JP7062598B2 - Methane gas production equipment and methane gas production method - Google Patents
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Description
本発明は、メタンハイドレート層からメタンガスを生産する技術に関する。 The present invention relates to a technique for producing methane gas from a methane hydrate layer.
非在来型の資源として、深海や凍土層に存在するメタンハイドレート(ガスハイドレートともいう)が注目されている。メタンハイドレートは、所定の温度、圧力条件下で、水分子のかご構造(クラスレート)内に、メタン分子を主成分とするゲスト分子を取り込んだ状態で存在する固体状の物質である。 Methane hydrate (also called gas hydrate), which exists in the deep sea and frozen soil layers, is attracting attention as a non-conventional resource. Methane hydrate is a solid substance that exists in a state in which guest molecules containing methane molecules as a main component are incorporated into the cage structure (clathrate) of water molecules under predetermined temperature and pressure conditions.
非特許文献1には、海底の地層内に形成された砂層型のメタンハイドレート層から、減圧法によりメタンガスを生産する手法が提案されている。
減圧法は、メタンハイドレート層を穿つように形成された生産井内の水をポンプで汲み上げることにより、生産井の内部やその周囲の圧力を低下させてメタンハイドレートを分解させる手法である。Non-Patent Document 1 proposes a method for producing methane gas by a decompression method from a sand layer type methane hydrate layer formed in a stratum on the seabed.
The decompression method is a method of decomposing methane hydrate by pumping water in the production well formed so as to penetrate the methane hydrate layer to reduce the pressure inside and around the production well.
メタンハイドレートの分解に伴って生成したメタンガスと水は、生産井内に流れ込んだ後、気液分離される。気液分離後の水は、水の汲み上げ流路を構成するライザーの底部に設けられたポンプを用いて汲み上げられる。
また、水と分離されたメタンガスは、前記ライザー内に、水の汲み上げ流路と分離して形成されたガス用の流路内を上昇して海上へと抜き出される。The methane gas and water generated by the decomposition of methane hydrate flow into the production well and then are separated into gas and liquid. The water after the gas-liquid separation is pumped up by using a pump provided at the bottom of the riser constituting the water pumping flow path.
Further, the methane gas separated from the water rises in the riser in the gas flow path formed separately from the water pumping flow path and is extracted to the sea.
上記減圧法によれば、砂層型のメタンハイドレート層からも連続的にメタンガスを生産することができると考えられている。一方で、水深数百メートル以上の海底に設けられる生産井に、ポンプや気液分離用のセパレータなどの機器を設置することは、各機器の製造費用や設置費用が高額となるおそれがある他、機器のメンテナンスが困難であるという問題もある。 According to the above decompression method, it is considered that methane gas can be continuously produced even from a sand layer type methane hydrate layer. On the other hand, installing equipment such as pumps and separators for separating gas and liquid in production wells located on the seabed at a depth of several hundred meters or more may increase the manufacturing and installation costs of each equipment. There is also the problem that maintenance of the equipment is difficult.
ここで特許文献1、2には、メタンハイドレートを輸送するライザー(輸送管、輸送パイプ)に輸送用のガスを吹き込む気泡ポンプやエアリフトと呼ばれる手法を用いて、海底の表層に位置する表層型のメタンハイドレート層からメタンハイドレート塊を吸い上げる技術が記載されている。
しかしながら、これら特許文献1、2には、地中に存在する砂層型のメタンハイドレート層からでもガスリフトにより連続的にメタンガスを生産することを可能とする技術の開示はない。Here,
However,
本発明は、このような背景の下になされたものであり、その目的は、メタンハイドレート層からガスリフトにより連続的にメタンガスを生産することが可能なメタンガス生産設備及びメタンガス生産方法を提供することにある。 The present invention has been made under such a background, and an object of the present invention is to provide a methane gas production facility and a methane gas production method capable of continuously producing methane gas from a methane hydrate layer by a gas lift. It is in.
本発明のメタンガス生産設備は、メタンハイドレート層からメタンガスを生産するメタンガス生産設備において、
水底に設けられ、メタンハイドレート層内に連通するように形成された生産井と、
下端部側が、前記生産井の内部空間に対して気密に連通し、当該生産井からメタンガスと水とを含む気液混合流体を抜き出して、気液混合状態で水上に送るためのライザー管と、
リフトガス供給部から供給されたリフトガスを、前記ライザー管内に供給するためのリフトガス供給管と、
前記水上に設けられると共に前記ライザー管の上端部に接続され、当該ライザー管から流出した前記気液混合流体をメタンガスと水とに分離する気液分離部と、を備え、
前記ライザー管及び生産井内に満たされた水に前記リフトガス供給管から供給されたリフトガスを混入して前記生産井内を減圧することにより、当該生産井に連通するメタンハイドレート層にてメタンハイドレート(掘削により破砕されたものを除く)を分解させて得られた前記気液混合流体を、前記ライザー管を介して上昇させ、
前記気液混合流体がライザー管内を上昇する流れの形成に伴うリフトガス効果によって、前記生産井内の減圧が維持されることにより、前記メタンハイドレートの分解が進行する自噴状態となったら、前記リフトガス供給管からのリフトガスの供給を停止することを特徴とする。
The methane gas production facility of the present invention is a methane gas production facility that produces methane gas from a methane hydrate layer.
A production well provided on the bottom of the water and formed to communicate with the methane hydrate layer,
The lower end side is airtightly communicated with the internal space of the production well, and a riser pipe for extracting the gas-liquid mixed fluid containing methane gas and water from the production well and sending it onto the water in the gas-liquid mixed state.
A lift gas supply pipe for supplying the lift gas supplied from the lift gas supply unit into the riser pipe, and
A gas-liquid separation unit provided on the water and connected to the upper end of the riser pipe to separate the gas-liquid mixed fluid flowing out of the riser pipe into methane gas and water is provided.
By mixing the lift gas supplied from the lift gas supply pipe with the water filled in the riser pipe and the production well to reduce the pressure in the production well, methane hydrate ( methane hydrate) is formed in the methane hydrate layer communicating with the production well. The gas-liquid mixed fluid obtained by decomposing (excluding those crushed by excavation) is raised through the riser pipe.
The lift gas is supplied when the methane hydrate is decomposed into a self-injection state by maintaining the depressurization in the production well due to the lift gas effect accompanying the formation of the flow in which the gas-liquid mixed fluid rises in the riser pipe. It is characterized by stopping the supply of lift gas from the pipe .
前記メタンガス生産設備は以下の特徴を備えていてもよい。
(a)前記リフトガスは、前記気液分離部にて気液混合流体から分離されたメタンガスであること。また、前記リフトガス供給部は、酸素非含有ガスを圧縮するコンプレッサーであること。
(b) 前記水底には複数の生産井が設けられ、これら複数の生産井が連結管を介して共通の前記ライザー管に接続されていること。
The methane gas production facility may have the following features.
(A) The lift gas is methane gas separated from the gas-liquid mixed fluid at the gas-liquid separation section. Further, the lift gas supply unit shall be a compressor that compresses oxygen-free gas.
(B) A plurality of production wells are provided on the bottom of the water, and these plurality of production wells are connected to the common riser pipe via a connecting pipe .
また、他の発明に係るメタンガス生産方法は、メタンハイドレート層からメタンガスを生産するメタンガス生産方法において、
水底に設けられ、メタンハイドレート層内に連通するように形成された生産井、及び下端部側が前記生産井の内部空間に対して気密に連通したライザー管内に満たされた水にリフトガスを混入して前記生産井内を減圧し、当該生産井に連通するメタンハイドレート層にてメタンハイドレート(掘削により破砕されたものを除く)を分解させる工程と、
前記メタンハイドレートを分解させて得られたメタンガスと水とを含む気液混合流体を、前記ライザー管を介して気液混合状態で上昇させ、水上に送る工程と、
前記水上にて、前記ライザー管の上端部から流出した気液混合流体を、メタンガスと水とに分離する工程と、
前記気液混合流体がライザー管内を上昇する流れの形成に伴うリフトガス効果によって、前記生産井内の減圧が維持されることにより、前記メタンハイドレートの分解が進行する自噴状態となったら、前記リフトガスの供給を停止する工程と、を含むことを特徴とする。
Further, the methane gas production method according to another invention is a methane gas production method for producing methane gas from a methane hydrate layer.
Lift gas is mixed into the production well provided on the bottom of the water and formed so as to communicate with the methane hydrate layer, and the water filled in the riser pipe whose lower end side communicates airtightly with the internal space of the production well. The process of decompressing the production well and decomposing methane hydrate (excluding those crushed by excavation) in the methane hydrate layer communicating with the production well.
A step of raising a gas-liquid mixed fluid containing methane gas and water obtained by decomposing the methane hydrate in a gas-liquid mixed state via the riser tube and sending it onto water.
A step of separating the gas-liquid mixed fluid flowing out from the upper end of the riser pipe into methane gas and water on the water.
When the decompression in the production well is maintained due to the lift gas effect accompanying the formation of the flow in which the gas-liquid mixed fluid rises in the riser pipe, and the decomposition of the methane hydrate progresses into a self-injection state, the lift gas is introduced. It is characterized by including a step of stopping the supply .
前記メタンガス生産方法は以下の特徴を備えていてもよい。
(c)前記リフトガスは、酸素非含有ガスであること。前記酸素非含有ガスは、前記気液混合流体から分離されたメタンガスであること。
(d)前記気液混合流体から分離されたメタンガスは、メタンガス液化設備、合成ガス製造設備、火力発電設備、都市ガス供給設備からなるメタンガス利用設備群から選択される少なくとも1つのメタンガス利用設備に供給されること。
The methane gas production method may have the following features.
( C ) The lift gas is an oxygen-free gas. The oxygen-free gas shall be methane gas separated from the gas-liquid mixture fluid.
( D ) The methane gas separated from the gas-liquid mixed fluid is supplied to at least one methane gas utilization facility selected from the methane gas utilization facility group consisting of the methane gas liquefaction facility, the synthetic gas production facility, the thermal power generation facility, and the city gas supply facility. To be done .
本発明は、メタンハイドレート層からのメタンガスの生産を行う生産井に対して気密に接続されたライザー管内にリフトガスを供給することにより生産井内を減圧し、生産井と連通する領域のメタンハイドレートを分解させる。この結果、得られたメタンガスと水との気液混合流体は、ライザー管内を上昇するので簡素で安価な構成でメタンガスを生産することができる。 The present invention reduces the pressure in the production well by supplying lift gas into a riser pipe that is airtightly connected to the production well that produces methane gas from the methane hydrate layer, and methane hydrate in the region communicating with the production well. To disassemble. As a result, the obtained gas-liquid mixed fluid of methane gas and water rises in the riser tube, so that methane gas can be produced with a simple and inexpensive configuration.
はじめに、図1を参照しながら本発明の実施の形態に係るメタンガス生産設備の構成について説明する。本例のメタンガス生産設備は、例えば海底(水底)を構成する地層GLの下層側に形成された砂層型のメタンハイドレート層MHLからメタンガスを生産する。
メタンハイドレート層MHLを擁する地層GLは、水深が数百メートル以上の海底に位置し、メタンハイドレート層MHLはこの地層GLの海底面よりも数十メートル~数百メートル程度下方側に位置している。First, the configuration of the methane gas production facility according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The methane gas production facility of this example produces methane gas from, for example, a sand layer type methane hydrate layer MHL formed on the lower side of the stratum GL constituting the seabed (water bottom).
The stratum GL containing the methane hydrate layer MHL is located on the seabed at a depth of several hundred meters or more, and the methane hydrate layer MHL is located several tens to several hundred meters below the seafloor of this stratum GL. ing.
生産井2は、地層GLの海底面から、当該地層GLの下方側に位置するメタンハイドレート層MHLへ向けて、下方側へ伸びるように筒状のケーシング21を配設した構造となっている。ケーシング21は、例えば直径が数十センチメートル~数メートルの金属製の配管により構成され、不図示のセメントによって地層GLに対して固定されている。
The production well 2 has a structure in which a
ケーシング21の下部側領域は、メタンハイドレート層MHL内に挿入され、当該下部側領域には、穿孔やサンドスクリーンなどを介してメタンハイドレート層MHLと連通する仕上げ層22が形成されている。またケーシング21の下端部は、メタンハイドレート層MHLに向けて開口していてもよいし、ケーシングシューを設けて塞いでもよい。
The lower region of the
生産井2の上面には、フランジ状のライザーベース23が設けられ、このライザーベース23には、その内部を上下方向に貫通する流路が形成されている。ライザーベース23の下面には、前記流路と連通するようにチュービング27が接続されている。チュービング27は、ケーシング21の内径よりも小さな、数十センチメートル~数メートルの直径を有する金属製の配管により構成され、ライザーベース23からケーシング21(生産井2)の内部空間へ向けて挿入されている。チュービング27の下端部は、仕上げ層22が形成されたケーシング21の下部側領域内へ向けて開口し、当該下端部におけるケーシング21とチュービング27との間の隙間は、パッカー24によって塞がれている。
A flange-
ライザー管11は、例えば直径が数十センチメートル~数メートルの金属製の配管やフレキシブルパイプにより構成され、当該ライザー管11の下端部は、前記ライザーベース23の上面に接続されている。ライザーベース23を介してチュービング27と接続されたライザー管11は、生産井2の内部空間に対して気密に連通した状態となっている。
The
生産井2の上方側の海上にはフローター3が設けられている。ライザー管11は、ライザーベース23と接続された海底面から、海中を通って、フローター3へと上方側へ向けて延伸されている。フローター3には、ライザー管11を介してメタンハイドレート層MHLから抜き出された後述の気液混合流体を受け入れ、当該気液混合流体をメタンガスと水とに分離するための気液分離槽(気液分離部)31が設けられている。ライザー管11の上端部は、気液分離槽31に接続され、その上流もしくは下流には調節弁V1が設置される(図1~6には、気液分離槽31の上流に調節弁V1を設けた例を示してある)。
A
さらに気液分離槽31には、当該気液分離槽31内の上部側の空間から、気液分離された後のメタンガスを抜き出すためのラインと、気液分離槽31内の下部側領域から気液分離後の水を抜き出すためのラインとが接続されている。メタンガスの抜き出しラインには、気液分離槽31から抜き出されたメタンガスを昇圧して出荷するためのガスコンプレッサー32が設けられている。一方、水の抜き出しラインの下流側には、水の排出を行う前に、必要な排水処理を行うための不図示の排水処理部が設けられている。
Further, the gas-
また、ガスコンプレッサー32の下流側からは、昇圧されたメタンガスの一部を抜き出すラインが分岐している。この分岐ラインは、流量調節バルブV2を介してリフトガス供給管12の上流側の端部に接続されている。この観点でガスコンプレッサー32は、リフトガス供給管12にリフトガスを供給するリフトガス供給部としての機能も備えている。
Further, from the downstream side of the
さらに図1に示すように、リフトガス供給管12の上流側の端部には、リフトガス供給管12に窒素ガスを供給するための窒素ガスタンクやガスコンプレッサーなどを含む窒素ガス供給部33が、流量調節バルブV3を介して接続されている。窒素ガス供給部33についても、リフトガス供給管12にリフトガスを供給するリフトガス供給部に相当する。
Further, as shown in FIG. 1, at the upstream end of the lift
リフトガス供給管12は、ライザー管11の延伸方向に沿って、フローター3から海底へと海中内を下方側へ向けて延伸されている。本例では、リフトガス供給管12の下端部は、既述のライザーベース23に接続され、ライザーベース23内に形成された流路を介してライザー管11と連通している。
The lift
リフトガス供給管12はライザー管11内に向けて、酸素非含有ガスであるメタンガスや窒素ガスをリフトガスとして供給する機能を果たす。従って、ライザー管11に水Wが満たされた状態において、リフトガス供給管12にリフトガスを供給するガスコンプレッサー32や窒素ガス供給部33は、ライザー管11側との接続位置にてライザー管11側から加わる水圧に抗して、所望の流量のリフトガスをライザー管11内に混入することが可能な圧力にてリフトガスを供給する能力を備えている。
The lift
なお、リフトガスに酸素非含有ガスを採用する理由は、メタンハイドレート層MHLメタンガスを生産する際に、燃焼可能な混合気を形成しないようにするためである。従って、これらのリフトガスが、燃焼可能な混合気を形成しない程度の微量な酸素を、不可避成分などとして含有する場合を否定するものではない。 The reason for adopting the oxygen-free gas as the lift gas is to prevent the formation of a combustible air-fuel mixture when producing the methane hydrate layer MHL methane gas. Therefore, it is not denied that these lift gases contain a small amount of oxygen as an unavoidable component that does not form a combustible air-fuel mixture.
以上に説明した構成を備えるメタンガス生産設備の作用について説明すると、図2に示すように、初めに生産井2及びライザー管11の内部は水Wで満たされた状態となっている。ライザー管11の敷設の際に、ライザー管11の下端部に蓋をせずにライザー管11をライザーベース23との接続位置まで降ろしていくと、ライザー管11内には海水が進入する。また、生産井2の設置時においても、生産井2の内部には海水が進入する。メタンガスの生産開始前において、生産井2及びライザー管11に満たされている水Wは、例えばこれらの海水である。
Explaining the operation of the methane gas production facility having the configuration described above, as shown in FIG. 2, the inside of the
次いで、図3に示すように、ライザー管11と気液分離槽31との間の調節弁V1を開くと共に、窒素ガス供給部33側の流量調節バルブV3を開いて、窒素ガス供給部33からリフトガス供給管12にリフトガスである窒素ガスを供給する。窒素ガスは、リフトガス供給管12内を下方側へ向けて流れ、ライザーベース23との接続位置を介してライザー管11内の水Wに混入される。
Next, as shown in FIG. 3, the control valve V1 between the
この結果、窒素ガスの混入位置よりも上方側に、窒素ガスの気泡Bと水Wとの気液混合流体が形成される。この気液混合流体の比重は、窒素ガスの混入位置よりも下方側の水Wの比重よりも小さいため、比重の大きな下方側の水Wが窒素ガスの混入位置よりも上方側へと持ち上げられる(ガスリフト効果)。このガスリフト効果により、ガス混入位置よりも下方側の生産井2内の圧力が減少すると共に、ライザー管11内を気液混合流体が上昇し始める。
As a result, a gas-liquid mixed fluid of nitrogen gas bubbles B and water W is formed above the nitrogen gas mixing position. Since the specific gravity of this gas-liquid mixed fluid is smaller than the specific gravity of the water W on the lower side of the nitrogen gas mixing position, the lower water W having a large specific gravity is lifted to the upper side of the nitrogen gas mixing position. (Gas lift effect). Due to this gas lift effect, the pressure in the production well 2 below the gas mixing position decreases, and the gas-liquid mixed fluid starts to rise in the
ライザー管11内を気液混合流体の上昇、及び当該ライザー管11に対して気密に連通する生産井2内の圧力の低下に伴い、仕上げ層22を介して生産井2と連通する周囲のメタンハイドレート層MHL内の圧力が低下し始める。そして、メタンハイドレート層MHL内の圧力が低下すると、メタンハイドレートが分解し、メタンガスと生産水とを生じる。なお、このときメタンハイドレート層はメタン以外の成分、例えばエタンやプロパンなどの成分を含んでいてもよく、このようなメタンと他の成分との混合ガスについても以下の説明では「メタンガス」と呼ぶ。
メタンハイドレートの分解により発生したメタンガスと水(生産水)Wとの混合流体(メタンハイドレートを形成せず、元来、メタンハイドレート層MHL内に単独で存在していた水を含んでもよい)は、仕上げ層22を介して生産井2内に流れ込み、リフトガス効果によって生産井2及びライザー管11内を上昇する(図4)。As the gas-liquid mixed fluid rises in the
A mixed fluid of methane gas and water (produced water) W generated by the decomposition of methane hydrate (it may contain water that originally existed alone in the methane hydrate layer MHL without forming methane hydrate. ) Flows into the production well 2 through the
例えば、水深1000メートルの海底に設けられたライザーベース23に対してライザー管11の下端部が接続され、さらにライザーベース23よりも数十メートル~数百メートル下方位置にメタンハイドレート層MHLが存在する場合を考える。このとき、ライザーベース23との接続位置の近傍のライザー管11の内部には、約100Bar(10MPaG)の水圧が加わっている。この場合において、生産井2内の圧力損失分を考慮しても、当該接続位置の水圧を、リフトガス効果により30~50Bar(3~5MPaG)程度まで減圧することができれば、仕上げ層22の周囲におけるメタンハイドレートの分解を連続的に発生させることができると考えられる。
For example, the lower end of the
ライザー管11内を上昇した混合流体は、フローター3側に到達した後、気液分離槽31内に流れ込み、気液分離槽31内にてメタンガスと水とに分離される。気液分離槽31内に十分量のメタンガスが流入し、ガスコンプレッサー32を稼働可能な状態となったら、ガスコンプレッサー32を起動すると共に、流量調節バルブV2を開く。一方、窒素ガス供給部33側の流量調節バルブV3を閉じて、リフトガスを窒素ガスからメタンガスに切り替える(図4)。
The mixed fluid that has risen in the
本例のメタンガス生産設備では、リフトガス供給管12からのリフトガスの供給に伴うリフトガス効果のほか、メタンハイドレート層MHLから生産井2内に流れ込んだ混合流体(メタンガスと生産水)自身がライザー管11内を上昇する流れの形成によってもリフトガス効果が発揮される。このとき、リフトガスの供給を停止してもメタンガスを生産できる場合は、メタンハイドレート層MHLから供給される混合流体のリフトガス効果により、生産井2内の減圧が維持され、メタンハイドレートの分解が進行する自噴状態にあると言える。
In the methane gas production facility of this example, in addition to the lift gas effect associated with the supply of lift gas from the lift
このように自噴状態が形成された場合は、図5に示すようにリフトガス供給管12からのメタンガス(リフトガス)の供給を停止してもよい。また、自噴による生産だけでは、メタンガスの生産量が少なく、安定生産ができない場合などには、出荷流量を維持するために必要な流量のリフトガスを適宜、追加供給してよい。
When the artesian aquifer is formed in this way, the supply of methane gas (lift gas) from the lift
さらにここで、生産井2の周囲のメタンハイドレート層MHLにおいては、自噴状態が常時形成されていることは必須ではない。例えば、メタンガス生産設備の運転を停止した後、リフトガス供給管12からのリフトガスの供給を再開したり、リフトガスの供給流量を増加させたりすることにより、メタンガスの生産を再継続することができる。
Further, here, it is not essential that the artesian aquifer is always formed in the methane hydrate layer MHL around the
以上に説明したメタンガス生産設備の作用により、メタンハイドレート層MHLにて生産され、生産井2及びライザー管11を介して気液分離槽31へと抜き出されたメタンガスは、ガスコンプレッサー32によって昇圧され、後段のメタンガス利用設備に供給される。
メタンガス利用設備としては、メタンガスを冷却して液化するメタンガス液化設備、メタンガスから化学反応により一酸化炭素と水素を含む合成ガスを製造する合成ガス製造設備、メタンガスを燃焼させて発電を行う火力発電設備、メタンガスへのLPG(Liquefied Petroleum Gas)の添加による熱量調整や付臭などを行って都市ガスを製造する都市ガス供給設備からなるメタンガス利用設備群から選択される少なくとも1つのメタンガス利用設備を例示することができる。Due to the action of the methane gas production equipment described above, the methane gas produced in the methane hydrate layer MHL and extracted to the gas-
Methane gas utilization equipment includes methane gas liquefaction equipment that cools and liquefies methane gas, synthetic gas production equipment that produces synthetic gas containing carbon monoxide and hydrogen by chemical reaction from methane gas, and thermal power generation equipment that burns methane gas to generate power. , At least one methane gas utilization facility selected from the methane gas utilization facility group consisting of city gas supply facilities for producing city gas by adjusting the calorific value and odorizing by adding LPG (Liquefied Petroleum Gas) to methane gas is exemplified. be able to.
ここでこれらのメタンガス利用設備は、フローター3の外部の例えば陸地側へ設置し、フローター3とメタンガス利用設備との間にパイプラインを敷設して、ガスコンプレッサー32にて昇圧されたメタンガスをメタンガス利用設備へ輸送する構成を採用してもよい。また、メタンガス利用設備をフローター3に併設し、フローター3内で得られた液化ガス、合成ガス、電力や都市ガスをフローター3から消費先へと輸送してもよい。
なお、気液分離槽31にてメタンガスと分離された生産水は、必要な排水処理を行ったうえで、海中へと戻される。また、生産水を海中に戻せない場合は、海底に再圧入してもよい。Here, these methane gas utilization facilities are installed outside the
The produced water separated from the methane gas in the gas-
本実施の形態に係るメタンガス生産設備によれば以下の効果がある。メタンハイドレート層MHLからのメタンガスの生産を行う生産井2に対して気密に接続されたライザー管11内にリフトガスを供給することにより生産井2内を減圧し、生産井2と連通する領域のメタンハイドレートを分解させる。この結果、得られたメタンガスと水との気液混合流体は、ライザー管11内を自発的に上昇するので、簡素で安価な構成でメタンガスを生産することができる。
According to the methane gas production facility according to the present embodiment, the following effects are obtained. By supplying lift gas into the
特に、従来、提案されている減圧法と異なり、本例のメタンガス生産設備は、生産井2が設けられている海底にメタンガスと生産水とを分離するセパレータや、生産水を汲み上げるためのポンプを設ける必要がない。このため、メタンガス生産設備を構成する各機器の製造費用や設置費用を大幅に低減することができる。また、海底に動力機器を設けることに伴うメンテナンスの困難性を回避することも可能となる。
In particular, unlike the conventional decompression method proposed, the methane gas production facility of this example has a separator that separates methane gas and production water on the seabed where the
さらには、メタンガスと生産水との気液混合流体が生産井2に流入してリフトガス効果を発揮することにより、メタンハイドレートの分解が自発的に進行する自噴状態にある場合には、リフトガスの供給流量を低減、停止することもできる。この結果、常時、生産水の汲み上げが必要な従来の減圧法と比較して、メタンガス生産設備の稼働費用も大幅に低減することが可能となる。
Furthermore, when the gas-liquid mixed fluid of methane gas and production water flows into the
ここで、リフトガス供給管12は、ライザーベース23に接続する構成に限らず、ライザー管11に直接、接続してもよい。また例えばチュービング27に対してリフトガス供給管12を接続し、当該チュービング27を介してリフトガス供給管12とライザー管11とを連通させてもよい。
Here, the lift
さらには、リフトガス供給管12は、図1などを用いて説明した例のように、ライザー管11の外部に配置する場合に限定されない。例えば図6には、ライザー管11の内側に、当該ライザー管11よりも小口径のリフトガス供給管12aを収容した二重管の状態となるように、ライザー管11及びリフトガス供給管12aを海中に配置したメタンガス生産設備の構成例を示している。
Further, the lift
リフトガス供給管12aの下端部はライザー管11内で開口し、当該開口からライザー管11内の水Wへとリフトガスが混入される。メタンガスと生産水の混合流体は、ライザー管11の内周面とリフトガス供給管12a外周面との間の隙間領域内を上昇してフローター3側の気液分離槽31へと抜き出される。なおこのとき、混合流体が流れる前記隙間領域がライザー管11内の上下方向に亘って安定的に形成されるように、ライザー管11とリフトガス供給管12aとの間に所定の間隔でスペーサーを配置してもよい。
The lower end of the lift
さらに図1などを用いて説明した例では、メタンガスの出荷用のガスコンプレッサー32を利用して、リフトガス供給管12に対するリフトガスとしてのメタンガス供給を行う例について説明した。但し、出荷用のガスコンプレッサー32とリフトガス供給管12へのリフトガス供給用のコンプレッサーを共用化することは必須の要件ではなく、気液分離槽31に対してリフトガス供給管12へのリフトガス供給専用の抜き出しライン、コンプレッサーを設けてもよい。
Further, in the example described with reference to FIG. 1 and the like, an example of supplying methane gas as lift gas to the lift
さらに、メタンガス生産設備の外部、例えばフローター3から離れた位置に気液分離槽31が設けられている場合や、フローター3に窒素ガス供給部33を設けることが困難な場合などには、外部からリフトガスとしてメタンガスや窒素ガスを受け入れてもよい。この場合には、フローター3に設けられたリフトガスの受け入れ配管が、本メタンガス生産設備のリフトガス供給部に相当することとなる。
そして、リフトガスに用いられる酸素非含有ガスは、窒素ガスやメタンガスに限定されるものではなく、例えば気化させたLPGやLNG(Liquefied Natural Gas)であってもよい。Further, when the gas-
The oxygen-free gas used for the lift gas is not limited to nitrogen gas or methane gas, and may be, for example, vaporized LPG or LNG (Liquefied Natural Gas).
また図7は、1本のライザー管11を用いて複数の生産井2からメタンガスの生産を行うメタンガス生産設備の実施形態を示している。本例においては、ライザー管11の下端部に設けられたマニフォールド部23aに対して複数の連結管26が接続され、各連結管26が連結部25を介して各々の生産井2に接続されている(クリスマスツリー接続)。
Further, FIG. 7 shows an embodiment of a methane gas production facility that produces methane gas from a plurality of
次いで、図8は、1本のライザー管11を用いて複数の生産井2からメタンガスの生産を行うメタンガス生産設備の他の実施形態を示している。この例においては、ライザー管11の下端部に設けられたライザーベース23、及び複数の連結部25の下方に各々生産井2を設け、連結管26を介してこれらライザーベース23、連結部25を順繰りに接続した構成となっている(デイジーチェーン接続)。
また、図7、8に示す接続法を組み合わせて、マニフォールド部23aに対して、各々、デイジーチェーン接続された複数の生産井2の群をクリスマスツリー状に接続したり、デイジーチェーン接続された複数の連結部25やマニフォールド部23に対し、各々、クリスマスツリー状に複数の連結管26を接続したりしてもよいことは勿論である。Next, FIG. 8 shows another embodiment of a methane gas production facility that produces methane gas from a plurality of
Further, by combining the connection methods shown in FIGS. 7 and 8, a group of a plurality of
そして、本例のメタンガス生産設備は、海底に存在するメタンハイドレート層MHLからメタンガスを生産する場合に限定されず、湖底に存在するメタンハイドレート層MHLに設けてメタンガスの生産を行ってもよいことは勿論である。 The methane gas production facility of this example is not limited to the case of producing methane gas from the methane hydrate layer MHL existing on the seabed, and may be provided in the methane hydrate layer MHL existing on the lake bottom to produce methane gas. Of course.
B 気泡
MHL メタンハイドレート層
W 水
11 ライザー管
12、12a
リフトガス供給管
2 生産井
31 気液分離槽
32 ガスコンプレッサー
B Bubble MHL Methane hydrate
Lift
Claims (8)
水底に設けられ、メタンハイドレート層内に連通するように形成された生産井と、
下端部側が、前記生産井の内部空間に対して気密に連通し、当該生産井からメタンガスと水とを含む気液混合流体を抜き出して、気液混合状態で水上に送るためのライザー管と、
リフトガス供給部から供給されたリフトガスを、前記ライザー管内に供給するためのリフトガス供給管と、
前記水上に設けられると共に前記ライザー管の上端部に接続され、当該ライザー管から流出した前記気液混合流体をメタンガスと水とに分離する気液分離部と、を備え、
前記ライザー管及び生産井内に満たされた水に前記リフトガス供給管から供給されたリフトガスを混入して前記生産井内を減圧することにより、当該生産井に連通するメタンハイドレート層にてメタンハイドレート(掘削により破砕されたものを除く)を分解させて得られた前記気液混合流体を、前記ライザー管を介して上昇させ、
前記気液混合流体がライザー管内を上昇する流れの形成に伴うリフトガス効果によって、前記生産井内の減圧が維持されることにより、前記メタンハイドレートの分解が進行する自噴状態となったら、前記リフトガス供給管からのリフトガスの供給を停止することを特徴とするメタンガス生産設備。 In a methane gas production facility that produces methane gas from a methane hydrate layer
A production well provided on the bottom of the water and formed to communicate with the methane hydrate layer,
The lower end side is airtightly communicated with the internal space of the production well, and a riser pipe for extracting the gas-liquid mixed fluid containing methane gas and water from the production well and sending it onto the water in a gas-liquid mixed state.
A lift gas supply pipe for supplying the lift gas supplied from the lift gas supply unit into the riser pipe, and
A gas-liquid separation unit provided on the water and connected to the upper end of the riser pipe to separate the gas-liquid mixed fluid flowing out of the riser pipe into methane gas and water is provided.
By mixing the lift gas supplied from the lift gas supply pipe with the water filled in the riser pipe and the production well to reduce the pressure in the production well, methane hydrate ( methane hydrate) is formed in the methane hydrate layer communicating with the production well. The gas-liquid mixed fluid obtained by decomposing (excluding those crushed by excavation) is raised through the riser pipe.
The lift gas is supplied when the methane hydrate is decomposed into a self-injection state by maintaining the depressurization in the production well due to the lift gas effect accompanying the formation of the flow in which the gas-liquid mixed fluid rises in the riser pipe. A methane gas production facility characterized by stopping the supply of lift gas from pipes .
水底に設けられ、メタンハイドレート層内に連通するように形成された生産井、及び下端部側が前記生産井の内部空間に対して気密に連通したライザー管内に満たされた水にリフトガスを混入して前記生産井内を減圧し、当該生産井に連通するメタンハイドレート層にてメタンハイドレート(掘削により破砕されたものを除く)を分解させる工程と、
前記メタンハイドレートを分解させて得られたメタンガスと水とを含む気液混合流体を、前記ライザー管を介して気液混合状態で上昇させ、水上に送る工程と、
前記水上にて、前記ライザー管の上端部から流出した気液混合流体を、メタンガスと水とに分離する工程と、
前記気液混合流体がライザー管内を上昇する流れの形成に伴うリフトガス効果によって、前記生産井内の減圧が維持されることにより、前記メタンハイドレートの分解が進行する自噴状態となったら、前記リフトガスの供給を停止する工程と、を含むことを特徴とするメタンガス生産方法。 In the methane gas production method that produces methane gas from the methane hydrate layer,
Lift gas is mixed into the production well provided on the bottom of the water and formed so as to communicate with the methane hydrate layer, and the water filled in the riser pipe whose lower end side communicates airtightly with the internal space of the production well. The process of decompressing the production well and decomposing methane hydrate (excluding those crushed by excavation) in the methane hydrate layer communicating with the production well.
A step of raising a gas-liquid mixed fluid containing methane gas and water obtained by decomposing the methane hydrate in a gas-liquid mixed state via the riser tube and sending it onto water.
A step of separating the gas-liquid mixed fluid flowing out from the upper end of the riser pipe into methane gas and water on the water.
When the decompression in the production well is maintained due to the lift gas effect accompanying the formation of the flow in which the gas-liquid mixed fluid rises in the riser pipe, and the decomposition of the methane hydrate proceeds into a self-injection state, the lift gas is introduced. A method for producing methane gas , which comprises a step of stopping the supply .
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