JP5538269B2

JP5538269B2 - メタンハイドレートからのメタンガス採取装置及びメタンハイドレートからのメタンガス採取方法

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Publication number: JP5538269B2
Application number: JP2011036073A
Authority: JP
Inventors: 徹池▲崎▼; 浩二堺
Original assignee: Nippon Steel Engineering Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Engineering Co Ltd
Priority date: 2011-02-22
Filing date: 2011-02-22
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2031-02-22
Also published as: JP2012172418A

Description

本発明は、海底地盤あるいは湖底地盤に存在するメタンハイドレートからメタンガスを採取するためのメタンハイドレートからのメタンガス採取装置及びメタンガス採取方法に関する。

石油資源に替わる新たな資源としてメタンハイドレートが注目を集めており、我が国近海は、世界最大のメタンハイドレート埋蔵量を誇るといわれている。このメタンハイドレートは、水素結合による水分子の籠状構造の中にメタンが入り込んだ氷状の固体結晶であり、低温且つ高圧下で安定的に存在する。そして、永久凍土の地下数百〜千ｍの堆積物中や海底、湖底でこの低温高圧条件が満たされるため、メタンハイドレートは永久凍土や海底、湖底の地盤内に存在している。

また、海底（湖底）のメタンハイドレートには、水深数百ｍ以深の海底地盤（湖底地盤）の地下数百ｍの深層部に存在する深層型メタンハイドレートと、海底面（湖底面）に露出するなどして浅層部に存在する表層型メタンハイドレートとがある。

そして、このようなメタンハイドレートは、僅かに温度、圧力条件を変化させるだけで相平衡状態が崩れ、分解（解離）させることができる。図２は、メタンハイドレートの温度と圧力の相平衡条件を示したものである。この図において、実線は、メタンハイドレートが生産される境界を示しており、図中左上側の低温、高圧側がメタンハイドレートの安定領域である。水域（海、湖）では、水深約４００ｍ以深でこの温度、圧力条件に達するが、海底（湖底）の地盤温度が地下深度とともに増加するため、メタンハイドレートの生成条件が満たされる下限の地盤深度が存在し、この地盤深度は概ね地下１００ｍ〜３００ｍ程度である。深層型メタンハイドレートは、この下限地盤深度の直上に存在し、言い換えれば、温度と圧力の相平衡条件に極めて近い状態で存在している。

そして、現在、メタンハイドレートからメタンガスを採取する手法として、加熱法（熱刺激法）、減圧法、インヒビター注入法など温度や圧力の条件を変化させ、相平衡状態を変化させることによってメタンハイドレートをメタンガスと水に分解し、メタンガスを採取（回収、生産）する手法が検討されている。

このうち、減圧法は、海底（湖底）地盤内にパイプ（減圧井戸）を設置し、このパイプ内を減圧させると、メタンハイドレート層に配されたパイプのストレーナー部（開孔）からパイプ内にメタンハイドレートが解離して、またはメタンハイドレートが分解したメタンガスが導入される。そして、パイプ内で上方に海水を流通させながらメタンガスを上方に搬送し、メタンガスを海水から分離することで比較的容易にメタンガスを採取することができる。このため、減圧法は、他の手法に比べて経済性等で優位であり、最も有望な手法として期待されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−２６２０８３号公報

しかしながら、上記従来の減圧法によるメタンハイドレートからのメタンガス採取方法においては、減圧度が高くなると海底面（湖底面）の沈下、亀裂、ガス漏洩が生じて環境を破壊するおそれがあった。また、海底、湖底には、例えば砒素などの有害物質がある場合もあり、このような有害物質によって環境汚染が発生するおそれがあった。

また、強減圧下で過度に水を吸引することにより、水処理コストが上昇し、且つメタンハイドレート層の圧密化が促進されて、地層の浸透度の低下を招き、メタンガスの生産効率（採取効率）が低下するという問題もあった。

さらに、海底地盤や湖底地盤に存在するメタンハイドレートは、例えば砂質層に混在している場合が多く、強制減圧に伴う出砂、出水により、ストレーナー部（開孔）に砂などの異物が目詰まり、メタンガスの生産効率が低下するおそれがあった。

また、メタンハイドレートがメタンガスと水に分解する反応は、吸熱反応であるため、メタンハイドレート層が低温化して生産効率が低下したり、パイプ内が低温化してメタンハイドレートへの再氷結が生じて安定的にメタンガスを生産できなくなるおそれがあった。

本発明は、上記事情に鑑み、第一に、ストレーナー部の目詰まりによるメタンガスの生産効率の低下を抑止するとともに、海底や湖底の沈下、亀裂、ガス漏洩、有害物質の拡散による環境破壊が生じることを抑止し、第二に、メタンハイドレート層やメタンガス採取装置内の低温化によるメタンガスの生産効率の低下を抑止して、好適にメタンハイドレートからメタンガスを採取することを可能にするメタンハイドレートからのメタンガス採取装置及びメタンハイドレートからのメタンガス採取方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。

本発明のメタンハイドレートからのメタンガス採取装置は、海底地盤あるいは湖底地盤に存在するメタンハイドレートからメタンガスを採取するための装置であって、ストレーナー部を有する管状の井戸本体の上端に、前記井戸本体の内部で下方から上方に搬送されたメタンガスを水と分離するガスホルダーを設けてなる第１井戸部及び第２井戸部と、前記第１井戸部と前記第２井戸部の内部が連通するように架設された連結部とを備えるとともに、前記第１井戸部と前記第２井戸部の前記ストレーナー部が前記海底地盤あるいは前記湖底地盤内のメタンハイドレート層中に配されるように設置した状態で、正転又は逆転駆動することにより、前記第１井戸部と前記連結部と前記第２井戸部と前記メタンハイドレート層の間で海水あるいは湖水を正方向又は逆方向に循環させる循環ポンプユニットを備えていることを特徴とする。

この発明においては、循環ポンプユニットを正転駆動すると、第１井戸部から連結部を通じて第２井戸部に、第２井戸部から第２井戸部のストレーナー部を通じてメタンハイドレート層に、メタンハイドレート層から第１井戸部のストレーナー部を通じて第１井戸部に、海水あるいは湖水を順方向に循環させることができる。また、循環ポンプユニットを逆転駆動すると、第２井戸部から連結部を通じて第１井戸部に、第１井戸部から第１井戸部のストレーナー部を通じてメタンハイドレート層に、メタンハイドレート層から第２井戸部のストレーナー部を通じて第２井戸部に、海水あるいは湖水を逆方向に循環させることができる。

そして、このように循環ポンプユニットの正転又は逆転駆動によって海水あるいは湖水を循環させることで、一方の井戸部（一方の井戸部の井戸本体）の内部が減圧され、メタンハイドレート層を減圧することができる。このため、メタンハイドレート層の温度と圧力の相平衡条件が崩れ、メタンハイドレート層からメタンハイドレートを解離させ、且つメタンハイドレートをメタンガスと水に分解して、一方の井戸部の内部にストレーナー部から導入し、一方の井戸部のガスホルダーにメタンガスを海水あるいは湖水から分離して導入することができる。

これにより、メタンガス採取装置の内部で海水あるいは湖水を循環させながら、順次連続的に一方の井戸部のガスホルダーから、例えばこのガスホルダーに接続したフレキシブル管を通じてメタンガス回収船にメタンガスを回収（採取）することができる。

また、メタンハイドレートからメタンガスを採取する運転を継続して行い、メタンハイドレート層内の砂などの異物が井戸本体のストレーナー部に目詰まりした場合であっても、循環ポンプユニットの駆動を切り替えて逆転し、メタンガス採取装置内での海水あるいは湖水の循環方向を逆方向に変えることで、ストレーナー部に目詰まりした砂などの異物を逆洗して除去することができる。

これにより、ストレーナー部の目詰まりに起因してメタンガスの生産効率（採取効率）が低下した場合であっても、ストレーナー部に目詰まりした異物を除去してメタンガスの生産効率を容易に回復させることが可能になる。

さらに、海水あるいは湖水が他方の井戸部のストレーナー部を通じてメタンハイドレート層に戻されるため、メタンハイドレート層から順次メタンガスを採取しても、返送した海水あるいは湖水によってメタンハイドレート層に生じた間隙が満たされ、海底面あるいは湖底面の沈下、亀裂、ガス漏洩が生じることを抑止することができる。また、海底地盤あるいは湖底地盤には、例えば砒素などの有害物質が含まれている場合があるが、海水あるいは湖水がメタンハイドレート層に戻されることで、このような有害物質が拡散して環境汚染が発生することも抑止することができる。

また、本発明のメタンハイドレートからのメタンガス採取装置においては、海水あるいは湖水が流通する前記第１井戸部と前記連結部と前記第２井戸部の内部の循環流路に生石灰を供給する生石灰供給手段を備えていることが望ましい。

この発明においては、生石灰供給手段によって生石灰をメタンガス採取装置の内部に供給することで、生石灰と海水が反応して水酸化カルシウムを生成する発熱反応を生じさせることができる。これにより、メタンハイドレート層の温度やメタンガス採取装置内の温度を昇温することができ、メタンハイドレート層内でのメタンハイドレートの分解反応が低下したり、メタンガス採取装置内でメタンガスがメタンハイドレートに再氷結（再結晶化）してメタンハイドレートの分解反応が低下することを回避することができ、メタンガスの生産効率を向上させることが可能になる。

さらに、本発明のメタンハイドレートからのメタンガス採取装置においては、前記循環流路に炭酸ガスを供給する炭酸ガス供給手段を備えていることがより望ましい。

この発明においては、炭酸ガス供給手段によって炭酸ガスをメタンガス採取装置の内部に供給することで、生石灰と海水あるいは湖水が反応して生成した水酸化カルシウムが炭酸ガスと反応して炭酸カルシウムを生成することができる。そして、このように生成した炭酸カルシウムは、難溶性（不溶性）の物質であるため、メタンガス採取装置内の海水あるいは湖水の循環によってメタンハイドレート層に搬送され、メタンハイドレートが採取されて生じたメタンハイドレート層の間隙に充填される。これにより、炭酸ガスを供給することによって、海底面あるいは湖底面の沈下、亀裂、ガス漏洩が生じることをより効果的に抑止することが可能になる。

本発明のメタンハイドレートからのメタンガス採取方法は、海底地盤あるいは湖底地盤に存在するメタンハイドレートからメタンガスを採取する方法であって、上記のいずれかのメタンハイドレートからのメタンガス採取装置を用いることを特徴とする。

この発明においては、上記のいずれかのメタンハイドレートからのメタンガス採取装置を用いることで、上記の作用効果を得ることが可能になる。

本発明のメタンハイドレートからのメタンガス採取装置及びメタンハイドレートからのメタンガス採取方法によれば、海底あるいは湖底の沈下、亀裂、ガス漏洩、有害物質の拡散による環境破壊が生じることを抑止でき、また、ストレーナー部の目詰まりによるメタンガスの生産効率の低下を抑止することができ、好適にメタンハイドレートからメタンガスを採取することが可能になる。

本発明の一実施形態に係るメタンハイドレートからのメタンガス採取装置（及びメタンガス採取方法）を示す図である。メタンハイドレートの温度と圧力の相平衡条件を示す図である。

以下、図１及び図２を参照し、本発明の一実施形態に係るメタンハイドレートからのメタンガス採取装置及びメタンハイドレートからのメタンガス採取方法について説明する。本実施形態は、海底地盤に存在するメタンハイドレート（メタンハイドレート層）からメタンガスを好適に採取可能（生産可能）なメタンガス採取装置及びメタンガス採取方法に関するものである。

本実施形態のメタンガス採取装置Ａは、図１に示すように、第１井戸部１と、第２井戸部２と、これら第１井戸部１と第２井戸部２を連結する連結部３とを備えて構成されている。

また、第１井戸部１は、海底地盤Ｇ内に設置される鋼管などの第１井戸本体（井戸本体）４と、海底地盤Ｇに設置した状態で海水Ｗ中に配された第１井戸本体４の上端に接続して設けられ、メタンガスＭを水Ｗと分離するための第１ガスホルダー（ガスホルダー）５とを備えて構成されている。

第１井戸本体４には、海底地盤Ｇ内のメタンハイドレート層Ｇ１中に配置される下端側に、メタンハイドレート層Ｇ１側の外部と第１井戸本体４の内部を連通させる複数の開孔を備えたストレーナー部６が設けられている。また、第１ガスホルダー５は、上端側の開口を閉塞した略筒状に形成され、開口する下端側を第１井戸本体４の上端に形成したフランジに接続して、第１井戸本体４と互いの内部が連通するように設けられている。さらに、第１ガスホルダー５は、その上端側にフレキシブル管７の一端が接続され、このフレキシブル管７を介して、メタンガス回収船８に搭載したメタンガス回収槽９などに接続されている。また、このフレキシブル管７は、第１バルブ１０を介して第１ガスホルダー５に接続されている。

第２井戸部２は、第１井戸部１と同様に、海底地盤Ｇ内に設置される鋼管などの第２井戸本体（井戸本体）１１と、海底地盤Ｇに設置した状態で海水Ｗ中に配された第２井戸本体４の上端に接続して設けられ、メタンガスＭを水Ｗと分離するための第２ガスホルダー（ガスホルダー）１２とを備えて構成されている。

また、第１井戸部１と同様、第２井戸本体１１には、海底地盤Ｇ内のメタンハイドレート層Ｇ１中に配置される下端側に、メタンハイドレート層Ｇ１側の外部と第２井戸本体１１の内部を連通させる複数の開孔を備えたストレーナー部１３が設けられている。また、第２ガスホルダー１２は、上端側の開口を閉塞した略筒状に形成され、開口する下端側を第２井戸本体１１の上端に形成したフランジに接続して、第２井戸本体１１と互いの内部が連通するように設けられている。さらに、第２ガスホルダー１２は、その上端側にフレキシブル管１４の一端が接続され、このフレキシブル管１４を介して、メタンガス回収船８に搭載したメタンガス回収槽９などに接続されている。また、このフレキシブル管１４は、第２バルブ１５を介して第２ガスホルダー１２に接続されている。

連結部３は、第１ガスホルダー５と第２ガスホルダー１２の内部を連通させるように、第１ガスホルダー５と第２ガスホルダー１２に両端をそれぞれ接続して架設されている。また、本実施形態の連結部３は、フレキシブル管２０と循環ポンプユニット２１を備えて構成されている。そして、本実施形態のメタンガス採取装置Ａは、この連結部３の循環ポンプユニット（循環ポンプ）２１の正転又は逆転駆動によって、第１井戸部１と連結部３と第２井戸部２とメタンハイドレート層Ｇ１の間で海水Ｗを正方向Ｔ１又は逆方向Ｔ２に循環させるように構成されている。

すなわち、循環ポンプユニット２１を正転駆動させると、第１井戸本体４、第１ガスホルダー５から連結部３を通じて第２ガスホルダー１２、第２井戸本体１１に、第２井戸本体１１のストレーナー部１３からメタンハイドレート層Ｇ１、第１井戸本体４のストレーナー部６を通じて第１井戸本体４の内部に向かう正方向Ｔ１に海水Ｗが循環する。また、循環ポンプユニット２１を逆転駆動させると、第２井戸本体１１、第２ガスホルダー１２から連結部３を通じて第１ガスホルダー５、第１井戸本体４に、第１井戸本体４のストレーナー部６からメタンハイドレート層Ｇ１、第２井戸本体１１のストレーナー部１３を通じて第２井戸本体１１の内部に向かう逆方向Ｔ２に海水Ｗが循環する。

さらに、本実施形態のメタンガス採取装置Ａにおいては、メタンガス採取装置Ａの内部ひいては第１井戸部１と連結部３と第２井戸部２の内部の水Ｗの循環流路Ｒに生石灰（ＣａＯ）Ｃ１を供給する生石灰供給手段２２と、循環流路Ｒに炭酸ガス（ＣＯ_２）Ｃ２を供給する炭酸ガス供給手段２３とを備えている。

本実施形態において、生石灰供給手段２２は、メタンガス回収船８から配管で生石灰Ｃ１を圧送し、配管を介して第２井戸部２の内部に供給するように構成されている。炭酸ガス供給手段２３は、メタンガス回収船８から配管で炭酸ガスＣ２を圧送し、配管を介して第２井戸部２の内部に供給するように構成されている。

なお、これら生石灰供給手段２２と炭酸ガス供給手段２３は、第１井戸部１と連結部３と第２井戸部２の内部を流通する水Ｗに生石灰Ｃ１や炭酸ガスＣ２を供給することができればよく、第１井戸部１や連結部３の内部に生石灰Ｃ１や炭酸ガスＣ２を供給するように構成されていてもよい。また、配管を分岐するなどして第１井戸部１、連結部３、第２井戸部２の全てに生石灰Ｃ１や炭酸ガスＣ２を供給したり、第１井戸部１、連結部３、第２井戸部２にそれぞれ選択的に生石灰Ｃ１や炭酸ガスＣ２を供給するように構成されていてもよい。

次に、上記構成からなるメタンガス採取装置Ａを用いてメタンハイドレートからメタンガスを採取する方法について説明するとともに、本実施形態のメタンハイドレートからのメタンガス採取装置Ａ及びメタンハイドレートからのメタンガス採取方法の作用及び効果について説明する。

ここで、通常、メタンハイドレートが存在する海底部の水温は約５℃前後であり、大半のメタンハイドレートは、海洋堆積層（主に砂質層、メタンハイドレート層Ｇ１）に存在する。そして、海洋堆積層内の温度は、深くなるにつれて上昇する。また、海水中の圧力、海洋堆積層内の圧力は、深くなるにつれて高くなる。このため、図２に示したように、温度と圧力の相平衡条件がメタンハイドレートの生成条件を満たす海底地盤Ｇ内にメタンハイドレート層Ｇ１が存在する。

このような海底地盤Ｇ内に存在するメタンハイドレートからメタンガスを採取する際には、メタンガス回収船８でメタンガス採取装置Ａを所定位置まで曳航し、第１井戸部１と第２井戸部２にそれぞれフレキシブル管７、１４を接続した状態でメタンガス採取装置Ａを海底に降下させる。また、予め、海底地盤Ｇにメタンハイドレート層Ｇ１に達する井戸孔を穿孔機などを用いて穿孔しておき、メタンガス採取装置Ａを海底に降下させるとともに、第１井戸部１の第１井戸本体４と第２井戸部２の第２井戸本体１１をそれぞれ穿孔内に挿入してメタンガス採取装置Ａを設置する。このとき、第１井戸本体４と第２井戸本体１１の各ストレーナー部６、１１がメタンハイドレート層Ｇ１中に配され、且つ第１ガスホルダー５と第２ガスホルダー１２と連結部３が海水Ｗ中に配されるようにして、メタンガス採取装置Ａを所定位置に設置する。

なお、メタンガス回収船８に設けたＧＰＳ、方位計、トランスデューサー、メタンガス採取装置Ａあるいはフレキシブル管７、１４に設けたトランスポンダーなどを用いることで、メタンガス採取装置Ａを海底の所定位置に設置することが可能である。

上記のようにメタンガス採取装置Ａを海底の所定位置に設置した段階では、第１井戸部１と第２井戸部２、連結部３の内部に海水Ｗが満たされており、メタンガス採取装置Ａの内部の圧力は外部の深海圧力と釣り合い状態にある。

そして、この状態から、第１バルブ１０を開き、第２バルブ１５を閉じて、循環ポンプユニット２１を正転駆動し、第１井戸本体４（及び第１ガスホルダー５）内の海水Ｗを連結部３を通じて第２井戸本体１１（及び第２ガスホルダー１２）に向かう正方向Ｔ１で流通させる。これにより、第１井戸部１内が減圧され、第１井戸本体４内の水位が下がるとともに第１井戸本体４のストレーナー部６を通じてメタンハイドレート層Ｇ１の内圧が下がる。なお、このように循環ポンプユニット２１を正転駆動して第１井戸本体４内の水位が下がった際に（逆転駆動して第２井戸本体１１内の水位が下がったときも同様）、循環ポンプユニット２１にキャビテーションが生じることがない位置に連結部３は設けられている。すなわち、メタンガス採取装置Ａの運転時に、第１井戸部１及び第２井戸部２内の水面と連結部３の接合部（循環ポンプユニット２１）の位置の間隔Ｓが常時Ｓ＞０となるように、連結部３は設けられている。

そして、例えば海面からの深さが１０００ｍの海洋堆積層（メタンハイドレート層Ｇ１）内のメタンハイドレートからメタンガスを採取する場合には、図２に示すように、この海洋堆積層の温度は約５℃前後であり、第１井戸本体４内を減圧してメタンハイドレート層Ｇ１の内圧（水圧）を４ＭＰａ以下に低下させる。

これにより、正方向Ｔ１に海水Ｗを循環させるとともに、メタンハイドレート層Ｇ１の温度と圧力の相平衡条件が崩れ、メタンハイドレート層Ｇ１からメタンハイドレートが解離し、且つメタンハイドレートがメタンガスＭと水Ｗに分解されて、ストレーナー部６から第１井戸本体４内に導入される。そして、第１井戸本体４内を海水ＷとともにメタンガスＭが上昇し、第１ガスホルダー５内で海水Ｗと分離され、フレキシブル管７を通じてメタンガス回収船８のメタンガス回収槽９に回収されてゆく。

なお、ストレーナー部６から結晶状態のメタンハイドレートが導入された場合であっても、海水Ｗと一緒に第１井戸本体４内を上方に流通し、これとともに圧力がさらに減圧されるため、結晶状態のメタンハイドレートはメタンガスＭと水Ｗに自動的に分解される。

また、第１ガスホルダー５内でメタンガスＭを分離した後の海水Ｗは、第１ガスホルダー５から連結部３、連結部３から第２ガスホルダー１２、第２ガスホルダー１２から第２井戸本体１１に流通し、第２井戸本体１１のストレーナー部１３の開孔からメタンハイドレート層Ｇ１に戻される。本実施形態では、このように海水Ｗが循環することにより、メタンハイドレート層内から順次メタンハイドレートが解離、分解して回収されてゆく。

そして、このとき、海水Ｗがメタンハイドレート層Ｇ１に戻されることで、メタンハイドレート層Ｇ１から順次連続的にメタンハイドレート（メタンガスＭ）が採取されても、返送した海水Ｗによってメタンハイドレート層Ｇ１に生じた間隙が満たされ、海底面の沈下、亀裂、ガス漏洩が生じることが抑止される。また、海底地盤Ｇには、例えば砒素などの有害物質が含まれている場合があるが、海水Ｗを循環させてメタンハイドレート層Ｇ１に戻すことで、このような有害物質が拡散して環境汚染が発生することも抑止される。

ここで、メタンハイドレートからメタンガスＭを採取する運転を継続して行うと、メタンハイドレート層Ｇ１内の砂などの異物が第１井戸本体１のストレーナー部６に目詰まりし、圧力損失が徐々に増大してメタンハイドレートの分解反応（メタンガスＭの生産効率）が低下するおそれがある。

これに対し、本実施形態では、メタンハイドレートの分解反応が減速した段階で、第１バルブ１０を閉じ、第２バルブ１５を開け、循環ポンプユニット２１を逆転駆動に切り替える。これにより、第２井戸本体１１（及び第２ガスホルダー１２））内の海水Ｗが連結部３を通じて第１井戸本体４（及び第１ガスホルダー５）に向けて逆方向Ｔ２に流通する。このため、第１井戸本体４のストレーナー部６の開孔に目詰まりした砂などの異物が逆洗されて除去されることになる。

また、第２井戸部２内が減圧され、第２井戸本体１１内の水位が下がり、メタンハイドレート層Ｇ１からメタンハイドレートが解離し、且つメタンハイドレートがメタンガスＭと水Ｗに分解されて、ストレーナー部１３の開孔から第２井戸本体１１内に導入される。これにより、第２井戸本体１１内を海水ＷとともにメタンガスＭが上昇して第２ガスホルダー１２内で海水Ｗと分離され、フレキシブル管１４を通じてメタンガス回収船８のメタンガス回収槽９に回収されてゆく。

また、循環ポンプユニット２１を正方向Ｔ１に駆動したときと同様に、第２ガスホルダー１２内でメタンガスＭを分離した後の海水Ｗは、第２ガスホルダー１２から連結部３、連結部３から第１ガスホルダー５、第１ガスホルダー５から第１井戸本体４に流通し、第１井戸本体４のストレーナー部６の開孔からメタンハイドレート層Ｇ１に戻される。このように海水Ｗが逆方向Ｔ２に循環することにより、ストレーナー部６の開孔の目詰まりを解消するとともにメタンハイドレート層Ｇ１から順次連続的にメタンハイドレートが解離、分解してメタンガスＭが回収され、メタンハイドレートの分解反応の回復（メタンガスＭの生産効率の回復）が図れる。

一方、メタンハイドレートがメタンガスＭと水Ｗに分解する反応は吸熱反応であるため、メタンハイドレートからメタンガスＭを採取する運転を継続して行うと、減圧しているにもかかわらずメタンハイドレート層Ｇ１の温度が低下して、メタンハイドレート層Ｇ１内でのメタンハイドレートの分解反応が低下して、メタンガスＭの生産効率が低下するおそれがある。また、メタンガス採取装置Ａ内の温度（第１井戸部１、連結部３、第２井戸部２内の温度）が低下して、メタンガス採取装置Ａ内でメタンガスＭがメタンハイドレートに再氷結（再結晶化）してメタンガスＭの生産効率が低下するおそれもある。

これに対し、本実施形態では、生石灰供給手段２２によって生石灰（ＣａＯ）Ｃ１をメタンガス採取装置Ａの内部に供給する。そして、生石灰Ｃ１を供給すると、メタンガス採取装置Ａ内を循環する海水Ｗと反応して水酸化カルシウムを生成する反応が生じる（ＣａＯ＋Ｈ_２Ｏ→Ｃａ（ＯＨ）_２）。この反応が発熱反応であるため、メタンガス採取装置Ａ内を循環する海水Ｗの温度が上昇し、昇温した海水Ｗがメタンハイドレート層Ｇ１を流通することでメタンハイドレート層Ｇ１内の温度が上昇する。

このようにメタンハイドレート層Ｇ１の温度やメタンガス採取装置Ａ内の温度が昇温することで、メタンハイドレート層Ｇ１内でのメタンハイドレートの分解反応が促進されてメタンガスＭの生産効率が高まり、また、メタンガス採取装置Ａ内でメタンガスＭが再結晶化することがなくなり、メタンガスＭの生産効率が高まる。

また、本実施形態では、炭酸ガス供給手段２３が設けられ、生石灰供給手段２２によって生石灰Ｃ１をメタンガス採取装置Ａの内部に供給するとともに、この炭酸ガス供給手段２３によって炭酸ガス（ＣＯ_２）Ｃ２をメタンガス採取装置Ａの内部に供給する。そして、生石灰Ｃ１と海水Ｗが反応して生成した水酸化カルシウム（水酸化カルシウムが溶解して生成されたカルシウムイオン）が炭酸ガスＣ２と反応して炭酸カルシウムが生成される（Ｃａ（ＯＨ）_２＋ＣＯ_２→ＣａＣＯ_３＋Ｈ_２Ｏ）。

このように生成した炭酸カルシウムは、難溶性（不溶性）の物質であるため、メタンガス採取装置Ａ内の海水Ｗの循環によってメタンハイドレート層Ｇ１に搬送されるとともに、メタンハイドレートが採取されて生じたメタンハイドレート層Ｇ１の間隙に充填される。これにより、炭酸ガスＣ２を供給することによって、海底面の沈下、亀裂、ガス漏洩が生じることがより効果的に抑止されることになる。

したがって、本実施形態のメタンハイドレートからのメタンガス採取装置Ａ及びメタンハイドレートからのメタンガス採取方法においては、連結部３の循環ポンプユニット２１を正転駆動すると、第１井戸部１から連結部３を通じて第２井戸部２に、第２井戸部２から第２井戸部２のストレーナー部１２を通じてメタンハイドレート層Ｇ１に、メタンハイドレート層Ｇ１から第１井戸部１のストレーナー部６を通じて第１井戸部１に、海水Ｗを正方向Ｔ１に循環させることができる。また、循環ポンプユニット２１を逆転駆動すると、第２井戸部２から連結部３を通じて第１井戸部１に、第１井戸部１から第１井戸部１のストレーナー部６を通じてメタンハイドレート層Ｇ１に、メタンハイドレート層Ｇ１から第２井戸部２のストレーナー部１３を通じて第２井戸部２に、海水Ｗを逆方向Ｔ２に循環させることができる。

そして、循環ポンプユニット２１の駆動によって海水Ｗを循環させることで一方の井戸部１（２）の内部が減圧され、メタンハイドレート層Ｇを減圧することができる。このため、メタンハイドレート層Ｇ１の温度と圧力の相平衡条件が崩れ、メタンハイドレート層Ｇ１からメタンハイドレートを解離させ、且つメタンハイドレートをメタンガスＭと水Ｗに分解して、一方の井戸部１（２）の内部にストレーナー部６（１３）から導入し、一方の井戸部１（２）のガスホルダー５（１２）にメタンガスＭを海水Ｗから分離して導入することができる。

これにより、メタンガス採取装置Ａの内部で海水Ｗを循環させながら、順次連続的に一方の井戸部１（２）のガスホルダー５（１２）からフレキシブル管７（１４）を通じてメタンガス回収船８にメタンガスＭを送り回収することができる。

また、メタンハイドレートからメタンガスＭを採取する運転を継続して行い、メタンハイドレート層Ｇ１内の砂などの異物がストレーナー部６（１３）に目詰まりした場合であっても、循環ポンプユニット２１の駆動を切り替えて逆転させ、メタンガス採取装置Ａ内での海水Ｗの循環方向を逆方向Ｔ２に変えることで、ストレーナー部６（１３）に目詰まりした砂などの異物を逆洗して除去することができる。

これにより、ストレーナー部６（１３）の目詰まりに起因してメタンガスＭの生産効率が低下した場合であっても、ストレーナー部６（１３）に目詰まりした異物を除去してメタンガスＭの生産効率を容易に回復させることが可能になる。

さらに、海水Ｗが他方の井戸部２（１）のストレーナー部１３（６）を通じてメタンハイドレート層Ｇ１に戻されるため、メタンハイドレート層Ｇ１から順次メタンハイドレートを解離させてメタンガスＭを採取しても、返送した海水Ｗによってメタンハイドレート層Ｇ１に生じた間隙が満たされ、海底面の沈下、亀裂、ガス漏洩が生じることを抑止することができる。また、海底地盤Ｇには、例えば砒素などの有害物質が含まれている場合があるが、海水Ｗがメタンハイドレート層Ｇ１に戻されることで、このような有害物質が拡散して環境汚染が発生することも抑止することができる。

また、本実施形態のメタンハイドレートからのメタンガス採取装置Ａ及びメタンハイドレートからのメタンガス採取方法においては、生石灰供給手段２２によって生石灰Ｃ１をメタンガス採取装置Ａの内部に供給することで、生石灰Ｃ１と海水Ｗが反応して水酸化カルシウムを生成する発熱反応を生じさせることができる。

これにより、メタンハイドレート層Ｇ１の温度やメタンガス採取装置Ａ内の温度を昇温することができ、メタンハイドレート層Ｇ１内でのメタンハイドレートの分解反応が低下したり、メタンガス採取装置Ａ内でメタンガスＭがメタンハイドレートに再結晶化してメタンハイドレートの分解反応が低下することを回避でき、メタンガスＭの生産効率を向上させることが可能になる。

さらに、本実施形態のメタンハイドレートからのメタンガス採取装置Ａ及びメタンハイドレートからのメタンガス採取方法においては、炭酸ガス供給手段２３によって炭酸ガスＣ２をメタンガス採取装置Ａの内部に供給することで、生石灰Ｃ１と海水Ｗが反応して生成した水酸化カルシウムが炭酸ガスＣ２と反応して炭酸カルシウムを生成させることができる。

そして、このように生成した炭酸カルシウムは、メタンガス採取装置Ａ内の海水Ｗの循環によってメタンハイドレート層Ｇ１に搬送され、メタンハイドレートが採取されて生じたメタンハイドレート層Ｇ１の間隙に充填される。これにより、炭酸ガスＣ２を供給することによって、海底面の沈下、亀裂、ガス漏洩が生じることをより効果的に抑止することが可能になる。

よって、本実施形態のメタンハイドレートからのメタンガス採取装置Ａ及びメタンハイドレートからのメタンガス採取方法によれば、海底の沈下、亀裂、ガス漏洩、有害物質の拡散による環境破壊が生じることを抑止でき、ストレーナー部６、１３の目詰まりによるメタンガスＭの生産効率の低下を抑止することができ、メタンハイドレート層Ｇ１やメタンガス採取装置Ａ内の低温化によるメタンガスＭの生産効率の低下を抑止することができ、好適にメタンハイドレートからメタンガスＭを採取することが可能になる。

以上、本発明に係るメタンハイドレートからのメタンガス採取装置及びメタンハイドレートからのメタンガス採取方法の一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、本実施形態では、海底地盤Ｇに存在するメタンハイドレートからメタンガスＭを生産するものとして説明を行ったが、湖底地盤に存在するメタンハイドレートに対しても、勿論、本実施形態と同様にしてメタンガスＭを生産することが可能である。

また、本実施形態では、それぞれ一つずつの第１井戸部１と第２井戸部２（と連結部３）を備えてメタンガス採取装置Ａが構成されているように説明を行ったが、勿論、第１井戸部１と第２井戸部２と連結部３をそれぞれ複数備えてメタンガス採取装置Ａを構成するようにしてもよい。

さらに、本実施形態では、循環ポンプユニット２１が連結部３に設けられているものとしたが、本発明に係る循環ポンプユニット２１は、メタンガス採取装置Ａ内で海水あるいは湖水Ｗを正方向Ｔ１又は逆方向Ｔ２に循環させることが可能であれば、その設置位置を特に限定する必要はない。

１第１井戸部
２第２井戸部
３連結部
４第１井戸本体（井戸本体）
５第１ガスホルダー（ガスホルダー）
６ストレーナー部
７フレキシブル管
８メタンガス回収船
９メタンガス回収槽
１０第１バルブ
１１第２井戸本体（井戸本体）
１２第２ガスホルダー（ガスホルダー）
１３ストレーナー部
１４フレキシブル管
１５第２バルブ
２０フレキシブル管
２１循環ポンプユニット
２２生石灰供給手段
２３炭酸ガス供給手段
Ａメタンガス採取装置（メタンハイドレートからのメタンガス採取装置）
Ｃ１生石灰
Ｃ２炭酸ガス
Ｇ海底地盤（湖底地盤）
Ｇ１メタンハイドレート層
Ｔ１正方向
Ｔ２逆方向
Ｍメタンガス
Ｗ海水（湖水、水）

Claims

海底地盤あるいは湖底地盤に存在するメタンハイドレートからメタンガスを採取するための装置であって、
ストレーナー部を有する管状の井戸本体の上端に、前記井戸本体の内部で下方から上方に搬送されたメタンガスを水と分離するガスホルダーを設けてなる第１井戸部及び第２井戸部と、前記第１井戸部と前記第２井戸部の内部が連通するように架設された連結部とを備えるとともに、
前記第１井戸部と前記第２井戸部の前記ストレーナー部が前記海底地盤あるいは前記湖底地盤内のメタンハイドレート層中に配されるように設置した状態で、正転又は逆転駆動することにより、前記第１井戸部と前記連結部と前記第２井戸部と前記メタンハイドレート層の間で海水あるいは湖水を正方向又は逆方向に循環させる循環ポンプユニットを備えていることを特徴とするメタンハイドレートからのメタンガス採取装置。
請求項１記載のメタンハイドレートからのメタンガス採取装置において、
海水あるいは湖水が流通する前記第１井戸部と前記連結部と前記第２井戸部の内部の循環流路に生石灰を供給する生石灰供給手段を備えていることを特徴とするメタンハイドレートからのメタンガス採取装置。
請求項２記載のメタンハイドレートからのメタンガス採取装置において、
前記循環流路に炭酸ガスを供給する炭酸ガス供給手段を備えていることを特徴とするメタンハイドレートからのメタンガス採取装置。
海底地盤あるいは湖底地盤に存在するメタンハイドレートからメタンガスを採取する方法であって、
請求項１から請求項３のいずれかに記載のメタンハイドレートからのメタンガス採取装置を用いることを特徴とするメタンハイドレートからのメタンガス採取方法。