(57)【要約】【課題】水底から分離した被掘削物をライザー管で揚収する際に、ライザー管の閉塞を抑制できる水底掘削システムおよび水底掘削方法を提供する。【解決手段】掘削機構５をドリルパイプ６とその端部に設置する掘削歯７とで構成し、この掘削歯７により水底２から分離された被掘削物ｍをライザー管４とドリルパイプ６との間を通じて収集船３に向けて揚収しつつ、ドリルパイプ６の外周面からライザー管４に向かって突出してドリルパイプ６の軸線ｃ周りに回転する破砕刃９より被掘削物ｍを破砕する。【選択図】図２
2016176314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水上に配置される収集船から水底に向かって延設されるライザー管と、このライザー管の水底側で水底を掘削する掘削機構とを備える水底掘削システムにおいて、
前記掘削機構が、前記ライザー管内に配置されるドリルパイプと、前記ドリルパイプの水底側端部に設置される掘削歯と、前記ドリルパイプの外周面から前記ライザー管に向かって突出する破砕刃とを備え、
前記破砕刃が前記ドリルパイプの軸線周りに回転可能に設置されていることを特徴とする水底掘削システム。
【請求項２】
前記破砕刃が、前記ライザー管内の水を前記ドリルパイプの軸線周りに旋回させるパドル面を備えている請求項１に記載の水底掘削システム。
【請求項３】
前記ライザー管の内周面から前記ドリルパイプに向かって突出する固定破砕刃を備える請求項１または２に記載の水底掘削システム。
【請求項４】
水上に配置される収集船から水底に向かって延設されるライザー管と、このライザー管の水底側で水底を掘削する掘削機構とを備える水底掘削システムにおいて、
前記掘削機構が、前記ライザー管内に配置されるドリルパイプと、前記ドリルパイプの水底側端部に設置される掘削歯と、前記ライザー管の内周面から前記ドリルパイプに向って突出する固定破砕刃を備えることを特徴とする水底掘削システム。
【請求項５】
前記破砕刃および／または前記固定破砕刃が、前記ドリルパイプの軸線方向に間隔をあけて複数箇所に配置される請求項１〜４のいずれかに記載の水底掘削システム。
【請求項６】
水上に配置される収集船から水底に向かってライザー管を配置し、掘削機構により前記ライザー管の水底側で水底を掘削する水底掘削方法において、
前記掘削機構をドリルパイプとその端部に設置する掘削歯とで構成し、この掘削歯により水底から分離された被掘削物を前記ライザー管と前記ドリルパイプとの間を通じて収集船に向けて揚収しつつ、前記ドリルパイプの外周面から前記ライザー管に向かって突出して前記ドリルパイプの軸線周りに回転する破砕刃により前記被掘削物を破砕することを特徴とする水底掘削方法。
【請求項７】
前記破砕刃にパドル面を形成し、このパドル面が前記ライザー管内の水を前記ドリルパイプの軸線周りに旋回させる請求項６に記載の水底掘削方法。
【請求項８】
前記ライザー管の内周面から前記ドリルパイプに向って突出する固定破砕刃を設置して、前記被掘削物を前記ライザー管と前記ドリルパイプとの間を通じて収集船に向けて揚収しつつ、前記固定破砕刃により前記被掘削物を破砕する請求項６または７に記載の水底掘削方法。
【請求項９】
水上に配置される収集船から水底に向かってライザー管を配置し、掘削機構により前記ライザー管の水底側で水底を掘削する水底掘削方法において、
前記掘削機構をドリルパイプとその端部に設置する掘削歯とで構成し、前記ライザー管の内周面から前記ドリルパイプに向って突出する固定破砕刃を設置して、前記掘削歯により水底から分離された被掘削物を前記ライザー管と前記ドリルパイプとの間を通じて収集船に向けて揚収しつつ、前記固定破砕刃により前記被掘削物を破砕することを特徴とする水底掘削方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶から水底に向かって配置されるライザー管とこのライザー管の水底側端部で水底を掘削する掘削機構とを備える水底掘削システムおよび水底掘削方法に関するものであり、詳しくは掘削により水底から分離した被掘削物をライザー管で揚収する際に、ライザー管の閉塞を抑制できる水底掘削システムおよび水底掘削方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
海底に存在するメタンガスハイドレートを掘削する水底掘削システムが種々提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１は、船舶から水底に向かって配置されるライザー管と、ライザー管の下端部に設置され水底を掘削するオーガとを備える水底掘削システムを提案する。このオーガは、水平方向に回転軸を有するスクリュー状の掘削歯で構成され、この掘削歯の回転により水底を掘削してガスハイドレートを水底から分離する。水底から分離された塊状のガスハイドレートはライザー管を介して船舶に揚収される。
【０００４】
水底から分離された被掘削物である塊状のガスハイドレートが比較的大きい場合は、ライザー管の途中で詰まったりして、ライザー管が閉塞する不具合が発生する。ライザー管が閉塞すると、この閉塞部分にライザー管内を浮上しているガスハイドレートが次々接触して、互いに固着したりしてしまい、閉塞区間が拡大する可能性が高い。
【０００５】
ライザー管が閉塞した場合の復旧作業では、例えば船舶側からライザー管内に比較的温度の高い海水を供給して、閉塞区間のガスハイドレートを融解させる方法が考えられる。しかしライザー管が完全に閉塞している場合には、水上側から供給した海水等がライザー管の水底側から抜けないので、比較的温度の高い海水等を閉塞区間に送ること自体が困難となる。
【０００６】
また復旧作業として、例えばライザー管を船舶上に引き上げて、船舶上で閉塞区間のガスハイドレートを加熱して融解させる方法が考えられる。しかしガスハイドレートが存在する水底は例えば４００〜２０００ｍの深さとなり、ライザー管も同等の長さとなるので、このライザー管を船舶上に引き上げるには多大な時間と労力がかかる。
【０００７】
ライザー管が閉塞するとその復旧は極めて困難であり、水底から回収できるガスハイドレートの量も著しく減少してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許３３９５００８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は掘削により水底から分離した被掘削物をライザー管で揚収する際に、ライザー管の閉塞を抑制できる水底掘削システムおよび水底掘削方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成する第一の本発明の水底掘削システムは、水上に配置される収集船から水底に向かって延設されるライザー管と、このライザー管の水底側で水底を掘削する掘削機構とを備える水底掘削システムにおいて、前記掘削機構が、前記ライザー管内に配置されるドリルパイプと、前記ドリルパイプの水底側端部に設置される掘削歯と、前記ドリルパイプの外周面から前記ライザー管に向かって突出する破砕刃とを備え、前記破砕刃が前記ドリルパイプの軸線周りに回転可能に設置されていることを特徴とする。
【００１１】
第一の本発明の水底掘削方法は、水上に配置される収集船から水底に向かってライザー管を配置し、掘削機構により前記ライザー管の水底側で水底を掘削する水底掘削方法において、前記掘削機構をドリルパイプとその端部に設置する掘削歯とで構成し、この掘削歯により水底から分離された被掘削物を前記ライザー管と前記ドリルパイプとの間を通じて収集船に向けて揚収しつつ、前記ドリルパイプの外周面から前記ライザー管に向かって突出して前記ドリルパイプの軸線周りに回転する破砕刃により前記被掘削物を破砕することを特徴とする。
【００１２】
第二の本発明の水底掘削システムは、水上に配置される収集船から水底に向かって延設されるライザー管と、このライザー管の水底側で水底を掘削する掘削機構とを備える水底掘削システムにおいて、前記掘削機構が、前記ライザー管内に配置されるドリルパイプと、前記ドリルパイプの水底側端部に設置される掘削歯と、前記ライザー管の内周面から前記ドリルパイプに向って突出する固定破砕刃を備えることを特徴とする。
【００１３】
第二の本発明の水底掘削方法は、水上に配置される収集船から水底に向かってライザー管を配置し、掘削機構により前記ライザー管の水底側で水底を掘削する水底掘削方法において、前記掘削機構をドリルパイプとその端部に設置する掘削歯とで構成し、前記ライザー管の内周面から前記ドリルパイプに向って突出する固定破砕刃を設置して、前記掘削歯により水底から分離された被掘削物を前記ライザー管と前記ドリルパイプとの間を通じて収集船に向けて揚収しつつ、前記固定破砕刃により前記被掘削物を破砕することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
第一の本発明に係る水底掘削システムおよび水底掘削方法では、ライザー管内を揚収される被掘削物が、ドリルパイプの軸線周りに回転する破砕刃に衝突して破砕され小さくなるので、被掘削物がライザー管とドリルパイプとの間に挟まりライザー管が閉塞することを抑制するには有利である。
【００１５】
破砕刃が、ライザー管内の水をドリルパイプの軸線周りに旋回させるパドル面を備える構成にすることができる。この構成によれば、パドル面を有する破砕刃がライザー管内に旋回流を発生させるので、被掘削物がライザー管の内周面に付着してライザー管を閉塞させることを抑制するには有利である。
【００１６】
第二の本発明に係る水底掘削システムおよび水底掘削方法では、ライザー管内を揚収される被掘削物が、ライザー管の内周面からドリルパイプに向って突出する固定破砕刃に衝突して破砕され小さくなるので、被掘削物がライザー管とドリルパイプとの間に挟まりライザー管が閉塞することを抑制するには有利である。
【００１７】
破砕刃および／または固定破砕刃が、ドリルパイプの軸線方向に間隔をあけて複数箇所に設置される構成にすることができる。ライザー管内を揚収される被掘削物を複数箇所で順次破砕することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の水底掘削システムを例示する説明図である。
【図２】第一の本発明の水底掘削システムのライザー管の水底側端部を拡大して例示する説明図である。
【図３】図２のライザー管をＡ−Ａ矢視で例示する説明図である。
【図４】第二の本発明の水底掘削システムのライザー管の水底側端部を拡大して例示する説明図である。
【図５】図４のライザー管をＢ−Ｂ矢視で例示する説明図である。
【図６】別の実施形態のライザー管の水底側端部を拡大して例示する説明図である。
【図７】図６のライザー管をＣ−Ｃ矢視で例示する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の水底掘削システムおよび水底掘削方法を図に示した実施形態に基づいて説明する。尚、図中ではライザー管およびドリルパイプの軸線方向を矢印ｚ、この軸線方向に直交する方向を矢印ｘ、矢印ｘおよびｚに直交する方向を矢印ｙで示している。
【００２０】
図１に例示するように本発明の水底掘削システム１は、海や湖の底である水底２に存在する表層メタンハイドレートを掘削して、回収する際に利用できる。水深数百メートルから数千メートルの水底２には、ガスハイドレートｍが密集してその一部が水底２から露出しているいわゆる表層型メタンハイドレートや、ガスハイドレートｍが水底２の砂粒の間に分散しているいわゆる砂層型メタンハイドレートが存在している。
【００２１】
水底掘削システム１は、水上に配置される収集船３と、収集船３から水底２に向かって延設されるライザー管４と、水底２を掘削する掘削機構５とを備えている。掘削機構５は、ライザー管４内でその軸線方向（延設方向）ｚに進退可能に配置されるドリルパイプ６と、ドリルパイプ６の水底側端部に設置される掘削歯７とを備えている。
【００２２】
この水底掘削システム１で水底２のガスハイドレートを掘削して回収する際には、まず収集船３から水底２に向かってライザー管４を配置する。このライザー管４は、水底側端部が水底２との間にすき間を有する状態で配置される。つまりライザー管４の水底側端部と水底２とは接触しない状態となっている。
【００２３】
このライザー管４の水上側端部から掘削歯７が設置されたドリルパイプ６を降下させていく。このドリルパイプ６およびライザー管４は、その軸方向に複数に分割された状態で収集船３に搭載されていて、収集船３上で連結しながら水底２に向かって延設される。
【００２４】
掘削歯７を水底２に着床させた後に、ドリルパイプ６をその軸周りに回転させることにより掘削歯７を回転させ、水底２を掘削する。掘削歯７を回転させる方法は上記に限らず、例えばタービンモータを設置した掘削歯７をドリルパイプ６の水底側端部に設置して、ドリルパイプ６を介して水底側に流体を供給し、この流体の圧力によりタービンモータを回転させることにより、掘削歯７を回転させる構成にしてもよい。
【００２５】
ガスハイドレートｍは、水分子の立体的な網状構造のすき間にメタンガス等の分子が入り込み氷状の結晶になっているものである。本明細書において網状構造を構成する海水や湖水等を原料水といい、メタンガスやメタンガスを含む複数種類のガスで構成される天然ガス等を原料ガスということがある。
【００２６】
掘削歯７により水底２から分離された被掘削物である塊状のガスハイドレートは、比重が０．９程度なので浮力によりドリルパイプ６とライザー管４との間を浮上していく。
【００２７】
ライザー管４内の圧力（水圧）は水深が浅くなるにしたがって低くなるので、ライザー
管４の上方に行くにしたがって塊状のガスハイドレートｍの一部が溶けて原料ガスの気泡が発生することがある。また水深が浅くなるにしたがって原料ガスが水中に溶解できる量が低下（溶解度が低下）するので、溶解できなくなった原料ガスが気泡の状態になることがある。ライザー管４の水上側端部に近いほど気泡が発生し易く、その量が増えるので、ライザー管４内を流れる流体の密度は水上側端部に近いほど低くなる。
【００２８】
ライザー管４内の流体の密度が周囲の水よりも小さくなるので、ライザー管４の水底側端部から周囲の水が流入し、ライザー管４内に上昇流が発生する。この上昇流によってもガスハイドレートｍは、水上に向かって搬送される。いわゆるガスリフト方式と同様の効果を得られる。ガスハイドレートｍに発生する浮力やライザー管４内と周囲の水との密度差を利用するので、膨大なエネルギを必要とすることなくガスハイドレートｍを水底２から水上まで搬送することができる。水底２が深い位置にある場合はこのメリットが顕著となる。
【００２９】
ライザー管４内に強制的に気体を送り込むエアリフトポンプを設置して、ライザー管４内との密度差をさらに大きくすることもできる。密度差が大きくなるとライザー管４内に発生する上昇流の流速が上昇するので、ガスハイドレートｍの移動速度を上昇させて搬送効率を向上することができる。収集船３に流体ポンプを設置し、ライザー管４内の流体をこの流体ポンプで吸い上げる構成にしてもよい。
【００３０】
ライザー管４の水上側端部に搬送された塊状のガスハイドレートｍは収集船３により回収され貯蔵される。ガスハイドレートｍをライザー管４内で融解させて原料ガスの状態で回収する構成にしてもよい。
【００３１】
ライザー管４の水底側端部には、水底２に向かって拡開する筒状の捕集カバー８を設置してもよい。捕集カバー８を設置する構成により、水底２から分離して浮上する被掘削物であるガスハイドレートｍをライザー管４内に導き易くなり、ガスハイドレートｍの回収漏れをなくして回収量を増加させるには有利となる。
【００３２】
第一の本発明の水底掘削システム１は図２および図３に例示するように、ドリルパイプ６の水底側端部近傍に、ドリルパイプ６の外周面から突出する状態で複数の破砕刃９が設置されている。ドリルパイプ６の外周面に突設される破砕刃９は、ドリルパイプ６の軸線ｃ周りに回転可能な状態となっている。この実施形態ではライザー管４の水底側端部が水底２に接触しない状態で配置している。
【００３３】
破砕刃９は略平板状に形成されていて、天面が水上側を向き底面が水底側を向いた状態でドリルパイプ６に設置されている。図３に例示するように平板状の破砕刃９の固定端側はドリルパイプ６の外周面と接触する状態で設置され、自由端側はライザー管４の内周面に向かって延びている。破砕刃９の自由端はライザー管４の内周面には接触しない位置であり、固定端から自由端までの長さはドリルパイプ６の外周面とライザー管４の内周面とを結ぶ直線の最短距離に対して４０〜７０％程度の長さとしている。
【００３４】
破砕刃９はドリルパイプ６の軸線ｃ周りに回転したときに、ライザー管４内の流体を押してこの軸線ｃ周りに旋回流を発生させるパドル面１０を備えている。即ちドリルパイプ６の回転方向に応じて破砕刃９の天面または底面がパドル面１０となる。
【００３５】
この実施形態ではドリルパイプ６の外周面に沿って周方向に９０°ずつずらして四つの破砕刃９を設置しているが、本発明はこの構成に限定されない。破砕刃９は少なくとも一つ設置されていればよく、五つ以上設置されてもよい。またドリルパイプ６の軸線方向ｚのいずれの位置であっても、破砕刃９を設置することができる。このとき破砕刃９をドリ
ルパイプ６の水底側端部の近傍に設置する方が、ライザー管４内を揚収される塊状のガスハイドレートｍを早い段階で破砕でき、ライザー管４の閉塞を抑制するには有利である。
【００３６】
掘削歯７を水底２に接触させた後に、ドリルパイプ６をその軸線ｃ周りに反時計回りに回転させる。例えば１０〜３００ｒｐｍでドリルパイプ６を回転させると、これにともない掘削歯７が回転して水底２を掘削する。このとき収集船３からドリルパイプ６内に海水等の流体を供給して、掘削歯７近傍から排出する構成にすることができる。この流体により、水底２から削り取られた被掘削物を水底２から分離させ易くすることができる。
【００３７】
水底２から分離された塊状のガスハイドレートｍ（被掘削物）は、ドリルパイプ６とライザー管４との間を通じて収集船３まで揚収される。ライザー管４内に発生した上昇流により、ライザー管４の水底側端部と水底２との間から周囲の海水等がライザー管４内に流入する。ドリルパイプ６とともに軸線ｃ周りに回転している破砕刃９は、ドリルパイプ６とライザー管４との間を上昇してくる塊状のガスハイドレートｍに衝突して破砕する。塊状のガスハイドレートｍは破砕刃９により小さく破砕されるので、ガスハイドレートｍがドリルパイプ６とライザー管４との間に挟まってライザー管４を閉塞させることを抑制するには有利である。
【００３８】
この実施形態では破砕刃９がパドル面１０を有しているので、ライザー管４内に旋回流が発生する。この旋回流により比重の比較的小さい塊状のガスハイドレートｍはライザー管４の中心部に集まり、ガスハイドレートｍがライザー管４の内周面に付着することを抑制できるので、ライザー管４が閉塞すること抑制するには有利である。軸線方向ｚに対するパドル面１０の面方向の角度θは適宜決定することができる。
【００３９】
破砕刃９が支持軸１１を介してドリルパイプ６の外周面に設置される構成にしてもよい。支持軸１１はドリルパイプ６の軸線方向ｚに直交する方向に延設され、この支持軸１１により破砕刃９は傾動可能な状態で設置される。このときドリルパイプ６に固定された支持軸１１に対して軸受を形成された破砕刃９が回転する構成にしてもよく、ドリルパイプ６に形成された軸受に対して支持軸１１を固定された破砕刃９が回転する構成にしてもよい。
【００４０】
軸線方向ｚに対するパドル面１０の面方向の角度θを可変とすることができるので、旋回流の強さを制御することができる。この角度θは、破砕刃９を自由端側から固定端側を通過して軸線ｃを見通したときに、パドル面１０の面方向が軸線ｃと平行となる状態から水上側に向く方向に傾いた角度、即ち軸線ｃとパドル面１０の平面がなす角の角度を示す。角度θを例えば０°とすると、パドル面１０の面方向と軸線ｃとが平行になり、ライザー管４内の水を押すパドル面１０の範囲が最大となるので、旋回流は最も強くなる。角度θを例えば４５°とすると、パドル面１０は水上側に傾くので軸線ｃ周りに旋回してかつ上昇する旋回流を発生させることができる。角度θを例えば９０°とすると、パドル面１０は完全に水上側を向くので、旋回流がほとんど発生しない状態となる。つまりパドル面１０としての機能を果たさなくなる。旋回流を発生させずにガスハイドレートｍの破砕のみを行いたい場合は有利である。またドリルパイプ６の回転抵抗を小さくできるので、比較的な小さな力でドリルパイプ６を回転させることができる。なお、パドル面１０が平面ではなく湾曲したり起伏を有する形状の場合は、パドル面１０の起伏等を近似的に平面とした平均面と軸線ｃとのなす角を角度θとする。
【００４１】
角度を例えば９０°よりも大きくすると、上記とは逆側の面である底面がパドル面１０となり、旋回流を発生させるとともに下降流を発生させる。つまり軸線方向ｚに対するパドル面１０の角度θは０°以上１８０°未満の範囲で可変とすることができる。
【００４２】
ドリルパイプ６の回転方向を逆の時計回りとした場合も同様に、パドル面１０が水上側に傾く角度に応じて旋回流および上昇流が発生し、パドル面１０が水底側に傾くと下降流が発生する。
【００４３】
パドル面１０の傾きを適宜調整しながらガスハイドレートｍを揚収できるので、ドリルパイプ６を回転させるのに必要なエネルギ量を調整しつつ、旋回流の強さを調整できる。
【００４４】
ガスハイドレートｍは、破砕刃９により破砕された比較的小さい塊状体で収集船３に回収することができる。また破砕された塊を海水等で融かしながら揚収して、収集船３上で気液分離して気体の状態で回収してもよい。この場合は破砕刃９で比較的小さく破砕した後に海水等に融かすので、比較的大きな塊のまま海水等に融かすよりも効率よく融かすことができる。
【００４５】
ドリルパイプ６の軸線方向ｚに沿って複数の破砕刃９を設置してもよい。ライザー管４内を揚収される塊状のガスハイドレートｍを複数の場所で破砕刃９により破砕できるので、塊状のガスハイドレートｍをもれなく効率よく破砕するには有利である。
【００４６】
このときドリルパイプ６の水底側端部近傍に少なくとも一つの破砕刃９を設置することが望ましい。ライザー管４内を揚収される比較的大きな塊状のガスハイドレートｍを早い段階で破砕する方が、ライザー管４の閉塞を抑制するには有利である。
【００４７】
ドリルパイプ６の途中にタービンポンプ等の駆動機構を組み込み、この駆動機構により破砕刃９が回転する構成にすることができる。掘削歯７がタービンポンプ等により回転してドリルパイプ６は回転しない構成であっても、駆動機構を組み込むことで破砕刃９を回転させることができる。
【００４８】
また駆動機構を組み込む構成により、ドリルパイプ６の回転とは異なる速度で破砕刃９を回転させてもよい。例えば水底２を掘削する際の初期段階において、ドリルパイプ６とともに回転する掘削歯７の回転速度を低速の１０〜３０ｒｐｍ程度として水底２の状態を確認しながら掘削しつつ、破砕刃９の回転速度を３００〜８００ｒｐｍ程度としてライザー管４内に上昇流を発生させることができる。
【００４９】
第二の本発明の水底掘削システム１は図４および図５に例示するように、ライザー管４の水底側端部近傍に、ライザー管４の内周面から突出する状態で複数の固定破砕刃１２が設置されている。この実施形態ではライザー管４の水底側端部を水底２に接触させた状態で配置している。またドリルパイプ６の水上側から流体を供給して、掘削歯７近傍から排出された流体をライザー管４内に循環させる構成としている。
【００５０】
この実施形態では固定破砕刃１２は略平板状に形成されていて、天面が水上側を向き底面が水底側を向いた状態で、この天面が軸線方向ｚに直交する（９０°となる）状態でライザー管４に設置されている。固定破砕刃１２はライザー管４の軸線方向ｚに三枚重ねて一組としている。図５に例示するように一組の固定破砕刃１２の固定端側はライザー管４の内周面と接触する状態で設置され、自由端側はドリルパイプ６に向かって延びている。固定破砕刃１２の自由端はドリルパイプ６の外周面に接触しない位置であり、固定端から自由端までの長さはライザー管４の内周面とドリルパイプ６の外周面とを結ぶ直線の最短距離に対して４０〜７０％程度の長さとしている。
【００５１】
図４に例示するように固定破砕刃１２の自由端近傍では、重ねられた三枚の固定破砕刃１２は間隔をあけて、互いに接触しない状態に構成されている。即ち重ねられた三枚の固定破砕刃１２は、自由端に向かってその厚みが薄くなる状態に形成されている。
【００５２】
この実施形態ではライザー管４の内周面に沿って周方向に９０°ずつずらして四組の固定破砕刃１２を設置しているが、本発明はこの構成に限定されない。固定破砕刃１２は少なくとも一組設置されていればよく、五つ以上設置されてもよい。固定破砕刃１２は三枚以上重ねて一組としてもよく、重ねずに一枚で使用してもよい。
【００５３】
またライザー管４の軸線方向ｚのいずれの位置であっても、固定破砕刃１２を設置することができる。このとき固定破砕刃１２をライザー管４の水底側端部の近傍に設置する方が、ライザー管４内を揚収される塊状のガスハイドレートｍを早い段階で破砕でき、ライザー管４の閉塞を抑制するには有利である。
【００５４】
軸線方向ｚに対する固定破砕刃１２の天面の角度は、図４に例示する９０°に限らず、０°以上１８０°未満の範囲で適宜決定することができる。
【００５５】
掘削歯７により水底２から分離された塊状のガスハイドレートｍは、ドリルパイプ６とライザー管４との間を上昇していく。このときドリルパイプ６の水底側端部から排出される流体の流量を多くすることにより、ドリルパイプ６とライザー管４との間で発生する上昇流の流速を増加させることができる。この上昇流によりライザー管４内を上昇する塊状のガスハイドレートｍは、固定破砕刃１２と衝突してその衝撃により破砕されて小さくなる。
【００５６】
また塊状のガスハイドレートｍは、固定破砕刃１２の自由端と回転しているドリルパイプ６との間に挟まれて破砕される。
【００５７】
固定破砕刃１２により塊状のガスハイドレートｍを破砕できるので、ガスハイドレートｍがドリルパイプ６とライザー管４との間に挟まってライザー管４を閉塞させることを抑制するには有利である。
【００５８】
この実施形態においてドリルパイプ６に、パドル面１０を有する破砕刃９を設置する構成にすることもできる。即ち破砕刃９と固定破砕刃１２とを備える水底掘削システム１とすることができる。この構成によればライザー管４内に旋回流が発生し、この旋回流により塊状のガスハイドレートｍが上昇しつつライザー管４の軸線ｃを中心に旋回しながら固定破砕刃１２に衝突する。塊状のガスハイドレートｍが固定破砕刃１２に衝突する力を大きくできるので、ガスハイドレートｍを効率よく破砕するには有利である。
【００５９】
図６および図７に例示するように、ドリルパイプ６の水底側端部近傍に設置する破砕刃９に加えて、その水上側に第二破砕刃１３を設置する構成にすることができる。この第二破砕刃１３は、平板状に形成されていて、破砕刃９と異なり支持軸１１を介さずにドリルパイプ６に直接固定されている。また第二破砕刃１３は、ドリルパイプ６の軸線方向ｚに対して天面の角度θが９０°であり、天面が完全に水上側を向いた状態で設置されている。第二破砕刃１３の天面および底面はライザー管４内の水を押さないので、パドル面１０を有さないといえる。
【００６０】
図７に例示するように、第二破砕刃１３はドリルパイプ６の外周面に沿って周方向に９０°ずつずらして四枚設置している。固定破砕刃１２は、ライザー管４の内周面からドリルパイプ６に向かって突設され、ライザー管４の内周面に沿って周方向に９０°ずつずらして四枚配置している。
【００６１】
図６に例示するように固定破砕刃１２は、ライザー管４の軸線方向ｚに間隔をあけて複数箇所に配置されている。この構成により、ドリルパイプ６が掘削の進行等によりドリル
パイプ６の軸線方向ｚに移動した場合であっても、第二破砕刃１３がいずれかの固定破砕刃１２と対向する状態を維持し、第二破砕刃１３と固定破砕刃１２との間を通過するガスハイドレートｍを効率的に破砕することができる。
【００６２】
固定破砕刃１２と第二破砕刃１３とは、ドリルパイプ６の軸線方向ｚに移動させた場合にそれぞれの自由端が互いに接触しない大きさに形成されている。つまり固定破砕刃１２と第二破砕刃１３とが、ライザー管４の軸線方向ｚに重ならない状態となる。   
【００６３】
水底２から分離してライザー管４内を上昇する塊状のガスハイドレートｍは、まず破砕刃９により破砕される。破砕されたガスハイドレートｍは、破砕刃９のパドル面１０が発生させる旋回流により旋回しながら上昇していく。この破砕されたガスハイドレートｍは、一対の固定破砕刃１２とその間を通り回転する第二破砕刃１３に衝突したり挟まれたりして更に小さく破砕された後に、ライザー管４内を上昇していき収集船３に回収される。
【００６４】
この構成によれば、塊状のガスハイドレートｍは一定以下の大きさまで破砕されないと固定破砕刃１２および第二破砕刃１３を通過できない。つまり比較的大きな塊状のガスハイドレートｍを確実に破砕して小さくすることができる。破砕刃９等に衝突することなく比較的大きいままでライザー管４内を移動する塊状のガスハイドレートｍが存在し難くなるので、ライザー管４の閉塞を防止するにはさらに有利となる。
【００６５】
固定破砕刃１２と第二破砕刃１３とは、ライザー管４の水底側端部からある程度離れた位置に設置することが望ましい。水底２から分離した石等が上昇流によりライザー管４内を上昇することがあるが、石等は比重が大きいので、大きい塊になるほど上昇し難くなる。大きな塊の石等が上昇できない位置に固定破砕刃１２等を設置することで、この石等を噛み込み固定破砕刃１２等が破損することを防止するには有利となる。
【００６６】
ドリルパイプ６を介して掘削歯７の近傍に流体が供給されている場合は、ドリルパイプ６の外周面であって第二破砕刃１３の近傍に開口部を形成して、この流体が第二破砕刃１３の近傍に供給される構成にしてもよい。原料ガス濃度の低い水が第二破砕刃１３の近傍に供給されるので、原料水である海水等とこの海水に溶解した原料ガスとの反応によりガスハイドレートが生成し、このガスハイドレートｍが第二破砕刃１３や固定破砕刃１２に付着して、第二破砕刃１３の回転を妨げることを防止するには有利である。
【００６７】
破砕刃９、固定破砕刃１２、第二破砕刃１３は、上記に限らず適宜組み合わせて設置することができる。またライザー管４の軸線方向ｚに間隔をあけて複数箇所に適宜組み合わせて設置することができる。ライザー管４の水底側端部は、水底２に接触させてもよく、接触させなくてもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１     水底掘削システム
２     水底
３     収集船
４     ライザー管
５     掘削機構
６     ドリルパイプ
７     掘削歯
８     捕集カバー
９     破砕刃
１０   パドル面
１１   支持軸
１２   固定破砕刃
１３   第二破砕刃
ｃ     （ライザー管またはドリルパイプの）軸線
ｍ     ガスハイドレート
【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７】
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