(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業船支援ユニット、給電ユニット、掘削及びケーシングユニット、及びガスバリア断熱ユニットを含み、前記作業船支援ユニットは、ハイドレート採掘において基礎となるハード面の支援を提供するとともに、採掘した天然ガスハイドレートの回収を実現するものであり、前記給電ユニットは、給電ケーブル（１０）を通じて前記ガスバリア断熱ユニットと接続され、
前記掘削及びケーシングユニットは、生産井（１１）、穿孔（１２）及び天然ガス輸送管路（１４）を含み、前記穿孔（１２）は、前記生産井（１１）内のハイドレート濃縮層の位置に設けられ、前記天然ガス輸送管路（１４）は、一端が前記生産井（１１）内に設置され、他端は前記作業船支援ユニットと接続され、前記天然ガス輸送管路（１４）には減圧制御弁（１３）が配設されており、
前記ガスバリア断熱ユニットは、泥火山を被覆するようにまんべんなく敷設され、前記給電ユニットと接続されたガスバリア断熱シールド（１５）を含み、前記ガスバリア断熱シールド（１５）は、下から上の順に、熱伝導性アルミ箔層（１５１）、炭素繊維発熱線層（１５２）、石綿断熱層（１５３）及び耐熱ガスバリア層（１５４）となっており、堆積物層の内部に向けて熱を供給するのに用いられ、天然ガスハイドレート埋蔵層に対する加熱を実現し、
前記ガスバリア断熱ユニットは、熱極（１６）も含み、前記熱極（１６）はハイドレート飽和度が高く、厚みのある位置に設置され、前記熱極（１６）と前記炭素繊維発熱線層（１５２）には２本の独立した給電回路が採用されており、前記熱極（１６）の給電回路は前記石綿断熱層（１５３）と前記耐熱ガスバリア層（１５４）の間に独立して埋設されることを特徴とする、被覆式深海泥火山型天然ガスハイドレート採掘システム。
【請求項２】
採掘母船（１）と前記天然ガス輸送管路（１４）の接続部には安全切り離しシステム（８）も設置されており、これにより、突発的な悪天候や他の災害事象に対応することを特徴とする、請求項１に記載の被覆式深海泥火山型天然ガスハイドレート採掘システム。
【請求項３】
前記給電ユニットは、前記作業船支援ユニットに設置されたソーラー加熱パネル（５）、光電変換器（６）及び蓄電池（７）を含み、前記給電ユニットを通じて太陽エネルギー又は前記蓄電池中の電気を前記ガスバリア断熱シールド（１５）と前記熱極（１６）中に送り、ハイドレートに対して加熱を行うことを特徴とする、請求項１に記載の被覆式深海泥火山型天然ガスハイドレート採掘システム。
【請求項４】
前記作業船支援ユニットは、前記採掘母船（１）、リフト機構（２）及び天然ガス貯蔵装置（３）を含み、前記天然ガス貯蔵装置（３）には流量制御弁（４）が設置されており、前記給電ケーブル（１０）には温度圧力センサ（９）がさらに設置されており、前記温度圧力センサ（９）及び前記流量制御弁（４）が収集したシステム情報により、システム稼働状態の判別及び制御を行うことを特徴とする、請求項２に記載の被覆式深海泥火山型天然ガスハイドレート採掘システム。
【請求項５】
泥火山の中心通路を確定し、前記泥火山の中心通路で掘削し、ケーシングを配設し、穿孔する第１工程と、
前記泥火山の両翼にガスバリア断熱ユニットを配置し、前記ガスバリア断熱ユニットはガスバリア断熱シールド（１５）及び熱極（１６）を含み、前記ガスバリア断熱シールド（１５）は、下から上の順に、それぞれ熱伝導性アルミ箔層（１５１）、炭素繊維発熱線層（１５２）、石綿断熱層（１５３）及び耐熱ガスバリア層（１５４）となっている、第２工程と、
船に搭載された給電ユニットを利用してハイドレートを加熱する第３工程と、
生産井内のガスを回収し、作業船上で貯蔵する第４工程と、を工程に含むことを特徴とする、請求項１に記載の被覆式深海泥火山型天然ガスハイドレート採掘システムによる採掘方法。
【請求項６】
前記第１工程中、前記泥火山の中心通路の位置は、２次元マルチチャンネル地震探査における断面図の解析結果及び海底の撮影により確定した冷泉噴口の位置によって確定することを特徴とする、請求項５に記載の被覆式深海泥火山型天然ガスハイドレート採掘システムによる採掘方法。
【請求項７】
前記第１工程は、具体的には、
深海掘削技術を利用して、前記泥火山の中心通路内で掘削を行い、前記掘削は天然ガス上部の堆積物被覆層（１８）を突き抜けてハイドレート埋蔵層（１７）に進入し、泥火山の基盤岩部で坑底となり、これにより前記生産井（１１）が形成され、
次に前記ケーシングを設置し、前記ハイドレート埋蔵層の位置で前記穿孔（１２）を行うことで、ハイドレートの分解により生成された水とガスが導入され、前記生産井（１１）内には減圧制御弁（１３）が配設され、これにより加熱方法と減圧方法を併用した効果が達成され、ハイドレートをより一層十分に分解させる、という方法により実現することを特徴とする、請求項５に記載の被覆式深海泥火山型天然ガスハイドレート採掘システムによる採掘方法。
【請求項８】
前記第２工程は、具体的には、
泥火山両翼のハイドレート飽和度が高く、層位が厚い位置に穿孔を行い、前記熱極（１６）を入れ、
次に、工学型水中ロボットを利用して、前記泥火山上に前記ガスバリア断熱シールド（１５）をまんべんなく敷設して、前記ガスバリア断熱シールド（１５）を穿孔に入れた前記熱極（１６）に接続し、前記ガスバリア断熱シールド（１５）は前記泥火山中心の穿孔位置で開口する、という方法により実現することを特徴とする、請求項５に記載の被覆式深海泥火山型天然ガスハイドレート採掘システムによる採掘方法。
【請求項９】
前記第４工程中、ハイドレートから放出されるガスが前記穿孔（１２）から前記生産井（１１）に流入した後、前記天然ガス輸送管路（１４）によって採掘母船上の天然ガス貯蔵装置（３）中に輸送され、前記天然ガス輸送管路（１４）と前記採掘母船の接続部には安全切り離しシステム（８）も設置されており、これにより、突発的な悪天候や他の災害事象に対応することを特徴とする、請求項５に記載の被覆式深海泥火山型天然ガスハイドレート採掘システムによる採掘方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海底天然ガスハイドレート資源の探査及び採掘技術分野に属し、特に被覆式深海泥火山型天然ガスハイドレート採掘システム及びその方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
天然ガスハイドレート（メタンハイドレートとも呼ばれる）は、メタンなどのアルカン類ガスと水が低温高圧の条件下で結晶化して形成する氷状の化合物であり、ガスの移動・集積方法、埋蔵深度及び成因モデルなどの総合的な要素により区分され、海洋中の天然ガスハイドレートはさらに深層拡散型と浅層浸出型の２タイプに分類される。そのうち、浅層浸出型ハイドレートは、泥ダイアピル、泥火山、ガスチムニーなど、多くの特殊な地質体と密接に関係している。
【０００３】
多くの海域では、泥火山型浅層ハイドレートの成長が非常に良く、これらの泥火山の直径は数メートルから数百メートルに及び、海底から数メートルから数十メートルの比高を有しており、その中には高飽和度のハイドレートが大量に充填されている。調査によれば、南シナ海トラフにおける単体の泥火山のメタン埋蔵量は１０億立方メートルに達しており、そのような泥火山は通常、海域中で群を形成し、数十〜数百個に及ぶこともある。例えば日本海では、既に１７４２個の浅浅層型ハイドレート構造体が発見されており、その多くが泥火山構造である。海底分布の普遍性、浅層の埋設深さ及び厚層状の埋蔵方法、並びに高い飽和度を有するなどの特徴ゆえに、泥火山型浅層ハイドレートは、ハイドレート産業化が期待される重要な目標として深層拡散型ハイドレートと同一視されており、その資源的価値は計り知れない。
【０００４】
現在、浅層ハイドレートについては既に数種類の採掘方法が提出されており、それには公知の固体流動化方法、ロボットによる採掘方法などが含まれる。しかし、泥火山という特殊な構造に対応した方法は、今のところ提供されていない。また、固体流動化方法は、簡単且つ実施が容易である一方で、広い面積における生態学的災害や環境災害を招く恐れがあり、リスクコントロールができない。ロボットによる採掘方法の構想は、斬新ではあるものの、やはり海底掘削において環境リスクを招く可能性があり、またロボットによる採掘は関係する技術の難易度が高く、多くの困難があり、今のところ、海底マンガン団塊、金属硫化物を含む各海底採鉱分野においても、ロボットによる作業が実施段階に進んだ先例はない。これは、海底ロボットによる採鉱が現段階では１つの設計概念であり、工業生産における実投入への道はまだ遠いことを意味する。
【０００５】
深海泥火山型ハイドレートの埋蔵位置は比較的浅く、海底表面に露出しているものもあり、埋蔵範囲も通常は比較的集中しており、上部は海底表面から丘状に突出し、中心部にはガスの流路が形成されている。こうした特殊な構造を鑑みた採掘技術が期待されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、被覆式深海泥火山型天然ガスハイドレート採掘システム及びその方法を提供するが、それは主に海底泥火山型浅層塊状ハイドレートに使用され、深海泥火山型ハイドレートの埋蔵特徴に基づき、被覆式保温加熱を採用した方法によりハイドレートを採掘するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、以下の技術案を採用して実現したものである。
【０００８】
被覆式深海泥火山型天然ガスハイドレート採掘システムであって、作業船支援ユニット、給電ユニット、掘削及びケーシングユニット、及びガスバリア断熱ユニットを含み、作業船支援ユニットは、ハイドレート採掘において基礎となるハード面の支援を提供するとともに、採掘した天然ガスハイドレートの回収を実現するものであり、給電ユニットは、給電ケーブルを通じてガスバリア断熱ユニットと接続される。
【０００９】
掘削及びケーシングユニットは、生産井、穿孔及び天然ガス輸送管路を含み、穿孔は、ハイドレート放出流体をより良好に導流するため、生産井内のハイドレート濃縮層の位置に設けられ、天然ガス輸送管路は、一端が生産井内に設置され、他端は作業船支援ユニットと接続され、天然ガス輸送管路には減圧制御弁が配設されており、これにより、減圧法と加熱法の併用を達成し、天然ガスハイドレートのスムーズな産出を保証する。
【００１０】
ガスバリア断熱ユニットは、泥火山を被覆するようにまんべんなく敷設され、給電ユニットと接続されたガスバリア断熱シールドを含み、ガスバリア断熱シールドは、下から上の順に、それぞれ熱伝導性アルミ箔層、炭素繊維発熱線層、石綿断熱層及び耐熱ガスバリア層となっており、堆積物層の内部に向けて熱を供給するのに用いられ、天然ガスハイドレート埋蔵層に対する加熱を実現する。
【００１１】
さらに、ガスバリア断熱ユニットは、熱極も含み、熱極はハイドレート飽和度が高く、厚みのある位置に設置され、熱極とガスバリア断熱シールドの炭素繊維発熱線層には２本の独立した給電回路が採用されており、熱極の給電回路は石綿断熱層と耐熱ガスバリア層の間に独立して埋設される。
【００１２】
さらに、採掘母船と天然ガス輸送管路の接続部には安全切り離しシステムも設置されており、これにより、突発的な悪天候や他の災害事象に対応し、リスク回避を実現し、作業の安全を保証する。
【００１３】
さらに、給電ユニットは、作業船支援ユニットに設置されたソーラー加熱パネル、光電変換器及び蓄電池を含み、給電ユニットを通じて太陽エネルギー又は蓄電池中の電気をガスバリア断熱シールドと熱極中に送り、ハイドレートに対して加熱を行う。
【００１４】
さらに、作業船支援ユニットは、採掘母船、リフト機構及び天然ガス貯蔵装置を含み、天然ガス貯蔵装置には流量制御弁が設置されており、給電ケーブルには温度圧力センサがさらに設置されており、温度圧力センサ及び流量制御弁が収集したシステム情報により、システム稼働状態の判別及び制御を行い、システムが安全且つ高効率で稼働するのを保証する。
【００１５】
本発明はさらに、被覆式深海泥火山型天然ガスハイドレート採掘システムの採掘方法を提供し、それには以下の工程を含む。
【００１６】
第１工程で、泥火山の中心通路を確定し、泥火山の中心通路で掘削し、ケーシングを配設し、穿孔を行う。
【００１７】
第２工程で、泥火山両翼にガスバリア断熱ユニットを配置し、ガスバリア断熱ユニットはガスバリア断熱シールド及び熱極を含み、ガスバリア断熱シールドは、下から上の順に、それぞれ熱伝導性アルミ箔層、炭素繊維発熱線層、石綿断熱層及び耐熱ガスバリア層となっている。
【００１８】
第３工程で、船に搭載された給電ユニットを利用して、ハイドレートを加熱する。
【００１９】
第４工程で、生産井内のガスを回収し、作業船上で貯蔵する。
【００２０】
さらに、第１工程中、泥火山の中心通路の位置は、２次元マルチチャンネル地震探査における断面図の解析結果及び海底の撮影により確定した冷泉噴口の位置によって確定する。
【００２１】
さらに、第１工程は具体的には以下の方式により実現する。
【００２２】
深海掘削技術を利用して、泥火山の中心通路内で掘削を行い、掘削は天然ガス上部の堆積物被覆層を突き抜けてハイドレート埋蔵層に進入し、泥火山の基盤岩部で坑底となり、これにより生産井が形成される。
【００２３】
次にケーシングを設置し、ハイドレート埋蔵層の位置で穿孔を行うことで、ハイドレートの分解により生成された水とガスが導入され、生産井内には減圧制御弁を配設し、これにより加熱方法と減圧方法を併用した効果が達成され、ハイドレートをより一層十分に分解させる。
【００２４】
さらに、第２工程は具体的には以下の方式により実現する。
【００２５】
泥火山両翼のハイドレート飽和度が高く、層位が厚い位置に穿孔を行い、熱極を入れる。
【００２６】
次に、工学型水中ロボットを利用して、泥火山上にガスバリア断熱シールドをまんべんなく敷設して、ガスバリア断熱シールドを穿孔に入れた熱極に接続し、ガスバリア断熱シールドは泥火山中心の穿孔位置で開口する。
【００２７】
さらに、第４工程中、ハイドレートから放出されるガスが穿孔から生産井に流入した後、天然ガス輸送管路によって採掘母船上の天然ガス貯蔵装置中に輸送される。天然ガス輸送管路と採掘母船の接続部には安全切り離しシステムも設置されており、これにより、突発的な悪天候や他の災害事象に対応する。
【発明の効果】
【００２８】
従来技術と比較すると、本発明は以下の優位点及び好ましい効果を有する。
【００２９】
１）ガスバリア断熱シールドは、泥火山の形状に応じて自由に敷設可能であり、且つ良好なガス漏れ防止能力を有しており、これによりハイドレート分解ガスが両翼から流出するのを防いでいる。さらに、均一な加熱機能を有しており、ガスバリア層と発熱層の間には石綿材料を利用した断熱処理が施されており、発熱層を下部のハイドレート方向だけに向くようにさせることで、エネルギー消費を最大限に減少させている。
【００３０】
２）同時に、ハイドレート飽和度が高く、厚さが大きい位置に複数の熱極が集成され、ガスバリア断熱シールドの発熱部材と効果的に接続されており、各熱極はハイドレート層の実際の深さに応じて必要な深さまで貫入可能であり、さらに目標エリアのハイドレートを加熱して、分解されたハイドレートを坑底の差圧作用下で生産井の穿孔から生産井内へ流入させている。
【００３１】
本案は、加熱法によるハイドレート採掘中の、加熱範囲が小さく、エネルギー消費が多く、生産率が低いという欠点を克服しただけでなく、採掘効率を大幅に向上させることができる。同時に、従来方法の海底の広い範囲を掘削することで環境リスクや生態学的災害を招く可能性も克服しており、ハイドレートの大規模で高効率且つ経済的な採掘を実現することができ、応用において高い将来性や価値を有している。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施例における深海泥火山型ハイドレート採掘システムの概念図である。
【図２】本発明の実施例におけるガスバリア断熱シールドの構造概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明の上記目的、特徴及び優位点をより明解にするため、以下では図面と実施例に基づき、本発明についてさらに詳しく説明する。本発明を十分に理解できるよう、以下の説明では多くの細部について具体的に詳述する。但し、本発明はここでの説明とは異なる他の方法により実施することも可能であり、本発明は以下に開示する具体的な実施形態に限定されない。
【００３４】
本発明は、被覆式深海泥火山型天然ガスハイドレート採掘システム及びその方法を提供するが、それは主に海底泥火山型浅層塊状ハイドレートに使用され、特殊な設計のガスバリア断熱シールドと熱極による加熱で天然ガスハイドレートを採掘し、分解されたハイドレートは坑底の差圧作用下で生産井の穿孔から生産井内へ流入し、且つ生産井中に配設された減圧装置によってさらにハイドレートが分解され、泥火山型ハイドレートの加熱法による採掘が完成する。同時に、エネルギー消費を低減し、経済性を高めるために、ソーラー発電を利用して熱極を加熱させ、陰雨や夜中の太陽エネルギー変換効率が不足する状況においては、船に搭載されている自船電源装置に切り替えることもでき、これにより、安定した持続的生産を保証している。
【実施例１】
【００３５】
本実施例は、海底泥火山型ハイドレート向けの加熱法による被覆式採掘システムを提供するが、資源探査段階において、海底泥火山中の堆積物層１８の下にハイドレート層１７があると確定した場合には、当該装置システム及び関連技術を利用して、ハイドレート採掘を行い、天然ガスを得ることができる。具体的には、図１に示す通りである。
【００３６】
採掘システムは、作業船支援ユニット、給電ユニット、掘削及びケーシングユニット、及びガスバリア断熱ユニットを含み、作業船支援ユニットは、採掘母船１、リフト機構２及び天然ガス貯蔵装置３及び安全切り離しシステム８を含み、天然ガス貯蔵装置３には流量制御弁４が設置されており、安全切り離しシステムは、突発的な悪天候や他の災害事象に対応して、作業現場から離れてリスク回避するため、採掘母船と他の水中システムを緊急に切り離すことができ、他のシステムはそのまま海底に留め置き、天気が通常に回復するか又は災害事象がなくなるのを待ってから、採掘母船を再び現場に戻して、切り離し装置を接続することにより、作業を継続することができる。
【００３７】
給電ユニットは、作業船支援ユニットに設置されたソーラー加熱パネル５、光電変換器６及び蓄電池７を含み、給電ユニットは給電ケーブル１０を介してガスバリア断熱ユニットと接続され、給電ケーブル１０には温度圧力センサ９がさらに設置されており、給電ユニットを通じて太陽エネルギー又は蓄電池中の電気をガスバリア断熱シールドと熱極中に送り、ハイドレートに対して加熱を行い、温度圧力センサ９及び流量制御弁４が自動収集したシステム情報によって稼働状態を判断し、弁の作動を適時制御して、システムの安全且つ高効率な稼働を保証する。
【００３８】
掘削及びケーシングユニットは、生産井１１、穿孔１２及び天然ガス輸送管路１４を含み、穿孔１２は、ハイドレート放出流体をより良好に導流するため、生産井１１内のハイドレート濃縮層の位置に設け、且つ減圧制御弁１３を天然ガス輸送管路１４の適当な位置に配設し、これにより、減圧法と加熱法の併用を達成し、天然ガスハイドレートのスムーズな産出を保証する。掘削位置は、泥火山の中心通路の位置を選択するのが好ましい。泥火山の中心通路の位置は、泥火山の流体が外界と物質交換を行う最も重要な通路であり、側方流動状態が良好で、ハイドレートが加熱されて分解した後、ガスは通常この方向へ凝集・移動する。具体的には、２次元マルチチャンネル地震探査における断面図の解析結果及び海底の撮影により確定した冷泉噴口の位置によって、泥火山の中心通路の位置を精確に狙うことができる。
【００３９】
ガスバリア断熱ユニットは、堆積物層の内部だけに向けて熱を供給することができ、ガスバリア断熱シールド１５及び熱極１６を含み、ガスバリア断熱シールド１５は特殊な発熱体であり、下から上の順に、熱伝導性アルミ箔層１５１、炭素繊維発熱線層１５２、石綿断熱層１５３及び耐熱ガスバリア層１５４となっている。熱伝導性アルミ箔層１５１は、難燃・熱伝導作用を有しており、熱量が下の堆積物層に向かって伝達されるのを助ける。炭素繊維発熱線層１５２は、炭素繊維材料で作られ、ガスバリア断熱シールド中でＳ字形状、回字形状、又は波形状などの方式で配置される。石綿断熱層１５３は、石綿材料による断熱処理が施されており、堆積物層の内部だけに向けて熱を供給できるようにし、これにより、天然ガスハイドレート埋蔵層を高効率且つ均一に加熱する目的を達成する。石綿断熱層の表面には、耐熱ガスバリア層１５４となる耐熱塗膜（ポリスルホン類塗料、１００〜１８０℃において長期使用可能）が敷設され、これにより、当該装置にガス漏れ遮断作用を持たせて、ハイドレート分解ガスが被覆層を通って海洋又は大気中に流出するのを防止しており、同時に、この４層の材料はいずれも良好な柔軟性を有しており、使用効果に影響することなく泥火山の形状に応じて自由に曲げることが可能である。
【００４０】
また、加熱効率の違いによって生じかねない抵触を回避するために、熱極１６とガスバリア断熱シールド１５の炭素繊維発熱線には、独立した給電回路を採用しており、施工時に熱極の回路をガスバリア断熱シールド１５の断熱層とガスバリア層の間に独立して埋設することで、ガスバリア断熱シールド１５上に別途開口する際の施工難易度の上昇やガス漏れのリスク発生を避けており、採掘の際、熱極は単独給電し、温度制御スイッチにより発熱効率を制御することで、厚さの異なるハイドレートを加熱するというニーズに適応させている。
【００４１】
本実施例は、深海泥火山型ハイドレートの埋蔵特徴に基づき、被覆式保温加熱による方法を採用しており、ガスバリア断熱シールドは、泥火山の形状に応じて自由に敷設可能であり、且つ良好なガス漏れ防止能力を有しており、これによりハイドレート分解ガスが両翼から流出するのを防いでいる。さらに、均一な加熱機能を有しており、ガスバリア層と発熱層の間には石綿材料を利用した断熱処理が施されており、発熱層を下部のハイドレート方向だけに向くようにさせることで、エネルギー消費を最大限に減少させている。同時に、ハイドレート飽和度が高く、厚さが大きい位置に複数の熱極が集成され、ガスバリア断熱シールドの発熱部材と効果的に接続されており、各熱極はハイドレート層の実際の深さに応じて必要な深さまで貫入可能であり、さらに目標エリアのハイドレートを加熱して、分解されたハイドレートを坑底の差圧作用下で生産井の穿孔から生産井内へ流入させている。
【実施例２】
【００４２】
実施例１で開示した被覆式深海泥火山型天然ガスハイドレート採掘システムに基づき、本実施例では対応する採掘方法を提供するが、具体的には以下の通りである。
【００４３】
第１工程で、泥火山の中心通路を確定し、泥火山の中心通路で掘削し、ケーシングを配設し、穿孔を行う。
【００４４】
まず、採掘母船１を泥火山のハイドレートエリアまで動かし、深海掘削技術を利用して、泥火山型ハイドレートの中心通路内で掘削を行い、掘削は天然ガス上部の堆積物被覆層１８を確実に突き抜けるようにして、ハイドレート埋蔵層１７に進入し、通常は最終的に泥火山の基盤岩部で坑底とする必要があり、これにより生産井１１が形成される。次にケーシングを設置し、ハイドレート埋蔵層の位置で穿孔１２を行うことで、ハイドレートの分解により生成された水とガスが導入され、生産井内には減圧制御弁１３を配設し、これにより加熱方法と減圧方法を併用した効果が達成され、ハイドレートをより一層十分に分解させる。
【００４５】
第２工程で、工学型ロボットを利用して、泥火山両翼にガスバリア断熱シールドを敷設する。
【００４６】
泥火山両翼のハイドレート飽和度が高く、層位が厚い位置に穿孔を行い、熱極１６を入れる。次に、工学型水中ロボットを利用して、泥火山上にガスバリア断熱シールド１５をまんべんなく敷設して、ガスバリア断熱シールドを穿孔に入れた熱極１６に接続する。ガスバリア断熱シールド１５は泥火山中心の穿孔位置で開口する。これにより、ガスバリア断熱ユニットの施工が完了となる。
【００４７】
第３工程で、船に搭載された給電ユニット（ソーラーパネル及びバックアップ蓄電池）を利用して、ハイドレートを加熱する。
【００４８】
採掘母船１のソーラー加熱パネル５が収集した太陽エネルギーは、光電変換器６を経て電気エネルギーに変換され、海底泥火山のガスバリア断熱シールド１５に送られる。ガスバリア断熱シールド１５及び集成された熱極１６は、外に向かって熱を供給して天然ガスハイドレートを加熱する。曇りや夜の場合には、太陽エネルギーシステム全体が産出する電気エネルギーでは採掘作業に必要な電力をまかなえないため、船に搭載された蓄電池７起動して給電することで、全生産過程における安定と持続性を保証する。
【００４９】
第４工程で、生産井内のガスを回収し、作業船上で貯蔵する。
【００５０】
ハイドレートから放出されるガスが穿孔１２から生産井１１に流入した後は、天然ガス輸送管路１４によって採掘母船上に配置された天然ガス貯蔵装置３中に輸送して貯蔵することができる。天然ガス輸送管路には減圧制御弁１３が設置されており、ガスの凝集過程における圧力の過度の上昇や計器が故障するリスクを防止できるほか、適度に減圧することで、加熱と減圧による２種類の技術方法の併用が達成され、ハイドレート採掘効率の上昇を促進することもできる。
【００５１】
なお、全採掘過程では、システム全体の自動制御フィードバック安全モニタリングを用いて全工程が実施される。例えば、温度圧力センサ９及び流量制御弁４が自動収集したシステム情報によって稼働状態を判断し、弁の作動を適時制御することで、稼働方式の切り替えを実現し、様々な条件における作業要件を満たし、システムの安全且つ高効率な稼働を保証する。
【００５２】
本発明は、深海泥火山型ハイドレートの埋蔵特徴に応じ、被覆式保温加熱による方法を採用しており、まず、加熱法によるハイドレート採掘中の、加熱範囲が小さく、エネルギー消費が多く、生産率が低いという欠点を克服し、採掘効率を大幅に向上させることができる。同時に、従来方法の、海底の広い範囲を掘削することで環境リスクや生態学的災害を招く可能性も克服している。それだけでなく、現場において太陽エネルギーを利用するため、低コストであり、環境にやさしく、使用過程では、ガス井の圧力条件を制御することにより、夜や陰雨天候においても船上に蓄えられたバックアップ電力がシステムを駆動する。上記の対策により、ハイドレートの大規模で高効率且つ経済的な採掘を実現することができ、応用において高い将来性や価値を有している。
【００５３】
以上述べたことは、本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明のその他の形態を限定するものではなく、当業者が上記で開示した技術内容に基づいて同等の効果が得られる改変又は改造を行い、実施例を他の分野に応用するとしても、すべて本発明の技術案の内容を逸脱することはなく、本発明の技術的要素に基づいて以上の実施例に対して行う何らかの簡単な修正、同等変化及び改造はいずれも本発明の技術案の保護範囲に属する。
【符号の説明】
【００５４】
１  採掘母船
２  リフト機構
３  天然ガス貯蔵装置
４  流量制御弁
５  ソーラー加熱パネル
６  光電変換器
７  蓄電池
８  安全切り離しシステム
９  温度圧力センサ
１０  給電ケーブル
１１  生産井
１２  穿孔
１３  減圧制御弁
１４  天然ガス輸送管路
１５  ガスバリア断熱シールド
１６  熱極
１７  ハイドレート層
１８  堆積物層
１５１  熱伝導性アルミ箔層
１５２  炭素繊維発熱線
１５３  石綿断熱層
１５４  耐熱ガスバリア層
【要約】
【課題】本発明は被覆式深海泥火山型天然ガスハイドレート採掘システム及びその方法を得ることにある。
【解決手段】本発明は、海底泥火山型浅層塊状ハイドレートに使用され、深海泥火山型ハイドレートの埋蔵特徴に基づき、被覆式保温加熱による方法を採用し、特殊な設計のガスバリア断熱シールドと熱極による加熱で天然ガスハイドレートを採掘し、分解されたハイドレートが坑底の差圧作用下で生産井の穿孔から生産井内へ流入し、且つ生産井中に配設された減圧装置によりハイドレートをさらに分解する。本案は、加熱法によるハイドレート採掘中の、加熱範囲が小さく、エネルギー消費が多く、生産率が低いという欠点を効果的に克服し、採掘効率を大幅に向上できる。同時に、従来方法の、海底の広い範囲を掘削することで環境リスクや生態学的災害を招く可能性も効果的に回避できる。また、現場で太陽エネルギーを利用するため、低コストであり、環境にやさしく、ハイドレートの大規模で高効率且つ経済的な採掘が実現し、応用において高い将来性や価値を有する。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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