(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
底付きの同心２重パイプからなる作業パイプ（２０）を、地上又は海上からメタンハイドレート層（Ａ）を突き抜けて更にその下方の高温地熱層（Ｂ）に達するようにして設け、前記同心２重パイプの内パイプ（２１）の上端から下端までを熱媒降下供給路（Ｒ１）とすると共に内パイプ（２１）の下端から連通する外パイプ（２２）の途中位置までを熱媒折返し供給路（Ｒ２）とすることによって、熱媒（α）を地上又は海上から高温地熱層（Ｂ）まで導いて熱交換加熱すると共に該熱交換加熱された熱媒（α）を前記メタンハイドレード層（Ａ）まで導く構成とし、且つ前記作業パイプ（２０）の前記外パイプ（２２）の途中位置に熱媒（α）の更なる上昇を阻む仕切り（２２ｃ）を設けることによって、該仕切り（２２ｃ）で仕切られた外パイプ（２２）の前記途中位置から上端までをメタンガス回収路（Ｒ３）に構成し、前記仕切り（２２ｃ）で仕切られた熱媒折返し供給路（Ｒ２）に熱媒（α）をメタンハイドレート層（Ａ）に放出する放出孔（２２ａ）を設けると共に仕切り（２２ｃ）で仕切られたメタンガス回収路（Ｒ３）にメタンハイドレート層（Ａ）で発生したメタンガス（ｍ）を回収する回収孔（２２ｂ）を設けたことを特徴とするメタンハイドレートの採取装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はメタンハイドレートの採取装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
メタンハイドレートはメタン分子が複数の凍結された水分子の籠の中に封じ込めらた状態となったものである。このようなメタンハイドレートは、日本近海の大陸棚付近の海底下数百メートルの地点に層となって大量に存在することがわかっている。
メタンハイドレートの採取に関する従来技術は、種々提供されている。その方法としては、メタンハイドレート層を直接的に掘削してメタンガスを回収する方法、メタンハイドレート層に熱を注入してメタンハイドレートを分解しメタンガスを回収する方法、メタンハイドレート層内を減圧してメタンハイドレートを分解しメタンガスを回収する方法、メタンハイドレート層に分解促進剤を注入してメタンハイドレートを分解しメタンガスを回収する方法等がある。
前記メタンハイドレート層に熱を注入して分解しメタンガスを回収する方法として、特表２００２−５３６５７３号公報には、搬送管（３）をメタンハイドレート層まで案内し、その搬送管（３）の下部領域に圧縮空気を送り込んで、搬送管（３）内に上昇流を生じせしめて、メタンハイドレートを一緒に上方へ連行しながら融解し、メタンガスを回収する方法が開示されている。
特開２００４−３２１９５２号公報には、海底基地（３０）から温水をメタンハイドレート層まで供給して、メタンガスを回収する方法が開示されている。
特開２００５−６０９５７号公報には、メタンハイドレート層に複数の水平抗井を配設し、熱水や蒸気を循環させることで、メタンガスを回収する方法が開示されている。
【特許文献１】特表２００２−５３６５７３号公報
【特許文献２】特開２００４−３２１９５２号公報
【特許文献３】特開２００５−６０９５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記特許文献１〜３の発明は、何れも加熱した空気、温水、熱水、蒸気等を海上部（地上部）で製造して、メタンハイドレート層にまで供給する方式を採用している。そのため加熱に要するコスト負担が大きくなる問題があった。また温水等がメタンハイドレート層に至るまでに温度が低下して、効率が悪くなる問題があった。
【０００４】
そこで本発明は上記従来の問題点を解決し、熱媒を用いてメタンハイドレート層のメタンハイドレートを分解してメタンガスを回収する方式のメタンハイドレート採取装置において、採取作業に必要な熱エネルギーのコストを十分に低減することができ、且つ十分な熱量でもって、効率よくメタンハイドレートを分解してメタンガスを回収することができるメタンハイドレートの採取装置の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を達成するため本発明のメタンハイドレートの採取装置は、底付きの同心２重パイプからなる作業パイプ２０を、地上又は海上からメタンハイドレート層Ａを突き抜けて更にその下方の高温地熱層Ｂに達するようにして設け、前記同心２重パイプの内パイプ２１の上端から下端までを熱媒降下供給路Ｒ１とすると共に内パイプ２１の下端から連通する外パイプ２２の途中位置までを熱媒折返し供給路Ｒ２とすることによって、熱媒αを地上又は海上から高温地熱層Ｂまで導いて熱交換加熱すると共に該熱交換加熱された熱媒αを前記メタンハイドレード層Ａまで導く構成とし、且つ前記作業パイプ２０の前記外パイプ２２の途中位置に熱媒αの更なる上昇を阻む仕切り２２ｃを設けることによって、該仕切り２２ｃで仕切られた外パイプ２２の前記途中位置から上端までをメタンガス回収路Ｒ３に構成し、前記仕切り２２ｃで仕切られた熱媒折返し供給路Ｒ２に熱媒αをメタンハイドレート層Ａに放出する放出孔２２ａを設けると共に仕切り２２ｃで仕切られたメタンガス回収路Ｒ３にメタンハイドレート層Ａで発生したメタンガスｍを回収する回収孔２２ｂを設けたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１に記載のメタンハイドレートの採取装置によれば、熱媒αが作業パイプ２０を通じて、メタンハイドレート層Ａを突き抜けて更に下方の高温地熱層Ｂまで導かれる。そしてこの高温地熱層Ｂを通る間に熱交換加熱される。続いて加熱された熱媒αが上昇してメタンハイドレード層Ａに導かれるようになされる。よってメタンハイドレート層Ａに導かれる熱媒は、予め地上又は海上で人工的に加熱する必要がない。このため熱媒加熱のためのエネルギーコストを大幅に低減することができる。また地上又は海上からメタンハイドレート層Ａまでの長距離を加熱熱媒を降下させる場合には、その降下の間に大きな放熱ロスが熱媒に生じることになるが、本発明では加熱した熱媒αを地上や海上から降下させる必要がないので、熱効率の低下による採取効率の低下を回避して、効率のよい採取が可能となる。
また熱媒αは高温地熱層Ｂで熱交換加熱されたものがメタンハイドレート層Ａに導かれるようにしているので、無限といえる地熱を利用して、十分に豊富な熱量をメタンハイドレート層Ａに導いて速やかなるメタンハイドレートの加熱分解を図ることができる。
高温地熱層Ｂはメタンハイドレート層Ａの下方に必ずといってよいほど存在するので、メタンハイドレート層Ａのある何れの地点からも、ボーリングによるメタンハイドレートの採取が可能である。
【０００７】
また作業パイプ１０は底付きの同心２重パイプとし、該作業パイプ２０の内パイプ２１上端から下端までを熱媒降下供給路Ｒ１とすると共に内パイプ２１の下端から連通する外パイプ２２の途中位置までを熱媒折返し供給路Ｒ２とすることにより、熱媒αを地上又は海上から内パイプ２０の熱媒降下供給路Ｒ１を通じて、メタンハイドレート層Ａを突き抜け、更に下方の高温地熱層Ｂまで導くことができる。これによって熱媒αを地熱によって熱交換加熱することができる。そして高温地熱層Ｂで熱交換加熱された熱媒αを外パイプ２１の熱媒折返し供給路Ｒ２を通じてメタンハイドレート層Ａに導くことができる。これによってメタンハイドレート層Ａにおいてメタンハイドレートを加熱分解することができる。
また内パイプ２１の下端から連通する外パイプ２２の途中位置に熱媒αの更なる上昇を阻む仕切り２２ｃを設けることによりよって、仕切り２２ｃで仕切られた外パイプ２２の前記途中位置から上端までをメタンガス回収路Ｒ３として構成したので、メタンハイドレート層Ａで加熱分解されて発生したメタンガスｍを外パイプ２２のメタンガス回収路Ｒ３を通じて容易に回収することができる。
また外パイプ２２に途中位置に設けた仕切り２２ｃによって、高温地熱層Ｂで熱交換加熱された熱媒αの更なる上昇をさせることなく放出孔２２ａからメタンハイドレート層Ａに確実に導くことができると共にメタンハイドレート層Ａで発生したメタンガスｍを回収孔２２ｂから確実に回収することができる。
よって本発明のメタンハイドレート採取装置によれば、同心２重パイプによる作業パイプ２０を用いて、ボーリング本数が少なくてすみ、且つ地熱利用したエネルギーコストの少ない、効率のよいメタンハイドレートの採取が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下の図面を参照して、本発明のメタンハイドレートの採取装置の実施形態について説明する。
図１は本発明の第１の実施形態に係るメタンハイドレートの採取装置の全体を示す概略図、図２はメタンハイドレートの採取装置の要部を示す図である。図３は本発明の第２の実施形態に係るメタンハイドレートの採取装置の要部を示す図である。図４は本発明の第３の実施形態に係るメタンハイドレートの採取装置の概略図である。
【０００９】
図１を参照して、本発明の第１の実施形態に係るメタンハイドレートの採取装置においては、水上の中継施設１から陸上の本格的施設２との間にパイプライン３が配管される。
前記水上の中継施設１からは、同心２重パイプを作業パイプ１０として、海底下に降下させて立設する。
作業パイプ１０は、その下端が海底下のメタンハイドレート層Ａを越えて、更にその下方の高温地熱層Ｂに達するようにする。即ち、海上の中継施設１からボーリングによってメタンハイドレート層Ａを突き抜け、その下方の高温地熱層Ｂまで掘り下げる。
前記メタンハイドレート層Ａは日本近海においては、大陸棚近くの海底下数百メートルの位置に存在すると言われている。一方、日本は近海においては、殆ど全ての領域において、高温岩盤層等の高温地熱層Ｂが必ず存在する。
【００１０】
図２も参照して、前記同心２重パイプからなる作業パイプ１０は、内パイプ１１と外パイプ１２とからなり、内パイプ１１の下端が開放されている。よって内パイプ１１の上端から降下された熱媒αは、内パイプ１１の下端開口１１ａから外パイプ１２に入り、外パイプ１２を上昇して循環する。
前記外パイプ１２の途中位置に熱媒αの放出孔１２ａを設けている。また前記外パイプ１２の途中位置の前記放出孔１２ａより上の位置にメタンガスｍの回収孔１２ｂを設けている。前記熱媒αの放出孔１２ａ及びメタンガスｍの回収孔１２ｂは、何れもメタンハイドレート層Ａに位置するように構成している。
前記放出孔１２ａからメタンハイドレート層Ａへ放出される熱媒αの量は、供給されてくる全熱媒αの一部として、他の熱媒αは外パイプ１２内を上方に循環するように構成している。
前記回収孔１２ｂは、複数の小孔を設けてメタンガスｍがパイプ内に入りやすいようにしている。
【００１１】
上記の構成により、作業パイプ１０の内パイプ１１の上端から下端までを熱媒降下供給路Ｒ１とし、内パイプ１１の下端から外パイプ１２の途中位置までを熱媒折返し供給路Ｒ２とし、該熱媒折返し供給路Ｒ２に引き続いて外パイプ１２の途中位置から上端までをメタンガス回収路Ｒ３として構成している。
前記熱媒降下供給路Ｒ１を降下してきた熱媒αは、高温地熱層Ｂに達することで熱交換加熱され、熱媒折返し供給路Ｒ２を通ってメタンハイドレート層Ａに達し、メタンハイドレートをパイプ内から熱交換加熱して分解する。また放出孔１２ａから一部の熱媒αがメタンハイドレート層Ａ内に放出され続け、メタンハイドレートを継続して加熱、分解する。
メタンハイドレート層Ａで発生したメタンガスｍは回収孔１２ｂから外パイプ１２内に入り、熱媒αと共にメタンガス回収路Ｒ３を外パイプ１２の上端へ移動し、回収される。
【００１２】
前記水上の中継施設１は、船上や浮きドッグとする。中継施設１には気液分離層１ａを備えており、分離されたメタンガスｍはパイプライン３を経て陸上の本格的施設２に送られ、精製される。
気液分離槽１ａでガスが分離された熱媒αは、異物が取り除かれた後、循環ポンプ１ｂにより、再び内パイプ１１に送られる。
循環ポンプ１ｂの吐出量を調整することで、熱媒αの供給量を調整することができ、メタンハイドレートの分解量を調整することができ、よってメタンガスｍの発生量を調整することができる。
なお熱媒αとしては、水や海水を用いることができる。
またメタンガス回収路Ｒ３には吸引ポンプや減圧ポンプを設けるようにしてもよい。
【００１３】
図３を参照して、本発明の第２の実施形態に係るメタンハイドレートの採取装置を説明する。
第２の実施形態において、水上の中継施設１、陸上の本格的施設２、パイプライン３を設けることは、既述の第１の実施形態と同様である。ただしポンプ１ｃが第１の実施形態における循環ポンプ１ｂと異なる。
また第２の実施形態においても、同心２重管からなる作業パイプ２０を設ける。この作業パイプ２０は第１の実施形態における作業パイプ１０に対応する。
【００１４】
作業パイプ２０は、ボーリングによって、その下端が海底下のメタンハイドレート層Ａを越えて、更にその下方の高温地熱層Ｂに達するようにする。
作業パイプ２０は内パイプ２１と外パイプ２２とからなる。内パイプ２１は第１の実施形態における内パイプ１１に相当する。また外パイプ２２は第１の実施形態の外パイプ１２に相当する。
内パイプ２１の下端は開放され、下端開口２１ａとなって外パイプ２２に連通している。よって内パイプ２１の上端から降下された熱媒αは、内パイプ２１の下端開口２１ａから外パイプ２２に入り、外パイプ２２を上昇する。
【００１５】
前記外パイプ２２の途中位置に熱媒αの放出孔２２ａを設けている。また前記外パイプ２２の途中位置の前記放出孔２２ａより上の位置にメタンガスｍの回収孔２２ｂを設けている。前記熱媒αの放出孔２２ａ及びメタンガスｍの回収孔２２ｂは、何れもメタンハイドレート層Ａに位置するように構成している。
更に本実施形態では、前記放出孔２２ａと回収孔２２ｂとの間の外パイプ２２に仕切り２２ｃを設けている。即ち、本第２の実施形態では、熱媒αは仕切り２２ｃによって、更なる上昇を阻まれ、熱媒αの全量が放出孔２２ａからメタンハイドレート層Ａに放出される。
メタンハイドレート層Ａで発生したメタンガスｍは回収孔２２ｂから外パイプ２２内に回収され、上昇される。
【００１６】
上記の構成により、作業パイプ２０の内パイプ２１の上端から下端までを熱媒降下供給路Ｒ１とし、内パイプ２１の下端から外パイプ２２の途中位置までを熱媒折返し供給路Ｒ２とし、該熱媒折返し供給路Ｒ２とは仕切り２２ｃで仕切られた外パイプ２２の途中位置から上端までをメタンガス回収路Ｒ３として構成している。
前記熱媒降下供給路Ｒ１を降下してきた熱媒αは、高温地熱層Ｂに達することで熱交換加熱され、熱媒折返し供給路Ｒ２を通ってメタンハイドレート層Ａに達し、放出孔２２ａからメタンハイドレート層Ａ内に放出される。これによってメタンハイドレートが加熱、分解される。
メタンハイドレート層Ａで発生したメタンガスｍは回収孔２２ｂから外パイプ２２内に入り、メタンガス回収路Ｒ３を外パイプ２２の上端へ移動し、回収される。この場合において、第１の実施形態の場合と異なる点は、第２の実施形態では熱媒αがメタンガス回収路Ｒ３に循環しないことである。
【００１７】
前記水上の中継施設１において、第１の実施形態と異なる点は、熱媒αが循環しないことである。熱媒αは水や海水とし、ポンプ１ｃにより供給源から調達して内パイプ２１に送られる。
ポンプ１ｃの吐出量を調整することで、熱媒αの供給量を調整することができ、メタンハイドレートの分解量を調整することができ、よってメタンガスｍの発生量を調整することができる。
なおメタンガス回収路Ｒ３には、吸引ポンプや減圧ポンプを設けるようにしてもよい。
【００１８】
図４を参照して、本発明の第３の実施形態を説明する。この実施形態では既述した図１、図２に示すメタンハイドレートの採取装置、及び図３に示すメタンハイドレートの採取装置のそれぞれにおいて、水上の中継施設１を設けないようにしたものである。そして作業パイプ１０のうち、陸上からボーリングポイントのある海底の地点まではフレキシブルな同心２重パイプ１０ａを延設し、海底のボーリングポイントから海底下に向けては、ボーリングによる穴に剛性の同心２重パイプを立設するようにして構成している。前記フレキシブルな同心２重パイプ１０ａは、剛性の同心２重パイプに対してユニバーサルジョイントで接続することができる。
このように陸上から海底のボーリングポイントまでを、フレキシブルな同心２重パイプ１０ａを用いて水面下を延設し、より具体的には海底に沿って降下、延設することで、海上にはパイプライン３を構築する必要がなくなり、よって設備コストの増大や、海上航行への支障をなくすことができる。
なお既述の第１、第２の実施形態において説明している気液分離層１ａや循環ポンプ１ｂ、或いはポンプ１ｃの設備は、陸上の本格的施設２に直接設けることができる。
図４において示す符号、番号で、既述した実施形態の符号、番号と同じ符号、番号のものは、同じ機能を果たす部材、要素であり、説明を省略する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るメタンハイドレートの採取装置の全体を示す概略図である。
【図２】メタンハイドレートの採取装置の要部を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るメタンハイドレートの採取装置の要部を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係るメタンハイドレートの採取装置の概略図である。
【符号の説明】
【００２０】
１    水上の中継施設
１ａ  気液分離槽
１ｂ  循環ポンプ
１ｃ  ポンプ
２    陸上の本格的施設
３    パイプライン
１０    作業パイプ
１０ａ  フレキシブルな同心２重パイプ
１１    内パイプ
１１ａ  下端開
１２    外パイプ
１２ａ  放出孔
１２ｂ  回収孔
２０    作業パイプ
２１    内パイプ
２１ａ  下端開口
２２    外パイプ
２２ａ  放出孔
２２ｂ  回収孔
２２ｃ  仕切り
Ａ      メタンハイドレート層
Ｂ      高温地熱層
Ｒ１    熱媒降下供給路
Ｒ２    熱媒折返し供給路
Ｒ３    メタンガス回収路
α      熱媒
ｍ      メタンガス
【要約】
【課題】採取作業に必要な熱エネルギーのコストを十分に低減することができ、且つ十分な熱量でもって、効率よくメタンハイドレートを分解し、メタンガスを回収することができるメタンハイドレートの採取方法と採取装置の提供を課題とする。
【解決手段】海上（地上を含む）からボーリングにて、メタンハイドレート層Ａの更に下方の高温地熱層Ｂまで掘り下げ、作業パイプ１０を通じて熱媒を前記高温地熱層Ｂまで導いて熱交換加熱すると共にその熱交換加熱された熱媒を更にメタンハイドレート層Ａまで導き、熱媒の熱によってメタンハイドレートを分解し、得られるメタンガスを回収するようにした。
【選択図】      図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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