JP2019157481A - Gas production system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、地中内のガスハイドレートを分解してガスを生産するガス生産システムに関する。 The present invention relates to a gas production system that produces gas by decomposing underground gas hydrate.
近年、天然ガス資源として、天然ガスハイドレートが注目されている。天然ガスは、燃焼時の二酸化炭素排出量が石油や石炭に比べ少なく、天然ガスと水からなる天然ガスハイドレートは、地球温暖化抑制の点で有望な資源である。
天然ガスハイドレートは、メタン分子を水分子が籠状に取り囲んだ結晶構造を有する包接化合物である。天然ガスハイドレートは、低温、高圧の環境下で、固体の状態で存在し、このような環境を満たす、深海の海底の表層や海底面下の地層中に安定して存在している。
In recent years, natural gas hydrate has attracted attention as a natural gas resource. Natural gas emits less carbon dioxide when combusted than oil and coal, and natural gas hydrate consisting of natural gas and water is a promising resource in terms of suppressing global warming.
Natural gas hydrate is an inclusion compound having a crystal structure in which methane molecules are surrounded by water molecules in a cage shape. Natural gas hydrate exists in a solid state in a low-temperature and high-pressure environment, and stably exists in the surface layer of the deep sea bottom and the subsurface of the sea bottom satisfying such an environment.
従来、海底内に存在する天然ガスハイドレートから天然ガスを取り出す方法として、天然ガスハイドレートにかかる高い水圧に対して減圧された圧力を作用させることで天然ガスハイドレートを分解する減圧法が知られている(例えば、特許文献1)。
減圧法では、具体的に、天然ガスを海底から海上に向けて運ぶ管(ライザー管)を用いて、管内の海水を排出することで管内の海水液面を下げ、ライザー管内の海水の低い圧力を、天然ガスハイドレートを含んだ海底内の地層(ハイドレート層)に作用させ、分解させる。天然ガスハイドレートが分解して生成した天然ガスは、液体と混ざり合った気液混合物としてライザー管内の海水に取り込まれる。混相流を取り込んだ海水は、ライザー管内で、天然ガスと海水とに気液分離され、それぞれ海上に排出される。
Conventionally, as a method for extracting natural gas from natural gas hydrate present in the seabed, a decompression method for decomposing natural gas hydrate by applying a reduced pressure to the high water pressure applied to the natural gas hydrate is known. (For example, Patent Document 1).
In the depressurization method, concretely, using a pipe (riser pipe) that carries natural gas from the seabed to the sea, the seawater level in the pipe is lowered by discharging the seawater in the pipe, and the seawater pressure in the riser pipe is low. Is decomposed by acting on a formation (hydrate layer) in the seabed containing natural gas hydrate. Natural gas produced by decomposition of natural gas hydrate is taken into seawater in the riser pipe as a gas-liquid mixture mixed with liquid. Seawater that has taken in the multiphase flow is gas-liquid separated into natural gas and seawater in the riser pipe and discharged to the sea respectively.
減圧法を用いて天然ガスの生産量を安定的に増やすためには、天然ガスハイドレートに作用する圧力を、天然ガスハイドレートが分解する圧力(分解圧力)の範囲に保つことが重要である。このため、減圧法では、ライザー管内の液体の液面高さが、分解圧力と対応した高さ位置に調整されるように、ライザー管内に進入した水や海水等の液体の排出を行う。つまり、減圧法では、混相流を取り込む取り込み口のあるライザー管の先端部における圧力(坑底圧力)を計測し、計測圧力を常時監視しながら、計測圧力の変動に応じてライザー管内の液面の高さ位置を調整することが行われる。このような液面高さの調整は、ポンプの回転数を制御して海水の排出量を制御することにより行われる。 In order to stably increase the production volume of natural gas using the decompression method, it is important to maintain the pressure acting on the natural gas hydrate within the range of the pressure at which the natural gas hydrate decomposes (decomposition pressure). . For this reason, in the depressurization method, liquid such as water and seawater that has entered the riser pipe is discharged so that the liquid level in the riser pipe is adjusted to a height position corresponding to the decomposition pressure. In other words, the pressure reduction method measures the pressure (bottom pressure) at the tip of the riser pipe with the intake port that takes in the multiphase flow, and constantly monitors the measured pressure, while the liquid level in the riser pipe changes according to the fluctuations in the measured pressure. The height position is adjusted. Such adjustment of the liquid level is performed by controlling the number of revolutions of the pump to control the discharge amount of seawater.
ところで、減圧法を用いて天然ガスの生産を実用的且つ効率よく行うために、複数の管内に取り込まれた天然ガスと海水を含んだ気液混合物を、別の管に集め、この管内に設けられた気液分離装置で気液分離を行い、気液分離後の液体を管内に設けられたポンプを用いて地上に吸い上げるシステムが想定される。
しかし、この場合、各生産管内に取り込まれる気液混合物の流入量及び天然ガスの含有率はばらつくので、各管に共通した条件で天然ガスハイドレートを分解させて天然ガスの生産を正確に制御することは難しい。
By the way, in order to produce natural gas practically and efficiently using the decompression method, the gas-liquid mixture containing natural gas and seawater taken in multiple pipes is collected in a separate pipe and provided in this pipe. A system is assumed in which gas-liquid separation is performed by the gas-liquid separation apparatus and the liquid after the gas-liquid separation is sucked up to the ground using a pump provided in a pipe.
In this case, however, the inflow of the gas-liquid mixture taken into each production pipe and the content of natural gas vary, so natural gas hydrate is decomposed under the conditions common to each pipe to accurately control natural gas production. Difficult to do.
そこで、本発明は、天然ガスハイドレート等のガスハイドレートを分解してガスを生産するに際し、ガスと水を含んだ気液混合物を取り込む生産管と、気液混合物を分離してガスを生産する分離管とを別々に設け、生産管毎にガスハイドレートの分解を制御することができるガス生産システムを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention produces a gas by decomposing a gas hydrate such as natural gas hydrate and producing a gas by separating the gas-liquid mixture from a production pipe that takes in the gas-liquid mixture containing gas and water. An object of the present invention is to provide a gas production system in which a separation pipe is provided separately, and the decomposition of the gas hydrate can be controlled for each production pipe.
本発明の一態様は、地中内のガスハイドレートを分解してガスを生産するガス生産システムである。当該システムは、
地中内に埋設されるように構成された先端部を有する管であって、前記管内の液体の圧力を用いて前記管の外部にあるガスハイドレートに作用する圧力を低減することにより、前記ガスハイドレートから分解して生成される気泡を含む気液混合物を前記管内の前記液体に取り込むように、前記先端部に設けられ前記管の外部に開口した孔を備えた生産管と、
地中内に埋設されるように構成され、前記生産管から内部に導入された、前記気液混合物を取り込んだ前記液体から、気泡中の気体を分離する気液分離装置と、分離後の前記液体を外部に吸い上げるポンプと、が内部に設けられた、前記生産管と別体の分離管と、
前記生産管と前記分離管とを接続する液体供給ラインと、
前記分離管から延びて、吸い上げられた前記液体を外部に排出する液体排出ラインと、
前記分離管から延びて、分離された前記気体を生産する前記ガスとして外部に搬送する気体生産ラインと、
前記液体排出ラインから分岐し、前記吸い上げられた前記液体の一部を、前記生産管に戻す再供給ラインと、
前記再供給ラインに設けられ、前記再供給ラインの流量を調整する第1バルブと、
前記第1バルブの開度を制御する制御装置と、
を備える。
One embodiment of the present invention is a gas production system that decomposes gas hydrate in the ground to produce gas. The system
A tube having a tip portion configured to be buried in the ground, by reducing the pressure acting on the gas hydrate outside the tube using the pressure of the liquid in the tube, A production pipe having a hole provided at the tip and opened to the outside of the pipe so as to take in a gas-liquid mixture containing bubbles generated by decomposition from gas hydrate into the liquid in the pipe;
A gas-liquid separation device configured to be embedded in the ground and introduced from the production pipe into the gas from the liquid that has taken in the gas-liquid mixture; A pump for sucking liquid to the outside, and a separation pipe provided separately from the production pipe,
A liquid supply line connecting the production pipe and the separation pipe;
A liquid discharge line extending from the separation tube and discharging the sucked liquid to the outside;
A gas production line extending from the separation pipe and transported to the outside as the gas for producing the separated gas;
A resupply line that branches off from the liquid discharge line and returns a portion of the sucked up liquid to the production pipe;
A first valve provided in the resupply line for adjusting the flow rate of the resupply line;
A control device for controlling the opening of the first valve;
Is provided.
前記生産管の内部には、前記再供給ラインから供給される前記液体を駆動流体とし、前記駆動流体の流量に応じて前記生産管内の前記液体を吸入して上方に吐出する吐出量が変化するエジェクタポンプが設けられ、
前記吐出量の調整により前記先端部における前記圧力を制御するように構成されている、ことが好ましい。
Inside the production pipe, the liquid supplied from the resupply line is used as a driving fluid, and the discharge amount of the liquid in the production pipe is sucked and discharged upward according to the flow rate of the driving fluid. An ejector pump is provided,
It is preferable that the pressure at the tip portion is controlled by adjusting the discharge amount.
前記制御装置は、前記第1バルブの開度を、前記生産管における前記液体の圧力の測定値に基づいて制御する、ことが好ましい。 It is preferable that the control device controls the opening degree of the first valve based on a measured value of the pressure of the liquid in the production pipe.
前記制御装置は、前記圧力の測定値が目標坑底圧力より高い場合、前記第1バルブの開度を上げるように制御し、前記圧力の測定値が前記目標坑底圧力より低い場合、前記第1バルブの開度を下げるように制御する、ことが好ましい。 The control device performs control to increase the opening of the first valve when the measured pressure value is higher than a target bottom hole pressure, and when the measured pressure value is lower than the target bottom hole pressure, It is preferable to control so as to reduce the opening of one valve.
前記液体供給ラインには、前記生産管から前記分離管への前記液体の供給を遮断する遮断バルブが設けられ、
前記制御装置は、前記遮断バルブの開度を、前記生産管の前記液体中の深さ方向の異なる2つの位置の測定圧力の差圧に基づいて前記遮断バルブを制御する、ことが好ましい。
The liquid supply line is provided with a shutoff valve that shuts off the supply of the liquid from the production pipe to the separation pipe,
It is preferable that the control device controls the shutoff valve based on a differential pressure between measured pressures at two different positions in the depth direction of the production pipe in the liquid.
前記制御装置は、前記差圧が予め定めた閾値以上の場合、前記遮断バルブを閉じるように制御し、前記差圧が予め定めた閾値未満の場合、前記遮断バルブを開くように制御する、ことが好ましい。 The control device controls to close the shut-off valve when the differential pressure is greater than or equal to a predetermined threshold, and controls to open the shut-off valve when the differential pressure is less than a predetermined threshold; Is preferred.
前記液体排出ラインから分岐し、前記吸い上げられた前記液体の一部を、前記分離管に戻す循環ラインが設けられ、
前記循環ラインには、前記循環ラインの流量を調整する第2バルブが設けられ、
前記制御装置は、前記第2バルブの開度を、前記分離管内の気相中の測定圧力と、液相中の測定圧力の差分に基づいて制御する、ことが好ましい。
A circulation line is provided that branches off from the liquid discharge line and returns a part of the sucked-up liquid to the separation pipe;
The circulation line is provided with a second valve for adjusting the flow rate of the circulation line,
It is preferable that the control device controls the opening degree of the second valve based on a difference between the measured pressure in the gas phase in the separation pipe and the measured pressure in the liquid phase.
前記循環ラインには、前記循環ラインを流れる前記液体の一部を加熱する加熱装置を備える、ことが好ましい。 It is preferable that the circulation line includes a heating device that heats a part of the liquid flowing through the circulation line.
複数の場所に分散配置された複数の分散生産管のそれぞれが、前記生産管として前記液体供給ラインを介して前記分離管に接続され、前記制御装置は、前記分散生産管それぞれにおける、前記第1バルブの開度を制御する、ことが好ましい。 Each of a plurality of distributed production pipes dispersedly arranged at a plurality of locations is connected to the separation pipe via the liquid supply line as the production pipe, and the control device includes the first of the distributed production pipes. It is preferable to control the opening of the valve.
前記生産管及び前記分離管は、前記海底に埋設され、
前記ポンプは、前記分離管内の海底面より下方に位置するように設けられている、ことが好ましい。
The production pipe and the separation pipe are buried in the seabed;
It is preferable that the pump is provided so as to be positioned below the sea bottom in the separation pipe.
前記液体供給ラインの前記分離管との接続位置は、前記ポンプより上方にある、ことが好ましい。 It is preferable that the connection position of the liquid supply line with the separation pipe is above the pump.
上述のガス生産システムは、ガスと水を含んだ気液混合物を取り込む生産管と、気液混合物を分離してガスを生産する分離管とを別々に設けたシステムであり、生産管毎にガスハイドレートの分解を制御することができる。 The above-described gas production system is a system in which a production pipe that takes in a gas-liquid mixture containing gas and water and a separation pipe that separates the gas-liquid mixture and produces gas are provided separately. Hydrate decomposition can be controlled.
以下、本発明のガスの生産システムについて説明する。なお、以降の説明では、ガスハイドレートとして天然ガスハイドレートを例として挙げるが、ガスハイドレートは天然ガスハイドレートに限定されない。
また、本明細書でいうガス生産システムは、地中のガスハイドレートを減圧して分解することによりガスを生成するものであり、海底表面に存在するガスハイドレートからガスを生成するシステムと異なる。
Hereinafter, the gas production system of the present invention will be described. In the following description, natural gas hydrate is taken as an example of gas hydrate, but the gas hydrate is not limited to natural gas hydrate.
In addition, the gas production system referred to in the present specification generates gas by decompressing and decomposing underground gas hydrate, and is different from a system that generates gas from gas hydrate present on the seafloor surface. .
(ガス生産システムの概略説明)
図1は、一実施形態のガス生産システム(以降、単にシステムという)10を概略的に示す図である。以下、海底の地中内の天然ガスハイドレートを分解して天然ガスを生産するシステム10を例に説明する。
(Overview of gas production system)
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a gas production system (hereinafter simply referred to as a system) 10 according to an embodiment. Hereinafter, a
システム10は、地中に延びる管内で、地中内の天然ガスハイドレートから分解して得られる天然ガスを液体と分離して地上に取り出すシステムである。
システム10は、主に、生産管12a,12bと、分離管14と、液体供給ライン20a,20bと、液体排出ライン22と、気体生産ライン24と、再供給ライン26a,26bと、制御装置30と、を主に備える。
生産管12a,12bは、ハイドレート層の異なる場所に分散配置した複数の生産管の一例である。別の形態によれば、生産管は少なくとも3つ以上あり、3つ以上の生産管と1つの分離管との間がラインで接続された構成が挙げられる。
The
The
The
生産管12a,12bは、地中内に埋設されるように構成された長尺状の管である。生産管12a,12bは、海底の坑井内に埋設されている。坑井は、掘削により設けられた穴である。生産管12a,12bの先端部には、地中内のガスハイドレート層(外部)に開口した孔16a,16bが設けられている。すなわち、生産管12a,12bの先端部に設けられた孔16a,16bは、海底内のハイドレート層内に位置するように設けられる。生産管12a,12bは、生産管12a,12b内の液体の圧力を用いて生産管12a,12bの外部にあるガスハイドレートに作用する圧力を低減することにより、ガスハイドレートから分解して生成される気泡を含む気液混合物を、孔16a,16bを介して生産管12a,12b内の液体に取り込むように構成されている。生産管12a,12b内の液体の圧力は、ガスハイドレート層における圧力よりも低くなるように構成されている。
孔16a,16bには、図示されないスクリーンが設けられている。スクリーンは、天然ガスハイドレートの分解によって生成した気泡及び水、さらには海水を取り込み、砂や泥を分離除去する部材である。スクリーンは、例えば、多数の孔を有するシート状又は板状の構造体であって、互いに孔の大きさや形態が異なる複数の構造体から構成される。
The
Screens (not shown) are provided in the
生産管12a,12bは、海底面Xを含む上層を貫通し、下層に位置するハイドレート層5内で閉塞している。上層には、例えば、泥を多く含む泥質層が含まれる。ハイドレート層は、例えば、泥と砂を多く含み、ガスハイドレートが砂や泥に取り込まれて存在する、横方向に広がった砂質層を有している。上層とハイドレート層との境界は、例えば、海底面下数百メートルの位置にあり、海底面Xは、例えば、海面Yから千数百メートルの位置にある。
生産管12a,12bの後端部(先端部と反対側の端部)は、海底面Xより上方にある一方、生産管12a,12bの先端部は、海底面Xから数百m(例えば300m程度)深い地中内の位置にあるハイドレート層内に位置させるために、生産管12a,12bは、海底面Xから地中内に数百m下方に延びている。
The
The rear ends of the
分離管14は、地中内に埋設されるように構成された長尺状の管である。分離管14は、鉛直下方に延び、先端部が、海底の坑井内に埋設されている。掘削により設けられた穴である。分離管14は、その大部分、例えば、管の長さの80%以上が海底面内に埋設されている。分離管14の管の長さは、例えば数10m(例えば50m程度)である。
The
液体供給ライン20a,20bは、生産管12a,12bと分離管14とを接続する管で構成されている。
液体排出ライン22は、分離管14から延びて、ポンプ18で吸い上げられた液体を外部(例えば、地上)に排出する管で構成されている。
気体生産ライン24は、分離管から延びて、分離された気体を生産するガスとして外部(例えば、地上)に搬送する管で構成されている。
再供給ライン26a,26bは、液体排出ライン22から分岐し、液体排出ライン22中の液体の一部を、生産管16a,16bに戻すように管で構成されている。
The
The
The
The resupply lines 26a and 26b branch from the
生産管12a,12bの内部には、エジェクタポンプ46a,46bが設けられ、エジェクタポンプ46a,46bによって、生産管16a,16b内の底部にある液体を上方に吐出させ、底部における圧力(坑底圧力)を調整する。エジェクタポンプ46a,46bは、再供給ライン26a,26bから供給される液体を駆動流体とし、この駆動流体の流量に応じて生産管12a,12b内の液体を吸入して上方に吐出する吐出量が変化するように構成されている。このエジェクタポンプ46a,46bによる液体の吐出量の調整により生産管12a,12bの底部、すなわち先端部における圧力(坑底圧力)は制御され、ガスハイドレートの分解は制御される。エジェクタポンプ46a,46bに供給される駆動流体は、後述するポンプ18で加圧されて再供給ライン26a,26bを介して生産管12a,12b内に供給された高圧の液体である。エジェクタポンプ46a,46bで吐出して上方に流動した液体は、液体供給ライン20a,20bを介して分離管14に供給される。このため、図1に示すように、再供給ライン26a,26bの開口位置は、生産管12a,12bの内部であって、エジェクタポンプ26a,26bの駆動流体取り込み口にあることが好ましい。
Ejector pumps 46a and 46b are provided inside the
分離管14は、生産管12a,12bから供給される液体を集める。分離管14の管内部の断面積は、生産管12a,12bの管内部の断面積よりも大きく、例えば生産管12a,12bの管内部の断面積の2倍以上、さらには4倍以上大きいことが好ましい。
The
分離管14の内部には、生産管12a,12bから内部に導入された、気液混合物を取り込んだ液体から、気泡中の気体を分離する気液分離装置45と、分離後の液体を吸い上げるポンプ18と、が設けられている。
気液分離装置45では、気相と液相が区分けされるように液体の液面が形成されている。気体生産ライン24は、分離管14bの上方に、好ましくは天井面に設けられ、気体を地上に搬送する。
ポンプ18は、分離管14内の底部近傍に設けられ、底部にある液体をポンプで吸入し加圧して地上まで搬送するように構成された回転ポンプである。ポンプ18は、図示されない駆動モータが設けられている。
ポンプ18は、液体排出ライン22と接続されており、ポンプ18で加圧された液体は、地上に向けて液体排出ライン22を上昇する。
Inside the
In the gas-
The
The
分離管14の一部は、海底面Xの上方に突出し、大部分は、海底面より深い地中に設けられている。ポンプ18は、分離管14の底部近傍に設けられており、内部の液面位置よりも数10m(例えば、30m程度)下方に位置している。分離管14に設けられる気液分離装置45では、液体から気泡の一部を排除するために、液体を下方に流す下降路を備える。このような気液分離の方式は、気体と液体にかかる重力(比重)を利用して分離する重力分離方式である。したがって、下降路の距離が長いほど気液分離が良好に行われる。
ポンプ18は、分離管14の内部の断面積が広いため分離管14内を流れる液体の下降流の流速は低く、しかも、分離管14内の底部近傍に設けられるために液体の下降路の距離が長い。このため、気泡が、液体の流れに引きずられてポンプ18まで移動することは少なく、気液分離を良好に行うことができる。また、ポンプ18は、分離管14の底部近傍に設けられているので、万が一、気泡がポンプ18内に進入したとしても、水頭圧の分だけ圧力が高く気泡のサイズが小さいので、気泡がポンプ18の加圧性能に与える影響は小さい。
一実施形態によれば、ポンプ18は、気液分離を良好に行う点から、海底面Xより下方に設けられ、分離管14の先端部(最下端部)に設けられることが好ましい。
A part of the
Since the
According to one embodiment, it is preferable that the
分離管14の内部には、ポンプ18に吸入される前に、液体と気泡を分離するために、図示されない遠心分離器が設けられてもよい。気泡を含んだ液体は、遠心分離機の回転体に接近すると、回転体の回転によって作られた旋回流に沿って流れる。このとき、気泡及び液体に遠心力が作用し、液体は、気泡より比重が大きいため、回転中心線から遠ざかるように移動し、気泡は、液体に比べて回転中心線に近い側に集められる。このとき、集められて大きくなった気泡は、液面Zに浮上するように構成される。
A centrifuge (not shown) may be provided inside the
液体排出ライン22の地上側の端近傍には、流量計42が設けられる。流量計42が計測した計測流量F2の情報がシステム10の地上部分に設けられた制御装置30に送られる。制御装置30は、流量計42の計測流量F2に応じて、ポンプ18の回転数を調整する信号を生成、この信号をポンプ18に送信する。
Near the end of the
気体生産ライン24の地上側の端近傍には、バルブ44と流量計46が設けられる。流量計46が計測した計測流量F1の情報が制御装置30に送られる。また、分離管14に設けられた圧力計40が計測した気相の計測圧力P1の情報が制御装置30に送られる。気体生産ライン24内の気体は、分離管14の気相の圧力によって外部(地上)に送出される。このため、制御装置30は、計測流量F1と計測圧力P1に応じてバルブ44の開度を調整する信号を生成し、この信号をバルブ44に送信する。
Near the end of the
液体排出ライン22の途中から、再供給ライン48が分岐するように設けられている。再供給ライン48は、加圧した液体が再度分離管14内に再度供給されるように構成されている。再供給ライン48は、分離管14内の天井部分、すなわち気相の部分に開口している。再供給ライン48には、バルブ(第2バルブ)50とヒータ52が設けられている。ヒータ52は、再供給する液体の温度を調整することができる。例えば、システム10の立ち上げ時、分離管14内の高圧条件下でハイドレートが分離管14内で再生成することを抑制するために、加熱された液体を液面に供給することができる。また、必要に応じて、液面Z上の発泡に対して液体を散水することにより、発泡を抑制させることができる。
バルブ50は、分離管14内の液面を適正な範囲にするために再供給ライン48に流れる液体の流量を調整する。具体的には、分離管14に設けられた圧力計38,40で計測された計測圧力P5,P1の情報が制御装置30に送られ、制御装置30は、計測圧力P5,P1に応じてバルブ50の開度を制御する信号を生成し、この信号をバルブ50に送る。これにより、分離管14内の液面Zの位置を適正範囲に維持することができる。
A
The
再供給ライン26a,26bには、ヒータ54a,54b及びバルブ(第1バルブ)28a,28bが設けられている。ヒータ54a,54bは、生産管12a,12bに再供給する液体の温度を調整することができる。再供給ライン26a,26bの液体排出ライン22の再供給ライン26a,26bの分岐位置では、ポンプ18の加圧によって液体の圧力が高くなっており(例えば、数10MPaになっており)、生産管12a,12b内の液体の圧力(例えば、数MPa)に比べて高い。このため、液体は、再供給ライン26a,26bを、液体排出ライン22から生産管12a,12bの側に向かって流れる。バルブ28a,28bは、生産管16a,16bそれぞれの底部に設けられた圧力計32a,32bによる計測圧力P4の情報に応じて、バルブ28a,28bの開度を調整するように構成されている。具体的には、計測圧力P4の情報が圧力計32a,32bから制御装置30に送信される。制御装置30は、計測圧力P4に応じて、バルブ28a,28bの開度を調整する信号を生成し、この信号をバルブ28a,28bに送信する。
計測圧力P4が低いとガスハイドレートの分解が促進され、計測圧力P4が高いとガスハイドレートの分解が抑制される。したがって、ガスハイドレートの分解速度が一定になるように、計測圧力P4の高低を調整するために、バルブ28a,28bの開度を調整する。制御装置30は、計測圧力P4が低い場合、バルブ28a,28bの開度を小さくしてエジェクタポンプ46a,46bによる生産管12a,12b内の液体の上方への吐出量を抑える。これにより、液体供給ライン20a,20bを介して分離管14内に供給される液体の流量を抑制する。これにより、生産管12a,12bの底部における圧力(坑底圧力)を上昇させることができる。計測圧力P4が高い場合、バルブ28a,28bの開度を大きくしてエジェクタポンプ46a,46bによる生産管12a,12b内の液体の上方への吐出量を増やす。これにより、液体供給ライン20a,20bを介して分離管14内に供給される液体の流量を増大させる。これにより、生産管12a,12bの底部における圧力(坑底圧力)を低くさせることができる。これにより、生産管16a,16bそれぞれの近傍のガスハイドレートの分解速度が一定になるように、生産管16a,16bの底部分における圧力(計測圧力P4)を目標坑底圧力(目標BOP)に近づけることができる。
The resupply lines 26a and 26b are provided with
When the measurement pressure P4 is low, the decomposition of the gas hydrate is promoted, and when the measurement pressure P4 is high, the decomposition of the gas hydrate is suppressed. Therefore, the opening degree of the
液体供給ライン20a,20bには、遮断バルブ39a,39bが設けられている。遮断バルブ39a,39bは、制御装置30からの信号により開閉を行う。具体的には、生産管16a,16bの深さ方向の異なる位置における、圧力計34a,34bによる計測圧力P2の情報、及び圧力計36a,36bによる計測圧力P3の情報が制御装置30に送られる。制御装置30は、計測圧力P2と計測圧力P3の差分に応じて、遮断バルブ39a,39bの開閉を行う信号を生成し、この信号を遮断バルブ39a,39bに送信する。液体中に含まれるガスの比率が異なれば計測圧力P2と計測圧力P3の差分は異なる。このため、この差分によって液体中に含まれるガスの比率を推定することができる。計測圧力P2と計測圧力P3との差分が小さい場合、ガスの比率が多いと推定されるので、遮断バルブ39a,39bを開く。計測圧力P2と計測圧力P3との差分が大きい場合、ガスの比率が少ないと推定されるので、遮断バルブ39a,39bを閉じて、分離管14に液体を供給しないようにする。
The
図2は、制御装置30が行う制御の一例を説明する図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining an example of control performed by the
生産管12a,12bの先端部(底部)の計測圧力P4が、目標坑底圧力(目標BOP)より低い場合、制御装置30は、バルブ28a,28bの開度を小さくする信号を生成し、バルブ28a,28bに送る。バルブ28a,28bの開度は小さくなるので、生産管12a,12bに供給される高圧な液体の流量は少なくなり、エジェクタポンプ46a,46bが吐出する液体の量は少なくなり、液体供給ライン20から分離管14に流れる量は少なくなるので、生産管12a,12bの先端部(底部)の圧力は大きくなり、目標坑底圧力に近づく。
生産管12a,12bの先端部(底部)の計測圧力P4が、目標坑底圧力より高い場合、バルブ28a,28bの開度を大きくする信号を生成し、バルブ28a,28bに送る。バルブ28a,28bの開度は大きくなるので、生産管12a,12bに供給される高圧な液体の流量は多くなり、エジェクタポンプ46a,46bが吐出する液体の量は多くなり、液体供給ライン20から分離管14に流れる量は多くなるので、生産管12a,12bの先端部(底部)の圧力は低くなり、目標坑底圧力に近づく。
生産管12a,12bの先端部(底部)の計測圧力P4が、目標坑底圧力と同じ場合、バルブ28a,28bの開度を維持する信号を生成し、バルブ28a,28bに送る。
When the measured pressure P4 at the tip (bottom) of the
When the measured pressure P4 at the tip (bottom) of the
When the measured pressure P4 at the tip (bottom) of the
なお、開度を大きくする信号あるいは、開度を小さくする信号は、計測圧力P4と目標坑底圧力との差に応じて開度を変化させる程度が異なる信号でもよいし、開度を完全に開ける、あるいは完全に閉じる信号であってもよい。また、バルブ28a,28bの開度を維持するための目標坑底圧力は、上限及び加減を有する範囲であってもよい。
The signal for increasing the opening degree or the signal for reducing the opening degree may be a signal having a different degree of changing the opening degree according to the difference between the measured pressure P4 and the target bottom hole pressure, or the opening degree may be completely changed. It may be a signal to open or completely close. Moreover, the range which has an upper limit and adjustment may be sufficient as the target well bottom pressure for maintaining the opening degree of valve |
制御装置30は、気体生産ライン24の地上(外部)に設けられた流量計30によって計測された計測流量F1が、予め設定した設定値SVより少ない場合、バルブ44の判定条件である計測圧力P1に対する設定値SVP1を低下し、計測流量F1が、予め設定した設定値SVより多い場合、制御装置30は、バルブ44の開度の判定条件である計測圧力P1に対する設定値SVP1を大きくし、計測流量F1が、予め設定した設定値SVと同じ場合、設定値SVP1を維持する。さらに、制御装置30は、分離管14に設けられた圧力計40の計測圧力P1が設定値SVP1より小さい場合、バルブ44の開度を小さくする信号を生成し、計測圧力P1が設定値SVP1より大きい場合、バルブ44の開度を大きくする信号を生成し、計測圧力P1が設定値SVP1と同じ場合、バルブ44の開度を維持する信号を生成し、この信号をバルブ44に送る。これにより、ガスの生産量を分離管14内の気相の計測圧力P1に応じて制御する。ガスの流量が少なく、流量を多くしようとしても、分離管14内にガスがある程度溜まっている必要がある。このため、ガスの流量を増大するように制御する場合、制御装置30は、分離管14内に溜まっているガスの量、すなわち計測圧力P1に応じて流量の増大が定まるように制御する。
When the measured flow rate F1 measured by the
また、制御装置30は、液体排出ライン22に設けられた流量計42によって計測された計測流量F2が予め設定した設定値SVより少ない場合、ポンプ18の回転数を増大する信号を生成し、計測流量F2が設定値SVより多い場合、ポンプ18の回転数を減少する信号を生成し、計測流量F2が設定値SVと同じ場合、ポンプ18の回転数を維持する信号を生成し、この信号をポンプ18に接続する、図示されない駆動モータに送る。これにより、液体の排出量を制御することができる。
In addition, when the measured flow rate F2 measured by the flow meter 42 provided in the
さらに、制御装置30は、生産管12a,12bに設けられた圧力計34a,34bによって計測された計測圧力P2と、圧力計36a,36bによって計測された計測圧力P4との差圧DP2を算出し、差圧DP2が、予め設定された設定値SVより低い場合、液体供給ライン20a,20bに設けられた遮断バルブ39a,39bを開く信号を生成し、差圧DP2が、設定値SV以上の場合、遮断バルブ39a,39bを閉じる信号を生成し、この信号を、遮断バルブ39a,39bに送る。これにより、遮断バルブ39a,39bは、バルブの開閉を行う。
差圧DP2が設定値SVより小さい場合、生産管12a,12b内の液体には、ガスが十分な比率で混入していると判断することができるので、分離管14にガスを含んだ液体を分離管14に供給して、気液分離を行ってガスを生産することができる。差圧DP2が設定値SV以上の場合、生産管12a,12b内の液体には、ガスが十分な比率で混入していない判断され、分離管14に供給されない。差圧DP2が設定値SV以上となった生産管は、例えば、液体から十分に得られず、ガスの生産に寄与しない生産管として生産システム10から除去される。また、場合によっては、目標坑底圧力BOPを異なる値に再設定して、液体にガスが多く含まれるようにガスハイドレートの分解を促進させてもよい。
Further, the
When the differential pressure DP2 is smaller than the set value SV, it can be determined that the gas in the
また、制御装置30は、分離管14に設けられた圧力計40によって計測された計測圧力P1と、圧力計38によって計測された計測圧力P5との差圧DP3を算出し、差圧DP3が、予め設定された設定値SVより小さい場合、再供給ライン48に設けられたバルブ50の開度を大きくする信号を生成し、差圧DP3が、設定値SVより大きい場合、バルブ50の開度を小さくする信号を生成し、差圧DP3が、設定値SVと同じ場合、バルブ50の開度を維持する信号を生成し、この信号を、バルブ50に送る。
差圧DP3が、設定値SVより小さい場合、分離管14内の液面Zの位置が低いと判断でき、再供給ライン48から液体を供給するので、液面Zの位置を目標とする範囲に維持することができる。
Further, the
When the differential pressure DP3 is smaller than the set value SV, it can be determined that the position of the liquid level Z in the
なお、上述した計測値等と比較する設定値SVは、ある値でもよいし、上限及び加減を有する範囲であってもよい。
また、上述したバルブの開度を大きくするあるいは小さくする程度は、設定値SVと比較する計測値との差分の大きさに応じて、異ならせてもよい。
Note that the set value SV to be compared with the above-described measurement value or the like may be a certain value, or a range having an upper limit and addition / subtraction.
Further, the degree to which the opening degree of the valve is increased or decreased may be varied depending on the difference between the set value SV and the measured value to be compared.
このようなガス生産システム10を用いて、ガスハイドレートの分解及びガスの生産が行われる。
上述したように、システム10は、再供給ライン26a,26bを介して、分離管14から生産管12a,12bに液体を再供給する際、制御装置30は、バルブ28a,28bによって再供給ライン26a,26bの流量を調整するので、生産管12a,12bそれぞれの底部における圧力を効率よく制御することができ、生産管12a,12b毎にガスハイドレートの分解を制御することができる。
このとき、生産管12a,12b内の先端部における圧力の計測圧力P4に応じてバルブ28a,28bの開度を調整するので、生産管12a,12b内の先端部における圧力(坑底圧)を目標とする圧力に維持することができる。再供給ライン26a,26bのそれぞれの計測圧力P4にしたがってバルブ28a,28bの開度をそれぞれ調整するので、生産管12a,12b内の先端部における圧力(坑底圧力)を生産管12a,12b間で揃えることができる。
Using such a
As described above, when the
At this time, since the opening degree of the
生産管12a,12bには、エジェクタポンプ46a,4bが設けられるので、生産管12a,12bの孔32a,32bの深さ方向の位置が大きくばらついても、液体の吐出量をそれぞれ調整することができるので、生産管12a,12bの底部における圧力(坑底圧力)を揃えることができ、生産管12a,12bの間でガスハイドレートの分解及びガスの生成量を個別に制御することができる。
Since the
また、液体供給ライン20a,20bには、遮断バルブ39a,39bが設けられ、制御装置30は、遮断バルブ39a,39bの開度の制御を、測定圧力P2と測定圧力P3の差圧に基づいて行うので、液体中に含まれるガスの比率を容易に判断することができ、ガスの比率が少ない生産管12a,12bの、分離管14へのガスを含む液体の供給を停止させることができる。
The
生産管12a,12bと別に設けられる分離管14は、その大部分、例えば、管の長さの80%以上を海底面(地中)に埋設されるので、海流の影響を受けにくく、構造を簡素化することができる。また、断面積が、生産管12a,12bに比べて広い分離管14の先端部近傍にポンプ18を設けるので、液体の下降路の距離は長くなり、しかも液体の下降する速度が低いので、液体の下降する流れに巻き込まれる気泡の量は少なく、気液分離を良好に行うことができる。
Most of the
生産管12a,12b及び分離管14は、海底に埋設され、ポンプ18は、分離管14内の海底面Xより下方に位置するように設けられていることが、気液分離を精度よく行なう点から好ましい。このとき、液体供給ライン20a,20bの分離管14との接続位置は、ポンプ18より上方にあることが、重力分離方式で気液分離を効率よく行うことができる点から好ましい。
The
本実施形態のガス生産システム10は、複数の場所に分散配置された複数の生産管のそれぞれが、生産管12a,12bとして液体供給ライン20a,20bを介して分離管14に接続され、制御装置30は、分散配置された生産管それぞれに設けられるバルブ28a,28bの開度を制御することで、実用上安定的にガスを生産することができる。
In the
以上、本発明のガス生産システムについて詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。 The gas production system of the present invention has been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and various improvements and modifications may be made without departing from the spirit of the present invention. is there.
10 ガス生産システム
12a,12b 生産管
14 分離管
16a,16b 孔
18 ポンプ
20a,20b 液体供給ライン
22 液体排出ライン
24 気体生産ライン
26a,26b,48 再供給ライン
28a,28b バルブ
30 制御装置
32a,32b,34a,34b,36a,36b,38,40 圧力計
39a,39b 遮断バルブ
42,46 流量計
44 バルブ
45 気液分離装置
46a,46b エジェクタポンプ
50 バルブ
52,54a,54b ヒータ
DESCRIPTION OF
Claims (11)
地中内に埋設されるように構成された先端部を有する管であって、前記管内の液体の圧力を用いて前記管の外部にあるガスハイドレートに作用する圧力を低減することにより、前記ガスハイドレートから分解して生成される気泡を含む気液混合物を前記管内の前記液体に取り込むように、前記先端部に設けられ前記管の外部に開口した孔を備えた生産管と、
地中内に埋設されるように構成され、前記生産管から内部に導入された、前記気液混合物を取り込んだ前記液体から、気泡中の気体を分離する気液分離装置と、分離後の前記液体を外部に吸い上げるポンプと、が内部に設けられた、前記生産管と別体の分離管と、
前記生産管と前記分離管とを接続する液体供給ラインと、
前記分離管から延びて、吸い上げられた前記液体を外部に排出する液体排出ラインと、
前記分離管から延びて、分離された前記気体を生産する前記ガスとして外部に搬送する気体生産ラインと、
前記液体排出ラインから分岐し、前記吸い上げられた前記液体の一部を、前記生産管に戻す再供給ラインと、
前記再供給ラインに設けられ、前記再供給ラインの流量を調整する第1バルブと、
前記第1バルブの開度を制御する制御装置と、
を備える、ことを特徴とするガス生産システム。 A system for producing gas by decomposing gas hydrate in the ground,
A tube having a tip portion configured to be buried in the ground, by reducing the pressure acting on the gas hydrate outside the tube using the pressure of the liquid in the tube, A production pipe having a hole provided at the tip and opened to the outside of the pipe so as to take in a gas-liquid mixture containing bubbles generated by decomposition from gas hydrate into the liquid in the pipe;
A gas-liquid separation device configured to be embedded in the ground and introduced from the production pipe into the gas from the liquid that has taken in the gas-liquid mixture; A pump for sucking liquid to the outside, and a separation pipe provided separately from the production pipe,
A liquid supply line connecting the production pipe and the separation pipe;
A liquid discharge line extending from the separation tube and discharging the sucked liquid to the outside;
A gas production line extending from the separation pipe and transported to the outside as the gas for producing the separated gas;
A resupply line that branches off from the liquid discharge line and returns a portion of the sucked up liquid to the production pipe;
A first valve provided in the resupply line for adjusting the flow rate of the resupply line;
A control device for controlling the opening of the first valve;
A gas production system comprising:
前記吐出量の調整により前記先端部における前記圧力を制御するように構成されている、請求項1に記載のガス生産システム。 Inside the production pipe, the liquid supplied from the resupply line is used as a driving fluid, and the discharge amount of the liquid in the production pipe is sucked and discharged upward according to the flow rate of the driving fluid. An ejector pump is provided,
The gas production system according to claim 1, wherein the gas production system is configured to control the pressure at the tip by adjusting the discharge amount.
前記制御装置は、前記遮断バルブの開度を、前記生産管の前記液体中の深さ方向の異なる2つの位置の測定圧力の差圧に基づいて前記遮断バルブを制御する、請求項1〜4のいずれか1項に記載のガス生産システム。 The liquid supply line is provided with a shutoff valve that shuts off the supply of the liquid from the production pipe to the separation pipe,
The said control apparatus controls the said cutoff valve based on the differential pressure | voltage of the measured pressure of two positions where the depth direction in the said liquid of the said production pipe differs in the opening degree of the said cutoff valve. The gas production system according to any one of the above.
前記循環ラインには、前記循環ラインの流量を調整する第2バルブが設けられ、
前記制御装置は、前記第2バルブの開度を、前記分離管内の気相中の測定圧力と、液相中の測定圧力の差分に基づいて制御する、請求項1〜6のいずれか1項に記載のガス生産システム。 A circulation line is provided that branches off from the liquid discharge line and returns a part of the sucked-up liquid to the separation pipe;
The circulation line is provided with a second valve for adjusting the flow rate of the circulation line,
The said control apparatus controls the opening degree of a said 2nd valve | bulb based on the difference of the measurement pressure in the gaseous phase in the said separation pipe, and the measurement pressure in a liquid phase. Gas production system as described in.
前記ポンプは、前記分離管内の海底面より下方に位置するように設けられている、請求項1〜9のいずれか1項に記載のガス生産システム。 The production pipe and the separation pipe are buried in the seabed;
The gas production system according to any one of claims 1 to 9, wherein the pump is provided so as to be positioned below the sea bottom in the separation pipe.
The gas production system according to claim 10, wherein a connection position of the liquid supply line with the separation pipe is above the pump.
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