JP3479699B2 - ガスハイドレート掘採方法とその装置 - Google Patents

ガスハイドレート掘採方法とその装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、化石燃料採取方法
に関し、詳しくは、極地の地下又は海底下の地層に埋蔵
されるガスハイドレート層からのガス掘採方法とその装
置並びにガスハイドレート地層の崩壊防止に関する。
【０００２】
【従来の技術】メタンハイドレートは、極地付近の地下
や、数百〜千数百ｍの海面下の堆積層中にメタンガスの
氷状化物質として分布しており、資源小国の日本にとっ
て希有の資源として期待されている。このメタンハイド
レートからメタンガスを採取するには、その生成条件の
温度（低温）、圧力（高圧）及び塩濃度の平衡条件をガ
ス分離方向に変化させることが必要となる。
【０００３】従来、このための方法として、 熱刺激法（熱水又は蒸気を注入してガス化させる） 圧力低減法（メタンハイドレート層のガス圧力を抜い
て低圧とする） 塩濃度調整法（塩水を注入することでガス化を促進さ
せる） ケミカル注入による分解促進（メタノール、グリコー
ル等の分解促進材を注入してガス化を促進する） ＣＯ２ガス（又は液化ＣＯ２）置換法（メタンよりハ
イドレート化しやすい炭酸ガスを注入し、メタンと置換
する） などが提案されている。また、これらの組み合わせが提
案されている。
【０００４】特開平１０−３１７８６９ではの高温蒸
気注入法が提案されているが地上から海底まで掘削し、
メタンハイドレート層の近傍地層にガス遮壁を構築し高
温蒸気を注入して分解を促進する方法、特開平９−１５
８６６２では深海底に原子炉を設置し、暖かい表層海水
をメタンハイドレート層に注入する方法などが提案され
ている。しかしながら、〜の方法では、メタンガス
採取後の空隙が発生し、軟弱な海底地層中の地層構造に
おいては、海底地形の変形、地滑り等の恐れが発生する
問題があった。
【０００５】また、特開平６−７１１６１には、の炭
酸ガス置換法が提案されている。この炭酸ガス置換法で
は、ガス分離地層が炭酸ガスハイドレートで置換され
る。しかしながら、ＣＯ２ガスのハイドレートの平衡曲
線はメタンよりハイドレート化し易いため、置換される
前に注入したＣＯ２ガスが固定化してしまう問題があ
る。このため、ＣＯ２ガスの固定化処分としてはともか
く、天然資源としてメタンガスの採取効率は経済的とは
いえない。
【０００６】また、従来の方法のの圧力低減法では、
フリーガスの圧力に依存するため連続取出し可能性の見
極めができない問題があり、のケミカル分解促進法で
はケミカルの使用が経済的に引き合わない問題がある。
さらに、海底のメタンハイドレート層に関する調査に依
れば、メタンハイドレートを含む地層は常に安定的なも
のではなく、崩壊・分解の多様な変遷が過去に生じてい
たことが明らかとなっている。地球規模の視点からみる
と、海底面のテクトニクスや環境条件の変化により、大
規模な海底面の地滑り、陥没、***、メタンガスの放
出、漏出などによる災害（ジオハザード）などのリスク
の防止が世界的な課題となっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述の問題
に鑑みてなされたもので、ガスハイドレート層を直接掘
削し、掘削範囲のガス分解を制御しながら効率よく回収
し、さらにガス採取後の空隙を充填可能なガスハイドレ
ート掘採方法とその装置の提供を目的とする。
【０００８】また、製鉄、発電、製陶などの産業副生物
を用いて空隙充填を行なうことにより、経済的かつ安全
な掘採方法を提供する。また、ジオハザードの危険が想
定されるガスハイドレート地層の崩壊防止方法の提供を
目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明のガスハイドレート採掘方法は、メタンハイ
ドレート等のガスハイドレートを含むもしくはそのガス
ハイドレートに起因するジオハザードの恐れがある地層
に嵌入させた掘採管から高速噴流体を噴射してその地層
を切削破壊してガス含有混合流体とし、該ガス含有混合
流体を地上に回収すると共に、破壊され、ガスハイドレ
ート分解・回収により減少した地山体積相当（ガスハイ
ドレート地層空隙）を前記高速噴流体の構成物で充填さ
せるガスハイドレート掘採方法であって、前記掘採管
は、前記ガス含有混合流体を地上に回収する混合流体回
収管の内部に前記高速噴流体を掘採管先端まで導く高速
流体導管を収納した多重管を用いて、該混合流体回収管
の内部に高速噴流体を噴射する噴射ノズルを備える高圧
管と、置換充填材を噴射する噴射ノズルを備えた前記高
速流体導管との三重管構造の構成とし、前記高速噴流体
の構成物は、水と微砂・粘性土等を混練りした超高圧ス
ラリーと、高速噴流周囲に流体に添って噴出される空気
とからなる噴流体構成物を用い、前記置換充填材は、ガ
スハイドレート地層空隙を杭状に固化して、掘採後の海
底または地中地すべり防止のため前記高速噴流体の構成
物或いは、高炉スラグ、石炭灰、キラなどの産業副生物
及び／又はセメント系固化材を用い、最初は該掘採管を
ガスハイドレートを含む地層の最下端まで嵌入させ、そ
の掘採管先端の前記２個の噴射ノズルを回転させ周囲の
地層に高速噴流体及び置換充填材を噴射し、周囲地層を
円筒状に切削破壊しながらその掘採管を地上に引抜き、
切削破壊されたガスハイドレートのガス含有混合流体を
前記混合流体回収管で地上に回収し、次にその切削破壊
されたガスハイドレート地層空隙を、その下方先端に設
けられた噴射ノズルから噴出された置換材で更に切削破
壊し、ガスハイドレート等が抜けて減少した体積相当
（ガスハイドレート地層空隙）を充填し、さらに、ガス
ハイドレート層から分離したガス及び地層構造物を含む
気液固体３相の混合流体からなる前記ガス含有混合流体
を地上又は海上プラットホームに回収した際に、その中
のスラリ−状の固体を分離して有効成分ガスを採取した
残滓を高速噴流体の構成物として再利用し、地層切削の
ための高速噴流ノズルと、充填置換材のノズルを別に持
つことにより切削と充填をそれぞれ制御することができ
ることを特徴とする。
【００１０】この発明によれば、ガスハイドレート地層
の高圧・低温下において氷状化固体となっているガスハ
イドレートを切削破壊してガス含有混合流体として確実
に地上に回収することができる。このため、効率よく掘
採することができる。また、ガスハイドレートの回収後
のガスハイドレート地層空隙が充填されるので、掘採後
の地盤の変動を抑制することができる。このため、安全
に掘採を行なうことができる。また、ガスハイドレート
に起因するジオハザードの恐れがある地層からガスハイ
ドレートを回収し、その地層空隙を充填して地盤沈下、
海底地滑り、陥没、***などのジオハザードを防止する
ことができる。
【００１１】さらに、ガスハイドレート地層の切削破壊
に高速噴流体を用いることにより、陸地又は海面下の大
深度地下であっても動力源の伝達損失が少なく、機構故
障のない掘採を行なうことができる。また、周囲地盤に
与える影響がなく安全に掘採することができる。
【００１２】
【００１３】この発明によれば、掘採管先端の噴射ノズ
ルを回転させることにより、高速噴流体の到達範囲の広
い範囲を掘採することができる。また、ガスハイドレー
ト層の最下端から上部までの全層を掘採することができ
る。このため、単一坑井（一つの掘削孔）であっても広
範囲・大体積のメタンハイドレート層の掘採を行なうこ
とができ採取効率を上げることができる。また地層の最
下端まで嵌入させる掘削方法は、嵌入させる掘採管をガ
スハイドレートを含む地層に沿って水平方向の奥端方向
に掘削（曲がりボーリング）することにすればさらに広
範囲の掘採を行なうことができる。
【００１４】また、ガスハイドレートの回収された地層
空隙に、高速噴流体の構成物のスラリ−又は／及びセメ
ント系固化材や、ケミカル、炭酸ガス（ＣＯ２）などの
置換材で充填または置換させることができる。このた
め、掘採後の地層・地盤を安定させることができる。
【００１５】また、前記高速噴流体の吐出圧力と、前記
噴射ノズルの回転速度と、前記掘採管の引抜き速度を制
御することにより前記ガス含有混合流体の掘採速度を制
御することを特徴とする。
【００１６】この発明によれば、ガスハイドレート層の
切削破壊半径と、掘削量を制御することができる。
【００１７】
【００１８】この発明によれば、ガス含有混合流体は、
ガスハイドレート層より高温の高速噴流体による切削破
壊により一部ガスと水に分離され、未分離のガスハイド
レートも微細粒子状の混合流体となり、ガスの上昇で上
方への流れを形成する。このため、地上部からの回収吸
引エネルギーを最小にすることができる。また、ガスハ
イドレート層の地層構成物の残滓（スライム）を掘採空
隙の充填材として再利用することができる。
【００１９】
【００２０】この発明によれば、ガスハイドレート層の
切削破壊に用いた高速噴流体の構成物を掘採空隙の充填
置換材と共用させることができる。また、空気を高速流
体の噴流周囲に添って噴出させることにより、切削半径
を大きくすることができる。
【００２１】
【００２２】この発明によれば、産業副生物を用いるこ
とにより充填置換材のコストを低く抑えるとと共に、産
業副生物の安全な処分を行なうことができる。
【００２３】
【００２４】この発明によれば、セメント系固化材や、
高炉スラグ、石炭灰などの自硬性を有する充填置換材に
より、掘採空隙を杭状に固化させることができる。この
ため、海底地すべりまたは地盤沈下などのジオハザード
の抑止をはかることができる。
【００２５】また、前記該掘採管をガスハイドレートを
含む地層の最下端まで嵌入させるとき、その嵌入させる
掘採管をガスハイドレートを含む地層に沿って水平方向
の奥端方向に掘削（曲がりボーリング）を行い、その掘
採管先端の前記地層切削のための高速噴流ノズルと充填
置換材のノズルを回転させながら円筒状に切削し、ガス
ハイドレートの分解回収と共に充填を行うことを特徴と
する。
【００２６】この発明によれば、単一坑井（一つの掘削
孔）であっても広範囲・大体積のメタンハイドレート層
の掘削を行うことができ採取効率を上げることができ
る。
【００２７】また、前記超高圧スラリ−の水は、温度の
高い地表の河川水・湧水又は海面近傍の海水を用い、ガ
スハイドレート地層の熱平衡又は塩分濃度平衡をガス分
離方向に変化させてガス化を促進すると共に、さらにガ
ス分離促進の必要があるときは太陽光を含む熱源で加熱
して用いることを特徴とする。
【００２８】この発明によれば、陸地における河川水・
湧水や、海上における海水などの豊富な資源を利用し、
ガスハイドレート層との大きな温度差をガス分解の熱源
として利用することができる。さらに、必要に応じて、
太陽熱、動力源の余熱などで暖めることでガス分離を促
進させることができる。
【００２９】また、前記混合流体回収管の上部に圧力制
御機構を備え、地上に回収するガス含有混合流体の圧力
を制御することにより、切削破壊されたガスハイドレト
のガス化を制御すると共に、地層スライムを含むガス含
有混合流体の回収速度を制御することを特徴とする。
【００３０】この発明によれば、ガスハイドレート層の
圧力と地上の圧力差により、急激にガス分解されること
を制御することができる。このため、暴噴などの事故を
防止することができる。
【００３１】また、本発明のガスハイドレート掘採装置
は、ガスハイドレート地層の下端層または地層奥端まで
掘削されたボーリング孔に嵌入された掘採管と、前記掘
採管の回転、引抜きを制御する掘採管制御装置と、置換
材を含む高圧流体と高圧空気とを供給する掘採材供給装
置と、該掘採管の圧力制御機能と、回収されたスライム
からガスを分離回収するガス採取装置とを備え、前記掘
採管は、混合流体回収管の内部に高速噴流体を噴射する
噴射ノズルを備えた高速流体導管を備え、高速流体導管
の回転により周囲のガスハイドレート地層を切削破壊し
たガス含有混合流体を前記混合流体回収管で回収採取す
ることを特徴とする。
【００３２】この発明のガスハイドレート掘採装置によ
れば、前述のガスハイドレート掘採方法を実現すること
ができる。
【００３３】また、前記高速流体導管は、置換材を導く
通路と高圧流体を導く通路との多重管構造に形成し、高
圧流体噴射ノズルからの噴流で切削破壊したガスハイド
レート地層空隙を、その下方先端に設けられた噴射ノズ
ルから噴出された置換材で更に切削破壊し、ガスハイド
レート等が抜けて減少した体積相当（ガスハイドレート
地層空隙）を充填することを特徴とする。
【００３４】この発明によれば、地層切削のための高速
噴流のノズルと、充填置換材のノズルを別に持つことに
より切削と充填をそれぞれ制御することができる。この
方法は、ガス含有混合流体回収管の内部に高速流体導管
を相通するための多重管構造である。
【００３５】また、前記ガスハイドレートは、メタン、
ブタン、その他の天然ガスを少なくとも含む氷状化物質
で、前記ガスハイドレート地層は、該ハイドレートが、
陸地又は海底の地下に分散、団塊、層、又は塊状に埋蔵
されている地層であることを特徴とする。
【００３６】この発明によれば、従来の天然ガス以外の
ガスハイドレート層からの掘採に広く適用することがで
きる。また、請求項１から１０記載の方法によれば、地
盤沈下、海底面の地滑り、陥没、***、メタンガスの放
出、漏出などの災害（ジオハザード）の発生が想定され
る地域・海域において、崩壊危険地層に対し、ガスハイ
ドレート分解・回収により減少した地山体積相当（ガス
ハイドレート地層空隙）を前記高速噴流体の構成物で充
填し、複数の安定地層柱を形成し、ジオハザードの発生
を防止する安定した地層を形成することができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を、
図面を参照して具体的に説明する。
【００３８】図１（ａ）は、本発明のガスハイドレート
掘採装置１００の構成を示す図、（ｂ）は、（ａ）の掘
採管３０先端部の構造を示す図である。
【００３９】ガスハイドレート掘採装置１００は、海面
５に設置されたプラットホーム１０１に設ける海上装置
と、海底２の海底地層２ａを貫通してガスハイドレート
層１の下端層１ａまで掘進されたボーリング孔６に嵌入
された掘採管３０とから構成される。なお、この実施の
形態では海底のガスハイドレート層掘採の形態を例示す
るが、陸地地下のガスハイドレート層掘採の形態では前
記海上装置が地上装置となる。
【００４０】前記海上装置は、前記掘採管３０の回転、
引抜きを制御する掘採管制御装置１０と、置換材２１を
含む高圧流体と高圧空気とを供給する掘採材供給装置２
０と、該掘採管３０の圧力制御機能備えた掘採管圧力制
御装置１５と、回収されたスライムを含むガス含有混合
流体４からガスを分離回収するガス採取装置２５とを備
える。
【００４１】図１（ｂ）に示すように前記掘採管３０
は、混合流体回収管３１の内部に高速噴流体３を噴射す
る噴射ノズル３３ａを備えた高圧管３３と、置換充填材
２１を噴射する噴射ノズル３２ａを備えた高速流体導管
３２との三重管構造で構成される。
【００４２】なお、図示した実施の形態では高速流体導
管３２の内部に高圧管３３を挿通した形態を示したが、
その逆でもよく、また、図示しないが、高圧管３３は、
スラリ−と高圧空気とを別の管路とし噴射ノズル３３ａ
で合流させる構造とすることもできる。掘採管３０の管
路構造はこの実施の形態に限ることなく掘採現場の状況
に応じたものを選択することができる。
【００４３】高速流体導管３２を回転させて周囲のガス
ハイドレート地層１に高速噴流３及び置換充填材２１の
高速噴流を噴射してガスハイドレート地層１を切削破壊
する。この切削破壊されたガス含有混合流体４は前記混
合流体回収管３１で回収採取される。このとき切削破壊
によりガスハイドレート分解・回収により減少した地山
体積相当（ガスハイドレート地層空隙）には高速噴流体
２及び置換充填材２１の構成物が充填される。
【００４４】前記掘採管制御装置１０は、前記掘採管３
０をガスハイドレートを含む地層の最下端まで嵌入さ
せ、掘採管３０先端の噴射ノズル３２ａ、３３ａを回転
させ周囲の地層に高速噴流体３及び置換充填材２１を噴
射し周囲地層を円筒状に切削破壊しながら前記掘採管３
０を地上に引抜き、切削破壊されたガスハイドレートの
ガス含有混合流体４を地上に回収し、そのガスハイドレ
ート地層空隙を高速噴流体の構成物又は／及び置換材で
充填させる制御を行なう。
【００４５】なお、図示しないが、掘採管３０先端部に
掘削装置（ボーリングビットなど）を装備し、海底ボー
リングと同時に掘採管３０をガスハイドレート地層１ま
で嵌入させることができる。
【００４６】このとき、掘採材供給装置２０によって前
記高速噴流体３，置換充填材２１の吐出圧力を制御する
ことにより切削破壊範囲を制御し、さらに掘採管制御装
置１０により、前記高速流体導管３２の回転速度と、前
記掘採管３０の引抜き速度を制御することにより前記ガ
ス含有混合流体４の掘採速度を制御する。
【００４７】掘採管圧力制御装置１５は、前記混合流体
回収管３１の上部の圧力制御機構であって、地上に回収
するガス含有混合流体４の圧力を制御することにより、
切削破壊されたガスハイドレトのガス化を制御すると共
に、地層スライムを含むガス含有混合流体４の回収速度
を制御する装置である。
【００４８】ガス採取装置２５は、ガス含有混合流体４
からガスを分離回収する。地上又は海上プラットホーム
に回収したガス含有混合流体４は、ガスハイドレート層
から分離したガス及び地層構造物を含む気液固体３相の
混合流体からなる。
【００４９】なお、この時ガス採取装置２５はスラリ−
状の固体を分離して有効成分ガスを採取した残滓を掘採
材供給装置２０に供給し、高速噴流体の構成物として掘
採空隙の充填材として再利用することができる。
【００５０】図３は、回収したガス混合流体の再利用の
仕組みを説明する模式図である。ガス採取装置２５は、
回収したガス含有混合流体４から有用ガス（メタンガス
またはその他の有用ガス）と残滓（スライム）を分離
し、分離したガスはガス貯蔵・輸送プラント（図示せ
ず）に送り、残滓（スライム）を掘採材供給装置２０に
供給する。
【００５１】前記掘削材供給装置２０は、前記高速噴流
体の構成物として、水と微砂・粘性土等を混練りしたス
ラリーに前記残滓（スライム）を用いる他に、セメント
系固化材や、高炉スラグ、石炭灰、キラなどの産業副生
物を含む微細粒材料を用いる。この産業副生物を用いる
ことにより充填置換材のコストを低く抑えることと共
に、副生物の安全な処分を行なうことができる。
【００５２】また、前記スラリ−の水は、温度の高い海
面近傍の海水を用い、ガスハイドレート地層の熱平衡又
は塩分濃度平衡をガス分離方向に変化させてガス化を促
進すると共に、さらにガス分離促進の必要があるときは
掘削材供給装置２０に太陽光を含む熱源で加熱する加熱
機能を備える。地上装置にあっては地表の河川水・湧水
を用いる。
【００５３】図２は、ガスハイドレート掘採の別の実施
の形態（曲がりボーリング）の模式図である。
【００５４】この形態では、曲がりボーリング孔６ａに
よりガスハイドレート層１の地層に水平なボーリングを
行ない、地層の奥端層１ｂに掘採管３を挿通して、攪拌
破壊したガス含有混合流体４を回収し、置換充填材で置
換する。次に、曲がりボーリング孔６ｂにより地層上部
または周囲のガスハイドレート層１を同様に採掘し、さ
らに曲がりボーリング孔６ｃにより地層上部のガスハイ
ドレート層１から掘採する。この実施の形態によれば、
単一坑井（一つの掘削孔）であっても広範囲・大体積の
メタンハイドレート層の掘採を行なうことができ採取効
率を上げることができる。
【００５５】ガスハイドレートは自然環境中の微妙なバ
ランスの中で存在するため、地震などの外的要因により
崩壊・分解が生じ海底地滑り、陥没、***、ガスの放
出、漏出などによる災害（ジオハザード）を引き起こす
危険を有している。このような恐れがある地域・海域の
ガスハイドレート地層から、ガスを回収し、回収後の地
層を安定させる方法として本発明を適用することができ
る。
【００５６】図４は、ガスハイドレート掘採の作業行程
を表わす模式図である。は、据付け・準備工程で、ガ
スハイドレート掘採装置を積載したプラットホーム（掘
削船など）を海底にガスハイドレート地層を有する海面
５上に移動する。
【００５７】は、ボーリング工程で、海底地層２ａを
貫通してガスハイドレート層１の下端層１ａまで達する
ボーリング孔６を掘削する。
【００５８】ガス採取・置換開始工程では、掘採管３
０をボーリング孔６に嵌入させ、前記高速流体導管３２
を回転させて、高速噴流体３を噴射して周囲のガスハイ
ドレート層１を切削破壊する。
【００５９】掘採管引上げ工程では、噴射攪拌して周
囲のガスハイドレート層１を切削破壊すると共に、ガス
含有混合流体４を回収し、ガスハイドレート地層空隙に
置換材を充填しながら掘採管３０を引き上げる。掘採管
３０を引き上げることによりガスハイドレート層１の地
層上部に向けて掘採範囲を広げることとなる。
【００６０】は置換完了工程で、ガスハイドレート層
１の上端まで採掘したら、噴射攪拌を停止する。
【００６１】は掘採管回収工程であり、採掘が完了す
れば、掘採管３０を地上に回収しての工程に戻り別の
採掘現場に移動する。
【００６２】尚、説明ではガスハイドレート掘採装置１
００は、掘採管３０及び掘採管制御装置１０を１本とし
て説明したが、複数の掘採管３０を同時にプラットホー
ム１０１から制御することができることは云うまでもな
い。
【００６３】なお、高速流体の噴射による切削破壊は、
ガスハイドレート層の深度、性状にもよるが、１５０Ｍ
ｐａ以上の吐出圧であれば、ガスハイドレート層１を直
径８ｍの円筒範囲まで切削攪拌することが見込まれる。
【００６４】この場合、メタンハイドレート層１の特性
が、メタンハイドレート含有率２０％、メタンハイドレ
ート中のメタンの充足率を８０％と仮定すれば、メタン
ハイドレートがガスになる場合容積で２１６倍となるた
め、１立方ｍのメタンハイドレート層には０．２立方ｍ
のメタンハイドレートを含み、３５立方ｍのメタンガス
を得ることができる。この時、１時間に１０ｍの引上げ
速度で掘採した場合約４０万立方ｍ／１日のメタンガス
採取を行なうことができる。
【００６５】
【発明の効果】本発明のガスハイドレート掘採方法とそ
の装置によれば以下の効果を呈する。
【００６６】すなわち、ガスハイドレート地層の高圧・
低温下において氷状化固体となっているガスハイドレー
トを切削破壊してガス含有混合流体として確実に地上に
回収することができる。このため、効率よく掘採するこ
とができる。また、ガスハイドレートの回収後のガスハ
イドレート地層空隙が充填されるので、掘採後の地盤の
変動を抑制することができる。このため、安全に掘採を
行なうことができる。さらに、ガスハイドレート地層の
切削破壊に高速噴流体を用いることにより、陸地又は海
面下の大深度地下であっても動力源の伝達損失が少な
く、機構故障のない掘採を行なうことができる。また、
周囲地盤に与える影響がなく安全に掘採することができ
る。
【００６７】また、掘採管先端の噴射ノズルを回転させ
ることにより、高速噴流体の到達範囲の広い範囲を掘採
することができる。また、ガスハイドレート層の最下端
から上部までの全層を掘採することができる。このた
め、単一坑井（一つの掘削孔）であっても広範囲・大体
積のメタンハイドレート層の掘採を行なうことができ採
取効率を上げることができる。また地層の最下端まで嵌
入させる掘削方法は、嵌入させる掘採管をガスハイドレ
ートを含む地層に沿って水平方向の奥端方向に掘削（曲
がりボーリング）することにすればさらに広範囲の掘採
を行なうことができる。さらに、ガスハイドレートの回
収された地層空隙に、高速噴流体の構成物のスラリ−又
は／及びセメント系固化材や、ケミカル、炭酸ガス（Ｃ
Ｏ２）などの置換材で充填または置換させることができ
る。このため、掘採後の地層・地盤を安定させることが
できる。
【００６８】また、この発明によれば、ガスハイドレー
ト層の切削破壊半径と、掘削量を制御することができ
る。さらに、ガス含有混合流体は、ガスハイドレート層
より高温の高速噴流体による切削破壊により一部ガスと
水に分離され、未分離のガスハイドレートも微細粒子状
の混合流体となり、ガスの上昇で上方への流れを形成す
る。このため、地上部からの回収吸引エネルギーを最小
にすることができる。また、ガスハイドレート層の地層
構成物の残滓（スライム）を掘採空隙の充填材として再
利用することができる。
【００６９】この発明によれば、ガスハイドレート層の
切削破壊に用いた高速噴流体の構成物を掘採空隙の充填
置換材と共用させることができる。また、空気を高速流
体の噴流周囲に添って噴出させることにより、切削半径
を大きくすることができる。さらに、産業副生物を用い
ることにより充填置換材のコストを低く抑えることと共
に、副生物の安全な処分を行なうことができる。またさ
らに、セメント系固化材や、高炉スラグ、石炭灰、キラ
などの自硬性を有する充填置換材のよれば、掘採空隙を
杭状に固化させることができる。このため、海底地すべ
りの抑止をはかることができる。
【００７０】多重管を用いることによれば、ガスハイド
レート層の掘削と採取を同一のボーリング孔で行なうこ
とができる。このため大深度の海底下にあるガスハイド
レート層の掘採を効率よく行なうことができる。
【００７１】また、陸地における河川水・湧水や、海上
における海水などの豊富な資源を利用し、ガスハイドレ
ート層との大きな温度差をガス分解の熱源として利用す
ることができる。さらに、必要に応じて、太陽熱、動力
源の余熱などで暖めることでガス分離を促進させること
ができる。
【００７２】この発明によれば、ガスハイドレート層の
圧力と地上の圧力差により、急激にガス分解されること
を制御することができる。このため、暴噴などの事故を
防止することができる。
【００７３】また、従来の天然ガス以外のガスハイドレ
ート層からの掘採に広く適用することができる。さら
に、ガスハイドレートに起因する災害（ジオハザード）
の発生が想定される地域・海域において、ガスハイドレ
ート地層空隙を充填・固定することができる。このた
め、地盤の変動による災害（ジオハザード）の発生を抑
制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明のガスハイドレート掘採装置
１００の構成を示す図、（ｂ）は、（ａ）の掘採管３０
先端部の構造を示す図である。
【図２】ガスハイドレート掘採の別の実施の形態（曲が
りボーリング）の模式図である。
【図３】回収したガス混合流体の再利用の仕組みを説明
する模式図である。
【図４】ガスハイドレート掘採の作業行程を表わす模式
図である。
【符号の説明】
１ ガスハイドレート層 ２ 海底 ２ａ 海底地層 ３ 高速噴流体 ４ ガス含有混合流体 ５ 海面 ６ ボーリング孔 ６ａ，６ｂ，６ｃ 曲がりボーリング孔 １０ 掘採管制御装置 １５ 掘採管圧力制御装置 ２０ 掘採材供給装置 ２１ 置換充填材 ２５ ガス採取装置 ３０ 掘採管 ３１ 混合流体回収管 ３２ 高速流体導管 ３２ａ 噴射ノズル ３３ 高圧管 ３３ａ 高速流体噴射ノズル １００ ガスハイドレート掘採装置 １０１ プラットホーム
フロントページの続き (72)発明者 柳 森 豊 東京都千代田区三番町２番地 飛島建設 株式会社内 (72)発明者 浅 野 俊 太 郎 東京都千代田区三番町２番地 飛島建設 株式会社内 (72)発明者 篠 田 淳 二 東京都千代田区神田錦町二丁目３番地 株式会社富士総合研究所内 (56)参考文献 特開2000−61293（ＪＰ，Ａ) 特開2000−154528（ＪＰ，Ａ) 特開2001−40649（ＪＰ，Ａ) 特開2001−172960（ＪＰ，Ａ) 特開2000−54365（ＪＰ，Ａ) 特開2001−303544（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−172247（ＪＰ，Ａ) 特開2001−234167（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) E21B 43/00 E21C 50/00

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 メタンハイドレート等のガスハイドレー
    トを含むもしくはそのガスハイドレートに起因するジオ
    ハザードの恐れがある地層に嵌入させた掘採管から高速
    噴流体を噴射してその地層を切削破壊してガス含有混合
    流体とし、該ガス含有混合流体を地上に回収すると共
    に、破壊され、ガスハイドレート分解・回収により減少
    した地山体積相当（ガスハイドレート地層空隙）を前記
    高速噴流体の構成物で充填させるガスハイドレート掘採
    方法であって、 前記掘採管は、前記ガス含有混合流体を地上に回収する
    混合流体回収管の内部に前記高速噴流体を掘採管先端ま
    で導く高速流体導管を収納した多重管を用いて、 該混合流体回収管の内部に高速噴流体を噴射する噴射ノ
    ズルを備える高圧管と、置換充填材を噴射する噴射ノズ
    ルを備えた前記高速流体導管との三重管構造の構成と
    し、 前記高速噴流体の構成物は、水と微砂・粘性土等を混練
    りした超高圧スラリーと、高速噴流周囲に流体に添って
    噴出される空気とからなる噴流体構成物を用い、 前記置換充填材は、ガスハイドレート地層空隙を杭状に
    固化して、掘採後の海底または地中地すべり防止のため
    前記高速噴流体の構成物或いは、高炉スラグ、石炭灰、
    キラなどの産業副生物及び／又はセメント系固化材を用
    い、 最初は該掘採管をガスハイドレートを含む地層の最下端
    まで嵌入させ、その掘採管先端の前記２個の噴射ノズル
    を回転させ周囲の地層に高速噴流体及び置換充填材を噴
    射し、周囲地層を円筒状に切削破壊しながらその掘採管
    を地上に引抜き、切削破壊されたガスハイドレートのガ
    ス含有混合流体を前記混合流体回収管で地上に回収し、
    次にその切削破壊されたガスハイドレート地層空隙を、
    その下方先端に設けられた噴射ノズルから噴出された置
    換材で更に切削破壊し、ガスハイドレート等が抜けて減
    少した体積相当（ガスハイドレート地層空隙）を充填
    し、 さらに、ガスハイドレート層から分離したガス及び地層
    構造物を含む気液固体３相の混合流体からなる前記ガス
    含有混合流体を地上又は海上プラットホームに回収した
    際に、その中のスラリ−状の固体を分離して有効成分ガ
    スを採取した残滓を高速噴流体の構成物として再利用
    し、 地層切削のための高速噴流ノズルと、充填置換材のノズ
    ルを別に持つことにより切削と充填をそれぞれ制御する
    ことができることを特徴とするガスハイドレート掘採方
    法。
  2. 【請求項２】 前記高速噴流体の吐出圧力と、前記噴射
    ノズルの回転速度と、前記掘採管の引抜き速度を制御す
    ることにより前記ガス含有混合流体の掘採速度を制御す
    ることを特徴とする請求項１記載のガスハイドレート掘
    採方法。
  3. 【請求項３】 前記超高圧スラリ−の水は、温度の高い
    地表の河川水・湧水又は海面近傍の海水を用い、ガスハ
    イドレート地層の熱平衡又は塩分濃度平衡をガス分離方
    向に変化させてガス化を促進すると共に、さらにガス分
    離促進の必要があるときは太陽光を含む熱源で加熱して
    用いることを特徴とする請求項１又は２記載のガスハイ
    ドレート掘採方法。
  4. 【請求項４】 前記混合流体回収管の上部に圧力制御機
    構を備え、地上に回収するガス含有混合流体の圧力を制
    御することにより、切削破壊されたガスハイドレートの
    ガス化を制御すると共に、地層スライムを含む混合流体
    の回収速度を制御することを特徴とする請求項1又は２
    記載のガスハイドレート掘採方法。
  5. 【請求項５】 前記該掘採管をガスハイドレートを含む
    地層の最下端まで嵌入させるとき、その嵌入させる掘採
    管をガスハイドレートを含む地層に沿って水平方向の奥
    端方向に掘削（曲がりボーリング）を行い、その掘採管
    先端の前記地層切削のための高速噴流ノズルと充填置換
    材のノズルを回転させながら円筒状に切削し、ガスハイ
    ドレートの分解回収と共に充填を行うことを特徴とする
    請求項1又は２記載のガスハイドレート掘採方法。
  6. 【請求項６】 ガスハイドレート地層の下端層または地
    層奥端まで掘削されたボーリング孔に嵌入された掘採管
    と、前記掘採管の回転、引抜きを制御する掘採管制御装
    置と、置換材を含む高圧流体と高圧空気とを供給する掘
    採材供給装置と、該掘採管の圧力制御機能と、回収され
    たスライムからガスを分離回収するガス採取装置とを備
    え、前記掘採管は、混合流体回収管の内部に高速噴流体
    を噴射する噴射ノズルを備えた高速流体導管を備え、そ
    の制御装置は高速流体導管の回転により周囲のガスハイ
    ドレート地層を切削破壊したガス含有混合流体を前記混
    合流体回収管で回収採取し、前記ガス採取装置によりガ
    スを分離し、その残滓を高速噴流体の構成物の一部とし
    再び掘採材供給装置へ供給することを特徴とするガスハ
    イドレート掘採装置。
  7. 【請求項７】 前記高速流体導管は、置換材を導く通路
    と高圧流体を導く通路との多重管構造に形成し、高圧流
    体噴射ノズルからの噴流で切削破壊したガスハイドレー
    ト地層空隙を、その下方先端に設けられた噴射ノズルか
    ら噴出された置換材で更に切削破壊し、ガスハイドレー
    ト等が抜けて減少した体積相当（ガスハイドレート地層
    空隙）を充填することを特徴とする請求項６記載のガス
    ハイドレート掘採装置。
  8. 【請求項８】 前記ガスハイドレートは、メタン、ブタ
    ン、その他の天然ガスを少なくとも含む氷状化物質で、
    前記ガスハイドレート地層は、該ハイドレートが、陸地
    又は海底の地下に分散、団塊、層、又は塊状に埋蔵され
    ている地層であることを特徴とする請求項１から７の何
    れかに記載のガスハイドレート掘採方法。
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