JP4960238B2 - 海底掘削のための遠隔ガスモニタリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、概ね、海底の浅層ガスの検出に関するものである。「海底」という言葉には、例えば、海、大洋、湖、川、ダム及びそのようなあらゆる水の形態の下の地面を含絡することを意図している。

現在の発明の様々な側面から、本装置は、海底での遠隔操作された掘削リグと共に使用するのに適している。特定の掘削リグは、海底を貫通することができるよう、すべての形態のリグを具備するようになっている。これは、掘削やその他の貫通手段によって達成される。

したがって、掘削操作に関連して、これは、海底の貫通に効果のあるその他の操作方法を具備している。更に、掘削リグとリグの一部を形成するドリルストリングに関して、これはまた、その範囲内に、サンプル分析等をしながら海底を貫通することが可能な設備を具備している。

海底の掘削は、地質工学上のサンプリング及び試験、沖合での炭化水素探査、地質危険性の検証、及び特定の科学的研究を含む数多くの目的により広く実施されている。このような掘削行為において海底に蓄積された浅層ガスに出くわすことがある。この浅層ガスは、掘削操作に対して、深刻な危険を与える可能性がある。海底ガスは、浅瀬の堆積層にいる海洋生物の腐敗によって発生、又は深層の炭化水素源から漏れ出してくる。このようなガス鉱床は、有毒及び／又は爆発性である可能性があり、海底に高圧で閉じこめられている可能性がある。

水深３００ｍを超える高圧及び低温の一定の状況において、海洋堆積物は、海底のすぐ真下にガス水和物を含んでいることがある。

水和物は、それが発生したときの海底堆積物の強度と安定性に大きく影響される準安定の固相ガスと水の結合構造である。ガス水和物は、沖合での地質危険性において（潜在的なエネルギー源としての魅力は別として）、特に、深海での石油やガス探査や開発活動によって海底の急速な不安定化を生じる程度まで土壌条件が変わる可能性のある領域では、考慮すべき重要事項である。

いくつかのケースでは、小さな穴や浅いくぼみが海底に確認される場所では、掘削前に調査により浅層ガスの存在が認識されることもある。ガス水和物の堆積物や下層の自由ガスは、海底疑似反射面として現れることにより、地震の記録を示すことがある。他のケース、特に海底で不透水性地層が存在する場所では、浅層ガス堆積の存在は、海底の特徴から即座に明らかになることはなく、このような場合、予期せず浅層ガスに出くわすことになる。

海底掘削作業は、海底掘削船、甲板昇降式海洋掘削装置、半潜水型海洋掘削装置のようなもので、表面の基盤から行われる。このような場合、ドリルストリングは水柱のライザーを通してボアホールの中まで伸びることになる。海底の掘削やサンプリングをより低価格で実施するために、水上船から海底にパイプラインを配置し、操作は遠隔制御システムによって行われる。この場合、ドリルストリングは海底リグからボアホールの中まで延びることになり、水上船はボアホールの直上にいる必要はない。

浅層ガス堆積によるボアホールの遮断は、硫化水素やメタンガスのような有毒及び／又は可燃性のガスを放出することになる。もし、掘削船の近くの表面で放出することになれば、個人の健康や安全、装置の安全を危険にさらすこととなる。海底に支えられた掘削装置の場合、高圧ガスの放出により、支持地盤である海底が突然制御不能に失われたり、装置の土台がすり減ったり、くずれてしまう結果となる可能性もある。このような出来事により、装置の安定性を損ない、装置が傾いたり転倒することにより損害を受けたり、生産能力が失われる結果となる。水和物を通じた掘削操作は、圧力変動と温度変動の原因となり、その結果、水和物が急速に分離し、結果として海底が噴出及び／又は不安定化する。

深層水に含まれる海洋堆積物から地質工学的評価のためのサンプルを得る際、サンプルは表面に持ってこられるまでに極端な圧力除去を経験している。間隙水に溶解したガスは、溶解から発生し、サンプルを得るのを妨害する。本ガスはサンプルの品質に重大な影響を与え、その結果実験室での試験結果の解釈にも影響を及ぼす。ガス水和物の堆積物から生じる海洋堆積物の強い特徴の知識は、海底の基礎構造の合理的な構築に欠かせない。そこで、そのままの状態でガス濃度や飽和の程度を知ることは、とても重要な一歩である。

そこで、浅層ガス発生の検出、モニタ及び測定は、海底掘削、サンプリング及び地質工学的調査の重要な一面である。従来は、(a)表面に戻ってきた掘削機をモニタする、及び(b)ボアホール内にガスサンプリングプローブを配置する、ことで対応してきた。

(a)戻り掘削機のモニタ
概ね掘削操作において、掘削流体又は泥水は、切削部を冷却、潤滑化し、ボアホールから切削物を取り除くために、掘削管を通じて切削部へ送られる。ボアホールからの戻り切削泥水は、土壌から放出された自由ガス及び溶解ガスを含んでおり、掘削部によって貫通された地層の代表的なサンプル材料を連続的に一緒に運んでくる。戻り掘削泥水は、回転する掘削管と周囲のケーシング管の間の環状通路を通常上方に流れることになる。

水上船や水上土台から操作が行われる海底掘削の形態において、典型的には、泥水検層システムが使用される。このシステムは、貯蔵タンクに戻るまでに、戻り掘削泥水から解放されたガスのモニタ及び分析を具備している。様々なセンサー又は高速ガスクロマトグラフィー装置は、硫化水素や炭化水素の存在、特にメタンのような低分子量のガスを測定する。しかしながら、超深海で操作する場合には、戻り掘削泥水がボアホールから表面の測定エリアに戻ってくる時間を要し、重大な測定時間遅れが生じる。予期せぬ高圧ガス気孔の遮断により、ドリルストリングの突然の圧力上昇、跳ね返りが生じ、極端な場合危険性のあるガスが放出するため、ガス放出を防止する装置の使用が必要となる。

遠隔操作システムによって操作が行われる海底掘削の形態において、掘削流体は、ドリルストリングから切削部にくみおろす前の、周囲の海水又は合成の濃縮泥を適切な割合で混合した海水である。この場合、掘削泥水は再循環されず、ボアホールから海底で切削物と一緒に放出される。このような海底の遠隔操作システムは、ガス放出を防止する手段を通常装備しておらず、現在のところガス検出能力を有しないという欠点がある。したがって、ボアホールが浅層ガス堆積物に接近している又は交差しているかどうかを検知することはできず、又、前もって掘削機の操作者に潜在的に安全でないと警告することができない。

(b)ガスサンプリングプローブ
ＮＧＩ深海ガスプローブのようなサンプリングプローブは、従来、ガスの中身の分析が可能なそのままの状態の間隙水のサンプルを得るために使われている。これらのプローブは、温度と圧力を記録する装置と一緒に、間隙水のサンプルを密封することができるよう開閉できる内部容器を有している。しかし、テスト中はプローブの情報伝達の手段がなく、リアルタイムで利用できるデータがない、記録された測定結果を得るためには、プローブが表面に戻ってくるまで待たなくてはならない、待ち時間や土壌の状態を推測して、サンプル時間やサンプル間隔は掘削前に前もってプログラムしないといけない、など多くの欠点が生じている。そのままの状態で測定できないために、船上での研究施設を要し、また、間隙水のガス成分は分離された箇所で機器分析を行うため、結果を得るのが更に遅れることになる。

サンプリングの他の形態においては、特にガス水和物の利用の場合、HYACE Rotary CorerやFugro Pressure Corerのような加圧されたコアリング工具を使用する。ガス水和物は、通常の大気圧で急速に分離する不安定な化合物から自然に発生する。加圧された工具は、様々な物理的測定や地球化学的分析のため、サンプルを加圧処理し、そのままの圧力における自然の状態で表面まで運んでくる。地面の解明やその他の研究に有用である一方、加圧コアは、現在、遠隔操作海底システムに対し不適当な大口径の道具に制限されている。

「遠隔操作海底システム」という文言は、概ね、掘削工具及び／又は孔内プローブが、表面基盤から手動で展開されるというよりむしろ、それとは反対に無人操縦で海底基盤又は他のタイプの運搬具からボアホールの下へ展開されるという状態、という意味で使用される。プローブから海底土台／システムへの情報伝達は、ワイヤ、ケーブル及び／又は無線によって行われる。海底システムと水上船（遠隔操作ステーション）間の情報伝達は、ワイヤ及び／又はケーブルによって行われる（例えば、電気的又は光学的なファイバーによる遠隔測定）。

本発明の目的は、海底ガスの検出、モニタリング及びサンプリングに関して、前記一以上の問題点を軽減する方法及び／又は装置を提供することである。

本発明の一つの特徴は、遠隔操作海底システムに関してガスモニタリング装置を備えているということである。本装置は、ボアホール内の浅層ガスの遮断に対し、リアルタイムで検出及び／又は測定を可能とするよう適合した検出器を具備している。

検出器は、戻りの掘削流体を連続的に収集し、水中のガスセンサーで戻りの掘削流体と接触する収集器を具備するのが好ましい。

海底を掘削するための掘削リグと共に使用するのが好ましいガスモニタリング装置の一形態において、掘削リグは、ドリルストリング、掘削作業で生じる戻りの掘削流体を受け入れる収集室を有するハウジングを具備するガスモニタリング装置、掘削作業で生じた固体を含む戻りの掘削流体及び、もし存在するならば溶解ガスを、具備する。本装置は更に、収集室から戻りの掘削流体を放出する放出管、掘削流体が、大部分の溶解ガス含有相が層流で放出されるよう構成されている収集室と放出管、及び、もし存在するならば自由ガス相を、具備している。本装置は更に、大部分溶解ガス含有相の中のあらゆるガスを検知できるよう、放出管に一以上のガスセンサーを持っている。

掘削リグは、更に、使用時には海底のボアホールの中に配置される管状ケーシングを具備し、ドリルストリングは、管状ケーシングの内壁と戻りの掘削流体が通過できるドリルストリングとの間の、概ね環状の空間がある所を通過するようになっている。ハウジングは、戻りの掘削流体が収集室に入ることができるよう、管状ケーシングに動作可能に取り付けられている。ハウジングは、ドリルストリングが通過できる所を通って延びた通路を具備し、収集室は、通路と流体連通していることが好ましい。管状ケーシングは、通路内に延びていることが好ましい。

本装置は、更に、ドリルストリング及びケーシングにより収集室を密封する密封手段を具備する。

ガスセンサーは、もし存在するならば大部分の溶解ガス含有相と、接触できるよう、放出管の内部にセンサー面を具備している。センサー面は放出管の上部領域に取り付けられるのが好ましい。しかし、もし自由ガス相が存在するならば、それとの接触を阻止するよう、頂部領域からは離れて配置されるのが好ましい。

ハウジングは海底から離れており、放出管は収集室の一方から海底に向かって延びていることが好ましい。

他の形態において、本装置は、海底を掘削するための掘削リグと共に使用するのに適しているガスモニタリングプローブアッセンブリを具備している。掘削リグはドリルストリングを具備し、ガスモニタリングプローブアッセンブリは、ドリルストリングの一端に取り付けられたハウジングを具備し、ハウジング内にガスセンサー面を有するガスセンサーを具備している。

プローブアッセンブリは、更に、ハウジングの一端に土壌貫通チップを具備している。

開口部又は相互接続通路は、間隙水がボアホールの地層からガスセンサー面まで浸透するよう備えられている。開口部又は相互接続通路は、多孔性材料のフィルタ要素を介して設けられている。

プローブアッセンブリは、更に、清浄海水でセンサー面を洗浄できるよう、ドリルストリングとガスセンサー面との間に内部接続通路を具備する。その上、測定されたデータ信号を、記録すると同時に、遠隔操作ステーションにリアルタイムで伝送するための手段が備えられている。

本発明の他の面において、遠隔操作による海底掘削とサンプリングの装置と共同して、ボアホール中の浅層ガスの遮断を遠隔で検出及び測定する方法を提供する。本方法は、ボアホールからの戻りの掘削流体を連続的に収集するステップと、戻りの掘削流体を、大部分の固体含有水相と、もし存在するならば大部分の溶解ガス含有液相と、もし存在するならば自由ガス相とに分離するステップと、自由ガス相にセンサーを迂回させながら、溶解ガス含有相が１個以上の水中ガス測定センサーと接触して流れるのを可能にするステップとを具備している。

本発明の他の面において、遠隔操作による海底掘削とサンプリングの装置と共同して、ボアホール中の浅層ガスの遮断を遠隔で検出及び測定する方法を提供する。本方法は、ガスセンサープローブアッセンブリをドリルストリングの端に接続するステップと、プローブアッセンブリをボアホール中に降ろすステップと、ボアホールの底で土壌中にプローブを押し込むステップと、ボアホールの地層からの間隙水がガスセンサーと接触して浸透するのを可能とするステップと、ガス濃度を記録すると同時に、測定されたデータ信号をリアルタイムで遠隔操作海底装置、すなわち水上船の遠隔操作ステーションに伝送するステップとを具備している。

本発明の様々な面における更に好ましい形態や選択肢については、以下に記載する。

本発明の第一の特徴は、遠隔操作海底システムにおいて、戻りの掘削泥水によって海底ガスを検出及び分析する手段を提供することができる。収集室は、ケーシング管の頂部にあるドリルストリング部を囲むよう与えられている。そこで、掘削流体の戻りの流体は、ボアホールから放出される。収集室は、ケーシングガイドの一部分であり、掘削リグをケーシングの上に保持する留め具に対して初期のケーシング管を位置づけるのに使用できる。

収集室の土台は、ケーシング管の周りをゴムや類似の材料でより弾力性の低いシールに によって密封される。収集室の頂部は、掘削管の周りをゴムや類似の材料でより弾力性の高いシールによって密封される。浮動タイプのシールは、回転及び垂直方向に動作するドリルストリングを収容することができる。上部シールは、回転する掘削管との接触を通じて摩耗が生じた場合、容易に交換可能である。

収集室は、側面に、下方に傾いた放出管を取り付けた放水口を有している。放出管の上部は、センサー面が放出管の中に設置されたガスセンサーを収容し、管の頂部から周囲の影響を弱めるよう配置されている。ガスセンサーは、海底の掘削リグに電力を送り、遠隔操作できるよう電気的に配線されている。この方法で、一以上のガスセンサーにより、様々なガスのタイプ又はガス濃度の範囲を測定する。

操作時において、掘削管からくみ下ろした掘削流体又は泥水は、ボアホールの底から掘削ドリルの錘によって貫通された地層からの液体及びガスの流入物と一緒に切削片を取り上げる。結果として生じた混合物は、ボアホールの底の高圧の領域から掘削部のアニュラス部（回転する掘削管と固定されたケーシング管の間の狭い環状通路）を通じて、ケーシング頂部の低圧の領域に流れる。掘削流体の混合物は収集室に入り、流れが層状となる放出管を通過する。

溶解ガスを含む大部分の水性物質が、放出管の上部にあるガスセンサー面と接触しながら流れている間、混合物が放出管を通して流れるのに対し、粒径の粗い砂やちりのフラクション中の切削片の粒子は保留される。貫通された地盤中の溶解ガス濃度を連続的に測定できるよう、ガスセンサー面は、戻りの掘削流体の流れによって洗浄される。測定の出力信号は、リアルタイムで水上船の遠隔操作ステーションに伝送される。

掘削流体混合物に混入したあらゆる自由ガスの気泡をガスセンサー面で収集できるわけではなく、飽和の測定信号をひきおこすことになるということは重要である。自由ガスの気泡は、流体の中の大部分のガス状の部分、放出管の最上部から発生し、層状流に関して位置の効果によりガスセンサー面を迂回する。

上述したとおり連続的な測定によって、比較的わずかな遅れのみでガスの危険性について事前の警告を与えることができる。掘削流体が掘削部のアニュラス部まで戻ってくるための経過時間で表されるこの遅れは、切削部分の深さとアニュラス内の流体の流速によって決定される。

一例として、外径（d_p）５４ｍｍのＢサイズの掘削管、内径（d_c）６０ｍｍのケーシング管、海底からの深さ（L）が５０ｍ及び掘削水の流速（F）が１５Ｌ／ｍｉｎの掘削作業で検討する。
掘削部のアニュラス部の断面積（A）は、次の関係式で与えられる。
A=(π/4)(d_c ²-d_p ²)
=(π/4)(0.060²-0.054²)
=5.37×10^-4m²

ボアホールが完全に包まれており、周囲の土壌からの水の流入流出が正味ゼロであるという理想の状態を仮定すると、掘削部のアニュラス部の掘削水の速度（V）は以下のとおり与えられる。
V=F/A
=0.015/60/5.37×10^-4
=0.465m/s
掘削部のアニュラス部の掘削流体の遅れ時間（T）は、以下のとおり与えられる。
T=L/V
=50/0.465
=107seconds

実際のところ、もし掘削流体の漏れによる損失が、ボアホールの覆われていない部分の周囲の地層から生じるならば、戻り流量は減少し、応答時間はそれに比例して長くなる。しかし、戻ってきた流れは、遮断地層内を代表する溶解ガス濃度を維持する。ガス濃度の検出限界は、ガスセンサーの測定感度及び掘削流体による希釈係数に依存する。

図２は、掘削中のガス遮断事象の典型的なシーケンスを、グラフを使って説明している。上述の例に続けて評価すれば、典型的な錐の貫通速度を４ｍｍ／ｓとすると、１０７秒の測定遅れ時間の間に、孔は約４３０ｍｍしか進展しない。溶解ガスのそのままの状態での濃度は、掘削流体の流速による切削材料の希釈率から計算される。例えば、掘削流体の流速が１５Ｌ／ｍｉｎのときの希釈率は４８：１であり、外径６０ｍｍ、内径４４ｍｍのＢサイズのコア部分は、浸透率が４ｍｍ／ｓのとき、５．２３×１０^−６ｍ^３／ｓで切削される。典型的なメタンガスのセンサーは、３００ｎｍｏｌ／Ｌから１０μｍｏｌ／Ｌの範囲の測定感度を持っている。したがって、そのままの状態での溶解ガス濃度の検出下限は、４８×３００ｎｍｏｌ／Ｌ、又は約１５μｍｏｌ／Ｌである。

より低い希釈率や高い感度は、孔がコアでない部分で掘られる及び／又は掘削流体速度がより低い状態で掘られる場合に得られる。前述の例によれば、流速が１５Ｌ／ｍｉｎでコアでない部分を使用した場合、希釈率は２２：１、すなわち、そのままの状態での溶解ガス濃度は、戻りの掘削流体内で測定される濃度の２２倍であり、そのままの状態での溶解ガス濃度の検出下限は２２×３００ｎｍｏｌ／Ｌ、又は約７μｍｏｌ／Ｌである。

そのままの状態での溶解ガス濃度のより正確な測定は、以下のステップにより確定した範囲の掘削過程を行うことによって得られる。
(a)測定されたガス濃度をゼロ又は基準値に安定させることを可能とする。
(b)掘削ドリルを確定した貫通長さまで前進させる。
(c)戻りの掘削流体に含まれるガス濃度を時間の関数として記録する。
(d)流体をビットにくみ上げている間、掘削を止める。
(e)測定されたガス濃度をゼロ又は基準値に安定させることを可能とする。
(f)確定した貫通長さにおいて放出されたガスの総量を計算するための応答曲線から測 定されたガスを積算する。
(g)確定したボアホールの深さから切削材料の量を計算する。
(h)計算されたガス量を切削材料の量で割る。

ステップ(f)における溶解ガスの総量は、図２の測定ガス濃度カーブの下の斜線部分で表される。実際のところ、地盤への掘削流体の漏れによる損失が生じた場合には、本方法では、全溶解ガス量を過小評価する。しかしながら、放出管の出口流量をドップラー流量測定器のような適切な装置で測定することによって、及び、測定された掘削流体の流入速度と比較することによって、修正することができる。ボアホール中の漏れ流量は周囲の土壌から生じる可能性もある。流入物が同時にガスを運んでくるのかあるいは単に水を運んでくるのかによって、過大評価となったり過小評価となったりする。ガスの流入物は、溶解ガス濃度の変化に対応するガスセンサーの反応を、掘削及びモニタリングをすることなく、洗浄水を断続的に循環させることにより検出することができる。漏れ流量を排除するもう一つの方法として、掘削流体の圧力をボアホールの覆われていない部分の静圧より高くすることが確実な方法である。

本発明の更なる一面として、本装置は、構築されたボアホール内のそのままの状態の海底ガスを検出及び分析するために孔内プローブアッセンブリを備えている。このプローブアッセンブリは、炭化水素センサー又はその他のタイプのガスセンサーを具備し、ドリルストリングを通じ、遠隔操作海底システムからボアホール内の既知のどんな深さにも配置される。このプローブはまた、温度や圧力のようなその他のパラメータと合わせて間隙水の溶解ガス濃度をモニターするために、適切な地盤の状態まで推進させ、ボアホールの基礎の土壌を貫通するよう適応している。ボアホールからの水は、プローブアッセンブリの端部の防護カバーの背部に設けられた小さいセンサー室に浸透することができる。センサー室もまた、測定値が「ゼロ」となるよう要求される時はいつでも、海底リグの近接部から流れてくる清浄海水で洗浄される。

プローブアッセンブリはまた、ガスセンサーに電力を供給し、海底システム及びその上の水上船における遠隔操作ステーションに対して、リアルタイムでセンサー出力信号を連続して記録、伝送する手段を具備している。孔内プローブを用いることで、周囲の地層を通じて拡散するガスの割合の情報により、従来のガスサンプリングプローブで行われていた炭化水素の研究室での分析を完全とすることができる。

本発明の好ましい実施例は、添付図を参照に以下のとおり記載する。

図１は、本発明の第一の外観図であり、切削部２を有する回転するドリルストリング１は、海底３に位置している遠隔操作される海底掘削リグに結合している。ドリルストリング１は、捕捉された又は溶解されたガスを含む海底材質４でできた自然の地層を貫通してボアホールを形成する。ドリルストリング１は、ボアホールの中まで設置され、ボアホールが深くなるに従い前進するケーシング管５を通過する。掘削リグは、ケーシング留め具６によってボアホール上に位置し、ドリルストリング１の外径とケーシング５の内径との間には小さな環状の隙間７が存在する。

環状の収集室８は、ケーシング管５の中にドリルストリング１が入った部分を囲むケーシング管５の頂部に位置している。収集室８は、回転するドリルストリング１と接触してシールする摩耗抵抗があり弾力性のある材料で構成されており、ドリルストリング１の回転で生じる編心にも順応できるほど十分な追従性を持った、上部シール９によって形成されている。収集室８は、ケーシング管５と接触してシールする摩耗抵抗があり弾力性のある上記と同様の材料で構成された下部シール１０によって、更に形成されている。収集室８は、上部シール９と下部シール１０の間に位置する放出口１１によって、更に形成されている。

放出管１２は放出口１１と接続し、収集室８より下方に傾いている。放出管１２の上部は、従来の水中タイプ、すなわちCAPSUM Technologie GmbHによって製作されるMETSメタンセンサーのようなガスセンサー１３を有するようになっている。ガスセンサー１３は、センサー面１４が、放出管１２内に配置され、且つ、放出管１２の頂部からの周辺の影響を弱めるよう、取り付けられている。水中ケーブル１５は、電力供給と掘削リグへの遠隔システムのため、ガスセンサー１３と接続されている。

操作において、加圧された掘削流体１６は、ドリルストリング１の頂部から導入され、ドリルストリング１内の中央通路１７を通じて下方に流れ、切削部２の切削表面より出ていく。掘削流体１６は、ボアホールから、切削され、あらゆる放出ガスを含んだ物質を取り上げる。そして混合流体は、環状の隙間７を通じて上方に流れ、収集室８に現れ、放出管１２に流れ込む。環状の隙間７と放出管１２との面積比により、流速及び乱れは放出管１２で大幅に減少し、流れの中に垂直の層を生じさせる。砂や砂利のような径の粗いフラクション内にある切削粒子は、放出管１２のより低い部分を流れ、密度の高い層１８の中に分離する傾向がある。一方、あらゆる溶解ガスを含んだ大部分が水の部分１９は、放出管１２の上部にある傾いたガスセンサー面１４と接触するよう流れる。ガスセンサー面１４は、貫通された海底材質４内の溶解ガス濃度を連続的に測定できるよう、このように戻りの掘削流体によって清掃される。水の部分１９に取り込まれたあらゆる自由ガス気泡は、混合流体のうち最上部の大部分の気相部分２０に上昇する。気相部分２０は、層流により、ガスセンサー面１４の位置及び方向によってガスセンサー面１４を迂回し、その結果、センサー面１４に対しあらゆる自由ガス気泡が直接接触しないようになっている。

収集室８の流体圧力は、周囲水の圧力よりわずかに高く、その結果シール９及び１０からの流入水によって、戻りの掘削流体が希釈されないようになっている。測定された出力信号は、水上船の遠隔操作ステーションにリアルタイムで伝送される。

いつにおいても、センサーは、海底上数メートルの入口からくみ上げられる清浄海水によって洗浄されることによりゼロ位置に設定できる。

ボアホールが深くなるに従って、ケーシング管５は、新しい長さとなるケーシング管５の頂部が、収集室８の中にあるよう調整されるように、ドリルストリング１を引き下げ、管の長さを増加させることによって延長される。

図３によれば、本発明のさらなる特徴として、プローブアッセンブリ２１は、ドリルストリング１の下端に取り付けられる。プローブアッセンブリ２１は外管２２を具備し、掘削管アダプタ２３と上端が接続されており、下端は、終端が硬化された円錐形チップ２４、又は類似の土壌貫通機器となっている。外管２２の下端はまた、従来の海中タイプ、例えば、CAPSUM Technologie GmbHによって製作されるMETSメタン検出器のようなガスセンサー１３を含むようになっている。ガスセンサー１３は、多くの出力チャンネルを有し、それぞれは、特定の分子量の炭化水素や周囲温度及び圧力を測定する。サンプリング室２５は、チップ２４とガスセンサー面１４との間にあり、外部流体がガスセンサー面１４と接触が可能なよう、多くの開口部又は貫通穴２６を壁に有している。

管２２は、コードレスＣＰＴシステムを用いるために、Geotech ABによって製作されるような従来タイプの、音響上の伝送器２７、電池パック２８及びデータ記録モジュール２９を、好ましくは具備している、電子アッセンブリを有している。この電子アッセンブリは、掘削管アダプタ２３の下端に接続されており、管２２の内部で軸方向に延長される。内部流の通路は、ドリルストリング１とサンプリング室開口部２６との間にあり、掘削管アダプタ２３内の水路３０と相互に接続される。環状通路３１は、電子アッセンブリと管２２の間に形成され、そして、管２２の穴を通じて、環状通路３２は、センサー１３と管２２の間に形成される。データ記録モジュール２９及びガスセンサー１３は、Seacon 'All Wet'シリーズのような従来の水中タイプの電気コネクタ３３及び相互接続ケーブルアッセンブリ３４によって与えられる。本発明の特定の異なる態様において、管２２は、ガスセンサー１３に独立して電力を供給する追加の電池パックを具備する。

図４によれば、プローブアッセンブリ２１は、焼結フィルタのような多孔性の要素３５を具備した土壌貫通装置で、択一的に、終端部が処理されている。そして、内部通路３６は、サンプリング室２５と相互に接続している。

プローブアッセンブリ２１の操作方法は、以下のステップを含んでいる。
(a)プローブ２１をドリルストリングの端部又は、その他の海底貫通装置に遠隔で接続する。
(b)プローブ２１をボアホールの中の既知深さまで降ろす。
(c)サンプリング室２５を通じ、清浄海水で洗浄する。
(d)プローブ２１をボアホールの底の土壌の中に押し込む。
(e)間隙水がボアホールの地層から開口部２６又は多孔性の要素３５及びガスセンサー面１４と接触している通路３６を通じて浸透するようにする。
(f)センサー１３によって測定されたガス濃度、温度及び圧力をデータ記録装置２９に記録する。同時に、音響上の伝送器２７でデータ信号を、遠隔操作海底装置、すなわちリアルタイムで水上船の遠隔操作ステーションへ伝送する。

この明細書における先行技術に対する言及は、その先行技術が、オーストラリアにおける一般常識の一部であるということを認める、又は何らかの形で示唆するということはなく、且つ、そのように受け取られるべきものではない。

この明細書及び後に記載する特許請求の範囲を通じて、文中で別の要求をしている場合を除き、「備える」という用語及び「備える」又は「備えている」のような変形の用語は、規定の数又はステップ、又は複数の数又はステップを含んでいるということであり、その他の、数又はステップ、又は複数の数又はステップを排除しているわけではないことを示していると理解される。

最後に、様々な変更、改善及び／又は追加が、本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、様々な部分の構成や配列の中に組み込まれていると理解される。

本発明の掘削流体ガスモニタリング装置の外観の断面配置図である。 切削部によって掘削流体中に放出された遮断溶解ガスの反応の測定を説明する図である。 孔内ガスモニタリングプローブの断面図であり、プローブの上部及び下部について、拡大図が付けられている。 図３ａで示されたプローブの一方の部分の詳細である。 図３ａで示されたプローブのもう一方の部分の詳細である。 ガス検知土壌プローブの断面配置図である。

Claims (17)

1. 遠隔操作海底調査装置に関連した水中ガスモニタリング装置であって、検出器を具備しており、
   前記検出器は、ボアホール内の浅層ガスの遮断をリアルタイムで検出及び／又は測定することができるように、掘削操作における、ボアホールからの戻りの、掘削流体及び切削物を含む混合流体である、戻りの掘削流体を連続的に収集し、前記戻りの掘削流体と水中ガスセンサーとを連続的に接触させる、収集器を、備えることを特徴とするガスモニタリング装置。
2. 海底を掘削するための掘削リグと共に使用するのに適しており、
   掘削リグはドリルストリングを具備しており、
   装置は、ハウジングを具備しており、
   収集器は、掘削作業で発生する前記戻りの掘削流体を受け入れる収集室を具備しており、
   装置は、更に、収集室から前記戻りの掘削流体を放出する放出管を備えており、
   収集室及び放出管は、大部分の溶解ガス含有相を含む層流で掘削流体が放出されるよう、構成されており、
   水中ガスセンサーは、放出管に関連し、且つ、大部分の溶解ガス含有相中のガスを検知できるよう位置づけられている、請求項１に記載のガスモニタリング装置。
3. 掘削リグは、海底のボアホールの中に配置された管状ケーシングを具備しており、
   ドリルストリングは、管状ケーシングの内壁と、前記戻りの掘削流体が通過できるドリルストリングと、の間の、概ね環状の空間がある所を、通過するようになっており、
   前記ハウジングは、前記戻りの掘削流体が収集室に入ることができるよう管状ケーシングに動作可能に取り付けられている、請求項２記載のガスモニタリング装置。
4. ハウジングが、ドリルストリングが通過できる所を通って延びた通路を具備しており、前記収集室は、通路と流体連通している、請求項２又は３に記載のガスモニタリング装置。
5. ケーシングが通路内に延びている、請求項３又は４に記載のガスモニタリング装置。
6. 収集室をドリルストリング及びケーシングと共にシールするシール手段を更に具備している、請求項２〜５のいずれか一つに記載のガスモニタリング装置。
7. 大部分の溶解ガス含有相に接触するように、前記水中ガスセンサーが放出管内にセンサー面を有している、請求項２〜６のいずれか一つに記載のガスモニタリング装置。
8. 前記混合流体のうち、層流によって流れる自由ガス相との接触を阻止するように、センサー面が、放出管の上部領域ではあるが頂部領域からは離れて配置されている、請求項７記載のガスモニタリング装置。
9. 前記ハウジングが、海底から離れており、前記放出管が、収集室の一方から海底に向かって延びている、請求項２〜８のいずれか一つに記載のガスモニタリング装置。
10. 海底を掘削するための掘削リグと共に使用するのに適しているガスモニタリングプローブアッセンブリを備えており、
    掘削リグが、ドリルストリングを具備しており、
    ガスモニタリングプローブアッセンブリが、ドリルストリングの一端に取り付けられたハウジングを具備し、ハウジング内にガスセンサー面を有するガスセンサーを具備している、請求項１記載のガスモニタリング装置。
11. ハウジングの一端に土壌貫通チップを更に具備している、請求項１０記載のガスモニタリング装置。
12. 間隙水がボアホールの地層からガスセンサー面まで浸透するよう、前記プローブアッセンブリが、開口部又は相互接続通路を具備している、請求項１０又は１１に記載のガスモニタリング装置。
13. 開口部又は相互接続通路が、多孔性材料のフィルタ要素を介して設けられている、請求項１２記載のガスモニタリング装置。
14. 清浄水でセンサー面を洗浄できるよう、ドリルストリングとガスセンサー面との間に、内部接続通路を具備している、請求項１０〜１３のいずれか一つに記載のガスモニタリング装置。
15. 測定されたデータ信号を、記録すると同時に遠隔操作ステーションにリアルタイムで伝送する手段を、具備している、請求項１０〜１４のいずれか一つに記載のガスモニタリングプローブ。
16. 遠隔操作の海底掘削又はサンプリング装置と共同して、ボアホール中の浅層ガスの遮断を遠隔で検出及び測定する方法であって、
    掘削操作における、ボアホールからの戻りの、掘削流体及び切削物を含む混合流体である、戻りの掘削流体を連続的に収集するステップと、
    前記戻りの掘削流体を、大部分の固体含有水相と、大部分の溶解ガス含有水相と、自由ガス相とに、分離するステップと、
    自由ガス相にセンサーを迂回させながら、溶解ガス含有水相が１個以上の水中ガス測定センサーと接触して流れるのを可能にするステップと、
    を具備していることを特徴とする、ガス検出及び測定方法。
17. 遠隔操作の海底掘削又はサンプリング装置と共同して、ボアホール中の浅層ガスの遮断を遠隔で検出及び測定する方法であって、
    ガスセンサープローブアッセンブリをドリルストリングの端に接続するステップと、
    プローブアッセンブリをボアホール中に降ろすステップと、
    ボアホールの底で土壌中にプローブを押し込むステップと、
    ボアホール地層からの間隙水がガスセンサーと接触して浸透するのを可能とするステップと、
    ガス濃度を記録すると同時に、測定されたデータ信号をリアルタイムで遠隔操作海底装置、すなわち水上船の遠隔操作ステーションに伝送するステップと、
    を具備していることを特徴とする、ガス検出及び測定方法。

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