JP3858844B2 - 炭酸ガスの地中固定におけるガスモニタリング装置およびガスモニタリング方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中に炭酸ガスを導入して炭酸ガスを固定化する際の地中の炭酸ガスのモニタリング装置およびこのガスモニタリングによるガスモニタリング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、地球規模における環境汚染が進む中で、化石燃料の使用によって排出される炭酸ガスの大気圏蓄積による温室効果で地球の温暖化が問題となっている。そのため、炭酸ガスの放出を地球規模で規制する方向にあり、省エネルギー技術や炭素含有率の少ない燃料への転換、炭酸ガス発生を減少させる燃焼方法等の炭酸ガス発生抑制技術が提案されている。一方、発電所等から大量に排出される燃焼ガス中の炭酸ガスを分離除去し、分離回収した炭酸ガスを固定化する技術も徐々に開発されつつある。そのような固定化技術の中で石炭層や油田、天然ガス田等地中に炭酸ガスを導入し固定化する技術が検討され、また提案されている。
【0003】
特許文献1は、炭酸ガスを生態系とは隔離された地中に固定化する方法を提案する。すなわちこの文献には、地中メタンハイドレート層において、炭酸ガスを導入して炭酸ガスとメタンとを置換し、炭酸ガスを該ハイドレート層に炭酸ガスハイドレート層として固定化すると共に、天然ガスを地中へ取り出す炭酸ガス固定化方法が記載されている。
【0004】
特許文献2には、ガス漏れ検知方法および装置に関し、強度変調された基本波およびラマン波のレーザ光の発生装置と、同発生装置からの基本波およびラマン光が透過される測定用セルとを有し、同測定セル中に発生する音波を測定するガス漏れ検知装置において、ラマン波のレーザ光の発生装置を除くとともに基本波レーザ光の発生装置および測定セル間に検出対象ガスに同じガスが封入されたセルを配置することが記載されている。
【0005】
ラマン散乱光気体を気体の分析に適用した例としては、特許文献3、特許文献4などがあるが、これらは呼気ガスに対する適用である。
【0006】
【特許文献1】
特開平6−71161号公報
【特許文献2】
特開平9−101230号公報
【特許文献3】
特開平8−219995号公報
【特許文献4】
特開平6−242002号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
炭酸ガス固定化技術は、石炭中に含まれるメタンガスと炭酸ガスを置換すること、油田や天然ガス田内の石油や天然ガスと炭酸ガスを置換することによって炭酸ガスを固定する技術であり、置換物質の抜け穴に炭酸ガスが固定される。しかし、実際の地層は、断層等の割れ目が無数にあることや砂礫層等の気孔性の地層もあるため、炭酸ガスが地表に漏出することも予想される。このため、炭酸ガス導入中及び導入後の地中や地表付近のガスをモニタリングし適切に固定化されていることを管理する必要がある。石炭や石油、天然ガス田中に炭酸ガスを導入する場合、高圧の炭酸ガスをボーリング口等から圧入する方法がとられるのが一般的である。この圧入によって押し出されるメタンガスや石油等を同一のボーリング口又は別のボーリング口から抜き取り、内圧を下げるとともに抜き取ったガスや石油は、資源として利用される。固定化された炭酸ガスの一部は、内圧の変化や濃度拡散によって砂礫層や断層を移動し、地下水層があれば地下水に溶解して移動すると考えられる。炭酸ガス固定化による漏出ガスは、炭酸ガスの他に石炭や石油、天然ガスに含まれているガス成分(メタンを主とする炭化水素ガス及び硫化水素、アンモニア等)が同伴する。むしろ、漏出初期を検出しようとする場合、炭酸ガスよりこれらのガス成分の方が多いと考えられる。これらのほかに、地表付近では、空気成分の混入も考えられる。さらに地下水層が近い場合は、水蒸気も含まれると考えられる。
これらの漏出ガスを測定する手段としては、ガスクロマトグラフ分析法や赤外線吸収法等が一般的である。
【0008】
ガスクロマトグラフ法は、少量のサンプルガスをガスクロマトグラフ装置に導入することでガス成分の同定、定量が可能である。しかし、ガスクロマトグラフを運転するには、キャリヤーガスを必要とし、長期間のモニタリング装置としては、キャリヤーガスの補給など装置の維持管理に問題点がある欠点がある。
【0009】
赤外線吸収法は、炭酸ガスやメタンガスなどの定性・定量が可能な分析方法である。スペクトル分析することで定性分析をすることが可能であるガスペクトル分析では定量性に問題がある。赤外線吸収法を利用して各成分ガスを定量する場合は、フィルターによって赤外線の波長領域を選択するため、成分毎に別々のサンプルセルを用意する必要がある。また、O2、N2、H2等の等核2原子分子は、測定できないので別の分析手段を必要とする欠点がある。
【0010】
質量分析法は、極めて正確且つ高感度なガス濃度測定値を示すことができる。質量分析装置は、頻繁な校正と保守を必要とする高価で複雑な測定器である。しかもデリケートな真空計及びイオン源を使用する必要がある。従って、無人で長期間モニタリングする装置としては、メンテナンスの面で問題があると言える。
【0011】
炭酸ガス固定化における漏洩ガスモニタリングをする場合、長期間の監視が必要であり、且つ無人運転やメンテナンスフリー化が要求される。測定点は、炭酸ガス導入口に対して比較的距離があり且つ、一つ以上の測定点を設け監視していく必要がある。この場合、各測定点から分析装置に配管すると膨大な長さとなり、距離が長くなると流体抵抗が大きくなってしまうことや分析装置まで到達時間が長くなってしまう問題点がある。
【0012】
ラマン分析法は、1928年にC.V.Ramanによってラマン効果が発見されて以来、ラマンスペクトルの測定は最初水銀ランプを光源として写真法により行われていたが、1960年代にレーザが発見され、また、高感度な光電子増倍管や電荷結合素子を用いることができるようになり、急速に発展した。レーザラマン分析法は、固体、液体、気体に対して適用できるが、気体は、密度が低いためラマン散乱強度が弱い。
【0013】
本発明は、炭酸ガス導入中および導入後の地中や地表付近のガスをモニタリング(監視)し、適切に固定化されていることを管理するに有効な炭酸ガスの地中固定におけるガスモニタリング装置および方法を提供することを目的とする。ここで、「適切に固定化されていることを管理するに有効な」とは、ガス成分の固定、あるいは/および定量を容易に行うことができ、長期間のモニタリングを安価に可能にすることを言う。
【0014】
更に、具体的には本発明の目的は、(1)複数の成分ガスの濃度を同時に決定することができ、(2)存在する可能性のあるガス成分を比較的容易に区別することができ、(3)無人運転が可能であり、(4)電気以外のユーティリティを必要とせずメンテナンスフリーであり、(5)比較的遠隔の複数の測定点の分析をほぼ同時に測定できる漏洩ガスモニタリング装置を提供する。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記目的を達成するために、ラマン光散乱を利用して地中ガスあるいは地表への漏洩ガスをモニタリングするようにしたものである。
本発明は、具体的には、地中に炭酸ガスを固定化する際に地中の炭酸ガスを分析するガスモニタリング装置において、
レーザ発生装置と、地中に埋設した中空管の内部に配設したラマンプローブと、ラマン散乱光分析装置と、画像処理装置とを有し、
前記ラマンプローブは、前記レーザ発生装置から発信されたレーザを受け、当該ラマンプローブから炭酸ガスを含む被測定ガスにレーザを照射し、発生したラマン散乱光を前記ラマン散乱光分析装置に送信するために前記中空管の内部に光ファイバー手段が配設され、
前記ラマン散乱光分析装置によって、分析されたラマン散乱光を前記画像処理装置による画像処理をして画面に表示するに当って、炭酸ガスのラマンスペクトル1388〔cm −1 〕のピークを表示すること
を特徴とする炭酸ガスの地中固定におけるガスモニタリング装置を提供する。
本発明は、具体的には、地中に炭酸ガスを固定化する際に地中の炭酸ガスを分析するガスモニタリング装置において、
レーザ発生装置と、地中に埋設したラマンプローブと、ラマン散乱光分析装置と、画像処理装置とを有し、
前記レーザ発生装置と前記ラマンプローブとを、更に前記ラマンプローブと前記ラマン散乱光分析装置とをそれぞれ光ファイバー手段を介して測定信号を前記ラマン散乱光分析装置に送信し、
前記ラマンプローブは、前記レーザ発生装置から発信されたレーザを前記光ファイバー手段を介して受け、当該ラマンプローブから炭酸ガスを含む被測定ガスにレーザを照射し、発生したラマン散乱光を前記ラマン散乱光分析装置に送信するための前記光ファイバー手段に入力し、
前記ラマン散乱光分析装置によって分析されたラマン散乱光を前記画像処理装置による画像処理をして画面に表示するに当って、炭酸ガスのラマンスペクトル1388〔cm −1 〕のピークを他の被測定ガスのラマンスペクトルピークから十分に離して、共に同一画面に同時に表示すること
を特徴とする炭酸ガスの地中固定におけるガスモニタリング装置を提供する。
本発明は、具体的には、地中に設置したラマンプローブにレーザ発生装置とラマン散乱光分析装置とを地中に設置した光ファイバー手段を介して測定信号を前記ラマン散乱光分析装置に送信し、前記レーザ発生装置から発信されたレーザを前記光ファイバー手段を介して受け、当該ラマンプローブから地中の炭酸ガスを含む被測定ガスに照射し、発生したラマン散乱光を収集し、前記ラマン散乱光分析装置に前記光ファイバー手段によって送信して、地中に炭酸ガスを固定化する際に地中の炭酸ガスを分析するガスモニタリング方法において、
前記ラマン散乱光分析装置によって分析されたラマン散乱光を画像処理装置による画像処理をして画面に表示するに当って、炭酸ガスのラマンスペクトル1388〔cm −1 〕のピークを他の被測定ガスのラマンスペクトルのピークから十分に離して共に同一画面に同時に表示し、複数の漏洩ガスを同時検出すること
を特徴とする炭酸ガスの地中固定におけるガスモニタリング方法を提供する。
ラマン効果による光の散乱は、1928年にC.V.ラマンによって最初に提示された。物質にレーザ光などの単色光(振動数νo)を照射した場合、その物質からの散乱光は、照射光と同じ振動数νoの光(レイリー散乱光),及び振動数がνo±νiの非常に弱い光(ラマン散乱光)が観測される。従って、ラマン散乱光を測定して化学的組成や濃度を測定することができる。ガスは固体や液体と異なり、周囲の分子との相互作用が小さいため、きわめてシャープなラマンバンドを与える。ラマンバンドのピーク位置はそれぞれのガスに固有のものであり、バンド位置からガス成分の同定が可能である。
【0016】
石炭、石油、天然ガス田では、断層などの亀裂を経てガス成分が地表に漏洩してくることが知られている。これらのガスは、揮発性の影響でメタンガスを主成分とするガスであることが知られている。しかし、石炭、石油、天然ガスに含まれている比較的揮発性の高いガスも不純物として含まれている。
【0017】
地下深い場所では、酸素、窒素などの空気成分はほとんどないが、浅い場所では、空気成分も含まれる可能性があると考えられる。温泉水を含む地下水がある場所では、水及び地下水中の揮発成分が含まれると考えられる。
炭酸ガスを石炭、石油、天然ガスに注入して漏洩があればこれらのガスに炭酸が混入されてくると考えられる。したがって、これらの地中ガスと炭酸ガスが分光学的に干渉しないで測定することが可能である。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の一実施例を示す構成図である。レーザ装置1で発生させたレーザビームは、レーザ発生装置100を構成するレーザカップリング光学系3から光ファイバー手段200である光ファイバー4(第1光ファイバー)を経てラマンプローブ5に導入される。ラマンプローブ5と光ファイバー4Aの一部は中空管15の内部に配置される。前述のように石炭や石油、天然ガス田中に炭酸ガスを導入する場合、高圧の炭酸ガスを中空管からボーリング口を介して圧入する方法がとられるのが一般的である。ラマンプローブ5をこの中空管の内部の途中に設置することができるが、ボーリング口16を設けた他の中空管15の内部に設けるようにするのがよい。この場合ボーリング口16は地中数10mのところに設定すればよい。中空管15内はメタンガスなどで満たされることになり、大気中の炭酸ガスの影響がなくなる。このように、大気中の炭酸ガスの影響がないように地中深くにて計測することは1つの特徴となし、重要なファクターとなる。
【0019】
ラマンプローブ5は、バンドパスフィルタ502、ダイクロイックフィルター503を有し、入力されたレーザ光を単色光とする。対物レンズ501でレーザ光を測定点19に集光させる。散乱光は、対物レンズ501で受光され、ダイクロイックフィルター503でラマン散乱光(ラマン光)だけを反射させレーザ光路17から分離させる。これによってラマン散乱光の光路18が形成される。ロングパスフィルター505でさらにラマン光だけにして光ファイバー手段200である戻り用の光ファイバー4A(第2光ファイバー)に入る。光ファイバー4Aで戻ってきたラマン光は、さらにラマンノッチフィルタ7でレイリー光を除去し、分光器8に送られる。分光器8で分光されたラマン光は、ラマン散乱光分析装置300であるCCD又は光電子増倍管などの光検出器9で検出されラマンスペクトルが得られる。ラマン散乱光分析装置300は、光検出器コントローラ10を備え、コンピュータ11を備える。コンピュータ11は、光検出器コントローラ10およびレーザ用の電源2をコントロールする制御装置としての機能と共に、画面表示機能を兼ねる。すなわち、分析されたラマン散乱光を画面に表示する画像処理装置、画像表示装置として機能を有する。検出されたラマン散乱光は信号強度が弱いので光ファイバーを利用するのがよい。
以上のように、ガスモニタリング装置は、第1光ファイバー出口にレーザ光を濾波する第1フィルター装置と第1光ファイバーによって生成されたラマン光を含むバックグランドを除去しレーザ光を濾波する第2フィルター装置を具備する。
【0020】
ガスモニタリング装置は、第1光ファイバー出口にレーザ光を濾波する第1フィルター装置と、第1光ファイバーによって生成されたラマン光を含むバックグランドを除去しレーザ光を濾波し、被測定ガスからの散乱光からラマン光を分離する第2フィルター装置と、分離されたラマン光に含まれるレイリー光を除去する第3フィルター装置と、さらにレイリー光を精密に除去する第4フィルター装置を具備する。
【0021】
ガスモニタリング装置は、第1フィルターとして帯域フィルターまたはバンドパスフィルタを具備し、第2フィルターとしてダイクロイックフィルター又はダイクロイックビームスプリッターを具備し、第3フィルターとしてロングパスフィルターを具備し、第4フィルターとしてノッチフィルター又はレーザブロッキングフィルターを具備する。
【0022】
ガスモニタリングには、光検出器として電荷結合素子(CCD)を使用することができる。
ガスモニタリング装置には、光検出器として光電子増倍管(PMT)を使用することができる。
【0023】
ガスモニタリングは、レーザに結合されたラマン測定用プローブと、ラマン測定用プローブを通してレーザ光を被測定ガスに照射する手段を具備する。
ガスモニタリング装置は、被測定ガスからのラマン散乱光を収集するラマン測定用プローブを具備する。
【0024】
ガスモニタリング装置には、レーザ光源とプローブ間に第1光ファイバーをもちいることと、プローブとラマン分光器間に第2光ファイバーを用いることができる。
【0025】
メタンガスと炭酸ガスの混合ガスのラマンスペクトルを図2に示す。炭酸ガスは、1388[cm- 1]と1286[cm−1]の2箇所にラマンシフトピークが現れることが知られている。一方、メタンは、2917[cm−1]、1534[cm−1]、3019[cm−1]、1306[cm−1]の4個ラマンシフトピークが知られている。これらのラマンシフトピークのうち干渉する可能性のある図2に示すピーク群である。炭酸ガスの1388[cm−1]とメタンの1534[cm−1]のピークは、それぞれの他のピークと十分離れており相互干渉を受けずに測定することができる。
【0026】
モニタリングガスはメタンが主成分であるが、石炭などの埋設炭化水素化合物からの発生ガスには、硫化水素やアンモニア、水(気体、液体)等の不純物ガスが含まれている。これらの不純物ガスを混合した場合のラマンスペクトルを図3に示す。炭酸ガスの1388[cm−1]のピークは、不純物ガスピークの干渉を受けずに測定することができる。
【0027】
ラマンプローブを小型(10mmφ)化でき、光ファイバーにより分析装置本体から離れた場所の測定ができるため、ボーリング口に挿入して測定することも可能である。このため、地表の外気の混入を防ぐことができる。正確な炭酸ガス漏洩を検知することができる。
また、本発明の漏洩ガスモニタリング装置は、測定装置のユーティリティが電気だけであり、測定装置を制御するコンピュータが測定装置を管理するため、長期間の無人化も可能である。
【0028】
地中に炭酸ガスを導入して炭酸ガスを固定化する方法に当って、地中のガス又は地表に漏出したガスをラマン光散乱により分析するガスモニタリング装置及びモニタリング方法が構成される。地表に漏出したガスを検出するには中空管15と同様に大気中の炭酸ガスが影響しないようにカバー体を設けるなどの工夫を要する。
【0029】
ガスモニタリング装置において、照射されたガスからラマン散乱光が発生するような波長のレーザ光源で被測定ガスを照射する手段と、被測定ガスからラマン散乱光を収集する手段と、被測定ガスから収集されたラマン散乱光を検出する手段を具備するガスモニタリング装置及びモニタリング方法が構成される。
ガスモニタリング装置は、被測定ガスに含まれる成分ガスの濃度を決定することを具備させることができる。
ガスモニタリング装置は、検出光からスペクトルを生成させること、スペクトルを分析することができる。
【0030】
以上のように、地中に炭酸ガスを導入して炭酸ガスを固定化する際に地中のガスを分析するガスモニタリング装置において、レーザ発生装置100と、地中に埋設した中空管に配置したラマンプローブ5と、ラマン散乱光分析装置300とを有し、レーザ発生装置とラマンプローブ5とを、更にラマンプローブ5とラマン散乱光分析装置300とをそれぞれ中空管15内に配設した第1光ファイバー4および第2光ファイバー4Aを介して測定信号をラマン散乱光分析装置300に送信し、ラマンプローブ5は、レーザ発生装置100から発信されたレーザを第1光ファイバー4を介して受け、ラマンプローブ5から被測定ガスにレーザ光を照射し、発生したラマン散乱光をラマン散乱光分析装置300に送信するための第2光ファイバー4Aに入力する炭酸ガスの地中固定におけるガスモニタリング装置が構成される。
【0031】
更に、地中に炭酸ガスを導入して炭酸ガスを固定化する際に地中のガスを分析するガスモニタリング方法において、地中に設置したラマンプローブ5にレーザ発生装置100とラマン散乱光分析装置300とを地中に設置した光ファイバー手段200を介して測定信号をラマン散乱光分析装置300に送信し、レーザ発生装置100から発信されたレーザを光ファイバー手段200を介して受け、ラマンプローブ5から地中の被測定ガスに照射し、発生したラマン散乱光を収集し、ラマン散乱光分析装置300に光ファイバー手段200によって送信し、かつ複数のラマン散乱光のスペクトルを同一画面に同時に表示し、複数の漏洩ガスを同時検出する炭酸ガスの地中固定におけるガスモニタリング方法が構成される。ラマン散乱光分析装置300は、炭酸ガスおよび他の漏洩ガスの成分濃度を決定することができる。
【0032】
地中に炭酸ガスを導入して炭酸ガスを固定化した際に地中のガスまたは地表に漏洩したガスを分析するガスモニタリング方法において、地中または地表に設置したラマンプローブ5にレーザ発生装置100とラマン散乱光分析装置300とを光ファイバー手段200を介して接続し、レーザ発生装置100から発信されたレーザを光ファイバー手段200を介して受け、当該ラマンプローブから地中のもしくは地表の被測定ガスに照射し、発生したラマン散乱光を収集し、ラマン散乱光分析装置300に送信するため光ファイバー手段200に入力し、かつ複数のラマン散乱光のスペクトルを同一画面に同時に表示し、複数の漏洩ガスを同時検出する炭酸ガスの地中固定におけるガスモニタリング方法が構成される。
【0033】
複数のボーリング口に一つ以上のラマンプローブを配置した測定例を図4に示す。この例にあっては、第1光ファイバー4、ラマンプローブ5および第2光ファイバー4Aとからなるセットが並設して複数個設けられる。但し、ラマンプローブ5の深さは異なってもよい。光ファイバーインターフェイス31、61によって複数のラマンプローブ5の中から選択しレーザ1と光ファイバー4、4A及び分光器8と光ファイバー4、4Aを結合して測定することができる。コンピュータ11から光ファイバーインターフェイス31、61を制御することにより測定点を任意に変えることがでるとともに自動化が可能である。
【0034】
これによって、プローブと光ファイバーからなる検出系が1つ以上あるときそれぞれの検出系をレーザ光源とラマン分光器、光検出器からなる測定系に切替えて接続できる光ファイバー切替え器を設けたガスモニタリング装置を構成することができる。すなわち、レーザ発生装置100とラマン散乱光分析装置300との間に、第1光ファイバー4、ラマンプローブ5および第2光ファイバー4Aとからなる複数のセットが並設して設けられて複数の測定系が形成され、それぞれの測定系に切替えるための光ファイバー切替え器(図示せず)が設けられる炭酸ガスの地中固定におけるガスモニタリング装置が構成される。
【0035】
地中に炭酸ガスを導入して炭酸ガスを固定化する方法において、地中に設置したラマンプローブ5から地中のもしくは地表の被測定ガスに照射し、発生したラマン散乱光を収集し、ラマン散乱光分析装置300によって任意の地点の炭酸ガスの漏洩状況をガスモニタリングしながら地中に炭酸ガスを導入して炭酸ガスを固定する方法を提供することができる。この場合に、前述のように、光ファイバーインターフェイス31、61を制御することにより測定点を任意に変えながら、炭酸ガスの固定化を行うことができる。
【0036】
図5は、本発明の他の実施例を示す構成図である。ガスモニタリング装置201をラマンプローブ5の中に配置したレーザ発生装置1で発生させたレーザビームは、コリメータレンズ22を通して試料ガスチャンバ32に導かれる。試料ガスチャンバ32には、試料ガス(被測定ガス)が試料ガス入口ポート31から導かれ、吸引ポンプ34に接続された試料ガス排気管33から排気される。
【0037】
試料ガスチャンバ32に導かれたレーザビームは、ラマン散乱光装置である試料ガスチャンバ32内の2つの凹面鏡23で反射を繰り返しながらラマン散乱光を発生させる。散乱光の一部は、試料チャンバ32からコリメータレンズ22を通してラマンノッチフィルタ24でレイリー光を除去し、バンドパスフィルタ25で炭酸ガスピークの波長だけ濾波し、集光レンズ26を通り、光電子増倍管27で電気信号に変換される。
【0038】
電気信号は、増幅器を含むアナログ/デジタル変換器(A/D変換器)28でデジタル信号にして光ファイバー(ケーブル)30で出力される。35は電源ケーブルである。
【0039】
レーザ発生装置21としては、半導体レーザを2個以上組み合わせたもの1〜2組使用することによりレーザ出力を強化し、測定感度を上げることができる。
【0040】
試料ガスチャンバ32内の凹面鏡23でレーザビームを多重反射させることでラマン散乱光の発生を増大させ測定感度を上げることができる。
【0041】
メタンのラマンスペクトルピークは、図2に示すように2917cm-1が最大で、他のピーク極めて小さく炭酸ガスピーク近傍の1534cm-1、1306cm-1は、メタンガスが高濃度でもほとんど無視できるピークである。メタンと炭酸ガスのピークは、図2に示すようにピークの半値幅に対して十分離れているため、バンドパスフィルタ25によって容易に分離することができる。このため、本実施例では、分光器を使用せずバンドパスフィルタ25だけでガス濃度測定を可能にしている。このため、装置全体の小型化、コスト低減が可能になる。
【0042】
バンドパスフィルタ25を交換することによりメタンガス等他のガスを測定することができる。バンドパスフィルタ交換機構を組み込むことにより、炭酸ガス、メタンガス等2種類以上のガス濃度を同時に測定することも可能である。
【0043】
測定信号であるラマン散乱光信号をデジタル信号に変換して光ファイバー4で送信するので遠距離の通信が可能になる。このため、深いボーリング口(100m以上)でも測定することができる。
【0044】
コンピュータ29は、測定データの送信、測定器の制御及び監視、バンドパスフィルタ交換機構の制御、吸引ポンプの制御、測定環境データの送信、地上システムからの制御信号の受信を行う。
【0045】
以上のように、ラマンプローブ5はレーザ発生装置21と、レーザによってラマン散乱光を発生させるラマン散乱光装置とを有し、レーザ発生装置21で発生したレーザをコリメータレンズ22を通して試料ガスチャンバに導き、レーザビームを、試料ガスチャンバ32に設けた凹面鏡23で反射を繰り返して前記ラマン散乱光を発生させ、集光レンズ26で集光したラマン散乱光を光電子増倍管27で電気信号に変換するガスモニタリング装置201が構成される。
地上通信装置210から送られたラマン散乱光信号を画像処理装置によって画面に表示することを行う。
【0046】
図6は、図5に示すガスモニタリング装置201を使用したガスモニタリングシステムを示す。
図5に示す地中のガスモニタリング装置201から送信されたデジタル信号は、光ケーブル10を介して地上の地上通信装置210に送られる。地表の地上通信装置210からは、無線通信や光ファイバー又は電線などの通信手段220によって通信基地局230に送られ、データが評価される。
地中に炭酸ガスを導入して炭酸ガスを固定する場合、複数のガスモニタリング装置を広域的に配置することでガスモニタリングの評価がなされる。
【0047】
【発明の効果】
本発明によれば、石炭、石油、天然ガス田に炭酸ガスを注入して処分する際の地中のガスあるいは地表への漏洩ガス中のモニタリングするに当って、ラマンスペクトルを使用することによって適切に固定化されていることを管理するに有効な炭酸ガスの地中固定におけるガスモニタリング装置および方法を提供することができる。
更に、ガスのモニタリングを長期間継続して行いながら適切に炭酸ガスの固定化を行う方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の構成を示す図。
【図2】メタンガスと炭酸ガスのラマンスペクトルを示す図。
【図3】地下ガス成分及び炭酸ガスのラマンスペクトルを示す図。
【図4】本発明の第2の実施例の構成を示す図。
【図5】第2の実施例の構成を示す図。
【図6】図5に示すガスモニタリング装置201を使用したガスモニタリングシステムを示す図。
【符号の説明】
1…レーザ、2…レーザ用電源、3…レーザカップリング光学系、4…光ファイバー、5…ラマンプローブ、6…光ファイバーアダプタ、7…ラマンノッチフィルタ、8…分光器、9…光検出器、10…光検出器コントローラ、11…コンピュータ、31…光ファイバーインターフェイス(レーザ側)、51…ラマンプローブA、52…ラマンプローブB、61…光ファイバーインターフェイス(分光器側)、100…レーザ発生装置、200…光ファイバー手段、201…ガスモニタリング装置、300…ラマン散乱光分析装置、500…ラマンプローブホディー、501…レンズ、502…バンドパスフィルタ、503…ダイクロイックフィルター、504…ミラー、505…ロングパスフィルター。
Claims (12)
- 地中に炭酸ガスを固定化する際に地中の炭酸ガスを分析するガスモニタリング装置において、
レーザ発生装置と、地中に埋設した中空管の内部に配設したラマンプローブと、ラマン散乱光分析装置と、画像処理装置と、を有し、
前記ラマンプローブは、前記レーザ発生装置から発信されたレーザを受け、当該ラマンプローブから炭酸ガスを含む被測定ガスにレーザを照射し、発生したラマン散乱光を前記ラマン散乱光分析装置に送信するために前記中空管の内部に光ファイバー手段が配設され、
前記ラマン散乱光分析装置によって、分析されたラマン散乱光を前記画像処理装置による画像処理をして画面に表示するに当って、炭酸ガスのラマンスペクトル1388〔cm −1 〕のピークを表示すること
を特徴とする炭酸ガスの地中固定におけるガスモニタリング装置。 - 地中に炭酸ガスを固定化する際に地中の炭酸ガスを分析するガスモニタリング装置において、
レーザ発生装置と、地中に埋設したラマンプローブと、ラマン散乱光分析装置と、画像処理装置とを有し、
前記レーザ発生装置と前記ラマンプローブとを、更に前記ラマンプローブと前記ラマン散乱光分析装置とをそれぞれ光ファイバー手段を介して測定信号を前記ラマン散乱光分析装置に送信し、
前記ラマンプローブは、前記レーザ発生装置から発信されたレーザを前記光ファイバー手段を介して受け、当該ラマンプローブから炭酸ガスを含む被測定ガスにレーザを照射し、発生したラマン散乱光を前記ラマン散乱光分析装置に送信するための前記光ファイバー手段に入力し、
前記ラマン散乱光分析装置によって分析されたラマン散乱光を前記画像処理装置による画像処理をして画面に表示するに当って、炭酸ガスのラマンスペクトル1388〔cm −1 〕のピークを他の被測定ガスのラマンスペクトルピークから十分に離して、共に同一画面に同時に表示すること
を特徴とする炭酸ガスの地中固定におけるガスモニタリング装置。 - 地中に炭酸ガスを固定化する際に地中の炭酸ガスを分析するガスモニタリング装置において、
レーザ発生装置と、地中に埋設した中空管に配置したラマンプローブと、ラマン散乱光分析装置と、画像処理装置と、を有し、
前記レーザ発生装置と前記ラマンプローブとを、更に前記ラマンプローブと前記ラマン散乱光分析装置とをそれぞれ前記中空管内に配設した第1光ファイバーおよび第2光ファイバーを介して測定信号を前記ラマン散乱光分析装置に送信し、
前記ラマンプローブは、前記レーザ発生装置から発信されたレーザを第1光ファイバーを介して受け、当該ラマンプローブから炭酸ガスを含む被測定ガスにレーザ光を照射し、発生したラマン散乱光を前記ラマン散乱光分析装置に送信するための第2光ファイバーに入力し、
前記ラマン散乱光分析装置によって分析されたラマン散乱光を前記画像処理装置による画像処理をして画面に表示するに当って、炭酸ガスのラマンスペクトル1388〔cm −1 〕のピークを他の被測定ガスのラマンスペクトルピークから十分に離して、共に同一画面に同時に表示すること
を特徴とする炭酸ガスの地中固定におけるガスモニタリング装置。 - 請求項3において、前記レーザ発生装置と前記ラマン散乱光分析装置との間に、第1光ファイバー、ラマンプローブおよび第2光ファイバーとからなる複数のセットが並設して設けられて複数の測定系が形成され、それぞれの測定系に切替えるための光ファイバー切替え器が設けられることを特徴とする炭酸ガスの地中固定におけるガスモニタリング装置。
- 請求項3または4において、第1光ファイバー出口にレーザ光を濾波第1フィルター装置と第1光ファイバーによって生成されたラマン光を含むバックグランドを除去しレーザ光を濾波する第2フィルター装置を具備することを特徴とする炭酸ガスの地中固定におけるガスモニタリング装置。
- 請求項3または4において、第1光ファイバー出口にレーザ光を濾波する第1フィルター装置と、第1光ファイバーによって生成されたラマン光を含むバックグランドを除去しレーザ光を濾波し、被測定ガスからの散乱効果からラマン光を分離する第2フィルター装置と、分離されたラマン光に含まれるレイリー光を除去する第3フィルター装置と、更にレイリー光を精密に除去する第4フィルター装置を具備することを特徴とする炭酸ガスの地中固定におけるガスモニタリング装置。
- 請求項3または4において、第1フィルタとして帯域フィルターまたはバンドパスフィルタを具備し、第2フィルターとしてダイクロイックフィルターまたはダイクロイックビームスプリッターを具備し、第3フィルターとしてロングパスフィルターを具備し、第4フィルターとしてノッチフィルターまたはレーザブロッキングフィルターを具備することを特徴とする炭酸ガスの地中固定におけるガスモニタリング装置。
- 請求項2または3において、前記ラマン散乱光分析装置は炭酸ガスおよび他の被測定ガスのスペクトルを分析し、炭酸ガスおよび他の被測定ガスの成分濃度を決定することを特徴とする炭酸ガスの地中固定におけるガスモニタリング装置。
- 地中に設置したラマンプローブにレーザ発生装置とラマン散乱光分析装置とを光ファイバー手段を介して接続し、前記レーザ発生装置から発信されたレーザを前記光ファイバー手段を介して受け、当該ラマンプローブから地中の炭酸ガスを含む被測定ガスに照射し、発生したラマン散乱光を収集し、前記ラマン散乱光分析装置に前記光ファイバー手段によって送信して、地中に炭酸ガスを固定化する際に地中の炭酸ガスを分析するガスモニタリング方法において、
前記ラマン散乱光分析装置によって分析されたラマン散乱光を画像処理装置による画像処理をして画面に表示するに当って、炭酸ガスのラマンスペクトル1388〔cm−1〕のピークを表示すること
を特徴とする炭酸ガスの地中固定におけるガスモニタリング方法。 - 請求項9において、前記画像処理装置は、他の漏洩ガスのスペクトルピークを同一画面に同時に表示することを特徴とする炭酸ガスの地中固定におけるガスモニタリング方法。
- 地中に設置したラマンプローブにレーザ発生装置とラマン散乱光分析装置とを地中に設置した光ファイバー手段を介して測定信号を前記ラマン散乱光分析装置に送信し、前記レーザ発生装置から発信されたレーザを前記光ファイバー手段を介して受け、当該ラマンプローブから地中の炭酸ガスを含む被測定ガスに照射し、発生したラマン散乱光を収集し、前記ラマン散乱光分析装置に前記光ファイバー手段によって送信して、地中に炭酸ガスを固定化する際に地中の炭酸ガスを分析するガスモニタリング方法において、
前記ラマン散乱光分析装置によって分析されたラマン散乱光を画像処理装置による画像処理をして画面に表示するに当って、炭酸ガスのラマンスペクトル1388〔cm−1〕のピークを他の被測定ガスのラマンスペクトルのピークから十分に離して共に同一画面に同時に表示し、複数の漏洩ガスを同時検出すること
を特徴とする炭酸ガスの地中固定におけるガスモニタリング方法。 - 請求項11において、前記ラマン散乱光分析装置によって、炭酸ガスおよび他の被測定ガスの成分濃度を決定することを特徴とする炭酸ガスの地中固定におけるガスモニタリング方法。
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