新しい掘削技術

マサチューセッツ工科大学の研究「地熱エネルギーの未来 ― 21世紀における米国における強化地熱システム（EGS）の影響」（2006年）は、経済的な深部地熱掘削技術の開発が極めて重要であることを指摘しています。従来の掘削技術では、掘削価格は深度とともに指数関数的に上昇します。したがって、掘削深度の増加に伴って掘削価格がほぼ直線的に上昇する掘削技術を見つけることは重要な課題です。

新しい掘削技術の要件

この MIT の研究では、新しい高速および超深度掘削技術の要件を次のように特徴づけています。

掘削の価格は深さに応じて直線的に上昇する
ニュートラルフローティング付きボア軸
最大10kmの深さまで垂直または傾斜した掘削が可能
現在の掘削技術と比較して地上の5倍もの大口径の掘削が可能
掘削孔内で現場で形成されたケーシング

例

革新的な掘削技術は20種類以上あり、レーザー、スパレーション、プラズマ、電子ビーム、^[1]パレット、強化回転式、電気火花放電、電気アーク、ウォータージェット浸食、超音波、化学、誘導、原子力、強制火炎爆発、タービン、高周波、マイクロ波、加熱／冷却応力、電流など、多岐にわたります。最も有望なソリューションは以下の通りです。

水熱破砕法– 水熱破砕掘削では、ジェットエンジンのように大型のダウンホールバーナーを用いて岩盤に高熱流束を加えます。この掘削技術は、岩盤の破砕と溶融という熱プロセスに基づいています。
化学プラズマ- 高速燃焼による粉砕に基づいていますが、酸化剤として酸素の代わりに硝酸を使用します。
侵食– ほとんどの特許はウォータージェットによる岩石切削に関するものです。キャビテーションの利用、乱流プロセス、機械的プロセスとの組み合わせなど、様々な改良法が記載されています。
レーザー掘削– ここ10年間、岩石破砕のための高エネルギーレーザービームの利用に関する研究が精力的に行われてきました。主に軍事装備の転用が検討されています。レーザーエネルギーは、岩石の熱破砕、溶融、または蒸発のプロセスに利用されます。
放電– 放電を利用する方法は、他の応用分野で得られた長期的な経験に基づいています。
電気プラズマ- 20,000°Cまでの高温のプラズマ照射による粉砕に基づいています。
直接熱伝達 - この技術は、1400℃で岩石を電気的に溶融する技術に基づいています。溶岩の砂利は表面に浮かび上がり、掘削孔の壁は周囲の岩石のガラス質でできています。掘削コストは深さに応じて減少しますが、掘削孔の深さに制限はありません。掘削孔の直径は1mから10mです。
ジャイロトロン-ミリ波のマイクロ波を導波管を使用して送り、岩石を蒸発させます。

高エネルギー電気プラズマ

深海掘削分野において最も有望なアプローチの一つは、電気プラズマの利用です。他の技術に比べてエネルギー効率は低いものの、他にも多くの利点があります。例えば、様々な直径のボーリング孔を掘削したり、水中で掘削したりすることが可能になります。スロバキアの研究チームは、電気プラズマの利用に基づく掘削コンセプトを開発しました。この研究の中核は、スロバキア科学アカデミー内に開設された深海掘削研究センターにあります。この手法を採用しているのは、スロバキアのブラティスラバに本社を置く GA Drilling社など、ごく少数の企業に限られています。

の利点プラズマ深掘削技術

掘削エネルギー効率の向上
機械部品の交換なしで連続掘削プロセス
一定のケーシング直径
崩壊した岩石の効率的な輸送

最先端の

厳しい条件下でこれらの技術を効果的に使用できることを証明した者は、まだ誰もいません。5～10kmの掘削孔から現場でのエネルギーや物質の輸送といった複雑な問題も、技術的にも経済的にも実現可能となるよう改良を重ねていく必要があります。

参照

参考文献

^ 「電子ビームドリル加工とは？ - EBM MACHINE」。 2024年11月16日閲覧。

マサチューセッツ工科大学（2006年）「地熱エネルギーの未来」
ピアス、KG、ライブセイ、BJ、フィンガーJT（1996）「先進掘削システムの研究」
池田健・佐藤剛・吉川正・黒澤孝(2000)「危険岩盤斜面におけるレーザー連動切削工法の開発」

[1] 「電子ビームドリル加工とは？ - EBM MACHINE」。 2024年11月16日閲覧。