JP5870460B2 - 水中の油及びガス収集システム - Google Patents

Description

本発明は、水中の供給源から油及びガスを収集する装置及び方法に関連し、特に、限定するものではないが、海中の漏出からの油の収集及び回収に関するものである。

現代のエンジン及びタービンは多くの場合、油、ディーゼル油又は他の油の派生物によって駆動される。さらに、油の派生物はまた潤滑油として、及び、熱を生成するために使われる。したがって、油の抽出は、我々の生活にかなり重要なものである。油は地球の地殻のくぼみに存在する炭化水素であり、一般に原油と呼ばれる。ガスも含むこれらのくぼみを発見すること、及び、圧力差の結果として単純に油を流出させずに抽出することを伴うので、油の採取は困難である。油が化学的及び機械的なプロセスによって数千年かけて生じた複雑な炭化水素を含むので、既存の貯蔵が事実上、直ちに利用できる油の唯一の供給である。したがって、油はかなり貴重な必需品である。

油を含んでいる貯蔵部は、陸地の下又は水中に位置し得る。プロセス全体が環境によってさらに限定されるので、海底での油の抽出は特に困難である。さらに、油の化学薬品が海洋有機体及び鳥に有毒であるので、抽出プロセスから生じる漏出は海洋生態系にとって非常に有害である；さらに、油の粘度が高いので、海洋動物及び鳥は、たまたま漏出の部位に居合わせた場合、油に被覆されてしまう。現在、水中の油の漏出を抑える又は取り除くのを保証する方法は存在しない。さらに、現在の方法は環境被害を抑える又は軽減することに重点を置くものであるが、漏出した物質の浪費を防ぐ、すなわち、油及びガスを集めて回収する、加えて、環境被害を抑える又は軽減するのに適切なものではない。

例えば、使用中、漏出している坑井から炭化水素を集めるために漏出の上に配置される剛性キャップ構造を含む海中の油回収システムは、公知である。構造は、漏出している油を水の表面上の容器に汲み出すポンプに接続されるラインを含む。収集した物質はそれから、追加の方法によって分離することができる。この方法は浅い漏出源において効果的であるが、実用的な視点から深海では適切でない。

本発明はそれゆえに、漏出の間、浅海及び深海の両方において効果的であるような、海洋環境への損害を防ぎかつ浪費される油の量を減少する、水中の油及びガスの収集及び回収システムの提供を追求するものである。

本発明によると、水中の供給源から提供される油及びガスを収集するための装置は、動作中にバルーン状の構造の下側にある開口を有している外皮により定められるバルーン状の構造を含み、バルーン状の構造は、外皮からのガスを排気するのに適合する孔、及び、油の表面の高さを制御するための制御手段を含み、制御手段は、孔を通じた外皮からのガスの流れを制御するのに適合する閉止弁を有し、その弁は弁閉止手段によって閉止可能であり、弁閉止手段は、外皮に保持されるガスの最小容積を決定するのに適合し、油に浮遊するのに適合する浮動手段により操作可能であり、使用中、バルーン状の構造は、前記水中の供給源から油及びガスを集めるために供給源上に配置されるように適合し、制御された方法で水面に上昇するのを可能にするため、構造の浮力を制御するのに適合する浮力手段をさらに含む。

外皮は、貯蔵及び／又は輸送のために外皮が畳まれる又は折り重なることができる可撓性の材料で好ましくは形成される。より好ましくは、外皮は、沈められる時、外皮の圧壊を防ぐために弾力性のある材料で形成される。

好ましくは、浮力制御手段は、ガスの流入によりバルーン構造の浮力を増減することができるように適合する。

好ましい実施態様において、装置は、バルーン構造をレール、固定装置又は錘に固定するために適合するガイド用ラインをさらに含む。

他の好ましい実施態様において、開口は、前記開口を開くように保ち、それが圧壊するのを防ぐように適合する少なくとも一つの剛性バラストリングを含む。バラストリングは、それが本質的に剛性構成において維持されるように圧縮ガスで満たされるために適合する管を含んでもよい。

好ましくは、ガス量を制御する制御手段は、供給源、独立した貯蔵部又はその組合せからガスを受容するために適合する。

他の好ましい実施態様において、バルーン状の構造は、バルーン状の構造の浮力をモニタすることによって油の所定の容積に到達したかどうかを決定する手段をさらに含む。さらに、装置は、海底又は海表面の付近を感知する手段を含んでもよい。

好ましくは、装置は、制御された方法でバルーン構造の再浮上及び／又は配置を可能にするため、ガスの放出及び供給を制御するのに適合した一以上の配置制御ユニットをさらに含む。

好ましい実施態様において、装置は、破片を濾過するための一以上のフィルタ又はスクリーンを含む。

他の好ましい実施態様において、装置はそこから油を取り除くために外皮に接続されるパイプラインを含む。

さらに別の態様では、装置は、外皮において油が最大量に到達したかを決定する油センサ手段を含む。

好ましくは、複数の前記装置を組み込むように適合する水中使用可能な容器が提供され、容器は水に沈めて、前記供給源上に配置されるのに適していて、水中使用可能な容器は、複数の装置が前記供給源上に連続して配置されて油で満たされるように操作可能であり、容器は油が取り除かれるように表面に戻るように適合している。

本発明の第２の態様によると、水中の供給源から提供される油及びガスを集める方法は、次のステップ：底部開口を有する外皮により定められるバルーン状の構造を提供するステップ、開口が本質的に供給源上にあるように、水中の供給源上にバルーン状の構造を配置及び固定するステップ、供給源からの油及びガスをバルーン状の構造に入らせるステップ、油及びガスを密度勾配によって分離させるステップ、過剰なガスを排気するステップ、油が所定のレベルに到達する時、浮動手段がガス量を制御するように弁を閉じるように、浮動手段を油レベルと連動して上昇させるステップ、バルーン状の構造から容器まで少なくとも一つのラインを接続する、又は、バルーン状の構造を制御された方法で再浮上させることによって、バルーン状の構造内で油を抽出するステップを含む。

本発明は、漏れから流出している油及びガスをより効率的かつ費用効果的な方法で集めて回収し、したがって海洋環境への回復不能な又は追加の損害、さらに漏出した物質の浪費を防ぐので、公知の方法の超える利点を提供するものである。

本発明の例示的な実施態様はここで、以下の図面に関して詳細に記載される。
図１は、本発明のシステムの概略図である。 図２は、バルーン構造の内部の構成の詳細図である。 図３は、本発明の好ましい実施態様を示す。

図１を参照すると、システムは、その底部で開口１８を有する外皮によって形成された一般に球面バルーン構造を含む。バルーン構造１は、そのコントローラフロートを用いて余剰のガスを排気するための孔２３を含む制御手段２を有する。バルーン構造１は、バルーン開口１８の不注意による閉止を防ぐのに適合する一以上のリング１７をさらに含む。バルーン構造１は、バルーンの微細な動き及び配置を制御するため、バルーン構造１の外側表面上に一以上の配置制御装置９を備え、配置制御装置９は概してガスを含む。バルーン構造１は、その外側表面１１に固定したガイド用ライン１０、及び、ユーザがバルーン構造１を沈めて、引っ張ることを可能にする昇降手段１２をさらに備える。使用中に、バルーン構造１は、漏れ１３の上に配置されるのに適合し、ガイド用ライン１０によって貯蔵又は固定手段１４に固定される。あるいは、ガイド用ライン１０は、海底１５上及び錘１６に固定されたレールに接続される。バルーン構造１の開口１８が供給源上にしっかりと配置されると、開口１８がバラストリング又はリング１７を安定させることによってたとえ半剛性の開口構成に保たれていても、油及びガスは、構造１に流れ込む。貯蔵又は固定手段１４、レール１５及び錘１６に接続したガイド用ライン１０により、制御された方法で浮上する前に、又は、中立浮力で海底上に配置される前にバルーン構造１を制御された方法で動かすことができる。バルーン構造１を水表面の方へ上げる場合、ガイド用ライン１０は、貯蔵又は固定手段１４、レール１５及び錘１６から単純に分離され、それによって、構造の再浮上が可能になる。昇降手段は、一実施態様において、水表面の方へバルーン構造を引っ張って導き、空になれば供給源に戻るように使用される。バルーン構造１は、上昇の際に油で及び降下の際にガスによって浮力が変化する時、バルーン構造１の安定した上昇又は降下を可能にするバラスト又はリング１７錘によって高さが保たれる。

ここで図２を参照する。油及びガスがバルーン構造１に入ると、構造１内の流体物質は密度によって分離される；間隔を置かれたスクリーン又はフィルタ１９、２０、２１が固体を濾過するのに用いられる。第１のスクリーン１９は最も目の粗いものであり、第３のスクリーン２１は三つの予防的なフィルタで最も微細なものである。使用中、ガスは油の表面によって定められる一番上の容積から排気され、その油の表面の最も高い位置はフロート８及び弁制御手段によって決定される。孔２３は弁３により閉止可能であり、弁３は、第２のフレーム７によって担持された複数の間隔を置かれたローラー５が係合可能である第１のフレーム６を有する一般に円筒中空のガイドポスト４の上端部で設置位置において配置されていて、第２のフレーム７は、ローラーを担持する支持体、及び、捕らえた油に浮遊しバルーン構造１の浮力を制御するのに適合するフロート８を含む。必要な浮力のために必要な容積のガスが存在する時、弁を閉じるために捕らえられた油で上昇すると、フロートは、弁閉止要素に接触するように適合する。原油はフロート８を浮かせる層を形成するように流れ、ガス容積及び第３のスクリーン２１は、弁制御手段及び弁自体を保護する。水は、密度勾配の結果として、油層の下で分離されたままに保たれる。バルーン状の構造が中立又は好適な浮力を表す所定のガス容量に到達した時、油レベル制御手段２内の弁３はフロート８によって閉じられる；したがって、ガス容量は必要な浮力及び油レベルを得るために制御される。さらに、弁３は、制御手段２内のガスの流出及び流入を制御する手段（独立した、漏れに関する又はその組合せ）を含み、表面へ／からのバルーン構造の上昇及び降下、及び、積載は制御され得る。

バルーン構造１は、その頂点が本質的に中央とされるチャネル２５を有する囲み外皮２４によって形成される；前記チャネル２５は、孔２３を定める。チャネルは上部２６を含み、その上部は孔２３及び弁３を含む。ガス容積はバルーン構造１内で第１の断面を定め、その第１の断面は弁構成要素の大部分を含む。弁３は、ガイドポスト４を定める第１のフレーム６において囲まれる。フレーム６は、バルーン構造１内で油の容積と共に増加する浮動手段８と相互作用するために適合する少なくとも一つの本質的に水平な部材２９を含み、バルーン構造内の油が所定のレベルに到達した時、制御手段２内の弁３はフロート８によって閉じられる；したがって、ガス容量は必要な油レベルを達成するために制御される。加えて、浮動手段８は、傾斜する、自己洗浄する、又は、その両方であってもよい。油は、外皮最大信号が開口のちょうど上に位置する油検知センサによって生成される開口の近くに位置に到達するまで、外皮に入り続ける。油レベル及び浮力は、そこから放出を防ぐ構造１内で蓄積されたガス及び油の容積によって制御される。さらに、センサはまた使用され得る。浮動手段８は、通気弁３の閉止を可能にするため、ガイドポスト４と相互作用する。ガイドポスト４の外側表面は、ロープ、ベルト又は他の中心ガイド手段を用いて、正確にフロート８を導くために適合する複数のローラー５を含む。ガイドポストは第２のフレーム７において囲まれ、フレームは第１のフレーム６より大きいので、第１のフレーム６と第２のフレーム７との間の空間は少なくとも部分的に満たされ、フロート８の動きを可能にする。本実施態様において、第２のフレーム７は第１及び第３のスクリーン１９、２１の間に位置し、したがって、第２のスクリーン２０は、ローラー５を保護するために不連続である；しかしながら、第１のフレーム６が弁により感知される海底を含むために延長されたとすると、第２のフレーム７は、第１及び第２のスクリーン１９、２０間の空間、又は、第２及び第３のスクリーン２０、２１間の空間にさえ制限され得る。

ここで図３を参照すると、一実施態様において、制御手段２は、一般に円筒のガイドポスト４内で複数の弁を含む。ここに示した例では、制御手段２は二つの弁を含む；第１の弁は排気バルブ２７であり、第２の弁は積載弁３０である。使用中、バルーン構造は海表面で最初に固定され、一方で、構造は不活性ガスによって浮かんだままに保たれる；外皮２４は油を含まず、排気バルブ２７はその閉位置にある。浮力制御要素が海表面にある時、積載弁３０は開いている。ガス含有量は、さらなる弁２９を作動している浮力制御要素２８によって維持される。不活性ガスは、減圧圧力で高圧貯蔵４４から得られる。表面のオペレータがバルーン構造の状態をチェックして、構造が固定されていることを確認すると、すなわち、表面人員がその容器を操作して充填するように海底に下ろすのに安全であることを確かめると、弁２９は沈下位置に切替えられる。この動作により浮力制御弁３４へのガス供給の制御が切替えられ、浮力制御弁３４は、一般の水塩分及び温度において必要な浮力を維持する調整装置３６を有する。

浮力制御弁３４は容器からガスを取り除くので、制御された方法及び制御された速度で下降することができる。外皮は中立の浮力を有するが、錘１６が容器に取り付けられ、したがって、浮力制御要素２８が沈下位置に切替えられる時、浮力制御弁３４は降下率を制御する。容器がより深く沈下すると、周囲の圧力は増加し、ガスは一定の容積を維持するために加えられる。

容器が海底に接近する時、錘１６、好ましくは複数の錘の振り子錘要素１６ａの最も低い錘が海底に接触し、降下率は減少する。降下が遅くなると、振り子錘要素１６ｂ、１６ｃの残りの列は、減速して海底又は下部の振り子錘要素１６ａに接触する。振り子錘要素１６ａ、１６ｂ、１６ｃが海底に触れると、制御手段２は信号を受信し、その信号は、容器が海底に触れて停止した、又は、間もなく下降を停止することを示す。最後の振り子錘要素１６ｃが海底にぶつかる時、ガス排気制御メカニズムは作動する；内部のフロート弁３４は、閉じている弁、したがって海底で動作不能である弁３０によって分離される。容器は手動制御３２によって中立の浮力状態に保たれ、手動制御３２は、漏出源の上での位置決め又は海底での配置モードを可能にするように適合する。さらにフロート３７は、海底上にぴんと張る錘１６に接続された振り子ライン４０を維持し、メカニズム２への有効な接続を保つ。錘３８及び３９は、チェーン又はケーブル４０の張力を制御するために適合する。錘要素４１は、上昇したガスを放出する間、その水分でのガス抜きのために追加の負荷を提供する。パイプライン４２は、各々のフロート要素内で周囲圧力を維持するために設置され、自己流出の発生を可能にしている。孔４３は、外皮へ／からガス流入及び流出を可能にするために適合する。この孔４３は、油又は水が弁の動作と干渉するのを防ぐガス環境にするために外皮の一番上の部分に設置される。高圧貯蔵部４４、減圧器４５及びガス供給コネクタ４６は、外皮の内部へのガス供給を制御する。パイプ４７は、下記のように油の運び出しを可能にするように適合する。容器が最初に沈められる時、孔４８によってガスが放出される。海表面４９に油がない時の内部の水位は、ライン４８によって示される。海底での操作の間の予防的な測定として、レバー及びラッチ５０は提供される。

容器が上記のように漏出源の上に置かれると、充填動作は始まる。概して、油漏れは、ガス及び油を含む。ガスは、様々な異なる圧力及び温度レベルで放出される；特定の周囲圧力は、油の構成要素のボイルオフを決定する。漏出部位が深くない場合、したがって漏れたガスに及ぼされる圧力が高くない場合、表面へのパイプラインによりガスを集めることができる。しかしながら、周囲圧力が高い時、又は、臨界ガス放出が多い時、油及びガスがバルーン状の構造に入ると、構造内の流体物質は密度によって分離され、固体はフィルタ１９、２０、２１により濾過される。水又はパイプ、又は、他のガス収集手段３１のいずれかに油は保たれ、ガスが排気される。バルーンが満たされると、浮力は増加し、排気バルブ２７は、錘１６に取り付けられ続くガス放出を閉め切るぴんと張った振り子ライン４０によって作動する。ガス放出の後、構造は、中立の浮力に戻る。最大までの最後の油の積載は、ガス抜きを停止するためにフロート３５により信号が出される；これにより、中立より上に浮力が増加し、その結果、到着のそれとは反対の順番で振り子錘要素が上げられる。

複数の錘振り子ユニット１６が上昇し始める時、通気弁２７はしっかりと係止される；これは、構造がその最大能力に到達していて、表面又は海底へ配置されるかのいずれかで供給源から移動されるべきであることを表面オペレータに知らせるための信号として使われる。一体型重複部又は裾部により、上昇又は切り替え動作の間、収集した油が水に再度漏れないことが確実にされる。容器が表面へ上がる準備ができると、追加のガス孔はオーバライド制御３２によって短く開かれてもよい；浮力はプラスになり、容器は上昇する。容器が上昇するにつれて、周囲圧力は減少し、内部のガス容積は拡張する；その結果、内部の油レベル及びフロート３５は下がり、次に、排気孔２７は作動する。ガスが排気バルブ２７で排気されるにつれて、油レベル及びフロート３５は上昇し、その結果として、排気バルブ２７は閉じて上昇は続く。容器が表面に到達すると、表面フロート制御弁２９は使用可能になり、弁３０開位置にリセットするので、容器は、運び出しの間、安定する。油の移動又は除去は、浮力の保守のため、弁２９による追加のガス入力を必要とする。

海底では、最大の容器は中立の浮力にあり、操作の間、持ち上げられる錘１６ａ、１６ｂ及び１６ｃによって固定される。錘を持ち上げるため、ガスは最大の外皮に加えられ；その結果、油／ガス表面はおそらくフロート３５下に下がり、フロート３５は、錘３８が弁２７を固定するとガス排気手段３１を排気するため、短くその弁２７を開いてもよい。垂直フロートアーム３３からのラッチ接続列５０により、この一時的な可能性は妨げられるが、上昇の間、すなわち、ガスが膨張し、油／水位が下がる時；レードル４１の水塊による無効化を妨げるものではなく、したがって、弁２７が開き、余剰ガスを排気することができる。海底上で、空の容器は、付加されたガス制御３２及び４８（通気弁）により制御される。

バルーン構造の外皮は、概して織物でできているが、金属、コンクリート、樹脂、発泡体又は可撓性のプラスチック材料で作成することができる。さらに制御手段２は、漏出からのガスがバルーン構造１の浮力を制御するのに十分でない場合にフロートを膨張させるため、独立したガス貯蔵層からガスを通すためのラインを備えることができる。さらに、弁３は、制御手段２内のガスの流出及び流入（独立した、漏出に関連の又はその組合せ）を制御する手段を含むので、表面へ／からのバルーン構造の上昇及び降下、及び、積載は制御され得る。

動作中、１以上のバルーン構造は、故意に改良された水中で使用可能な液化天然ガス（ＬＮＧ）タンカーに含まれ得る。水中使用可能な容器は複数の前記装置を組み込むのに適合し、容器は沈むのに適合し、前記油供給源上に配置され、複数の装置が前記供給源上に連続して配置されて油で満たされるのを可能にし、容器は油が取り除かれるように表面へ戻るように適合している。

その上、バルーンが供給源上にある一方で油は抽出され得る、すなわち例えば、構造は、一つは油のため、もう一つはガスのための追加のライン又は二つの追加のラインを経由して、永久的又は半永久的に容器に接続されてもよい。あるいは、その容量に到達し、制御された方法で交換され、表面に移動するまでバルーンを使うことができる。空にされると、バルーン構造１は、制御された方法で反復した追加の使用のために再び沈ませられる。加えて、容器を下に引くために用いる主な錘は、複数の錘振り子とは別であってもよい。

さらに、バルーン構造は、外皮を強化するために同心のリング又はフレームワークを備えてもよい。外皮は、輸送を容易にするため、折り畳み、折り曲げ又は圧縮可能であってもよい。球面である様に記載されているが、バルーンは、空気船のように細長くても、その端部の一つに開口を有する葉巻型であってもよい。

加えて、錘は、固定される又は異なる負荷を載せるために調節可能である。その上、装置は、関心の目標物と適当な質量の調節可能な錘とを交換することによって海底から表面への油以外のここで記載する重い目標物の上昇を可能にするように適合する。装置はまた、産出量の少ない坑井油回収タンクを配置するように適合することができる。さらに装置は、ダイバーのための水中環境として、及び、表面でのレジャー又は他の目的のための断熱材として使用され得る。加えて、装置は、潜水ツールとして使用され得る。

Claims (15)

1. 動作中、バルーン状の構造の下側にある開口を有する外皮によって定められるバルーン状の構造を含み、水中の供給源から油及びガスを収集するための装置であって、前記バルーン状の構造は、前記外皮のガスを排気するのに適合する孔、及び、油の表面の高さを制御するための制御手段を含み、前記制御手段は、前記孔を通じて前記外皮からのガスの流れを制御するのに適合する閉止弁を有し、前記弁は弁閉止部材により閉止可能であり、前記弁閉止部材は前記外皮に保持されるガスの最小容積を決定するのに適合し、前記油に浮遊するのに適合する浮動手段により操作可能であり、使用中、前記バルーン状の構造は、前記水中の供給源から油及びガスを集めるために前記供給源上に配置されるのに適合し、制御された方法で水面に上昇するため、前記構造の浮力を制御するのに適合した浮力手段をさらに含む、装置。
2. 前記浮力手段が、前記バルーン状の構造の浮力を増加させるためガスの流入を可能にするように適合する、請求項１記載の油及びガスの収集のための装置。
3. 前記バルーン状の構造をレール、固定装置又は錘に固定するために適合するガイド用ラインをさらに含む、請求項１又は２記載の油及びガスの収集のための装置。
4. 前記錘が調節可能である及び／又は交換可能である、請求項３に記載の油及びガスの収集のための装置。
5. 前記開口が、前記開口を開いて保ち、それを圧壊から防ぐように適合する少なくとも一つの剛性バラストリングを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の油及びガスの収集のための装置。
6. 前記ガス量を制御するための前記制御手段が、前記供給源、独立した貯蔵部又はその組合せからのガスを受容するように適合する、請求項５に記載の油及びガスの収集のための装置。
7. 前記剛性バラストリングは、前記剛性バラストリングを剛性構成に保つため、圧縮ガスで満たされるように適合する管を含む、請求項５または６に記載の油及びガスの収集のための装置。
8. 前記外皮は、前記外皮が貯蔵及び／又は輸送のために畳まれる又は折り重なることができるように可撓性の材料で好ましくは形成される、請求項１から７のいずれか一項に記載の油及びガスの収集のための装置。
9. 前記バルーン状の構造が、前記バルーン状の構造の前記浮力をモニタすることによって油の所定の容積に到達したかどうかを決定する手段をさらに含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の油及びガスの収集のための装置。
10. 前記バルーン状の構造が、海底又は海表面の付近を感知するための手段をさらに含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の油及びガスの収集のための装置。
11. 制御された方法で前記バルーン状の構造の再浮上及び／又は配置を可能にするためにガスを放出するのに適合する一以上の配置制御ユニットをさらに含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の油及びガスの収集のための装置。
12. 破片を濾過するために一以上のフィルタ又はスクリーンをさらに含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の油及びガスの収集のための装置。
13. そこから油を取り除くために前記外皮に接続されるパイプラインを含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載の油及びガスの収集のための装置。
14. 前記外皮における油の最大の状態に到達した時を決定する油センサ手段を含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載の油及びガスの収集のための装置。
15. 水中の供給源から油及びガスを集める方法であって、底部開口を有する外皮により定められるバルーン状の構造を提供するステップ、前記開口が前記供給源上にあるように、水中の前記供給源上に前記バルーン状の構造を配置及び固定するステップ、前記供給源からの油及びガスをバルーン状の構造に入らせるステップ、油及びガスを密度勾配によって分離させるステップ、過剰なガスを排気するステップ、油が所定のレベルに到達する時、浮動手段がガス量を制御するように弁を閉じるように、前記浮動手段を油レベルと連動して上昇させるステップ、前記バルーン状の構造から、水中に配置された容器まで少なくとも一つのラインを接続する、又は、前記バルーン状の構造を制御された方法で再浮上させることによって、前記バルーン状の構造内で油を抽出するステップを含む方法。

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