JP2016138402A - ハイドレート回収装置および回収方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水底にあるメタンハイドレートを回収するに際して、メタンの回収率を高め、更に回収物の貯蔵設備を小型化できるようにすること。
【解決手段】水底１に在るメタンハイドレートを回収するハイドレート回収装置であって、水底１に在るメタンハイドレート層２にジェット水流３の水を噴射して掘削する水噴射部４と、水噴射部４による掘削で生じたメタンハイドレートの塊ＧＨを水底１の掘削領域５から水面６側の回収領域７に上昇させて案内するハイドレート上昇管８とを備え、水噴射部４が噴射する水は、メタンガスが飽和状態で溶けている水である。
【選択図】図１

Description

本発明は、海底や湖底等の水底に存在するメタンハイドレートを回収するハイドレート回収装置および回収方法に関するものである。

ガスハイドレートは、高圧、低温の生成条件下において、水素結合によって形成される水分子（ホスト分子）の籠状構造（クラスレートと称される場合もある）の内部に別の分子（ゲスト分子）が包み込まれてできる結晶である。高圧、低温のガスハイドレート生成条件を満たす海洋、湖等の水底下には、前記ゲスト分子として主にメタンガスが取り込まれたメタンハイドレートが存在することが分かっており、新たなエネルギー源として期待されている。

海底や湖底等の水底に存在するメタンハイドレートには、水深数百ｍの水底表面に露出している表層型メタンハイドレートと、前記水底の更に地下において砂と交じり合った状態で存在する砂層型メタンハイドレートとがある。

水底に存在するメタンハイドレートを回収する従来の技術として、例えば特許文献１乃至特許文献５を挙げることができる。
特許文献１には、水底に存在するメタンハイドレートに対してメタン濃度の低い水を供給して該メタンハイドレートをメタンガスに分解し、該メタンガスが溶解した水を揚水して回収することが記載されている。
特許文献２と特許文献３にも特許文献１と同様のことが記載されている。

特許文献４には、水底にあるガスハイドレートに水を送水して少し分解させつつ掘削ビット等の掘削刃によって掘削して粉粒状体とし、該紛粒状体を前記送水した水との混合物であるガスハイドレートスラリーにして海上に引き上げて回収することが記載されている。
特許文献５には、ガスハイドレートを含む地層に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物流体とし、該ガス含有混合物流体を地上に回収することが記載されている。前記高速噴流体として水と微砂・粘性土等を混練した超高圧スラリーを用いること、及び該超高圧スラリー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てガスハイドレートのガス化を促進しつつ行うことが記載されている。

特許第５２９４１１０号公報 特許第５３１６８７８号公報 特許第５３６５８６５号公報 特開２００３−１９３７８８号公報 特許第３４７９６９９号公報

特許文献１乃至特許文献３の回収技術は、水底のメタンハイドレートを分解によりガス化してメタンガスとして回収するものであり、メタンハイドレートを固体の塊のまま回収することについては全く意図されていない。メタンハイドレートは水分子によって形成された多面体の籠状構造の内部に主としてメタンガスであるガス分子が取り込まれた包接水和物であり、単位体積中に約１７０倍のガスを包蔵している。従って、メタンハイドレートをメタンガスに分解して回収すると、その回収物を貯蔵するための貯蔵設備を設ける場合に、該貯蔵設備の容積を小型化することが難しい。

特許文献４の回収技術は、ガスハイドレートの粉粒状体と水との混合物であるガスハイドレートスラリーにして海上に引き上げて回収するので、固体状態のガスハイドレートも回収される。しかし、スラリー状態で回収するので、ガスハイドレートは固体であっても粉粒状体であり、体積当たりの表面積が大きい。従って、ガスハイドレートは分解によるガス化が進行しやすい。更に掘削時に送水する水もガスハイドレートの分解を意図したものである。
従って、特許文献４の回収技術においては、その回収物は、分解で発生したメタンガスと細かい粉粒状体のガスハイドレートである。この回収物に対する回収設備としては、気体（メタンガス）と固体（ガスハイドレート）と液体（水）を分離する装置が必要となり、該回収設備が大型化或いは複雑化する問題がある。また、気体状態のメタンガスの貯蔵設備は小型化が難しい。

特許文献５の回収技術も、メタンガスとメタンハイドレートを含むガス含有混合物流体として地上に回収するので、特許文献４のスラリー状態で回収する技術と類似する。特許文献５には、温度の高い地表の河川水・湧水又は海面近傍の海水を高速粉粒体に用いてガスハイドレートのガス化を促進しつつ行うことが記載されており、回収物中にはメタンガスの割合が特許文献４より多い状態で回収されると言える。

ところで、水底のメタンハイドレートは安定した状態で存在している。その安定した状態の塊のまま水面に揚収することができれば、メタンの回収率は高くなる。即ち、水底のメタンハイドレートを掘削する際にその掘削に伴う分解によるガス化を抑制して行い、更に大きな塊として回収するようにすれば、メタンの回収率は高くなる。更に、回収物を貯蔵する場合に、その回収物はメタンガスを約１７０倍も包蔵した塊の集まりであるので、同じメタンガスの量を貯蔵する場合に、ガス状態で貯蔵するよりも貯蔵設備を格段に小型化することが可能になる。
従来の上記いずれの特許文献にも、水底のメタンハイドレートを掘削する際にメタンハイドレートの分解を抑制した状態で行うこと、及び水底のメタンハイドレートをスラリー状態にしないで大きな塊として回収することでメタンの回収率を高めること、更に回収物の貯蔵設備を小型化することについては記載も示唆もない。

◆◆目的◆◆◆
本発明の目的は、水底にあるメタンハイドレートを回収するに際して、メタンの回収率を高め、更に回収物の貯蔵設備を小型化できるようにすることにある。

上記目的を達成するため、本発明の第１の態様に係るハイドレート回収装置は、水底に在るメタンハイドレートを回収するハイドレート回収装置であって、水底に在るメタンハイドレート層に水を噴射して掘削する水噴射部と、前記水噴射部による掘削で生じたメタンハイドレートの塊を前記水底の掘削領域から水面側の回収領域に上昇させて案内するハイドレート上昇管とを備え、前記水噴射部が噴射する水は、メタンガスが飽和状態で溶けている水であることを特徴とする。

本明細書において「メタンハイドレート」とは、前述した水素結合によって形成される水分子の籠状構造の内部に、主としてメタンが取り込まれて形成されたガスハイドレートを意味し、純メタンを包蔵するガスハイドレートだけではなく、メタンを主成分とする天然ガスハイドレート（例えば、他の成分としてエタン、プロパン等の炭化水素や二酸化炭素等を包蔵する）を含むものとする。
一般的に、水深４００ｍよりも深い部分では圧力が高く水温が低いため、その水中にメタンが十分に（飽和状態で）存在すると、メタンハイドレートが生成される。したがって、通常メタンハイドレート層は水深４００ｍ以深に存在している。

ここで、「メタンガスが飽和状態で溶けている水」における「飽和状態」とは、掘削領域の温度及び圧力の下で飽和していることを意味している。尚、「飽和」は厳密に１００％飽和していることは要せず、本発明の目的を実質的に達成できる範囲内での幅を持つ意味で使われている。
「水を噴射して掘削する」とは、掘削ビットなどの掘削刃は用いずに、ジェット水流（ウォータージェット）等の高圧で噴射する水の破壊力によってメタンハイドレートを掘削することを意味する。

◆◆効果◆◆◆
本態様によれば、ジェット水流等の高圧で噴射する水によってメタンハイドレート層を掘削する際に、その噴射する水は、メタンガスが飽和状態で溶けている水である。従って、従来のようにメタン濃度が低い水と違って、前記掘削に際にメタンハイドレートの分解を抑制することができる。
前記水噴射部によるメタンハイドレート層の掘削は、水の噴射の仕方によって大きな塊のものを多くすることも、小さい粉粒体のものを多くすることも可能であるが、本発明においては、前記ハイドレート上昇管を通過可能な範囲で大きな塊のメタンハイドレートが得られるように行われる。メタンハイドレートの塊のサイズが大きければ、体積当たりの表面積が小さいので、分解によるメタンの消失を低減することが可能になる。
従って、水底のメタンハイドレート層を掘削する際にメタンハイドレートの分解を抑制した状態で行い、またスラリー状態にしないで大きな塊としてハイドレート上昇管を上昇させて回収するので、メタンの回収率を高めることができる。

更に、回収物は気体状態のメタンではなく、固体状態のメタンハイドレートの塊である。この回収物はメタンガスを約１７０倍も包蔵したメタンハイドレートの塊の集まりである。従って、該回収物を貯蔵する場合に、同じメタンガスの量を貯蔵する場合に、ガス状態で貯蔵するよりも貯蔵設備を格段に小型化することが可能になる。

また、掘削ビットのような掘削刃による掘削では、掘削中に掘削刃の表面でメタンハイドレートが生成し、該生成したメタンハイドレートが掘削刃の周りに固着して掘削が停止する虞がある。しかし、本態様では掘削刃は用いず、噴射水の破壊力で掘削するので、従来のような固着による掘削停止の問題は生じない。
尚、メタンガスが飽和状態で溶けている水をメタンハイドレート層に噴射して掘削する際にメタンハイドレートが生成することがあっても、その生成自体はメタンの回収率を高めることになるので、本発明においては好ましいことである。
以って、本態様によれば、水底にあるメタンハイドレートを回収するに際して、メタンの回収率を高め、更に回収物の貯蔵設備を小型化することができる。

本発明の第２の態様に係るハイドレート回収装置は、第１の態様において、前記水噴射部が噴射する水は、前記掘削領域の水とメタン濃度、温度及び圧力が同じであることを特徴とする。
ここで、「前記掘削領域の水とメタン濃度、温度及び圧力が同じである」における「同じ」とは、厳密に同じであることは要せず、本発明の目的を実質的に達成できる範囲内での幅を持つ意味で使われている。

本態様によれば、前記水噴射部が噴射する水は、前記掘削領域の水とメタン濃度、温度及び圧力が同じであるので、記掘削に際にメタンハイドレートの分解を効果的に抑制することができる。

本発明の第３の態様に係るハイドレート回収装置は、第１の態様又は第２の態様において、前記水噴射部が噴射する水は、水底に在るメタンハイドレート層の付近の水が使われることを特徴とする。

本態様によれば、前記水噴射部が噴射する水は、水底に在るメタンハイドレート層の付近の水が使われるので、前記掘削領域の水とメタン濃度、温度及び圧力が同じである水を容易に得ることができる。

本発明の第４の態様に係るハイドレート回収装置は、第３の態様において、前記水噴射部に噴射用の水を供給する供給ポンプを備え、該供給ポンプは、水の取り入れ口が水底に在るメタンハイドレート層の付近に配置されることを特徴とする。

本態様によれば、水の取り入れ口が水底に在るメタンハイドレート層の付近に配置すればよいので、供給ポンプの設置場所の自由度が増し、第３の態様を容易に実現することができる。

本発明の第５の態様に係るハイドレート回収装置は、第１の態様から第４の態様のいずれか一つの態様において、前記水噴射部は、船体から水底に向かって前記ハイドレート上昇管内を延設された接続機構の下端部に設けられ、前記接続機構は、前記水噴射部を深さ方向に掘進可能に構成されていることを特徴とする。

本態様によれば、前記各態様の効果が得られることに加えて、前記水噴射部を深さ方向に掘進させることにより、メタンハイドレート層の厚みが大であっても容易に対応して深く掘削することができる。

本発明の第６の態様に係るハイドレート回収装置は、第１の態様から第４の態様のいずれか一つの態様において、前記水噴射部は、船体と独立して移動可能な水中重機に設けられていることを特徴とする。

本態様によれば、前記水噴射部は、船体と独立して移動可能な水中重機に設けられているので、船体を移動させることなく、広い範囲に対する掘削を容易に行うことができる。

本発明の第７の態様に係るハイドレート回収装置は、第１の態様から第６の態様のいずれか一つの態様において、前記水噴射部は、水の噴射方向が可変であることを特徴とする。

本態様によれば、前記水噴射部は水の噴射方向が可変であるので、その噴射方向を適宜変えることで、前記ハイドレート上昇管を通過可能な範囲で大きな塊のメタンハイドレートを容易に得ることができる。

本発明の第８の態様に係るハイドレート回収装置は、第１の態様から第７の態様のいずれか一つの態様において、前記ハイドレート上昇管の下端部は、前記水噴射部による掘削によって飛散した前記メタンハイドレートの塊を収集可能に拡径されたカバー部を備えていることを特徴とする。

本態様によれば、ハイドレート上昇管の下端部に拡径されたカバー部が設けられているので、前記水噴射部による掘削によって飛散した前記メタンハイドレートの塊を容易に収集することができる。

本発明の第９の態様に係るハイドレート回収装置は、第１の態様から第８の態様のいずれか一つの態様において、前記ハイドレート上昇管には、管内に流体を供給する流体供給部を備えていることを特徴とする。
前記「流体」とは、液体または気体を意味する。液体の一例としては海水、湖水等の水、気体の一例としては空気等が挙げられる。

本態様によれば、前記ハイドレート上昇管には、管内に流体を供給する流体供給部を備えているので、ハイドレート上昇管内を浮力を受けて上昇するメタンハイドレートの塊群が一部くっ付いて詰りが生じた場合に、前記流体供給部から流体を管内に供給することにより、その衝撃によって前記詰りを解消することができる。
また、前記ハイドレート上昇管の水深４００ｍより浅い領域では、前記ハイドレート上昇管内において、メタンハイドレートは分解を始める。その分解は吸熱反応であるので、その分解吸熱によって氷が生成し、互いにくっ付いて詰まる場合がある。このような場合に、例えば前記管内の水よりも温度の高い水（流体）を該管内に供給することにより、詰まったメタンハイドレートの塊の表面に生成した氷を融かすことによりその詰まりを解消することができる。
また、一時的に空気等の気体（流体）を勢いよく吹き込むことにより、詰まりを解消することができる。

本発明の第１０の態様に係るハイドレート回収装置は、第９の態様において、前記流体供給部が管内に供給する流体は、メタンハイドレートの分解能力を有する水である、ことを特徴とするハイドレート回収装置。

本態様によれば、メタンハイドレートの塊群が一部くっ付いて詰りが生じた場合に、メタンハイドレートの分解能力を有する水（メタン濃度が低い水など）を管内の供給することで前記詰りを解消することができる。

本発明の第１１の態様に係るハイドレート回収装置は、第１の態様から第１０の態様のいずれか一つの態様において、前記水噴射部の前記噴射用の水の流路は、メタンハイドレートの分解能力を有する流体の流れに切換え可能に構成されていることを特徴とする。

前記水噴射部の前記噴射用の水の流路は、温度及び圧力がメタンハイドレートの生成条件下にあるので、メタンハイドレートが生成する可能性があり、それにより詰まる虞がある。
本態様によれば、前記水噴射部の前記噴射用の水の流路は、メタンハイドレートの分解能力を有する流体の流れに切換え可能に構成されているので、この切換えを行うことにより、該流路内のメタンハイドレートを分解して詰りを解消することができる。

本発明の第１２の態様に係るハイドレート回収装置は、第１の態様から第１１の態様のいずれか一つの態様において、前記水噴射部の前記噴射用の水には、粉体が含まれていることを特徴とする。
ここで、「粉体」とは微細な砂、粘性土、金属粉等の固体の微粉であり、噴射水と一緒に噴射可能な粒径範囲のものである。

本態様によれば、前記水噴射部が噴射する水には粉体が含まれているので、掘削力が増し、適宜の大きさの塊にする掘削を行い易くなる。

本発明の第１３の態様に係るハイドレート回収装置は、第１２の態様において、前記粉体は、水底の堆積物からフィルターを通過させて採取したものであることを特徴とする。

本態様によれば、前記粉体は水底の土砂等の堆積物からフィルターを通過させて採取するので、当該粉体を容易に得ることができる。

本発明の第１４の態様に係るハイドレート回収方法は、水底に在るメタンハイドレートを回収するハイドレート回収方法であって、水底に在るメタンハイドレート層に水噴射部から水を噴射して掘削する噴射掘削工程と、前記掘削で生じたメタンハイドレートの塊を前記水底の掘削領域から水面側の回収領域にハイドレート上昇管内を上昇させるハイドレート上昇工程とを備え、前記掘削用に噴射する水は、メタンガスが飽和状態で溶けている水であることを特徴とする。
本態様によれば、第１の態様と同様の効果を得ることができる。

本発明の第１５の態様に係るハイドレート回収方法は、第１４の態様において、前記噴射掘削工程は、水底に在るメタンハイドレート層に複数の試掘を行ったメタンハイドレート層に対して行うことを特徴とする。
ここで、「試掘」とは、メタンハイドレート層に対してメタンハイドレートの存在量や性状の把握等のために掘削することを意味し、この試掘によって通常穴（井戸）ができる。

本態様によれば、前記水噴射部の噴射水によってメタンハイドレート層を掘削する際に、試掘で作られた穴（井戸）を利用して掘削することができので、メタンハイドレートの塊を効率的に得る掘削を行うことができる。特に試掘の穴（井戸）が多い場合は各穴（井戸）間が連通破壊されるように水を噴射することによって、一層効果的にメタンハイドレートの塊を得ることができる。

本発明の第１６の態様に係るハイドレート回収方法は、第１４の態様又は第１５の態様において、水底に在るメタンハイドレート層の付近の水を供給ポンプにより前記水噴射部に供給し、前記水噴射部は前記供給された水を前記メタンハイドレート層に噴射することを特徴とする。

本態様によれば、供給ポンプの水の取り入れ口を水底に在るメタンハイドレート層の付近に配置すれば、前記掘削領域の水とメタン濃度、温度及び圧力が同じである水を容易に得ることができ、メタンハイドレートの分解を抑制した状態での掘削を容易に実現することができる。

本発明の実施例１に係るハイドレート回収装置を示す概略構成図。 本発明の実施例２に係るハイドレート回収装置を示す概略構成図。 本発明の実施例３に係るハイドレート回収装置を示す概略構成図。 本発明の実施例４に係るハイドレート回収方法を示す概略説明図。 本発明の実施例５に係るハイドレート回収装置を示す概略構成図。 本発明の実施例６に係るハイドレート回収装置を示す概略構成図。

以下、実施例に基づき本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限られるものではない。
先ず、図１を用いて本発明の実施例１に係るハイドレート回収装置の構成について説明する。

◆◆実施例１◆◆
＜ハイドレート回収装置の構成＞
図１に示すように、本実施例では海底１（水底１）の表層型のメタンハイドレート層２を掘削してメタンハイドレートの塊ＧＨを回収する場合について説明する。
本実施例１に係るハイドレート回収装置は、水底１に在るメタンハイドレート層２に水を噴射して掘削する水噴射部４と、水噴射部４による掘削で生じたメタンハイドレートの塊ＧＨを水底１の掘削領域５から水面６側の回収領域７に上昇させて案内するハイドレート上昇管８とを備えている。図１において、符号Ｌは水深４００ｍを示し、この例では水底１まで約１０００ｍである。

≪水噴射部≫
前記水噴射部４は、メタンハイドレート層２に水を噴射して掘削する手段としてウォータージェット機構が用いられ、そのウォータージェット機構における噴射口から高圧のジェット水流３を噴射し、該ジェット水流３の破壊力によってメタンハイドレート層を掘削破壊できるようになっている。ジェット水流３によるメタンハイドレート層２の掘削は、ハイドレート上昇管８を通過可能な範囲で大きな塊のメタンハイドレートＧＨが多く得られるように行われる。
本実施例では、水噴射部４は、船体９から水底１に向かってハイドレート上昇管８内を延設された接続機構１０の下端部１１に設けられている。そして、該接続機構１０は水噴射部４を深さ方向Ｄに掘進可能に構成されている。尚、図１では説明を単純化するために接続機構１０は、単に１本の長尺な棒として示したが、図示を省略する掘進機構及びその他の構造部材が適宜設けられている。
これにより、水噴射部４を深さ方向Ｄに掘進させることにより、メタンハイドレート層２の厚みが大であっても容易に対応して深く掘削することができる。

また本実施例では、水噴射部４はジェット水流３の噴射方向が可変に構成されている。この可変構造により、その噴射方向を適宜変えることで、ハイドレート上昇管８を通過可能な範囲で大きな塊のメタンハイドレートＧＨを一層得易くなっている。

≪水噴射部が噴射する水≫
水噴射部４が噴射するジェット水流３の水はメタンガスが飽和状態で溶けている水が使われる。ここで、「メタンガスが飽和状態で溶けている水」における「飽和状態」とは、掘削領域５の温度及び圧力の下でメタンガスが飽和していることを意味している。尚、本明細書では、この「飽和」は厳密に１００％飽和していることは要せず、本発明の目的を実質的に達成できる範囲内での幅を持つ意味で使われている。

水噴射部４が噴射するジェット水流３の水は、掘削領域５の水とメタン濃度、温度及び圧力が同じであるものがよい。ここで、「前記掘削領域の水とメタン濃度、温度及び圧力が同じである」における「同じ」とは、厳密に同じであることは要せず、本発明の目的を実質的に達成できる範囲内での幅を持っている。
本実施例では、前記掘削領域５の水とメタン濃度、温度及び圧力が同じである水として、水底１に在るメタンハイドレート層２の付近の水を使っている。

具体的には、図１に示したように、ジェット水流３用の水を供給ライン１３を介して水噴射部４に供給する供給ポンプ１２を備えている。符号１９は動力接続線を示す。この供給ポンプ１２は、掘削領域５の周囲近傍のメタンハイドレート層２の表面上に置かれ、水の取り入れ管１４を有する。該取り入れ管１４の水取り入れ口１５が水底１に在るメタンハイドレート層２の表面付近に配置され、これにより、掘削領域５の水とメタン濃度、温度及び圧力が同じである水をジェット水流３の水として使えるようになっている。
尚、供給ポンプ１２の置かれる位置は図示のように掘削領域５の周囲近傍でなくてもよく、取り入れ口１５が水底１に在るメタンハイドレート層２の表面付近に配置されていればよい。

≪ハイドレート上昇管≫
本実施例では、ハイドレート上昇管８は、ライザー管が用いられ、その下端部１６にカバー部１７を備えている。カバー部１７は、水噴射部４による掘削によって飛散したメタンハイドレートの塊ＧＨを収集可能に拡径されている。即ち、カバー部１７は、水深方向Ｄに漸次拡径されて掘削領域５を上方から覆い、水噴射部４による掘削によって飛散して上昇するメタンハイドレートの塊ＧＨを収集し、ハイドレート上昇管８の本管部１８に導く。
尚、カバー部１７の構造は、図１の構造に限定されないことは勿論であり、水噴射部４による掘削によって飛散して上昇するメタンハイドレートの塊ＧＨを収集可能であればよい。

＜実施例１の作用＞
次に、実施形態１のハイドレート回収装置による回収方法の説明をしつつその作用を説明する。
先ず、水底１に在るメタンハイドレート層２に水噴射部４からジェット水流３を噴射して掘削する（噴射掘削工程）。
前記掘削で生じたメタンハイドレートの塊ＧＨは飛散するが、カバー部１７によって収集されてハイドレート上昇管８の本管部１８に誘導される。そして、収集されたメタンハイドレートの塊ＧＨの群は、水底１の掘削領域５から水面６側の回収領域７に向かって該ハイドレート上昇管８内を上昇する（ハイドレート上昇工程）。
その際に、水噴射部４が掘削用に噴射するジェット水流３の水はメタンガスが飽和状態で溶けている水である。

本実施例によれば、ジェット水流３の高圧で噴射する水によってメタンハイドレート層２を掘削する際に、その噴射する水は、メタンガスが飽和状態で溶けている水である。従って、従来のようにメタン濃度が低い水と違って、前記掘削に際にメタンハイドレートの分解を抑制することができる。
水噴射部４によるメタンハイドレート層２の掘削は、ハイドレート上昇管８を通過可能な範囲で大きな塊のメタンハイドレートが得られるように行われる。メタンハイドレートの塊ＧＨのサイズが大きければ、体積当たりの表面積が小さいので、分解によるメタンの消失を低減することが可能になる。
このように、水底１のメタンハイドレート層２を掘削する際にメタンハイドレートの分解を抑制した状態で行い、またスラリー状態にしないで大きな塊としてハイドレート上昇管８を上昇させて回収するので、メタンの回収率を高めることができる。

更に、回収物は気体状態のメタンではなく、固体状態のメタンハイドレートの塊ＧＨである。この回収物はメタンガスを約１７０倍も包蔵したメタンハイドレートの塊ＧＨの集まりである。従って、該回収物を貯蔵する場合に、同じメタンガスの量を貯蔵する場合に、ガス状態で貯蔵するよりも貯蔵設備を格段に小型化することが可能になる。

また、掘削ビットのような掘削刃による掘削では、掘削中に掘削刃の表面でメタンハイドレートが生成し、該生成したメタンハイドレートが掘削刃の周りに固着して掘削が停止する虞がある。しかし、本実施例では掘削刃は用いず、ジェット水流３の破壊力で掘削するので、従来のような固着による掘削停止の問題は生じない。
尚、メタンガスが飽和状態で溶けているジェット水流３の水をメタンハイドレート層２に噴射して掘削する際にメタンハイドレートが生成することがあっても、その生成自体はメタンの回収率を高めることになるので、本実施例においては好ましいことである。
以って、本実施例によれば、水底１にあるメタンハイドレートを回収するに際して、メタンの回収率を高め、更に回収物の貯蔵設備を小型化することができる。

また、本実施例では、水噴射部４が噴射するジェット水流３の水は、掘削領域５の水とメタン濃度、温度及び圧力が同じであるので、記掘削に際にメタンハイドレートの分解を効果的に抑制することができる。
また、前記ジェット水流３の水は、水底１に在るメタンハイドレート層２の付近の水が取り入れ口１５から吸引されて使われるので、掘削領域５の水とメタン濃度、温度及び圧力が同じである水を容易に得ることができる。また、水噴射部４に噴射用の水を供給する供給ポンプ１２は、水の取り入れ口１５が水底１に在るメタンハイドレート層２の付近に配置されていればよいので、供給ポンプ１２の設置場所の自由度が増すことができる。

◆◆実施例２◆◆
次に、図２を用いて本発明の実施例２に係るハイドレート回収装置の構成について説明する。
本実施例に係るハイドレート回収装置においては、水噴射部４は、船体９と独立して移動可能な水中重機２０に設けられている。即ち、実施例１の接続機構１０に代えて、水中重機２０が使われている。符号２３は動力接続線を示す。
また、本実施例の水噴射部４は、実施例１と異なり、本体２４の後部に吸引口２５が設けられている。即ち、カバー部１７で覆われた掘削領域５の水を吸引口２５から取り入れてジェット水流３の水として利用するようになっている。
その他の構成は、実施例１と同様であるので同一部分に同一符号を付してその説明は省略する。

本実施例によれば、水噴射部４は、船体９と独立して移動可能な水中重機２０に設けられているので、船体９を移動させることなく、掘削領域５の広い範囲に対する掘削を容易に行うことができる。

◆◆実施例３◆◆
次に、図３を用いて本発明の実施例３に係るハイドレート回収装置の構成について説明する。
本実施例に係るハイドレート回収装置においては、水噴射部４が噴射するジェット水流３の水には、粉体が含まれている。ここで、「粉体」とは微細の砂、粘性土、金属粉等の固体の微粉であり、噴射水と一緒に噴射可能な粒径範囲のものである。

水底１のメタンハイドレート層２の表面には堆積物として通常細かい土砂３０が堆積している。本実施例では、供給ポンプ１２の水取り入れ口１５から掘削領域５の水とメタン濃度、温度及び圧力が同じである水を取り込む際に、堆積している土砂３０の一部を一緒に取りこむように構成されている。そして、フィルター３１を介して粒径を所定範囲に揃えた粉体を前記取りこんだ水と一緒に水噴射部４に送り、粉体入りのジェット水流３をメタンハイドレート層２に向けて噴射するように構成されている。
その他の構成は、実施例１と同様であるので同一部分に同一符号を付してその説明は省略する。

本実施例によれば、水噴射部４が噴射するジェット水流３の水には粉体が含まれているので、掘削力が増し、適宜の大きさの塊にする掘削を行い易くなる。また、粉体は水底１の堆積物から採取するので、その入手が容易である。

◆◆実施例４◆◆
次に、図４を用いて本発明の実施例４に係るハイドレート回収方法について説明する。
本実施例に係るハイドレート回収方法においては、前記水噴射部４のジェット水流３による噴射掘削工程は、水底１に在るメタンハイドレート層２に複数の試掘を行ったメタンハイドレート層２に対して行うものである。ここで、「試掘」とは、メタンハイドレート層２に対してメタンハイドレートの存在量や性状の把握等を目的として掘削することを意味し、この試掘によって通常穴（井戸）４０ができる。

本実施例では、前記穴（井戸）４０に水噴射部４の噴射口部４１を挿入する。そして、噴射方向を横向きにしてジェット水流３を噴射して掘削を行う。
本実施例によれば、水噴射部４のジェット水流３によってメタンハイドレート層を掘削する際に、試掘により作られた穴（井戸）４０を利用して掘削するので、メタンハイドレートの塊ＧＨを効率的に得る掘削を行うことができる。特に、試掘の穴（井戸）４０の数が多い場合は各穴（井戸）４０間が連通破壊されるようにジェット水流３を噴射することによって、一層効果的にメタンハイドレートの塊ＧＨを得ることができる。

◆◆実施例５◆◆
次に、図５を用いて本発明の実施例５に係るハイドレート回収装置の構成について説明する。
本実施例に係るハイドレート回収装置においては、ハイドレート上昇管８には、管内に流体を供給する流体供給部５０，５１を備えている。ここで、流体供給部５０は水深４００ｍより深い領域に複数設けられ、流体供給部５１は水深４００ｍより浅い領域に複数設けられている。ここで「流体」とは、液体または気体を意味する。液体の一例としては海水、湖水等の水、気体の一例としては空気等が挙げられる。
本実施例では、流体供給部５０，５１のいずれも該流体供給部５０，５１の設けられている深さの海水が該流体として利用されている。
その他の構成は、実施例１と同様であるので同一部分に同一符号を付してその説明は省略する。

本実施例によれば、ハイドレート上昇管８には、管内に流体を供給する流体供給部５０，５１を備えているので、ハイドレート上昇管８内を浮力を受けて上昇するメタンハイドレートの塊ＧＨ群が一部くっ付いて詰りが生じた場合に、前記流体供給部５０，５１から流体を管内に供給することにより、その衝撃によって前記詰りを解消することができる。

また、前記ハイドレート上昇管の水深４００ｍより浅い領域では、ハイドレート上昇管８内において、メタンハイドレートは分解を始める。その分解は吸熱反応であるので、その分解吸熱によって氷が生成し、互いにくっ付いて詰まる場合がある。このような場合に、例えばハイドレート上昇管８内の水よりも温度の高い水（流体）を流体供給部５１から該ハイドレート上昇管８内に供給することにより、詰まったメタンハイドレートの塊ＧＨの表面に生成した氷を融かすことによりその詰まりを解消することができる。この温度の高い水としては、海面付近の水を利用することができる。
また、一時的に空気等の気体（流体）を勢いよく吹き込むことにより、詰まりを解消することができる。

また、前記ハイドレート上昇管８の水深４００ｍより深い領域では、ハイドレート上昇管８内において、メタンハイドレートは分解はしないが、メタンハイドレートの塊ＧＨ同士が一部くっ付いて詰りが生じることがある。
流体供給部５０がハイドレート上昇管８内に供給する流体として、メタンハイドレートの分解能力を有する水を用いることで、メタンハイドレートの塊ＧＨ群が一部くっ付いて詰りが生じた場合に、ハイドレート上昇管８内の前記詰りを解消することができる。このメタンハイドレートの分解能力を有する水としては、メタンガスの飽和していない水やその平衡状態を分解方向に進める温度の水などを用いることができる。

◆◆実施例６◆◆
次に、図６を用いて本発明の実施例６に係るハイドレート回収装置の構成について説明する。
水噴射部４のジェット水流３の水の流路６０は、供給ポンプ１２の供給ライン１３及び水噴射部４内の先端噴射口までの流路であるが、該流路６０内の水は、その温度及び圧力がメタンハイドレートの生成条件下にあるので、メタンハイドレートが生成する可能性があり、それにより詰まる虞がある。

そこで、本実施例に係るハイドレート回収装置においては、水噴射部４のジェット水流３の水の流路６０は、メタンハイドレートの分解能力を有する流体の流れに切換え可能に構成されている。具体的には、供給ライン１４の途中に流路切換え部６１を設け、該切換え部６１に海面付近の水を供給する供給ライン６２が接続されている。海面付近の水は、メタン濃度も低く、温度も高くメタンハイドレートの分解能力を有している。符号６３は海水取り入れ部を示す。
その他の構成は、実施例１と同様であるので同一部分に同一符号を付してその説明は省略する。

本実施例によれば、水噴射部４のジェット水流３の水の流路６０は、切換え部６１によって前記流路６０内をメタンハイドレートの分解能力を有する流体の流れに切換え可能に構成されているので、この切換えを行うことにより、該流路６０内のメタンハイドレートを分解して詰りを解消することができる。

本発明は上記実施例に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものであることは言うまでもない。
例えば、上記実施例では、海底１（水底１）の表層型のメタンハイドレート層２を掘削してメタンハイドレートの塊ＧＨを回収する場合について説明したが、湖底に在るメタンハイドレート層に対しても同様に適用できる。
また、砂層型メタンハイドレートに対しても地層下のメタンハイドレート層の存在する部分に対して本発明を適用することができる。この砂層型メタンハイドレートの場合は、ジェット水流によって砂も舞い上がるが、該砂のほとんどは浮力で浮上することはないので、メタンハイドレートの塊ＧＨと容易に分離することができる。

１ 水底（海底）、２ メタンハイドレート層、３ ジェット水流、
４ 水噴射部、 ５ 掘削領域、６ 水面、７ 回収領域、
８ ハイドレート上昇管、９ 船体、１０ 接続機構、１１ 下端部、
１２ 供給ポンプ、１３ 供給ライン、１４ 取り入れ管、１５ 水取り入れ口、
１６ 下端部、１７ カバー部、１８ 本管部、１９ 動力接続線、
２０ 水中重機、２１ 支援船、２３ 動力接続線、２４ 本体、
２５ 吸引口、３０ 土砂、３１ フィルター、４０ 穴（井戸）、
４１ 噴射口部、５０ 流体供給部（４００ｍより深い領域）、
５１ 流体供給部（４００ｍより浅い領域）、６０ 流路、６１ 切換え部、
６２ 供給ライン、６３ 海水取り入れ部
Ｄ 深さ方向、ＧＨ メタンハイドレートの塊、Ｌ 水深４００ｍの位置

Claims (16)

1. 水底に在るメタンハイドレートを回収するハイドレート回収装置であって、
   水底に在るメタンハイドレート層に水を噴射して掘削する水噴射部と、
   前記水噴射部による掘削で生じたメタンハイドレートの塊を前記水底の掘削領域から水面側の回収領域に上昇させて案内するハイドレート上昇管と、を備え、
   前記水噴射部が噴射する水は、メタンガスが飽和状態で溶けている水である、ことを特徴とするハイドレート回収装置。
2. 請求項１に記載のハイドレート回収装置において、
   前記水噴射部が噴射する水は、前記掘削領域の水とメタン濃度、温度及び圧力が同じである、ことを特徴とするハイドレート回収装置。
3. 請求項１又は２に記載のハイドレート回収装置において、
   前記水噴射部が噴射する水は、水底に在るメタンハイドレート層の付近の水が使われる、ことを特徴とするハイドレート回収装置。
4. 請求項３に記載のハイドレート回収装置において、
   前記水噴射部に噴射用の水を供給する供給ポンプを備え、
   該供給ポンプは、水の取り入れ口が水底に在るメタンハイドレート層の付近に配置される、ことを特徴とするハイドレート回収装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のハイドレート回収装置において、
   前記水噴射部は、船体から水底に向かって前記ハイドレート上昇管内を延設された接続機構の下端部に設けられ、
   前記接続機構は、前記水噴射部を深さ方向に掘進可能に構成されている、ことを特徴とするハイドレート回収装置。
6. 請求項１から４のいずれか一項に記載のハイドレート回収装置において、
   前記水噴射部は、船体と独立して移動可能な水中重機に設けられている、ことを特徴とするハイドレート回収装置。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載のハイドレート回収装置において、
   前記水噴射部は、水の噴射方向が可変である、ことを特徴とするハイドレート回収装置。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載のハイドレート回収装置において、
   前記ハイドレート上昇管の下端部は、前記水噴射部による掘削によって飛散した前記メタンハイドレートの塊を収集可能に拡径されたカバー部を備えている、ことを特徴とするハイドレート回収装置。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載のハイドレート回収装置において、
   前記ハイドレート上昇管には、管内に流体を供給する流体供給部を備えている、ことを特徴とするハイドレート回収装置。
10. 請求項９に記載のハイドレート回収装置において、
    前記流体供給部が管内に供給する流体は、メタンハイドレートの分解能力を有する水である、ことを特徴とするハイドレート回収装置。
11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載のハイドレート回収装置において、
    前記水噴射部の前記噴射用の水の流路は、メタンハイドレートの分解能力を有する流体の流れに切換え可能に構成されている、ことを特徴とするハイドレート回収装置。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載のハイドレート回収装置において、
    前記水噴射部の前記噴射用の水には、粉体が含まれている、ことを特徴とするハイドレート回収装置。
13. 請求項１２に記載のハイドレート回収装置において、
    前記粉体は、水底の堆積物からフィルターを通過させて採取したものである、ことを特徴とするハイドレート回収装置。
14. 水底に在るメタンハイドレートを回収するハイドレート回収方法であって、
    水底に在るメタンハイドレート層に水噴射部から水を噴射して掘削する噴射掘削工程と、
    前記掘削で生じたメタンハイドレートの塊を前記水底の掘削領域から水面側の回収領域にハイドレート上昇管内を上昇させるハイドレート上昇工程と、を備え、
    前記掘削用に噴射する水は、メタンガスが飽和状態で溶けている水である、ことを特徴とするハイドレート回収方法。
15. 請求項１４に記載のハイドレート回収方法において、
    前記噴射掘削工程は、水底に在るメタンハイドレート層に複数の試掘を行ったメタンハイドレート層に対して行う、ことを特徴とするハイドレート回収方法。
16. 請求項１４又は１５に記載のハイドレート回収方法において、
    水底に在るメタンハイドレート層の付近の水を供給ポンプにより前記水噴射部に供給し、
    前記水噴射部は前記供給された水を前記メタンハイドレート層に噴射する、ことを特徴とするハイドレート回収装置。

Images