(57)【要約】【課題】海底の広く薄い層からメタンガスを採取することができる採取装置と方法を提供する。【解決手段】コンクリート製の筒体１を仕切って掘削室２と、吸引室３と土砂貯留室４を設ける。吸引室３には筒体１外部へ向けて透過口３１を開口する。掘削室２は筒体１の先端に、一面開放状態であり、ジェット水の噴射口２２を設けかつその周囲には刃口２１を形成する。掘削室２と土砂貯留室４は送泥管４３で連結し、吸引室３と筒体１の外部とは採取ダクト３２で連結する。この筒体１をメタンハイドレート層に設置した後、吸引室３に採取したメタンガスを採取ダクト３２を介して外部の作業基地に送る。【選択図】        図１
2005330773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート製の筒体であって、
筒体には掘削室と、
筒体外部へ向けて透過口を開口した吸引室と、
土砂貯留室とを備え、
掘削室は筒体の先端に、一面開放状態であり、ジェット水の噴射口を設けかつその周囲には刃口を形成し、
掘削室と土砂貯留室は送泥管で連結し、
吸引室と筒体の外部とは採取ダクトで連結し、
筒体をメタンハイドレート層に設置した後、
吸引室には採取ダクトを介して外部から負圧を供給し得るように構成した、
メタンガスの採取装置。
【請求項２】
コンクリート製の筒体であって、
筒体には掘削室と、
筒体外部へ向けて透過口を開口した吸引室と、
土砂貯留室とを備え、
掘削室は筒体の先端に、一面開放状態であり、ジェット水の噴射口を設けかつその周囲には刃口を形成し、
掘削室と土砂貯留室は送泥管で連結し、
吸引室と筒体の外部とは採取ダクトで連結し、
筒体から外部へほぼ水平方向に向けてボーリングを行う装置を設け、
筒体をメタンハイドレート層に設置した後、
ボーリングチューブには採取ダクトを介して外部から負圧を供給し得るように構成した、
メタンガスの採取装置。
【請求項３】
メタンハイドレート層に、
コンクリート製の筒体を、その先端から噴射するジェット水によって地盤を掘削して設置し、
筒体に形成した吸引室に筒体の外部から負圧を供給して、
吸引室の壁面に開口した透過口からメタンガスを吸引して筒体の外部へ排出する、
メタンガスの採取方法。
【請求項４】
メタンハイドレート層に、
コンクリート製の筒体を、その先端から噴射するジェット水によって地盤を掘削して設置し、
筒体からメタンハイドレート層内にほぼ水平方向に向けてボーリングを行い、
筒体に形成した吸引室に筒体の外部から負圧を供給して、
水平ボーリングチューブからメタンガスを吸引して筒体の外部へ排出する、
メタンガスの採取方法。
【請求項５】
吸引室に筒体の外部から負圧を供給する代わりに
吸引室に筒体の外部から蒸気のような加熱媒体を供給する、
請求項１、３記載のメタンガスの採取装置と採取方法。
【請求項６】
吸引室に筒体の外部から負圧を供給する代わりに
ボーリングチューブ内に蒸気のような加熱媒体を供給する、
請求項２、４記載のメタンガスの採取装置と採取方法。
【請求項７】
筒体の外部から負圧を供給する代わりに
筒体の外部から二酸化炭素を供給する、
請求項１〜４記載のメタンガスの採取装置と採取方法。
【請求項８】
螺旋状のシース管の内部に、可撓性を備えたボーリングチューブを収納し、
このボーリングチューブの先端には高圧水を噴射するノズルを設け、
シース管の内部に加圧流体を供給してボーリングチューブの尾端から加圧してボーリングチューブを前進させるボーリング装置を備えた、
請求項２、４記載のメタンガスの採取装置と採取方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタンガスの採取装置と採取方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
メタンハイドレートとは、小さなガス分子が氷の結晶の中に閉じ込められてできた結晶であり、低い温度と高い圧力の条件で生成する。
このメタンハイドレートは推定埋蔵量が多いことから注目を集めており、世界では４０４兆ｍ3日本では７．４兆ｍ3と試算されている。
この日本での推定埋蔵量は１９９９年の日本の天然ガスの消費量の１００年分に相当する。
水深５００ｍ以深の海域で、海底下２００ｍ以深の地盤内では、メタンガスがハイドレート化する温度と圧力の条件を満足する。
そのため、この領域がメタンガスの採取生産の対象となり、そこでの採取、生産方法が研究されている。
その方法として例えば掘採管を高速噴流体の噴射で地層に挿入して採取するようなボーリング技術を利用した方法が知られている。
その他、シールド機を使用して地上からメタンハイドレート層にトンネルを掘削する方法、海底に設置した原子炉の廃熱を利用する方法などが開発されている。
【特許文献１】特開２００２−１３３８０号公報
【特許文献２】特開２００３−２１４０８２号公報
【特許文献３】特開２００４−５２３９２号公報
【特許文献４】特開平０９−１５８６６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前記した従来のメタンガスの採取装置と採取方法にあっては、次のような問題点がある。
すなわちメタンハイドレートの分布状態は、厚さが数十メートルでかつ広域に分布するという、広さに対して高さがきわめて薄いという特徴を有している。
そのために、点や線で採取するボーリング技術を転用した方法では、メタンハイドレートの面的な広がりに対して効率が悪く、ボーリング数を増やすことで効率化を図らざるを得ず、コストが増加することは明らかである。
その他の方法も実施化の可能性は低く、採取には確立された技術はいまだに存在しない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記のような課題を解決するために、本発明のメタンガスの採取装置はコンクリート製の筒体であって、筒体には掘削室と、筒体外部へ向けて透過口を開口した吸引室と、土砂貯留室とを備え、掘削室は筒体の先端に、一面開放状態であり、ジェット水の噴射口を設けかつその周囲には刃口を形成し、掘削室と土砂貯留室は送泥管で連結し、吸引室と筒体の外部とは採取ダクトで連結し、筒体をメタンハイドレート層に設置した後、吸引室には採取ダクトを介して外部から負圧を供給し得るように構成した、メタンガスの採取装置を特徴としたものである。
【０００５】
また本発明のメタンガスの採取装置は、コンクリート製の筒体であって、筒体には掘削室と、筒体外部へ向けて透過口を開口した吸引室と、土砂貯留室とを備え、掘削室は筒体の先端に、一面開放状態であり、ジェット水の噴射口を設けかつその周囲には刃口を形成し、掘削室と土砂貯留室は送泥管で連結し、吸引室と筒体の外部とは採取ダクトで連結し、筒体から外部へほぼ水平方向に向けてボーリングを行う装置を設け、筒体をメタンハイドレート層に設置した後、ボーリングチューブには採取ダクトを介して外部から負圧を供給し得るように構成した、メタンガスの採取装置を特徴としたものである。
また本発明のメタンガスの採取装置は、吸引室に筒体の外部から負圧を供給する代わりに吸引室に筒体の外部から蒸気のような加熱媒体を供給する、前記に記載したいずれかのメタンガスの採取装置を特徴としたものである。
また本発明のメタンガスの採取装置は、吸引室に筒体の外部から負圧を供給する代わりにボーリングチューブ内に蒸気のような加熱媒体を供給する、前記に記載したいずれかのメタンガスの採取装置を特徴としたものである。
また本発明のメタンガスの採取装置は、筒体の外部から負圧を供給する代わりに筒体の外部から二酸化炭素を供給する、前記に記載したいずれかのメタンガスの採取装置を特徴としたものである。
また本発明のメタンガスの採取装置は、螺旋状のシース管の内部に、可撓性を備えたボーリングチューブを収納し、このボーリングチューブの先端には高圧水を噴射するノズルを設け、シース管の内部に加圧流体を供給してボーリングチューブの尾端から加圧してボーリングチューブを前進させるボーリング装置を備えた、前記に記載したいずれかのメタンガスの採取装置を特徴としたものである。
【０００６】
また、本発明のメタンガスの採取方法は、メタンハイドレート層に、コンクリート製の筒体を、その先端から噴射するジェット水によって地盤を掘削して設置し、筒体に形成した吸引室に筒体の外部から負圧を供給して、吸引室の壁面に開口した透過口からメタンガスを吸引して筒体の外部へ排出する、
メタンガスの採取方法を特徴としたものである。
【０００７】
また、本発明のメタンガスの採取方法は、メタンハイドレート層に、コンクリート製の筒体を、その先端から噴射するジェット水によって地盤を掘削して設置し、筒体からメタンハイドレート層内にほぼ水平方向に向けてボーリングを行い、筒体に形成した吸引室に筒体の外部から負圧を供給して、水平ボーリングチューブからメタンガスを吸引して筒体の外部へ排出する、メタンガスの採取方法を特徴としたものである。
また本発明のメタンガスの採取方法は、吸引室に筒体の外部から負圧を供給する代わりに吸引室に筒体の外部から蒸気のような加熱媒体を供給する、前記に記載したいずれかのメタンガスの採取方法を特徴としたものである。
また本発明のメタンガスの採取方法は、吸引室に筒体の外部から負圧を供給する代わりにボーリングチューブ内に蒸気のような加熱媒体を供給する、前記に記載したいずれかのメタンガスの採取方法を特徴としたものである。
また本発明のメタンガスの採取方法は、筒体の外部から負圧を供給する代わりに筒体の外部から二酸化炭素を供給する、前記に記載したいずれかのメタンガスの採取方法を特徴としたものである。
また本発明のメタンガスの採取方法は、螺旋状のシース管の内部に、可撓性を備えたボーリングチューブを収納し、このボーリングチューブの先端には高圧水を噴射するノズルを設け、シース管の内部に加圧流体を供給してボーリングチューブの尾端から加圧してボーリングチューブを前進させるボーリング装置を備えた、前記に記載したいずれかのメタンガスの採取方法を特徴としたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のメタンガスの採取装置と採取方法は以上説明したようになるから次のような効果を得ることができる。
＜１＞コンクリート製の筒体を、ジェットを使用して海底に沈降させてゆく技術はすでに多数の実施例があるから、例え深い水底であっても実施化が十分に可能である。
＜２＞ボーリング技術と異なり、広く薄い層に対して面で対応することができるからきわめて効率よくメタンガスを採取することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下図面を参照にしながら最初に本発明の採取装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【実施例】
【００１０】
＜１＞全体の構成。
本発明のメタンガスの採取装置は、コンクリート製の縦長の筒体１である。
この筒体１の内部は複数の階層に仕切ってあり、掘削室２と、吸引室３と、土砂貯留室４とを構成する。
場合によってはさらに制御室６を設ける。
【００１１】
＜２＞掘削室２。
掘削室２は筒体１を鉛直に配置した場合の下端に位置し、下端面が開放状態で、周囲には刃口２１が形成してある。
そして刃口２１の周辺にはジェット水の噴射口２２を設ける。
この噴射口２２からは、筒体１の外部からジェット送水管２３を介して供給した高圧水を下方へ向けて噴射することができ、このエネルギーによって筒体１の下部の土砂の掘削を行う。
また噴射口２２と送水管２３を利用して掘削室２を減圧することにより、一般的なサクション基礎の原理を利用した掘削も可能となる。
【００１２】
＜３＞吸引室３。
吸引室３には、筒体１の外部のメタンを吸引して採取するための空間である。
そのために吸引室３には筒体１外部へ向けて多数の透過口３１を開口してある。
この吸引室３の透過口３１を介して、筒体１の外部のメタンガスを吸引する。
土砂による透過口３１の目詰まりを避けるために、採取ダクトから送気、送水を行って逆洗浄を行う。
【００１３】
＜４＞土砂貯留室４。
土砂貯留室４は掘削室２で掘削した土砂を貯留しておく空間である。
貯留室４と筒体１の外部とは排水管４１で連結している。
この排水管４１はフィルター４２を介して筒体１の外部と連結しているので、貯留室４の内部の水はフィルター４２で土砂と分離して外部へ排水することができる。
土砂貯留室４に堆積した土砂は、ジェットで乱されているために緩い状態となり、見掛けの体積が増加する。したがって掘削した土量を貯留室４に収納するには圧密する必要がある。
そのために図６に示すようにフィルター４２の上に不透水の蓋４４を設ける。そして、送泥管４３を閉じ、排水管４１を開いて貯留室４を減圧すると蓋４４によって土砂を圧密することができる。
土砂を圧密して、体積を小さくして貯留室４内に貯留すれば、掘削土砂を外部環境へ排出しないで済む。
また貯留室４内に貯留させておくことによって装置全体の重量が増加するからガスの噴射防止対策としても有効に利用できる。
【００１４】
＜５＞送泥管４３。
掘削室２と土砂貯留室４は送泥管４３で連結する。
この送泥管４３によって、掘削室２で掘削した土砂を水と共に貯留室４に送泥することができる。
【００１５】
＜６＞採取ダクト３２。
吸引室３と筒体１の外部とは採取ダクト３２によって連結する。
この採取ダクト３２によって、吸引室３に負圧を供給することができる。
したがって、筒体１をメタンハイドレート層に設置した後、吸引室３に採取ダクト３２を介して外部から負圧を供給すれば、メタンガスを筒体１の外部へ排出して基地において採取することができる。
あるいは吸引室３に蒸気のような熱媒体を供給して加熱して採取することができる。
あるいは二酸化炭素を供給することによってメタンハイドレートと二酸化炭素を置換してメタンガスを採取することができる。
【００１６】
＜７＞水平ボーリング装置。
筒体１から外部へ向けてほぼ水平方向のボーリングを行う装置を設ける。
このボーリングもジェット水を利用し、その噴射のエネルギーで掘削しつつボーリングチューブ５を前進させて特にメタンハイドレート層内に設置する。
具体的には例えば図５に示すような装置を使用する。  
すなわち筒体１の内部に多数本の螺旋状のシース管５１を設ける。
そしてこのシース管５１の内部に、可撓性を備えたボーリングチューブ５を収納する。
このボーリングチューブ５の先端には高圧水を噴射するノズル５２を設ける。
掘進させるためには、ノズル５２からの高圧水を噴射させ、それと同時にシース管５１の内部に加圧流体を供給する。
するとボーリングチューブ５は尾端から加圧されるから、ボーリングチューブ５をメタンハイドレート層の内部に前進させることができる。
このボーリングチューブ５を多数本準備しておき、放射状に前進させれば広いメタンハイドレート層を対象に、点ではなく周辺に拡大した面としてのメタンガスの採取を行うことができる。
【００１７】
＜８＞筒体１の設置。
次に採取方法について説明する。
まず陸上でコンクリート製の筒体１を製造する。
そして筒体１の内部にバラスト水を蓄えて、メタンガスの採取地点まで曳航する。
メタンハイドレートの存在する地域やその深度、層の厚さなどは事前の調査で確認してある。
採取地点に到着したら、作業船や海上足場などの基地からバラストの調整によって筒体１を水中で吊り下げ、海底に到達するまで降下させる。
【００１８】
＜９＞掘進。（図２）
海底への到達後に、筒体１の自重と先端刃口２１に設けたジェットを利用して所定の深度、すなわちメタンハイドレート層まで掘進する。
このような作業はすでに海洋構造物の構築に際して実績があり、実施が可能である。
掘進時に発生する土砂は、送泥管４３を介して土砂貯留室４へ送る。
この場合に掘進ジェットによって流動化した土砂の水分は、フィルター４２で分離されて筒体１の外部へ排水され、貯留室４には土砂が堆積する。
この堆積土砂の重量も、筒体１の掘進の効率を上昇させる。
なお、フィルター４２の目詰まりを防止するには、掘削用のジェット水の一部を利用して逆方向から噴射して洗浄を行うことができる。
海上の基地と筒体１は、採取ダクト３２、ジェット水の送水管、その他の信号ケーブルなどによって連結している。
【００１９】
＜１０＞採取。（図３）
吸引室３の周囲に開放した透過口３１がメタンハイドレート層に到達したら、採取ダクト３２の上端から負圧を供給する。
すると吸引室３内は負圧になり、この圧力の低下が周辺の地盤に伝播する。
その伝播によってメタンハイドレートはガス化するから、透過口３１を介して周囲のメタンハイドレート層内のメタンガスを吸引室３の内部に吸引することができる。
吸引室３に吸引されたメタンガスは、採取ダクト３２を介して海上の基地へ圧送する。
熱エネルギーを使用する場合には別の供給系統から熱を供給し、ガス化したメタンガスを採取ダクト３２から吸引する。
二酸化炭素で置換する場合も同様である。
【００２０】
＜１１＞水平ボーリング。
筒体１内に設けた水平ボーリング装置によって、筒体１からメタンハイドレート層内にほぼ水平方向に向けてボーリングチューブ５を押し出して敷設を行う。
この水平ボーリングチューブ５にも負圧を供給し、ボーリングチューブ５を介してメタンガスを吸引し、採取ダクト３２によって筒体１の外部、すなわち海上の基地へ圧送する。
筒体１を中心にして、多数本の水平ボーリングチューブ５をその周囲に向けて放射状に配置することができるから、ボーリングチューブ５の本数と長さを増加させれば、広いメタンハイドレート層を対象に、面としてのメタンガスの採取を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のメタンガスの採取装置の実施例の説明図
【図２】採取装置を沈設している状態の説明図
【図３】採取装置からメタンガスを採取している状態の説明図
【図４】採取装置から水平ボーリングを介してメタンガスを採取している状態の説明図。
【図５】水平ボーリングを行う装置の実施例の説明図。
【図６】貯留室内を圧密する構造の実施例の説明図。
【符号の説明】
【００２２】
１：筒体
２：掘削室
３：吸引室
４：土砂貯留室
５：ボーリングチューブ
３２：採取ダクト
【図１】
2005330773.tif 000003
【図２】
2005330773.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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