JP2008239651A - Method for collecting gas from gas hydrate sedimentary layer, and apparatus therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガスハイドレート堆積層からガスを回収する方法及びそのための装置に関し、より具体的にはガスハイドレート堆積層からガスを回収する方法及びガスハイドレート堆積層からガスを回収するための装置に関する。 The present invention relates to a method of recovering gas from a gas hydrate deposit and an apparatus therefor, and more specifically, a method of recovering gas from a gas hydrate deposit and a gas for recovering gas from the gas hydrate deposit. Relates to the device.
資源としてのメタンハイドレートを分解し、メタンガスとして回収する技術として減圧法、熱水注入法、あるいは添加剤注入法などがある。減圧法とは、海底のメタンハイドレート堆積層の圧力を減圧し、高圧低温下で安定なメタンハイドレートを分解する方法であり、熱水注入法とは、当該堆積層に熱水を注入して加熱することでメタンハイドレートを分解する方法であり、添加剤注入法とはメタンハイドレートが安定となる温度圧力条件をより高圧低温へ変化させる薬剤を注入してメタンハイドレートを分解する方法である。 Techniques for decomposing methane hydrate as a resource and recovering it as methane gas include a decompression method, a hot water injection method, and an additive injection method. The decompression method is a method of decomposing stable methane hydrate under high pressure and low temperature by reducing the pressure of the methane hydrate sediment layer on the sea floor.The hot water injection method is the method of injecting hot water into the deposition layer. The methane hydrate is decomposed by heating, and the additive injection method is a method that decomposes methane hydrate by injecting an agent that changes the temperature and pressure conditions at which methane hydrate becomes stable to higher pressure and lower temperature. It is.
メタンハイドレート資源からのメタンガス回収技術のうち、添加剤注入法ではメタンハイドレートの分解促進効果のある薬剤としてＮａＣｌやメタノールが知られている。これらの添加剤をメタンハイドレートの堆積層へ注入することにより、単なる水を注入する場合に比べてメタンハイドレートの分解が促進され、メタンガスの生産速度が向上する。これらの知見は「E.D.Sloan 著“Clathlate Hydrate of Natural Gases”2nd Ed. p.297 (1998) Marcel Dekker, Inc.」などに開示されている。 Among methane gas recovery technologies from methane hydrate resources, NaCl and methanol are known as chemicals that have an effect of promoting methane hydrate decomposition in the additive injection method. By injecting these additives into the methane hydrate deposition layer, decomposition of methane hydrate is promoted and methane gas production rate is improved as compared with the case of simply injecting water. These findings are disclosed in “E.D. Sloan“ Clathlate Hydrate of Natural Gases ”2nd Ed. P.297 (1998) Marcel Dekker, Inc.”.
一方、メタンハイドレートの分解を抑制し、ガスが発生する速度を低下させるための開発も進められている。これらの開発は、メタンハイドレートを人工的に合成してガスの貯蔵や輸送に用いることを目的としている。 On the other hand, developments for suppressing the decomposition of methane hydrate and reducing the rate of gas generation are also underway. These developments are aimed at artificially synthesizing methane hydrate for gas storage and transport.
例えば、特開２００３−２８７１９９号公報では、ガスハイドレートを好ましくは０．５ｍｍ以上に分級し、分解条件下に所定時間置くことにより、ガスハイドレートの分解を抑制できるとされている。特開２００４−２７５４号公報では、ガスハイドレートの生成条件下で原料水とガスハイドレートの分解抑制作用を持つ物質の存在下でガスハイドレートを合成しており、分解抑制作用を持つ物質として、塩素イオン、フッ素イオンなどが開示されている。 For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-287199, it is said that gas hydrate is preferably classified to 0.5 mm or more and placed under decomposition conditions for a predetermined time, whereby decomposition of gas hydrate can be suppressed. In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-2754, gas hydrate is synthesized in the presence of a substance having a decomposition inhibitory action on raw water and gas hydrate under gas hydrate production conditions. , Chlorine ions, fluorine ions and the like are disclosed.
また、特開２００４−３１５８１４号公報では、ガスハイドレートの粉末を成型体に収容するか、またはガスハイドレートを成型した後に該成型体を氷の皮膜で直接覆っている。特開２００４−３３１７４７号公報では、曇点を有するポリマーを含有する水とガスハイドレート形成可能な物質とを曇点以上の温度で反応させてガスハイドレートを製造し、曇点より低い温度でガスハイドレートを保存している。 In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-315814, gas hydrate powder is accommodated in a molded body, or after molding the gas hydrate, the molded body is directly covered with an ice film. In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-331747, water containing a polymer having a cloud point and a substance capable of forming a gas hydrate are reacted at a temperature higher than the cloud point to produce a gas hydrate, and at a temperature lower than the cloud point. Stores gas hydrate.
また、特開２００５−９３１３４号公報では、断熱材容器を用いてガスハイドレートを保存し、容器の密閉収容部の出入熱が均衡する構造をとっている。特開２００６−５２３９５号公報では、ガスハイドレート生成後に生成温度圧力を保持したまま造粒機によりペレットを成形している。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-93134 adopts a structure in which a gas hydrate is stored using a heat insulating material container and the heat input and output of the hermetic housing portion of the container is balanced. In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-52395, pellets are formed by a granulator while maintaining the generation temperature and pressure after generating the gas hydrate.
ところで、前述のとおり、ガスハイドレートの分解を促進する添加剤を用いれば、ガスハイドレートからのガスの生産速度は向上するものの、その生産速度を任意に制御することは困難である。添加剤の濃度を制御することにより、その生産速度を制御することはこれまでの知見から可能ではあるが、注入する添加剤濃度を任意に変化したとしても、ガスハイドレート堆積層に存在する添加剤濃度は直ちには変化せず、ガス生産速度を明確に制御することは不可能である。 By the way, as described above, if an additive that promotes decomposition of gas hydrate is used, the production rate of gas from gas hydrate is improved, but it is difficult to arbitrarily control the production rate. Although it is possible to control the production rate by controlling the concentration of the additive based on previous knowledge, even if the additive concentration to be injected is arbitrarily changed, the additive present in the gas hydrate deposition layer The agent concentration does not change immediately and the gas production rate cannot be clearly controlled.
また、ガスハイドレートの貯蔵・輸送・保存に関する前述従来技術は、ガスの分解速度を低下させる効果があることから、ガスハイドレートからのガス生産速度の制御に用いることが考えられる。しかしながら、前述技術は人工的にガスハイドレートを合成する際に何らかの工夫をしており、合成後のハイドレートを断熱容器に保存したりするなど、ガスハイドレート堆積層、特に海底や地底に存在するメタンハイドレート堆積層からメタンガスを生産する場合に容易には適用できない。 Moreover, since the above-mentioned conventional technology relating to storage, transport, and preservation of gas hydrate has an effect of reducing the decomposition rate of gas, it can be considered to be used for controlling the gas production rate from gas hydrate. However, the above-mentioned technology has some contrivance when artificially synthesizing gas hydrates, and the synthesized hydrates are stored in heat-insulated containers. It cannot be easily applied to the production of methane gas from methane hydrate deposits.
本発明は、ガスハイドレート堆積層、特に資源としてのガスハイドレート堆積層からガスを回収するに際しての以上の問題を解決するもので、ガスハイドレート堆積層へ添加剤溶液を注入して分解したガスを回収する方法及びそのための装置を提供することを目的とするものである。 The present invention solves the above problems in recovering a gas from a gas hydrate deposit layer, particularly a gas hydrate deposit layer as a resource, and decomposed by injecting an additive solution into the gas hydrate deposit layer. An object of the present invention is to provide a method for recovering gas and an apparatus therefor.
本発明は、（１）ガスハイドレート堆積層にガスハイドレート分解促進効果がある添加剤水溶液を注入して分解したガスを回収する方法であって、ガスハイドレート堆積層からガスへの分解速度を増加したい場合には、ガスハイドレート堆積層への添加剤水溶液を適切な注入流量にすることによりガス分解速度を増加させ、一方、ガスへの分解速度を減少させたい場合には、ガスハイドレート堆積層への添加剤水溶液を過剰な注入流量にすることよりガス分解速度を減少させることを特徴とするガスハイドレート堆積層からガスを回収する方法を提供する。 The present invention is (1) a method for recovering a decomposed gas by injecting an aqueous solution of an additive having a gas hydrate decomposition promoting effect into a gas hydrate deposition layer, the decomposition rate of the gas hydrate deposition layer into the gas If you want to increase the gas decomposition rate by adjusting the flow rate of the additive aqueous solution to the gas hydrate deposition layer, while reducing the gas decomposition rate, Provided is a method for recovering a gas from a gas hydrate deposition layer characterized in that the gas decomposition rate is reduced by using an excessive injection flow rate of an aqueous additive solution to the rate deposition layer.
本発明は、（２）ガスハイドレート堆積層にガスハイドレート分解促進効果がある添加剤水溶液を注入して分解したガスを回収するための装置であって、ガスハイドレート堆積層へ添加剤水溶液を注入する手段と、ガスハイドレート堆積層への添加剤水溶液の注入流量を制御する手段を備え、ガスハイドレート堆積層からガスへの分解速度を増加したい場合には、前記添加剤水溶液の注入流量を制御する手段により、添加剤水溶液を該堆積層へ適切な流量にて注入することによりガス分解速度を増加させ、一方、ガスへの分解速度を減少させたい場合には、前記添加剤水溶液の注入流量を制御する手段により、該堆積層への過剰な添加剤水溶液注入流量にすることによりガス分解速度を減少させるようにしてなることを特徴とするガスハイドレート堆積層からガスを回収するための装置を提供する。 The present invention is (2) an apparatus for recovering a decomposed gas by injecting an additive aqueous solution having a gas hydrate decomposition promoting effect into the gas hydrate deposit layer, and adding the additive aqueous solution to the gas hydrate deposit layer And a means for controlling the injection flow rate of the aqueous additive solution into the gas hydrate deposition layer, and when the decomposition rate of the gas hydrate deposition layer into the gas is to be increased, the aqueous additive solution is injected. When it is desired to increase the gas decomposition rate by injecting the aqueous additive solution into the deposited layer at an appropriate flow rate by means of controlling the flow rate, while reducing the decomposition rate to gas, the aqueous additive solution is used. A gas hydride is characterized in that the gas decomposition rate is reduced by controlling the injection flow rate of the additive solution into the deposited layer by means of controlling the flow rate of injection of the gas. It provides an apparatus for recovering gas from over preparative deposited layer.
本発明は、ガスハイドレート堆積層にガスハイドレート分解促進効果がある添加剤水溶液を注入して分解したガスを回収する方法及びそのための装置である。そして、ガスハイドレート堆積層からガスへの分解速度を増加したい場合には、ガスハイドレート堆積層への添加剤水溶液を適切な注入流量にすることによりガス分解速度を増加させ、一方、ガスへの分解速度を減少させたい場合には、ガスハイドレート堆積層への添加剤水溶液を過剰な注入流量によりガス分解速度を減少させることを特徴とする。なお、本発明（２）における“ガスハイドレート堆積層への添加剤水溶液の注入流量を制御する手段”とは、後述図１に示す装置を借りて言えば添加剤注入ポンプＰ１に相当するものである。 The present invention is a method for recovering a decomposed gas by injecting an aqueous additive solution having a gas hydrate decomposition promoting effect into a gas hydrate deposition layer, and an apparatus therefor. When it is desired to increase the decomposition rate from the gas hydrate deposition layer to the gas, the gas decomposition rate is increased by adjusting the flow rate of the additive aqueous solution to the gas hydrate deposition layer to an appropriate gas flow rate. When it is desired to reduce the decomposition rate, the gas decomposition rate is reduced by an excessive injection flow rate of the aqueous additive solution into the gas hydrate deposition layer. In the present invention (2), the “means for controlling the flow rate of the aqueous solution of the additive into the gas hydrate deposition layer” corresponds to the additive injection pump P1 in terms of the apparatus shown in FIG. It is.
本発明で対象とするガスハイドレート堆積層は、メタンを含むガスハイドレート堆積層に限らず、プロパンガス、二酸化炭素、水素などのハイドレート堆積層にも適用される。
また、本発明で使用するガスハイドレート分解促進効果がある添加剤としては、ＮａＣｌをはじめとする無機塩類や、メタノールをはじめとするアルコール類、その他にもガスハイドレート堆積層からガスハイドレートの分解を促進する効果がある物質であればいずれも使用できる。例えば、無機塩類としてはＮａＣｌのほかにＫＣｌ、ＭｇＣｌ2、ＮＨ4Ｃｌ、ＮａＢｒ、ＮａＯＨ、Ｎａ2Ｓ2Ｏ3、ＮａＯＣｌなどのアニオンとカチオンとの化合物が挙げられ、アルコール類としてはメタノールのほかにエタノール、プロパノール、ブタノール、エチレングリコール、プロピレングリコールなど１価アルコールおよび２価アルコールが挙げられる。
The gas hydrate deposition layer targeted in the present invention is not limited to a gas hydrate deposition layer containing methane, but is also applied to a hydrate deposition layer of propane gas, carbon dioxide, hydrogen, or the like.
In addition, as an additive having an effect of promoting the decomposition of gas hydrate used in the present invention, inorganic salts such as NaCl, alcohols such as methanol, and other gas hydrate deposits from the gas hydrate deposition layer can be used. Any substance that has an effect of promoting decomposition can be used. For example, inorganic salts include compounds of anions and cations such as KCl, MgCl 2 , NH 4 Cl, NaBr, NaOH, Na 2 S 2 O 3 and NaOCl in addition to NaCl, and alcohols include methanol and the like And monohydric alcohols and dihydric alcohols such as ethanol, propanol, butanol, ethylene glycol, and propylene glycol.
以下、本発明を実験例を基に実施例を説明する。本実施例ではメタンハイドレートを例にしているが、他のガスハイドレートについても同様である。 Hereinafter, the present invention will be described based on experimental examples. In this embodiment, methane hydrate is taken as an example, but the same applies to other gas hydrates.
本実験例においては、代表的なハイドレート分解促進剤として知られているＮａＣｌを使用した。模擬メタンハイドレート堆積層として、豊浦珪砂２６．００ｇ、人工的に生成したメタンハイドレート５．３３ｇ、蒸留水１．５７ｇを均一に混合し、成型器で２５ＭＰａの圧力で圧密することにより得られた直径３０ｍｍ、高さ３７ｍｍの円筒型の試料を使用した。 In this experimental example, NaCl known as a typical hydrate decomposition accelerator was used. As a simulated methane hydrate deposition layer, 26.00 g of Toyoura quartz sand, 5.33 g of artificially produced methane hydrate, and 1.57 g of distilled water are uniformly mixed and obtained by compacting at a pressure of 25 MPa with a molding machine. A cylindrical sample having a diameter of 30 mm and a height of 37 mm was used.
一連の堆積層試料の作製は、断熱性の発泡スチロールでできたクーラーボックス内で行った。クーラーボックスの底部に液体窒素を入れ、作業用の土台をクーラーボックス内に設置し、その土台の上で試料作製作業を行った。クーラーボックス内の温度は、常に−１００℃以下であり、作業中、大気圧条件下であってもメタンハイドレートは分解しない環境であった。 A series of deposited layer samples were prepared in a cooler box made of insulating foamed polystyrene. Liquid nitrogen was put into the bottom of the cooler box, a working base was installed in the cooler box, and a sample preparation work was performed on the base. The temperature in the cooler box was always −100 ° C. or lower, and the methane hydrate was not decomposed even under atmospheric pressure conditions during work.
図１に本実験で使用したメタンハイドレート分解速度測定装置を示している。図１のとおり、円筒体１の上下に上部支持体２、下部支持体３を配置し、円筒体１内に間隔を置いて円筒状のゴムチューブ４を配置する。円筒状ゴムチューブ４内に、その上下から支持体２、支持体３を嵌挿し、支持体２の下面と支持体３の上面間で且つ円筒状ゴムチューブ４内周面間を試料部とする。試料部にコア試料を配置する。支持体２内には切替弁から試料部に導通する導管を配し、支持体３内には試料１次側保圧弁から試料部に導通する導管を配している。
FIG. 1 shows the methane hydrate decomposition rate measuring apparatus used in this experiment. As shown in FIG. 1, an
試料１次側保圧弁、添加剤溶液注入ポンプＰ１、試料１次側保圧弁、切替弁、試料２次側保圧弁、気液分離器、圧力計、拘束圧用ポンプＰ２、またそれらを結ぶ配管系は図示のとおりである。添加剤溶液注入ポンプＰ１は、その駆動を制御することにより試料部を流れる添加剤水溶液の流量を制御し、拘束圧用ポンプＰ２は、その駆動を制御することで弾性体であるゴムチューブ４から試料の水平方向の押圧力および支持体２、支持体３から試料への垂直方向の押圧力を制御しコア試料に対する拘束圧力を付与するものである。
Sample primary side pressure holding valve, additive solution injection pump P1, sample primary side pressure holding valve, switching valve, sample secondary side pressure holding valve, gas-liquid separator, pressure gauge, restraint pressure pump P2, and piping system connecting them Is as shown. The additive solution injection pump P1 controls the flow of the additive aqueous solution flowing through the sample portion by controlling the drive, and the restraint pressure pump P2 controls the drive from the
メタンハイドレート分解速度測定装置に、前記のように作製した模擬メタンハイドレート堆積層を図１中コア試料として示すように配置し、以下の手順でメタンハイドレートの分解に伴うメタンガス生産速度を測定した。試料部の温度は常に９℃であった。試料の設置後、拘束圧用液送ポンプＰ２を駆動させ堆積層にかかる圧力を１３ＭＰａとした。 In the methane hydrate decomposition rate measurement device, the simulated methane hydrate deposit layer prepared as described above is arranged as shown in FIG. 1 as the core sample, and the methane gas production rate associated with the decomposition of methane hydrate is measured by the following procedure. did. The temperature of the sample part was always 9 ° C. After installing the sample, the liquid pressure pump P2 for restraint pressure was driven to set the pressure applied to the deposited layer to 13 MPa.
図１において、切替弁を開とし、添加剤注入ポンプＰ１を駆動させ、試料１次側保安弁を開として注入添加剤溶液が試料へ到達するようにし、試料２次側保安弁を絞ることにより、試料部の圧力を９ＭＰａにした。試料部を流れる添加剤溶液流量（ｃｃ/ｍｉｎ）はポンプＰ１の駆動制御で任意に変化させることができる。この時点では、温度圧力条件としてメタンハイドレートは安定であり、その分解に伴うガスの生産は開始されない。メタンガス生産速度の測定を開始する時に、切替弁を閉とし、試料２次側保圧弁を５ＭＰａとし、拘束圧用ポンプＰ２による拘束圧力を７．５ＭＰａとした。添加剤としてＮａＣｌ水溶液を用いた。また、ＮａＣｌ水溶液に代えて蒸留水を使用し、同様にしてメタンハイドレート堆積層からメタンガスへの分解速度を測定した。 In FIG. 1, the switching valve is opened, the additive injection pump P1 is driven, the sample primary side safety valve is opened so that the injection additive solution reaches the sample, and the sample secondary side safety valve is throttled. The pressure in the sample part was 9 MPa. The additive solution flow rate (cc / min) flowing through the sample portion can be arbitrarily changed by driving control of the pump P1. At this point, methane hydrate is stable as a temperature and pressure condition, and production of gas accompanying its decomposition is not started. When the measurement of the methane gas production rate was started, the switching valve was closed, the sample secondary pressure holding valve was 5 MPa, and the restraint pressure by the restraint pressure pump P2 was 7.5 MPa. A NaCl aqueous solution was used as an additive. Further, distilled water was used in place of the NaCl aqueous solution, and the decomposition rate from the methane hydrate deposition layer to methane gas was measured in the same manner.
図２に、注入流量を３０ｃｃ/ｍｉｎにした場合のＮａＣｌ１０ｗｔ％水溶液及びＮａＣｌ２０ｗｔ％水溶液の分解速度測定結果を示している。メタンガス生産促進効果の比較のために、ブランクデータとなる蒸留水を注入した結果も示している。図２のとおり、蒸留水を注入したときには、実験開始から８分程度で１００％分解している。これに対して、ＮａＣｌ１０ｗｔ％水溶液を注入したときには、実験開始から８分で８７％分解し、ＮａＣｌ２０ｗｔ％水溶液を注入したときには、実験開始から８分で７６％分解している。
FIG. 2 shows the decomposition rate measurement results of the
これらの実験結果から、ＮａＣｌ１０ｗｔ％水溶液を注入したときは、蒸留水を注入したときよりも分解速度が遅く、しかも、流量３０ｃｃ/ｍｉｎ（線速度４．２ｃｍ/ｍｉｎ）という過剰な流量でＮａＣｌを注入しても分解が阻害されることが分かった。
From these experimental results, when the
図３に、添加剤溶液注入流量を５ｃｃ/ｍｉｎ（線速度０．７ｃｍ/ｍｉｎ）にした場合のＮａＣｌ１０ｗｔ％水溶液及びＮａＣｌ２０ｗｔ％水溶液の分解速度測定結果を示している。メタンガス生産促進効果の比較のために、ブランクデータとなる蒸留水を注入した結果も示している。これらの結果から、流量５ｃｃ/ｍｉｎという、比較的小さな流量では過剰な場合と比較してＮａＣｌの分解促進効果が向上して蒸留水のそれに近くなった。
FIG. 3 shows the decomposition rate measurement results of the
さらに、添加剤注入流量を低下させた場合の分解速度の測定を実施した。図１に示す実験系では、ポンプによる注入流量をさらに減少させることが困難であったため、図４に示す実験系で測定を行った。図４（ａ）は実験開始前の状態、図４（ｂ）は実験開始時以降の状態である。図４のとおり、圧力容器、メタンボンベ、圧力計、流量計、配管系等の配置は図４（ａ）〜（ｂ）に示すとおりである。なお、実験はすべて任意の温度で制御された冷蔵室の中で行った。実験系の温度は常時、任意の温度に保持されていた。 Further, the decomposition rate was measured when the additive injection flow rate was lowered. In the experimental system shown in FIG. 1, it was difficult to further reduce the injection flow rate by the pump. Therefore, the measurement was performed in the experimental system shown in FIG. FIG. 4A shows a state before the start of the experiment, and FIG. 4B shows a state after the start of the experiment. As shown in FIG. 4, the arrangement of the pressure vessel, methane cylinder, pressure gauge, flow meter, piping system, etc. is as shown in FIGS. All experiments were carried out in a refrigerator controlled at an arbitrary temperature. The temperature of the experimental system was always maintained at an arbitrary temperature.
圧力容器にＮａＣｌ２０ｗｔ％水溶液を２００ｃｃ、メタンガス、模擬メタンハイドレート堆積層試料（図中、ＭＨコア）を入れ、容器内を３ＭＰａ、４℃とした。図４（ａ）に示すように実験開始前は模擬メタンハイドレート堆積層試料はその支持体つまり台座に載置している。
200 cc of
図４（ｂ）のとおり、分解速度の測定開始時にメタンハイドレート堆積層試料を台座から落して添加剤溶液に含浸し、容器内の温度圧力条件を一定に保ちながらメタンガスの分解速度を測定した。この実験では、堆積層試料を流れる添加剤溶液の流量は０ｃｃ/ｍｉｎであるといえる。また、ＮａＣｌ水溶液に代えて蒸留水を使用し、同様にしてメタンハイドレート堆積層からメタンガスへの分解速度を測定した。 As shown in FIG. 4B, at the start of the decomposition rate measurement, the methane hydrate deposition layer sample was dropped from the pedestal and impregnated with the additive solution, and the decomposition rate of methane gas was measured while keeping the temperature and pressure conditions in the container constant. . In this experiment, it can be said that the flow rate of the additive solution flowing through the deposited layer sample is 0 cc / min. Further, distilled water was used in place of the NaCl aqueous solution, and the decomposition rate from the methane hydrate deposition layer to methane gas was measured in the same manner.
図５にこれらの実験で測定したガスの分解速度を示している。図５のとおり、蒸留水と比べて、ＮａＣｌ２０ｗｔ％水溶液が顕著に分解を促進していることが分かる。そしてこの事実は、添加剤溶液の濃度を一定にし、注入流量を低下させるとメタンハイドレート堆積層からメタンガスへの分解速度が上がることを示している。
FIG. 5 shows the gas decomposition rate measured in these experiments. As shown in FIG. 5, it can be seen that the
そのように添加剤溶液の濃度を一定にし、注入流量を低下させるとメタンハイドレート堆積層からメタンガスへの分解速度が上がるが、過剰な添加剤注入流量の場合にメタンハイドレート堆積層からメタンガスの分解速度が低下するメカニズムを考察すると、図６（ａ）〜（ｂ）のように考えられる。 When the concentration of the additive solution is kept constant and the injection flow rate is lowered, the decomposition rate of the methane hydrate deposit layer into methane gas increases. However, in the case of an excessive additive injection flow rate, the methane gas from the methane hydrate deposit layer increases. Considering the mechanism by which the decomposition rate decreases, it can be considered as shown in FIGS.
添加剤水溶液を注入する場合は、メタンハイドレート堆積層中で、はじめに注入添加剤溶液と接触するメタンハイドレート自体は、蒸留水と比べて添加剤溶液の方が分解を促進する。このため、分解過程のはじめにおいて、添加剤溶液はメタンハイドレート堆積層中で、蒸留水と比べてより効率的にメタンハイドレートを分解しながら下部へと流れていく。しかしながら、添加剤注入量が過剰な場合、図６（ａ）に示すとおり、添加剤溶液はメタンハイドレート堆積層中でメタンハイドレートが密になっている部分のみを選択的に流れてしまい、メタンハイドレート堆積層中の他のメタンハイドレートとの接触が阻害され、結果としてメタンハイドレートの分解速度が低下する。 In the case of injecting an aqueous additive solution, the additive solution in the methane hydrate deposition layer, which is first brought into contact with the injected additive solution, is more easily decomposed in the additive solution than in distilled water. For this reason, at the beginning of the decomposition process, the additive solution flows downward in the methane hydrate deposition layer while decomposing methane hydrate more efficiently than distilled water. However, when the additive injection amount is excessive, as shown in FIG. 6 (a), the additive solution selectively flows only in the portion where the methane hydrate is dense in the methane hydrate deposit layer, Contact with other methane hydrates in the methane hydrate deposit is inhibited, resulting in a decrease in the decomposition rate of methane hydrate.
これに対して、蒸留水を注入する場合は、注入流量が過剰であっても、図６（ｂ）に示すとおり、蒸留水がメタンハイドレート堆積層中でメタンハイドレートを分解しながら下部へと流れる過程において、添加剤溶液と比べてメタンハイドレート自体の分解を促進しないために、メタンハイドレートが密になっている部分のみを流れることはない。このため、メタンハイドレート堆積層中で均一に蒸留水とメタンハイドレートが接触し、結果として添加剤溶液に比べて分解速度は低下しない。 On the other hand, when distilled water is injected, even if the injection flow rate is excessive, as shown in FIG. 6B, the distilled water decomposes methane hydrate in the methane hydrate deposit and moves downward. In the process of flowing, since the decomposition of methane hydrate itself is not promoted compared to the additive solution, it does not flow only in the portion where methane hydrate is dense. For this reason, distilled water and methane hydrate are uniformly contacted in the methane hydrate deposition layer, and as a result, the decomposition rate does not decrease compared to the additive solution.
以上の実験結果から、添加剤濃度を一定にし、メタンハイドレート堆積層への注入流量を変化させることで、添加剤の持つガス生産促進効果を抑制することができることが分かる。これにより、特に海底や地底のメタンハイドレート堆積層からメタンガスを生産する場合に、添加剤濃度を変化することなくガスの生産速度を制御することができる。本発明を用いれば、ガスの分解速度を下げる方にも制御できることから、資源開発分野のみならず、各種ガスハイドレートの輸送、貯蔵、保存分野にも適用できる可能性がある。 From the above experimental results, it is understood that the gas production promotion effect of the additive can be suppressed by making the additive concentration constant and changing the injection flow rate into the methane hydrate deposition layer. This makes it possible to control the gas production rate without changing the additive concentration, particularly when methane gas is produced from a methane hydrate deposit on the seabed or the ground. Since the present invention can be controlled to reduce the gas decomposition rate, it can be applied not only to the resource development field but also to the transportation, storage, and preservation fields of various gas hydrates.
なお、本発明における過剰な添加剤注入流量とは、本実施例から３０ｃｃ/ｍｉｎ（線速度４．２ｃｍ/ｍｉｎ）である。添加剤注入流量５ｃｃ/ｍｉｎ（線速度０．７ｃｍ/ｍｉｎ）においても、図３に示すようにＮａＣｌ２０ｗｔ％水溶液では蒸留水と比べてガス分解速度が低下しており、ガス分解速度を増加させるための適切な流量とはいえない。添加剤注入流量０ｃｍ/ｍｉｎ（線速度０ｃｍ/ｍｉｎ）では、図５に示すように蒸留水と比べてガス分解速度が大きく、ガス分解速度を増加させるための適切な流量であるといえる。本実施例から判断すると、０〜５ｃｃ/ｍｉｎの範囲における添加剤注入流量（線速度０〜０．７ｃｍ/ｍｉｎ）を下回っているかどうかが、つまり添加剤注入流量５ｃｃ/ｍｉｎ（線速度０．７ｃｍ/ｍｉｎ）を下回り、蒸留水と比べてガス分解速度が増加しているかどうかが、メタンハイドレート堆積層のガス分解速度を増加するための適切な流量であるかどうかを決定する目安となるといえる。
The excessive additive injection flow rate in the present invention is 30 cc / min (linear velocity: 4.2 cm / min) from this example. Even at an additive injection flow rate of 5 cc / min (linear velocity: 0.7 cm / min), as shown in FIG. 3, the
１ 円筒体
２ 上部支持体
３ 下部支持体
４ 円筒状ゴムチューブ
Ｐ１ 添加剤溶液注入ポンプ
Ｐ２ 拘束圧用ポンプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (8)
8. The apparatus for recovering a gas from a gas hydrate deposition layer according to claim 7, wherein the inorganic salt is NaCl.
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