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特集論

大水深掘削への挑戦／地球深部探査船と技術検証

文

Challenge for Deepwater Drilling/Technical Verification of "Chikyu"
太 田 徹 造＊1

大西 岡 俊 二＊3

松 浦 正 己＊4

Tetsuzo Ota

Shunji Nishioka

本船

ちきゅう

村隆＊2

Takashi Ohmura

Masami Matsuuraは水深 2 500 m（将来 4 000 m）の海域で海底下 7 000 m まで連続した地質サンプル（コア）の採取を目指す世界初のライザー掘削方式科学調査船である．国際プロジェクトの中で運用され地球科学の発展に貢献するものと期待されている．平成 12 年春に(特)海洋科学技術センター（現在は(独)海洋研究開発機構に改編）と当社が建造契約を結び長崎造船所で建造中である．日本国内では大水深海洋掘削の経験が少ない中，海外の知見を学び本船の仕様決定・諸技術検証・安全性検証を重ねて来た．
高性能で信頼性の高い掘削船を目指し，現在は機器の調整運転・客先立会試験を行っている．

1．はじめ

表１に

主要目

船 体 部

地底から得られる地質サンプル（コア）は我々に

掘 削 部

全長210 m

デリック高さ

72 m

巾38 m

最大吊り荷重1 250 ton

喫水9.2 m

ドローワークス

3 720 kW×１台のような新しい資源の確認や，高温高圧の極限環境下

総トン数

57 500

パワースイベル

1 100 kW×１台で生きる未知の生物の発見もあるであろう．地球環境

船速

約 10 kt

泥水ポンプ

1 640 kW×３台

定員150 名

BOP（＊3）５段式×１台位置保持

DPS（＊1）方式

ライザー
テンショナー

６シリンダ式×１台

位置検知

DGPS（＊2）
＋音響式

ライザー

約 2 500 m

旋回スラスター

4 200 kW×６台

ドリルパイプ

約 10 000 m

る米国 JOIDES Resolution 号の一成果として，メキ主発電機

5 000 kW×６台

デッキクレーン85 ton×２台

シコ湾で採取したコアから恐竜絶滅の原因は小惑星と補助発電機2 500 kW×２台の衝突だと証明された話は有名である．然しこの J/R＊１：Dynamic Positioning System,

号はライザーを用いない掘削方式であるためにこれま＊３：Blow Out Preventer

様々な科学情報を与えてくれる．メタンハイドレート

変化の歴史も分かるし，更に深くからマントル物質が取れれば地球内部構造・地球自身の成り立ちの解明もできると言われている．本船

ちきゅうの先輩であ

45 ton×２台＊２：Differential Global Positioning System

では海底下 2 111 m が最大であった．そこで本船では掘った穴が崩れ難いライザー掘削という方式が採用さ期段階から三井造船(株)と分担して検討作業を進め，れている．若し水深 4 000 m の場所で 7 000 m 掘れれ下部船体及び研究居住区画は同社に発注した．配置的ばマントルに手が届く可能性がある（深い海の方がマには上甲板で取合ったが，構造検討では両者の FEM

ントルは地表近くにある）．大水深ライザー掘削を目モデルを統合して解析，全体の整合／バランスのとれ指す所以である．

た設計であることを確認している．

このライザー掘削は海洋石油開発で広く用いられて本船は長期間一定点で作業する船であるので航海速いる技術ではあるが，これほど深い海で地下深くまで力は余り問題にならない．その代わり荒れた海象条件掘ったことはなく，そのため本船特有の様々な技術検下でかつ一部の装置が保守中でも規定範囲内に船の位討が必要であった．

置を保持できることが重要であり，模型水槽試験を行

2．仕 様 と 配 置
2．1

＊1
＊2

主要って動力装置を含めた位置保持装置（DPS）の仕様を決定した．

目

掘削装置の仕様を決める上で基本となるのはライザ

本船の主要目を表１に示す．本プロジェクトでは初ー／ BOP（暴噴防止装置）等のサブシー装置である．

長崎造船所造船設計部主席
長崎造船所造船設計部計画課主席＊3＊4

神戸造船所潜水艦部技術開発グループ主席
技術本部長崎研究所船舶・海洋研究推進室主席

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穏やかな海で約 400 t の BOP をライザーで吊り海底に（Hazard Identification），サブシー機器及びドローワ降ろす場合と，海が荒れた時 BOP の下半分を海底にークス/パイプハンドリング装置とその制御装置の残してライザーを吊下げ退避する（ハングオフ）場合FMEA（Failure Mode Effect Analysis）である．ことが各々クリティカルとなる．本船は世界の殆どの海れらの検討を通して装置や作業上の危険個所を洗い出域で作業する事を念頭に，非常に厳しい海象条件が与し，必要な改善点が本船に織り込まれた．特にドリルえられている．船体動揺とライザーの重量／縦振動／フロアの HAZID では 先に作成した模型を使い，各装強度のバランスを多くの組合わせで解析し，ライザー置の動き・作業者の動きを確認したり 制御室から監強度及びデリック最大吊り荷重（フックロード）が決視カメラで見える画面の様子を確認するなど，実際のめられた．その結果本船のライザー及び掘削機器の仕オペレーションに則した具体的な安全性検証ができ様は世界最大級となっている．

た．

2．2

詳細仕様と配置の検討

もう一つの重要システムである船位保持装置

詳細検討に当たり機器の信頼性及び作業効率と安全（DPS）に関しても三井造船(株)と DNV を中心に性を確保すべく，大水深掘削の経験豊富な海外掘削会

HAZOP と FMEA 検証を行ない，システムの信頼性を社とコンサルタント契約を結び検討作業を共同で実施確認した．

した．その結果メーカー選定及び詳細仕様の決定において，近年開発された自動化仕様と共に特に実オペレーションのノウハウを織り込むことができた．

4．まとめ

現在本船は各装置の運転調整・客先立会い試験を実

また掘削作業現場となるドリルフロアの上下は，施中であり，平成 16 年末の海上運転を経て，平成 17

BOP やライザー・パイプ類を運搬する際に各種掘削年４月引渡しを目指している．引渡し後には客先にて機器やホース・ワイヤー類が縦横無尽に移動する．こBOP 設置を含めた実掘削訓練を行った後，平成 18 年

この配置設計に当たっては従来の三次元 CAD による

度 後 半 か ら IODP（ Integrated Ocean Drilling

検証に加え，高さ約 4.5 m の模型（1/25 scale）を作成

Program ／統合国際深海掘削計画）の中で国際運航して，設計者が機械や人の動きを実感しながら配置をに入ることが予定されている．

最終確認できる様にした．尚，本船のドリルフロア配

運用段階では慣熟訓練を通して先ずは水深 2 500 m

置の特長は，科学掘削船ゆえに掘削作業中にコアが定でのライザー掘削を目指し，次のステップとして水深期的に回収されるので，その取り扱いスペース・研究4 000 m でのライザー掘削という最終目標に向け挑戦区画へのコアの流れが考慮されていることである．

が続いていく．但し水深 4 000 m でのライザー掘削は

3．安 全 性 検 証
3．1

全くの未開発領域であり，新しい掘削方式の開発とそれに基づく本船の改造が今後必要である．

全体リスクアセスメント

洋上掘削は，揺れる船の上で重量物を扱うこと，動く船と海底とが結ばれていること，地中からガスが噴出するかも知れないことなど，常に大きなリスクを伴う作業である．そこで第三者機関（DNV）の協力を得て基本設計と詳細設計の２段階でリスクアセスメン

参 考 文 献（1）高川真一ほか、地球深部探査船の掘削ライザについて、三菱重工技報 Vol.37 No.5（2000）（2）安川宏紀ほか、大水掘削ライザの挙動解析法に関する研究、三菱重工技報 Vol.37 No.5（2000）

トを実施した．定義された Hazard（潜在的危険因子）について各々の発生頻度が 10 − 4 ／年を超えないことと，人災発生確率（FAR）が５を超えないこと（200人が昼夜連続で 50 年働き続ける間の死者が１人以下）という２つの基準に対して評価した結果，どちらも従来船の値を下回り，従来船以上に安全な船であることを確認した．
3．2

太田徹造

大村隆

西岡俊二

HAZOP，機器 FMEA

前項の全体検証と並行して同じく DNV の協力の下，掘削作業に関わる主要システムの個別検討を実施した．具体的には泥水系統の HAZOP（HazardousOperability Study），ドリルフロア作業の HAZID

松浦正己
三菱重工技報 Vol.41 No.6（2004-11）