JP2002013380A - 水車を利用した掘削採取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 たとえばメタンハイドレートやその他の資源
の採取に好適な水車を利用した掘削採取装置を提供する
こと。 【解決手段】 作業足場から吊り下げられ内管５ｃと中
間管５ｂと外管５ａとからなる三重管構造のケーシング
パイプ５と、ケーシングパイプ５の下端に連結される掘
削ヘッド８とを備え、掘削ヘッド８には外管５ａから中
間管５ｂに流路を接続し外管５ａから供給される水によ
って回転するフランシス水車１０を備え、フランシス水
車１０は中間管５ｃに連通するとともに下端を開放し且
つ内部流路に揚水羽根１０ｄを備えた中空のスピンドル
１０ｂを一体に備え、スピンドル１０ｂに連動して回転
し下端に掘削ビットを設けた掘削ブロック１３，１４を
備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば海底を掘
削して資源を採取する掘削採取装置に係り、特に海底の
岩盤の下にあるメタンハイドレート含有層からメタンハ
イドレートを掘削して採取し海上に搬送することができ
るようにした水車を利用した掘削採取装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近になって、日本近海においてメタン
ガスとして利用できるメタンハイドレートの含有層が確
認された。メタンハイドレートは、低温かつ高圧化にで
きた水とメタンでできた固体状の物質であり、常温常圧
となると水とメタンに分解する。このメタンは天然ガス
として資源利用でき、将来の都市ガスの資源として注目
を浴びている。

【０００３】メタンハイドレートの層は、先の日本近海
の場合では、水深が１０００ｍ程度で海底の厚さが１８
００ｍ程度の岩盤の下にあることが確認されている。こ
のような深さにあるメタンハイドレート含有層からメタ
ンハイドレートを採取しよとするとき、現在では石油の
掘削採掘のようにボーリングによる手法を採用すること
が考えられる。また、特公平７−５４０７６号公報に記
載のような海底基礎杭施工用の掘削機などでメタンハイ
ドレート含有層まで掘削して採取することも考えられ、
現在さまざまな開発が行なわれている段階にある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、メタン
ハイドレートは固形物なので、従来のボーリング法では
海底の岩盤の下にあるメタンハイドレートを海上または
地上に引き揚げることは実質上では不可能である。

【０００５】また、大深度の掘削機械としてさまざまな
ものが利用されているが、メタンハイドレートの採取の
場合では引火によって爆発を誘発する可能性が高い。こ
のため、電動機等によって掘削ビットを回転駆動するよ
うなものでは漏電火花や、摩擦熱による掘削ロッドの灼
熱化による発火が起きてしまう。

【０００６】このように大深度の岩盤下にあるメタンハ
イドレートの採取に適合した掘削装置は開発されていな
い状況であり、資源確保のための有効な掘削装置の要求
度が次第に増加しているのが現状である。

【０００７】そこで、本発明は、たとえばメタンハイド
レートやその他の資源の採取に好適な水車を利用した掘
削採取装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、作業足場から
吊り下げられ内管と中間管と外管とからなる三重管構造
のケーシングパイプと、前記ケーシングパイプの下端に
連結される掘削ヘッドとを備え、前記掘削ヘッドには前
記外管から中間管に流路を接続し前記外管から供給され
る水によって回転する水車を備え、前記水車は前記内管
に連通するとともに下端を開放し且つ内部流路に揚水羽
根を備えた中空のスピンドルを一体に備え、前記スピン
ドルに連動して回転し下端に掘削ビットを設けた掘削ブ
ロックを備えていることを特徴とする。

【０００９】本発明では、掘削ヘッドに備える水車によ
って回転する掘削ブロックにより岩盤等を掘削し、水車
と一体とした中空のスピンドル内の揚水羽根により掘削
深度にある泥や液体の資源を作業足場まで揚げることが
でき、海底や地盤中の資源を効率的に採取することがで
きる。

【００１０】本発明においては、前記掘削ブロックは、
前記外管に連通する流路を形成するとともに前記流路の
終端を前記掘削ブロックの底面に開放させ、前記作業足
場には、前記外管に加熱水を供給する加熱水タンク及び
蒸気を添加するボイラを備えた構成とすることができ
る。

【００１１】この構成では、掘削ヘッドによる掘削深度
に加熱水や蒸気を添加した高温水を放出できるのでメタ
ンハイドレート層に掘削ヘッドを位置させた場合では、
メタンハイドレートをメタンと水とに分解で、メタンま
たは水に含まれたメタンを採取することができる。

【００１２】また、前記スピンドルの下端に掘削ビット
を備え、前記掘削ブロックは前記スピンドルの周りに配
置される内側掘削ブロックと、前記内側掘削ブロックの
周りに配置される外側掘削ブロックとからなり、前記内
側掘削ブロックの回転方向を前記スピンドルの回転方向
と逆向きとし、前記外側ブロックの回転方向を前記スピ
ンドルの回転方向と同じ向きとした構成としてもよい。

【００１３】この構成では、スピンドルと外側掘削ブロ
ックに対して内側掘削ブロックが逆向きに回転するの
で、掘削回転時の反力を相殺することができ、直進性の
高い掘削が可能となる。

【００１４】更に、前記作業足場に設けた加熱水タンク
に接続されるとともに前記ケーシングパイプの内管から
前記スピンドル内に挿入され前記スピンドルの下端から
突き出るホースを備えた構成とすることもできる。

【００１５】この構成では、掘削ヘッドがメタンハイド
レート層に到達したとき、広い範囲に加熱水を分布させ
ることができるので、メタンハイドレート層から多量の
メタンを水とともに採取することができる。

【００１６】また、前記ケーシングパイプを複数段連結
し、掘削された岩盤の内壁に係合するスタビライザを前
記ケーシングパイプの配列中に連通させて組み込み、前
記スタビライザは、前記作業足場からの高圧水の供給に
より動作するシリンダと、前記シリンダのロッドの進退
動作に連動して外側に拡がって前記岩盤の内壁に係合す
るグリッパを備えた構成としてもよい。

【００１７】この構成では、スタビライザによってケー
シングパイプを安定支持することができ、掘削深度が大
きくても安定した資源採取の作業が行なえる。

【００１８】更に、前記ケーシングパイプを複数段連結
し、掘削された岩盤の内壁をシールして岩盤下ガスの上
昇を封止するパッカーを前記ケーシングパイプの配列中
に連通させて組み込み、前記パッカーは、前記作業足場
からの高圧水の供給により膨張変形するチューブを周面
に備えた構成とすることもできる。

【００１９】この構成では、掘削した岩盤等の掘削孔が
パッカーによって封止されるので、たとえばメタンハイ
ドレート層からメタンを採取する場合にメタンがケーシ
ングパイプと岩盤の間から上に吹き出すことがなく、安
全作業が可能となる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて説明する。図１は本発明の掘削採取装
置による洋上でのメタンハイドレートの掘削採取の状況
を示す概略図、図２は洋上施設の概略平面図である。

【００２１】図において、洋上には作業船１の周りに、
真水運搬船５１とケーシングパイプ運搬船５２とメタン
ハイドレートのガス回収船５３が停泊している。真水運
搬船５１は後述するフランシス水車を回転駆動する水を
運搬し、ケーシングパイプ運搬船５２は掘削及びメタン
ハイドレート採取のためのケーシングパイプを運搬す
る。また、ガス回収船５３は採取されたメタンハイドレ
ートのガスを回収して陸上の備蓄設備まで運搬する。

【００２２】作業船１には操舵管理室２ａ，自家発電機
２ｂ，旋回クレーン２ｃ，やぐら２ｄ，ウインチ２ｅが
それぞれ配置されている。やぐら２ｄの近傍には、水タ
ンク３ａ，加熱水タンク３ｂが配置されるとともに、こ
れらの水タンク３ａ及び加熱水タンク３ｂとの流路を切
り換えて操作可能な可変速原動機３ｄ付きの揚水ポンプ
３ｃが設置されている。また、揚水ポンプ３ｃの下流の
流路に接続した蒸気発生用のボイラ４ａ，高圧水を供給
するためのプランジャポンプ４ｂ，回収したメタンハイ
ドレートのガスを精製するためのガス精製幾４ｃが配置
されている。

【００２３】やぐら２ｄにはケーシングパイプ５が吊り
下げられ、このケーシングパイプ５は図１に示すよう
に、海底の岩盤Ｒを突き抜けてメタンハイドレート含有
層Ｍに達するまでの長さとなるまで接続され、最下端の
ケーシングパイプには後述する掘削ヘッドが連結されて
いる。

【００２４】図３はケーシングパイプ５の詳細であっ
て、（ａ）は切欠正面図、（ｂ）は平面図である。ケー
シングパイプ５は、外管５ａと中間管５ｂと内管５ｃを
それぞれ同軸配置した三重管であり、上下には接続用の
フランジ５ｄ，５ｅを一体化したものである。そして、
外管５ａの外周面に沿って、第１高圧水供給管６ａ，第
２高圧水供給管６ｂ，第３高圧水供給管６ｃをそれぞれ
配管している。これらの第１，第２，第３高圧水供給管
６ａ，６ｂ，６ｃはそれぞれ作業船１に搭載したプラン
ジャポンプ４ｂに配管４ｂ−１，４ｂ−２，４ｂ−３を
介して接続されたものである。これらの配管４ｂ−１〜
４ｂ−３にはそれぞれ流量調整機能付きのバルブ４ｂ−
４，４ｂ−５，４ｂ−６を設け、第１，第２，第３高圧
水供給管６ａ，６ｂ，６ｃにそれぞれ独立して高圧水を
供給する。

【００２５】図４は最上端のケーシングパイプ５部分と
最下端に接続した掘削ヘッド部分を示す概略切欠図であ
る。外管５ａには揚水ポンプ３ｃからの供給配管７ａが
接続されるとともに、この供給配管７ａにボイラ４ａか
らの蒸気供給管７ｂが接続されている。これらの供給配
管７ａ及び蒸気供給管７ｂにはそれぞれ開閉バルブ７ａ
−１，７ｂ−１が組み込まれている。中間管５ｂの上端
はベント状に曲げられ、開閉バルブ７ｃ−１を介して水
タンク３ａまでの流路を形成する環流管７ｃが接続され
ている。また、内管５ｃは開閉バルブ７ｄ−１を介して
ガス精製機４ｃまでの流路を形成する回収管７ｄが接続
されている。

【００２６】ケーシングパイプ５はやぐら２ｄに吊り下
げられて、フランジ５ｄ，５ｅをボルト・ナットで締結
することにより、図１に示すように長く繋いで海中に差
し込まれる。そして、やぐら２ｄに最初に吊り上げるケ
ーシングパイプ５の下端には掘削ヘッド８が連結され
る。この掘削ヘッド８は、ケーシングパイプ５のフラン
ジ５ｅに連結される円筒状のケーシング８ａと、その下
端に連結したヘッド部８ｂとから構成されたものであ
り、その詳細を図５及び図６（図５のＡ−Ａ線矢視位置
に相当する断面図）に示す。

【００２７】図５においてケーシング８ａの内部には、
中間管５ｂに接続される揚水管８ｃと、内管５ｃに接続
される採取管８ｄとが同軸配置されるとともに、水車ハ
ウジング９が組み込まれている。中間管５ｂに接続され
る揚水管８ｃの上端部分には、図４に示すようにプラン
ジャポンプ４ｂに接続した第１高圧水供給管６ａが連結
されている。

【００２８】水車ハウジング９はその周面にガイドベー
ン９ａを開口し、その内部にフランシス水車１０を回転
可能に収納している。フランシス水車１０はガイドベー
ン９ａ部分に臨む翼列１０ａ及びこれと同軸配置された
スピンドル１０ｂとから構成されたもので、スピンドル
１０ｂはその内部を採取路１０ｃとして中空とするとと
もにこの採取路１０ｃの下端部分に揚水羽根１０ｄを固
定配置している。スピンドル１０ｂは、水車ハウジング
９の下端に連結した軸受ボックス１１の軸受１１ａによ
って回転自在に支持され、採取管８ｄの下端周りをシー
ル環１０ｅを介して周面周りに回転自在に連接してい
る。すなわち、ケーシング８ａに固定された採取管８ｄ
に対して水封した状態でスピンドル１０ｂは回転可能で
ある。また、スピンドル１０ｂの一部の外周面には歯車
１０ｆを形成するとともに下端には掘削ビット１０ｇを
一体に固定している。

【００２９】軸受ボックス１１の下には軸受カバー１２
が一体に固定され、この軸受カバー１２の下方には内側
掘削ブロック１３と外側掘削ブロック１４がそれぞれ配
置されている。

【００３０】軸受カバー１２には、スピンドル１０ｂの
歯車１０ｆに噛合する平歯１２ａ−１とその上に形成し
た平歯１２ａ−２を持つ３個の第１歯車１２ａと、この
第１の歯車１２ａの歯１２ａ−２に噛合する３個の第２
歯車１２ｂがそれぞれ回転自在に取り付けられている。
また、内側掘削ブロック１２からの掘削反力を受けるた
めの３個の支持ローラ１２ｃを内側掘削ブロック１２の
上面で転動可能に備えている。内側掘削ブロック１３は
軸受１３ａによってスピンドル１０ｂ周りに回転自在に
支持され、上端側には第１歯車１２ａの歯１２ａ−１に
噛合する内歯車１３ｂを形成するとともに下端側には掘
削ビット１３ｃを一体に固定している。外側掘削ブロッ
ク１４は軸受１４ａを介して内側掘削ブロック１３周り
に回転自在としたもので、上端側の内周には第２歯車１
２ｂに噛合する内歯車１４ｂを形成するとともに下端面
に掘削ビット１４ｃを一体に固定している。

【００３１】以上のような掘削ヘッド８では、スピンド
ル１０ｂが図６において時計方向に回転するときには、
内側掘削ブロック１３は反時計方向に回転し、外側掘削
ブロック１４はスピンドル１０ｂと同じ方向に回転す
る。したがって、掘削ビット１０ｂと１４ｃは同一方向
に回転し、内側掘削ブロック１３の掘削ビット１３ｃは
反対方向に回転する。したがって、各掘削ビット１０
ｇ，１３ｃ，１４ｃによる掘削の反力が互いに相殺され
掘削方向を直進状態に保持できる。また、支持ローラ１
２ｃを備えることにより、ヘッド８ｂからのスラストを
受けながら内側掘削ブロック１３を滑らかに回転させる
ことができる。

【００３２】ここで、揚水ポンプ３ｃによる加熱水タン
ク３ｂからの加熱水を掘削面側まで送り込み、凍結によ
る掘削不良を防止するともにメタンハイドレート含有層
においてメタンハイドレートをメタンガスと水分とに分
解させるようにする。このような加熱水の供給のため、
図５に示すように水車ハウジング９と軸受ボックス１１
のそれぞれに流路孔９ｂ，１１ｂを開ける。そして、軸
受ボックス１１から第１歯車１２ａの軸部にかけて流路
１５を形成することにより、加熱水を軸受カバー１２内
から下側に導入可能とする。更に、内側掘削ブロック１
３にも流路孔１３ｄを開け、この流路孔１３ｄに連通し
て下端に開放する放出孔１３ｅを設ける。この放出孔１
３ｅは、外周側の外側掘削ブロック１４に周方向に間隔
おいて複数個所に形成された流路孔１４ｄにも連通して
いる。すなわち、流路孔１４ｄを周方向に複数設けるこ
とによって、内側及び外側掘削ブロック１３，１４が互
いに逆向きに回転しても、間欠的に放出孔１３ｅと流路
孔１４ｄとを連通させることができ、加熱水は放出孔１
３ｅからは連続的に放出され流路孔１４ｄからは間欠的
に放出されることになる。

【００３３】図１に戻って、掘削ヘッド８による岩盤Ｒ
の掘削は非常に深いところで進み、しかも多数のケーシ
ングパイプ５を連結してのメタンハイドレート含有層Ｍ
からのメタンの回収作業となる。この回収作業では多数
のケーシングパイプ５を安定させることが必要であるた
め、岩盤Ｒに含まれる深さの部分にはスタビライザ１６
を設ける。図７及び図８にこのスタビライザ１６の詳細
を示す。

【００３４】スタビライザ１６、ケーシングパイプ５と
同様に外管１６ａ，中間管１６ｂ，内管１６ｃを備える
とともに、上下両端にフランジ１６ｄ，1６ｅを設けた
ものであり、外管１６ａ，中間管１６ｂ，内管１６ｃは
それぞれケーシングパイプ５の外管５ａ，中間管５ｂ，
内管５ｃと流路を接続して連結される。そして、外管１
６ａの外周の下端側の４個所には第２高圧水供給管６ｂ
に連通するシリンダ１７を設けるとともに、これらのシ
リンダ１７と対向する位置にグリッパ１８を設ける。シ
リンダ１７はそのロッド１７ａの上端に回転自在なロー
ラ１７ｂを設けたもので、プランジャポンプ４ｂに接続
した配管４ｂ−２に備えるバルブ４ｂ−５を開くことに
より高圧水が供給され、ロッド１７ａを上昇させること
ができる。グリッパ１８はピン１８ａによって外管１６
ａから離れる方向に揺動可能に取り付けられたもので、
下端側にはローラ１７ｂの周面に接触する傾斜したエッ
ジ１８ｂを形成するとともに、表面側には岩盤Ｒの内壁
に食い込む突起１８ｃを備えている。

【００３５】スタビライザ１６は、掘削ヘッド８がメタ
ンハイドレート含有層Ｍ内に進入して掘削を停止したと
きに作動する。すなわち、図１に示すようにスタビライ
ザ１６が岩盤Ｒ中に位置しているとき、バルブ４ｂ−５
を開いて高圧水供給管６ｂから高圧水をシリンダ１７に
供給する。これにより、図８に示すようにロッド１７ａ
が上昇していき、これに伴ってローラ１７ｂによりエッ
ジ１８ｂが上に押し上げられる。そして、このエッジ１
８ｂは傾斜しているので、図示のように外管１路から離
れる向きに回動し、グリッパ１８の下端の突起１８ｃが
岩盤Ｒの中に食い込む。したがって、スタビライザ１６
は岩盤Ｒを利用して強固に固定され、多数のケーシング
パイプ５の配列を整然と鉛直姿勢に保つことができる。
なお、撤去するときには、プランジャポンプ４ｂ側が負
圧となるように操作し、バルブ４ｂ−５を開くことによ
り、シリンダ１７内の水が減少してロッド１７ａが下降
し、スタビライザ１６による岩盤Ｒへの固定は解除され
る。

【００３６】更に、掘削ヘッド８がメタンハイドレート
含有層Ｍに達してメタンガスを採取しようとするとき、
ガスが掘削ヘッド８及びケーシングパイプ５と岩盤Ｒの
内壁との間を抜けて急激に上昇してしまう可能性があ
る。そこで、このようなガスの上昇を抑えるため、図１
に示すように封止のためのパッカー１９をケーシングパ
イプ５どうしの間に適切な数だけ組み込む。

【００３７】図９はパッカー１９の詳細であり、スタビ
ライザ１６と同様に外管１９ａ，中間管１９ｂ，内管１
９ｃを同軸配置するとともに上下両端にフランジ１９
ｄ，１９ｅを設けたものであり、外管１９ａ，中間管１
９ｂ，内管１９ｃはそれぞれケーシングパイプ５の外管
５ａ，中間管５ｂ，内管５ｃと流路を接続可能としてい
る。フランジ１９ｄ，１９ｅの間には硬質であって弾性
変形可能なゴム性のチューブ１９ｆを外管１９ａを包囲
するように取り付けている。そして、このチューブ１９
ｆと外管１９ａとの間には第３高圧水供給管６ｃが接続
され、図２において示したバルブ４ｂ−６を開くことに
より、プランジャポンプ４ｂから高圧水が供給される。
この高圧水の供給により、チューブ１９ｆ内の圧力が上
がって図９の（ｂ）の二点鎖線で示すように膨らみ変形
し、チューブ１９ｆは岩盤Ｒの内壁に密着する。これに
より、メタンハイドレート含有層Ｍからのガスの上昇を
遮ることができ、洋上側での引火による爆発や火災を防
ぐことができる。

【００３８】以上の構成において、下端に掘削ヘッド８
を連結したケーシングパイプ５を旋回クレーン２ｃで吊
り上げた後、このケーシングパイプ５をウインチ２ｅの
ワイヤ２ｅに繋いでやぐら２ｄに装入して鉛直姿勢に保
持する。このときケーシングパイプ５には水タンク３ａ
からの給水により水が溜まるようにしておき、海水が入
り込まないようにする。次いで、ウインチ２ｅを作動さ
せてワイヤ２ｅ−１を繰出しケーシングパイプ５を下降
させる。そして、ケーシングパイプ５の上に別のケーシ
ングパイプ５を連結してこの上段のケーシングパイプ５
にワイヤ２ｅ−１を掛け替え、更にワイヤ２ｅ−１を繰
り出す。このような作業によりケーシングパイプ５を上
下方向に多数配列していくことができる。なお、予め調
査した岩盤Ｒの厚さに合わせて、スタビライザ１６とパ
ッカー１９を順に組み込んでいくようにする。

【００３９】ケーシングパイプ５の連結により掘削ヘッ
ド８の深度が大きくなり、岩盤Ｒの上端に突き当たる
と、フランシス水車１０を回転させるために水タンク３
ａ内の水を揚水ポンプ３ｃで揚水するとともに供給配管
７ａの開閉バルブ７ａ−１を開く。これにより、水がケ
ーシングパイプ５の外管５ａと中間管５ｂの間の環状断
面流路を流下し水車ハウジング９のベーンから内部に流
入する。これによりフランシス水車１０の翼列１０ａが
回転し、供給された水は中間管５ｂと内管５ｃとの間の
ドラフトにより上昇し、開いている開閉弁７ｃ−１及び
環流管７ｃを経由して水タンク３ａ内に戻される。この
ような水タンク３ａ内の水の循環により、フランシス水
車１０は高速で回転する。

【００４０】フランシス水車１０が回転すると、これに
一体化されているスピンドル１０ｂが回転してその下端
の掘削ビット１０ｇが回転する。そして、図５及び図６
で示したように、内側掘削ブロック１３はスピンドル１
０ｂと反対方向に回転するとともに外側掘削ブロック１
４はスピンドル１０ｂと同じ方向に回転する。したがっ
て、掘削ビット１０ｇ，１３ｃ，１４ｃはそれぞれの方
向に回転して岩盤Ｒを掘削していく。この掘削のときに
は、第１高圧吐水管６ａから採取管８ｄに高圧水が吹き
込まれと同時に、外管５ａ内の水は図５で説明したよう
に、流路孔９ｂ，１１ｂ，流路１５，流路孔１３ｄを経
由して放出口１３ｃ及び流路孔１４ｄから放出される。
したがって、掘削された岩盤の切り粉はこれらの放出口
１３ｃ及び流路孔１４ｄからの水によって流動化され、
スピンドル１０ｂ内のドラフトによって上昇するととも
に揚水羽根１０ｄによって揚水され、更に第１高圧吐水
管６ａからの高圧水によっても流動化される。これによ
り、岩盤Ｒの掘削時には切り粉を含む泥状の水がスピン
ドル１０ｄの内部，採取管８ｄ，内管５ｃの順に上昇し
ていく。そして、内管５ｃに接続した回収管７ｄはガス
精製機４ｃから外しておき、海中に揚水した切り粉の泥
を泥回収船（図示せず）に送って回収する。なお、掘削
深度の増加に加えて新たにケーシングパイプ５を継ぎ足
しながら作業することは無論である。

【００４１】ここで、岩盤Ｒの深度が大きくて温度がき
わめて低い場合には、蒸気供給管７ｂの開閉バルブ７ｂ
−１を開いて加熱水の中に蒸気を吹き込んで高温化す
る。これにより、掘削ヘッド８の放出孔１３ｅ及び流路
孔１４ｄからの加熱水の温度を高くでき、岩盤Ｒの掘削
効率を上げることができる。

【００４２】図１に示すように掘削ヘッド８が岩盤Ｒを
突き抜けた後には、第２高圧水供給管６ｂからスタビラ
イザ１６のシリンダ１７に高圧水を供給し、グリッパ１
８によってスタビライザ１６を岩盤Ｒの中に安定固定す
る。また、第３高圧水供給管６ｃからパッカー１９に高
圧水を供給してチューブ１９ｆを膨らませて、岩盤Ｒの
掘削孔の内周面をチューブ１９ｆでシールする。このよ
うな操作により、掘削ヘッド８までのケーシングパイプ
５はパッカー１９の姿勢を安定させることができると同
時にメタンハイドレート含有層Ｍからのガスの抜けを防
止できる。

【００４３】以上の段取りの後、ケーシングパイプ５の
継ぎ足しを止め、揚水ポンプ３ｃを加熱水タンク３ｂ側
に切り換えると同時に蒸気供給管７ｂの開閉バルブ７ｂ
−１を開く。これにより、外管５ａと中間管５ｂとの間
に高温水が供給され、岩盤Ｒの掘削のときと同様にフラ
ンシス水車１０を回転させる。そして、掘削ヘッド８の
ヘッド部８ｂは回転しながら、放出孔１３ｅ及び流路孔
１４ｄから高温の水を放出する。したがって、メタンハ
イドレート含有層Ｍの固体状のメタンハイドレートは高
温水による加熱を受けて水とメタンに分解される。この
ようにヘッド部８ｂからの高温水の放出によりメタンハ
イドレートを流動化することができるので、分解された
メタンはスピンドル１０ｂの内部で一体回転している揚
水羽根１０ｄにより上昇させられ水分とともに採取管８
ｄから内管５ｃを経由して上昇する。そして、上昇した
水分を含むメタンは回収管７ｄからガス精製機４ｃに供
給され、気液分離操作をしてメタンガスとして調製され
た後にガス回収船５３のタンクに送られる。

【００４４】以上のように、本発明では、岩盤Ｒの下に
あるメタンハイドレート含有層Ｍに掘削ヘッド８を位置
せた後に、このメタンハイドレート含有層Ｍに高温水を
供給することで固体状のメタンハイドレートを水とメタ
ンに分解することができる。したがって、従来のボーリ
ング法等では採取できないメタンハイドレートのメタン
を洋上側に採取することができ、採取したメタンを有用
な資源として活用することができる。

【００４５】図１０及び図１１は別の実施の形態を示す
もので、図１０は掘削ヘッド８の下端部分の要部を示す
断面図、図１１は作業状態を示す要部の断面図である。
なお、先の例と同じ構成部材については共通の符号で指
示しその詳細な説明は省略する。

【００４６】この例では、作業船１の加熱水タンク３ｂ
に接続されてケーシングパイプ３の内管５ｃとフランシ
ス水車１０のスピンドル１０ｂの中に耐圧耐熱性のホー
ス２０を通し、このホース２０に作業船上の加熱水タン
ク３ｂからの加熱水とボイラ４ａからの蒸気を供給す
る。ホース２０の先端には重錘を兼ねた金属製の吐出ブ
ロック２１を一体化しておき、作業船１からケーシング
パイプ５の内管５ｃ及びスピンドル１０ｂの中に通して
このスピンドル１０ｂの先端から外に抜け出るようにす
る。なお、ホース２０を使用する場合では、先の例にお
ける捩じれ羽根状の揚水羽根１０ｄに代えて、スピンド
ル１０ｂの内周壁に捩じれ角度を持たせて一体に固定し
た一対の揚水羽根１０ｈを備えるものとする。

【００４７】このようなホース２０を設けるものでは、
図１１に示すようにホース２０をスピンドル１０ｂの下
端から長く引き出すようにすると、広い範囲のメタンハ
イドレート含有層Ｍ内を加熱することができ、メタンハ
イドレートを水とメタンに分解して効率的に回収するこ
とができる。

【００４８】なお、以上の実施の形態では海底の掘削及
びメタンの採取について説明したが、地上からの掘削に
よる他の資源の採取にも利用できることは無論である。

【００４９】

【発明の効果】本発明では、たとえば岩盤の下のメタン
ハイドレート含有層のメタンハイドレートを水とメタン
に分解して水分とともに洋上または地上側に採取できる
ので、洋上または地上側で気液分離してメタンを得るこ
とができ、地下または海底の資源を有効に活用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の掘削採取装置による作業状況を示す
概略図である。

【図２】 洋上に停泊させる作業船及びその付帯船の配
置を示す要部の概略平面図である。

【図３】 ケーシングパイプの詳細であって、（ａ）は
切欠正面図、（ｂ）は平面図である。

【図４】 最上端のケーシングパイプから下端の掘削ヘ
ッドまでの流路構成を説明するための切欠図である。

【図５】 掘削ヘッドの詳細を示す要部の縦断面図であ
る。

【図６】 図５のＡ−Ａ線矢視位置に相当する概略図で
ある。

【図７】 スタビライザの詳細であって、（ａ）は正面
図、（ｂ）は平面図である。

【図８】 スタビライザのグリッパを開いて岩盤に固定
した状態を示す断面図である。

【図９】 パッカーの詳細であって、（ａ）は平面図、
（ｂ）は要部の縦断面図である。

【図１０】 別の実施の形態であってスピンドルにホー
スを通す例を示す要部の縦断面図である。

【図１１】 ホースの引き出しによる広い範囲でのメタ
ンハイドレート含有層からのメタンの採取状況を示す概
略図である。

【符号の説明】

１ 作業船 ２ａ 操舵管理室 ２ｄ やぐら ２ｅ ウインチ ３ａ 水タンク ３ｂ 加熱水タンク ３ｃ 揚水ポンプ ３ｄ 可変速原動機 ４ａ ボイラ ４ｂ プランジャポンプ ４ｃ ガス精製機 ４ｂ−１，４ｂ−２，４ｂ−３ 配管 ４ｂ−４，４ｂ−５，４ｂ−６ バルブ ５ ケーシングパイプ ５ａ 外管 ５ｂ 中間管 ５ｃ 内管 ５ｄ，５ｅ フランジ ６ａ 第１高圧水供給管 ６ｂ 第２高圧水供給管 ６ｃ 第３高圧水供給管 ７ａ 供給配管 ７ｂ 蒸気供給管 ７ｃ 環流管 ７ｄ 回収管 ８ 掘削ヘッド ８ａ ケーシング ８ｂ ヘッド部 ８ｃ 揚水管 ８ｄ 採取管 ９ 水車ハウジング ９ａ ガイドベーン ９ｂ 流路孔 １０ フランシス水車 １０ａ 翼列 １０ｂ スピンドル １０ｃ 採取路 １０ｄ 揚水羽根 １０ｅ シール環 １０ｆ 歯車 １０ｇ 掘削ビット １０ｈ 揚水羽根 １１ 軸受ボックス １１ａ 軸受 １１ｂ 流路孔 １２ 軸受カバー １２ａ 第１歯車 １２ｂ 第２歯車 １２ｃ 支持ローラ １３ 内側掘削ブロック １３ａ 軸受 １３ｂ 内歯車 １３ｃ 掘削ビット １３ｄ 流路孔 １３ｅ 放出孔 １４ 外側掘削ブロック １４ａ 軸受 １４ｂ 内歯車 １４ｃ 掘削ビット １４ｄ 流路孔 １５ 流路 １６ スタビライザ １７ シリンダ １８ グリッパ １９ パッカー １９ｆ チューブ ２０ ホース ２１ 吐出ブロック ５１ 真水運搬船 ５２ ケーシングパイプ運搬船 ５３ ガス回収船 Ｍ メタンハイドレート含有層 Ｒ 岩盤

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作業足場から吊り下げられ内管と中間管
   と外管とからなる三重管構造のケーシングパイプと、前
   記ケーシングパイプの下端に連結される掘削ヘッドとを
   備え、前記掘削ヘッドには前記外管から中間管に流路を
   接続し前記外管から供給される水によって回転する水車
   を備え、前記水車は前記内管に連通するとともに下端を
   開放し且つ内部流路に揚水羽根を備えた中空のスピンド
   ルを一体に備え、前記スピンドルに連動して回転し下端
   に掘削ビットを設けた掘削ブロックを備えていることを
   特徴とする水車を利用した掘削採取装置。
2. 【請求項２】 前記掘削ブロックは、前記外管に連通す
   る流路を形成するとともに前記流路の終端を前記掘削ブ
   ロックの底面に開放させ、前記作業足場には、前記外管
   に加熱水を供給する加熱水タンク及び蒸気を添加するボ
   イラを備えていることを特徴とする請求項１記載の水車
   を利用した掘削採取装置。
3. 【請求項３】 前記スピンドルの下端に掘削ビットを備
   え、前記掘削ブロックは前記スピンドルの周りに配置さ
   れる内側掘削ブロックと、前記内側掘削ブロックの周り
   に配置される外側掘削ブロックとからなり、前記内側掘
   削ブロックの回転方向を前記スピンドルの回転方向と逆
   向きとし、前記外側ブロックの回転方向を前記スピンド
   ルの回転方向と同じ向きとしたことを特徴とする請求項
   １または２記載の水車を利用した掘削採取装置。
4. 【請求項４】 前記作業足場に設けた加熱水タンクに接
   続されるとともに前記ケーシングパイプの内管から前記
   スピンドル内に挿入され前記スピンドルの下端から突き
   出るホースを備えていることを特徴とする請求項１から
   ３のいずれかに記載の水車を利用した掘削採取装置。
5. 【請求項５】 前記ケーシングパイプを複数段連結し、
   掘削された岩盤の内壁に係合するスタビライザを前記ケ
   ーシングパイプの配列中に連通させて組み込み、前記ス
   タビライザは、前記作業足場からの高圧水の供給により
   動作するシリンダと、前記シリンダのロッドの進退動作
   に連動して外側に拡がって前記岩盤の内壁に係合するグ
   リッパを備えていることを特徴とする請求項１から４の
   いずれかに記載の水車を利用した掘削採取装置。
6. 【請求項６】 前記ケーシングパイプを複数段連結し、
   掘削された岩盤の内壁をシールして岩盤下ガスの上昇を
   封止するパッカーを前記ケーシングパイプの配列中に連
   通させて組み込み、前記パッカーは、前記作業足場から
   の高圧水の供給により膨張変形するチューブを周面に備
   えていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに
   記載の水車を利用した掘削採取装置。