JP2016108867A - ガスハイドレート回収方法およびその回収システム - Google Patents

Abstract

【課題】水底に存在するガスハイドレートを水底から効率よく分離させ、塊状のガスハイドレートを回収するガスハイドレート回収方法およびその回収システムを提供する。【解決手段】ガスハイドレートｍが存在する水底２を掘削装置３により削孔する削孔工程と、この削孔工程で形成された孔１０の内部を掘削装置３の一部を配置した状態でガスハイドレートｍを生成させることにより閉塞させる再ハイドレート化工程と、前記孔の内部に配置された掘削装置３の一部を介して再ハイドレート化したガスハイドレート層１１の内部に圧力を加えて孔１０の周囲のガスハイドレートｍを破砕し水底２から塊状のガスハイドレートｍを分離する破砕工程と、塊状のガスハイドレートｍを捕集する捕集工程とを有する。【選択図】図４

Description

本発明は、水底を掘削して塊状のガスハイドレートを回収するガスハイドレート回収方法およびその回収システムに関するものであり、詳しくは水底に存在するガスハイドレートを水底から効率よく分離させ、塊状のガスハイドレートを回収するガスハイドレート回収方法およびその回収システムに関するものである。

海底に存在するメタンガスハイドレートを回収する回収システムが種々提案されている（例えば特許文献１、２参照）。

特許文献１は、海底から洋上に延びるライザー管を配置して、このライザー管内に空気を供給して上昇流を発生させ、この上昇流により海底で掘削された塊状のガスハイドレートを融解させて洋上に搬送するメタンガスハイドレート（以下、ガスハイドレートという）の回収システムを提案する。

塊状のガスハイドレートが存在している領域は、ガスハイドレートを生成する温度と圧力の条件が満たされ、かつガスハイドレートを構成する原料ガスが近傍の海水に飽和状態まで溶解している。したがって、ライザー管の海底側の端部では、海水に溶解している原料ガスの濃度が高いので、ガスハイドレートの掘削にともないガスハイドレートから飛び出した原料ガスは海水に溶解することができない。この原料ガスは、周囲の海水と接触して新たなガスハイドレートを生成する（以下、本明細書では再ハイドレート化ということがある。）。

特許文献１には、海底から塊状のガスハイドレートを分離させる方法の詳細は記載されていないが、例えば水中重機により海底を掘削することで、塊状のガスハイドレートを海底から分離して捕集する方法が考えられる。

しかし水底に存在する表層型ガスハイドレート層は、海底地盤に比べると安定性が低いので水中重機による掘削作業中に崩落する可能性があり、水中重機がこの崩落に巻き込まれるリスクがある。

特許文献２は、箱体とその底面に設置され水平面内で回転するカッターヘッドとからなるメタン解離回収装置を水底に沈め、カッターヘッドで水底を掘削しつつ、箱体に供給される水でガスハイドレートを融解させて、水上に回収するガスハイドレートの回収システムを提案する。

この回収装置はカッターヘッドが回転する範囲でしか水底を掘削できないので、水底の広い範囲で掘削を行う場合は、水上の船舶から吊り下げられた回収装置を水平方向に移動させつつ行わなければならない。このときカッターヘッドにより掘削される範囲が互いに隣接するように回収装置を移動させることにより、水底に存在するガスハイドレートをもれなく回収できる。

しかし例えば４００ｍ以深の水底で船舶から吊り下げられた回収装置を水平方向に正確に任意の距離移動させることは、水深によって方向が異なったりする潮流の影響を受けるため極めて困難となる。そのため、この回収装置では、水底に広範囲に分布しているガスハイドレートを効率的に回収することができない。

特表２００２−５３６５７３号公報 特開２０１１−８４８９６号公報

本発明は上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は水底に存在するガスハイドレートを水底から効率よく分離させ、塊状のガスハイドレートを回収するガスハイドレート回収方法およびその回収システムを提供することにある。

上記の目的を達成する本発明のガスハイドレート回収方法は、ガスハイドレートが存在する水底を掘削装置により削孔する削孔工程と、この削孔工程で形成された孔の内部を前記掘削装置の一部を配置した状態でガスハイドレートを生成させることにより閉塞させる再ハイドレート化工程と、前記孔の内部に配置された前記掘削装置の一部を介して再ハイドレート化したガスハイドレート層の内部に圧力を加えて前記孔の周囲のガスハイドレートを破砕し水底から塊状のガスハイドレートを分離する破砕工程と、前記塊状のガスハイドレートを捕集する捕集工程とを有することを特徴とする。

本発明のガスハイドレート回収システムは、ドリルパイプと、その先端に設置されるビットと、前記ドリルパイプの後端側から供給される流体を前記ドリルパイプの先端近傍または前記ビットの少なくとも一方から外部へ循環させる流体循環機構とを備える掘削装置を用いて、ガスハイドレートが存在する水底からこのガスハイドレートを回収するガスハイドレート回収システムであって、水底から水上に向かう軸方向に延びるライザー管と、このライザー管の水底側端部に連結されるカバーとを備え、前記ライザー管および前記カバーの内側に前記軸方向に沿って前進および後退可能な状態に前記ドリルパイプが配置され、前記流体循環機構が前記流体に圧力を加える加圧機構を有することを特徴とする。

本発明のガスハイドレートの回収方法によれば、削孔した孔内にガスハイドレートを生成させることにより閉塞させた後に、生成したガスハイドレート層の内部から圧力を加えることにより孔の周囲に広がる表層型ガスハイドレートに亀裂を生じさせて破砕することができる。この破砕により掘削装置を構成するビットやジェット噴流で掘削可能な範囲よりも広い範囲で塊状のガスハイドレートを水底から分離させることができるので、塊状のガスハイドレートを水底から効率よく回収することが可能となる。

掘削装置がドリルパイプとこのドリルパイプの先端に設置されるビットからなり、破砕工程が、ビットまたはドリルパイプの先端近傍の少なくとも一方から流体を供給し、この流体により再ハイドレート化したガスハイドレート層の内部に圧力を加える構成にすることもできる。

流体を介してガスハイドレート層の内部に水圧を発生させることができるので、水圧が発生するビット等を中心とする球状に亀裂を生じさせることができる。亀裂が広範囲に広がるので、塊状のガスハイドレートを水底から効率よく分離させることができる。

破砕工程を、ドリルパイプの周囲のガスハイドレート層に水圧をかけて亀裂を形成する亀裂形成工程と、流体を供給し続けて亀裂を成長させる亀裂成長工程とから構成することができる。

亀裂を形成した後に、この亀裂を成長させることができるので、亀裂がより広範囲に広がる。これにより塊状のガスハイドレートを水底からさらに効率よく分離させるには、有利である。

捕集工程が、孔の周囲の上方を覆う状態でカバーが配置され、このカバーで水底から分離して浮き上ってくる塊状のガスハイドレートを捕集する構成にすることもできる。

カバーを設置することにより、浮力により浮き上がるガスハイドレートを広い範囲で余さず捕集することができる。

掘削装置またはカバーの少なくとも一方にセンサが設置され、再ハイドレート化工程の後にセンサにより孔の閉塞状態を調べる検査工程を有し、孔の閉塞状態が良好であると判断された場合は破砕工程に移行し、不良であると判断された場合は予め定めた時間待機した後に再度検査工程が実施される構成にすることもできる。

一方で、再ハイドレート化工程の後に孔の閉塞状態を調べる圧力検査工程を有し、圧力検査工程が、破砕工程で再ハイドレート化したガスハイドレート層の内部に加えられる圧力よりも小さい検査圧力をガスハイドレート層の内部に加え、この検査圧力が予め定めた時間維持される場合は孔の閉塞状態が良好であると判断され破砕工程に移行し、検査圧力が維持されず不良であると判断された場合は予め定めた時間待機した後に再度圧力検査工程が実施される構成にすることもできる。

ガスハイドレート層に破砕のための圧力を加える前に、センサまたは検査圧力により孔の閉塞状態を調べることができる。そのため孔の閉塞状態が不良であり破砕のための圧力が逃げてしまい、亀裂が形成されない事態を回避するには有利である。

破砕工程の後に、孔の内部に載置された掘削装置を孔の内部の上方に移動させ、次いで再ハイドレート化工程と破砕工程に順に移行する構成にすることもできる。

深度の異なる位置でそれぞれ亀裂を形成することにより、深さ方向に広い範囲で亀裂を形成して塊状のガスハイドレートを水底から分離させることができる。

流体循環機構が、ドリルパイプの先端近傍から略水平方向に流体を噴射できる構成にすることもできる。

略水平方向に噴射する流体により、カバーやライザー管等に付着したガスハイドレートを取り除くことができるので、ガスハイドレートの搬送経路が閉塞することを防止するには有利となる。

本発明のガスハイドレート回収システムは、上述したガスハイドレート回収方法を実施するのに好適である。

本発明のガスハイドレート回収システムを例示する説明図である。 掘削装置により水底を削孔した状態を例示する説明図である。 孔が生成したガスハイドレートにより閉塞した状態を例示する説明図である。 ドリルパイプの周囲のガスハイドレートに亀裂を形成した状態を例示する説明図である。 塊状のガスハイドレートが水底から分離した状態を例示する説明図である。 カバーに付着したガスハイドレートを除去する状態を例示する説明図である。 ドリルパイプを孔の上方に移動させ、再びガスハイドレートを生成させて孔を閉塞させた状態を例示する説明図である。 孔の比較的浅い位置でガスハイドレートに亀裂を形成した状態を例示する説明図である。 塊状のガスハイドレートが水底から分離した状態を例示する説明図である。

以下、本発明のガスハイドレート回収方法およびその回収システムを図に示した実施形態に基づいて説明する。

図１に例示するように本発明のガスハイドレート回収システム１は、海や湖の底である水底２に存在する表層メタンハイドレートを掘削して塊状のガスハイドレートｍを水底２から分離させる掘削装置３と、分離した塊状のガスハイドレートｍを捕集して水上に搬送するライザー管４とを備えている。水上にはライザー管４により搬送されるガスハイドレートｍを収集する収集船５が配置されている。

水深数百メートルから数千メートルの水底２には、ガスハイドレートｍが密集してその一部が水底２から露出しているいわゆる表層型メタンハイドレートや、ガスハイドレートｍが水底２の砂粒の間に分散しているいわゆる砂層型メタンハイドレートが存在している。本願発明のガスハイドレート回収システム１は、表層型メタンハイドレートを主に対象としているが、他のガスハイドレートの回収にも利用できる。

ガスハイドレートｍは、水分子の立体的な網状構造のすき間にメタンガス等の分子が入り込み氷状の結晶になっているものである。本明細書において網状構造を構成する海水や湖水等を原料水といい、メタンガスやメタンガスを含む複数種類のガスで構成される天然ガス等を原料ガスということがある。

掘削装置３により水底２から分離された塊状のガスハイドレートｍは、比重が０．９程度なので浮力によりライザー管４内を上昇していく。

ライザー管４内の圧力（水圧）は水深が浅くなるにしたがって低くなるので、ライザー管４の上方に行くにしたがって塊状のガスハイドレートｍの一部が溶けて原料ガスｇの気泡が発生することがある。また水深が浅くなるにしたがって原料ガスｇが水中に溶解できる量が低下（溶解度が低下）するので、溶解できなくなった原料ガスｇが気泡の状態になることがある。ライザー管４の水上側端部に近いほど気泡が発生し易く、その量が増えるので、ライザー管４内を流れる流体の密度は水上側端部に近いほど低くなる。

ライザー管４の水上側端部近傍と水底側端部近傍との流体の比重差が大きくなるので、この比重差によりライザー管４内には上昇流が発生する。この上昇流によってもガスハイドレートｍは、水上に向かって搬送される。いわゆるエアリフトポンプと同様の効果を得られる。ガスハイドレートｍに発生する浮力やライザー管４内の比重差を利用するので、膨大なエネルギーを必要とすることなくガスハイドレートｍを水底２から水上まで搬送することができる。水底２が深い位置にある場合はこのメリットが顕著となる。

ライザー管４内に強制的に気体を送り込むエアリフトポンプを設置して、ライザー管４内の比重差をさらに大きくすることもできる。比重差が大きくなるとライザー管４内に発生する上昇流の流速が上昇するので、ガスハイドレートｍの移動速度を上昇させて搬送効率を向上することができる。

ライザー管４の水上側端部に搬送された塊状のガスハイドレートｍは収集船５により回
収され貯蔵される。

次に、掘削装置３により塊状のガスハイドレートｍを水底２から分離させる方法について説明する。この実施形態の掘削装置３は、収集船５から水底２に向かって延びる筒状のドリルパイプ６と、ドリルパイプ６の水底側の先端に設置されるビット７と、収集船５に設置される流体循環機構８とからなる。

ドリルパイプ６はライザー管４の内側に配置され、水底２から水上に向かうライザー管４の軸方向に沿って前進および後退することができる。ライザー管４の水底側端部には、水底側に向かって拡開したカバー９を設置することもできる。

流体循環機構８は、水上側に位置するドリルパイプ６の後端側からその内部に流体ｗを供給し、ドリルパイプ６の先端近傍に形成される開口部またはビット７の少なくとも一方から外部へ流体ｗを循環させる。

図２に例示するように、まず掘削装置３のビット７を水底２に接触させた状態で回転させて削孔する（削孔工程）。ビット７は、例えばドリルパイプ６の先端に固定され、ドリルパイプ６を回転させることにより回転する。一方で、タービンモータを設置したビット７をドリルパイプ６の先端に回転可能な状態で設置し、ドリルパイプ６を介して供給される流体ｗの圧力によりビット７を回転させる構成にすることもできる。

このとき、流体循環機構８からドリルパイプ６に供給される流体ｗを、例えばビット７の先端やドリルパイプ６の先端近傍に形成される開口部のいずれか一方または両方から水底２に形成される孔１０内に噴射している。この流体ｗは、例えば収集船５の近傍で取水した海水や湖水で構成することができる。この海水等は水底２近傍の海水等に比べて、海水等の中に溶けている原料ガスｇの濃度が低いので、孔１０内の水の原料ガス濃度を下げ、孔１０内でガスハイドレートが生成される再ハイドレート化を抑制することができる。またこの海水等は水底２の近傍の海水等に比べて温度も高いので、孔１０内の水温をガスハイドレートの生成条件よりも高くして、再ハイドレート化を抑制することができる。

ビット７先端等から噴射する流体ｗは、水上近傍の海水等に限らず、削孔工程における孔１０内での再ハイドレート化を抑制できる流体であればよい。例えば、水底２近傍の海水等に比べて、原料ガス濃度が低いまたは水温が高い海水等であれば水底２近傍や中層で取水した海水等であってもよい。また石油掘削リグで利用される泥水等を利用することもできる。

ビット７先端やドリルパイプ６の先端近傍から噴射される流体ｗが、ライザー管４の下端部やカバー９内から外部に流出することを抑制するために、カバー９等は水底２に接する状態または水底２とのすき間が可能な限り小さくなる状態で配置することが望ましい。この構成によれば、ビット７先端等から噴射される流体ｗが、ライザー管４内を上昇するので、ライザー管４内の上昇流の流速を大きくして、塊状のガスハイドレートｍの搬送効率を向上させるには有利となる。

予め定めた深さの孔１０が形成された後に、再ハイドレート化工程に移りビット７の回転を停止するとともに、流体ｗの循環を停止する。これにともない孔１０内の水はその場に留まるので、周囲のガスハイドレートから原料ガスｇが溶けだし、原料ガス濃度が非常に高い状態となる。またガスハイドレートが存在する水底２の水温および圧力（水圧）は、ガスハイドレートの生成条件を満たしている。

そのため、図３に例示するように孔１０内ではガスハイドレートが生成し、この生成し
たガスハイドレートで形成されるガスハイドレート層１１により孔１０が閉塞される（再ハイドレート化工程）。ビット７の回転および流体ｗの循環停止から例えば１〜１０分程度で、削孔工程に必要となる時間と比べると短時間で孔１０は生成したガスハイドレート層１１により閉塞される。このとき、ビット７およびドリルパイプ６の先端近傍は、孔１０内に載置された状態であり、ガスハイドレート層１１内に密封される状態となる。

再ハイドレート化に必要となる時間は、孔１０内の水圧と水温に依存する。また海象状況により掘削装置３の先端のビット７等が孔１０内で水平方向や鉛直方向に振動したりすると再ハイドレート化する時間が長くなる傾向にある。そのため、条件によってはビット７の回転および流体ｗの循環停止から１０分以上かかることもあり、例えば６０分程度となる可能性もある。

再ハイドレート化工程では、流体ｗの循環を継続することもできる。流体ｗの循環を継続させることにより、孔１０内の水を撹拌して原料ガス濃度を均一にさせることができる。孔１０内で原料ガス濃度の低い部分が発生することを抑制できるので、再ハイドレート化を促進することができる。このとき、循環させる流体ｗの流量は、削孔工程における流体ｗの流量よりも小さくすることが望ましい。

ライザー管４の水底側端部に連結されているカバー９の内側壁面には、三次元ソナーで構成されるセンサ１２が設置されている。このセンサ１２から、孔１０に向かって超音波を発振してその反射音を解析することにより、孔１０の内壁面１３とドリルパイプ６等の間が、液相の状態であるか、または再ハイドレート化により固相のガスハイドレート層１１が形成されている状態かを検査する（検査工程）。

この検査により、ガスハイドレート層１１が十分に形成されず孔１０の閉塞状態が不良であると判断された場合は、予め定めた時間待機した後に再度検査する。このときの待機時間は、例えば１〜５分程度で、再ハイドレート化に必要とされる時間よりも短時間とすることが望ましい。待機時間を設けずに検査を連続的に行う構成にすることもできる。閉塞状態が良好であると判断された場合には、次の工程に進む。

センサ１２は、三次元ソナーに限らず、孔１０の閉塞状態を検査できるものであればよい。例えば、センサ１２をレーザセンサやカメラ等で構成することもできる。またセンサ１２の設置位置はカバー９に限らず、孔１０の閉塞状態を検査できる位置であればよい。例えばセンサ１２をライザー管４に設置することもでき、ドリルパイプ６に設置することもできる。

一方で、再ハイドレート化工程の後に、ビット７を介してガスハイドレート層１１の内部に圧力（以下、検査圧力ということもある）を加えて、この検査圧力が予め定めた時間維持されるかを検査する方法を採用することもできる（圧力検査工程）。

検査圧力は、破砕工程の初めにガスハイドレート層１１の内部に加える圧力の５０％〜８０％くらいであるとよい。検査圧力は、流体循環機構８で流体ｗを加圧することによりガスハイドレート層１１の内部に加えることができる。固相のガスハイドレート層１１が十分に形成されていない場合は、流体ｗが孔１０から外に流れてしまうので検査圧力が維持されず、孔１０の閉塞状態が不良であると判断される。この場合は、１〜５分程度の予め定めた時間待機した後に再度検査する。閉塞状態が良好であると判断された場合には、次の工程に進む。

前述の検査工程または圧力検査工程を行わない方法もある。ガスハイドレートが生成して孔１０を十分に閉塞するまでの時間は、孔１０内の水圧と水温に依存する。そのため孔
１０の近傍の水圧と水温に基づき、再ハイドレート化工程における待機時間を予め決定しておくこともできる。ある領域の水底２において例えば４分でガスハイドレート層１１が十分に形成されることがわかっていれば、検査工程等を行わずに、ビット７の回転および流体ｗの循環の停止から４分待機すればよい。

再ハイドレート化工程で孔１０内にガスハイドレート層１１を形成させた後に、図４に例示するようにガスハイドレート層１１の内部に圧力を加えて亀裂ｃを形成し、この亀裂ｃを孔１０の周囲に広がるガスハイドレートｍに伝播させることにより、水底２に存在するガスハイドレートを破砕する（破砕工程）。この実施形態では、流体循環機構８に併設される加圧機構により流体ｗを加圧することで、ビット７の端部の流体ｗの圧力を上昇させ、ガスハイドレート層１１の内部に圧力（以下、破砕圧力ということがある）を発生させる。この破砕圧力により再ハイドレート化工程で形成されるガスハイドレート層１１から、孔１０の外側に広がるガスハイドレートｍに達する亀裂ｃが形成される。亀裂ｃにより塊状のガスハイドレートｍが水底２から分離される。この破砕圧力は、前述の圧力検査工程における検査圧力よりも大きい圧力である。

破砕工程の際に、ガスハイドレート層１１の内部に圧力を加えて亀裂ｃを形成する亀裂形成工程と、流体循環機構８により流体ｗを供給し亀裂ｃに沿って流すことにより、亀裂ｃを成長させる亀裂成長工程とを順に行う構成にすることもできる。亀裂成長工程では、供給される流体ｗにより亀裂ｃが押し広げられるので、塊状のガスハイドレートｍを水底２から分離させ易くなる。

ドリルパイプ６の先端近傍に流体ｗの出口となる開口部が形成されている場合は、この開口部を介してもガスハイドレート層１１およびその周囲のガスハイドレートに圧力が加えられるので、亀裂形成工程ではより広い範囲に広がる亀裂ｃを形成し易くなる。また亀裂成長工程では、開口部から略水平方向に流体ｗを高圧で圧入させることにより、亀裂ｃの成長を促進してかつ塊状のガスハイドレートｍを水底２から分離させ易くすることができる。

図５に例示するように亀裂ｃにより水底２から分離された塊状のガスハイドレートｍは、浮力により上昇し、孔１０の周囲の上方を覆う状態で配置されるカバー９に捕集される。カバー９に捕集された塊状のガスハイドレートｍは、その上方に連結されるライザー管４を経由して収集船５により回収される。

破砕工程により破砕した範囲よりも深い位置にガスハイドレートがまだ存在している場合には、破砕され塊状のガスハイドレートｍが浮上した後の水底２に対して、前述の削孔工程から捕集工程までを再び実行する。水平方向に移動した位置のガスハイドレートを回収する場合には、ドリルパイプ６を後退させた後に、収集船５を移動させることにより掘削装置３をライザー管４とともに水平方向に移動させてから、前述の削孔工程から捕集工程までを実行する。

掘削装置３の一部を再ハイドレート化したガスハイドレート層１１の内部に密閉した後に、圧力を加えて水底２を破砕することにより、掘削装置３を構成するビット７で掘削可能な範囲よりも広い範囲で塊状のガスハイドレートｍを水底から分離させることができる。そのため塊状のガスハイドレートｍを水底から効率よく分離させ、回収することができる。

例えば直径が０．３ｍ程度のビット７を有する掘削装置３であっても、例えば直径３．０〜１０．０ｍの範囲で亀裂ｃを生じさせて、塊状のガスハイドレートｍを水底２から分離させることができる。またビット７により掘削する範囲も小さいので、カッターヘッド等を利用して水底を掘削する場合に比べて極めて短時間でかつ簡単に削孔することができる。

また亀裂ｃを発生させる範囲は、孔１０の深さや破砕圧力を調整することで制御できる。そのため水底２に広範囲に分布しているガスハイドレートを回収する場合、掘削装置３を水平方向に正確に移動させなくても、亀裂ｃを発生させる範囲を制御することで、もれなく効率的にガスハイドレートを回収することができる。

水底２から分離して浮上する塊状のガスハイドレートｍを余さず回収するために、亀裂ｃを発生させる範囲は、カバー９の直径よりも小さい範囲とすることが望ましい。亀裂ｃを発生させる範囲よりもライザー管４の直径が大きい場合は、カバー９を設置しない構成にすることもできる。

ドリルパイプ６を含む掘削装置３が収集船５から吊り下げられた状態となるので、水底２のガスハイドレートが崩落したとしても、掘削装置３がこの崩落に巻き込まれるおそれがない。

ガスハイドレートｍを塊状（固体）のまま収集船５で回収することができるので、気体の状態で回収する場合に必要であった気液分離装置や圧縮装置などの設備が不要となり、収集船５に必要となる設備等をコンパクトに構成することができる。また耐圧容器等が不要となり、体積も小さくなるので、運搬の際の取り扱いも格段に良くすることができる。

図６に例示するように、ライザー管４およびカバー９に対してドリルパイプ６を水上側に後退させて、ドリルパイプ６の端部近傍の開口部から略水平方向に流体ｗを噴射する構成にすることもできる。これによりカバー９やライザー管４の内側に付着したガスハイドレートを融かしたり、剥がしたりできるので、その搬送管路が閉塞することを防止できる。

図７〜９に例示するように、破砕工程を深度の異なる位置で複数回実行する構成にすることもできる。まず削孔工程で比較的深い孔１０を形成し、この孔１０の底部で亀裂ｃを形成する。その後、ドリルパイプ６を後退させて孔１０の比較的浅い位置で停止させ、ガスハイドレート層１１を形成させる（図７）。次に図８に例示するようにガスハイドレート層１１が形成された後に、ガスハイドレート層１１の内部に破砕圧力を加えて、孔１０の開口近傍に亀裂ｃを形成する。

二回に分けて形成した亀裂ｃが互いにつながったとき、図９に例示するように塊状のガスハイドレートｍは水底２から分離して浮上する。深度の異なる位置で二回に分けて亀裂ｃを形成することにより、深さ方向に広い範囲で塊状のガスハイドレートｍを水底２から分離させることができる。

このとき、破砕圧力を大きくすれば、水平方向にも大きく広がる亀裂ｃを形成することができる。深度の深い側から浅い側に位置を移動させながら実行する破砕工程は、二回に限らず三回以上とすることもできる。

掘削装置３は、ドリルパイプ６、ビット７および流体循環機構８からなる構成に限定されない。掘削装置３は、水底を削孔し、この孔内が生成したガスハイドレート層１１により閉塞された後に、このガスハイドレート層１１の内部に衝撃を発生させてガスハイドレート層１１およびその周囲のガスハイドレートｍに亀裂を形成することができれば、他の構成であってもよい。

例えば収集船５から水底２に向かって延びる円柱状のロッドと、ロッドの水底側の先端に設置される振動体とからなる掘削装置３を利用することもできる。この場合は、水底２に押し付けた振動体を振動させることにより、ガスハイドレートを融かしながら削孔していき（削孔工程）、この振動を停止させて、再ハイドレート化により孔内にガスハイドレート層を形成する（再ハイドレート化工程）。その後、ロッドを介してガスハイドレート層の内部に衝撃を発生させ、亀裂ｃを形成する（破砕工程）。

１ ガスハイドレート回収システム
２ 水底
３ 掘削装置
４ ライザー管
５ 収集船
６ ドリルパイプ
７ ビット
８ 流体循環機構
９ カバー
１０ 孔
１１ ガスハイドレート層
１２ センサ
１３ 内壁面
ｍ ガスハイドレート
ｇ 原料ガス
ｗ 流体
ｃ 亀裂

Claims (10)

1. ガスハイドレートが存在する水底を掘削装置により削孔する削孔工程と、この削孔工程で形成された孔の内部を前記掘削装置の一部を配置した状態でガスハイドレートを生成させることにより閉塞させる再ハイドレート化工程と、前記孔の内部に配置された前記掘削装置の一部を介して再ハイドレート化したガスハイドレート層の内部に圧力を加えて前記孔の周囲のガスハイドレートを破砕し水底から塊状のガスハイドレートを分離する破砕工程と、前記塊状のガスハイドレートを捕集する捕集工程とを有することを特徴とするガスハイドレート回収方法。
2. 前記掘削装置がドリルパイプとこのドリルパイプの先端に設置されるビットからなり、
   前記破砕工程が、前記ビットまたは前記ドリルパイプの先端近傍の少なくとも一方から流体を供給し、この流体により前記再ハイドレート化したガスハイドレート層の内部に圧力を加える請求項１に記載のガスハイドレート回収方法。
3. 前記破砕工程が、前記ドリルパイプの周囲のガスハイドレート層に水圧をかけて亀裂を形成する亀裂形成工程と、前記流体を供給し続けて前記亀裂を成長させる亀裂成長工程とからなる請求項２に記載のガスハイドレート回収方法。
4. 前記捕集工程が、前記孔の周囲の上方を覆う状態でカバーが配置され、このカバーで水底から分離して浮き上ってくる前記塊状のガスハイドレートを捕集する請求項１〜３のいずれかに記載のガスハイドレート回収方法。
5. 前記掘削装置または前記カバーの少なくとも一方にセンサが設置され、前記再ハイドレート化工程の後に前記センサにより前記孔の閉塞状態を調べる検査工程を有し、
   前記孔の閉塞状態が良好であると判断された場合は前記破砕工程に移行し、不良であると判断された場合は予め定めた時間待機した後に再度前記検査工程が実施される請求項１〜４のいずれかに記載のガスハイドレート回収方法。
6. 前記再ハイドレート化工程の後に前記孔の閉塞状態を調べる圧力検査工程を有し、
   前記圧力検査工程が、前記破砕工程で前記再ハイドレート化したガスハイドレート層の内部に加えられる圧力よりも小さい検査圧力を前記ガスハイドレート層の内部に加え、この検査圧力が予め定めた時間維持される場合は前記孔の閉塞状態が良好であると判断され前記破砕工程に移行し、前記検査圧力が維持されず不良であると判断された場合は予め定めた時間待機した後に再度前記圧力検査工程が実施される請求項１〜４のいずれかに記載のガスハイドレート回収方法。
7. 前記破砕工程の後に、前記孔の内部に載置された前記掘削装置を前記孔の内部の上方に移動させ、次いで前記再ハイドレート化工程と前記破砕工程に順に移行する請求項１〜６のいずれかに記載のガスハイドレート回収方法。
8. ドリルパイプと、その先端に設置されるビットと、前記ドリルパイプの後端側から供給される流体を前記ドリルパイプの先端近傍または前記ビットの少なくとも一方から外部へ循環させる流体循環機構とを備える掘削装置を用いて、ガスハイドレートが存在する水底からこのガスハイドレートを回収するガスハイドレート回収システムであって、
   水底から水上に向かう軸方向に延びるライザー管と、このライザー管の水底側端部に連結されるカバーとを備え、前記ライザー管および前記カバーの内側に前記軸方向に沿って前進および後退可能な状態に前記ドリルパイプが配置され、
   前記流体循環機構が前記流体に圧力を加える加圧機構を有することを特徴とするガスハイドレート回収システム。
9. 前記流体循環機構が、前記ドリルパイプの先端近傍から略水平方向に前記流体を噴射できる構成を有する請求項８に記載のガスハイドレート回収システム。
10. 前記カバーにセンサが設置され、該センサが、前記ビットにより形成された孔が、生成したガスハイドレートにより閉塞する閉塞状態を検知する請求項８または９に記載のガスハイドレート回収システム。

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