JP2019002174A - メタンハイドレートの採掘方法 - Google Patents
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Abstract
Description
このような中、非在来型の天然ガス資源のひとつであるMHは、メタンガスと水分子が、低温・高圧状態で結晶化したものであり、極地付近の地下や水深500m〜5,000mの海底面下の堆積物中や海底面付近に分布しており、我が国周辺海域においても相当量の賦存が見込まれている。このため、MHは我が国のエネルギー安定供給に極めて大きく貢献する新たな国産エネルギー資源になるものと考えられ、MHの生産技術の確立は重要なテーマである。
もう一つは日本海に代表されるもので、水深500m〜5,000mの海底面下の堆積物中や海底面に分布しており、表層型MHと呼ばれる。これは、深部から流体の移動通路を経て供給される炭化水素ガス(主にメタンガス)によって、海底面付近に形成された密集した塊状のMHであり、地震探査(音響調査)でガスチムニー構造と呼ばれる音響的混沌帯(白抜き構造)が確認されることがあり、表層型MHの重要な手掛かりである。
また、表層型MHは比重が約0.9で海底表面土壌の比重約2に比べて小さいが、水深500m〜5,000mの海底に海底土壌と相互に混ざり合った塊状の形で海底地層に封入された状態で存在するため、海水中に大規模に放出されることは少ないと考えられる。多くは、海底面直下から100m程度の海底表面土壌のガスチムニー構造に埋蔵している。
また、砂層型MHは、海底面下100〜400mの砂層に水平的に広がって分布するため、上記に提案されている手法並びに組み合わせ手法を用いて、一般的に利用されている海底油・ガス田開発の手法を適用することにより生産技術を確立できる可能性がある。
また、MH掘採装置と海底のMH層とは、3重構造となっている掘採管、高速流体導管及び高圧管により連結されているが、このような構造は浮遊式掘削船に波の波動を吸収するための波動吸収装置、天候急変や浮遊式掘削船の動力停止等の緊急事態が発生した場合にパイプを切断・坑井密閉して掘削ロケーションから離脱するための緊急密閉装置(BOP)や潮流・風向変化に対して自動的に船位を保持するための自動船位保持装置を備える必要があるため、流体の圧入・回収のための構造が複雑となり、現実的に対応するのは難しい。
(注記1):掘削用パイプ、掘削同時検層ツール、坑内モーター及び掘削ビット等から構成される掘削装置とMH層の間隙をアニュラスと称し、砂/泥・MH・水の混合流体が上方に通過していく。
図−1に示す浮遊式掘削船107には、全エネルギーを賄うパワーユニット、掘削用高圧水ポンプユニット303、掘削用パイプ209、掘削櫓305・昇降ウインチ304・波動吸収装置306、回収されたMHを溶解させるためのヒーター308が内蔵されたガス・水・砂/泥比重分離装置309、浮遊式掘削船107上に移送されたMH・水に含まれる砂/泥を回収するための砂/泥回収装置310、流体に含まれるガスを回収するためのガス回収装置311、生産水並びに掘削に使用した水を溜めておくための回収水タンク313、回収した水を含む砂/泥を溜めておくための掘削泥タンク、緊急密閉装置(BOP)やポンプ210を制御するためのコントロールユニット、回収ガス燃焼用バーナー314等が備えられている。さらには、船位保持や運航のための自動船位保持装置301が備えられており、MHの掘削・回収作業中の自動船位保持や、次のロケーションに向けて自由な方向に移動が可能である。
102 メタンハイドレート層
103 海底
104 掘採坑
104a パイロット坑
105 処理井
106 海底生産装置
107 浮遊式掘削船
108 海面
109 Side View
110 Top View
201 掘削ビット
201a 水噴射ノズル(縦方向)
201b 水噴射ノズル(横方向)
202 坑内モーター
203 掘削同時検層ツール
204 砂/泥・MH・水の混合流体
205 コンダクター
206 坑口装置
207 ライザー
208 緊急密閉装置(BOP)
209 掘削用パイプ
210 ポンプ
211 海底セパレーター
212 ホース
213 高圧水
301 自動船位保持装置
302 フィルターユニット
303 掘削用高圧水ポンプユニット
304 昇降ウインチ
305 掘削櫓
306 波動吸収装置
307 スイベル
308 ヒーター
309 ガス・水砂/泥比重分離装置
310 砂・泥回収装置
311 ガス回収装置
312 掘採泥タンク
313 回収水タンク
314 回収ガス燃焼用バーナー
Claims (3)
- 海底面からコンダクターを打ち込み海底面とメタンハイドレート層を隔離する工程と、掘削ビットに備えられている水噴射ノズルから水を縦方向(掘進軸方向)に噴射しながら掘削装置によりメタンハイドレート層を掘削する工程と、計画した深度、方位、傾斜に到達したら、前記水噴射ノズルの向きを横方向(掘進軸に対して鉛直方向)に変えて水を噴射しつつ、掘削装置を後退させて、砂/泥・メタンハイドレート・水の混合流体を採掘する工程と、前記採掘された砂/泥・メタンハイドレート・水の混合流体を、掘削装置とメタンハイドレート層のアニュラスを上昇させ、掘削装置とは別に設けたホースを通じて坑口装置・ライザーから海底セパレーターを経由して浮遊式掘削船上に備えられた洋上生産装置に移送する工程からなるメタンハイドレート採掘方法。
- 前記水噴射ノズルから噴射される水の吐出圧力と、前記掘削ビット並びに掘削用パイプの回転速度と、掘削装置の後退速度の調整により、メタンハイドレートの採掘量を調整することを特徴とする請求項1に記載のメタンハイドレート採掘方法。
- メタンハイドレート掘削・採掘作業が終了した後は掘削ロケーションを移動させることなく、掘削同時検層ツールにより同一掘採坑内で枝掘りを行うことにより、同一掘採坑内に複数の掘採坑を自由な深度・方位・傾斜に掘削することが出来ることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のメタンハイドレート採掘方法。
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