JP2016529420A - メタンハイドレートを含む地層からメタンを生産するシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

コンプリーションシステム（completion system）は、地下に埋蔵されているメタンハイドレートの塊の近傍に形成された第１部分を有する第１掘削孔工作物を含む。第２掘削孔工作物は、前記メタンハイドレートの塊の近傍に形成された第２部分を有する。第１部分は第２部分よりも重力方向に深い位置にある。第１ストリングが前記第１掘削孔工作物中に配置され、その第１ストリングを通して熱を有する流体を送ってメタンハイドレートの塊と接触させ、メタンハイドレートからメタンを解放する。第２ストリングを第２掘削孔工作物内に配置し、メタンを生産するように設計する。【選択図】 図１

Description

メタンハイドレートとは、水分子がメタン分子の周りで凍って内部にメタン分子を閉じ込める「籠」を形成する、包接化合物である。メタンハイドレートの堆積物は、エネルギー産業にとって重要なエネルギー貯蔵源となる可能性があるが、回収するのが困難である。メタンハイドレートの形成に必要な特定の圧力と温度故に、このような堆積物は主として海底面又は極地方の地下で生成されるので、その回収がうまく行かない。産業界は、メタンハイドレートを含む地層からメタンを生産するための新しいシステムを熱心に取り入れている。

コンプリーションシステム（completion system）は、地下に埋蔵されているメタンハイドレートの塊の近傍に形成された第１部分を有する第１掘削孔工作物を含む。第２掘削孔工作物は、前記メタンハイドレートの塊の近傍に形成された第２部分を有する。第１部分は第２部分よりも重力方向に深い位置にある。第１ストリングが前記第１掘削孔工作物中に配置され、その第１ストリングを通して熱を有する流体を送ってメタンハイドレートの塊と接触させ、メタンハイドレートからメタンを解放する。第２ストリングを第２掘削孔工作物内に配置し、メタンを生産するように設計する。

メタンハイドレートからメタンを生産する方法は、重力方向に第２掘削孔部分よりも深い位置にある第１掘削孔部分を通して、メタンハイドレートを含有する地層に熱を有する流体を送り、メタンハイドレートからメタンを解放し、第２掘削孔部分でメタンを受け取ることを含む。

メタンハイドレートを製造する方法は、メタンハイドレートの安定性に係る少なくとも１つのパラメータを制御してメタンハイドレートを不安定化し、不安定化に続いてメタンハイドレートからメタンを解放することを含む。

以下の記載は、いかなる様態にも本発明を制限するものではない。添付の図面に関しては、類似の要素には類似の参照符号が付されている。

この明細書に開示されている一態様による、メタンハイドレートを含む地層からメタンを製造するためのコンプリーションシステムの断面図である。 この明細書に開示されている別の態様による、メタンハイドレートを含む地層からメタンを製造するためのコンプリーションシステムの断面図である。

この明細書に開示されている装置及び方法の２以上の態様について、本発明を制限しない図面を参照しながら具体例を示すことによって詳細に記述する。

図１に示されているコンプリーションシステム10は、マルチラテラル掘削孔12用である。掘削孔12は、図においては大きく屈曲している、第１ラテラル掘削孔14と第２ラテラル掘削孔16とを有している。２つのラテラル掘削孔は図示されているより屈曲が小さくてもよく、また、関連する態様（図２との関係で後ほど記載する。）においては完全に別個の坑井とすることもできることを理解されたい。第１ストリング18が第１ラテラル掘削孔14へと延びており、また、第２ストリング20が第２ラテラル掘削孔16へと延びている。しかしながら、２つのラテラル掘削孔に対して単一の主掘削孔が図示されているが、この明細書に記載の回収方法は間隔を置いて近接させて配置した２つの独立の掘削孔を用いて同じ効果を得ることができることに注意されたい。

少なくとも部分的にメタンハイドレートを含んでいる地下の塊22の中に少なくとも部分的に存在させて、塊を通過させて、或いは近接させて、ラテラル掘削孔14及び16を形成する。この塊22は、例えば、砂、堆積物、他の気体、液体、固体等の他の物質を何種類含んでいてもよい。この塊22は海底面の地下、極地方の地下、又は堆積物としてのメタンハイドレートの初期の形成を可能にする特定の温度及び圧力要件を満たす前記地下以外のあらゆる場所に存在する可能性がある。

第１ストリング18は、熱を有する流体を送って塊22と接触させるか、又は電気加熱装置（又はその同等物）を第１ストリング中に配して対流、伝導、若しくは放射によって単に熱を塊22に送るように配置される。「熱を有する流体」という用語は、メタンハイドレートの温度よりも高い温度である流体、又は塊22を加熱するのに使用することのできる、化学エネルギー等のエネルギーを伝える流体を意味する。例えば、一態様において、熱を有する流体は、例えば、ダウンホールに運ばれた若しくはダウンホールで得ることのできる他の流体若しくは物質と接触することによって、又は地層環境内に送られた１種以上の物質間の反応を促進することによって、発熱反応を起こす又は起こされるように設計されている。他の態様においては、熱を有する流体は、水を加熱することによって製造された蒸気である。ある態様においては、加熱装置又は加熱要素は地表面に配置されてもよく、又はストリング18中に配置されてもよい。熱を有する流体及び／又は熱を有する流体から供給された熱は、第１ストリング18から発している１セットの矢印24によって示されている。ある態様においては、熱を有する流体を押し出して塊22と接触させるための複数のポート26、孔、又は他の開口部を第１ストリング18が備えており、他の態様においては、流体それ自身ではなく流体の熱を対流によって当該地層に伝えるだけのために第１ストリングが配置されている。

熱を塊22に与えることによって塊22中に含まれている氷を解かし、先程まで凍っていた水分子の籠からメタンを解放することができる。解放されたメタンは、参照符号28を有する１セットの矢印によって示されている。「解放された」という用語によって、塊22に含まれているメタンハイドレートからメタンが放出されて、メタンハイドレートの凍った水分子によって、最早、捕えられても、封じ込められても、動きを制限されてもいないこと、或いはメタンが生産されるために移動することができることを意味する。したがって、第２ストリング20は、塊22に含まれるメタンハイドレートから解放されたメタン28を受け取るように配置される。第２ストリング20の中へメタン28を導入してメタン28を生産するために、網29を有する又は有さない複数のポート、孔、又は他の開口部が第２ストリング20に設けられていてもよい。さらに、ある態様においては、第２ストリングは１台以上のＥＳＰ31（Electric Submersible Pump＝電動水中ポンプ）も含み、解放された水を掘削孔の上に揚げるのを助け、また、やや付随的ながら、地層の上向孔でハイドレートプラグが形成される可能性を低減するのに役立つ相当量の熱を生成する。

以上の開示を考慮すると、熱を供給する機能とメタン28を製造する機能とをストリング18とストリング20との間で分け、２つのストリング18と20との各々が割り当てられた仕事のみを行うようにするのが好ましい。このようにして、コンプリーションシステム10は、メタンハイドレートの形成に関連するパラメータ、例えば、温度と圧力とをより効率的に制御するように設計することができる。

コンプリーションシステム10において別個の２つのストリングを使用することによって、図示されているように、重力方向のより深い位置に、及び／又は第２ストリング20の下に第１ストリング18を配置することができる。このような配置によって、様々な方法でメタンの効率的な生産を促進する。例えば、熱は、一般に、全方向に作用し、第１ストリング18の周囲にポケット又はエンベロープを形成するので、第１ストリング18を第２ストリング20よりも深い位置に配置することにより、（例えば、加熱されるにつれて流体の密度が小さくなることによって）加熱された流体が上昇する、即ち、重力が作用する方向の反対に移動するという自然の傾向を助長し、第１ストリング18からの熱を主として塊22に向けることを可能にする。一態様において、第１ストリング18の、第２ストリング20に向う側にのみ開口部が設けられる。さらに、比較的低密度のメタンが水及び他のより重い分子の上に上がる傾向があり、メタン28を重力方向と反対に移動させて第２ストリングの中に入れる。塊22の中、又はメタンを取り囲んでいる氷と共に最初から捕えられていた砂、堆積物、及び他の固体粒子は重力方向に移動する傾向があり、第１ストリング18の周りに沈降するので、メタン28が第２ストリング20に入るのを妨げることなく、後に残される。

図示されている態様においては、第１ストリング18は計装ライン30と共に配置されており、第２ストリング20は計装ライン32と共に配置されている。２つの計装ライン30及び32は、コンプリーションシステム10の運転の制御を補助するために含まれ、光ファイバーライン、薬物注入ライン、水圧式制御ライン、又は動力及び／若しくはデータ通信ラインを含んでいてもよい。計装ライン30及び32は、それらと共にセンサを含んでいてもよく、或いは、温度及び圧力などの１種以上のパラメータを、光ファイバが使用されている場合はファイバ・ブラッグ・グレーティング等によって、感知するように設計されている。このようにして、第１ストリング18を介して伝えられる熱の量をダウンホールの変化する状態に応じて調節することができる。メタンハイドレートが再形成するのを防ぐために、及び／又は水分子がその中で再凍結するのを防ぐために、第２ストリング20内の状態を制御することができるのも、また、重要である。即ち、例えば、第１ストリング18によって与えられる熱によって塊22と該塊を取り囲むシステムの部品との凍結が防止されるが、メタン28と第２ストリング20によって製造された他の流体とは第２ストリング20を通って移動している間にかなり冷える場合がある。この理由により、ある態様においては、第２ストリング20はその長さ方向に沿って複数の加熱装置を備えていてもよく、及び／又は第２ストリング20中でメタンハイドレート若しくはアイスプラグが形成されるのを防ぐために、必要に応じて、第２ストリング内を減圧するポンプ若しくは他の機構を備えていてもよい。

コンプリーションシステム10は、制御された様態で塊22を加熱するのを助けるために、１以上の弁34もまた有している。例えば、弁34の各々を、熱を有する流体が選択的に当該弁を通って流れることができるように配置することができる。一態様においては、弁34の各々は、１以上のポート26の覆いを外すように移動することのできるスリーブ36を含み、塊22との間に流体の流通を可能にする。これらの弁の動作を制御することにより、所望の位置でのみ熱を有する流体を注入し、塊22へ流れる熱を有する流体の質量流量を設定する等によって塊22への熱流に影響を与えることができる。

前記ラテラル掘削孔14及び16は、第１ストリング18及び第２ストリング20を設置するのに適した掘削孔工作物の一例であることを理解されたい。例えば、コンプリーションシステム110が図２に示されているが、このシステムでは、前記態様の第１ストリング18と第２ストリング20を含む掘削孔工作物は、参照符号118と120とが付された２つの別々の掘削孔として形成されている。システム110は、システム10について先に記載したのと実質的に同じ方法で使用することができ、例えば、計装ライン130及び132、弁134、網129等の前記部品のいずれも、又は全てを含むことができる。なお、各部品において、参照符号は、先に記載した参照符号の前に100の位の数字の１を付けることによって変更している。

上記システムは、熱を有する流体を第２掘削孔部分よりも重力方向に深い位置にある第１掘削孔部分を通してメタンハイドレートを含む地層に送り、メタンハイドレートからメタンを解放し、前記第２掘削孔部分内で解放されたメタンを受け取ることを含む、メタンハイドレートからメタンを生産する方法を可能にする。しかしながら、さらに、システムは、メタンハイドレートの安定性についての１種以上のあらゆるパラメータ（水和物の形態からメタンを解放することに帰着する不安定化効果を生ずることのできるパラメータのいかなるもの）を制御する。これは、先に記載した熱のみならず、環境による化学作用及び／又は圧力などのメタンハイドレートを不安定化する他の手段も含む。

具体的な１以上の態様を参照しながら本発明を記載してきたが、本発明の範囲から離れずに、様々な変更を加えてもよく、また、その要素を同等物で置換してもよいことは、当業者には理解されるであろう。さらに、本発明の本質的な範囲から離れることなく、特定の状況又は材料を発明の教示に適合させるために、数多くの変更を行ってもよい。したがって、本発明を実施するために考えられた最良の形態として開示された特定の態様に本発明が限定されることはなく、本発明は特許請求の範囲内の全態様を含む。また、図面及び明細書には、発明の具体例としての態様が開示されており、特定の用語が用いられてきたかもしれないが、別に記載がない限り、一般的且つ記述的な意味でのみ使用され、限定のために用いられているのではない。したがって、発明の範囲がそれによって限定されることはない。さらに、第１、第２等の用語は重要度の順を意味するのではなく、１つの要素を他の要素から区別するために使用されている。さらに、「複数の」という限定がない部材等の用語は当該部材等が１つしかないことを意味するのではなく、少なくとも１つあることを意味している。

Claims (21)

1. 地下に埋蔵されているメタンハイドレートの塊の近傍に形成された第１部分を有する第１掘削孔工作物と、
   前記メタンハイドレートの塊の近傍であって前記第１部分よりも重力方向に浅い位置に形成された第２部分を有する第２掘削孔工作物と、
   前記第１掘削孔工作物中に配置された第１ストリングであって、該第１ストリングを通して熱を有する流体を送ってメタンハイドレートの塊と接触させ、メタンハイドレートからメタンを解放するための第１ストリングと、
   前記第２掘削孔工作物内に配置されて前記メタンを生産するように設計された第２ストリングと
   を有することを特徴とするコンプリーションシステム。
2. 前記第１掘削孔工作物がマルチラテラル掘削孔の第１ラテラル掘削孔を有し、前記第２掘削孔工作物が前記マルチラテラル掘削孔の第２ラテラル掘削孔を有することを特徴とする、請求項１に記載のコンプリーションシステム。
3. 前記第１掘削孔工作物が第１掘削孔を有し、前記第２掘削孔工作物が、該第１掘削孔とは別個の第２掘削孔を有することを特徴とする、請求項１に記載のコンプリーションシステム。
4. 前記熱を有する流体が蒸気を含むことを特徴とする、請求項１に記載のコンプリーションシステム。
5. 前記熱を有する流体が発熱反応を起こす１種以上の成分を含むことを特徴とする、請求項１に記載のコンプリーションシステム。
6. 前記第２ストリングが、前記メタンが第２ストリング中に入るのを可能にするための１以上の網組立体を含むことを特徴とする、請求項１に記載のコンプリーションシステム。
7. 前記第１ストリング、前記第２ストリング、又はこれらの少なくとも１つを含む組み合わせ中に配置される１以上の計装ラインをさらに有することを特徴とする、請求項１に記載のコンプリーションシステム。
8. 前記１以上の計装ラインが、メタンハイドレートの形成に関する１種以上のパラメータを感知可能であることを特徴とする、請求項７に記載のコンプリーションシステム。
9. 前記１種以上のパラメータが、温度、圧力、又はこれらの少なくとも１つを含む組み合わせを含むことを特徴とする、請求項８に記載のコンプリーションシステム。
10. メタンハイドレートの、熱以外の少なくとも１つのパラメータを制御する手段をさらに有することを特徴とする、請求項１に記載のコンプリーションシステム。
11. 前記第１ストリングが、前記熱を有する流体の前記塊への流通を選択的に制御する１以上の弁を有することを特徴とする、請求項１に記載のコンプリーションシステム。
12. １台以上の電動水中ポンプをさらに有することを特徴とする、請求項１に記載のコンプリーションシステム。
13. 重力方向に第２掘削孔部分よりも重力方向に深い位置に配設されている第１掘削孔部分を通して、メタンハイドレートを含有する地層に熱を有する流体を送り、
    前記メタンハイドレートからメタンを解放し、
    前記第２掘削孔部分でメタンを受け取る
    ことを特徴とする、メタンハイドレートからメタンを生産する方法。
14. メタンの回収が、メタンの解放で放出される成分の内メタンではない成分を選択的に後に残すことを含むことを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
15. 前記選択が重力によってなされることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
16. 掘削孔内の前記第２掘削孔部分以外の他の場所で、生産されたメタンを加熱することをさらに含むことを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
17. 前記熱を有する流体が蒸気を含むことを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
18. 前記熱を有する流体が、発熱反応を起こす複数の成分を含むことを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
19. メタンハイドレートの安定性に関する少なくとも１つのパラメータを制御してメタンハイドレートを不安定化し、
    該不安定化に続いて前記メタンハイドレートからメタンを解放する
    ことを含むメタンハイドレートを生産する方法。
20. 前記メタンハイドレートの安定性に関する１種以上の追加的なパラメータをさらに制御することを含む、請求項１９に記載の方法
21. 前記１種以上の追加的なパラメータが、環境による化学作用と圧力とを含むことを特徴とする、請求項２０に記載の方法。

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