JP7157973B1 - 海底ハイドレート貯留層含有量垂直分布の正確な評価装置の使用方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】海底ハイドレート貯留層含有量垂直分布の正確な評価装置の使用方法を提供することを課題とする。【解決手段】本発明は、海底ハイドレートの含有量測定に関し、特に、海底ハイドレート貯留層含有量垂直分布の正確な評価装置の使用方法に関する。この方法は、装置全体を一体に組み立てて、海底掘削井戸内にねじ込むステップ、天然ガスハイドレートを励起させて気体物質を生成するステップ、Ｓ２において動作状態にある熱励起システムに対応する方向付け案内通路を開き、前記層位で生成された気体天然ガスハイドレートを方向付け案内通路を通じてねじ込み式長尺被覆管内に入らせるステップ、ガス収集システムで気体天然ガスハイドレートを収集するステップ、光学測距ユニット及び抵抗率ユニットを介して箱体内の成分及び含有量を分析し記録するステップ、１つの収集サイクルが終了するまで、Ｓ４及びＳ５の動作を繰り返すステップ、及びデータの処理と分析ステップを含む。この方法は、海底ハイドレート含有量の垂直分布の正確な評価を実現する。【選択図】 図１
Description
本発明は、海底ハイドレートの含有量測定に関し、特に、海底ハイドレート貯留層含有量垂直分布の正確な評価装置の使用方法に関する。
天然ガスハイドレートの位置及び分布特徴への洞察は、非常に重要で、その後の全ての作業の主要な前提である。現在世界で普及している探査技術には、主に音響探査技術、時間領域反射技術、インピーダンス探査技術、ＴＤＲ及びその他の複合試験探査技術が含まれる。現段階で最も主要で効果的な探査手法は、海水中の冷湧水プルームの分布の探査を使用して、ハイドレート分布域の判定及びハイドレートの開発をさらに完了する手法である。
理論と実践により、水深が３００メートルを超える海域の堆積層には、ハイドレート生成の温度と圧力の条件を満たし、天然ガスハイドレートの鉱物資源を容易に見つける「安定領域」が存在することが証明されているが、地下の熱水活動、地殻変動、地球温暖化などの要因の影響により、天然ガスハイドレートの「安定領域」の温度又は圧力が変化し、ハイドレートの安定性を維持するための条件が満たされなくなることで、遊離ガスと水に分解される。適切な運ぶ通路が存在する場合、遊離ガスは運ばれて海水中に漏れて、プルームを形成する。遊離ガスを含む海水（冷湧水）と周囲の海水の物性も異なる。冷湧水、プルーム、ハイドレートの三者は密接に関連し、海底プルームは通常、冷湧水活動域の上にある水域内で発達し、プルームは海底ガスの浸透の直接的な兆候で、冷水湧出域の下にある海底層には常に天然ガスが豊富に含まれている。ハイドレートは、プルームメタンバブルと海水中に共存でき、又は独立したハイドレートシートとなり、或いはメタンバブルを覆うことができる。プルームのガス源は、地層中のハイドレート分解からのメタンガス及びハイドレートを形成していない遊離ガスである。プルームのガス源は、地層でのハイドレート分解によるメタンガス及びハイドレートを形成していない遊離ガスである可能性がある。
現段階で、海底天然ガスハイドレート貯留層の分布及び含有量を探査する主流方法は、地球物理学に依存して冷湧水プルームを監視することであり、まず、ハイドレートの分布範囲を決定し、次に海洋地球物理学的探査手法を用いて大規模な評価を実施する。評価が完了した後、地球物理学的探査手法には不正確、人工的な経験に依存すること、ハイドレート貯留層への詳細な調査を実施できないことといった欠点があるため、専門家の判断に従って、特定の位置に対して井戸検層・ボーリング調査・サンプリングを実施することで、当該領域のハイドレート貯留層の分布特定を実現できる。
しかしながら、井戸検層、ボーリング調査、サンプリング作業が完了した後、ボーリング過程での土壌への影響（擾動）は免れることができず、ボーリング孔が残った後に生じる海水と土壌体の相互作用、ハイドレート貯留槽の上の土壌の載圧保護作用の低下により、直接過剰間隙水圧、温度、塩分、ｐＨなどに大きな変化をもたらし、貯留層の温度場、圧力場は天然ガスハイドレートの賦存及び分布に大きな影響を及ぼし、直接天然ガスハイドレートの二次分布に直接つながることで、海底ハイドレート含有量垂直分布の正確な評価に影響を及ぼす。上記をまとめると、従来技術では、ボーリング孔による天然ガスハイドレートの二次分布状況を正確に評価することはできない。
本発明の目的は、従来技術に存在する上記の欠陥の克服を意図しており、海底ハイドレート含有量垂直分布の正確な評価を実現する海底ハイドレート貯留層含有量垂直分布の正確な評価装置の使用方法を提案することである。
本発明の技術的手段
海底ハイドレート貯留層含有量垂直分布の正確な評価装置の使用方法であって、次の構成を有し、すなわち、
海底ハイドレート貯留層含有量垂直分布の正確な評価装置の使用方法であって、次の構成を有し、すなわち、
Ｓ１．装置全体を一体に組み立てて、海底掘削井戸内にねじ込むステップ：
アクティブな励起型海底ハイドレート貯留層含有量垂直分布の正確な評価装置は、ガス収集システムと、ねじ込み式長尺被覆管（ねじ式長套管、ロングケーシング）とを備え、ガス収集システムはねじ込み式長尺被覆管の上に固定され、ねじ込み式長尺被覆管は管状に設計され、ねじ込み式長尺被覆管の側壁に軸方向に沿って間隔をあけて複数組の熱励起システムが固定され、各組の熱励起システムは同じ水平方向にあり、長尺被覆管の円周方向に沿って均等に間隔をあけて配置された複数の熱励起装置を備え、
ねじ込み式長尺被覆管の側壁に温度センサ及び長尺被覆管の軸方向に沿って間隔をあけて配置された複数組の方向付け案内通路がさらに設けられ、各組の熱励起システムの上に温度センサ及び１組の方向付け案内通路が設けられ、各組の方向付け案内通路は同じ水平方向にあり、長尺被覆管の円周方向に沿って均等に間隔をあけて配置された複数の方向付け案内通路を備え、
前記ガス収集システムは、上部固定筐体と、回転軸と、回転軸に固定された複数の循環回転箱体とを備え、上部固定筐体はねじ込み式長尺被覆管の頂部に固結され、回転軸は上部固定筐体に回転可能に連結され、循環回転箱体内に収集室が設けられ、循環回転箱体の一側に開口部が設けられ、複数の循環回転箱体は回転軸の環状外側に沿って均等に間隔をあけて配置され、各循環回転箱体間は底部が対応する側の側辺を介して固結され、回転軸が複数の循環回転箱体の連結部に位置し、循環回転箱体が一番下まで回転した時、前記循環回転箱体の開口部がねじ込み式長尺被覆管の頂部開口部の真上に位置し、この時前記循環回転箱体は逆さまの状態になり、
前記循環回転箱体内に均しく光学測距ユニット及び抵抗率ユニットが設けられ、
装置全体を掘削井戸内にねじ込まれ、ねじ込み式長尺被覆管の外側壁は掘削井戸にフィットされ、
Ｓ２．天然ガスハイドレートを励起させて気体物質を生成するステップ：
熱励起システムをねじ込み式長尺被覆管から緩め、外側の土壌に挿入し、異なる励起部分の温度を同じように維持する場合において、軸方向の各層位の熱励起システムを順次に起動し、温度センサを介して土壌の温度をリアルタイムで監視し、熱励起システムを制御して指定した熱を発生し、熱励起システムの連続加熱過程で、前記層位の土壌体内の固液体天然ガスハイドレート部分は、気体天然ガスハイドレートに連続的に変換され、
Ｓ３．Ｓ２において動作状態にある熱励起システムに対応する方向付け案内通路を開き、前記層位で生成された気体天然ガスハイドレートを方向付け案内通路を通じてねじ込み式長尺被覆管内に入らせるステップ、
Ｓ４．ガス収集システムで気体天然ガスハイドレートを収集するステップ：
気体天然ガスハイドレートがねじ込み式長尺被覆管の頂部まで上昇した時、開口部がねじ込み式長尺被覆管に面する循環回転箱体内に直接流入され、気体天然ガスハイドレートの一部が凝縮して固体粒子になり、箱体の内面に付着し、気体天然ガスハイドレート量の継続的な蓄積に伴い、循環回転箱体が受けた浮力は増大し続け、浮力が箱体重力より大きくなった後，浮力の作用において、循環回転箱体が回転軸を中心にして自動的に反転し、この時一杯になった箱体が予備ポジションに変換し、他の予備ポジションの循環回転箱体が収集ポジションに回転し、収集し続け、
Ｓ５．光学測距ユニット及び抵抗率ユニットを介して箱体内の成分及び含有量を分析、記録するステップ：
光学測距ユニットを介して、反射性の差により固体・液体・気体の成分を判定し、抵抗率ユニットを介して、物質の導電性の差により、固体、気体、液体物質の成分含有量を測定し、光学測距ユニット及び抵抗率ユニットによって得られたデータを記録した後、循環回転箱体内の固体粒子及び気体物質を放出し、
Ｓ６．１つの収集サイクルが終了するまで、Ｓ４及びＳ５の動作を繰り返すステップ：
Ｓ４とＳ５の動作を数回繰り返した後、前記層位の熱励起システム及び方向付け案内通路を閉じ、この過程で、温度の変化を継続的に観察し、温度が初期温度に下がると共に指定された時間に保持した後、１つの収集サイクルが終了し、方向付け案内通路を閉じ、ガス収集システムが自動的に反転することで循環回転箱体内に残留されている天然ガスハイドレートを空にし、
Ｓ７．データの処理と分析ステップ：
Ｓ５で得られたデータを統計処理し、該サイクル内に収集された総合データを得、気液固相三相データを反転することで、各層位の天然ガスハイドレートがある特定温度で熱励起を受けて生成した気体天然ガスハイドレートの量を得、
他の層位にある熱励起システムを動作させ、該層位にある方向付け案内通路を開き、Ｓ１～Ｓ７を繰り返すことで、任意の貯留層における天然ガスハイドレートの賦存及び含有量への判断を完了する。
本発明では、ステップＳ２において、温度センサを介して土壌の温度をリアルタイムで監視し、熱励起システムを制御して、指定した熱を発生する。
ステップＳ３において、ある層位の熱励起システムの作用によって生成された気体天然ガスハイドレートは、自体の拡散作用により、方向付け案内通路を経由して、ねじ込み式長尺被覆管の外部から内部に入り、装置外部の気体天然ガスハイドレートの圧力が比較的大きく、ケーシングに入るガスは前記通路を経由してオーバーフローすることができなくなり、同時にガスの密度は空気と海水密度よりはるかに小さく、ガス温度が比較的高い状態にあるため、気体天然ガスハイドレートがガス収集システムに上昇するまで、ねじ込み式長尺被覆管内で上昇し続ける。
前記熱励起装置は、円筒状を呈し、円周外面に雄ねじが設けられることで、雄ねじを介して熱励起装置をねじ込み或いはねじを緩めることができ、初期状態下の熱励起システムはねじ込み式長尺被覆管内にあり、熱励起システムの外側がねじ込み式長尺被覆管の外壁と同一平面の位置（面一）となり、動作過程中、熱励起装置がねじ込み式長尺被覆管からねじを緩められることで、外部の土壌に挿入される。
前記光学測距ユニットは、レーザー発射モジュールと、距離測定モジュールとを備え、レーザー発射モジュールは循環回転箱体の底面に位置するレーザー発射器を備え、レーザー発射器がレーザー光を発射し、レーザー光が海水界面に当たった後で反射し、ガス結晶に当たった場合、明らかな反射メカニズムがなく、その後距離測定モジュールによってある時点の箱体内の海水の上昇高さを得、上昇高さによって海水の割合を得る。
前記抵抗率ユニットは、循環回転箱体内にあり、循環回転箱体の底部に固結された２本の抵抗率プローブを備え、抵抗率プローブは複数の螺旋状電極モジュール（スパイラル型電極ユニット）を備え、螺旋状電極モジュールは円筒形モジュール本体と、モジュール本体の環状外側を囲む可動な螺旋状電極とを備え、モジュール本体内に取り付け溝及び接続穴が設けられ、取り付け溝内に螺旋状電極に接続される導線が設けられ、接続穴内に固定ロッドが設けられ、スパイラル本体が固定ロッドに固結され、螺旋状電極モジュールがプローブの軸方向に沿って配置され、
前記螺旋状電極のピッチは、モジュール本体と同じ高さで、すなわち、各螺旋状電極がモジュール本体の環状外側を１周囲い、螺旋状電極の頂端がモジュール本体に固結され、モジュール本体の環状側壁に軸方向に沿って配置された摺動溝が設けられ、電極伝動固定部材が摺動溝内に摺動可能に設けられ、各摺動溝内の電極伝動固定部材は伝動ケーブル（駆動用ケーブル）に固結され、伝動ケーブルにより電極伝動固定部材が摺動溝内を上下に摺動され、
螺旋状電極のハーフピッチ箇所及び螺旋状電極の底端に電極伝動固定部材が設けられ、電極伝動固定部材は螺旋状電極に固結され、螺旋状電極の中央部と底部にある２個の電極伝動固定部材の摺動を介して、螺旋状電極の変形を制御し、閉環電極を形成し、この時抵抗率プローブが測定モードに入る。
本発明の効果
（１）回転軸及び回転軸に固結された複数の循環回転箱体を介して、収集過程で循環回転箱体が自動的に反転することで、１つの収集サイクル内において天然ガスハイドレートプルームの連続収集を実現し、収集された結果の精度を大幅に向上させ、
（２）抵抗率ユニット及び光学測距ユニットを介して、気体、液体、固体の結晶粒子の比率を共同で確認し、データを反転することで、異なる励起領域の天然ガスハイドレートの含有量分布及び賦存状態を推定して、海底ハイドレート含有量の垂直分布の正確な評価を実現する。
図中、１はガス収集システムであり、２は方向付け案内通路であり、３はねじ込み式長尺被覆管であり、４は温度センサであり、５は熱励起システムであり６は上部固定筐体であり、７は循環回転箱体であり、８は回転軸であり、１０は光学測距ユニットであり、１１は抵抗率ユニットであり、１２は抵抗率プローブであり、１３は螺旋状電極モジュールであり、１３０１はモジュール本体であり、１３０２は螺旋状電極であり、１３０３は摺動溝であり、１３０４は電極伝動固定部材であり、１３０５は伝動ケーブルであり、１３０６は環状電極である。
本発明の上記目的、特徴及び利点をより明白かつ理解しやすくするため、以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の具体的実施形態を詳細に説明する。
本発明を完全に理解するため、以下の描写では、具体的詳細を説明している。しかしながら、本発明は、本明細書に記載されたものとは異なる他の多くの形態で実施することができ、当業者は、本発明の概念から逸脱することなく類推することができる。したがって、本発明は、以下に開示される具体的実施形態によって限定されない。
本発明の海底ハイドレート貯留層含有量垂直分布の正確な評価装置の使用方法は、以下のステップを含む。
ステップ１：装置全体を一体に組み立てて、海底掘削井戸内にねじ込む。
図１～図２に示すように、本発明のアクティブな励起型海底ハイドレート貯留層含有量垂直分布の正確な評価装置は、ガス収集システム１と、ねじ込み式長尺被覆管３とを備え、ガス収集システム１はねじ込み式長尺被覆管３の上に固定される。ねじ込み式長尺被覆管３は、管状に設計され、ねじ込み式長尺被覆管３の側壁に軸方向に沿って間隔をあけて複数組の熱励起システム５が固定される。各組の熱励起システム５は、同じ水平方向にあり、長尺被覆管の円周方向に沿って均等に間隔をあけて配置された複数の熱励起装置を備える。熱励起装置は、円筒状を呈し、円周外面に雄ねじが設けられることで、雄ねじを介して熱励起装置をねじ込み又はねじを緩めることで外れる方向に移動ができ、初期状態下の熱励起システム５はねじ込み式長尺被覆管３内にあり、熱励起システム５の外側がねじ込み式長尺被覆管３の外壁と面一となり、動作過程中、熱励起装置がねじ込み式長尺被覆管３から緩められて出て、外部の土壌に挿入される。熱励起装置の加熱過程で、装置自体の温度変化を制御することにより、周囲の土壌体を一定の温度に達させてからハイドレートを加熱して、固体状態から気体・液体状態に変換させる。同時にねじ込み式長尺被覆管３の側壁に温度センサ４がさらに設けられ、温度センサ４を介して周囲の土壌体の温度をリアルタイムで感知することで、熱励起システム５による周囲の土壌体の加熱温度を制御する。
ねじ込み式長尺被覆管３の側壁に複数組の方向付け案内通路２がさらに設けられ、複数組の方向付け案内通路２は、ねじ込み式長尺被覆管３の軸方向に沿って間隔をあけて配置され、各組の熱励起システム５の上に１組の方向付け案内通路２が設けられ、各組の方向付け案内通路２は同じ水平方向にあり、長尺被覆管の円周方向に沿って均等に間隔をあけて配置された複数の方向付け案内通路２を備える。方向付け案内通路２の開閉状態は、制御可能で、ある組の熱励起システム５が動作する時、当該組の熱励起システム５に対応する方向付け案内通路２が開かれ、他の組の方向付け案内通路２が閉状態にある。熱励起システム５の作用で生成された気体ハイドレートは、比較的大きな圧力の作用において、方向付け案内通路２を経由してねじ込み式長尺被覆管３内に押し込まれ、ねじ込み式長尺被覆管３内のガスが該通路を経由してオーバーフローすることができない。ガス密度が小さく、温度が高いため、気体生成物がねじ込み式長尺被覆管３の空洞内で上昇し続け、最終的にガス収集システム１にまで上昇する。
ガス収集システム１は、海床面と水域の合流部に位置し、前記ガス収集システム１は、上部固定筐体６と、回転軸８と、回転軸８に固定された複数の循環回転箱体７とを備え、上部固定筐体６はねじ込み式長尺被覆管３の頂部に固結され、回転軸８は、上部固定筐体６に回転可能に連結される。循環回転箱体７内に収集室が設けられ、循環回転箱体７の一側に開口部が設けられ、天然ガスハイドレートのプルームは開口部を経由して循環回転箱体７内に入る。複数の循環回転箱体７は回転軸８の環状外側に沿って均等に間隔をあけて配置され、各循環回転箱体７間は底部が対応する側の側辺を介して固結され、循環回転箱体７の開口部がそれぞれ異なる方向に向けられる。ある循環回転箱体７が一番下まで回転した時、循環回転箱体７の開口部がねじ込み式長尺被覆管３の頂部開口部の真上に位置し、この時循環回転箱体７は逆さまの状態になり、収集のために箱に入る過程で気体生成物を効果的に凝縮して固体又は液体になることができる。
回転軸８は、複数の循環回転箱体７の連結部に位置し、回転軸８の回転中で循環回転箱体７を回転させることができる。回転軸８の回転過程で、循環回転箱体７の１つがねじ込み式長尺被覆管３の真上にあることを確保することで、連続収集の目的を達成する。
ある特別な状況、すなわち、ある層位で励起された気体天然ガスハイドレートの体積は、循環回転箱体７内のガス収容体積より大きい場合、この時箱体内に入るガスが循環回転箱体７に上向きの浮力を発生させ、箱体内のガスが増加し続けると、浮力も相対的に増大する。箱体内のガスで満たされている時に発生する浮力の大きさを計算することで、循環回転箱体７の重量を設定して、循環回転箱体７内にガスで満たされた後、浮力が重力より大きくなり、自動的に反転するようにすることができる。
循環回転箱体７内に光学測距ユニット１０及び抵抗率ユニット１１が設けられる。光学測距ユニット１０は、レーザー発射モジュールと、距離測定モジュールとを備え、レーザー発射モジュールは循環回転箱体７の底面に位置するレーザー発射器を備え、レーザー発射器がレーザー光を発射し、レーザー光が海水界面に当たった後で反射し、ガス結晶に当たった場合、明らかな反射メカニズムがなく、その後距離測定モジュールによってある時点の箱体内の海水の上昇高さを得、上昇高さによって海水の割合を得る。
抵抗率ユニット１１は、循環回転箱体７内にあり、循環回転箱体７の底部に固結された２本の抵抗率プローブ１２を備え、抵抗率プローブ１２は複数の螺旋状電極１３０２モジュール１３を備え、螺旋状電極１３０２モジュール１３は円筒形モジュール本体１３０１と、モジュール本体１３０１の環状外側を囲む可動螺旋状電極１３０２とを備え、モジュール本体１３０１内に取り付け溝及び接続穴が設けられ、取り付け溝内に螺旋状電極１３０２に接続される導線が設けられ、接続穴内に固定ロッドが設けられ、スパイラル本体が固定ロッドに固結され、螺旋状電極１３０２モジュール１３がプローブの軸方向に沿って配置されることでプローブ本体を形成する。螺旋状電極１３０２のピッチは、モジュール本体１３０１と同じ高さで、すなわち、各螺旋状電極１３０２がモジュール本体１３０１の環状外側を１周囲い、螺旋状電極１３０２の頂端がモジュール本体１３０１に固結され、モジュール本体１３０１の環状側壁に軸方向に沿って配置された摺動溝１３０３が設けられ、電極伝動固定部材１３０４が摺動溝１３０３内に摺動可能に設けられ、各摺動溝１３０３内の電極伝動固定部材１３０４は伝動ケーブル１３０５に固結され、伝動ケーブル１３０５により電極伝動固定部材１３０４が摺動溝１３０３内を上下に摺動されることができる。螺旋状電極１３０２のハーフピッチ箇所及び螺旋状電極１３０２の底端に電極伝動固定部材１３０４が設けられ、電極伝動固定部材１３０４は螺旋状電極１３０２に固結され、螺旋状電極１３０２の中央部と底部にある２個の電極伝動固定部材１３０４の摺動を介して、螺旋状電極１３０２の変形を制御し、閉環電極１３０６を形成し、この時抵抗率プローブ１２が測定モードに入る。
固体粒子と気体粒子の抵抗率の差が大きく、抵抗率と導電率が負の逆数であるため、該抵抗率プローブ１２はシュルンベルジェ電極法を用いて抵抗率を測定した後、反転により固体粒子と液体粒子との間の比率が得られる。抵抗率プローブ１２により、天然ガスハイドレートの賦存状態及び収集物質の区別を検出し、次に光学測距ユニット１０で測定された結果を総合的に比較すると、ある時点の気相、液相と固相の三相物質の割合が得られることで、被励起層の貯留層のハイドレート分布と賦存特徴を分析する。
本発明は、それぞれの回転軸８、光学測距ユニット１０、抵抗率ユニット１１、温度センサ４、熱励起システム、方向付け案内通路２に電気的に接続される制御システムをさらに備える。制御システムを介して、回転軸８の転動、光学測距ユニット１０及び抵抗率ユニット１１のオンオフ、温度センサ４の温度情報の受信、熱励起システムの加熱温度、熱励起システムのねじり込み（螺合）及びねじを緩めて出る方向への移動、方向付け案内通路２の開閉を制御する。
該装置が全体として組み立てられた後、既存の掘削井戸を介して装置全体を掘削井戸にねじ込み、この時ねじ込み式長尺被覆管３の外側壁が掘削井戸にフィットする。
ステップ２：天然ガスハイドレートを励起させて気体物質を生成する。
熱励起システム５をねじ込み式長尺被覆管３から緩め、外側の土壌に挿入する。単一の変数を制御するため、異なる励起部分の温度を同じように維持する場合において、軸方向の各層位の熱励起システムを順次に起動し、温度センサ４を介して土壌の温度をリアルタイムで監視し、温度値を制御システムに送信し、制御システムにより熱励起システムが指定した熱を発生し、対応する部位の温度を所望の温度値に達せさせる。熱励起システムの連続加熱過程で、該装置の付近にある土壌体内の固液体天然ガスハイドレート部分は、気体天然ガスハイドレートに連続的に変換される。
ステップ３：ステップ２において動作状態にある熱励起システムに対応する方向付け案内通路２を開き、該層位で生成された気体天然ガスハイドレートをねじ込み式長尺被覆管３内に入らせる。
ある層位の熱励起システムの作用によって生成された気体天然ガスハイドレートは、自体の拡散作用により、方向付け案内通路２を経由して、ねじ込み式長尺被覆管３の外部から内部に入り、装置外部の気体天然ガスハイドレートの圧力が比較的大きく、ケーシングに入るガスは前記通路を経由してオーバーフローすることができなくなり、同時にガスの密度は空気と海水密度よりはるかに小さく、ガス温度が比較的高い状態にあるため、気体天然ガスハイドレートがガス収集システム１に上昇するまで、長尺被覆管内で上昇し続ける。
ステップ４：ガス収集システム１で気体天然ガスハイドレートを収集する。
気体天然ガスハイドレートがねじ込み式長尺被覆管３の頂部まで上昇した時、開口部がねじ込み式長尺被覆管３に面する循環回転箱体７内に直接流入され、天然ガスハイドレート自体の性質により、循環回転箱体７内において、気体天然ガスハイドレートの一部が凝縮して固体粒子になり、箱体の内面に付着し、気体天然ガスハイドレート量の継続的な蓄積に伴い、循環回転箱体７が受けた浮力は増大し続け、浮力が箱体重力より大きくなった後、浮力の作用において、循環回転箱体７が回転軸８を中心にして自動的に回転し、この時一杯（満タン）になった箱体が予備ポジションに変換し、他の予備ポジションの循環回転箱体７が収集ポジションに回転し、収集し続ける。
ステップ５：光学測距ユニット１０及び抵抗率ユニット１１を介して箱体内の成分及び含有量を分析し記録する。
箱体内の光学測距ユニット１０を介して、反射性の差により固体・液体・気体の成分を判定し、抵抗率ユニット１１を介して、物質の導電性の差により、固体粒子（天然ガスハイドレート）、気体天然ガスハイドレート、海水、及び比率・含有量を正確に識別できる。光学測距ユニット１０及び抵抗率ユニット１１によって得られたデータを記録した後、循環回転箱体７内の固体粒子及び気体物質を放出する。
ステップ６：１つの収集サイクルが終了するまで、ステップ４及びステップ５の動作を繰り返す。
熱励起システムが機能し始めてから、ガス収集システム１の収集と測定が完了するまでの１つの収集サイクルとする。ステップ４及びステップ５の動作を数回繰り返した後、該層位の熱励起システムをオフにし、この過程で、温度の変化を継続的に観察する。温度が初期温度に下がると共に指定された時間に保持した後、１つの収集サイクルが終了する。各収集サイクルが終了した後、方向付け案内通路２を閉じ、ガス収集システム１が自動的に反転することで、循環回転箱体７内に残留されている天然ガスハイドレートを空にし、次のサイクルでの天然ガスハイドレートの正確な収集を実現するために用意しておく。
ステップ７：データの処理と分析を行う。
ステップ５で得られたデータを統計処理し、該サイクル内に収集された総合データを得、気液固相三相データを反転することで、各層位の天然ガスハイドレートがある特定温度で熱励起を受けて生成した気体天然ガスハイドレートの量を得る。
制御システムにより、他の層位にある熱励起システム５を動作させ、該層位にある方向付け案内通路２を開き、ステップ１～ステップ７を繰り返すことで、任意の貯留層における天然ガスハイドレートの賦存及び含有量への判断を完了する。
以上、本発明により提供される海底ハイドレート貯留層含有量垂直分布の正確な評価装置の使用方法を詳細に説明してきた。本明細書は、具体的実施例を使用して本発明の原理及び実施形態を描写し、以上の実施例の説明は本発明の方法及びこの中核の思想への理解を助けるためにのみ使用される。当業者であれば、本発明の原理から逸脱することなく、本発明に対して様々な改良及び潤色を行なうこともでき、かかる改良及び潤色も本発明の特許請求の保護範囲内に含まれることを指摘されたい。開示された実施例の上記の説明は、当業者に本発明を実施又は使用させることができる。これらの実施例に対する多種多様な修正は、当業者とって自明であり、本明細書で定義される一般原理は、本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、他の実施例で実施することができる。したがって、本発明は、本明細書に示される実施例に限定されることはなく、本明細書に開示される原理及び新規特徴と一致する最も広い範囲を与えられるべきである。
１・・ ガス収集システム
２・・ 方向付け案内通路
３・・ ねじ込み式長尺被覆管
４・・ 温度センサ
５・・ 熱励起システム
６・・ 上部固定筐体
７・・ 循環回転箱体
８・・ 回転軸
１０・・ 光学測距ユニット
１１・・ 抵抗率ユニット
１２・・ 抵抗率プローブ
１３・・ 螺旋状電極モジュール
１３０１・・ モジュール本体
１３０２・・ 螺旋状電極
１３０３・・ 摺動溝
１３０４・・ 電極伝動固定部材
１３０５・・ 伝動ケーブル
１３０６・・ 環状電極
２・・ 方向付け案内通路
３・・ ねじ込み式長尺被覆管
４・・ 温度センサ
５・・ 熱励起システム
６・・ 上部固定筐体
７・・ 循環回転箱体
８・・ 回転軸
１０・・ 光学測距ユニット
１１・・ 抵抗率ユニット
１２・・ 抵抗率プローブ
１３・・ 螺旋状電極モジュール
１３０１・・ モジュール本体
１３０２・・ 螺旋状電極
１３０３・・ 摺動溝
１３０４・・ 電極伝動固定部材
１３０５・・ 伝動ケーブル
１３０６・・ 環状電極
Claims (6)
- 海底ハイドレート貯留層含有量垂直分布の正確な評価装置の使用方法であって、
以下の工程、すなわち、
Ｓ１．装置全体を一体に組み立てて、海底掘削井戸内にねじ込むステップであって、
アクティブな励起型海底ハイドレート貯留層含有量垂直分布の正確な評価装置が、ガス収集システムと、ねじ込み式長尺被覆管とを備え、ガス収集システムがねじ込み式長尺被覆管の上に固定され、ねじ込み式長尺被覆管が管状に設計され、ねじ込み式長尺被覆管の側壁に軸方向に沿って間隔をあけて複数組の熱励起システムが固定され、各組の熱励起システムが同じ水平方向にあり、長尺被覆管の円周方向に沿って均等に間隔をあけて配置された複数の熱励起装置を備え、
前記ねじ込み式長尺被覆管の側壁に温度センサ及び長尺被覆管の軸方向に沿って間隔をあけて配置された複数組の方向付け案内通路がさらに設けられ、各組の熱励起システムの上に温度センサ及び１組の方向付け案内通路が設けられ、各組の方向付け案内通路は同じ水平方向にあり、長尺被覆管の円周方向に沿って均等に間隔をあけて配置された複数の方向付け案内通路を備え、
前記ガス収集システムは、上部固定筐体と、回転軸と、回転軸に固定された複数の循環回転箱体とを備え、上部固定筐体はねじ込み式長尺被覆管の頂部に固結され、回転軸は上部固定筐体に回転可能に連結され、循環回転箱体内に収集室が設けられ、循環回転箱体の一側に開口部が設けられ、複数の循環回転箱体は回転軸の環状外側に沿って均等に間隔をあけて配置され、各循環回転箱体間は底部が対応する側の側辺を介して固結され、回転軸が複数の循環回転箱体の連結部に位置し、循環回転箱体が一番下まで回転した時、前記循環回転箱体の開口部がねじ込み式長尺被覆管の頂部開口部の真上に位置し、この時前記循環回転箱体は逆さまの状態になり、
前記循環回転箱体内に均しく光学測距ユニット及び抵抗率ユニットが設けられ、
装置全体を掘削井戸内にねじ込まれ、ねじ込み式長尺被覆管の外側壁は掘削井戸にフィットされているステップと、
Ｓ２．天然ガスハイドレートを励起させて気体物質を生成するステップであって、
熱励起システムをねじ込み式長尺被覆管から緩め、外側の土壌に挿入し、異なる励起部分の温度を同じように維持する場合において、軸方向の各層位の熱励起システムを順次に起動し、熱励起システムの連続加熱過程で、各層位の土壌体内の固液体天然ガスハイドレート部分は、気体天然ガスハイドレートに連続的に変換されるステップと、
Ｓ３．Ｓ２において動作状態にある熱励起システムに対応する方向付け案内通路を開き、各層位で生成された気体天然ガスハイドレートを方向付け案内通路を通じてねじ込み式長尺被覆管内に入らせるステップと、
Ｓ４．ガス収集システムで気体天然ガスハイドレートを収集するステップであって、
気体天然ガスハイドレートがねじ込み式長尺被覆管の頂部まで上昇した時、開口部がねじ込み式長尺被覆管に面する循環回転箱体内に直接流入され、気体天然ガスハイドレートの一部が凝縮して固体粒子になり、箱体の内面に付着し、気体天然ガスハイドレート量の継続的な蓄積に伴い、循環回転箱体が受けた浮力は増大し続け、浮力が箱体重力より大きくなった後，浮力の作用において、循環回転箱体が回転軸を中心にして自動的に反転し、この時一杯になった箱体が予備ポジションに変換し、他の予備ポジションの循環回転箱体が収集ポジションに回転し、収集し続けるステップと、
Ｓ５．光学測距ユニット及び抵抗率ユニットを介して箱体内の成分及び含有量を分析、記録するステップであって、
光学測距ユニットを介して、反射性の差により固体・液体・気体の成分を判定し、抵抗率ユニットを介して、物質の導電性の差により、固体、気体、液体物質の成分含有量を測定し、光学測距ユニット及び抵抗率ユニットによって得られたデータを記録した後、循環回転箱体内の固体粒子及び気体物質を放出するステップと、
Ｓ６．１つの収集サイクルが終了するまで、Ｓ４及びＳ５の動作を繰り返すステップであって、
Ｓ４及びＳ５の動作を数回繰り返した後、前記層位の熱励起システムをオフにし、この過程で温度の変化を継続的に観察し、温度が初期温度に下がると共に指定された時間に保持した後、１つの収集サイクルが終了し、方向付け案内通路を閉じ、ガス収集システムが自動的に反転することで、循環回転箱体内に残留されている天然ガスハイドレートを空にするステップと、
Ｓ７．データの処理と分析ステップであって、
Ｓ５で得られたデータを統計処理し、該サイクル内に収集された総合データを得、気液固相三相データを反転することで、各層位の天然ガスハイドレートがある特定温度で熱励起を受けて生成した気体天然ガスハイドレートの量を得るステップと、
を有し、
他の層位にある熱励起システムを動作させ、該層位にある方向付け案内通路を開き、Ｓ１～Ｓ７のステップを繰り返すことで、任意の貯留層における天然ガスハイドレートの賦存及び含有量への判断を完了する、
ことを特徴とする、海底ハイドレート貯留層含有量垂直分布の正確な評価装置の使用方法。 - ステップＳ２において、温度センサを介して土壌の温度をリアルタイムで監視し、熱励起システムを制御して、指定した熱を発生することを特徴とする、請求項１に記載の海底ハイドレート貯留層含有量垂直分布の正確な評価装置の使用方法。
- ステップＳ３において、ある層位の熱励起システムの作用によって生成された気体天然ガスハイドレートは、自体の拡散作用により、方向付け案内通路を経由して、ねじ込み式長尺被覆管の外部から内部に入り、装置外部の気体天然ガスハイドレートの圧力が比較的大きく、ケーシングに入るガスは方向付け案内通路を経由してオーバーフローすることができなくなり、同時にガスの密度は空気と海水密度よりはるかに小さく、ガス温度が比較的高い状態にあるため、気体天然ガスハイドレートがガス収集システムに上昇するまで、ねじ込み式長尺被覆管内で上昇し続けることを特徴とする、請求項１に記載の海底ハイドレート貯留層含有量垂直分布の正確な評価装置の使用方法。
- 前記熱励起装置は、円筒状を呈し、円周外面に雄ねじが設けられることで、雄ねじを介して熱励起装置をねじ込み或いは緩めることができ、初期状態下の熱励起システムはねじ込み式長尺被覆管内にあり、熱励起システムの外側がねじ込み式長尺被覆管の外壁と面一となり、動作過程中、熱励起装置がねじ込み式長尺被覆管から緩め、外部の土壌に挿入されることを特徴とする、請求項１に記載の海底ハイドレート貯留層含有量垂直分布の正確な評価装置の使用方法。
- 前記光学測距ユニットは、レーザー発射モジュールと、距離測定モジュールとを備え、レーザー発射モジュールは循環回転箱体の底面に位置するレーザー発射器を備え、レーザー発射器がレーザー光を発射し、レーザー光が海水界面に当たった後で反射し、ガス結晶に当たった場合、明らかな反射メカニズムがなく、その後距離測定モジュールによってある時点の箱体内の海水の上昇高さを得、上昇高さによって海水の割合を得ることを特徴とする、請求項１に記載の海底ハイドレート貯留層含有量垂直分布の正確な評価装置の使用方法。
- 前記抵抗率ユニットは、循環回転箱体内にあり、循環回転箱体の底部に固結された２本の抵抗率プローブを備え、抵抗率プローブは複数の螺旋状電極モジュールを備え、螺旋状電極モジュールは円筒形モジュール本体と、モジュール本体の環状外側を囲む可動螺旋状電極とを備え、モジュール本体内に取り付け溝及び接続穴が設けられ、取り付け溝内に螺旋状電極に接続される導線が設けられ、接続穴内に固定ロッドが設けられ、スパイラル本体が固定ロッドに固結され、螺旋状電極モジュールがプローブの軸方向に沿って配置され、
前記螺旋状電極のピッチは、モジュール本体と同じ高さで、すなわち、各螺旋状電極がモジュール本体の環状外側を１周囲い、螺旋状電極の頂端がモジュール本体に固結され、モジュール本体の環状側壁に軸方向に沿って配置された摺動溝が設けられ、電極伝動固定部材が摺動溝内に摺動可能に設けられ、各摺動溝内の電極伝動固定部材は伝動ケーブルに固結され、伝動ケーブルにより電極伝動固定部材が摺動溝内を上下に摺動され、
螺旋状電極のハーフピッチ箇所及び螺旋状電極の底端に電極伝動固定部材が設けられ、電極伝動固定部材は螺旋状電極に固結され、螺旋状電極の中央部と底部にある２個の電極伝動固定部材の摺動を介して、螺旋状電極の変形を制御し、閉環電極を形成し、この時抵抗率プローブが測定モードに入る、ことを特徴とする、請求項１に記載の海底ハイドレート貯留層含有量垂直分布の正確な評価装置の使用方法。
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