そのようなシステムおよび方法は、CO2の化学的性質を利用して貯留層からCH4を抽出したのち、CH4の一部分に貯蔵された化学エネルギーを使用して、生産流体によって捕獲された地熱エネルギーを補うことができる。貯留層からのメタンの回収ならびにその後の、生産流体の温度もしくは圧力または両方を高めるためのメタンの一部分の燃焼が、全システム効率および全発電力を地熱捕獲のみの場合と比べて増大させることができる。本開示のシステムおよび方法のメタン捕獲および使用は、経済的に採算性である、低温貯留層（たとえば約15℃またはいくつかの状況においては約10℃の低さ）からの地熱エネルギー回収を可能にすることができる。したがって、本発明のシステムおよび方法は、これまで達成することが経済的に困難または不可能であった地熱利用のための貯留層を開拓することができる。
【０００５】
本開示は、一つまたは複数の地下貯留層にアクセスするための一つまたは複数の注入井を含み、一つまたは複数の貯留層が、一つまたは複数の第一の温度にあり、少なくとも一つの天然流体を含有し、天然流体が、メタンを含む溶液を含み、一つまたは複数の注入井のそれぞれが、一つまたは複数の貯留層の少なくとも一つと流体連通した注入井貯留層開口を有するシステムを記載する。システムはさらに、一つまたは複数の生産井を含み、各生産井は、一つまたは複数の貯留層の少なくとも一つと流体連通した生産井貯留層開口を有する。作動流体供給システムが非水系作動流体を第一の温度よりも低い第二の温度で一つまたは複数の注入井に提供する。天然流体への非水系作動流体の曝露が、メタンの少なくとも一部分を天然流体との溶解状態から出させて、非水系作動流体の少なくとも一部分とメタンの一部分との生産流体を形成させる。第一の温度への混合物の曝露が生産流体を第二の温度よりも高い第三の温度に加熱し、生産流体が生産井貯留層開口の一つまたは複数に入ることができる。システムはまた、一つまたは複数の生産井と流体連通したエネルギー回収装置を含み、生産流体に含まれるエネルギーがエネルギー回収装置中で電気、熱またはそれらの組み合わせに変換されることができる。
【０００６】
本開示はまた、第一の温度にある非水系作動流体を、一つまたは複数の注入井を通して、少なくとも一つの天然流体を含有する一つまたは複数の地下貯留層に導入する工程であって、天然流体が、メタンを含む溶液を含み、一つまたは複数の貯留層が、第一の温度よりも高い一つまたは複数の第二の温度にある、工程、非水系作動流体を天然流体に曝露して、メタンの少なくとも一部分が天然流体との溶解状態から出て、非水系作動流体の少なくとも一部分とメタンの一部分との生産流体を形成するようにする工程、生産流体を第二の温度に曝露して、生産流体を第一の温度よりも高い第三の温度に加熱する工程、生産流体を一つまたは複数の生産井を通して産出させる工程、および生産流体からエネルギーを抽出する工程を含む方法を記載する。
【０００７】
本システムおよび方法のこれらおよび他の例および特徴は、一部が以下の詳細な説明に述べられる。この概要は、本主題の概観を提供しようとするものであり、排他的または網羅的な説明を提供しようとするものではない。以下の詳細な説明は、本システムおよび方法に関するさらなる情報を提供するために含まれる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】例示的な地熱エネルギー回収システムの簡略図である。
【図２】もう一つの例示的な地熱エネルギー回収システムの簡略図である。
【図３】もう一つの例示的な地熱エネルギー回収システムの簡略図である。
【図４】もう一つの例示的な地熱エネルギー回収システムの簡略図である。
【図５】貯留層内の高濃度メタンゾーンの層の簡略図である。
【図６】貯留層から作動流体およびメタンを抽出するためのいくつかの注入井および生産井の配置の簡略図である。
【図７Ａ】CO2のみの作動流体の場合の例示的なパワーサイクルの相図である。
【図７Ｂ】CO2−メタンの作動流体の場合の例示的なパワーサイクルの相図である。
【図８】もう一つの例示的な地熱エネルギー回収システムの簡略図である。
【図９】もう一つの例示的な地熱エネルギー回収システムの簡略図である。
【図１０】もう一つの例示的な地熱エネルギー回収システムの簡略図である。
【図１１Ａ】生産流体の坑口温度に依存して、メタン強化地熱エネルギー回収システムによる発電量を、非強化CO2ベース地熱エネルギー回収システムによる発電量およびメタン燃焼による発電量と比較するグラフを示す。
【図１１Ｂ】生産流体の坑底温度に依存して、メタン強化地熱エネルギー回収システムによる発電量を、非強化CO2ベース地熱エネルギー回収システムによる発電量およびメタン燃焼による発電量と比較するグラフを示す。
【図１２Ａ】生産流体の坑口温度に依存して、メタン強化地熱エネルギー回収システムによる発電量を、非強化CO2ベース地熱エネルギー回収システムによる発電量およびメタン燃焼による発電量と比較するグラフを示す。
【図１２Ｂ】生産流体の坑底温度に依存して、メタン強化地熱エネルギー回収システムによる発電量を、非強化CO2ベース地熱エネルギー回収システムによる発電量およびメタン燃焼による発電量と比較するグラフである。
【図１３】廃熱強化地熱エネルギー回収システムによる発電量を、非廃熱強化CO2ベース地熱エネルギー回収システムによる発電量および廃熱回収のみによる発電量と比較するグラフである。
【図１４】様々な供給源から利用可能なエネルギー値のグラフを示す。
【図１５】様々な供給源からの発電量のグラフを示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
詳細な説明
以下の詳細な説明においては、本発明を実施し得る具体例が実例として示されている、本明細書の一部を形成する添付図面を参照する。これらの例は、当業者が本発明を実施することを許すのに十分な詳細さで説明されるが、他の態様を利用し得ることが理解されよう。また、本発明の精神および範囲を逸脱することなく、構造的、手順的、化学的およびシステム的な変更を加えることができることが理解されよう。したがって、以下の詳細な説明は限定的な意味に解釈されてはならず、本発明の範囲は以下の請求項およびその均等物によって決定される。
【００１０】
本開示は、地熱エネルギーの回収のために二酸化炭素（CO2）のような非水系作動流体を使用する地熱エネルギー回収システムおよび方法を記載する。地熱エネルギー回収システムおよび方法は、いずれも参照により全体として本明細書に組み入れられる、「CARBON DIOXIDE-BASED GEOTHERMAL ENERGY GENERATION SYSTEMS AND METHODS RELATED THERETO」と題するSaarらへの米国特許出願公開公報第US2012-0001429号および2012年7月20日出願の「CARBON DIOXIDE-BASED GEOTHERMAL ENERGY GENERATION SYSTEMS AND METHODS RELATED THERETO」と題するSaarらへの米国特許出願第13/554,868号に開示されている例示的なシステムおよび方法の局面を含むことができる。これらの出願に記載されているように、二酸化炭素作動流体は、貯留層中をガスプルームとして移動することができ、これらの出願中のシステムは、二酸化炭素（またはCO2）プルーム地熱（「CPG」）システムと呼ばれている。
【００１１】
本開示はまた、非水系作動流体を、メタンを含む溶液を含む天然流体を含有する貯留層に供給することを記載する。たとえば、貯留層は、天然ガス（概してメタン約97％以上を含む天然ガス）が中に溶解した塩水溶液を含む深部塩水帯水層を含むことができる。本明細書中で使用される「天然ガス」は概して少なくとも約97重量％以上がメタンであるため、本開示の残りでは、簡潔さのため、それを「メタン」と呼ぶ。「メタン」は、天然ガスに含まれることができる他の気体炭化水素、たとえばエタン、プロパンおよび高級アルカン類をも指すこともできることが当業者によって理解されよう。塩水帯水層への二酸化炭素作動流体の注入は、CO2の一部分を塩水溶液中に溶解させることができ、それが、溶存メタンの実質的部分を溶解状態から押し出すことができる。放出されたメタンは残りのCO2と合わさって、CPGシステム中のCO2プルームと同様なガスプルームの形態の生産流体を形成することができる。加えて、溶解または遊離状態メタンを含む塩水溶液とCO2との混合物のゾーンが、天然塩水溶液と、メタンと合わさったCO2のゾーンとの間に形成することができる。塩水、メタンおよび／またはCO2を含む流体はまた、CPGシステム中で形成されるCO2プルームに類似する生産流体に加えて、生産流体を形成することができる。以下さらに詳細に説明するように、塩水帯水層から回収されたメタンの一部分を燃焼させて、生産流体の温度または圧力または両方を高めたのち、たとえば、発電するために発電機を駆動する膨張装置に生産流体を通すことにより、生産流体からエネルギーを回収することができる。生産流体中に存在するメタンの残りは、分別し、販売することもできるし、または貯留層に再び注入して、エネルギー回収システムにおけるさらなる生産および使用に備えることもできる。システムの経済的効率を高めるための回収されたメタンの使用を、本明細書中、メタン強化CO2プルーム地熱（「ME-CPG」）システムと呼ぶことができる。
【００１２】
または、貯留層は、従来の回収法を使用して石油または天然ガス炭化水素が部分的に回収されている油田または天然ガス田を含むことができる。石油または天然ガス炭化水素は、貯留層から炭化水素の一部分を放出するために二酸化炭素または他の回収流体の産出地帯への注入によって回収することができる。このプロセスを「石油増進回収」（EOR）と呼ぶことができる（以下さらに詳細に説明する）。EOR田からの生産流体は、CO2作動流体、メタンおよび他の天然ガス成分、他の高級炭化水素ならびに塩水を含むことができる。上記の塩水帯水貯留層と同じく、EOR田から回収されたメタンの一部分を使用して、さらなるエネルギー回収を実施する前に、生産流体の温度、圧力または両方を高めることができる。EOR炭化水素は、生産流体から分離し、販売することができる。また、分離された炭化水素の一部分を燃焼させて、エネルギー回収の前に、作動流体を加熱する、または作動流体の圧力を高めることもできる。
【００１３】
本開示のシステムは、かなりの熱（通常は大気中に失われる）が生成される構成要素または局面を含むことができる。たとえば、EORおよびCPGの両システムは、さらなる石油もしくは天然ガス回収、地熱回収またはCO2隔離のために、CO2を貯留層の中に戻すことができるような、CO2のための一つまたは複数の圧縮機を含むことができる。圧縮機は、使用される圧縮機システムのタイプに依存して、各圧縮段階で圧縮されるCO2 1キログラム（kg）あたり400〜450キロジュール（kJ）程度のかなりの熱を発生させることができる。EORシステムもまた、生産流体からの石油および天然ガス炭化水素の分離中、たとえば分離効率を改善するためにメタンまたは他の生産流体の一部分を燃焼させて生産流体を加熱するならば、かなりの熱を発生させることができる。
【００１４】
いくつかの例において、地熱エネルギー回収システムおよびEORシステム（存在するならば）は、別のタイプの施設、たとえば発電所またはエタノールもしくはバイオ燃料生産施設と同じ場所に位置することができる。たとえば、同じ場所に位置する施設は、地熱、メタンおよび／または他の炭化水素の回収のために圧縮され、貯留層に注入されるCO2の初期供給源であることができる。同じ場所に位置する施設はまた、一般に、かなりの廃熱を発生させることができる。加えて、同じ場所に位置するバイオ燃料生産施設、たとえばエタノール工場の場合、工場で生産されたバイオ燃料の一部分を燃焼させて、作動流体または生産流体からのエネルギー回収の前に、作動流体もしくは生産流体の温度を高める、または作動流体の圧力を高める、またはその両方を実施することができる。同様に、施設外の第三者からバイオ燃料などを得、それを地熱回収システムに運び、燃焼させて、作動流体もしくは生産流体の温度を高める、または作動流体の圧力を高める、またはその両方を実施することもできる。
【００１５】
いくつかの例において、本開示のシステムおよび方法は、システムまたは方法の何らかの他の局面によって生成される廃熱、たとえばCO2圧縮機、EOR分離システムまたは同じ場所に位置する施設からの廃熱を回収するための熱回収システムを含むことができる。また、熱回収システムによって回収された廃熱を使用して、生産流体がエネルギー回収システム（たとえば膨張装置および発電機）に供給される前に、生産流体の温度、圧力または両方を高めることもできる。熱回収システムによる廃熱捕獲は、ME-CPGシステムにおける回収メタンの燃焼によって提供される強化と同様に、地熱エネルギー回収システムおよび方法の効率を高めることができる。システムの経済的効率を高めるための廃熱の捕獲を、本明細書中、廃熱強化CO2プルーム地熱（「WHE-CPG」）システムと呼ぶことができる。ME-CPGおよびWHE-CPGの両方を同じシステム中で使用することもできることが理解されよう。
【００１６】
従来の地熱エネルギー技術
地熱エネルギーとは、発電、直接使用または地熱源加熱ポンプを含む様々な使用のために「採掘」することができる、地球（または任意の他の惑星）内部で生成され、貯蔵された熱エネルギーである。地熱エネルギー源は、「採掘」されたのち、人類の時間スケールで補充される熱エネルギーと相対的に一定であることができる。地熱エネルギーはまた、地球以外の貯蔵場所を要しない。
【００１７】
従来の地熱エネルギーの潜在的使用は概して温度依存性であり、カスケーディングシステムが一つの地熱資源を複数の目的に利用するものである。水を作動流体として使用する水ベース地熱システム（たとえば従来の水ベース強化地熱システム（EGS）および従来の非水ベースEGS）は非常に高い温度を要することができる。たとえば、水ベース地熱発電所における発電は一般に、165℃を超える温度を要する。水が地表下地熱作動流体であるとき、そのようなシステムからの直接使用、たとえば水産養殖、温室、工業および農業プロセス、リゾート、空間および区域加熱（井戸〜構造物）は、約38〜165℃のより穏やかな温度を利用することができる。地面からの地熱エネルギーを使用のために伝達するために二次的熱交換流体（たとえばイソブテン）を使用し得る、水ベース地熱システムからの住居用および商業建造物用地熱源加熱ポンプは、概して、約4〜38℃の温度を要することができる。
【００１８】
定義
本明細書中で使用される語「地中」または「地表下」または「地下」は、地球の表面よりも下の場所および／または地層を指すことができる。
【００１９】
本明細書中で使用される語「その場」は、地質学的特徴が、自然によってはじめに形成または堆積された場所に位置し、時を経ても実質的に乱されないまままであり、実質的に同じ最初の状態にあるような、地上であっても地下であってもよい、地質学的特徴の自然なまたは最初の位置または場所を指すことができる。地質学的特徴は、岩石、鉱物、堆積物、貯留層、キャップロックなどまたはそれらの任意の組み合わせであることができる。地質学的特徴はさらに、その特徴の内部、周囲または近くに構成要素、たとえばチャネル、たとえば注入井および／または生産井を創造および／または配置するために使用される小さな人造的外乱の後でも「その場」に留まると考えられる。特徴はまた、小さな人造的または自然の外乱の結果として、制御可能または限られた量の岩石、鉱物、堆積物または土壌を移動させるような、人間によって誘発された小さな外乱の後でも「その場」に留まると考えられる。対照的に、特徴は、大規模水圧破砕（たとえば人工的貯留層を創製するため）を含む任意のタイプの大規模な人造的外乱または人間によって誘発される外乱、たとえば大規模水圧破砕後の地質学的特徴の永久的な変形、地震および／または震動の後では「その場」に留まるとは考えられない。これらはすべて、地下水流路、生息地および人造構造体に対してさらなるマイナスの影響を及ぼすことができる。
【００２０】
本明細書中で使用される語「大規模水圧破砕」は、一般には強化地熱システム（EGS）の運転中に、岩石または部分的に団結した堆積物のような特徴における人工的破砕および／または断層を創製または誘発するための公知の方法を指すことができる。たとえば、水を用いて岩石を水圧破砕して地質学的貯留層を創製し、その貯留層から流体を地表まで運ぶ、Potterへの米国特許第3,786,858号を参照すること。大規模水圧破砕は、流体損失または「ショートカット」（他方で作動流体の地熱加熱効率を低下させる）を生じさせることができる、意図されない流体流路を創製することが知られている。大規模水圧破砕はまた、（微小）地震活動および天然および／または人造構造物への損傷を引き起こすこともできる。
【００２１】
本明細書中で使用される語「岩石」は、相対的に硬く、自然に形成された鉱物、鉱物の集合体または石化物質を指すことができる。岩石の集合体は一般に「岩層」と呼ばれる。たとえば火成岩、変成岩、堆積岩などを含む様々なタイプの岩石が地球上で同定されている。岩石は浸食またはマスウェスティングを受けて、その元の場所の近くで、またはそこから何マイルも離れたところで堆積物および／または土壌になることができる。
【００２２】
本明細書中で使用される語「堆積物」は、自然の力によって浸食されているが、「土壌」になるには至っていない粒状物質を指すことができる。堆積物は地殻上または地殻内に見られ得る。堆積物の集合体は一般に「堆積物層」と呼ばれる。堆積物は一般に未団結状態であるが、「部分的に団結した堆積物」は、多くの場合、単に「堆積物」と呼ばれ、したがって、堆積物の定義に含まれるとみなされる。
【００２３】
本明細書中で使用される語「土壌」は、生物学的に活性の多孔媒質を含む粒状物質を指すことができる。土壌は、地殻の最上層に見られ、またはその一部として見られ、固形物、たとえば団結した岩石、堆積物、氷河堆積物、火山灰および有機物質の風化作用を通して発達する。多くの場合「土砂」と互換可能に使用されるが、土砂は、厳密にいうと、生物学的に活性ではない。
【００２４】
本明細書中で使用される語「流体」は、液体、気体もしくはそれらの組み合わせまたは臨界点よりも上で存在する流体、たとえば超臨界流体を指すことができる。流体は、流動し、膨張し、その物理的周囲の形状に適合することができる。流体は、天然流体、作動流体またはそれらの組み合わせを含むことができる。流体の例は、たとえば、空気、水、塩水（すなわちブライン）、炭化水素、CO2、マグマ、希ガスまたはそれらの任意の組み合わせを含む。
【００２５】
本明細書中で使用される語「天然流体」は、本開示のシステムまたは方法の実施の前に岩層または堆積物層中に存在する流体を指すことができる。天然流体は、水、食塩水、油、天然ガス、炭化水素（たとえばメタン、天然ガス、石油）およびそれらの組み合わせを含むが、それらに限定されない。二酸化炭素もまた、岩層または堆積物層中に以前から存在することができ、したがって、この場合、天然流体を構成する。
【００２６】
本明細書中で使用される語「作動流体」は、岩層または堆積物層に由来するものではなく、何らかの目的のために本開示のシステムまたは方法の実施によって使用される流体を指すことができる。作動流体は、気から液（エネルギー源）、液から気（冷媒）への相変化を受けることもできるし、または溶液の一部になることもできる（たとえば天然流体中に溶けることにより）。機械または閉ループシステム中の「作動流体」は、機械を作動させる加圧された気体または液体であることができる。従来の（たとえば水ベースの）熱機関システムにおいては水が作動流体として使用される。非水系作動流体は、アンモニア、二酸化硫黄、二酸化炭素および非ハロゲン化炭化水素、たとえばメタンを含むことができるが、これらに限定されない。作動流体は、超臨界状態にある流体を含むことができる。様々な作動流体が様々な熱力学的および流体力学的性質を有して、様々なパワー変換効率を生じさせることができる。
【００２７】
本明細書中で使用される語「孔隙」は、固体（岩石または鉱物）によって占有されていない任意の空間を指すことができる。孔隙は、粒子間に形成される空間または破砕、断層、割れ、導管、洞穴もしくは任意の他のタイプの非固体空間によって形成される空間であることができる。孔隙は、つながっていることもできるし、またはつながっていないこともでき、固体空間容積またはサイズの変化（化学反応、変形などから起こることができる）により、時間とともに発達することができる。空間は、流体で満たされていることもでき、それでもなお、「孔隙」とみなすことができる。
【００２８】
本明細書中で使用される「CO2プルーム」は、地表下孔隙中の大規模な（たとえば幅数メートルから数キロメートル、さらに数十キロメートルの）CO2の存在を指すことができる。CO2プルーム内では、孔隙中の流体の有意な割合がCO2であることができる。CO2プルームは、CO2プルームが貯留層中を移動するときCO2プルームによって捕集され、運ばれることができる他の流体、たとえば天然のメタンまたは他の炭化水素を含むことができる。たとえば、CO2プルームは、塩水帯水層から脱着されたメタンの実質的な割合（たとえば20重量％もの）を含むことができる（以下さらに詳細に説明する）。CO2プルームはまた、天然炭化水素の実質的部分（たとえば炭化水素90重量％まで、またはより多く）を含むことができ、それでもなお、本開示の意味の範囲内で「CO2プルーム」とみなすことができる。CO2プルームは、天然流体、たとえば貯留層から抽出された塩水または炭化水素の実質的部分、たとえば70体積％以上をも含むことができる。塩水または他の天然流体は、動くことができない、またはごくわずかしか動くことができず、したがって、概して、当技術分野においては残留的に閉じ込められているとみなすことができる。
【００２９】
本明細書中で使用される語「貯留層」または「貯蔵岩層」または「貯蔵堆積物層」は、地質学の分野で理解される語として実質的に「永久的に」一定量の流体を受け、貯蔵することができる、岩石、堆積物および土壌の一つまたは複数を含む層を指すことができる。
【００３０】
本明細書中で使用される語「地熱流」は、地表下における任意の種類の熱伝達を指すことができ、伝導性熱伝達、移流的熱伝達（対流熱伝達とも呼ばれる）および放射熱伝達の一つまたは複数を含むことができる（ただし、地表下では放射熱伝達は一般に無視することができる）。「低い」熱流は、概して、1平方メートルあたり約50ミリワット未満とみなすことができる。「中庸な」熱流は、概して、1平方メートルあたり少なくとも約50〜約80ミリワット未満とみなすことができる。「高い」熱流は、概して、1平方メートルあたり80ミリワット超とみなすことができる。
【００３１】
本明細書中で使用される語「注入井」は、ケーシング（たとえばライニング）を有する、または有しないことができ、流体を地表下のいくらかの深さで放出するためにその流体が中を流れる（一般には下向きに）ことができる一つまたは複数のパイプを含むことができる井戸またはボアホールを指すことができる。
【００３２】
本明細書中で使用される語「生産井」は、ケーシング（たとえばライニング）を有する、または有しないことができ、流体を地表下から地球の表面またはその近くまで運ぶためにその流体が中を流れる（一般には上向きに）ことができる一つまたは複数のパイプを含むことができる井戸またはボアホールを指すことができる。生産井は、注入井と同じボアホール中に存在することができる。
【００３３】
本明細書中で使用される語「強化地熱システム」（EGS）は、通常は地表下の大規模水圧破砕によって、たとえば破砕を誘発して、有意な量の流体を収容することができる空間を創製することによって人造の（たとえば人工の）貯留層が創製されるシステムを指すことができる。そのような人口貯留層は一般に、天然の貯留層よりもずっと小さいものであることができる。
【００３４】
本明細書中で使用される語「石油増進回収」（EOR）（「石油改善回収」、「三次回収」または「四次回収」とも呼ばれる）は、非限定的に、原油のような液体炭化水素ならびに大気圧および温度で気体である天然ガスのような炭化水素を含む炭化水素を貯留層から回収するシステムまたは方法を指すことができる。EORは、流体粘度を下げること、炭化水素の表面張力を減らすこと、または貯留層中の圧力を高めることの少なくとも一つによって炭化水素の抽出を改善して貯留層からそれらをより容易に取り出すために、貯留層への流体、たとえば二酸化炭素または他の成分の注入を含むことができる。
【００３５】
本明細書中で使用される語「従来の水ベース地熱システム」は、水を作動流体として使用する地熱システムを指すことができる。従来の水ベース地熱手法は、天然貯留層システムまたは水圧破砕（たとえばEGS）システム中で使用することができる。
【００３６】
本明細書中で使用される語「従来のCO2ベースEGS」は、二酸化炭素を作動流体として使用する従来のEGSシステムを指すことができる。
【００３７】
本明細書中で使用される語「廃熱」は、通常は、システムまたは方法の中で何らかの他の目的に使用されるのではなく環境中に放散することを許される、システムまたはユニット運転によって生成される熱エネルギーを指すことができる。
【００３８】
強化CPGシステム
図1は、貯留層1から地熱エネルギーを回収するための例示的なシステム10を示す。貯留層1は天然流体2を含むことができる。天然流体2は、メタン（CH4）4を含む溶液を含むことができる。一例において、天然流体2は、塩水帯水層である貯留層1内の塩水を含むことができる。メタン4は塩水中に低濃度で溶解していることができる。もう一つの例において、天然流体2は、油田にあるような天然炭化水素であることができる。作動流体12を注入井14から貯留層1に注入することができる。注入井14は、作動流体12が貯留層1に入ることを許すために、貯留層1と流体連通している注入井開口16を含むことができる。
【００３９】
一例において、作動流体12は非水系作動流体12、たとえば二酸化炭素（CO2）である。簡潔に示すため、本開示の残り部分は作動流体12をCO2作動流体12として説明する。しかし、上記のように、作動流体12は、その周囲から熱エネルギーを吸収し、さらに、本明細書に記載されるように、その熱エネルギーを放出することができる他の適当な化合物を含むことができる。非水系作動流体12の他の例は、アンモニア、二酸化硫黄または非ハロゲン化炭化水素、たとえばメタンを含むことができるが、それらに限定されない。
【００４０】
CO2作動流体12は、CO2供給源18、たとえば燃焼などによってCO2を生成する施設からの廃物流から提供することができる。CO2供給源18であることができる施設の例は、発電所、たとえば化石燃料発電所（たとえば石炭火力発電所、天然ガス火力発電所など）、バイオ燃料のような燃料を製造することができる工場（たとえばエタノール工場）または工業プラント、たとえばセメント業者、製鋼業者などを含む。CO2供給源18はまた、地層から発生する天然の地質学的CO2であることもできる。一例において、CO2は、離れたCO2供給源18から任意の適当な手段によって運ぶことができる（たとえばパイプラインまたは様々な輸送手段、たとえばトラック、船または鉄道によって）。もう一つの例において、CO2供給源18を提供する施設は、地熱回収システム10と同じ場所に位置する施設、たとえば同じ場所に位置する発電所、バイオ燃料工場または工業プラントであることができる。以下さらに詳細に説明するように、同じ場所に位置する施設は、同じ場所に位置する施設および地熱エネルギー回収のより効率的な運転を可能にする相乗効果を提供することができる。
【００４１】
一例において、システム10は、標的地層へのアクセスを提供するように構成された場所（たとえば位置）に位置することができる。標的地層は、図1に示すように貯留層1の上に位置するキャップロック8を含むことができる。貯留層1は、作動流体の温度よりも高い自然温度を有することができる。自然温度は、貯留層内または貯留層に近い地層内に位置するその場所の地熱によって生じることができる。貯留層1中の自然温度は、地熱6の流れ、たとえば下から上への地熱6の流れによる影響を受けることができる。
【００４２】
上層9がキャップロック8および貯留層1の上に位置することができる。上層9は、任意の数の層およびタイプの自然堆積物または地層を含むことができる。たとえば、上層9は、一つまたは複数の特徴、たとえば、本明細書に記載される特徴を有する一つまたは複数の貯留層（たとえば貯留層1または異なる貯留層）もしくは一つまたは複数のキャップロック（たとえばキャップロック8）を含むことができる。上層9は、追加的または代替的に、作動流体、たとえばCO2作動流体12の注入に適したさらなる区域を含む。一例において、上層9は、追加的または代替的に、層中の岩石もしくは堆積物、岩層もしくは堆積物層などまたはそれらの任意の組み合わせを含む任意のタイプの岩石をさらに含む。上層9は、追加的または代替的に、異なる深さの堆積物または土壌の上層または層を含むことができる。以下に説明する注入井14および生産井28を挿入するための穿孔を実施することができる限り、上層9の浸透率および孔隙率は大きく異なることができる。
【００４３】
上層9は、非限定的に、土壌、砂、土砂、堆積物などまたはそれらの組み合わせを含む多様な地質学的特徴を含むことができる。上層9はさらに、貯留層1に導入された作動流体が所望の状態、たとえば超臨界状態に留まることを保証するのに十分な広い範囲の深さ（たとえば「厚さ」）を有することができる。一例において、上層9の深さは、地表下（たとえば、大気に曝露されても曝露されなくてもよい、ある区域における所与の地形の下またはその範囲内）少なくとも100メートル（m）以上であり、1キロメートル（km）まで、またはより大きい、たとえば3km、4km、5kmまで、たとえば10kmまで、または15km超（それらの間の任意の範囲を含む）であることができる。しかし、大部分の例において、標的地層は、地表下、約800m〜約4kmの間に位置すると予想される。
【００４４】
貯留層深さを選択する中で考慮することができる要因もまた、局所的地質（たとえば具体的な岩石種、地熱流量、地表下温度）、作動流体（たとえば、化石燃料火力発電所、エタノール工場からの二酸化炭素）へのアクセス、穿孔および運転費ならびに社会政治的状況（たとえば消費者の場所、構造物、電気グリッドの場所など）にしたがって異なることができる。
【００４５】
貯留層1、キャップロック8および上層9を含むことができる標的地層は、非限定的に、火成岩、変成岩、石灰岩、堆積岩、結晶質岩およびそれらの組み合わせを含む多様なタイプの岩石で構成されることができる。一例において、標的地層は、実質的にボウルまたは凸形状を有する堆積盆地である。他の例において、標的地層は、別の形状、たとえば実質的にドームまたは凹形状を有することができるが、本開示は、記載され、図示される形状に限定されない。いくつかの例において、標的地層は、最深部淡水帯水層よりも低いが、必ずしもこれは当てはまり得ない。標的地層は、天然流体2を含む、塩水もしくは水帯水層または塩水もしくは水で満たされた岩層（たとえば貯留層1）を含むことができる。天然流体2は、たとえばキャップロック8の存在により、上に逃げることを抑制または阻止される。標的地層はまた、標的地層または標的地層の一部分を片寄らせ、それにより、当技術分野において理解される語としての地質学的トラップを形成する断層を含むことができる。一例において、標的地層は、天然ガス、石油、天然CO2、淡水または塩水の一つまたは複数を含有する貯留層である。
【００４６】
一例において、CO2、たとえば図1に示すCO2作動流体12が、作動流体として、少なくとも約0.1km〜約5kmの深さに位置する貯留層1と組み合わせて使用される。さらなるキャップロック8が貯留層1と地表との間に存在することができるため、このような組み合わせは、作動流体の上への漏れを最小限にすることができる。加えて、そのような深さでは、より高い貯留層自然温度（たとえば約70℃超）およびより高い圧力（たとえば約8MPa超）に遭遇することができる。より大きな深さはまた、天然流体中に溶解した塩および他の鉱物の存在の可能性を増すことができ、それが、そのような天然流体が他のやり方で飲用および潅漑用途に役立つ可能性を下げることができる。
【００４７】
存在するならば、図1に示すキャップロック8のようなキャップロックは、非常に低い浸透率、たとえば約10-16m2の浸透率を有する地質学的特徴であることができる。そのような低い浸透率は、キャップロック8が、本質的に、下の貯留層1に含まれる流体に対して障壁として機能することを許すことができる。浸透率はまた、一部に、キャップロック8の深さ（たとえば厚さ）ならびにキャップロック8および貯留層1の上の上層9の深さに依存することができる。キャップロック8の孔隙率は大きく異なることができる。当技術分野において公知であるように、岩石が非常に多孔質であるとして、その岩石の中の空隙が相互接続されていないならば、閉じられ、単離された孔隙内の流体は動くことができない。したがって、キャップロック8が貯留層1中の流体からの流体の漏れを阻止または抑制するのに十分な低さの浸透率を示す限り、キャップロック8の孔隙率は限定されない。
【００４８】
キャップロック8の厚さは異なることができるが、概して、上層9の厚さよりも実質的に小さい。一例において、上層9は、キャップロック8の厚さの10倍または10〜100倍、1000倍まで（それらの間の任意の範囲をさらに含む）の厚さを有するが、本開示のシステムおよび方法はそのように限定されない。一例において、キャップロック8の厚さは約1cm〜約1000m以上、たとえば約5cm〜1000m、たとえば約1m〜約100mの間で異なることができる。キャップロック8は一つより多いキャップロック層を含むことができ、互いを部分的または完全に覆う複数のキャップロックが存在し、キャップロック8として一緒に作用して、貯留層1からの作動流体の上への漏れを阻止または軽減することができる。
【００４９】
貯留層1は、流体を含有することができる一つまたは複数の天然の地下岩石貯留層であることができる。たとえば、貯留層1は、以前に創製された人造貯留層または以前に創製された人造貯留層の一部、たとえば炭化水素取り出しのための頁岩破砕から残る頁岩層であることができる。貯留層1はまた、二酸化炭素を、当技術分野において理解される語として永久的または実質的に永久的に貯蔵することができる。いくつかの例において、貯留層1は、二酸化炭素のような流体を隔離し、地熱6を受け、かつ保持するのに十分な多孔性および浸透性を有する。水系作動流体を使用する強化地熱システムのような従来の地熱システムとは対照的に、貯留層1は、当技術分野において理解される語としての乾燥高温岩体貯留層である必要はないが、本明細書に記載されるように、そのような貯留層を任意選択で使用することもできる。
【００５０】
貯留層1は、横方向への分散または流れを含め、多方向経路への流体の分散または流れを相対的に高い速度で可能にするのに十分な浸透性を有することができる。貯留層1の上のキャップロック8が、存在するならば、貯留層1の分散能力をさらに高めることができる。一例において、貯留層1の孔隙率は、約2％〜約50％以上、たとえば約60％までの範囲であることができる。
【００５１】
貯留層1は、流体を相対的に容易に、たとえば約0.1〜約50リットル／分（L/min）以上、たとえば数1000L/minまでの速度で流れさせるのに十分な浸透率を有することができる。一例において、貯留層1は、約10-16m2〜約10-9m2以上、たとえば約10-6m2までの浸透率を有する。
【００５２】
一例において、貯留層1は、少なくとも約2％の孔隙率および少なくとも約10-15m2の浸透率を有し、キャップロック8は約10-16m2の最大浸透率を有する。
【００５３】
貯留層1は任意の適当な自然温度を有することができる。一例において、貯留層1の自然温度は少なくも約40℃であるが、40℃未満、たとえば30℃または20℃、さらには10℃（それらの間の任意の範囲を含む）の自然温度が十分であることもある。以下に説明するように、10℃しかない自然温度を有する貯留層1から地熱エネルギーを経済的に回収する能力は、地熱回収のためにCO2のみを使用するシステム、たとえば上記CPGシステムに対する本開示のメタン強化地熱回収システムの実質的な利点を実証する。また、90℃より高い自然温度が存在することもでき、最高温度は、提供される地熱6の量および地熱6を捕獲し、保持する貯留層1の能力によってのみ制限される。たとえば、約300℃よりも高い温度が貯留層1中に存在することも可能である。
【００５４】
特定の所望の自然温度は、注入井14または生産井28または両方の深さを変えることによって得ることができる。一例において、注入井14の深さを増すことにより、生産井28の深さを増すとともに、または生産井28の深さを増すことなく、より高い自然温度を得ることができる。貯留層1の全体サイズもまた異なることができる。
【００５５】
地熱6は、当技術分野において理解される語としての「高地熱流領域」に存在するような高い速度を含む任意の適当な速度で流れることができる。従来の水ベースのシステムは、大部分の場合、高い地熱流量を要することが知られている。その結果、水を作動流体として使用する従来のシステムと比べて、本明細書に記載されるシステムは、低および中地熱流領域を含む、より広い範囲の場所で稼働することができる。本開示のメタン強化・廃熱強化システムはまた、単にCO2を作動流体として使用して地熱エネルギーを回収するシステムよりも広い範囲の場所で、CO2地熱のみのシステムよりも低い熱流量を含め、稼働することができる。また、自然水をほとんど含有しない区域（たとえばアメリカ南西部）でも稼働することができ、したがって水の輸入を要する従来の水ベースのシステムとは対照的に、本明細書に記載される新規なシステムは、作動流体としての水に依存せず、したがって、作動流体として使用するための水を輸入しない。中または低地熱流量を有する区域も使用することができることが理解されよう。
【００５６】
いくつかの例においては、CO2供給源18からのCO2作動流体を圧縮機20中で高圧まで圧縮することができる。一例において、注入井14に注入する前にCO2作動流体12を冷却すると、CO2の注入性が改善されて好都合であるため、圧縮されたCO2を冷却ユニット22中で冷却することができる。CO2を含む大部分の流体は、温かいときよりも冷たいときに高密度であり、注入井14中の相対的に冷たいCO2カラムは、相対的に熱いCO2カラムよりもそれ自体を圧縮することができる。したがって、地表で相対的に冷たくかつ相対的に低圧のCO2作動流体12は、注入井14の底部では、注入井14に供給される相対的に熱くかつ相対的に高圧のCO2作動流体12と同じ圧力を有することができる。任意選択で、ポンプ（図示せず）を、冷却ユニット22の下流、CO2作動流体12が注入井14に入る前または注入井14内のいずれかに含めることができる。
【００５７】
CO2供給源18からのCO2は、いくつかの例において「そのまま」使用することができるが、他の例においては、CO2を圧縮機20、冷却ユニット22または注入井14に導入する前に、CO2供給源18からのCO2のさらなる処理を実施することができる。たとえば、一部の廃棄物流は脱水または乾燥または両方を必要とする可能性がある。一例において、CO2供給源18からのCO2は、一定の期間、現場または現場の外で貯蔵することができる。一例において、CO2作動流体12として冷却ユニット22から注入井14の中に供給される冷たいCO2は飽和液CO2または超臨界CO2である。
【００５８】
図1に示すように、作動流体12は、CO2プルーム24の形態で貯留層1中を通過することができる。CO2作動流体12は、貯留層1内のメタン4の少なくとも一部分を天然流体2内の溶解状態から出させることができ、すると、メタン4はCO2プルーム24とともに運ばれることができる。CO2プルーム24内のCO2作動流体12とメタン4とは一緒になって生産流体26を形成することができ、この生産流体は、一つまたは複数の生産井28それぞれの生産井開口30を通過することができる。各生産井28は、エネルギー回収システム32内でのエネルギー回収のために、生産流体26を地表または地表近くまで運ぶことができる。いくつかの例において、粒子状物質が任意の地表システム構成要素、たとえばエネルギー回収システム32内の構成要素に入ることを減らす、または防ぐために、生産流体26は、表面または表面近くのフィルタシステムに通すことができる。
【００５９】
上述したように、一例において、天然流体2は、塩水、たとえば深部塩水帯水層1中に存在することができる塩水を含むことができる。一例において、塩水帯水層1は炭化水素田の近くに存在することができ、メタンおよび他の気体炭化水素、たとえばエタンおよびプロパンの一部分が帯水層1内の塩水2中に溶解することができる。多くのアルカン化合物が塩水中に溶解することができるが、メタンが、他の高級アルカン類（たとえばエタン、プロパン、ブタンなど）と比べて最高の溶解度を有する。したがって、他のアルカン類が塩水2中に溶解することができるが、本開示は、本明細書のシステムおよび方法を、溶存メタンに関するものとして記載する。一例において、塩水2中に溶存メタンの組成は、メタン約0.1重量％〜約5重量％であることができる。そのような低いメタンの割合は、概して、メタンのみの採掘を非経済的にする。たとえば、塩水帯水層中に溶解した希薄なメタンを抽出するための費用は、概して、塩水を地表まで汲み上げ、メタンを抽出することによって達成されるであろう。塩水を地表まで汲み上げるための所要エネルギーは、抽出されるメタンの実価値よりもかなり高くつくことがある。
【００６０】
二酸化炭素は、塩水中、メタンおよび他のアルカン類よりも高い溶解度を有することが知られ、そのため、CO2作動流体12を帯水層1に注入すると、CO2が優先的に塩水2中に溶解し、メタン4の少なくとも一部分を溶解状態から押し出す。メタン4の溶解は、前進するCO2プルーム24の前方に相対的に高濃度のメタンゾーンを創製することができる。図5（以下さらに詳細に説明する）は、CO2プルーム24の前方に高濃度メタン4を有するゾーン34の形成の例を示す。CO2プルーム24は、実質的な割合の塩水または他の天然流体2も含有する高濃度ゾーン34を貯留層1に押し通して一つまたは複数の生産井28の中に送り込むことができる。加えて、塩水2との溶解状態から出たメタン4の一部分はCO2相中に溶解して、CO2プルーム24によって前進させられる、またはそれと合わさるCO2／メタン溶液プルームを形成することができる。上記のように、溶解状態から出たメタン4とCO2プルーム24との組み合わせは、CO2およびメタンが別々のプルームを形成するのか、気体混合物を形成するのか、またはメタンとCO2との気溶体を形成するのかにかかわらず、本明細書中、「生産流体26」と呼ばれる。以下さらに詳細に説明するように、いくつかの例において、高濃度メタンゾーン34はまた、CO2プルーム24とは別個に、たとえばそれぞれに別個の生産井28A、28Bの形成によって生成されることもできる。
【００６１】
生産流体26が貯留層2中を移動するとき、生産流体は、貯留層120中に存在する、または貯留層120に供給される地熱6によって加熱されることができる。地熱6は、生産流体26の一つまたは複数の成分の温度を高める、生産流体26の一つまたは複数の成分の圧力を高める、またはその両方を実施することができる。たとえば、地熱6は、生産流体26内で、CO2作動流体12、放出されたメタン4もしくは両方の温度を高める、またはCO2作動流体12、放出されたメタン4もしくは両方の圧力を高める、またはCO2作動流体12、放出されたメタン4もしくは両方の温度および圧力の両方を高めることができる。たとえば、生産井開口30に入るときの生産流体26の温度は、注入井開口16を出るときのCO2作動流体12の温度よりも高い温度であることができる。
【００６２】
相対的に冷たいCO2作動流体12は、注入井貯留層開口16から放出されると、貯留層1中に浸透してCO2プルーム24を形成することができる。冷たいCO2作動流体12は、貯留層1中に存在する温度（冷たいCO2作動流体12の温度よりも高い）に曝露されると、冷たいCO2作動流体12は貯留層1から熱を吸収し、それにより、上方に移動するCO2プルーム24を生じさせ、それが、一例においては、貯留層1内の非ゼロ地下水流速のせいで、横方向に移流することができる。一例において、横方向への移動は、追加的または代替的に、さらなるCO2が生産井28から出るときに延展するCO2プルーム24のせいでも起こる。一例において、CO2プルーム24または生産流体26の形態にあるCO2作動流体12は、注入井開口16から生産井開口30まで連続または実質的に連続する途切れのない流れを形成することができる。
【００６３】
CO2プルーム24は、生産井28に向かって移動して、運ばれて（本明細書に記載される閉ループシステムの場合など）または流動もしくは延展して、相対的に熱い生産流体26、たとえば注入井開口16における冷たいCO2作動流体12の温度よりも高い温度を有する流体として生産井貯留層開口30に入ることができる。CO2プルーム24は、任意の適当な速度で実質的に水平に貯留層1を横切って移動することができる。一例において、CO2プルーム24は、1日約0.1〜約1m（両端値を含む）、たとえば1日約0.4〜約0.6m（両端値を含む）の速度で移動することができるが、本開示のシステムおよび方法はそのように限定されない。
【００６４】
もう一つの例において、貯留層1は、炭化水素田、たとえば油田または天然ガス田の一部である貯留層を含むことができる。石油または天然ガス貯留層1は、従来の炭化水素回収法によって部分的に枯渇させることができる。そのような場合、CO2作動流体は、石油増進回収（EOR）による石油または炭化水素回収を支援するように働くことができる。EORシステムは、塩水帯水層に関して上述されたシステムと同様に、たとえば、圧縮機20および、いくつかの例においては、冷却ユニット22を使用して貯留層1に注入することができるCO2作動流体を提供するCO2供給源18を用いて構成されることができる。したがって、図1は、EORシステムを説明するためにも使用される。
【００６５】
EORタイプシステムにおいて、メタン4および他の炭化水素ガスは、たとえば天然流体2中に他の炭化水素とともに溶解または複合化していることにより、天然流体2内の溶液中にあることができ、または、メタン4は、貯留層1内、たとえば貯留層1を形成する岩層の孔隙内に物理的に貯蔵されていることもできる。天然流体2はまた、回収されるべき少なくとも一つの炭化水素、たとえば石油、天然ガスまたは両方を含むことができる。CO2作動流体12は、一つまたは複数の注入井14を通して貯留層1に注入することができ、そこで、CO2作動流体12は天然流体2と相互作用して、特に天然流体2の少なくとも一つの炭化水素と相互作用して、少なくとも一つの生産流体26を形成することができる。CO2作動流体12と天然流体2との相互作用は、得られる生産流体26中の炭化水素の易動性を改善して、貯留層2からの炭化水素の抽出を改善することができる。生産流体26は、一つまたは複数の生産井28に向けて押されることができ、そこで、地表または地表近くまで戻されることができる。
【００６６】
一例において、CO2または他の非水系作動流体12に加えて、水または他の流体を貯留層に注入することができる。たとえば、CO2作動流体12および水含有作動流体を交互に用い、CO2作動流体12が炭化水素の易動性を改善するように働き、水含有作動流体がCO2および炭化水素生産流体26を一つまたは複数の生産井開口30に向けて押し、一つまたは複数の生産井28の中で押し上げる気液交互圧入（「WAG」）法を使用することができる。EORおよびWAGのさらなる説明は、参照により全体として本明細書に組み入れられる、National Energy Technology Laboratory（NETL）の「Carbon Dioxide Enhanced Oil Recovery」（http://www.netl.doe.gov/technologies/oil-gas/publications/EP/small_CO2_eor_primer.pdfから入出可能）（2010年3月）に掲載されている。
【００６７】
EORタイプ法の場合、生産流体26は、CO2作動流体12の少なくとも一部分および天然流体2の一部であった炭化水素の少なくとも一部分を含むことができる。生産流体26はまた、貯留層1中に存在することができる他の天然流体、たとえば塩水溶液および他の注入流体、たとえば水含有作動流体を含むことができる。一例において、生産流体26は、非水系作動流体（たとえばCO2）含有量を約0.01重量％〜約99重量％（両端値を含む）、たとえば非水系作動流体を約33重量％〜約50重量％（両端値を含む）含むことができる。生産流体26は、炭化水素含有量を約1重量％〜約95重量％（両端値を含む）、たとえば炭化水素を約25重量％〜約50重量％（両端値を含む）含むことができる。生産流体26は、他の流体、たとえば塩水または注入された水含有作動流体の組成を約1重量％〜約95重量％（両端値を含む）、たとえば他の天然流体または他の注入された流体を約25重量％〜約50重量％（両端値を含む）含むことができる。
【００６８】
貯留層1中の天然流体の組成および特定のEOR運転の詳細に依存して、生産流体26は、作動流体からの「高い」割合のCO2、たとえば約66重量％〜約99重量％（両端値を含む）のCO2、作動流体からの「低い」割合のCO2、たとえば1重量％〜約33重量％（両端値を含む）のCO2またはそれらの間の任意の範囲のCO2含量、たとえば「中間の」割合のCO2作動流体、たとえば約33重量％〜約66重量％（両端値を含む）のCO2を有することができる。いくつかの例において、生産流体中のCO2の割合は、非常に低く、たとえば1重量％〜9重量％（両端値を含む）、たとえば2重量％〜5重量％（両端値を含む）であることができる。
【００６９】
CO2作動流体12の場合、CO2は炭化水素とで部分的または完全に混和性であることができ、CO2作動流体12と炭化水素とは均一または実質的に均一なCO2と炭化水素との溶液を形成する。または、CO2作動流体12は、完全または実質的に不混和性であることもでき、CO2は、炭化水素中に部分的にしか溶解しない、または実質的に溶解せず、生産流体141中のCO2および炭化水素は、不混和性または実質的に不混和性の別々の流体として生産される。CO2は、炭化水素と混合することができ、炭化水素の粘度の低下、炭化水素の表面張力の低下、炭化水素の易動性の増大または貯留層1中の流体圧の増大の少なくとも一つを提供することができ、炭化水素は、貯留層1中の岩層からより容易に分離することができる、または生産井開口30に向けてより容易に駆動されることができる、または両方が可能になる。
【００７０】
生産流体26は、たとえばCO2プルーム24によって、またはそれとともに、貯留層2の中を上に運ばれることができる。生産流体26はまた、プルームに似ていることができる易動化された炭化水素およびCO2のゾーンとして形成されることもできるが、必ずしもそうでなくてもよい。WAG坑法（上記）の場合のように水含有作動流体が使用される例において、一つまたは複数の生産流体26は、易動化された炭化水素とCO2との交互のゾーンと、水含有作動流体のゾーンとを含むことができる。生産流体26が貯留層2中を移動するとき、生産流体は、貯留層1中に存在する、または貯留層1に供給される地熱6によって加熱されることができる。地熱6は、生産流体26の一つまたは複数の成分の温度を高める、生産流体26の一つまたは複数の成分の圧力を高める、またはそれらの両方をすることができる。たとえば、地熱6は、CO2作動流体12、天然流体2から放出されたメタン4または天然流体2から放出された他の炭化水素の少なくとも一つの温度を高める、CO2作動流体12、天然流体2から放出されたメタン4または天然流体2から放出された他の炭化水素の少なくとも一つの圧力を高める、あるいは、CO2作動流体12、天然流体2から放出されたメタン4または天然流体2から放出された他の炭化水素の少なくとも一つの温度および圧力の両方を高めることができる。たとえば、生産井開口30に入るときの生産流体26の温度は、注入井開口16を出るときのCO2作動流体12の温度よりも高い温度であることができる。
【００７１】
塩水作動流体2へのCO2作動流体12の少なくとも一部分の溶解は、環境へのCO2放出を減らすために、たとえば、発電所、バイオ燃料工場または工業プラントで発生したCO2を貯蔵するためのCO2隔離を提供することができる。同様に、EORのためにCO2作動流体12が使用されているとき、CO2作動流体12の一部分を石油または炭化水素貯留層1中に隔離することもできる。
【００７２】
天然流体2が、溶存メタンを含む流体、たとえば塩水を含むのか、EOR田中の炭化水素流体、たとえば石油または天然ガスを含むのかにかかわらず、一つまたは複数の生産井28を介して生産流体26を地表に運ぶことができ、エネルギー回収システム32によってエネルギーを回収することができる。一例において、図1に示すように、エネルギー回収システム32は膨張装置36を含むことができる。膨張装置36は軸動力38を発電機40に提供することができ、発電機が他方で電気42を発生させることができる。図1の膨張装置36は、地熱6によって加熱される生産流体26によって直接駆動されているため、図1のシステムは、直接膨張装置システム、またはより一般的に、直接タービンシステムと呼ぶことができる。
【００７３】
システム10は、生産流体26の圧力を高めるために、地表に、たとえば生産井28の本質的にすぐ下流かつエネルギー回収システム32の上流に、ポンプまたは圧縮機（図示せず）を含むことができる。このポンプまたは圧縮機からの増大した圧力が、生産流体36が膨張装置36中を流れるとき、生産流体26が効果的かつ効率的に発電することを許すことができる。この位置、たとえばエネルギー回収システム26の上流のポンプまたは圧縮機は、天然流体2中に天然CO2を含む塩水帯水層を含む貯留層1の場合に特に効果的であることができる。理由は、膨張装置36および発電機40から費用効果的に電気42を発生させるには低すぎる圧力で生産流体26を生産することができるからである。発電を補うために、以下さらに詳細に説明するように、このポンプまたは圧縮機からの廃熱を収穫することができる。または、ポンプまたは圧縮機は、注入井14の本質的にすぐ上流、CO2を作動流体12の一部として貯留層1に再び注入する前で、システムに加えることもできる。
【００７４】
膨張装置36は、当技術分野において公知である任意の適当なタイプの膨張装置36、たとえばタービンを含むことができるが、本開示はそれに限定されない。高い体積流量で低圧蒸気を発生させる従来の水ベース地熱システムとは対照的に、本明細書に記載される、より高圧のCO2地熱エネルギーシステムおよび方法における従来のタービンの使用は、任意選択であり、必要条件ではない。
【００７５】
一例において、膨張装置36は一つまたは複数のピストン−シリンダー装置を含む。膨張装置36は、機関とは逆に作動するように設計された一つまたは複数のスクロール、スクリューまたはロータリー圧縮機であることができる。膨張装置36は、一つの膨張装置36を含むこともできるし、または複数の膨張装置36を含むこともできる。複数の膨張装置36は並行に作動することができ、その場合、一つまたは複数の第一の膨張装置36がポンプまたは圧縮機を直接作動させ、一つまたは複数の第二の膨張装置36が販売用の電力を発生させる。発電機40は、電気42を発生させるための、当技術分野において公知である任意の適当な発電機であることができる。一例において、生産流体26の成分は、膨張装置36が直接タービンであることができるよう、主として、または実質的に、より低密度のガスのすべてを含むことができる。相対的に低密度の気体または超臨界流体は、同じ圧力レベルの間で低下したとき、液相中のより高密度の流体よりも相対的に高いエネルギー効率を提供することができ、ひいては、相対的に多くのエネルギーを電気の形態で提供することができる。CO2およびメタンのような低密度流体を直接タービンに通すことは、概して、同じ入口および出口条件の間で作動させたとき、有機ランキンサイクルまたは他のバイナリーシステムを作動させるために熱エネルギーを抽出したのち、弁またはタービンに通して圧力を下げる場合よりも多くの電気を発生させることができる。
【００７６】
上記のように、貯留層2中の天然流体2は、メタン4、たとえば天然流体2中に溶解したメタン4を含むことができる。さらに上述したように、CO2作動流体12の注入は、メタン4の少なくとも一部分を天然流体2との溶解状態から出させ、CO2作動流体12とともに生産流体26として地表まで運ぶことができる。本開示のシステムおよび方法は、もう一つの形態のエネルギー（すなわち、メタン4中に保存された化学エネルギーの一部分）を貯留層1から回収することによって地熱エネルギー回収の効率を改善するために、地表に産出されるメタン4を利用するように構成されることができる。
【００７７】
図1に示すように、システム10は、CO2およびメタンを含む生産流体からメタンの一部分46を分離するように構成されることができる分離システム44を含むことができる。分離されたメタン46を燃焼させて、生産流体26の温度を高める、生産流体26の圧力を高める、またはそれら両方をすることができる。一例において、分離されたメタン46の少なくとも一部分は、生産流体26を加熱する、または生産流体26の圧力を高める、またはそれら両方をすることができる加熱機48に供給して、加熱および／または加圧された生産流体50を形成することができる。
【００７８】
加熱機48中での燃焼ののち、メタン46は、排出流56中でCO2と水蒸気とに転換される。一例において、排出流56中のCO2の少なくとも一部分をCO2捕獲システム58によって捕獲することができる。一例において、CO2捕獲システム58は、吸収物質が、たとえば一つまたは複数のアミンを含む吸収溶液が中を流れることができる吸収機およびアミン溶液からCO2を取り出すことができる再生機を含むことができる。CO2捕獲システム58からの出力は、CO2に富む流れ60および脱気62（たとえば水蒸気および他の未吸収化合物）を含むことができる。望むならば、脱気62をさらに処理することができる。CO2出力流60は、図1に示すようにCO2供給源18からのCO2を圧縮するために使用されるものと同じ圧縮機20であることもできるし、または異なる圧縮機であることもできる圧縮機中でCO2出力流60を圧縮することなどにより、貯留層1に戻すことができる。
【００７９】
もう一つの例においては、生産流体26を加熱機48で加熱するのではなく、分離されたメタン46を従来のガスタービンまたはガス機関（図示せず）中で燃焼させて、タービンまたは機関から発電することができる。ガスタービン中または機関中のメタン46の燃焼は、熱い燃焼ガス（たとえばCO2および蒸気）および熱い機関またはタービン冷却ジャケット流体の形態で実質的な廃熱を発生させることができる。廃熱は、熱交換機を介するなどして生産流体26に加えることができる。この構成は、場合によっては、生産流体26を加熱機48中で直接加熱するよりも高いエネルギー変換効率を生み出すことができる。
【００８０】
いくつかの例においては、分離されたメタン46の一部分をメタン流46から分離させ、メタン産物47として貯蔵または販売することができる。しかし、状況によっては、作動流体または生産流体の温度または圧力を高めるためにすべてのメタン46を燃焼させるよりも、分離されたメタン46の一部分を販売する方が非効率的または非経済的であり得る。この理由は、販売されるメタンのもっとも妥当な最終消費地が、発電のためにメタンを燃焼させる天然ガス発電所であるからである。上記のように、加熱機48中で燃やされる分離されたメタン46は、作動流体または生産流体を加熱するために使用され、その流体を他方でエネルギー回収システム32に通して発電42することができる。しかし、販売されるメタン47は、メタン47を発電所の外に運ぶための輸送費のせいで、いくらかの経済的効率を失う可能性がある。また、発電所は地熱エネルギー回収を組み込まないため、発電所中でのメタン燃焼はエネルギー回収システム32よりも非効率的である可能性がある。そのうえ、天然ガス発電所は一般に、超臨界CO2を作動流体として使用する、またはCO2およびメタンを生産流体として使用する直接タービンよりもかなり非効率的である可能性がある蒸気タービンを用いる。加えて、天然ガス発電所の大多数はCO2捕獲のための装備を有さず、そのためこれらの発電所に送られるメタン47は、CO2放出に寄与する可能性が高い。対照的に、本開示のエネルギー回収システム32はまた、上記のように、加熱機48によって形成される任意のCO2を捕獲するためのCO2捕獲システム58を備えるように構成されることができる。したがって、本開示のシステムは、大気へのCO2放出を減らすことができる。外部の発電所がCO2捕獲能力を有しなければならないとしても、本開示のシステムおよび方法は、CO2捕獲システムとCO2の地質的貯蔵所とを地熱エネルギー回収システム内の同じ場所に設けることができるため、より効率的な放出物削減を提供して、天然ガス発電所からの放出物を減らす、またはなすくために必要な輸送システムの必要性を減らす、またはなくすことができる。
【００８１】
加熱機48は、図1に示すように、生産流体50が膨張装置36の中に供給される前に加熱および／または加圧された生産流体50が形成されるよう、膨張装置36の上流に配置されることができる。加熱および／または加圧された生産流体50は、膨張装置36を通過したのち、わずかに冷却された生産流体52になることができる。
【００８２】
いくつかの例において、分離システム44は、メタン46の分離を達成するために生産流体を冷却または減圧することができる（以下さらに詳細に説明する）。したがって、一例において、メタン分離システム44は、冷却された生産流体52が分離システム44の中に供給されるよう、膨張装置36の下流にある。膨張装置36の下流でメタン46を生産流体52から分離することにより、システムは、生産流体52からメタン46を分離する間、地熱エネルギーの損失を防ぐ、または減らすことができる。
【００８３】
一例において、メタン分離システム44は、生産流体52内の一つまたは複数の成分の膜の通過を選択的に許しながらも、生産流体52内の一つまたは複数の他の成分の膜の通過を阻止または妨害するように構成されている一つまたは複数の膜を含むことができる。たとえば、膜は、CO2は実質的に妨げられることなく膜を通過することができるが、一方、メタン46の一部分は膜の通過を阻止される、またはその逆であるように、CO2とメタンとの間で選択的に透過性であることができる。一例において、膜をはさんでの圧力差を制御することができ、その圧力差が、分離されたメタン流46中のメタンの量を制御するために、生産流体52から取り出すことができるメタンの割合を制御することができる。
【００８４】
小さな割合のメタンしか生産流体から分離されないとしても、エネルギー回収システム32からのエネルギー回収の実質的な増大を提供することができることがわかった。一例において、生産流体はメタンを約5重量％含有し、この約10重量％〜約30重量％を分離し、燃焼させることができ、それが、生産流体によって捕集される地熱エネルギーのみから生成することができる電気に対して約75％〜1000％の電気42の発生の増大を提供することができる。そのうえ、メタンの小さな部分のみを生産流体から分離することは、生産流体が貯留層1の中に再び注入される前に実質的な量のメタンがまだ生産流体中に存在することを保証することができる（以下さらに詳細に説明する）。再注入される生産流体中のメタンの存在は、生産流体26とともに地表まで運ぶことができるメタンの一部分がほぼ常にあるよう、時間とともに抽出されるメタンが貯留層中に存在することを保証することができる。
【００８５】
分離されたメタン46の使用は、生産流体26から地熱エネルギーを単に抽出することによって達成することができるよりも低い温度を有する貯留層からの経済的に採算性の地熱エネルギー回収を可能にすることができる。たとえば、地熱エネルギーを捕集するためにCO2プルーム24が使用され、生産されたメタンの燃焼または任意の他の熱エネルギー回収法（以下に説明するような）なしでは、貯留層からの地熱エネルギーの回収は、約30℃〜約50℃、大部分の場合、約60℃の温度でしか経済的に効率的であり得ない。しかし、メタン分離システム44およびメタン燃焼加熱機48の使用により、貯留層1から生産することができるメタンの割合、貯留層深さおよび温度ならびに局所周囲温度に依存しながらも、約10℃〜約25℃の貯留層温度まで、経済的に採算性の地熱エネルギー回収を達成することができる。
【００８６】
上記のように、本開示のシステム10は、本明細書に記載されるような地熱エネルギー捕獲に使用することができ、また、貯留層1内の岩層または天然流体2内へのCO2の隔離のために使用することができる。したがって、いくつかの例において、CO2作動流体12の少なくとも一部分は、貯留層1内に永久的または半永久的に貯蔵されることができ、そのためシステムの運転を継続するためにCO2の補充供給が必要になることがある。廃物流56からのCO2出力流60の捕獲が、必要とされる補充CO2の実質的部分を提供することができる。一例において、CO2捕獲システム58からのCO2出力流60は、貯留層1内に隔離されるCO2を補うために必要なCO2のすべてまたは実質すべてを提供することができる。図2〜4は、生産流体26からエネルギーを回収するために使用することができる間接的エネルギー回収システムの例を示す。図2〜4それぞれは、二次作動流体64を加熱するために熱交換機62に通される生産流体26を示す。二次作動流体64は、一つまたは複数のエネルギー変換装置に通すことができる。図2〜4のシステムは、一つではなく二つの作動流体を使用するため、多くの場合、「バイナリーシステム」と呼ばれる。
【００８７】
図2は、二次作動流体64からのエネルギーの一部分が熱68として抜き取られる例示的なエネルギー回収システム66を示す。熱68は、任意の適当な直接用途、たとえば空間加熱に使用することができる。その後、二次作動流体64は、膨張装置70に通されて軸動力72を発生させることができ、その軸動力は、CO2供給源18からのCO2またはCO2出力流60または両方を圧縮するために圧縮機20に提供されることができる。膨張装置70を通過したのち、直接加熱用途のためにさらなる熱68を抽出することができる。二次作動流体64は、二次作動流体64のサイクルを完成させるために、二次冷却ユニット74中で冷却されたのち熱交換機62に送り返されることができる。
【００８８】
図3は、たとえば直接用途のための熱80および電気82の両方を二次作動流体64から発生させることができるもう一つの例示的エネルギー回収システム78を示す。図3の例において、作動流体64は、図2の膨張装置70に類似した膨張装置84に通すことができ、膨張装置84からの軸動力の少なくとも第一の部分86Aを使用して発電機88を駆動して電気82を発生させる。膨張装置84からの軸動力の第二の部分86Bは、圧縮機20の駆動を支援するために使用することができる。
【００８９】
図4は、二次作動流体64中のエネルギーの一部分を、図3に関して上述した方法に類似した方法で電気90として回収することができ、二次作動流体64からエネルギーの別の部分を、熱として、当技術分野において理解されるような構成要素を有する別個のパワーサイクル94、たとえばランキンパワーサイクル、有機ランキンサイクル（ORC）またはカリーナサイクルに提供することができる、もう一つの例示的なエネルギー回収システム92を示す。別個のパワーサイクル94により、圧縮圧は臨界未満であることができ、加熱中の最高圧は超臨界または臨界未満であることができる。
【００９０】
図2〜4のバイナリーシステム66、78、92それぞれは、貯留層1からのエネルギー回収を補うために、生産流体26内のメタンの一部分の分離および燃焼を提供することができる。たとえば、図2において、生産流体26を熱交換機64に通したのち、生産流体を、図1に関して上述したメタン分離システム44に類似していることができるメタン分離システム96に通すことができる。メタン分離システム96は、生産流体内のメタンの一部分98を分離することができ、それを燃焼加熱機100に供給することができる。一例において、燃焼加熱機100は、循環する二次作動流体64が膨張装置70に入る前にそれを加熱するように構成されることができる。図2に示す例において、熱68は、メタン燃焼加熱機100によって二次作動流体64を加熱し、二次作動流体64を膨張装置70に通したのち、二次作動流体64から抜き取られる。しかし、システムはそのように限定されず、熱68は、メタン燃焼加熱機100による加熱の前または二次作動流体64を膨張装置70に通す前に、二次作動流体64から抜き取ることもできる。
【００９１】
図3の例において、分離システム96からの分離されたメタン98は、熱交換機62に送られる前に、生産流体26を加熱するように構成されている加熱機102に供給されることができる。図4は、熱交換機62の前の生産流体26および膨張装置84の前の二次作動流体64の両方を、メタン分離システム96によって分離された燃焼メタン98によって加熱する例を示す。図4に示す例において、第一の燃焼加熱機104は、分離されたメタンの第一の部分98Aを供給されて生産流体26を加熱し、第二の燃焼加熱機106は、分離されたメタンの第二の部分98Bを供給されて二次作動流体64を加熱する。もう一つの例（図示せず）においては、生産流体26および二次作動流体64の両方を一つの共通の燃焼加熱機によって加熱することができる。
【００９２】
図1における加熱機48と同様に、メタン98の燃焼からのCO2を捕獲して分離されたCO2を貯留層1に注入するために、加熱機100、102、104および106それぞれからの排ガスをCO2捕獲システムに通すことができる。CO2捕獲および圧縮機への再循環は図2〜4には示されていないが、当業者は、CO2捕獲システムを実現することができることを理解するであろう。
【００９３】
メタン分離システム44、96は、上記のようにメタン流46、98を分離することができ、CO2およびメタンを含むことができる最終生産流体108を残すことができる。最終生産流体108はまた、他の化合物、たとえばEOR貯留層からの油およびガス化合物または塩水帯水層から連行された塩水溶液を含むこともでき、それを、最終生産流体108からさらに分離し、別々の産物として販売することもできるし、あるいは他の化合物を貯留層1または別の貯留層に戻すこともできる。一例においては、最終生産流体108を冷却ユニット、たとえば冷却塔に通して、生産流体を貯留層に再注入する前に生産流体をさらに冷却するような最終生産流体108のさらなる冷却が必要になることがある。一例において、最終生産流体108は、圧縮機20から来る圧縮されたCO2を冷却することができる同じ冷却ユニット22によって冷却することができる。図2〜4のシステムは、冷却ユニット22の下流の、CO2作動流体12が注入井14に入る前または注入井14内のいずれかに任意選択で含まれることができるポンプ（図示せず）を含むことができる。
【００９４】
または、他の化合物、たとえば油およびガス化合物または塩水溶液を、生産井28から産出された後かつエネルギー回収システム32、66、78、92の前で、生産流体26から分離することができる。そのような場合、生産流体26は、いくつかの成分流、たとえばCO2およびメタン流、炭化水素流および塩水流へと分けることができる。各成分流は、貯留層1から抽出された地熱を含む。したがって、別個のエネルギー回収システム、たとえば図1に関して上述したような膨張装置および発電機、または図2〜4に関して上述したようなバイナリーシステムを用いて各流れから熱エネルギーを抽出することができる。したがって、各流れに用いられるエネルギー回収システムは、その流れの特定の特徴に合わせることができる。たとえば、CO2およびメタン流の場合、直接タービンシステムが適切であることができる。理由は、概して、低密度の超臨界または気体作動流体の場合にもっとも効率的であるからである。対照的に、炭化水素流または塩水流の場合、バイナリーシステムがより適切かつ効率的であり得る。したがって、生産流体26が、分けられるべき複数の化合物を含む場合、エネルギー回収システムは、各特定の流れにとってもっとも経済的に効率的であるように設計されることができる。
【００９５】
生産流体26中の二つの主要成分であることができるCO2およびメタンの物理的および熱力学的性質が、最終生産流体108を、注入ポンプの必要なしで、注入井14から貯留層1に再注入することを許すことができる。換言するならば、システム10は、CO2作動流体12／生産流体26、108が、貯留層1を通過し、生産井28を介して地表に達し、エネルギー回収システム32、66、78、92を通過し、注入井14に戻る循環をするとき、サーモサイフォンを形成することができるように構成することができる。
【００９６】
CO2およびメタンの場合、サーモサイフォンは、それらのガスが貯留層1中で加熱されるときのそれらの膨張特性のせいで形成することができる。一例において、相対的に冷たく、かつ圧縮されたCO2作動流体12（再注入された最終生産流体108内のメタンを含むことができる）が注入井14に注入されると、冷たい流体の長いカラムが形成する。注入井中の深さが増すにつれ、注入井内の特定の地点における流体は、CO2作動流体が重い高密度流体として注入井開口16から注入井14を出るまで、ますます圧縮される。上記のように、CO2作動流体12の少なくとも一部分がCO2プルーム24（これは、再注入されたメタン、未溶解メタン4および天然流体2からの他の化合物を含むことができる）を形成することができる。CO2プルーム24は、注入井開口16と生産井開口30との間につながれたリンクを形成することができる。CO2プルーム24が貯留層1中を移動するとき、それは、貯留層1内にある、またはその中へと流れる地熱6によって加熱されることができる。CO2およびメタンはいずれも、加熱されると、実質的に、たとえば、CO2の場合で100℃あたり約100％のオーダおよびメタンの場合で50℃あたり約20％のオーダで膨張する。
【００９７】
CO2プルーム24が注入井14から貯留層1を通って生産井28まで移動するとき、膨張のための貯留層1中の限られた空間がCO2プルーム24をますます圧縮させる。この効果が、CO2、メタンおよび他の流体が貯留層中を移動するときの、ダルシー（Darcy）流による圧力損失を部分的に相殺することができる。したがって、CO2プルーム24が生産流体26として生産井開口30に到達したならば、それは、注入井開口16におけるCO2作動流体12に対して相対的に熱く、他の作動流体、たとえば水または塩水を使用した場合に同一の貯留層から予想されるであろうよりも小さい圧力損失を注入井開口16と生産井開口30との間で有する。生産流体26が生産井28中を上昇するとき、それは膨張する、またはより低密度になるが（たとえば、生産井28中を上昇するにつれ、生産流体26の上のガスがますます少なくなるため）、なおも、相対的に高い温度および相対的に高い圧力にある。一例において、生産流体26は、生産井28中を上昇するとき、CO2作動流体12が注入井14中を下降するとき圧縮されるよりも少なくしか膨張しない。
【００９８】
注入井14、生産井28およびエネルギー回収システム32、66、78、92の様々な構成要素は、生産井28と注入井14との間にサーモサイフォンが形成し、別個のポンプを使用することなく最終生産流体108を注入井14に再注入することができるように構成されることができる（図1に示すように、最終生産流体108を、冷却ユニット22の直後で、圧縮機20を使用する必要なく、注入井14に再注入することができる）。いくつかの例において、サーモサイフォンを提供するために調節することができるシステムパラメータは、CO2作動流体12および生産流体26が注入井14および生産井28中を流れるときの摩擦損失を決定することができる井戸14、28のサイズまたは直径、ならびに生産流体26が中を通過する装置、特に直接タービンシステム中の膨張装置32またはバイナリーシステム中の熱交換機62をはさんでの圧力降下を含むことができる。
【００９９】
上記のようなサーモサイフォンまたはサーモサイフォン様システムは、他の作動流体を使用するシステムに対して効率の利点を提供することができる。たとえば、CO2および／またはメタンサーモサイフォンの形成は、寄生パワー損失、たとえば流体注入または生産ポンプのせいで起こる可能性がある寄生パワー損失を減らす、または最小限にすることができる。ポンプまたは圧縮機からのそのような寄生パワー損失は、他の作動流体を使用する地熱システム、たとえば水ベース地熱回収システムにおいて生成される総電力の30％以上をも占めることができる。サーモサイフォンを提供する能力は、他の作動流体、特にサーモサイフォンが事実上不可能である水ベース地熱システムに対し、生産流体26中に含まれることができるCO2作動流体12およびメタンの場合の特別な利点であることができる。
【０１００】
上記のような生産井28の本質的にすぐ下流のポンプまたは圧縮機の存在は、システムのサーモサイフォンまたはサーモサイフォン様動作の機能を妨げない。むしろ、ポンプまたは圧縮機は、単に、エネルギー回収システム32、66、78、92における発電効率を改善することができる。生成されるCO2温度が非常に低い、たとえば従来の地熱が経済的に支持することができるよりもずっと低い温度、たとえば約75℃未満の温度である場合、エネルギー回収システム32、66、78、92の上流のポンプまたは圧縮機は望ましいものであることができる。廃熱または燃料燃焼からの熱のいずれかである補充的な熱が上流のポンプまたは圧縮機とエネルギー回収システム32、66、78、92との間で生産流体26に加えられるとき、ポンプまたは圧縮機は経済的に採算性であり得る。
【０１０１】
貯留層1中の塩水天然流体2の残留飽和度は、システムのメタン生産の寿命に影響を及ぼすことができる。本明細書中で使用される語「残留飽和度」は、CO2プルーム24を形成するためにCO2作動流体12が貯留層1に注入されたのち塩水または水天然流体2によって占有されたままである貯留層孔隙空間の部分を指すことができる。残留塩水または水天然流体2は、溶存メタン4を含むことができ、このメタン4は、時間とともに溶解状態から拡散し、かつCO2プルーム24によって運ばれる、または押されることができる。残留水または塩水天然流体2はまた、貯留層1からの地熱6とCO2作動流体12への残留天然流体2との交換を可能にしながらも、残留天然流体2によって占有される貯留層1の部分中のCO2作動流体12の循環を阻止することができる。したがって、塩水天然流体2の残留飽和度は、事実上、所与の量のCO2作動流体12によって占有される貯留層1の割合を増すことができる。したがって、残留天然流体2は、本質的に、CO2作動流体12と接触する貯留層1中の岩層の体積を増すことができ、それが他方で、CO2作動流体12によって捕獲することができる地熱エネルギーの量を増すことができる。そのうえ、残留塩水または水から溶解状態から放出されるメタン4は、貯留層1が、CO2作動流体12と接触する岩層の体積を増しながらメタンを生産し続け、それにより、システムのメタン生産および地熱エネルギー回収効率を増大させることを意味する。この理由のため、残留飽和度は、本開示のメタン強化システムの実質的な特徴を提供することができる。
【０１０２】
上記のように、CO2作動流体12が、メタン4および他のアルカン類が天然流体2中の溶液中にある貯留層1に注入されると、CO2は、メタン4の一部分を溶解状態から出させ、該メタンは、前進するCO2プルーム24と相互作用することができる。溶液からのメタン4の放出は、前進するCO2プルーム24の前方に高濃度メタンゾーンの形成を生じさせることができる。図5は、前進するCO2プルーム24の前方のそのような高濃度メタンゾーン34の概念図を示す。放出されたメタン4の一部分は、CO2プルーム24内に溶解する、またはそれと混合することができるが、高濃度ゾーン34は、CO2プルーム24中に存在するよりも多い重量％メタンを含むことができる。一例において、貯留層1からのメタン抽出を最大限にするために、生産井28は、相対的に注入井14の近く位置する一つまたは複数の第一の生産井28Aおよび注入井14からより離れて位置する一つまたは複数の第二の生産井28Bを含むように構成されることができる。図5に示す例において、第一の生産井28Aは、生産井開口30A（図5では水平な生産井28Aとして示す）が、CO2およびCO2と混合した、またはCO2中に溶解したメタンを含むCO2プルーム24内に位置するように。第二の生産井28Bは、生産井開口30B（図5では垂直な28Bとして示す）が高濃度メタンゾーン34内にあるように配置されることができる。
【０１０３】
本明細書中では「CO2生産井28A」とも呼ぶことができる第一の生産井28Aは、CO2およびメタンの小さな部分を含む生産流体を含むことができる。CO2生産井28Aからの生産流体は、生産流体をエネルギー回収システムに送る前に、生産流体によって吸収された地熱エネルギーを補うために、図1〜4の生産流体26に関して上述した実質的に同じやり方で、たとえば、生産流体に中に存在するメタンの少なくとも一部分を分離することによって処理することができる。
【０１０４】
本明細書中では「メタン生産井28B」とも呼ぶことができる第二の生産井28Bは、貯留層1からメタンと塩水溶液との組み合わせを生産することができる。メタン生産井28Bからの生産流体はまた、いくらかのCO2およびいくつかの例においては他の天然流体、たとえばEOR貯留層からの炭化水素を含むことができる。メタン生産井28Bへの開口30Bは、貯留層1内の高濃度メタンゾーン34内にあるように設計されているため、メタン生産井から生産される流体は主としてメタンであると予想されるが、塩水溶液もまた、生産流体のかなりの部分を構成する。
【０１０５】
CO2生産井28AからのCO2プルーム24からの生産流体（主にCO2とメタンの小さな部分）と、メタン生産井28Bからの高濃度メタンゾーン34からの生産流体（主にメタンと塩水の小さな部分）との別々の回収は、メタンおよびCO2のより制御された抽出ならびに貯留層1からの最大限メタン抽出を提供することができる。しかし、当業者によって理解されるように、CO2プルーム24が貯留層1内で膨張するとき、高濃度メタンゾーン34はメタン生産井28Bを通り過ぎることができる。したがって、CO2生産井28AからのCO2とメタン生産井28Bからのメタンとの別々の生産を提供し続けるために、生産井28の配置および穿孔のための段階的な手法を使用することができる。
【０１０６】
図6は、別々のCO2生産井およびメタン生産井を使用する段階的生産のための例示的な井戸配置を示す地図である。図6の例に示すように、最初の注入井114が産出地帯110内の概して中央の位置に穿孔される。この注入井114の各側に、一組の最初の円弧状生産井を穿孔することができる。一例において、生産井の各組は、第一のCO2生産井116Aおよび第二のメタン生産井116Bを含むことができる。一例においては、システム始動時、注入井114、CO2生産井116Aおよびメタン生産井116Bだけが穿孔される。
【０１０７】
上記のように、CO2プルームが地下貯留層内で形成するように、CO2作動流体を注入井114に注入することができる。さらに上記のように、CO2作動流体はメタンを溶解状態から出させることができ、高濃度メタンゾーンがCO2プルームの前方に形成する。CO2生産井116Aは、始動後の初期運転期間中にCO2生産井開口がCO2プルーム内に位置するように注入井114に対して配置することができる。メタン生産井116Bは、始動後の初期運転期間中にメタン生産井開口が高濃度メタンゾーン内に位置するように注入井114に対して配置することができる。一例において、CO2生産井116Aは注入井114から約100m〜約2000m離間している。各メタン生産井116Bは、対応するCO2生産井116Aからさらに10m〜約1000m離間していることができる。
【０１０８】
CO2作動流体が、CO2供給源、循環するCO2またはメタン燃焼加熱機からのCO2捕獲から貯留層に加えられると、時間とともにCO2プルームが成長する。初期運転期間ののち、CO2プルームはメタン生産井116Bに達し、高濃度メタンゾーンは押されて第一のメタン生産井116Bを越える。そのようなとき、第二組の生産井、たとえば第二の対の円弧状CO2生産井118Aおよび第二の対の円弧状メタン生産井118Bを穿孔することができる。図6に示す例において、第一組の生産井（たとえばCO2生産井116Aおよびメタン生産井116B）は、注入井114に対する第一の軸に沿って（たとえば、図6に示すように、注入井114をはさんで東西に）配置することができる。第二組の生産井（たとえばCO2生産井118Aおよびメタン生産井118B）は、注入井114に対する第二の軸（ここで、該第二の軸は第一の軸に対して概して垂直であることができる）に沿って（たとえば、図6に示すように、注入井114をはさんで南北に）配置することができる。さらなる生産井118A、118Bおよびより大きなCO2プルームは貯留層中のより高いCO2循環速度を支持することができる。さらなるCO2循環を受け入れるために一つまたは複数のさらなる注入井120を穿孔することができる。一例において、追加される注入井120は、最初の注入井114に対する第二の軸に沿って配置することができる。追加される注入井120は、最初の注入井114から、CO2生産井116Aが注入井114から離間している距離と概して同じ距離、たとえば約100m〜約2000m離間していることができる。同様に、第二のCO2生産井118Aは、追加される注入井120から、概して同じ距離、たとえば約100m〜約2000m離間していることができ、第二のメタン生産井118BはCO2生産井118Aから約10m〜約1000m離間している。
【０１０９】
CO2プルームが成長し続けると、CO2プルームはメタン生産井118Bに達することができ、さらなる生産井を穿孔し得るようになる。たとえば、第三組の生産井、たとえば第三のCO2生産井122Aおよび第三のメタン生産井122Bを穿孔することができる。一例において、第三の生産井（たとえばCO2生産井122Aおよびメタン生産井122B）は、第一の軸（たとえば、第一の生産井118A、118Bと同じ軸）に沿って配置することもできるし、または注入井114に対する別の軸に沿って配置することもできる。一例において、第三のCO2生産井122Aそれぞれは、対応する第一のCO2生産井116Aから、第一のCO2生産井116Aが注入井114から離間している距離と概して同じ距離、たとえば約100m〜約2000m離間していることができる。第三のメタン生産井122Bそれぞれは、対応する第三のCO2生産井122Aから約10m〜約1000m離間していることができる。
【０１１０】
上記のように、メタン生産井28B、116B、118Bからの主要成分はメタンおよび塩水溶液であると予想され、それらは概して地表では別々の相になる（たとえば気体メタンおよび液体塩水溶液）。したがって、メタン生産井28B、116B、118Bの生産流体からのメタンの分離は相対的に容易かつ廉価であることができる。メタン生産井28B、116B、118Bからのメタンの一部分は、エネルギー回収システムによって回収される地熱エネルギーを補うために、CO2生産井28A、116A、118Aから分離された任意のメタンとともに燃焼加熱機に加えることができる。メタン生産井28B、116B、118Bからのメタンの一部分はまた、貯留層の寿命にわたるメタンの利用可能性を保証するために、貯留層の中に貯蔵または再注入することもでき、再注入されたメタンを後でCO2とともに産出させ、分離し、燃焼させて、貯留層からの地熱エネルギー回収を補うことができる。
【０１１１】
メタン生産井28B、116B、118Bから産出された任意のCO2は、メタン生産井28B、116B、118BからのCO2の温度および／または圧力が十分に高いならば、エネルギー回収システムに通すことができる。または、メタン生産井28B、116B、118Bから産出された任意のCO2は、たとえば圧縮機20中で圧縮し、CO2作動流体12とともに注入井14、114、120に注入することもできる。
【０１１２】
CO2生産井28A、116A、118Aまたはメタン生産井28B、116B、118Bのいずれかから産出された任意の塩水または他の液体は、エネルギー回収装置、たとえば膨張装置、バイナリーエネルギー回収システムまたは熱交換機で処理して、塩水または他の液体によって吸収されていた地熱エネルギーを回収することができる。大部分の例において、塩水が十分に高い温度を有しないのであれば、熱は、バイナリー発電システム、たとえば有機ランキンサイクル（ORC）またはカリーナサイクルを介してのみ塩水溶液から回収することができる。塩水溶液の温度が少なくとも約165℃、好ましくは少なくとも約200℃であるならば、ダイレクトフラッシュまたはデュアルフラッシュ発電システムを用いることができる。特定の例においては、CO2生産流体の温度および／または圧力を高めることに加えて塩水溶液の温度を高めるために、貯留層1から抽出されたメタンの一部分を燃焼させることが望ましい場合もある。しかし、概して、水ベースの発電システムは、ガスベースの発電システム、特にCO2ベースの発電システムよりも効率が悪い。いくつかの例において、塩水溶液から地熱を抽出したのち、塩水系は、たとえば塩水溶液を貯留層1または別の地層に注入することよって処分することもできるし、または塩水溶液は、システム内で別の目的に、たとえば冷却ユニット22内の冷媒として使用することもできる。または、塩水溶液は、有用な鉱物を抽出する、または淡水を提供するために処理することもできる。
【０１１３】
メタン生産を最大化し、システムの寿命にわたってメタンが利用可能であることを保証するために、注意深く段階的なCO2プルーム開発を用いることができる。CO2注入および隔離を支持することができる一つの地質学的貯留層は、たとえば、CO2流を優先的に許すことができる複数のサブレヤーを有することができる。サブレヤーは、浸透率および孔隙率によって区別することができる。相対的に高い浸透率または孔隙率または両方によってCO2注入を好都合に支持するサブレヤーは、より低い浸透率、孔隙率または両方のサブレヤーからほぼ垂直に分けられることができる。CO2流を支持する、または遅らせるそのようなサブレヤーは、ほぼ垂直なスタック中、任意の順序で交互に位置することができ、本明細書中で使用される「ほぼ垂直」とは、深部の自然に浸透性かつ多孔性の層の中で実質的に水平に向けられた、または水平から0〜数°傾斜しただけの地層およびサブレヤーを指すことができる。そのようなサブレヤーは深部透水層においては一般的である。サブレヤーは、たとえばCO2プルーム（これは、上記のような、メタンプルームを含むことができる）のための注入井または生産井または両方を一つのサブレヤーに穿孔し、完成させ、高濃度メタンゾーンための注入井または生産井または両方を別のサブレヤーに穿孔し、完成させることにより、各サブレヤーが満ちるとともに、一つのサブレヤーにおいてCO2注入および生産を開始させ、次いで他の層に進ませることができる。このようなやり方で、地熱エネルギー回収システムの運転のための長期メタン供給をより容易に達成することができる。
【０１１４】
図1〜6に関して上述した例はすべて、貯留層に注入されるCO2作動流体がメタンの一部分を抽出し、かつ地熱を吸収する、溶解状態のメタンを含む天然流体を含む一つの貯留層を示す、または説明するものであった。しかし、他のシステムおよび方法を本開示の概念に含めることができる。たとえば、地層は、第一の地層と、それに近接した第二の地層とを含むことができる。第一の地層は、メタンを含む天然流体を含むことができ、一方で、第二の地層は、CO2作動流体中への地熱吸収またはCO2隔離または両方に好都合である状態を含むことができる。たとえば、第一のメタン含有層は第二の地熱層の上または下に位置することができる。そのような地質的構造においては、第一の組の一つまたは複数の注入井および一つまたは複数の生産井を第一の層のために穿孔することができ、第二の組の一つまたは複数の注入井および一つまたは複数の生産井を第二の層のために穿孔することができる。少量のCO2作動流体を第一の層に注入してメタンをそこから抽出することができ、一方で、より多量のCO2作動流体を地熱回収またはCO2隔離または両方のために第二の層に注入することができる。第一の層中の循環するCO2作動流体はシステムのためのメタンを供給することができ、一方で、第二の層中の循環するCO2作動流体は、たとえばCO2プルームの形成による地熱回収または注入されたCO2の少なくとも一部分の隔離または両方のために使用することができる。
【０１１５】
上述したように、貯留層1から産出される生産流体26は、生産流体26内に含まれるメタンの一定の割合、たとえば1重量％〜10重量％以上、たとえば約5重量％メタンおよび95重量％CO2を有することができる。驚くことに、生産流体26中の小さな割合のメタンの包含でさえ、CPG地熱回収システムにおけるような実質的にすべてCO2である生産流体と比べて、システム効率における実証可能な改善を有することができることが見いだされた。図7Aおよび7Bは、システム中を循環する、CO2 100％の作動流体（図7A）およびCO2 95％、メタン5％の作動流体（図7B）に関する圧力−エンタルピー位相図を示す。各位相図は、作動流体または生産流体が、貯留層1中を移動し、地表システム（たとえばエネルギー回収システム32）に産出され、貯留層1に再び注入されるときの作動流体または生産流体の仮想サイクルでマークされている。
【０１１６】
図7Aおよび7B中の各位相図サイクルは、サイクル内の5つの特定位置を表す5つの点でマークされている。図7Aおよび図7Bの両方において、点「1」は、注入井14の頂部における作動流体12の注入を表す。点「2」は、作動流体12が注入井開口16から出るところを表す。点「3」は、生産流体26が生産井開口30に入るところを表す。点「4」は、生産流体26がエネルギー回収システムに入る直前、たとえば膨張装置36に通される直前の点を表す。点「5」は、生産流体26がエネルギー回収システム32、たとえば膨張装置36から出たのち、冷却ユニット22中で冷却される前の点を表す。
【０１１７】
図7Aと図7Bとの比較から見てとれるように、5％メタンを含むシステムは、実際、図7Bの水平軸に沿って点4および点5の間のエンタルピー変化が図7Aの点4および5の間のエンタルピー変化と比べて大きいことによって示されるように、エネルギー回収システム32内でより多くのエネルギーを回収することができる。たとえば、図7A（CO2のみ）の点4および5の間のエンタルピー変化は約40kJ／作動流体kgであり、一方で、図7B（CO2およびメタン）の点4および5の間のエンタルピー変化は約50kJ／作動流体kgまたは抽出されるポテンシャルエネルギーにおける20％よりもわずかに多い増加である。作動流体または生産流体におけるエンタルピー変化のすべてをエネルギー回収システム32によって回収することができるわけではないが、CO2およびメタン流体からエネルギーを回収するエネルギー回収システム32の効率が、高純度のCO2システムからエネルギーを回収するシステム32の効率と実質的に同じであると仮定すると、エンタルピー変化の差が、CPGシステムにおけるようなCO2のみの流れと比べ、CO2およびメタンのシステムの場合に、生産流体から抽出されるより多量のエネルギー（ひいては、より多量の発電）を生じさせると予想される。
【０１１８】
加えて、冷却ユニット22において取り出されなければならない熱エネルギーの量（図7Aおよび7Bの点5および1の間のエンタルピー変化によって表される）は、CO2およびメタン作動流体または生産流体の場合により小さい。たとえば、図7A（CO2のみ）における点5および1の間のエンタルピー変化は約215kJ/kgであるが、一方で、図7B（CO2およびメタン）における点5および1の間のエンタルピー変化は約195kJ/kg、すなわち、冷却ユニット22内で求められるヒートダンプの約9％の減少である。
【０１１９】
図7Aおよび7Bによって実証されるように、小さなメタン部分（5重量％）の添加でさえ、潜在的に20％の発電増大および再注入前に求められる冷却負荷の10％の減少を提供する。これは、驚くことに、貯留層1内の天然流体2からの小さなメタン部分の抽出でさえ、生産流体の温度または圧力を高めるために使用することができ、それが上記のようにシステム全体効率を高めることができるだけでなく、単にメタンが存在することによってシステムの運転効率がさらに改善することを示す。
【０１２０】
廃熱強化CPGシステム
上記のように、いくつかの例において、CO2作動流体が注入される貯留層、たとえば図1〜4の貯留層1は、従来の石油または天然ガス回収法によって部分的に枯渇されている炭化水素田を含むことができる。これらの部分的に枯渇した油田および天然ガス田において、石油増進回収（EOR）のためにCO2を注入することができる。炭化水素貯留層は、深部塩水帯水層中に溶解することができるメタンの小さな割合よりもはるかに多いことがある実質的な割合の石油およびガスを含むことができる。そのような炭化水素貯留層に注入されるCO2作動流体は、CO2が生産流の少数派を構成するような多量の炭化水素および他の流体を解放し、地表まで運ぶことができる。しかし、いくつかの例において、炭化水素田は、炭化水素を実質的に枯渇している可能性があり、そのため一次または二次回収を通して非常にわずかな石油または天然ガスしか産出しなくなっている。このような実質的に枯渇した産出地帯においては、水または塩水およびCO2が炭化水素よりも流れの多く構成することができる。簡潔にいうと、EOR田からの生産流体の組成は複雑かつ多様であることができる。いくつかの例において、産出されるメタンおよび他の炭化水素は、地熱エネルギー回収の強化および貯留層への再注入のために必要であるよりもずっと多いことがあり、強化CPG運転における使用のために保持されるものに加え、さらなるメタンおよび他の炭化水素を販売することができる。
【０１２１】
概してCO2、炭化水素および水または塩水の組み合わせを含むことができるEOR田からの複雑な生産流体は、地熱エネルギー抽出の前または後のいずれかで分離することができる。EOR施設において用いられる熱抽出装置、概して直接またはバイナリー発電システムのいずれかは、生産流体の温度、圧力および組成条件にしたがって場所特定的に選択することができる。
【０１２２】
一例において、EOR運転に求められるシステムは電気によって駆動されることができる。EORシステムの所要電力は、地熱エネルギー回収を補うためのメタン燃焼を含むCO2プルーム地熱システムまたはCO2地熱システムの所要電力よりも実質的に大きくある可能性がある。EOR運転のための電気は、グリッドから購入することができる、または購入もしくは現地生産されるメタンを燃料とするオンサイトガスタービンの使用による。生産されるメタンの場合、上記のメタン強化地熱回収システムの使用によって発電効率および総発電量を増すことができる。メタン強化システムの効率の増大は、地熱エネルギーとガス燃焼エネルギーとが組み合わされるため、用地運営者にとってほとんどまたはまったくコストなしで達成することができる。そのうえ、メタン強化地熱エネルギー回収によって補われるEORシステムの場合、現場で生産される電力が、利用可能なすべてのタイプのエネルギー、たとえば地熱およびガスケミカルエネルギーから生産されることができるため、全電力コストを減らすことができる。
【０１２３】
地熱エネルギー回収システムでまたは他の同じ場所に位置するシステム、たとえばEOR回収システムの一つまたは複数の構成要素は、かなりの熱を発生させる作業または装備を含むことができる。多くの場合、これらのシステム、作業または装備によって発生する熱は大気へと放散されるにまかせ、熱エネルギーは本質的に浪費される。この種の熱が本明細書中で「廃熱」と呼ばれる。
【０１２４】
地熱エネルギー回収システムまたはその近くで発生することができる廃熱の一例は、CO2圧縮機によって生成される熱を含むことができる。上記のように、CO2供給源18からのCO2作動流体12は、注入井14に注入される前に、圧縮機20中で加圧されることができる。同様に、生産流体26の温度または圧力を高めるための分離されたメタン46の燃焼中に形成するCO2および捕獲されたものもまた、圧縮機20で圧縮され、注入井14に注入することができる。また、石油増進回収（EOR）システムにおいても、CO2が貯留層1から産出され、生産流体26から分離されることができる。産出されたCO2は、圧縮され、貯留層1に再注入されることができる。CO2圧縮機、たとえばEORシステムにおいて使用される圧縮機またはたとえばCO2隔離のために貯留層に注入するためのCO2の圧縮のために使用される圧縮機は、かなりの量の熱を発生させることができることが当技術分野において理解される。一例において、貯留層1へのCO2の注入のためのCO2圧縮機は、圧縮されるCO2 1kgあたり50〜1500kJの熱エネルギー、たとえば圧縮されるCO2 1kgあたり200〜600kJの熱エネルギー、たとえば圧縮されるCO2 1kgあたり400〜450kJの熱エネルギーを生成することができる。
【０１２５】
廃熱の供給源のもう一つの例がEORシステムにおいて起こることができる。上記のように、EOR田からの生産流体は、CO2、塩水または他の天然液体および石油もしくはガス貯留層からの炭化水素を含むことができる。地熱エネルギーを回収する前または回収したのちのいずれかに、生産流体の様々な成分を分離することができる。炭化水素を生産流体中の他の流体から分離するための一つの方法は、分離容器内で発生するメタンまたは他の炭化水素の一部分を燃焼させる工程を含むことができ、それが他方で生産流体を加熱する。生産流体の温度上昇は、CO2、天然ガスおよび塩水からの液体炭化水素の分離を改善することができる。しかし、分離を改善するための加熱は、従来は単に熱を大気に放散させることによって放冷されていた、熱い液体炭化水素、熱い塩水、熱いCO2および天然ガスまたはそれらの任意の組み合わせの流れを生じさせる。
【０１２６】
廃熱の供給源のさらに別の例は、過剰な熱を発生させる別のタイプの施設と同じ場所に位置する本開示の地熱エネルギー回収システムを含む施設に関して生じることができる。たとえば、地熱エネルギー回収システム施設がエタノールまたは他のバイオ燃料製造工場と同じ場所に位置するならば。同じ場所に位置するエタノールまたは他のバイオ燃料工場が望ましいものであることができる。理由は、そのような工場は概して、本開示の地熱エネルギー回収システムのためのCO2供給源として捕獲し、使用することができるCO2廃物流を製造中に生成するからである。他の施設からの廃熱供給源の他の例は、バイオ燃料施設における発酵タンク、セメント製造工場のような工業施設における炉、化石燃料火力発電所における冷却ユニットおよびフレア、たとえばメタンまたは天然ガスフレアで発生する熱エネルギーを含むが、これらに限定されない。そのうえ、エタノールおよびバイオ燃料工場によって発生するCO2は一般に、化石燃料火力発電所からのCO2よりも低コストで捕獲することができる相対的にクリーンなCO2流である。エタノールまたはバイオ燃料工場からのCO2の捕獲および注入は、上記のように、かなりの廃熱を発生させることができるCO2圧縮機の使用を要することができる。
【０１２７】
上記廃熱の例は、地熱エネルギー回収と同じ場所に位置する場合に一般的または好都合であり得る廃熱の供給源の単なる例として意図したものである。上記例は、限定的であることを意図したものではなく、当業者は、以下に記すように、他の廃熱供給源を使用して地熱エネルギー回収を補うことができるかどうかを容易に決定することができる。
【０１２８】
図8は、地熱エネルギー回収を廃熱回収によって補うことができるシステム130の非限定的な例を示す。図8のシステム130は、注入井140を介して貯留層138に注入することができるCO2作動流体136を形成するために圧縮機134中で加圧されるCO2供給源132を含むことができる。圧縮機134を出たCO2作動流体136は、冷却ユニット135中で冷却されることができる。
【０１２９】
貯留層138は、天然流体142内に溶解したメタン144を含むことができる天然流体142を含むことができる。一例において、天然流体142は、EOR貯留層138内の石油もしくは他の炭化水素または塩水を含むことができる。CO2作動流体136は、作動流体136からのCO2、天然流体142内の溶解状態から放出されたメタン144の一部分、CO2作動流体136の注入によって放出される天然流体142からの炭化水素および他の天然流体、たとえば塩水または水を含むことができる、CO2プルーム146を貯留層内138に形成することができる（上記でさらに詳細に説明）。これらの成分すべてが、生産井150を介して地表に産出される生産流体148を形成することができる。簡潔にいうと、システム130は、石油増進回収（EOR）システムとして構成されることができる。上記のように、システム130は、エネルギー回収システムに利用可能であるエネルギーを増すことによって地熱エネルギー回収を補うエネルギー回収または変換のためのいくつかのサブシステムを含むことができる。
【０１３０】
生産流体148は、生産流体148をその様々な成分に分けることができる分離システム152に送り込むことができる。一例において、分離システム152は、生産流体148を気体CO2およびメタン流154、液体塩水または水流156ならびに液体炭化水素流158に分けることができる。上記のように、いくつかの方法において、分離は、液体炭化水素158を他の成分からより効率的に分離するために、分離システム152中、生産流体148を高温に加熱し、その結果、分離システム152からの三つの産物流154、156および158すべてを高温、たとえば約30℃〜約120℃、たとえば約50℃〜約80℃にすることによって支援することができる。
【０１３１】
分離システム152中で生み出される熱エネルギーは、従来、廃熱として大気に放散されてきた。しかし、図8の例示的なシステム130は、分離システム152からの廃熱の少なくとも一部分を回収するように構成されている。二次作動流体160は、様々な供給源から熱エネルギーを回収するために、地表のシステム中で循環させることができる。図8の例に示すように、一つまたは複数の熱交換機、たとえばCO2／メタン流154に対する第一の熱交換機162A、塩水流156に対する第二の熱交換機162Bおよび液体炭化水素流158に対する第三の熱交換機162Cが、熱い分離された流れ154、156、158から熱を回収するように構成されていることができる。二次作動流体160は、熱い産物流154、156、158から熱を吸収するために熱交換機162に通される三つの別々の流れに分割することができる。二次作動流体160はまた、貯留層138中の生産流体148によって吸収された地熱エネルギーの少なくとも一部分を吸収する。熱交換機162を通過したのち、二次作動流体160は、さらなる循環のために再び合わせることができる。
【０１３２】
一例において、分離システム152は、たとえば液体炭化水素分離をさらなる加熱なしで達成することができる場合、かなりの量の廃熱を発生させ得ない。そのような場合、熱交換機162は、生産流体148によって吸収された地熱エネルギー（分離された産物流154、156、158中に存在する）のみを吸収するように構成されることができる。または、地熱エネルギーを吸収するために、一つの熱交換機が分離システム152の上流または下流に配置されることもできる。
【０１３３】
冷却されたCO2／メタン流154の少なくとも一部分は、注入井140を介して貯留層138に再注入するために、圧縮機164によって加圧されることができる。冷却された塩水または水流156は、塩水貯蔵所166、たとえば水または塩水タンクの中に入れることもできるし、あるいは地層に注入することもできる。冷却された液体炭化水素流158の少なくとも一部分は、炭化水素産物168として販売することができる。
【０１３４】
二次作動流体160は、そうでなければ大気に放散され得る他の熱エネルギーを吸収するために、システム130の他の部分に循環することができる。上記のように、CO2／メタン圧縮機164は、かなりの熱エネルギー、たとえば圧縮の各段階で圧縮されるCO2およびメタン1kgあたり約400kJ〜約450kJを発生させることができる。一例において、二次作動流体160は、廃熱エネルギーの一部分を回収するために、圧縮機164に循環させることができる。一例においては、熱交換機（図示せず）を圧縮機164のすぐ下流でCO2／メタン流154に対して配置して、熱いCO2／メタン流154からの熱エネルギーを二次作動流体160に伝達することができる。もう一つの例において、圧縮機164は、二次作動流体160が圧縮機164の周囲または圧縮機164の中を流れて、たとえば圧縮機164上の冷却ジャケットを通過して、圧縮機164から熱を吸収するように構成されることができる。そのうえ、熱は、圧縮機の出口から（たとえば圧縮機のすぐ下流で）吸収されることもできるし、または熱は、圧縮機の一つまたは複数の段階の後で（たとえば中間冷却機から）吸収されることもできる。
【０１３５】
一例において、圧縮機164は、分離システム152中で発生する熱エネルギーよりも多くの熱エネルギーを発生させる。この理由のため、二次作動流体160の回路は、まず、分離システム152から熱エネルギーを回収し（熱交換機162を介して）、次いで、圧縮機164から熱エネルギーを回収するように構成されることができる。
【０１３６】
図1〜4に関して上述したように、貯留層138から産出されるメタンの一部分を生産流体から分離し、燃焼させて、流体、たとえば生産流体または二次作動流体の温度を高めることによってエネルギー回収を補うことができる。図8のシステムは、任意選択で、CO2／メタン流154からメタンの一部分172を分離するためのメタン分離システム170を含むことによって本開示のこの特徴を含むことができる。分離されたメタン172は、二次作動流体160を加熱する燃焼加熱機174に送り込むことができる。一例において、燃焼加熱機174は、分離システム152または圧縮機164の中で発生する熱エネルギーよりも多くの熱を発生させる。この理由のため、二次作動流体160の回路は、まず、分離システム152から熱エネルギーを回収し、次いで圧縮機164から熱エネルギーを回収し、さらに燃焼加熱機174から熱エネルギーを回収するように構成されることができる。
【０１３７】
液体炭化水素の一部分を液体炭化水素流158から分割して加熱機中で燃焼させると、二次作動流体160をさらに加熱することができる。図8に示す例においては、液体炭化水素流158の分離された部分176を精製または処理システム178中で処理または精製して、分離された液体炭化水素176の組成を、加熱機内での燃焼のためにさらに理想的になるように変化させることができる。精製または処理された液体炭化水素176は、分離されたメタン172が燃やされる同じ加熱機174であることができる加熱機に送り込むこともできるし（図8に示すように）、あるいは精製または処理された炭化水素176は、別個の加熱機（図示せず）に送り込むこともできる。
【０１３８】
または、上記のように、二次作動流体160を加熱機174で加熱するのはなく、分離されたメタン172および液体炭化水素176を従来のガスタービンまたはガス機関（図示せず）中で燃焼させて、タービンまたは機関から発電することもできる。ガスタービンまたは機関中での炭化水素燃料、たとえばメタン172および液体炭化水素176の燃焼は、熱い燃焼ガス（たとえばCO2および蒸気）および熱い機関またはタービン冷却ジャケット流体の形態で実質的な廃熱を発生させることができる。廃熱は、たとえば熱交換機を介して作動流体160に加えることができる。この構成は、場合によっては、作動流体160を加熱機174中で直接加熱するよりも高いエネルギー変換効率をもたらすことができる。
【０１３９】
燃焼加熱機174の副産物はCO2を含むことができ、このCO2は、図1に関して上述したCO2捕獲システム58と同様に、貯留層138への再注入のために捕獲し、圧縮することができる。捕獲されたCO2は、分離されたCO2およびメタン154と同じ圧縮機164に送り込むこともできるし、または別個の圧縮機（図示せず）を使用することもできる。捕獲されたCO2の圧縮からの廃熱はまた、二次作動流体160を使用して回収することもできる。
【０１４０】
二次作動流体160が各熱源からの熱（たとえば、分離システム152または圧縮機164または両方からの廃熱および燃焼加熱機174（存在するならば）中の分離されたメタン172または分離された液体炭化水素176の燃焼からの熱）を回収したのち、二次作動流体160をエネルギー回収システム180に送り込むと、このエネルギー回収システムが、二次作動流体160中のエネルギーを別の形態、たとえば電気182または直接使用熱に変換することができる。図8に示す例において、エネルギー回収システム180は、軸動力186を発生させるために二次作動流体160が通過する膨張装置184を含む。軸動力186は発電機188を駆動して電気182を発生させることができる。そして、二次作動流体160を冷却ユニット190に循環させたのち、熱交換機162からサイクルを再開することができる。
【０１４１】
さらに上述したように、別個の施設、たとえば発電所、バイオ燃料工場または工業プラントが本開示の地熱エネルギー回収システムと同じ場所に位置することができる。そのような同じ場所に位置する施設からの廃熱を、熱交換機および同じ場所に位置する施設と地熱エネルギー回収システムとの間でポンピングされる作動流体、たとえば二次作動流体160を使用して回収することもできるし、あるいは生産流体148またはその構成成分の一つまたは複数を、同じ場所に位置する施設の上にポンピングして、廃熱を生産流体またはその構成成分に直接伝達することもできる。
【０１４２】
代替構成
一例においては、別の可燃燃料、たとえば天然ガス、バイオマスまたはバイオ燃料（たとえば、生物学的供給源から製造されたエタノールまたはディーゼル）を、地熱エネルギー回収システムの外の第三者から取得することができる。もう一つの例においては、別の燃料は、同じ場所に位置する施設、たとえば同じ場所に位置するエタノールまたは他のバイオ燃料製造施設で製造されることができる。別の燃料は、たとえば外部燃焼を燃焼させてCO2系作動流体の温度、圧力または両方を高めることにより、地熱エネルギー回収システムの総発電量を増大させるために使用することができる。たとえば、地熱エネルギー回収施設が、貯留層から産出されるメタンの量が少なくなるほどの長期間稼働しているならば、外部燃料を使用して、今や機能しないメタン生産を補充または交換することができる。CO2系作動流体を用いて回収された地熱と外部燃料供給源とは、CO2ベースのエネルギー回収および燃やされて製造されたメタンと同じやり方で合わさって、エネルギーから電気への全体的変換効率を高め、いずれかのシステムが単独で提供することができるよりも多くの電気を発生させることができる。いくつかの例においては、生産流体から分離されたCH4に依存する、またはそれだけに依存するよりも、天然ガス（主にCH4）または他の燃料を第三者から購入することがより経済的であり得る。たとえば、天然ガスの価格が分離のコストよりも低廉であるならば。一例において、燃焼加熱機に使用される燃料は、貯留層から産出された任意の分離されたCH4を使用するのではなく、天然ガスまたは他の外部燃料、たとえば第三者から購入された外部天然ガスまたは燃料のみを含むことができる。
【０１４３】
もう一つの例において、用地開発における判断が、長期的で安定なメタン生産よりも、貯留層内のメタンの速やかな生産を望む場合がある。たとえば、用地の寿命にかけて少しずつのメタン生産を保証するよりも、CO2注入の開始後ただちに抽出を開始し、CO2プルームが安定である間は続けることによって最大量のメタンを生産することによってより良く稼働させることができる。産出されたメタンは、販売することもできるし、あるいは現場で、たとえばメタン貯蔵タンクの中で、またはCO2作動流体が注入される貯留層とは離れた地層内で貯蔵することもできる。メタン販売の場合、必要に応じてメタンの一部分を時間とともに買い戻してシステムに供給することもできる。メタン貯蔵の場合、メタンを時間とともに貯蔵場所から取り出してシステムに供給することができる。メタンまたは塩水生産のための井戸をCO2循環のために転用することができ、メタン井とCO2井とを別々に要することのない状況においては速やかなメタン生産が経済的に好都合であることができる。メタンまたは塩水生産井をCO2循環に転用する経済的利点が、メタン貯蔵のための追加コスト（たとえばメタンを地層中に貯蔵するための貯蔵タンクシステム）と釣り合うことができる。
【０１４４】
図9は、貯留層から生産井204を介して産出された生産流体202からの地熱エネルギー回収のためのもう一つのシステム200の例を示す。貯留層は図9には示されていないが、当業者は、貯留層が図1〜4および8に示す貯留層に類似していることができることを理解するであろう。システム200は、EOR貯留層、たとえば、メタン、石油または他の炭化水素および塩水を含む天然流体を含む貯留層に特に適していることができる。システム200はまた、EOR施設206、たとえば生産流体202をその成分に分けるための一つまたは複数のユニット動作（そのいくつかは図8に関して上述されている）を含む施設を含むことができる。生産流体202中に存在する地熱エネルギーは、EOR施設206内で使用されるプロセス加熱エネルギーに寄与するために使用することができる。換言するならば、生産流体202によって回収された自然地熱エネルギーは、本開示を通して説明する発電を提供することに加えて、EOR施設206内のEORプロセスの効率を改善することもできる。図9に示すように、EORプロセス廃熱208は、本明細書に記載される技術のいずれかによってEOR施設206から回収することができる。
【０１４５】
EOR施設206は、生産流体202を、CO2、CH4および他の気体炭化水素を含むことができる生産ガス流210と、水および他の炭化水素211とに分けることができる。システム200は、生産ガス流210からエネルギーを回収する前に生産ガス流210の圧力を高めるための圧縮機またはポンプ212をEOR施設206の下流に含むことができる。特に、EOR施設206からの生産ガス流210の出力圧が相対的に低い出力圧を有するならば、圧縮機またはポンプ212が望まれ得る。圧縮機またはポンプ212はまた、エネルギー回収ののち生産ガス流210を注入井214から貯留層に戻すことができるよう、生産ガス流210を所望の注入条件まで圧縮することができる。
【０１４６】
圧縮機またはポンプ212はシステムの全体効率を高めることができる。驚くことに、たとえば圧縮機またはポンプ212を用いる生産ガス流210の圧力の増大が、生産ガス流210を圧縮するために要するエネルギーの量よりも多くシステムの効率を高めることができることがわかった。先にさらに詳細に説明し、以下さらに詳細に説明するように、圧縮機またはポンプ212からの廃熱216はシステム200によって回収することができる。
【０１４７】
圧縮機またはポンプ212が存在するならばその後、生産ガス流210は、上記方法に類似していることができるエネルギー回収装置に通して、たとえば、まず生産ガス流210を、加熱機218中、たとえば一つまたは複数の燃料219、たとえば分離されたCH4、EOR運転からの炭化水素燃料または他の供給燃料、たとえば補充のCH4を加熱機218中で燃焼させることによって、あるいは熱交換機／加熱機218中の廃熱の回収によって加熱して、生産ガス流210の温度、圧力または両方を高めることができる。または、生産ガス流体210を加熱機218で直接加熱するのではなく、一つまたは複数の燃料219を従来のガスタービンまたはガス機関（図示せず）中で燃焼させて、タービンまたは機関から電気を発生させ、タービンまたは機関からの廃熱（熱い燃焼ガスおよび熱い冷却ジャケット流体の形態にある）をたとえば熱交換機を介して生産ガス流210に加えることもできる。
【０１４８】
加熱または加圧された生産ガス流210は、生産ガス流210から直接電気222を発生させるための一次エネルギー回収システム220、たとえばタービン、発電機またはエネルギー回収ループ、たとえばランキンパワーサイクル、有機ランキンサイクル（ORC）またはカリーナサイクルの一つまたは複数に通すことができる。一次エネルギー回収システムのいくつかの例の説明が図1〜4および8に関して上述されている。
【０１４９】
図9のシステム200はまた、熱い低圧生産ガス流210からさらなるエネルギーを回収するための二次エネルギー回収ループ224を含むことができる。二次エネルギー回収ループ224は、任意の実現可能なタイプのエネルギー回収サイクル、たとえばランキンパワーサイクル、有機ランキンサイクル（ORC）またはカリーナサイクルを含むことができる。図9の例において、二次エネルギー回収ループ224は、二次作動流体226がサイクルループ224中を循環するORCタイプエネルギー回収ループを含む。二次エネルギー回収ループ224中で使用することができる二次作動流体の例は、CO2、イソブテン、アンモニアまたは多様な他の流体の一つまたは複数を含むが、それらに限定されない。二次作動流体のタイプは、一次エネルギー回収システム220のすぐ下流の生産ガス流210の温度および生産ガス流210の流量に依存して選択し、最適化することができる。
【０１５０】
二次作動流体226は、熱交換機28により、一次発電機またはタービンシステム220に通された後の熱い生産ガス流210を用いて加熱することができる。そして、加熱された二次作動流体226を二次タービンまたは発電機230に送り込んでさらなる電気232を発生させることができる。二次タービンおよび発電機230に通したのち、二次作動流体226を冷却ユニット234中で冷却し、二次作動流体226の圧力をポンプまたは圧縮機236によって増大させて作動流体226の圧力を高めたのち、サイクルを再出発し、作動流体226を熱交換機228中でたとえば熱い低圧生産ガス流210で加熱することができる。
【０１５１】
一次エネルギー回収システム220のすぐ下流の生産ガス流210の温度に依存して、二次エネルギー回収ループ224は、超臨界サイクル、遷臨界サイクル、未臨界サイクルまたは過熱機サイクルを有する未臨界サイクルを含むことができる。
【０１５２】
二次エネルギー回収ループ224は、相対的に低温の供給源からのエネルギー回収を提供することができる。したがって、さらなる低温加熱源を適用して、二次作動流体226を、熱い生産ガス流210を使用するだけの場合よりもさらに加熱することができる。比較的低温の供給源からのさらなる加熱は、生産井204から産出された実質的に直後の生産流体202を使用して二次作動流体226を加熱する熱交換機238を介する地熱エネルギー回収を含むことができる。二次作動流体226はまた、システム200の他の部分からの廃熱によって加熱される廃熱熱交換機240中でさらに加熱することができる。二次エネルギー回収ループ224において特に有用であることができる廃熱供給源は、EOR施設206からの廃熱208およびポンプまたは圧縮機212からの廃熱216を含むことができる。
【０１５３】
一次エネルギー回収システム220を使用して上記の相対的に低温のエネルギー供給源から熱エネルギーを回収することは困難であろう。理由は、EOR施設206またはポンプもしくは圧縮機212から出る生産ガス流210中のCO2、CH4および他のガスは相対的に熱くなることがあるからである。対照的に、二次エネルギー回収ループ224の少なくともいくつかの部分の場合、特に冷却ユニット234の後かつ熱交換機228中での熱い生産ガス流210による二次作動流体226の加熱の前、二次作動流体226は相対的に冷たいものであることができる。
【０１５４】
二次作動流体226はまた、高温エネルギー源により、たとえば一つまたは複数の燃料244、たとえば分離されたCH4、EOR施設206からの他の炭化水素または他の燃料（たとえば購入されたCH4）を二次燃焼加熱機242中で燃焼させることにより、さらに加熱することができる。一例において、二次燃焼加熱機242は、熱い生産ガス流210よりも高い温度で作動し、そのため、二次加熱機242は、二次エネルギー回収ループ224中の二次作動流体226に加えられる熱の最後の供給源として熱交換機228の下流に配置される。図9の二次エネルギー回収ループシステム200は、非常に低温の地熱貯留層、たとえば約75℃未満の温度にある地熱貯留層に特に適したものであることができる。
【０１５５】
さらなるエネルギー回収ループ、たとえば三次ループ、四次ループなどをシステム200に含めることもできる。たとえば、二次タービンまたは発電機230から出る熱い二次作動流体226を使用して、三次エネルギー回収ループ中で三次作動流体を加熱することなどができる。
【０１５６】
図10は、地熱エネルギー回収のためのもう一つのシステム250の例を示す。システム250は、図9に関して上述したシステム200に類似していることができ、たとえば、システム250は、貯留層から生産井204を介して産出された生産流体202からのエネルギー回収を提供することができる。貯留層は図10には示されていないが、当業者は、貯留層が図1〜4および8に示す貯留層に類似していることができることを理解するであろう。システム250は、EOR貯留層、たとえばメタン、石油または他の炭化水素および塩水を含む天然流体を含む貯留層に特に適したものであることができる。図9のシステム200と同様に、システム250もまた、生産流体202を、生産流体202からのCO2、CH4および他の気体炭化水素を含むことができる生産ガス流210を含む一つまたは複数の成分に分けることができるEOR施設206を含むことができる。
【０１５７】
図9のシステム200と同様に、図10のシステム250は、たとえば、EOR施設206からの生産ガス流210の出力圧が相対的に低い出力圧を有する場合、生産ガス流210からエネルギーを回収する前に生産ガス流210の圧力を高めるための圧縮機またはポンプ212をEOR施設206の下流に含むことができる。圧縮機またはポンプ212はまた、エネルギー回収ののち生産ガス流210を注入井214から貯留層に戻すことができるよう、生産ガス流210を所望の注入条件まで圧縮することができる。
【０１５８】
図9のシステム200と同様に、システム250は、生産ガス流210を圧縮機またはポンプ212（存在するならば）ののち一次エネルギー回収装置に通すことを含むことができる。たとえば、生産ガス流210は、たとえば一つまたは複数の燃料254を加熱機252中で燃焼させることによって加熱機252中で加熱されて、生産ガス流210の温度、圧力または両方を高めることができる。加熱または加圧された生産ガス流210は、一次エネルギー回収システム256、たとえばタービン・発電機の組み合わせに通されて、電気258を発生させることができる。
【０１５９】
システム250はまた、加熱機252および一次エネルギー回収システム256の下流で熱い生産ガス流210から熱エネルギーを回収するための伝熱式熱交換機260を含むことができる。伝熱式熱交換機260は、一次エネルギー回収システム256の下流の生産ガス流210の相対的に高い温度を使用して、生産ガス流210が加熱機252および一次エネルギー回収システム256に入る前に生産ガス流210の入口流の温度を高め、それにより、伝熱式熱交換機を含まないシステムと比べてシステム250の全体効率を高める。図10の伝熱式熱交換機システム250は、非常に低温の地熱貯留層、たとえば約75℃未満の温度にある地熱貯留層に特に適したものであることができる。
【０１６０】
たとえば図9におけるような二次エネルギー回収ループ224を介して、または図10におけるような伝熱式熱交換機260を介して生産ガス流210からエネルギーを回収したのち、生産ガス流210を分離機または分離システム262に送り込むと、この分離機または分離システムが、生産ガス流210中のCO2を生産ガス流210中のCH4および他の気体成分から分離して、相対的に高純度のCO2流264とCH4および他の燃料流266とを形成することができる。CO2流は、望むならば、注入井214を介して貯留層に再注入するために、冷却ユニット268中で冷却し、ポンプまたは圧縮機270中で圧縮することができる。CH4／燃料流266は、システム200、250の加熱機に供給する、たとえば加熱機218のための燃料流219のすべてまたは一部を形成する（図9）、加熱機252のための燃料流254のすべてまたは一部を形成する（図10）または二次エネルギー回収ループ224中の二次加熱機242のための燃料流244のすべてまたは一部を形成する（図9）ために使用することができる。CH4／燃料流266の一部分はまた、施設（たとえばEOR施設206または同じ場所に位置するエタノール施設もしくは同じ場所に位置する他の施設）の別の部分において使用することもできるし、あるいはCH4／燃料流266の一部分またはすべてを市場で販売することもできる。
【０１６１】
すべてのCO2-EOR運転において求められる圧縮機の後に直接CO2タービンを使用してもよい。この構成は、既存のEOR圧縮機が不十分な出力圧しか有しないならば、タービンの前に（好ましくは、メタン加熱機および廃熱捕獲ユニットの前にも）にポンプ／圧縮機の包含を要求し得る。または、冷却ユニットの後にポンプが含まれることもできる。冷たい液体／超臨界流は必要な注入条件まで再圧縮することが相対的に容易であるため、この構成は好ましい場合もある。発電システムの後のポンプの存在は、いくつかの場合の応用において確定されるが、圧縮機の後の直接タービンの例は明示的には指定されないことに留意すること。
【実施例】
【０１６２】
本発明の様々な態様をさらに例示するために提供される以下の実施例を参照することによって本発明をさらに説明する。しかし、本発明の範囲内に留まりながらも多くの変更および修飾を加え得ることが理解されよう。実施例は、様々な作動流体または生産流体からの発電の数値モデル化を含む。モデル化は、MathWorks Inc.（Natick, Massachusetts, USA）によって販売されるMatlabを、National Institute of Standards and Technology (NIST) Reference Fluid Thermodynamic and Transport Properties Database (REFPROP), Version 9.0とともに使用して創製した。
【０１６３】
実施例1
図11Aは、地表に産出された直後の作動流体または生産流体の坑口温度に依存する発電量（メガワット（MW）単位）を示す。図11Bは、坑底温度に依存する発電量を示す。坑底温度（図11B）と坑口温度（図11A）との温度差は、生産井中の流体上昇時に流体圧が低下するときに起こるジュール・トムプソン冷却によるものであり、流体坑底温度および圧力は坑口温度および圧力よりも高くなる。図11Aおよび11Bを作製するために用いられた計算は、水系地熱作動流体では起こらないジュール・トムプソン挙動を考慮している。
【０１６４】
モデル化は、貯留層深さが1500mであり、生産流体流量が200kg/sであり、生産流体が99重量％ CO2、1重量％メタンであり、メタン2.0kg/sを分離し、燃焼させて生産流体の温度、圧力または両方を高めると仮定した。膨張装置および発電機は、カルノー効率の50％の発電システム効率を有すると仮定される。
【０１６５】
図11Aおよび11Bはいずれも、図1に示すシステム10に類似するメタン強化CO2プルーム地熱（ME-CPG）システムによって生成される電気のデータラインを含む。二つのデータラインがME-CPGシステムに関して示され、第一のライン300は、加熱機48からの廃物流56のCO2がたとえばCO2捕獲システム58中で捕獲されない場合に生成される発電量を示し、第二のライン302は、CO2が捕獲される場合の生成される発電量を示す。CO2捕獲システム58が使用されるならば、それは、エネルギー回収システム32によって生成される電気のいくらかを、たとえばCO2を捕獲し、圧縮するために消費することができ、それは、図11Aおよび11B中のデータライン302がライン300よりも低いことによって示されている。これらのモデルの場合、CO2捕獲システム58は90％捕獲効率を提供する、たとえば加熱機48中で生成されたCO2の90％がCO2捕獲システム58によって捕獲され、捕獲されたCO2が圧縮され、貯留層に注入されると仮定される。CO2捕獲データライン302および非CO2捕獲データライン300の両方に関して、生産流体中のメタンのすべてが分離され、燃やされて、生産流体の温度、圧力または両方を高めると仮定される。メタン燃焼の熱の90％が生産流体に伝達され、パワーサイクルによって捕獲されると仮定される。
【０１６６】
図11Aおよび11Bはまた、ライン304によって表される、放出されたメタンを分離せず、燃焼させない地熱回収システム、たとえばCPGのみのシステムのデータならびにメタン燃焼のみからの発電量を表すライン（CO2捕獲なしの場合のライン306およびCO2捕獲ありの場合のライン308）を示す。
【０１６７】
図11Aおよび11Bに示すように、驚くことに、CO2およびメタン生産流体をメタンの一部分の分離および燃焼とともに使用する地熱エネルギー回収が、CO2地熱エネルギー回収とメタンの燃焼のみとの組み合わせよりも多くの電気を発生させることができることがわかった。換言するならば、CO2プルームによる地熱エネルギー回収と、生産流体の温度または圧力または両方を高めるためのメタンの分離および燃焼との組み合わせは、これらのエネルギー成分それぞれだけの組み合わせの場合に予想されであろうよりも驚くほど効率的である。たとえば、図11Aにおいて、約100℃の坑口温度で、CPGのみのデータライン304は約17MWの発電量を示し、メタン燃焼とCO2捕獲とのデータライン308は約18MWの発電量を示し、CPGおよびメタン燃焼を使用する地熱エネルギー回収の場合に予想される合計発電量は約35MWである。しかし、図11Aに示すように、CO2捕獲を伴うメタン強化地熱エネルギー回収のデータライン302は、100℃の坑口温度で約44MWの発電量を示し、予想される35MWよりも約25％高い。
【０１６８】
実施例2
図12Aおよび12Bは、図11Aおよび11Bにおける1500mではなく2500mの貯留層深さでの、CO2捕獲なしのME-CPGシステム（データライン310）およびCO2捕獲ありのME-CPGシステム（データライン312）、CPGのみの地熱エネルギー回収（データライン314）ならびにCO2捕獲なしのメタン燃焼のみ（データライン316）およびCO2捕獲ありのメタン燃焼（データライン318）を比較する類似したデータを示す。
【０１６９】
実施例3
図13は、生産流体の坑口温度に依存する発電量（メガワット（MW）単位）を示す。図13は、地熱エネルギー回収がCO2圧縮機からの廃熱捕獲によってさらに補足される、EOR用途からのメタン強化地熱エネルギー生産のデータを含む。
【０１７０】
この実施例のモデル化は、貯留層深さ1500m、生産流体流量100kg/sと仮定した。生産流体は、CO2が20重量％であり、CH4が1重量％であり、残りが液体炭化水素および塩水であると仮定した。生産流体から分離され、燃やされるメタンの流量は0.5kg/sであると仮定した。EORシステムのエネルギー回収システムは、二次作動流体を用いるバイナリーシステムであり、エネルギー回収は、実施例1および2に使用することができる直接タービンシステムよりも効率が悪いと仮定される。したがって、エネルギー回収システムは、カルノー効率の33％の発電システム効率を有すると仮定される。廃熱は、圧縮の最終段階からのみ熱を捕獲し、任意の圧縮機中間冷却機からの熱は捕獲しない高圧縮比（10：1）圧縮機によって生成される。したがって、図13に示すものを超える、圧縮機からのさらなる熱捕獲が可能であり得る。
【０１７１】
図13は、メタン燃焼によって生成される任意のCO2のCO2捕獲なしのメタン強化かつ廃熱強化地熱エネルギー回収のデータ（データライン320）およびCO2捕獲を用いるメタン強化かつ廃熱強化地熱エネルギー回収のデータ（データライン322）を示す。また、メタン強化地熱エネルギー回収だけで、たとえば廃熱捕獲なし、CO2捕獲なしで生成される発電量を示すためのデータライン324が含まれている。図13はさらに、ライン326によって表される、放出されたメタンを分離せず、燃焼させない地熱回収システム、たとえばCPGのみのシステムのデータ、CO2捕獲なしでメタン燃焼のみからの発電量のデータ（ライン328）および廃熱捕獲のみでの発電量のデータ（ライン330）を含む。
【０１７２】
図13に示すように、驚くことに、地熱エネルギー回収に加えて、廃熱を捕獲して作動流体をさらに加熱することが、地熱エネルギー回収と廃熱捕獲のみとの組み合わせよりも多くの電気を発生させることができることがわかった。換言するならば、地熱エネルギー回収と廃熱捕獲との組み合わせは、これらのエネルギー成分それぞれだけの組み合わせの場合に予想されるであろうよりも驚くほど効率的である。たとえば、図13において、約100℃の坑口温度で、メタン強化地熱のみ（廃熱捕獲なし、CO2捕獲なし）のデータライン324は約8.5MWの発電量を示し、廃熱捕獲データライン330は約1.5MWの発電量を示し、地熱エネルギーと廃熱捕獲との場合に予想される合計発電量は約10MWである。しかし、図13に示すように、廃熱捕獲を用い、CO2捕獲を用いないメタン強化地熱エネルギー回収は、100℃の坑口温度で約11MWの発電量を生じさせ、これは、予想されるであろう10MWよりも約10％高い。
【０１７３】
圧縮機段階の様々な組み合わせを使用して、地熱エネルギー回収を補うために廃熱を捕獲することができる。図14は、様々な坑底温度で様々な供給源から利用可能なエネルギー（生産流体1kgあたりkJの単位）を示す。例示的なエネルギー源は、メタン燃焼（ライン350）、地熱エネルギー（ライン352）、高圧縮比、たとえば10：1のCO2圧縮機の圧縮機出口からの廃熱（ライン354）、高圧縮比、たとえば10：1のCO2圧縮機の中間冷却機からの廃熱（ライン356）、低圧縮比、たとえば2：1のCO2圧縮機の圧縮機出口からの廃熱（ライン358）および低圧縮比、たとえば2：1のCO2圧縮機の中間冷却機からの廃熱（ライン360）を含む。
【０１７４】
実施例4
図15は、燃焼させるメタンの量（年間百万標準立方フィート単位）に依存する発電量（メガワット（MW）単位）を示す。図15は、地熱エネルギー回収がCO2圧縮機からの廃熱捕獲によってさらに補足される、EOR用途からのメタン強化地熱エネルギー生産のデータを含む。
【０１７５】
図15は、図9に示すシステム200に類似するメタン強化CO2プルーム地熱（E-CPG）システムによる発電量のデータラインを含み、たとえば、CO2系生産流体210は、生産井204から産出され、EOR施設206を通過し、次いでメタン燃焼加熱機218および直接CO2タービン（たとえば一次エネルギー回収システム220）に入り、さらに二次エネルギー回収ループ224を加熱するためにアンモニアとともに作動流体として使用されると仮定される。その後、CO2系生産流体210は、必要ならば冷却され、圧縮され、貯留層に再注入される。
【０１７６】
図15の第一のデータライン370は、EOR施設のCO2圧縮機の中間段階からの過剰な熱の廃熱捕獲が、EOR運転において一般的に実施されるように大気に排出されるのではなく、強化CPG発電システムに加えられるメタン強化CPG（E-CPG）の場合の、100kg/秒のCO2流量での発電量を示す。第二のデータライン372は、E-CPGシステムの場合に75kg/秒のCO2流量でまた廃熱捕獲を用いた場合の発電量を示す。圧縮機廃熱75％の控えめな推定値が強化CPG発電システムに伝達されると仮定される。廃熱は109kJ/kg CO2に換算される。EOR田は複数のCO2圧縮工程を有し得るため、この廃熱量は、いくつかの場合、控えめな仮定であることに留意すること。第三および第四のデータライン374および376は、CO2圧縮機からの廃熱捕獲なしで、それぞれ100kg/秒および75kg/秒での発電量を示す。
【０１７７】
各データライン370、372、374、376に関して、CO2系作動流体は、適度なCO2注入圧および妥当な予冷圧縮機出口温度である2000psia（約13.8MPa）および300°F（約149℃）で、CO2圧縮機を含むEOR施設を離れると仮定される。CO2質量流量は、適度なサイズのCO2EOR施設と合致する100kg/秒（データライン370および374）および75kg/秒（データライン372および376）に関して示されている。システム内の圧縮機またはポンプの寄生エネルギー所要量が結果において考慮されているが、CO2圧力を分離条件から注入条件まで高めるためにEOR施設によって要求される圧縮機パワーは含まれていない。理由は、強化CPGシステムが含まれるかどうかにかかわらず、施設がこのエネルギーを要するからである。一次エネルギー回収または二次エネルギー回収ループのいずれかを使用して、地熱および適切ならば廃熱を集めることができる。
【０１７８】
各データライン370、372、374および376はまた、システムに入力される地熱の仮定を含み、貯留層は、適度な石油および水を産出する（各成分1日6000バレル）相対的に低温のEOR田であると仮定される。地熱エネルギーは、CO2、炭化水素および水の混合生産流から、その流れを57℃（約135°F）から周囲温度まで冷却することによって抽出される。地熱エネルギーの75％の控えめな推定値が強化CPG発電システムに伝達されると仮定される。
【０１７９】
図15はまた、どれほど多くの電気を廃熱のみがおそらくは生成することができるかに関するデータライン378およびどれほど多くの電気を地熱エネルギーのみが潜在的に生成することができるかに関するデータライン380を含む。最後に、参照として、図15はまた、34％の効率を有すると仮定される市販のガスタービンを使用して生成することができる発電量（データライン382）および25％の効率を有すると仮定される市販のガス機関を使用して生成することができる発電量（データライン384）を示す。
【０１８０】
図15に見てとれるように、二次エネルギー回収ループを含むメタン強化CPGシステムは、地熱エネルギーのみ、廃熱のみまたはメタン燃焼のみからの期待発電量と比べて劇的に多くの発電量を提供することができる。図15にさらに示すように、廃熱捕獲を含む強化CPGシステムは、強化CPGシステムのみおよび廃熱のみの予想される組み合わせよりも効率的である。最後に、図15に示すように、廃熱を含む二次エネルギー回収ループを備えた強化CPGシステムにおいて生成される全エネルギーは、各エネルギー入力だけの場合に予想されるであろうよりも多い。したがって、図15は、二次エネルギー回収ループおよび廃熱回収を備えた強化CPGシステムが、個々のエネルギー入力を合わせた場合に予想されるものを上回る予想外の相乗的恩典を提供することを示す。
【０１８１】
上記詳細な説明は、例示的であることを意図したものであり、限定的であることを意図したものではない。たとえば、上記例（もしくは一つまたは複数のその要素）は、互いに組み合わせて使用することができる。たとえば当業者は、上記説明を考察することにより、他の態様を使用することができる。また、様々な特徴または要素を分類して開示を整理することもできる。これは、請求項に係わらない開示された特徴が任意の請求項にとって不可欠であることを意図するものと解釈されるべきではない。それどころは、発明の主題は、特定の開示された態様のすべて未満の特徴に見いだされることができる。したがって、以下の請求項は本明細書によって詳細な説明に組み入れられ、各請求項がそれ自体で別個の態様として成り立つ。本発明の範囲は、以下の請求項およびそのような請求項が権利を有する均等物の全範囲を参照して決定されるべきである。
【０１８２】
本文献と参照により組み入れられる任意の文献との間に語法の不一致がある場合、本文献における語法が優先する。
【０１８３】
本文献において、単数形（a、an）は、特許文献において一般的であるように、「少なくとも一つ」または「一つまたは複数」のような任意の他の用例または語法とは独立して、一つ以上（one or more than one）を含むために使用される。本文献において、語「または」は、別段指示されない限り、非排他的であること、すなわち「AまたはB」が「Aのみ」、「Bのみ」および「AおよびB」を含むことを指すために使用される。本文献において、語「含む（including、in which）」は、「含んでなる（comprising、wherein）」の平易な均等物として使用される。また、以下の請求項において、語「含む」および「含んでなる」は非限定的である。すなわち、ある請求項の中でそのような後の前に挙げられた要素以外の要素を含むシステム、装置、物品、組成物、調合物またはプロセスもなお、その請求項の範囲に入るものとみなされる。そのうえ、以下の請求項において、語「第一の」、「第二の」および「第三の」などは、単にラベルとして使用されるものであり、それらの物体に対して数値的要件を課すことを意図したものではない。
【０１８４】
本明細書に記載される方法例は、少なくとも部分的に機械またはコンピュータで具現化されることができる。いくつかの例は、上記実施例に記載された方法または方法工程を実行するように電子装置を構成するために操作可能な命令でコード化されたコンピュータ読み取り可能な媒体または機械読み取り可能な媒体を含むことができる。そのような方法または方法工程の具現化は、コード、たとえばマイクロコード、アセンブリ言語コード、高水準言語コードなどを含むことができる。そのようなコードは、様々なメソッドを実行するためのコンピュータ読み取り可能な命令を含むことができる。コードは、コンピュータプログラム製品の部分を形成し得る。さらに、一例において、コードは、たとえば実行中または他のタイミングで一つまたは複数の揮発性、非一時的または不揮発性の有形コンピュータ読み取り可能な媒体上に有形的に記憶されることができる。これらの有形コンピュータ読み取り可能な媒体の例は、ハードディスク、取り外し可能な磁気ディスク、取り外し可能な光ディスク（たとえばコンパクトディスクおよびデジタルビデオディスク）、磁気カセット、メモリーカードまたはスティック、ランダムアクセスメモリ（RAM）、読み取り専用メモリ（ROM）などを含むことができるが、これらに限定されない。
【０１８５】
要約書は、読者が技術的開示の性質を速やかに確認することを許すために37 C.F.R. §1.72(b）に準拠して提供される。請求項の範囲または意味を解釈または限定するために使用されるのではないという理解の上で提出される。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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