JP6735980B2 - ガス生産システム - Google Patents

Description

本発明は、地中内のガスハイドレートを分解してガスを生産するガス生産システムに関する。

近年、天然ガス資源として、天然ガスハイドレートが注目されている。天然ガスは、燃焼時の二酸化炭素排出量が石油や石炭に比べ少なく、天然ガスと水からなる天然ガスハイドレートは、地球温暖化抑制の点で有望な資源である。
天然ガスハイドレートは、メタン分子を水分子が籠状に取り囲んだ結晶構造を有する包接化合物である。天然ガスハイドレートは、低温、高圧の環境下で、固体の状態で存在し、このような環境を満たす、深海の海底の表層や海底面下の地層中に安定して存在している。

従来、海底内に存在する天然ガスハイドレートから天然ガスを取り出す方法として、天然ガスハイドレートにかかる高い水圧に対して減圧された圧力を作用させることで天然ガスハイドレートを分解する減圧法が知られている（例えば、特許文献１）。
減圧法では、具体的に、天然ガスを海底から海上に向けて運ぶ管（ライザー管）を用いて、管内の海水を排出することで管内の海水液面を下げ、ライザー管内の海水の低い圧力を、天然ガスハイドレートを含んだ海底内の地層（ハイドレート層）に作用させ、分解させる。天然ガスハイドレートが分解して生成した天然ガスは、液体と混ざり合った気液混合物としてライザー管内の海水に取り込まれる。混相流を取り込んだ海水は、ライザー管内で、天然ガスと海水とに気液分離され、それぞれ海上に排出される。

減圧法を用いて天然ガスの生産量を安定的に増やすためには、天然ガスハイドレートに作用する圧力を、天然ガスハイドレートが分解する圧力（分解圧力）の範囲に保つことが重要である。このため、減圧法では、ライザー管内の液体の液面高さが、分解圧力と対応した高さ位置に調整されるように、ライザー管内に進入した水や海水等の液体の排出を行う。つまり、減圧法では、混相流を取り込む取り込み口のあるライザー管の先端部における圧力（坑底圧力）を計測し、計測圧力を常時監視しながら、計測圧力の変動に応じてライザー管内の液面の高さ位置を調整することが行われる。このような液面高さの調整は、ポンプの回転数を制御して海水の排出量を制御することにより行われる。

特開２０１０−２６１２５２号公報

ところで、減圧法を用いて天然ガスの生産を実用的且つ効率よく行うために、複数の管内に取り込まれた天然ガスと海水を含んだ気液混合物を、別の管に集め、この管内に設けられた気液分離装置で気液分離を行い、気液分離後の液体を管内に設けられたポンプを用いて地上に吸い上げるシステムが想定される。
しかし、この場合、各生産管内に取り込まれる気液混合物の流入量及び天然ガスの含有率はばらつくので、各管に共通した条件で天然ガスハイドレートを分解させて天然ガスの生産を正確に制御することは難しい。

そこで、本発明は、天然ガスハイドレート等のガスハイドレートを分解してガスを生産するに際し、ガスと水を含んだ気液混合物を取り込む生産管と、気液混合物を分離してガスを生産する分離管とを別々に設け、生産管毎にガスハイドレートの分解を制御することができるガス生産システムを提供することを目的とする。

本発明の一態様は、地中内のガスハイドレートを分解してガスを生産するガス生産システムである。当該システムは、
地中内に埋設されるように構成された先端部を有する管であって、前記管内の液体の圧力を用いて前記管の外部にあるガスハイドレートに作用する圧力を低減することにより、前記ガスハイドレートから分解して生成される気泡を含む気液混合物を前記管内の前記液体に取り込むように、前記先端部に設けられ前記管の外部に開口した孔を備えた生産管と、
地中内に埋設されるように構成され、前記生産管から内部に導入された、前記気液混合物を取り込んだ前記液体から、気泡中の気体を分離する気液分離装置と、分離後の前記液体を外部に吸い上げるポンプと、が内部に設けられた、前記生産管と別体の分離管と、
前記生産管と前記分離管とを接続する液体供給ラインと、
前記分離管から延びて、吸い上げられた前記液体を外部に排出する液体排出ラインと、
前記分離管から延びて、分離された前記気体を生産する前記ガスとして外部に搬送する気体生産ラインと、
前記液体排出ラインから分岐し、前記吸い上げられた前記液体の一部を、前記生産管に戻す再供給ラインと、
前記再供給ラインに設けられ、前記再供給ラインの流量を調整する第１バルブと、
前記第１バルブの開度を制御する制御装置と、
を備える。

前記生産管の内部には、前記再供給ラインから供給される前記液体を駆動流体とし、前記駆動流体の流量に応じて前記生産管内の前記液体を吸入して上方に吐出する吐出量が変化するエジェクタポンプが設けられ、
前記吐出量の調整により前記先端部における前記圧力を制御するように構成されている、ことが好ましい。

前記制御装置は、前記第１バルブの開度を、前記生産管における前記液体の圧力の測定値に基づいて制御する、ことが好ましい。

前記制御装置は、前記圧力の測定値が目標坑底圧力より高い場合、前記第１バルブの開度を上げるように制御し、前記圧力の測定値が前記目標坑底圧力より低い場合、前記第１バルブの開度を下げるように制御する、ことが好ましい。

前記液体供給ラインには、前記生産管から前記分離管への前記液体の供給を遮断する遮断バルブが設けられ、
前記制御装置は、前記遮断バルブの開度を、前記生産管の前記液体中の深さ方向の異なる２つの位置の測定圧力の差圧に基づいて前記遮断バルブを制御する、ことが好ましい。

前記制御装置は、前記差圧が予め定めた閾値以上の場合、前記遮断バルブを閉じるように制御し、前記差圧が予め定めた閾値未満の場合、前記遮断バルブを開くように制御する、ことが好ましい。

前記液体排出ラインから分岐し、前記吸い上げられた前記液体の一部を、前記分離管に戻す循環ラインが設けられ、
前記循環ラインには、前記循環ラインの流量を調整する第２バルブが設けられ、
前記制御装置は、前記第２バルブの開度を、前記分離管内の気相中の測定圧力と、液相中の測定圧力の差分に基づいて制御する、ことが好ましい。

前記循環ラインには、前記循環ラインを流れる前記液体の一部を加熱する加熱装置を備える、ことが好ましい。

複数の場所に分散配置された複数の分散生産管のそれぞれが、前記生産管として前記液体供給ラインを介して前記分離管に接続され、前記制御装置は、前記分散生産管それぞれにおける、前記第１バルブの開度を制御する、ことが好ましい。

前記生産管及び前記分離管は、前記海底に埋設され、
前記ポンプは、前記分離管内の海底面より下方に位置するように設けられている、ことが好ましい。

前記液体供給ラインの前記分離管との接続位置は、前記ポンプより上方にある、ことが好ましい。

上述のガス生産システムは、ガスと水を含んだ気液混合物を取り込む生産管と、気液混合物を分離してガスを生産する分離管とを別々に設けたシステムであり、生産管毎にガスハイドレートの分解を制御することができる。

一実施形態のガスの生産システムを概略的に示す図である。 図１に示すガス生産システムの制御装置が行う制御の一例を説明する図である。

以下、本発明のガスの生産システムについて説明する。なお、以降の説明では、ガスハイドレートとして天然ガスハイドレートを例として挙げるが、ガスハイドレートは天然ガスハイドレートに限定されない。
また、本明細書でいうガス生産システムは、地中のガスハイドレートを減圧して分解することによりガスを生成するものであり、海底表面に存在するガスハイドレートからガスを生成するシステムと異なる。

（ガス生産システムの概略説明）
図１は、一実施形態のガス生産システム（以降、単にシステムという）１０を概略的に示す図である。以下、海底の地中内の天然ガスハイドレートを分解して天然ガスを生産するシステム１０を例に説明する。

システム１０は、地中に延びる管内で、地中内の天然ガスハイドレートから分解して得られる天然ガスを液体と分離して地上に取り出すシステムである。
システム１０は、主に、生産管１２ａ，１２ｂと、分離管１４と、液体供給ライン２０ａ，２０ｂと、液体排出ライン２２と、気体生産ライン２４と、再供給ライン２６ａ，２６ｂと、制御装置３０と、を主に備える。
生産管１２ａ，１２ｂは、ハイドレート層の異なる場所に分散配置した複数の生産管の一例である。別の形態によれば、生産管は少なくとも３つ以上あり、３つ以上の生産管と１つの分離管との間がラインで接続された構成が挙げられる。

生産管１２ａ，１２ｂは、地中内に埋設されるように構成された長尺状の管である。生産管１２ａ，１２ｂは、海底の坑井内に埋設されている。坑井は、掘削により設けられた穴である。生産管１２ａ，１２ｂの先端部には、地中内のガスハイドレート層（外部）に開口した孔１６ａ，１６ｂが設けられている。すなわち、生産管１２ａ，１２ｂの先端部に設けられた孔１６ａ，１６ｂは、海底内のハイドレート層内に位置するように設けられる。生産管１２ａ，１２ｂは、生産管１２ａ，１２ｂ内の液体の圧力を用いて生産管１２ａ，１２ｂの外部にあるガスハイドレートに作用する圧力を低減することにより、ガスハイドレートから分解して生成される気泡を含む気液混合物を、孔１６ａ，１６ｂを介して生産管１２ａ，１２ｂ内の液体に取り込むように構成されている。生産管１２ａ，１２ｂ内の液体の圧力は、ガスハイドレート層における圧力よりも低くなるように構成されている。
孔１６ａ，１６ｂには、図示されないスクリーンが設けられている。スクリーンは、天然ガスハイドレートの分解によって生成した気泡及び水、さらには海水を取り込み、砂や泥を分離除去する部材である。スクリーンは、例えば、多数の孔を有するシート状又は板状の構造体であって、互いに孔の大きさや形態が異なる複数の構造体から構成される。

生産管１２ａ，１２ｂは、海底面Ｘを含む上層を貫通し、下層に位置するハイドレート層５内で閉塞している。上層には、例えば、泥を多く含む泥質層が含まれる。ハイドレート層は、例えば、泥と砂を多く含み、ガスハイドレートが砂や泥に取り込まれて存在する、横方向に広がった砂質層を有している。上層とハイドレート層との境界は、例えば、海底面下数百メートルの位置にあり、海底面Ｘは、例えば、海面Ｙから千数百メートルの位置にある。
生産管１２ａ，１２ｂの後端部（先端部と反対側の端部）は、海底面Ｘより上方にある一方、生産管１２ａ，１２ｂの先端部は、海底面Ｘから数百ｍ（例えば３００ｍ程度）深い地中内の位置にあるハイドレート層内に位置させるために、生産管１２ａ，１２ｂは、海底面Ｘから地中内に数百ｍ下方に延びている。

分離管１４は、地中内に埋設されるように構成された長尺状の管である。分離管１４は、鉛直下方に延び、先端部が、海底の坑井内に埋設されている。掘削により設けられた穴である。分離管１４は、その大部分、例えば、管の長さの８０％以上が海底面内に埋設されている。分離管１４の管の長さは、例えば数１０ｍ（例えば５０ｍ程度）である。

液体供給ライン２０ａ，２０ｂは、生産管１２ａ，１２ｂと分離管１４とを接続する管で構成されている。
液体排出ライン２２は、分離管１４から延びて、ポンプ１８で吸い上げられた液体を外部（例えば、地上）に排出する管で構成されている。
気体生産ライン２４は、分離管から延びて、分離された気体を生産するガスとして外部（例えば、地上）に搬送する管で構成されている。
再供給ライン２６ａ，２６ｂは、液体排出ライン２２から分岐し、液体排出ライン２２中の液体の一部を、生産管１６ａ，１６ｂに戻すように管で構成されている。

生産管１２ａ，１２ｂの内部には、エジェクタポンプ４６ａ，４６ｂが設けられ、エジェクタポンプ４６ａ，４６ｂによって、生産管１６ａ，１６ｂ内の底部にある液体を上方に吐出させ、底部における圧力（坑底圧力）を調整する。エジェクタポンプ４６ａ，４６ｂは、再供給ライン２６ａ，２６ｂから供給される液体を駆動流体とし、この駆動流体の流量に応じて生産管１２ａ，１２ｂ内の液体を吸入して上方に吐出する吐出量が変化するように構成されている。このエジェクタポンプ４６ａ，４６ｂによる液体の吐出量の調整により生産管１２ａ，１２ｂの底部、すなわち先端部における圧力（坑底圧力）は制御され、ガスハイドレートの分解は制御される。エジェクタポンプ４６ａ，４６ｂに供給される駆動流体は、後述するポンプ１８で加圧されて再供給ライン２６ａ，２６ｂを介して生産管１２ａ，１２ｂ内に供給された高圧の液体である。エジェクタポンプ４６ａ，４６ｂで吐出して上方に流動した液体は、液体供給ライン２０ａ，２０ｂを介して分離管１４に供給される。このため、図１に示すように、再供給ライン２６ａ，２６ｂの開口位置は、生産管１２ａ，１２ｂの内部であって、エジェクタポンプ２６ａ，２６ｂの駆動流体取り込み口にあることが好ましい。

分離管１４は、生産管１２ａ，１２ｂから供給される液体を集める。分離管１４の管内部の断面積は、生産管１２ａ，１２ｂの管内部の断面積よりも大きく、例えば生産管１２ａ，１２ｂの管内部の断面積の２倍以上、さらには４倍以上大きいことが好ましい。

分離管１４の内部には、生産管１２ａ，１２ｂから内部に導入された、気液混合物を取り込んだ液体から、気泡中の気体を分離する気液分離装置４５と、分離後の液体を吸い上げるポンプ１８と、が設けられている。
気液分離装置４５では、気相と液相が区分けされるように液体の液面が形成されている。気体生産ライン２４は、分離管１４ｂの上方に、好ましくは天井面に設けられ、気体を地上に搬送する。
ポンプ１８は、分離管１４内の底部近傍に設けられ、底部にある液体をポンプで吸入し加圧して地上まで搬送するように構成された回転ポンプである。ポンプ１８は、図示されない駆動モータが設けられている。
ポンプ１８は、液体排出ライン２２と接続されており、ポンプ１８で加圧された液体は、地上に向けて液体排出ライン２２を上昇する。

分離管１４の一部は、海底面Ｘの上方に突出し、大部分は、海底面より深い地中に設けられている。ポンプ１８は、分離管１４の底部近傍に設けられており、内部の液面位置よりも数１０ｍ（例えば、３０ｍ程度）下方に位置している。分離管１４に設けられる気液分離装置４５では、液体から気泡の一部を排除するために、液体を下方に流す下降路を備える。このような気液分離の方式は、気体と液体にかかる重力（比重）を利用して分離する重力分離方式である。したがって、下降路の距離が長いほど気液分離が良好に行われる。
ポンプ１８は、分離管１４の内部の断面積が広いため分離管１４内を流れる液体の下降流の流速は低く、しかも、分離管１４内の底部近傍に設けられるために液体の下降路の距離が長い。このため、気泡が、液体の流れに引きずられてポンプ１８まで移動することは少なく、気液分離を良好に行うことができる。また、ポンプ１８は、分離管１４の底部近傍に設けられているので、万が一、気泡がポンプ１８内に進入したとしても、水頭圧の分だけ圧力が高く気泡のサイズが小さいので、気泡がポンプ１８の加圧性能に与える影響は小さい。
一実施形態によれば、ポンプ１８は、気液分離を良好に行う点から、海底面Ｘより下方に設けられ、分離管１４の先端部（最下端部）に設けられることが好ましい。

分離管１４の内部には、ポンプ１８に吸入される前に、液体と気泡を分離するために、図示されない遠心分離器が設けられてもよい。気泡を含んだ液体は、遠心分離機の回転体に接近すると、回転体の回転によって作られた旋回流に沿って流れる。このとき、気泡及び液体に遠心力が作用し、液体は、気泡より比重が大きいため、回転中心線から遠ざかるように移動し、気泡は、液体に比べて回転中心線に近い側に集められる。このとき、集められて大きくなった気泡は、液面Ｚに浮上するように構成される。

液体排出ライン２２の地上側の端近傍には、流量計４２が設けられる。流量計４２が計測した計測流量Ｆ２の情報がシステム１０の地上部分に設けられた制御装置３０に送られる。制御装置３０は、流量計４２の計測流量Ｆ２に応じて、ポンプ１８の回転数を調整する信号を生成、この信号をポンプ１８に送信する。

気体生産ライン２４の地上側の端近傍には、バルブ４４と流量計４６が設けられる。流量計４６が計測した計測流量Ｆ１の情報が制御装置３０に送られる。また、分離管１４に設けられた圧力計４０が計測した気相の計測圧力Ｐ１の情報が制御装置３０に送られる。気体生産ライン２４内の気体は、分離管１４の気相の圧力によって外部（地上）に送出される。このため、制御装置３０は、計測流量Ｆ１と計測圧力Ｐ１に応じてバルブ４４の開度を調整する信号を生成し、この信号をバルブ４４に送信する。

液体排出ライン２２の途中から、再供給ライン４８が分岐するように設けられている。再供給ライン４８は、加圧した液体が再度分離管１４内に再度供給されるように構成されている。再供給ライン４８は、分離管１４内の天井部分、すなわち気相の部分に開口している。再供給ライン４８には、バルブ（第２バルブ）５０とヒータ５２が設けられている。ヒータ５２は、再供給する液体の温度を調整することができる。例えば、システム１０の立ち上げ時、分離管１４内の高圧条件下でハイドレートが分離管１４内で再生成することを抑制するために、加熱された液体を液面に供給することができる。また、必要に応じて、液面Ｚ上の発泡に対して液体を散水することにより、発泡を抑制させることができる。
バルブ５０は、分離管１４内の液面を適正な範囲にするために再供給ライン４８に流れる液体の流量を調整する。具体的には、分離管１４に設けられた圧力計３８，４０で計測された計測圧力Ｐ５，Ｐ１の情報が制御装置３０に送られ、制御装置３０は、計測圧力Ｐ５，Ｐ１に応じてバルブ５０の開度を制御する信号を生成し、この信号をバルブ５０に送る。これにより、分離管１４内の液面Ｚの位置を適正範囲に維持することができる。

再供給ライン２６ａ，２６ｂには、ヒータ５４ａ，５４ｂ及びバルブ（第１バルブ）２８ａ，２８ｂが設けられている。ヒータ５４ａ，５４ｂは、生産管１２ａ，１２ｂに再供給する液体の温度を調整することができる。再供給ライン２６ａ，２６ｂの液体排出ライン２２の再供給ライン２６ａ，２６ｂの分岐位置では、ポンプ１８の加圧によって液体の圧力が高くなっており（例えば、数１０ＭＰａになっており）、生産管１２ａ，１２ｂ内の液体の圧力（例えば、数ＭＰａ）に比べて高い。このため、液体は、再供給ライン２６ａ，２６ｂを、液体排出ライン２２から生産管１２ａ，１２ｂの側に向かって流れる。バルブ２８ａ，２８ｂは、生産管１６ａ，１６ｂそれぞれの底部に設けられた圧力計３２ａ，３２ｂによる計測圧力Ｐ４の情報に応じて、バルブ２８ａ，２８ｂの開度を調整するように構成されている。具体的には、計測圧力Ｐ４の情報が圧力計３２ａ，３２ｂから制御装置３０に送信される。制御装置３０は、計測圧力Ｐ４に応じて、バルブ２８ａ，２８ｂの開度を調整する信号を生成し、この信号をバルブ２８ａ，２８ｂに送信する。
計測圧力Ｐ４が低いとガスハイドレートの分解が促進され、計測圧力Ｐ４が高いとガスハイドレートの分解が抑制される。したがって、ガスハイドレートの分解速度が一定になるように、計測圧力Ｐ４の高低を調整するために、バルブ２８ａ，２８ｂの開度を調整する。制御装置３０は、計測圧力Ｐ４が低い場合、バルブ２８ａ，２８ｂの開度を小さくしてエジェクタポンプ４６ａ，４６ｂによる生産管１２ａ，１２ｂ内の液体の上方への吐出量を抑える。これにより、液体供給ライン２０ａ，２０ｂを介して分離管１４内に供給される液体の流量を抑制する。これにより、生産管１２ａ，１２ｂの底部における圧力（坑底圧力）を上昇させることができる。計測圧力Ｐ４が高い場合、バルブ２８ａ，２８ｂの開度を大きくしてエジェクタポンプ４６ａ，４６ｂによる生産管１２ａ，１２ｂ内の液体の上方への吐出量を増やす。これにより、液体供給ライン２０ａ，２０ｂを介して分離管１４内に供給される液体の流量を増大させる。これにより、生産管１２ａ，１２ｂの底部における圧力（坑底圧力）を低くさせることができる。これにより、生産管１６ａ，１６ｂそれぞれの近傍のガスハイドレートの分解速度が一定になるように、生産管１６ａ，１６ｂの底部分における圧力（計測圧力Ｐ４）を目標坑底圧力（目標ＢＯＰ）に近づけることができる。

液体供給ライン２０ａ，２０ｂには、遮断バルブ３９ａ，３９ｂが設けられている。遮断バルブ３９ａ，３９ｂは、制御装置３０からの信号により開閉を行う。具体的には、生産管１６ａ，１６ｂの深さ方向の異なる位置における、圧力計３４ａ，３４ｂによる計測圧力Ｐ２の情報、及び圧力計３６ａ，３６ｂによる計測圧力Ｐ３の情報が制御装置３０に送られる。制御装置３０は、計測圧力Ｐ２と計測圧力Ｐ３の差分に応じて、遮断バルブ３９ａ，３９ｂの開閉を行う信号を生成し、この信号を遮断バルブ３９ａ，３９ｂに送信する。液体中に含まれるガスの比率が異なれば計測圧力Ｐ２と計測圧力Ｐ３の差分は異なる。このため、この差分によって液体中に含まれるガスの比率を推定することができる。計測圧力Ｐ２と計測圧力Ｐ３との差分が小さい場合、ガスの比率が多いと推定されるので、遮断バルブ３９ａ，３９ｂを開く。計測圧力Ｐ２と計測圧力Ｐ３との差分が大きい場合、ガスの比率が少ないと推定されるので、遮断バルブ３９ａ，３９ｂを閉じて、分離管１４に液体を供給しないようにする。

図２は、制御装置３０が行う制御の一例を説明する図である。

生産管１２ａ，１２ｂの先端部（底部）の計測圧力Ｐ４が、目標坑底圧力（目標ＢＯＰ）より低い場合、制御装置３０は、バルブ２８ａ，２８ｂの開度を小さくする信号を生成し、バルブ２８ａ，２８ｂに送る。バルブ２８ａ，２８ｂの開度は小さくなるので、生産管１２ａ，１２ｂに供給される高圧な液体の流量は少なくなり、エジェクタポンプ４６ａ，４６ｂが吐出する液体の量は少なくなり、液体供給ライン２０から分離管１４に流れる量は少なくなるので、生産管１２ａ，１２ｂの先端部（底部）の圧力は大きくなり、目標坑底圧力に近づく。
生産管１２ａ，１２ｂの先端部（底部）の計測圧力Ｐ４が、目標坑底圧力より高い場合、バルブ２８ａ，２８ｂの開度を大きくする信号を生成し、バルブ２８ａ，２８ｂに送る。バルブ２８ａ，２８ｂの開度は大きくなるので、生産管１２ａ，１２ｂに供給される高圧な液体の流量は多くなり、エジェクタポンプ４６ａ，４６ｂが吐出する液体の量は多くなり、液体供給ライン２０から分離管１４に流れる量は多くなるので、生産管１２ａ，１２ｂの先端部（底部）の圧力は低くなり、目標坑底圧力に近づく。
生産管１２ａ，１２ｂの先端部（底部）の計測圧力Ｐ４が、目標坑底圧力と同じ場合、バルブ２８ａ，２８ｂの開度を維持する信号を生成し、バルブ２８ａ，２８ｂに送る。

なお、開度を大きくする信号あるいは、開度を小さくする信号は、計測圧力Ｐ４と目標坑底圧力との差に応じて開度を変化させる程度が異なる信号でもよいし、開度を完全に開ける、あるいは完全に閉じる信号であってもよい。また、バルブ２８ａ，２８ｂの開度を維持するための目標坑底圧力は、上限及び加減を有する範囲であってもよい。

制御装置３０は、気体生産ライン２４の地上（外部）に設けられた流量計３０によって計測された計測流量Ｆ１が、予め設定した設定値ＳＶより少ない場合、バルブ４４の判定条件である計測圧力Ｐ１に対する設定値ＳＶ_Ｐ１を低下し、計測流量Ｆ１が、予め設定した設定値ＳＶより多い場合、制御装置３０は、バルブ４４の開度の判定条件である計測圧力Ｐ１に対する設定値ＳＶ_Ｐ１を大きくし、計測流量Ｆ１が、予め設定した設定値ＳＶと同じ場合、設定値ＳＶ_Ｐ１を維持する。さらに、制御装置３０は、分離管１４に設けられた圧力計４０の計測圧力Ｐ１が設定値ＳＶ_Ｐ１より小さい場合、バルブ４４の開度を小さくする信号を生成し、計測圧力Ｐ１が設定値ＳＶ_Ｐ１より大きい場合、バルブ４４の開度を大きくする信号を生成し、計測圧力Ｐ１が設定値ＳＶ_Ｐ１と同じ場合、バルブ４４の開度を維持する信号を生成し、この信号をバルブ４４に送る。これにより、ガスの生産量を分離管１４内の気相の計測圧力Ｐ１に応じて制御する。ガスの流量が少なく、流量を多くしようとしても、分離管１４内にガスがある程度溜まっている必要がある。このため、ガスの流量を増大するように制御する場合、制御装置３０は、分離管１４内に溜まっているガスの量、すなわち計測圧力Ｐ１に応じて流量の増大が定まるように制御する。

また、制御装置３０は、液体排出ライン２２に設けられた流量計４２によって計測された計測流量Ｆ２が予め設定した設定値ＳＶより少ない場合、ポンプ１８の回転数を増大する信号を生成し、計測流量Ｆ２が設定値ＳＶより多い場合、ポンプ１８の回転数を減少する信号を生成し、計測流量Ｆ２が設定値ＳＶと同じ場合、ポンプ１８の回転数を維持する信号を生成し、この信号をポンプ１８に接続する、図示されない駆動モータに送る。これにより、液体の排出量を制御することができる。

さらに、制御装置３０は、生産管１２ａ，１２ｂに設けられた圧力計３４ａ，３４ｂによって計測された計測圧力Ｐ２と、圧力計３６ａ，３６ｂによって計測された計測圧力Ｐ４との差圧ＤＰ２を算出し、差圧ＤＰ２が、予め設定された設定値ＳＶより低い場合、液体供給ライン２０ａ，２０ｂに設けられた遮断バルブ３９ａ，３９ｂを開く信号を生成し、差圧ＤＰ２が、設定値ＳＶ以上の場合、遮断バルブ３９ａ，３９ｂを閉じる信号を生成し、この信号を、遮断バルブ３９ａ，３９ｂに送る。これにより、遮断バルブ３９ａ，３９ｂは、バルブの開閉を行う。
差圧ＤＰ２が設定値ＳＶより小さい場合、生産管１２ａ，１２ｂ内の液体には、ガスが十分な比率で混入していると判断することができるので、分離管１４にガスを含んだ液体を分離管１４に供給して、気液分離を行ってガスを生産することができる。差圧ＤＰ２が設定値ＳＶ以上の場合、生産管１２ａ，１２ｂ内の液体には、ガスが十分な比率で混入していない判断され、分離管１４に供給されない。差圧ＤＰ２が設定値ＳＶ以上となった生産管は、例えば、液体から十分に得られず、ガスの生産に寄与しない生産管として生産システム１０から除去される。また、場合によっては、目標坑底圧力ＢＯＰを異なる値に再設定して、液体にガスが多く含まれるようにガスハイドレートの分解を促進させてもよい。

また、制御装置３０は、分離管１４に設けられた圧力計４０によって計測された計測圧力Ｐ１と、圧力計３８によって計測された計測圧力Ｐ５との差圧ＤＰ３を算出し、差圧ＤＰ３が、予め設定された設定値ＳＶより小さい場合、再供給ライン４８に設けられたバルブ５０の開度を大きくする信号を生成し、差圧ＤＰ３が、設定値ＳＶより大きい場合、バルブ５０の開度を小さくする信号を生成し、差圧ＤＰ３が、設定値ＳＶと同じ場合、バルブ５０の開度を維持する信号を生成し、この信号を、バルブ５０に送る。
差圧ＤＰ３が、設定値ＳＶより小さい場合、分離管１４内の液面Ｚの位置が低いと判断でき、再供給ライン４８から液体を供給するので、液面Ｚの位置を目標とする範囲に維持することができる。

なお、上述した計測値等と比較する設定値ＳＶは、ある値でもよいし、上限及び加減を有する範囲であってもよい。
また、上述したバルブの開度を大きくするあるいは小さくする程度は、設定値ＳＶと比較する計測値との差分の大きさに応じて、異ならせてもよい。

このようなガス生産システム１０を用いて、ガスハイドレートの分解及びガスの生産が行われる。
上述したように、システム１０は、再供給ライン２６ａ，２６ｂを介して、分離管１４から生産管１２ａ，１２ｂに液体を再供給する際、制御装置３０は、バルブ２８ａ，２８ｂによって再供給ライン２６ａ，２６ｂの流量を調整するので、生産管１２ａ，１２ｂそれぞれの底部における圧力を効率よく制御することができ、生産管１２ａ，１２ｂ毎にガスハイドレートの分解を制御することができる。
このとき、生産管１２ａ，１２ｂ内の先端部における圧力の計測圧力Ｐ４に応じてバルブ２８ａ，２８ｂの開度を調整するので、生産管１２ａ，１２ｂ内の先端部における圧力（坑底圧）を目標とする圧力に維持することができる。再供給ライン２６ａ，２６ｂのそれぞれの計測圧力Ｐ４にしたがってバルブ２８ａ，２８ｂの開度をそれぞれ調整するので、生産管１２ａ，１２ｂ内の先端部における圧力（坑底圧力）を生産管１２ａ，１２ｂ間で揃えることができる。

生産管１２ａ，１２ｂには、エジェクタポンプ４６ａ，４ｂが設けられるので、生産管１２ａ，１２ｂの孔３２ａ，３２ｂの深さ方向の位置が大きくばらついても、液体の吐出量をそれぞれ調整することができるので、生産管１２ａ，１２ｂの底部における圧力（坑底圧力）を揃えることができ、生産管１２ａ，１２ｂの間でガスハイドレートの分解及びガスの生成量を個別に制御することができる。

また、液体供給ライン２０ａ，２０ｂには、遮断バルブ３９ａ，３９ｂが設けられ、制御装置３０は、遮断バルブ３９ａ，３９ｂの開度の制御を、測定圧力Ｐ２と測定圧力Ｐ３の差圧に基づいて行うので、液体中に含まれるガスの比率を容易に判断することができ、ガスの比率が少ない生産管１２ａ，１２ｂの、分離管１４へのガスを含む液体の供給を停止させることができる。

生産管１２ａ，１２ｂと別に設けられる分離管１４は、その大部分、例えば、管の長さの８０％以上を海底面（地中）に埋設されるので、海流の影響を受けにくく、構造を簡素化することができる。また、断面積が、生産管１２ａ，１２ｂに比べて広い分離管１４の先端部近傍にポンプ１８を設けるので、液体の下降路の距離は長くなり、しかも液体の下降する速度が低いので、液体の下降する流れに巻き込まれる気泡の量は少なく、気液分離を良好に行うことができる。

生産管１２ａ，１２ｂ及び分離管１４は、海底に埋設され、ポンプ１８は、分離管１４内の海底面Ｘより下方に位置するように設けられていることが、気液分離を精度よく行なう点から好ましい。このとき、液体供給ライン２０ａ，２０ｂの分離管１４との接続位置は、ポンプ１８より上方にあることが、重力分離方式で気液分離を効率よく行うことができる点から好ましい。

本実施形態のガス生産システム１０は、複数の場所に分散配置された複数の生産管のそれぞれが、生産管１２ａ，１２ｂとして液体供給ライン２０ａ，２０ｂを介して分離管１４に接続され、制御装置３０は、分散配置された生産管それぞれに設けられるバルブ２８ａ，２８ｂの開度を制御することで、実用上安定的にガスを生産することができる。

以上、本発明のガス生産システムについて詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。

１０ ガス生産システム
１２ａ，１２ｂ 生産管
１４ 分離管
１６ａ，１６ｂ 孔
１８ ポンプ
２０ａ，２０ｂ 液体供給ライン
２２ 液体排出ライン
２４ 気体生産ライン
２６ａ，２６ｂ，４８ 再供給ライン
２８ａ，２８ｂ バルブ
３０ 制御装置
３２ａ，３２ｂ，３４ａ，３４ｂ，３６ａ，３６ｂ，３８，４０ 圧力計
３９ａ，３９ｂ 遮断バルブ
４２，４６ 流量計
４４ バルブ
４５ 気液分離装置
４６ａ，４６ｂ エジェクタポンプ
５０ バルブ
５２，５４ａ，５４ｂ ヒータ

Claims (11)

1. 地中内のガスハイドレートを分解してガスを生産するシステムであって、
   地中内に埋設されるように構成された先端部を有する管であって、前記管内の液体の圧力を用いて前記管の外部にあるガスハイドレートに作用する圧力を低減することにより、前記ガスハイドレートから分解して生成される気泡を含む気液混合物を前記管内の前記液体に取り込むように、前記先端部に設けられ前記管の外部に開口した孔を備えた生産管と、
   地中内に埋設されるように構成され、前記生産管から内部に導入された、前記気液混合物を取り込んだ前記液体から、気泡中の気体を分離する気液分離装置と、分離後の前記液体を外部に吸い上げるポンプと、が内部に設けられた、前記生産管と別体の分離管と、
   前記生産管と前記分離管とを接続する液体供給ラインと、
   前記分離管から延びて、吸い上げられた前記液体を外部に排出する液体排出ラインと、
   前記分離管から延びて、分離された前記気体を生産する前記ガスとして外部に搬送する気体生産ラインと、
   前記液体排出ラインから分岐し、前記吸い上げられた前記液体の一部を、前記生産管に戻す再供給ラインと、
   前記再供給ラインに設けられ、前記再供給ラインの流量を調整する第１バルブと、
   前記第１バルブの開度を制御する制御装置と、
   を備える、ことを特徴とするガス生産システム。
2. 前記生産管の内部には、前記再供給ラインから供給される前記液体を駆動流体とし、前記駆動流体の流量に応じて前記生産管内の前記液体を吸入して上方に吐出する吐出量が変化するエジェクタポンプが設けられ、
   前記吐出量の調整により前記先端部における前記圧力を制御するように構成されている、請求項１に記載のガス生産システム。
3. 前記制御装置は、前記第１バルブの開度を、前記生産管における前記液体の圧力の測定値に基づいて制御する、請求項１または２に記載のガス生産システム。
4. 前記制御装置は、前記圧力の測定値が目標坑底圧力より高い場合、前記第１バルブの開度を上げるように制御し、前記圧力の測定値が前記目標坑底圧力より低い場合、前記第１バルブの開度を下げるように制御する、請求項３に記載のガス生産システム。
5. 前記液体供給ラインには、前記生産管から前記分離管への前記液体の供給を遮断する遮断バルブが設けられ、
   前記制御装置は、前記遮断バルブの開度を、前記生産管の前記液体中の深さ方向の異なる２つの位置の測定圧力の差圧に基づいて前記遮断バルブを制御する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス生産システム。
6. 前記制御装置は、前記差圧が予め定めた閾値以上の場合、前記遮断バルブを閉じるように制御し、前記差圧が予め定めた閾値未満の場合、前記遮断バルブを開くように制御する、請求項５に記載のガス生産システム。
7. 前記液体排出ラインから分岐し、前記吸い上げられた前記液体の一部を、前記分離管に戻す循環ラインが設けられ、
   前記循環ラインには、前記循環ラインの流量を調整する第２バルブが設けられ、
   前記制御装置は、前記第２バルブの開度を、前記分離管内の気相中の測定圧力と、液相中の測定圧力の差分に基づいて制御する、請求項１〜６のいずれか１項に記載のガス生産システム。
8. 前記循環ラインには、前記循環ラインを流れる前記液体の一部を加熱する加熱装置を備える、請求項７に記載のガス生産システム。
9. 複数の場所に分散配置された複数の分散生産管のそれぞれが、前記生産管として前記液体供給ラインを介して前記分離管に接続され、前記制御装置は、前記分散生産管それぞれにおける、前記第１バルブの開度を制御する、請求項１〜８のいずれか１項に記載のガス生産システム。
10. 前記生産管及び前記分離管は、前記海底に埋設され、
    前記ポンプは、前記分離管内の海底面より下方に位置するように設けられている、請求項１〜９のいずれか1項に記載のガス生産システム。
11. 前記液体供給ラインの前記分離管との接続位置は、前記ポンプより上方にある、請求項１０に記載のガス生産システム。
    
    

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