JP5268106B2

JP5268106B2 - ガス採取容器

Info

Publication number: JP5268106B2
Application number: JP2009030767A
Authority: JP
Inventors: 英二中田
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority date: 2009-02-13
Filing date: 2009-02-13
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2029-02-13
Also published as: JP2010185810A

Description

本発明は、ガス採取容器に関し、特に、岩石に含有されているガスを大気に触れさせずに採取する場合に用いて好適なものである。

地下岩盤から採掘した岩石に含まれるガスを採取し、そのガスの炭化水素の組成や炭素同位体の組成を測定することで、その地下岩盤の状況を把握することができる。

例えば、一般に、天然ガスや石油や生物由来のガスのメタン・エタン・プロパンの組成比率はそれぞれ異なる特徴を有することが知られており、岩盤から得られたガスの炭化水素の組成比率が天然ガスの組成比率に類似していれば、その岩盤近傍には同じ天然ガスが埋蔵されている可能性がある、ということが分かる。

このような分析を行うに際し、現場で採掘した岩石は大気から遮断した状態で保存しなければならない。このため、現場では岩石を採掘した後、なるべく早く缶などの容器に詰めて大気から遮断したり、特許文献１に示すような容器に収納することが行われている。

特許文献１に示す容器では、容器本体とその内部を真空引きするための機器とを有しており、真空引きした容器内に岩石を長期に亘り保存する構成となっている。このため、岩石に含まれる希ガスは容器内に拡散するが、容器内の圧力が負圧を帯びているため、大気混入などが起こらないように容器と分析装置を接続しなければならない。希薄な濃度のガスを分析するためにはさらに加熱・冷却等の処理により不純物を取り除くなどした上でガスを濃集し、希ガスの同位体比は測定される。

しかしながら、このような容器は、岩石から容器内に長期保持することが目的であるため、岩石から放出されたガスを定期的に採取することが難しい。また、当該容器では、ガス採取後に特定のガスを濃集するために前記したように加熱・冷却等の処理を行う必要があり、ガスの採取作業に手間取るという問題がある。

特開２００３−２６２５７５号公報

本発明は、上記状況に鑑みてなされたもので、岩石に含まれるガスを試料採取直後から大気に触れることなく、幾度となく容易に採取し、保管することができるガス採取容器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の第１の態様は、ガスを含有する岩石が収納される密封容器と、前記密封容器の開口部に設けられたシール部材とを備え、前記シール部材は、前記開口部の気密性を保持したまま、前記ガスを採取する採取部材に設けられた針状部材が貫通可能であり、前記密封容器内部に酸性の液体を注入する液体注入手段を備え、前記密封容器は、前記液体注入手段から前記密封容器内部に酸性の液体が注入された状態で前記岩石を保管することで、前記岩石からのガスの放出を促進することを特徴とするガス採取容器にある。

かかる第１の態様では、岩石（試料）を保管すると共にガスを抽出するための密封容器に岩石が収納される。岩石から放出されるガスは密封容器内に貯留されるため、岩石から放出されたガスは密封容器外に漏れ出すことが防止され、且つ当該ガスに大気が混入してしまうことが防止されている。また、シール部材に針状部材を突き刺して採取部材にガスを採取するので、ガスの採取中においても大気が密封容器に入らず、大気がガスに接触することが防止される。このため、その岩石が地下岩盤にある状態で採取すれば得られるであろうガスは地下深部のガスと同等の組成となり、地下岩盤の岩石に含まれるガスの組成や同位体比を正確、かつ容易に分析することができることとなる。また、本発明に係るガス採取容器では、採取部材に設けられた針状部材をシール部材に突き刺して貫通させることで、密封容器から針状部材を介して採取部材に岩石から放出されたガスを採取できる。これにより、密封容器の内部のガスを保持したままで、任意のタイミングで、幾度も簡単にガスを採取することができる。
さらに、酸性の液体により岩石が溶解するので、岩石からのガスの放出が促進される。

本発明の第２の態様は、第１の態様に記載するガス採取容器において、不活性ガスが充填された移し替え容器をさらに備え、前記密封容器は、前記移し替え容器内に配設されていることを特徴とするガス採取容器にある。

かかる第２の態様では、採取した直後の岩石を、不活性ガスが充填された移し換え容器に入れることができる。また、この移し替え容器内に密封容器が配設されているため、この密封容器ごと大気との接触が遮断された状態下に置き、岩石を密封容器内に移して密封保管することができる。

本発明の第３の態様は、第１又は第２の態様に記載するガス採取容器において、前記密封容器は、容器本体と蓋部材とから構成され、前記容器本体と前記蓋部材との接合部には、Ｏリングが設けられていることを特徴とするガス採取容器にある。

かかる第３の態様では、Ｏリングを介して密封が行われるため、密封容器の気密性を向上できる。特に、密封容器内に試料と共に脱気水を混入させてＯリングを介して密封させ、該密封容器の上下を逆にすると、脱気水もシールとしての機能を発揮するので、密封容器内のガスが外部に漏れ出すこと、及び当該ガスに大気が混入する可能性を低減し、より確実にガスを保存できる。

本発明の第４の態様は、第１〜第３の何れか一つの態様に記載するガス採取容器において、前記密封容器に超音波を発する超音波発生装置を備え、前記密封容器は、前記超音波発生装置から超音波が発せられた状態で前記岩石を保管することで、前記岩石からのガスの放出を促進することを特徴とするガス採取容器にある。

かかる第４の態様では、超音波により岩石が振動又は破壊されるので、岩石に吸着、又は間隙水に溶解しているガスの放出が促進される。なお間隙水とは、堆積岩などの間隙に浸透している水分をいう。

本発明の第５の態様は、第１〜第４の何れか一つの態様に記載するガス採取容器において、前記密封容器内部の圧力を調整する圧力調整手段を備え、前記密封容器は、前記密封容器内部の圧力が前記圧力調整手段により真空にされた状態で前記岩石を保管することで、前記岩石からのガスの放出を促進することを特徴とするガス採取容器にある。

かかる第５の態様では、密封容器内の圧力が真空になるため岩石からのガスの放出がさらに促進される。このような密封容器内を真空にする手段としては、例えば、密封容器に真空装置（圧力調整手段）と接続できるバルブを設けることが挙げられる。このバルブを介して真空装置と密封容器とを接続することで、密封容器を真空にできる。

本発明の第６の態様は、第１〜第５の何れか一つの態様に記載するガス採取容器において、前記密封容器を加熱する加熱手段を備え、前記密封容器は、前記密封容器が前記加熱手段により所定温度に維持された状態で前記岩石を保管することで、前記岩石からのガスの放出を促進することを特徴とするガス採取容器にある。

かかる第６の態様では、加熱により岩石からのガスの放出が促進される。

本発明の第７の態様は、第１〜第６の何れか一つの態様に記載するガス採取容器において、前記密封容器内部に酸素を導入する酸素導入手段を備え、前記密封容器は、前記酸素導入手段から前記密封容器内部に酸素が導入された状態で前記岩石を保管することで、前記岩石に存在する微生物を活性化させて微生物由来のガスの放出を促進することを特徴とするガス採取容器にある。

かかる第７の態様では、岩石に含まれる微生物由来のガスを採取することができる。

本発明によれば、岩石に含まれるガスを外部に漏らすこと、及び当該ガスに大気が混入することなく容易に採取することができるガス採取容器が提供される。

本発明の実施形態に係るガス採取容器の斜視図である。本発明の実施形態に係るガス採取容器の断面図である。本発明の実施形態に係るガス採水容器に岩石を収納するときの作業を説明する概念図である。本発明の実施形態に係るガス採水容器に岩石を収納するときの作業を説明する概念図である。本発明の実施形態に係るガス採水容器に収納された岩石からのガスを採取するときの作業を説明する概念図である。

以下、本発明を実施するための形態について説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るガス採取容器の斜視図、図２は、ガス採取容器の断面図である。図示するように、ガス採取容器１は、密封容器１０と、調整手段の一例である真空引き装置３０と、シール部材の一例であるセプタム４０とを備えている。

密封容器１０は、容器本体１１と蓋部材１２とから構成されている。容器本体１１は、開口部１３を有しており、開口部１３の周縁にはフランジ部１４が形成されている。蓋部材１２は、容器本体１１のフランジ部１４の直径と同等の直径を持つ円盤状の部材であり、フランジ部１４に載置され、開口部１３を塞いでいる。なお、容器本体１１及び蓋部材１２は、ＳＵＳから形成されているが、化学反応により炭素系ガスが発生しない金属であれば、特に材質は限定されない。

フランジ部１４には厚さ方向に貫通するねじ穴１５が複数設けられており、蓋部材１２にもこのねじ穴に対向する位置にねじ穴１６が複数設けられている。これらのねじ穴１５、１６にはねじ１７が螺合し、蓋部材１２が容器本体１１に固定され、密封容器１０に密閉された収納部１８が形成されている。

また、フランジ部１４には、溝部１９が開口部１３の周りを囲うように設けられ、溝部１９には、Ｏリング２０がはめ込まれている。これにより、容器本体１１と蓋部材１２との接合部、すなわちフランジ部１４と蓋部材１２とが当接している部分を通して、収納部１８内の流体が外部に漏れ出すことが防止され、収納部１８の気密性が向上している。

蓋部材１２には、収納部１８内に連通する内圧調整孔２１が設けられ、内圧調整孔２１には、ボールバルブ３１を介して真空引き装置３０が接続されている。

真空引き装置３０は、収納部１８の環境を調整する調整手段であり、具体的には、ボールバルブ３１の開放時に、収納部１８の空気を外部に排出することで、収納部１８を真空にする。真空引き後は、ボールバルブ３１を閉じて、真空状態を維持する。

また、蓋部材１２には、収納部１８に連通するガス採取孔２２が設けられ、蓋部材１２の表面には、突起部２３が設けられている。突起部２３には、ガス採取孔２２に連通する貫通孔２４が設けられ、貫通孔２４にセプタム４０が挿入されている。

セプタム４０は、貫通孔２４を密封し、収納部１８の真空状態を維持している。セプタム４０は、弾性部材からなるため、後述するシリンジの針が突き刺され、この針の挿抜により穴が空けられても、貫通孔２４の気密を保てるようになっている。

次に、ガス採取容器１を用いたガスの採取方法に説明する。図３及び図４は、本発明の実施形態に係るガス採水容器に岩石を収納するときの作業を説明する概念図である。

図３に示すように、ボーリングを実施して地下岩盤から岩石６０を採取する。このとき、ボーリングにより掘削された岩石６０を収容する回収筒５０ごと、ヘリウムガス雰囲気におく。このヘリウムガス雰囲気は、例えば移し替え容器の一例であるビニール袋５１により密閉された空間内にヘリウムガスが圧送されたものである。

このビニール袋５１内に、容器本体１１及び蓋部材１２も配置しておき、回収筒５０から岩石６０を取り出して、容器本体１１に収容する。また、二酸化炭素を除去した少量の脱気水６１も容器本体１１に注ぎ入れ、蓋部材１２で容器本体１１に蓋をする。

図４に示すように、密封容器１０を上下反転させ、岩石６０から放出されるガスを採取するまではこの状態を維持しておく。これにより、収納部１８内に注入した脱気水６１が、容器本体１１と蓋部材１２との接合部の境界をシールすることになるので、収納部１８内のガスが外部に流出することをより確実に防止することができる。

図５は、本発明の実施形態に係るガス採水容器に収納された岩石からのガスを採取するときの作業を説明する概念図である。図５に示すように、容器突起部２３を上側にし、容器本体１１を下側にした上で、ボールバルブ３１に真空引き装置３０を接続する。次に真空引き装置３０を操作して、真空引き装置３０とボールバルブ３１との間の配管を真空にした後ボールバルブ３１を開放し、収納部１８を真空にし、その後、ボールバルブ３１を閉じる。このように収納部１８を真空にしたことで、大気混入が無く岩石６０に含まれるガスが収納部１８内に放出されることが促進される。

そして、シリンジ７０（採取部材）の針７１（針状部材）を収納部１８に達するまでセプタム４０に突き刺し、針７１を通して、収納部１８に放出された岩石６０からのガスをシリンジ７０で採取する。シリンジ７０内に所定量のガスが採取されたら、針７１をセプタム４０から引き抜く。このとき真空状態の収納部１８、及びシリンジ７０には大気が混入されることが予想されるため、予め収納部１８に所定量のヘリウムガスを入れ、収納部１８の圧力を増加させておく。シリンジ７０内に採取されたガスは、ガスの分析装置で分析し、ガスの組成や同位体比などを測定する。

以上に説明したガス採取容器１は、密封容器１０に岩石６０が収納され、岩石から放出されるガスは密封容器１０内に貯留される。このため、岩石から放出されたガスが大気に触れてしまうことが防止されている。

ガス採取容器１からガスを採取する際には、セプタム４０に針７１を突き刺してシリンジ７０にガスを採取するので、ガスの採取中においても大気が密封容器１０の収納部１８に入らず、大気がガスに接触することが防止される。このため、その岩石が地下岩盤にある状態で採取すれば得られるであろうガスと同等の組成のガスがシリンジ７０に得られることになり、地下岩盤の岩石に含まれるガスの組成や同位体比を正確に分析することができるようになる。

また、従来のガス採取方法・装置は、所定量のガスを採取したのちに加熱冷却等の処理を施して特定のガスを濃集するものである。一方、本発明に係るガス採取容器１は、岩石を長期に収納した上でガスを採取し、超音波洗浄、加熱、真空引き、溶解、微生物培養等の処理を行うものである。すなわち、従来のように試料採取後に加熱冷却等の処理で濃集を行うのではなく、シリンジ７０にガスを採取する前に上述のような処理を行うことで試料処理の手間が無くなる。すなわち、ガス採取容器１は、ガスの採取に係る手間を省力化することができる。

また、本実施形態に係るガス採取容器１は、セプタム４０に針７１を挿抜してシリンジ７０にガスを採取する構成になっており、任意のタイミングで簡単にガスを採取することができる。

更に、本実施形態に係るガス採取容器１は、真空引き装置３０が収納部１８を真空にするため、岩石６０からガスが放出されることを促進できる。このため、岩石６０に含まれるガスを短期間で採取することができる。

なお、岩石６０からのガスの放出を促進する手段としては、真空引き装置３０に限定されず、収納部１８内の環境を調整することで岩石からガスが放出されることを促進できるものであればよい。

例えば、超音波発生装置を容器本体１１の外周近傍に取り付け、収納部１８に超音波を出力するようにする。これにより、収納部１８内の岩石６０は超音波による振動や破壊により岩石６０中のガスが放出されるため、岩石６０からのガスの放出を促進することができる。また、超音波洗浄装置（超音波発生装置の一例）を用いることもできる。その水槽部に密封容器１０を設置して洗浄動作を実行することで、密封容器１０内の岩石６０に超音波が加わるからである。

他に、密封容器１０に加熱装置を取り付けてもよい。例えば、加熱装置を容器本体１１の外周近傍に取り付け、容器本体１１を介して収納部１８内部の岩石を加熱するようにする。この加熱により、ガスは加熱により岩石６０から放出されるため、岩石６０からのガスの放出を促進することができる。また、前記した超音波洗浄装置と加熱装置とを併用してもよい。すなわち、超音波洗浄装置に加熱装置を設け、加熱装置の熱で水を加熱し、その水の熱が密封容器１０に伝わるようにする。この加熱と超音波洗浄により、ガスは加熱により岩石６０から放出されるため、岩石からのガスの放出をより一層促進することができる。

さらに、収納部１８に酸性の液体を注入する液体注入手段を設けてもよい。例えば、液体注入手段を、針を有するシリンジから構成し、その針をセプタム４０に突き刺し、収納部１８に酸性の液体を導入するようにする。この酸性の液体により、岩石６０は溶解するため、ガスの放出を促進することができる。

さらに、収納部１８に酸素を導入する酸素導入手段を挙げることができる。例えば、酸素導入手段を、酸素を貯留する酸素タンクをボールバルブ３１に接続して構成する。ボールバルブ３１を開放して、酸素タンクから収納部１８に酸素を注入することで、収納部１８に酸素が充填される。これにより岩石６０に存在する微生物が活性化し、その微生物由来のガスが収納部１８に放出される。このことから、収納部１８から採取したガスの同位体比を分析することで、そのガスが微生物由来のものであることが判明すれば、その岩石６０には微生物が存在する、と判断することができる。

本発明は、岩石に含まれるガスを採取し、分析する産業分野で利用することができる。

１ガス採取容器
１０密封容器
１１容器本体
１２蓋部材
１３開口部
１４フランジ部
１５、１６ねじ穴
１７ねじ
１８収納部
１９溝部
２０Ｏリング
２１内圧調整孔
２２ガス採取孔
２３突起部
２４貫通孔
３０真空引き装置
３１ボールバルブ
４０セプタム
５０回収筒
５１ビニール袋
６０岩石
６１脱気水
７０シリンジ
７１針

Claims

ガスを含有する岩石が収納される密封容器と、
前記密封容器の開口部に設けられたシール部材とを備え、
前記シール部材は、前記開口部の気密性を保持したまま、前記ガスを採取する採取部材に設けられた針状部材が貫通可能であり、
前記密封容器内部に酸性の液体を注入する液体注入手段を備え、
前記密封容器は、前記液体注入手段から前記密封容器内部に酸性の液体が注入された状態で前記岩石を保管することで、前記岩石からのガスの放出を促進する
ことを特徴とするガス採取容器。
請求項１に記載するガス採取容器において、
不活性ガスが充填された移し替え容器をさらに備え、
前記密封容器は、前記移し替え容器内に配設されている
ことを特徴とするガス採取容器。
請求項１又は請求項２に記載するガス採取容器において、
前記密封容器は、容器本体と蓋部材とから構成され、
前記容器本体と前記蓋部材との接合部には、Ｏリングが設けられている
ことを特徴とするガス採取容器。
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載するガス採取容器において、
前記密封容器に超音波を発する超音波発生装置を備え、
前記密封容器は、前記超音波発生装置から超音波が発せられた状態で前記岩石を保管することで、前記岩石からのガスの放出を促進する
ことを特徴とするガス採取容器。
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載するガス採取容器において、
前記密封容器内部の圧力を調整する圧力調整手段を備え、
前記密封容器は、前記密封容器内部の圧力が前記圧力調整手段により真空にされた状態で前記岩石を保管することで、前記岩石からのガスの放出を促進する
ことを特徴とするガス採取容器。
請求項１〜請求項５の何れか一項に記載するガス採取容器において、
前記密封容器を加熱する加熱手段を備え、
前記密封容器は、前記密封容器が前記加熱手段により所定温度に維持された状態で前記岩石を保管することで、前記岩石からのガスの放出を促進する
ことを特徴とするガス採取容器。
請求項１〜請求項６の何れか一項に記載するガス採取容器において、
前記密封容器内部に酸素を導入する酸素導入手段を備え、
前記密封容器は、前記酸素導入手段から前記密封容器内部に酸素が導入された状態で前記岩石を保管することで、前記岩石に存在する微生物を活性化させて微生物由来のガスの放出を促進する
ことを特徴とするガス採取容器。