JP2006037518A - Gas hydrate collecting method and gas hydrate collecting system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガスハイドレードの採集方法、ガスハイドレード採集システムに関する。 The present invention relates to a gas hydride collection method and a gas hydride collection system.
近年、天然資源として、海底地盤中に存在するガスハイドレートが注目されている。ガスハイドレートは、メタンを主成分とするガスである。ガスハイドレートは、水深500〜1000m以上に位置する海底から、さらに数百m下方の海底地盤中の層厚10〜20mの砂層地盤(以下、これをハイドレート層と称することがある)中にて、砂等の粒子間の空隙に、シャーベット状に凝結した状態で存在している。
近い将来、ガスハイドレードを採集し、商業ベースでこれを利用することを目標としており、現段階では、ガスハイドレートが存在するエリアの調査が行われている。
In recent years, gas hydrates present in the seabed have attracted attention as natural resources. The gas hydrate is a gas mainly composed of methane. Gas hydrate is in the sand layer ground (hereinafter sometimes referred to as hydrate layer) having a layer thickness of 10 to 20 m in the seabed ground several hundred meters below the seabed located at a depth of 500 to 1000 m or more. In the voids between particles such as sand, they are condensed in a sherbet shape.
The goal is to collect gas hydrate and use it on a commercial basis in the near future. At present, the area where gas hydrate exists is being investigated.
これまで、ガスハイドレートを海底地盤中から採集するには、ガスハイドレートが凝結する条件を崩すことにより、ガスハイドレートを分解させてガス化または液化した後、パイプ等を通して回収している。ガスハイドレートが凝結する条件を崩すには、熱を加えて、温度を上昇させる、あるいは圧力を減少させる必要がある。
このため、従来は、既存の石油や天然ガスの生産手法をベースに、垂直あるいは水平の生産孔を構築し、生産孔を減圧あるいは加熱することにより、ガスハイドレートを分解させ、生産孔からガスを回収する方法が主流に検討されている。他の手法として2本の水平孔の一方から温水をいれ、他方から分解したガスを回収する方法等が検討されている。
Until now, in order to collect the gas hydrate from the seabed ground, the gas hydrate is decomposed by breaking the conditions for condensing the gas hydrate, gasified or liquefied, and then collected through a pipe or the like. In order to break the conditions for the gas hydrate to condense, it is necessary to apply heat to increase the temperature or decrease the pressure.
For this reason, in the past, vertical or horizontal production holes were constructed based on existing oil and natural gas production methods, and the gas hydrate was decomposed by depressurizing or heating the production holes. A method for recovering the wastewater has been studied in the mainstream. As another method, a method of adding warm water from one of the two horizontal holes and recovering the decomposed gas from the other has been studied.
また、海上から導管を海底に到達させ、その先端部で、熱を加えたり減圧したりすることで、海底に露出したガスハイドレートを採集する方法が既に提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 In addition, a method for collecting gas hydrate exposed on the sea floor by causing the conduit to reach the sea floor from the sea and applying heat or reducing the pressure at the tip thereof has already been proposed (for example, Patent Document 1). reference.).
しかしながら、海底地盤に生産孔を構築し、この生産孔を減圧あるいは加熱する手法は、生産孔から離れた位置まで減圧あるいは加熱の効果が及びにくい。また、例え、減圧あるいは加熱の効果が生産孔から離れた位置まで及んでガスハイドレートがガス化あるいは液化しても、ガスは、生産孔までハイドレート層中を伝播する必要があり、採集効率が極めて低い。 However, the technique of constructing a production hole in the seabed ground and reducing or heating the production hole is less effective for reducing or heating to a position away from the production hole. In addition, even if the gas hydrate is gasified or liquefied due to the effect of reduced pressure or heating far from the production hole, the gas must propagate through the hydrate layer to the production hole, and the collection efficiency Is extremely low.
また、特許文献1に記載された手法は、あくまでも海底に露出したガスハイドレートを採集する方法であり、海底表面から数百m下方の海底地盤中に位置するハイドレート層からのガスハイドレートの採集を想定したものではない。
In addition, the method described in
さらに、そもそもこれらの手法は、特定のポイントからガスハイドレートを採集するものである。このような手法は、ガスハイドレートの存在を調査する場合等の調査・研究目的には適しているものの、商業ベースレベルの生産量を確保しようとする場合に用いるのは現実的ではない。このような場合、広範囲からガスハイドレートを大量に採集する必要がある。従来の手法では、採集するポイントを順次移動させていかなければならず、これには手間とコストがかかり、さらにはポイントの移動中に採集を行えないため、採集したガスの安定供給に支障をきたす恐れもあるからである。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、ガスハイドレートを大量にかつ安定して採集することのできるガスハイドレードの採集方法、ガスハイドレード採集システムを提供することを目的とする。
Furthermore, in the first place, these methods collect gas hydrate from a specific point. Such a method is suitable for research and research purposes, such as when investigating the presence of gas hydrates, but it is not practical when trying to secure a production level at a commercial base level. In such a case, it is necessary to collect a large amount of gas hydrate from a wide range. In the conventional method, the points to be collected must be moved sequentially, which is time consuming and costly, and furthermore, collection cannot be performed while the points are moving, which hinders the stable supply of collected gas. Because there is a fear of coming.
The present invention has been made based on such a technical problem, and provides a gas hydride collection method and a gas hydride collection system capable of collecting a large amount of gas hydrate stably. Objective.
かかる目的のもと、本発明のガスハイドレートの採集方法は、海底地盤中に存在し、ガスハイドレートを含むハイドレート層から、ガスハイドレートを採集する方法であって、ハイドレート層を掘削し、ガスハイドレートと土砂を含む掘削物を得る掘削工程と、掘削物を機械的に撹拌し、ガスハイドレートと土砂の混在物を生成し、さらにガスハイドレートと土砂を分離する撹拌分離工程と、分離されたガスハイドレートを回収する回収工程と、を備えることを特徴とする。
ここで、撹拌分離工程では、ガスハイドレートと土砂の比重の違いにより、ガスハイドレートと土砂を分離することができる。
また、撹拌分離工程は、ハイドレート層中で行うのが好ましい。そして、撹拌分離工程で分離された土砂は、ハイドレート層に埋め戻すのが好ましい。
For this purpose, the gas hydrate collecting method of the present invention is a method for collecting gas hydrate from a hydrate layer that exists in the seabed and contains gas hydrate, and excavates the hydrate layer. The excavation process for obtaining excavated material including gas hydrate and earth and sand, and the agitation and separating process for mechanically agitating the excavated material to generate a mixture of gas hydrate and earth and sand, and further separating the gas hydrate and earth and sand And a recovery step of recovering the separated gas hydrate.
Here, in the stirring separation step, the gas hydrate and the earth and sand can be separated due to the difference in specific gravity between the gas hydrate and the earth and sand.
The stirring / separating step is preferably performed in the hydrate layer. And it is preferable that the earth and sand isolate | separated by the stirring separation process are refilled in a hydrate layer.
さらに、掘削工程では、ハイドレート層内を、横方向に連続して掘削していくのが好ましい。これには、トンネルを掘削するのと同様に、横方向に連続して掘削するのが良い。また、掘削機をハイドレート層内で所定の位置を中心として横方向に旋回させることで、ハイドレート層を掘削し、得られた掘削物からガスハイドレートを採集することもできる。このようにして、広範囲のハイドレート層からガスハイドレートを採集できる。
また、ガスハイドレードを得るため、掘削工程でハイドレート層に掘削坑を形成した場合、この掘削坑の外周側をさらに掘削し、得られた掘削物からガスハイドレートを採集することもできる。これにより、大断面の掘削を行い、より大量のガスハイドレードを採集するのである。この場合も、得られた掘削物に対しては、撹拌分離工程・回収工程を同様に施し、ガスハイドレートを採集する。
Further, in the excavation process, it is preferable to continuously excavate the hydrate layer in the lateral direction. For this purpose, it is preferable to continuously excavate in the lateral direction as in the case of excavating the tunnel. Further, the hydrate layer can be excavated and gas hydrate can be collected from the obtained excavated material by turning the excavator in the lateral direction around a predetermined position in the hydrate layer. In this way, gas hydrate can be collected from a wide range of hydrate layers.
Moreover, in order to obtain gas hydrate, when an excavation pit is formed in the hydrate layer in the excavation process, the outer peripheral side of the excavation pit can be further excavated, and gas hydrate can be collected from the obtained excavated material. As a result, a large section is excavated and a larger amount of gas hydrate is collected. Also in this case, the obtained excavated material is subjected to the stirring separation process and the recovery process in the same manner, and gas hydrate is collected.
本発明は、海底地盤中に存在し、ガスハイドレートを含むハイドレート層から、ガスハイドレートを採集するためのガスハイドレート採集システムとして捉えることもできる。このシステムは、ハイドレート層を掘削し、ガスハイドレートと土砂を含む掘削物を得る掘削装置と、掘削物を機械的に撹拌する撹拌装置と、撹拌装置で撹拌されることで、掘削物から分離したガスハイドレートを回収する回収装置と、を備えることを特徴とする。
このとき、掘削装置は、トンネルボーリングマシン(TBM)や、シールド掘削機のように、前進しながら、前方のハイドレート層を掘削していくものとするのが好ましい。
また、掘削装置に、スクリューコンベアを用いることができる。スクリューコンベアのスクリュー部材を回転させながら前進させることで、掘削と掘削物の搬送を行うことができる。
掘削装置を、TBMやシールド掘削機のように、前進しながら、前方のハイドレート層を掘削していくものとする場合、撹拌装置を、掘削装置と一体に設けることができる。
また、撹拌装置を、掘削装置の進行方向後方に設置(固定)し、搬送装置によって掘削装置から撹拌装置に掘削物を搬送するようにしても良い。
The present invention can also be regarded as a gas hydrate collection system for collecting gas hydrate from a hydrate layer that exists in the seabed ground and includes gas hydrate. This system excavates a hydrate layer and obtains an excavated material containing gas hydrate and earth and sand, an agitation device that mechanically agitates the excavated material, And a recovery device for recovering the separated gas hydrate.
At this time, it is preferable that the excavator excavates the forward hydrate layer while moving forward like a tunnel boring machine (TBM) or a shield excavator.
A screw conveyor can be used for the excavator. By advancing while rotating the screw member of the screw conveyor, excavation and conveyance of excavated material can be performed.
When the excavator is to excavate the forward hydrate layer while moving forward like a TBM or shield excavator, the agitator can be provided integrally with the excavator.
Further, the agitator may be installed (fixed) behind the excavator in the traveling direction, and the excavator may be conveyed from the excavator to the agitator by the conveying device.
本発明によれば、ハイドレート層を掘削し、土砂とガスハイドレートを含む掘削物を得て、これを機械的に撹拌することで、掘削物からガスハイドレートを回収することができる。そして、ハイドレート層の掘削を、トンネルを掘削するようにして横方向に連続的に行うことで、広範囲のハイドレート層から大量のガスハイドレートを連続的に採集することが可能となる。その結果、ガスハイドレートを大量にかつ安定して採集することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a gas hydrate can be collect | recovered from excavated material by excavating a hydrate layer, obtaining the excavated material containing earth and sand and gas hydrate, and stirring this mechanically. And by excavating the hydrate layer continuously in the lateral direction as if excavating a tunnel, a large amount of gas hydrate can be continuously collected from a wide range of hydrate layers. As a result, a large amount of gas hydrate can be collected stably.
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。なお、以下には、複数の実施の形態を示すが、各形態間で共通する構成については同符号を付し、その説明を省略することがある。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings. In the following, a plurality of embodiments will be shown, but the same reference numerals are given to components common to the respective embodiments, and the description thereof may be omitted.
[第一の実施の形態]
図1は、第一の実施の形態におけるガスハイドレートの採集手法、ガスハイドレート採集システムを説明するための図である。
この図1に示すように、本実施の形態では、海上から海底地盤G1中のハイドレート層G2まで、縦坑1を構築し、縦坑1の底部から、掘削撹拌機(掘削装置、撹拌装置)10をハイドレート層G2中に横方向に推進させていく。そして、掘削撹拌機10で、ハイドレート層G2を構成する地層(砂層)の土砂とこの土砂中に混在するガスハイドレートの掘削物を回収する。さらに、掘削撹拌機10では、回収した掘削物を機械的に撹拌し、掘削物中からガスハイドレート(と海水)を回収し、これを縦坑1を通し、海上に位置する船やベースで回収する。また、海底等に、ガスハイドレードと海水を分離し、さらにガスハイドレードをガス化あるいは液化し、これを海底に敷設したパイプラインで送ること等も可能である。本実施の形態においては、採集したガスハイドレードをいかなる手法で搬送するか、等については何ら限定するものではない。
[First embodiment]
FIG. 1 is a diagram for explaining a gas hydrate collection method and a gas hydrate collection system according to the first embodiment.
As shown in FIG. 1, in the present embodiment, a
このように、いわば、トンネルを掘削するように、掘削撹拌機10をハイドレート層G2で横方向に推進させることで、ガスハイドレートを回収するのである。
ここで、図2は、ハイドレート層G2中における、掘削撹拌機10によって掘削された掘削坑T(推進軌跡L)の例を示す平面図である。この図2に示すように、縦坑1を基点としてハイドレート層G2中の様々な方向に向けて掘削撹拌機10を走査させることで、広範囲のハイドレート層G2からガスハイドレートを回収する。なお、図2に示した推進軌跡Lは、縦坑1を2本構築した場合の例であり、もちろん、これ以外のパターンで掘削撹拌機10を推進させることもできるし、縦坑1の本数も、1本あるいは3本以上のいずれとしても良い。
In this manner, the gas hydrate is recovered by propelling the
Here, FIG. 2 is a plan view showing an example of the excavation pit T (propulsion locus L) excavated by the
また、掘削撹拌機10で掘削坑Tを形成した後、この掘削坑Tに熱を加えたり、あるいは減圧を行うことで、掘削坑Tの周囲のハイドレート層G2においてガスハイドレートの分解を生じさせることもできる。分解したガスハイドレートは、掘削坑Tを通し、回収することができる。 Further, after the excavation stirrer 10 forms the excavation pit T, heat is applied to the excavation pit T or decompression is performed, so that the gas hydrate is decomposed in the hydrate layer G2 around the excavation pit T. It can also be made. The decomposed gas hydrate can be collected through the excavation pit T.
さて、図3は、上記のようにしてガスハイドレートを採集する際に用いる掘削撹拌機10の例を示すものである。
図3に示すように、掘削撹拌機(掘削装置、撹拌装置)10Aは、トンネルボーリングマシーンのような構成を基本としており、先端部に備えられた掘削用のドリル11と、ドリル11を回転駆動させるためのモータ12、ドリル11で掘削した掘削物を撹拌し、掘削物からガスハイドレートを分離させる撹拌装置13、撹拌装置13の駆動源となるモータ14、撹拌装置13で分離されたガスハイドレートを、フレキシブルチューブ(搬送装置)15を通して後方に送り出すためのポンプ(回収装置)16、を備えている。
FIG. 3 shows an example of the
As shown in FIG. 3, the excavator agitator (excavator, agitator) 10A basically has a configuration such as a tunnel boring machine, and a
この掘削撹拌機10Aは、ドリル11を回転させたときに、ドリル11の刃がハイドレート層G2に食い込む力により推進力を得る。この推進力の反力を受けるため、掘削撹拌機10Aは、掘削によって形成された坑壁面100に押し付けられるグリッパ17を備えている。また、掘削撹拌機10Aの前進に伴い、フレキシブルチューブ15は伸長できるようになっている。
When the
このような掘削撹拌機10Aは、ドリル11で、進行方向前方のハイドレート層G2を掘削し、この地層から、土砂とガスハイドレートの掘削物を後方に取り込む。なお、ドリル11自体の構成は、通常の地盤掘削用のドリルと同様の構成が適用でき、またその構成を特に限定する意図も無いことから、ここではその説明を省略する。
ドリル11によって取り込まれた掘削物は、撹拌装置13の撹拌部材13aによって撹拌される。これにより、掘削物は細かく破砕され、ガスハイドレート、海水(氷)、土砂、それぞれの粒子が混在した混在物となる。このとき、大きな塊状等となっていた掘削物も細かく破砕されることで、塊の内部に入っていたガスハイドレートも、同様に粒子となる。ここで、粒子の径は、撹拌部材13aのピッチ等、撹拌時間等によって決まるものであり、ここでは数cm〜数十cm程度のものを想定している。
Such an
The excavated material taken in by the
そして、ガスハイドレート、海水(氷)、土砂、それぞれの粒子は、撹拌を続けると、次第に、比重の違い(ガスハイドレート:0.9、海水:1.03、土砂:2.6程度)により、ガスハイドレートおよび海水と、土砂とに分離される。これにより、撹拌装置13の上部にガスハイドレートおよび海水が浮上し、下部に土砂が沈降する。
Gas hydrate, seawater (ice), and earth and sand particles are gradually different in specific gravity as they continue to be stirred (gas hydrate: 0.9, seawater: 1.03, earth and sand: about 2.6). Thus, gas hydrate and seawater are separated into earth and sand. Thereby, gas hydrate and seawater float on the upper part of the stirring
土砂から分離されたガスハイドレートおよび海水は、撹拌装置13の上部に接続された配管18から、ポンプ16によって後方のフレキシブルチューブ15に送り出される。そして、フレキシブルチューブ15を通し、縦坑1を介し、海上等へと送られる。一方、残された土砂は、撹拌装置13の下部から後方に排出され、そのまま、ハイドレート層G2に形成された掘削坑Tを埋め戻す。
The gas hydrate and seawater separated from the earth and sand are sent out from the
ところで、上記のような掘削・撹拌・分離は、掘削撹拌機10Aの掘進(前進)に並行して行われる。したがって、例えば、ドリル11によって取り込まれた掘削物は、掘削撹拌機10Aの掘進によって、後方から撹拌装置13が掘削物の位置に到達することによって撹拌が開始され、掘削物の位置を撹拌装置13が通り過ぎることによって撹拌が終了する。そして、撹拌によってガスハイドレートおよび海水が分離した土砂も、撹拌装置13が通り過ぎることで、そのまま掘削坑Tに残置されることになる。もちろん、ポンプ等を用い、ドリル11から撹拌装置13に掘削物を送り込み、撹拌装置13から土砂を後方に排出することも可能ではあるが、上記のような構成とすることもできるのである。
By the way, excavation / stirring / separation as described above is performed in parallel with the excavation (advance) of the
このようにして、掘削撹拌機10Aで、ハイドレート層G2を掘削し、土砂とガスハイドレートを含む掘削物を得て、これを機械的に撹拌することで、掘削物中からガスハイドレート(と海水)を回収することができる。掘削撹拌機10Aを前進させながら、トンネルを掘削するようにしてハイドレート層G2を掘削することで、広範囲のハイドレート層G2から大量のガスハイドレートを連続的に採集することが可能となる。その結果、ガスハイドレートの生産性を大幅に向上させ、また安定した生産が可能となる。
In this manner, the hydrate layer G2 is excavated with the
図4は、図3の掘削撹拌機10Aの変形例である。図4に示す掘削撹拌機(掘削装置、撹拌装置)10Bは、図3の掘削撹拌機10Aに、推進ジャッキ20を付加したものである。この推進ジャッキ20は、ドリル11側と、グリッパ17、17間に設けられた受け部材21との間に、設けられている。このような掘削撹拌機10Bでは、グリッパ17、17を坑壁面100に押し付けた状態で、推進ジャッキ20を油圧等によって伸ばすことで、ドリル11を前方に推進させることができる。これにより、前方のハイドレート層G2の状況により、ドリル11の食い付き力のみでは推進力が不足するような場合であっても、掘削撹拌機10Bに大きな推進力を付与することができる。
FIG. 4 is a modification of the
図5は、ドリル11に代えて、カッターフェース30を備えた掘削撹拌機(掘削装置、撹拌装置)10Cの例である。この掘削撹拌機10Cは、図3、図4に示した掘削撹拌機10A、10Bにおけるドリル11に代えて、円盤状のカッターフェース30を備えたものである。カッターフェース30は、モータ12によって回転駆動され、その前面に複数(多数)の掘削ビット30aが備えられたものである。このようなカッターフェース30は、シールド掘削機等で用いられているものと同様の構成が適用でき、またその構成を特に限定する意図も無いことから、ここではこれ以上の説明を省略する。
FIG. 5 shows an example of an excavator agitator (excavator, agitator) 10 </ b> C provided with a
また、この掘削撹拌機10Cでは、互いに前後するグリッパ17f、17r間に、油圧等によって伸縮駆動される推進ジャッキ31を備えている。前側のグリッパ17fは、カッターフェース30側に連結されており、後側のグリッパ17rは、撹拌装置13等の本体側に連結されている。
カッターフェース30を前進させるときには、モータ12でカッターフェース30を回転させながら、前側のグリッパ17fを坑壁面100に押し付けるのを解放した状態で推進ジャッキ31を伸ばし、前側のグリッパ17fとカッターフェース30を前進させる。これにより、前方のハイドレート層G2が掘削される。所定ストロークの前進が行われた時点で、前側のグリッパ17fを坑壁面100に押し付けた後、後側のグリッパ17rの坑壁面100への押し付けを解放する。そして、推進ジャッキ31を縮め、後側のグリッパ17rおよび撹拌装置13等の本体を前進させる。この後、後側のグリッパ17rを坑壁面100に押し付ける。
このような動作を繰り返すことで、カッターフェース30の前進と、撹拌装置13等の本体の引き込みを推進ジャッキ31で行うのである。これにより、撹拌装置13等の引き込みを、カッターフェース30と切羽面との摩擦力に頼らないため、ハイドレート層G2の状態等による影響が少なく、施工を安定して行える。
In addition, the
When the
By repeating such an operation, the
もちろん、図5に示したような構成は、カッターフェース30に代えてドリル11を備えた場合にも同様に適用できるが、カッターフェース30を備えることで、掘削の制御が容易となる。
Of course, the configuration shown in FIG. 5 can be similarly applied to the case where the
図6に示す掘削撹拌機(掘削装置、撹拌装置)10Dは、グリッパ17に代えて、回転防止部材40を備えたものである。この図6に示すように、回転防止部材40は、掘削撹拌機10Dの掘進方向(前後方向)に回転自在なコロ41を複数備えている。ドリル11が回転してハイドレート層G2に食い込みつつハイドレート層G2を掘進するときには、コロ41が回転することでその推進抵抗を抑えつつ、ドリル11の回転反力に対してはコロ41と坑壁面100との摩擦により抗力を発揮し、後方の撹拌装置13等がとも回りしてしまうのを防止する。
The excavator agitator (excavator, agitator) 10D shown in FIG. 6 includes a
[第二の実施の形態]
図7は、第二の実施の形態における掘削装置50を示す図である。この図7に示すように、掘削装置50は、ドリル11、モータ12、ポンプ16、グリッパ17等を備えている。また、この掘削装置50は、ドリル11で掘削し、後方に取り込んだ掘削物を、ポンプ16に接続された配管18に供給するためのスクリューコンベア(搬送装置)51を備えている。この掘削装置50では、ポンプ16から後方のフレキシブルチューブ15に向けて、ハイドレート層G2から取り込んだ掘削物をそのまま送り出すようになっている。
このような掘削装置50を用いる場合、図8に示すように、縦坑1内に撹拌装置60を設置する。撹拌装置60では、掘削装置50からフレキシブルチューブ15を経て送り込まれてきた掘削物を、撹拌部材60aで撹拌する。すると、図3に示した撹拌装置13と同様、掘削物は細かく破砕され、ガスハイドレート、海水(氷)、土砂、それぞれの粒子の混在物となる。そして、ガスハイドレート、海水(氷)、土砂、それぞれの粒子は、比重の違い(ガスハイドレート:0.9、海水:1.03、土砂:2.6程度)により、ガスハイドレートおよび海水と、土砂とに分離される。
[Second Embodiment]
FIG. 7 is a diagram showing the
When using such an
縦坑1には、ガスハイドレートおよび海水を海上等に回収するための配管52が設けられている。また、撹拌装置60には、土砂を埋め戻すためのスクリューコンベア53が設けられている。これにより、撹拌装置60で分離されたガスハイドレートおよび海水は、配管52を通して海上等に向けて送出される。また、撹拌装置60でガスハイドレートおよび海水を分離することで残った土砂は、スクリューコンベア53により、海底地盤中に埋め戻される。
ここで、スクリューコンベア53を設置するとともに、土砂を埋め戻すのは、既に掘削装置50によって掘削された他の掘削坑T等である。
The
Here, the
このような構成では、掘削装置50が撹拌装置13等を備えないため、図3〜図6に示した掘削撹拌機10A〜10Dに比較し、掘削装置50をコンパクトで軽量なものとすることができる。掘削装置50がコンパクトになることで、掘削装置50のフレキシビリティ(掘進方向の自由度)が高まり、また軽量になることで、掘削装置50のハイドレート層G2への沈下リスクを低減することができる。
In such a configuration, since the
また、掘削装置50で掘削を行いつつ、発生した土砂は、掘削装置50の後方の掘削坑Tに埋め戻しながら掘進していくわけではなく、他の掘削坑T等に埋め戻すので、掘削中に掘削装置50に障害が生じた場合等には、掘削坑Tを通って掘削装置50に到達でき、修理や保守作業等を行うこともできる。
In addition, the
図9は、図8に示した構成の応用例である。図9に示すように、縦坑1に設置した撹拌装置60から、ガスハイドレートと海水を海上等に向けて送り出すための配管52に、循環ポンプ70および循環用配管71を設けることもできる。このような構成では、撹拌装置60から送り出されるガスハイドレートと水の一部を、循環用配管71に取り込み、循環ポンプ70で配管52内に循環させる。
このようにすることで、循環ポンプ70によって配管52内に圧送・循環されたガスハイドレートおよび水と、配管52内を流れるガスハイドレートおよび水とが衝突し、さらに配管52内で上昇流が生じる(加速される)。これにより、撹拌装置60では分離しきれず、ガスハイドレートおよび水とともに配管52内に送り込まれていた土砂を、ここで分離することができる。その結果、海上等で回収するガスハイドレート中に土砂が混入する割合を低減、つまりガスハイドレートの回収効率を向上させることができる。
FIG. 9 shows an application example of the configuration shown in FIG. As shown in FIG. 9, a
By doing so, the gas hydrate and water pumped and circulated in the
さて、上記したような第一および第二の実施の形態において、さらに様々な構成の変更・追加・省略等が可能である。
例えば図10に示すように、図5に示したカッターフェース30に、ノズル31を備え、ポンプ32から圧送した水を、ノズル31から前方のハイドレート層G2に吹き付けるようにしてもよい(いわゆるウォータージェット)。このようにすれば、前方のハイドレート層G2が緩み、カッターフェース30の掘削抵抗を低減することができ、カッターフェース30の回転速度、つまり掘削速度を向上させ、生産性を高めることができる。
さらには、図11に示すように、ポンプ32で圧送する水を、ヒータ等の熱源33で加熱し、ノズル31から温水を噴出するようにしても良い。このようにすれば、前方のハイドレート層G2において、ガスハイドレートの分解を促進させることができる。さらに、ガスハイドレートの分解がハイドレート層G2中において生じると、ハイドレート層G2も緩むため、掘削速度をさらに向上させ、生産性を高めることができる。
In the first and second embodiments as described above, various configurations can be changed, added, omitted, and the like.
For example, as shown in FIG. 10, the
Furthermore, as shown in FIG. 11, the water pumped by the
[第三の実施の形態]
さて、上記第一、第二の実施の形態で示した手法により掘削坑Tを形成した後、この掘削坑Tをパイロット坑とし、さらに大径の掘削を行い、より広範囲からガスハイドレートを採集することもできる。
これには、例えば図12に示すような構成が適用できる。
図12に示すように、既に形成された掘削坑Tに、大径掘削装置(掘削装置)80のグリッパ81と、推進用ジャッキ82を設置する。そして、後方のグリッパ81に、大径掘削部83を連結して設ける。この大径掘削部83は、モータ84によって回転駆動され、その表面に設けられた掘削ビット83aで、掘削坑Tの外周側のハイドレート層G2を掘削する。
また、この大径掘削装置80では、推進用ジャッキ82の前後に設けられたグリッパ81を坑壁面100に押し付けたり解放したりしつつ、推進用ジャッキ82を伸縮させることで、大径掘削部83を、図中矢印方向に前進させることができる。
[Third embodiment]
Now, after the excavation pit T is formed by the method shown in the first and second embodiments, the excavation pit T is used as a pilot pit, and a larger diameter excavation is performed to collect gas hydrate from a wider range. You can also
For example, a configuration as shown in FIG. 12 can be applied.
As shown in FIG. 12, a
Further, in this large-
ここで、大径掘削部83の後方に、撹拌部材85aを備えた撹拌装置85を備えておくことで、大径掘削部83でハイドレート層G2から削り取られたガスハイドレートと海水と土砂の掘削物を撹拌し、ガスハイドレートおよび海水を分離させることができる。また、撹拌装置85では、ガスハイドレートおよび海水が分離することで残った土砂は、そのまま掘進方向後方に埋め戻す。
分離されたガスハイドレートおよび海水は、大径掘削部83を貫通し、縦坑1(図1参照)に向けて敷設されたフレキシブルチューブ15を通して送り出すことができる。このフレキシブルチューブ15には、上記第一、第二の実施の形態で示したような手法で掘削坑Tを掘削する際に用いたものをそのまま用いることもできる。
Here, by providing a
The separated gas hydrate and seawater can penetrate the large-diameter excavation part 83 and can be sent out through the
このような構成により、掘削坑Tの周囲の、より広い範囲を掘削することができ、ガスハイドレートを大量に採集できる。また、先行して形成した掘削坑Tをパイロット坑とすることで、この掘削坑Tを、大径掘削装置80で用いる動力の供給、ガスハイドレート等の搬送ライン等のために利用することができる。
この場合も、送り出された掘削物は、図8あるいは図9に示したような、縦坑1に設置した撹拌装置60で撹拌・分離し、ガスハイドレートと海水を海上等に送出することができる。
With such a configuration, a wider area around the excavation pit T can be excavated, and a large amount of gas hydrate can be collected. In addition, by using the excavation pit T formed in advance as a pilot mine, the excavation mine T can be used for power supply used in the large-
Also in this case, the delivered excavated material can be agitated and separated by the
[第四の実施の形態]
小径のパイロット坑を形成した後、大径の掘削を行うという手法には、他に以下に示すような構成も採用できる。
図13に示すものは、このような手法に用いることのできる掘削装置90である。
掘削装置90は、本体91先端に複数の掘削ビット92が備えられるとともに、例えば二本一対のスクリューカッター93が、本体91の基端部側に、ピン94によって回動自在に支持されている。
各スクリューカッター93は、駆動シリンダ95と、この駆動シリンダ95およびスクリューカッター93間に設けられたリンクプレート96によって、本体91に対してピン94回りに回動するようになっている。また、各スクリューカッター93は、ドライブ機構97により、その軸線回りに回転駆動されるようになっている。
また、先端に掘削ビット92を備えた本体91も、図示しない回転駆動機構によって、その軸線回りに回転駆動されるようになっている。
本体91には、後述のようにして掘削ビット92あるいはスクリューカッター93によって掘削された、ガスハイドレート、海水、土砂の掘削物を回収し、本体91の基端部側から排出するための回収チューブ98、99が備えられている。
[Fourth embodiment]
The following configuration can also be adopted for the technique of excavating a large diameter after forming a small-diameter pilot mine.
FIG. 13 shows an
The
Each
Further, the
The
このような掘削装置90では、図14(a)に示すように、まず、スクリューカッター93を本体91に沿わせた状態で、本体91を図示しない回転駆動機構で回転駆動させながら、図示しない推進機構により前進させ、先端の掘削ビット92でハイドレート層G2を掘削していく。このとき、掘削された掘削物は、図13(a)の回収チューブ98を通して回収され、後方の掘削坑Tを通し、縦坑1へと送出される。
In
そして、所定の位置まで掘進が完了した時点で、それぞれのスクリューカッター93をドライブ機構97で軸線回りに回転駆動させるとともに、本体91を回転駆動機構で回転駆動させながら、駆動シリンダ95を作動させて、二本のスクリューカッター93をピン94回りに回動させる。すると、図14(b)に示すように、二本のスクリューカッター93は、本体91に対して開きながら、掘削坑Tの外周側のハイドレート層G2を掘削する。このときに掘削された掘削物は、本体91の中間部に開口した回収チューブ99から回収され、後方の掘削坑Tを通し、縦坑1へと送出される。
When the excavation is completed to a predetermined position, each
二本のスクリューカッター93が所定の角度まで開いた時点で、今度は掘削装置90を後退させる。すると、図14(c)に示すように、スクリューカッター93により、掘削坑Tの外周側が、より大断面で掘削され、掘削物を回収することができる。
When the two
上記したような構成においては、図8あるいは図9に示した構成、つまり、縦坑1に設置した撹拌装置60で掘削物を撹拌分離し、ガスハイドレートおよび海水を海上等へ送出することができる。
In the configuration as described above, the configuration shown in FIG. 8 or FIG. 9, that is, the excavated material is stirred and separated by the stirring
[第五の実施の形態]
この手法では、図15に示すように、縦坑1の周囲に、複数のスクリューコンベア200を配置する。各スクリューコンベア200は、スクリュー翼201aを備え、図示しない駆動源により、その軸線回りに回転駆動されるスクリュー部材201を備える。
このようなスクリューコンベア200を、掘削物の掘削用途、および土砂の埋め戻しに用いながら、ガスハイドレートを採集するのである。
[Fifth embodiment]
In this method, as shown in FIG. 15, a plurality of
Gas hydrate is collected while using such a
これには、掘削用として用いられるスクリューコンベア(掘削装置)200Aを図示しない推進機構で前進させながら、スクリュー部材201を回転駆動させ、スクリュー部材201の先端部で、前方のハイドレート層G2を掘削する。掘削された掘削物は、回転するスクリュー部材201によって、後方に搬送される。そして、縦坑1内に設置した撹拌装置60で、掘削物を撹拌・分離し、ガスハイドレートおよび海水を、縦坑1を通して海上等に向けて送出する。
このとき、スクリューコンベア200Aは、掘進していくに伴い、後方に他のスクリューコンベア200Aを順次継ぎ足していっても良いし、上記第一〜第三の実施の形態のように、フレキシブルチューブ15等を後方に接続し、このフレキシブルチューブ15を通して縦坑1への掘削物の搬送を行っても良い。
For this purpose, the
At this time, as the
さて、撹拌装置60でガスハイドレートおよび海水を分離することで残った土砂は、埋め戻し用のスクリューコンベア200Bに排出される。埋め戻し用のスクリューコンベア200Bは、スクリュー部材201を回転駆動させることで、撹拌装置60から排出される土砂を搬送し、既に掘削された他の掘削坑T等に土砂を埋め戻すことができる。
Now, the earth and sand remaining by separating the gas hydrate and seawater by the stirring
[第六の実施の形態]
上記第一〜第五の実施の形態では、一方向に掘進し、トンネル状の掘削坑Tを形成しながら、ガスハイドレートを採集する手法を例示したが、以下に示すような他の手法も採用できる。
すなわち、図16に示すように、掘削用のスクリューコンベア(掘削機)200Aと、埋め戻し用のスクリューコンベア200Bを、撹拌装置60を中心として略水平方向に旋回させながら、ハイドレート層G2の掘削と、土砂の埋め戻しを行うのである。
この場合、掘削用のスクリューコンベア200Aでは、回転駆動されるスクリュー部材201の側面(旋回方向前方)でハイドレート層G2を掘削することになる。掘削された掘削物は、スクリュー部材201により、撹拌装置60へと送り込まれる。
一方、埋め戻し用のスクリューコンベア200Bでは、略水平方向に旋回しながら、撹拌装置60から排出される土砂を、回転駆動されるスクリュー部材201によって先端に搬送する過程で、その側面(旋回方向後方)に埋め戻す。
[Sixth embodiment]
In the first to fifth embodiments, the method of collecting gas hydrate while digging in one direction and forming the tunnel-shaped excavation mine T is exemplified, but other methods as shown below are also possible. Can be adopted.
That is, as shown in FIG. 16, excavation of the hydrate layer G2 while rotating the screw conveyor (excavator) 200A for excavation and the
In this case, in the
On the other hand, in the
このとき、例えば、埋め戻し用のスクリューコンベア200Bを複数台設けてもよいし、掘削用のスクリューコンベア200Aも複数台設けてもよい。ただし、掘削用のスクリューコンベア200Aの台数を増やすと、掘削抵抗が増加し、これらスクリューコンベア200A、200Bを旋回させる駆動力に負荷がかかる。このため、これらスクリューコンベア200A、200Bを旋回させるための駆動機構の出力等に応じ、これらの台数、長さ等を設定するのが好ましい。
At this time, for example, a plurality of
さて、このような旋回によるハイドレート層G2の掘削は、例えば第五の実施の形態で示したように、掘削用のスクリューコンベア200Aを一方向に掘進させて掘削坑Tを形成した後、この掘削坑Tを基点として行うこともできる。つまり、掘削坑Tの位置から、スクリューコンベア200Aを旋回させるのである。
このようにすれば、掘削坑Tを基点として、その周囲のハイドレート層G2を広範囲に掘削でき、ガスハイドレートの生産量を増大させることができる。
For example, as shown in the fifth embodiment, the excavation of the hydrate layer G2 by such turning is performed after the
In this manner, the hydrate layer G2 around the excavation pit T can be excavated in a wide range, and the production amount of gas hydrate can be increased.
上記第五あるいは第六の実施の形態において、図17に示すように、掘削用のスクリューコンベア200Aと、埋め戻し用のスクリューコンベア200Bを、上下に重ねて設け、掘進あるいは旋回掘削を行うことも可能である。この場合、掘削用のスクリューコンベア200Aを上段に配置し、埋め戻し用のスクリューコンベア200Bを下段に配置し、双方の間に、仕切り部材210を設ける。
このようにすると、掘削用のスクリューコンベア200Aでハイドレート層G2から掘削された掘削物は、スクリュー部材201によって撹拌装置60に向けて搬送され、下段の埋め戻し用のスクリューコンベア200Bによってハイドレート層G2に埋め戻される。このとき、撹拌装置60においては、比重により、撹拌によって分離したガスハイドレートおよび海水は上方に浮上し、土砂は下方に沈む。下方に沈んだ土砂は、下段の埋め戻し用のスクリューコンベア200Bによって撹拌装置60から搬出される。このようにして、下段に埋め戻し用のスクリューコンベア200Bを配置することで、比重によって下方に沈む土砂の排出・埋め戻しがスムーズに行える。このため、撹拌装置60の撹拌部材60bは、横回りに回転駆動されるのが良い。
In the fifth or sixth embodiment, as shown in FIG. 17, a
In this way, the excavated material excavated from the hydrate layer G2 by the excavating
このとき、図18に示すように、仕切り部材210に代えて、多数の開口を有したメッシュ部材220を設けることもできる。
掘削用のスクリューコンベア200Aでハイドレート層G2から掘削された掘削物は、スクリュー部材201によって撹拌装置60に向けて搬送される。このとき、掘削物がメッシュ部材220と接触したり、回転するスクリュー部材201によって撹拌されることで、掘削物の一部が、ガスハイドレートおよび海水と、土砂とに分離することがある。分離したガスハイドレートおよび海水と、土砂とは、比重により上下に分かれるので、下方に沈んだ土砂は、メッシュ部材220の開口を通し、下方の埋め戻し用のスクリューコンベア200Bに落ちる。落ちた土砂は、スクリューコンベア200Bによって、ハイドレート層G2に埋め戻される。
これにより、掘削用のスクリューコンベア200Aでの搬送中にも、掘削物の搬送・分離を行え、より効率が高まる。
At this time, as shown in FIG. 18, a
The excavated material excavated from the hydrate layer G <b> 2 by the excavating
Accordingly, the excavated material can be conveyed and separated even during conveyance on the excavating
ところで、掘削用のスクリューコンベア200Aのスクリュー部材201は、通常のらせん状のスクリュー翼形状に限らず、他の様々なものとすることができる。
例えば、図19(a)に示すように、スクリュー部材201Aに、長さの異なるスクリュー刃230を並べて設けても良い。このようにすれば、掘削物を搬送しながら掘削物がスクリュー刃230に接触することで、撹拌される機能が向上し、ガスハイドレートの分離効率を高めることができる。
また、図19(b)あるいは(c)に示すように、ジグザグ形状とされたスクリュー部材201B、あるいはらせん状のスクリュー部材201Cの先端に、ビット240を設けることもできる。このようにすれば、スクリュー部材201B、201Cを回転駆動させながら前進させたときの掘削能力が向上し、生産性を高めることができる。
さらに、図19(d)に示すように、スクリュー部材201Dの先端部に、ビット250を設けるようにしてもよい。これにより、スクリュー部材201Dが前方のハイドレート層G2に食い込むときの初期挿入負荷を著しく低減することができる。
もちろん、これらを組み合わせたものであっても良いし、さらに他の構成を採用してもよい。
By the way, the
For example, as shown in FIG. 19A,
In addition, as shown in FIG. 19B or 19C, a
Furthermore, as shown in FIG. 19D, a
Of course, these may be combined, and other configurations may be employed.
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。 In addition to this, as long as it does not depart from the gist of the present invention, the configuration described in the above embodiment can be selected or changed to another configuration as appropriate.
1…縦坑、10、10A、10B、10C、10D…掘削撹拌機(掘削装置、撹拌装置)、13…撹拌装置、15…フレキシブルチューブ(搬送装置)、16…ポンプ(回収装置)、50…掘削装置、51…スクリューコンベア(搬送装置)、60…撹拌装置、80…大径掘削装置(掘削装置)、85…撹拌装置、90…掘削装置、200A…スクリューコンベア(掘削装置、掘削機)、G1…海底地盤、G2…ハイドレート層、T…掘削坑
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記ハイドレート層を掘削し、前記ガスハイドレートと土砂を含む掘削物を得る掘削工程と、
前記掘削物を機械的に撹拌し、前記ガスハイドレートと前記土砂の混在物を生成し、さらに前記ガスハイドレートと、前記土砂を分離する撹拌分離工程と、
分離された前記ガスハイドレートを回収する回収工程と、
を備えることを特徴とするガスハイドレートの採集方法。 A method for collecting the gas hydrate from a hydrate layer that exists in the seabed and includes gas hydrate,
A drilling step of drilling the hydrate layer to obtain a drilled object containing the gas hydrate and earth and sand;
Mechanically stirring the excavated matter to produce a mixture of the gas hydrate and the earth and sand, and further stirring and separating the gas hydrate and the earth and sand;
A recovery step of recovering the separated gas hydrate;
A gas hydrate collection method comprising:
前記ハイドレート層を掘削し、前記ガスハイドレートと土砂を含む掘削物を得る掘削装置と、
前記掘削物を機械的に撹拌する撹拌装置と、
前記撹拌装置で撹拌されることで、前記掘削物から分離したガスハイドレートを回収する回収装置と、
を備えることを特徴とするガスハイドレート採集システム。 A gas hydrate collection system for collecting the gas hydrate from a hydrate layer that exists in the seabed and includes gas hydrate,
A drilling device for drilling the hydrate layer to obtain a drilled article containing the gas hydrate and earth and sand;
A stirring device for mechanically stirring the excavated material;
A recovery device that recovers the gas hydrate separated from the excavated matter by being stirred by the stirring device;
A gas hydrate collection system comprising:
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