JP7299643B2 - 海域天然ガスハイドレートの筒式採掘装置およびその方法 - Google Patents
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Description
海底下の地層に沈むことができる採掘筒と、ウォーターポンプと、出砂防止装置と、気液リフトシステムと、を備えた海域天然ガスハイドレートの筒式採掘装置であって、
前記採掘筒は、頂板と、垂直筒壁と、を備え、上側が閉鎖され、下側が開放された円筒状構造であり;前記ウォーターポンプは、筒体の内部空洞に連通され、ウォーターポンプを介して採掘筒内の液体を外部へ排出して採掘筒内の圧力を下げることで、地層中の前記採掘筒の沈下を制御して前記出砂防止装置および前記気液リフトシステムを海底下の天然ガスハイドレート貯留層および/または、天然ガスハイドレートとフリーガス混合層および/または、フリーガス層に運び;
前記採掘筒と前記出砂防止装置との間に少なくとも1つの空洞が形成され、前記出砂防止装置は液体および/またはガスが通過して前記空洞に入ることを可能にし、また土砂をろ過し;前記空洞は、少なくとも1つの通路に連通され;
前記気液リフトシステムは、少なくとも1つリフト動力装置を備え;気液リフトシステムの一端は前記空洞に接続され、他端が海面処理システムに接続されて、前記空洞内の液体および/またはガスを汲み上げ;汲み上げながら空洞の内圧を下げることで、周囲の地層圧力を下げ、天然ガスハイドレートの分解を促進し、分解によって形成された水と天然ガスは、圧力差の作用下で出砂防止装置を通って空洞に入り、したがって汲み上げて天然ガスハイドレートの採掘を実現する。
(1)採掘区域を選択し、海面輸送船で採掘筒を採掘海域に曳航し、アンカー索で吊り下ろして海底に係留させるステップ、
(2)ウォーターポンプを介して前記採掘筒内の液体を外側に排出させて採掘筒の内圧を下げ、採掘筒が圧力差の作用下で沈下し、前記採掘筒は出砂防止装置および気液リフトシステムを天然ガスハイドレート貯留層および/または、天然ガスハイドレートとフリーガス混合層および/または、フリーガス層に運ぶステップ、
(3)気液リフトシステムを介して、前記採掘筒と前記出砂防止装置で形成された空洞内の液体および/またはガスを汲み上げ、空洞内部の圧力を下げることで、周囲の地層圧力を下げ、周囲地層中の天然ガスハイドレートの分解を促進し、分解によって形成された水と天然ガスは、圧力差の作用下で出砂防止装置を通って空洞に入り、したがって液体と天然ガスを採掘筒の外部に汲み上げて天然ガスハイドレートの採掘を実現するステップ。
前記採掘筒と前記出砂防止装置との間に少なくとも1つの空洞31が形成され、前記出砂防止装置3は液体および/またはガスが通過して前記空洞に入ることを可能にし、また土砂をろ過し;前記空洞には、2つの通路、すなわち水輸送通路51およびガス輸送通路52が設けられる。
(1)採掘区域を選択し、海面支援システム、アンカー索システムの支援下で、採掘筒を吊り下ろし、海底に係留させるステップ、
(2)前記ウォーターポンプを介して前記採掘筒内の液体を外側に排出させて採掘筒の内圧を下げ、採掘筒が圧力差の作用下で沈下し、前記採掘筒は出砂防止装置および気液リフトシステムを天然ガスハイドレート貯留層および/または、天然ガスハイドレートとフリーガス混合層および/または、フリーガス層に運ぶステップ、
(3)気液リフトシステムを介して、前記採掘筒と前記出砂防止装置で形成された空洞内の液体および/またはガスを汲み上げ、空洞内部の圧力を下げることで、周囲の地層圧力を下げ、周囲地層中の天然ガスハイドレートの分解を促進し、分解によって形成された水と天然ガスは、圧力差の作用下で出砂防止装置を通って空洞に入り、したがって液体と天然ガスを同時に汲み上げ、液体を海底または海面処理システムに汲み上げ、ガスを海面処理システムに汲み上げて、天然ガスハイドレートの採掘を実現し;一定の範囲内の天然ガスハイドレート採掘を終え、またはガス生産効率が一定の値に低下すると、気液の汲み上げを停止し、前記ウォーターポンプを介して採掘筒内に水を圧送し、採掘筒の内圧が筒外の圧力よりも高くなり、採掘筒が圧力差の作用およびアンカー索システムの吊り上げ作用下で、泥線より上に上昇することで、採掘筒を回収するか、または新しい採掘区域に移して採掘し続けるステップ。
(1)採掘区域を選択し、海面支援システム、アンカー索システムの支援下で、採掘筒を吊り下ろし、海底に係留させるステップ、
(2)前記ウォーターポンプを介して前記採掘筒内の液体を外側に排出させて採掘筒の内圧を下げ、採掘筒が圧力差の作用下で沈下し、採掘筒の沈下を制御する過程で、ジェットドリルシステムにより採掘筒内の岩体を破砕して筒外側に排出し;前記採掘筒は出砂防止装置および気液リフトシステムを天然ガスハイドレート貯留層および/または、天然ガスハイドレートとフリーガス混合層および/または、フリーガス層に運ぶステップ、
(3)採掘筒が地層中の所定の位置に沈め、採掘筒の内部空間内の地層を筒から取り除いた後、固化材料を噴射して筒底を封止することで、閉鎖底部を形成するようにジェットシステムを制御し;封止を終え後で採掘する時、泥水ポンプは、リフト動力装置として空洞内の液体を泥水排出管から排出し、空洞内部の圧力を下げることで、周囲の地層圧力を下げ、周囲地層中の天然ガスハイドレートの分解を促進し、分解によって形成された水と天然ガスは、圧力差の作用下で出砂防止装置を通って空洞に入ることで、空洞内の液体を海底または海面処理システムに汲み上げ、ガスがガス輸送管で上方に向かって移動されて海面処理システムに入り、天然ガスハイドレートの採掘を実現する。
102 泥水ポンプ
103 ドリルヘッド
104 ジェットシステム
105 泥水排出管
106 閉鎖底部
107 船舶
108 アンカー索システム
1 採掘筒
11 穴あき管壁
12 透水性支持部材
13 透水性開口部とキャップ
14 連結部材
2 ウォーターポンプ
3 出砂防止装置
31 空洞
41 リフト動力装置
42 気液分離装置
51 水輸送管
52 ガス輸送管
61 ジェット流注入システムの配管
62 ジェット流注入システムの噴射口
71 水充填膨張ブラダー本体
81 電磁誘導コイル
91 拡張採掘システムのボーリングロッド
92 拡張採掘システムの電動シリンダまたは油圧シリンダ
931 ボーリングロッドの透水管壁
932 ボーリングロッドの出砂防止装置
933 ボーリングロッドの水流路
A 天然ガスハイドレート直上地層
B 天然ガスハイドレート貯留層
C 天然ガスハイドレート貯留層直下のフリーガス層
Claims (10)
- 海域天然ガスハイドレートの筒式採掘装置であって、海底下の地層に沈むことができる採掘筒と、ウォーターポンプと、出砂防止装置と、気液リフトシステムと、を備え、
前記採掘筒は、頂板と、垂直筒壁と、を備え、上側が閉鎖され、下側が開放された円筒状構造であり;前記ウォーターポンプは、筒体の内部空洞に連通され、前記ウォーターポンプを介して前記採掘筒内の液体を外部へ排出して前記採掘筒内の圧力を下げることで、地層中の前記採掘筒の沈下を制御して前記出砂防止装置および前記気液リフトシステムを海底下の天然ガスハイドレート貯留層および/または、天然ガスハイドレートとフリーガス混合層および/または、フリーガス層に運び;
前記採掘筒の前記垂直筒壁と前記出砂防止装置との間に前記垂直筒壁外側に位置する少なくとも1つの空洞が形成され、前記出砂防止装置は土砂をろ過し、液体および/またはガスが通過して前記空洞に入ることを可能にし、前記空洞は、液体および/またはガスを輸送する少なくとも1つの通路に連通され;
前記気液リフトシステムは、少なくとも1つリフト動力装置を備え;前記気液リフトシステムの一端は前記空洞に接続され、他端が海面処理システムに接続されて、前記空洞内の液体および/またはガスを汲み上げ;汲み上げながら前記空洞の内圧を下げることで、周囲の地層圧力を下げ、天然ガスハイドレートの分解を促進し、分解によって形成された水と天然ガスは、圧力差の作用下で前記出砂防止装置を通って前記空洞に入り、したがって汲み上げて天然ガスハイドレートの採掘を実現し、
前記通路は、水輸送管と、ガス輸送管と、を備え;前記水輸送管の一端は、前記リフト動力装置に接続され、他端が前記採掘筒の上部に接続され;前記ガス輸送管の一端は、前記空洞に接続され、他端が前記採掘筒の上部に接続することで、ガスを収集し;地層の圧力と重力の作用下で、地層流体が前記空洞に入り、前記空洞内の液体が下方に向かって移動し、前記リフト動力装置は、前記空洞内の液体を前記水輸送管に圧入すると共に汲み上げ;前記空洞内のガスは、前記ガス輸送管を通って上方に移動し;前記リフト動力装置は、電動ポンプであり、前記電動ポンプが電動水中遠心ポンプ、電動水中スクリューポンプ、泥水ポンプまたはこれらの組み合わせであり、
前記空洞は前記採掘筒の前記垂直筒壁外側に設けられ、
前記採掘筒の前記垂直筒壁の径方向外側に穴あき管壁を有し、前記垂直筒壁と前記穴あき管壁との間にある空洞を形成し、前記穴あき管壁に開口部が設けられ;前記出砂防止装置は、前記開口部内に設けられ、および/または前記開口部を覆い;ガスと液体は、前記穴あき管壁および前記出砂防止装置を通って前記垂直筒壁外側の前記空洞に入る
ことを特徴とする海域天然ガスハイドレートの筒式採掘装置。 - 前記採掘装置は、噴射ポンプと、前記採掘筒の前記垂直筒壁の内部に埋め込まれた配管と、前記採掘筒の前記垂直筒壁の外面に配置された噴射口と、を備えたジェット流注入システムをさらに含み、前記配管は前記噴射口に連通され、前記噴射ポンプは前記配管を介して前記噴射口から水、温海水、二酸化炭素、または化学抑制剤を地層に噴射する
請求項1に記載の海域天然ガスハイドレートの筒式採掘装置。 - 前記採掘装置は、水充填膨張ブラダー本体と、注水システムと、を備えた膨張ブラダー閉鎖システムをさらに含み、前記注水システムが前記水充填膨張ブラダー本体に注水し、前記水充填膨張ブラダー本体がリング状を呈し、前記採掘筒の外周上部に固定され、前記水充填膨張ブラダー本体が注水された後、前記天然ガスハイドレート貯留層に密着される
請求項1に記載の海域天然ガスハイドレートの筒式採掘装置。 - 前記採掘装置は、電磁誘導コイルと、電磁加熱コントローラと、を備えた補助加熱システムをさらに含み、前記電磁誘導コイルが前記採掘筒の筒体を取り囲み、前記電磁加熱コントローラが前記電磁誘導コイルを制御して、前記採掘筒を発熱させることで、前記天然ガスハイドレート貯留層を大規模に加熱する
請求項1に記載の海域天然ガスハイドレートの筒式採掘装置。 - 前記採掘装置は、拡張採掘システムをさらに含み、前記拡張採掘システムが前記採掘筒の前記垂直筒壁の底部から延出された垂直ボーリングロッドであり、前記垂直ボーリングロッドの外面に透水性を有する透水管壁が設けられ、前記垂直ボーリングロッドの内部に前記空洞と連通する水流路が設けられ、前記水流路と前記透水管壁との間に出砂防止装置が設けられ、拡張採掘システムを介してより深い所の地層流体を前記空洞に導き;前記ボーリングロッドには、前記ボーリングロッドを上下に移動させるための電動シリンダまたは油圧シリンダを装備することもできる
請求項1に記載の海域天然ガスハイドレートの筒式採掘装置。 - 請求項1、3ないし5のいずれかに記載の採掘装置を利用した海域天然ガスハイドレートの井筒式採掘方法であって、
(1)採掘区域を選択し、海面輸送船で採掘筒を対応する前記採掘区域の採掘海域に曳航し、アンカー索システムで前記採掘筒を吊り下ろして対応する前記採掘区域の海底に係留させるステップ、
(2)ウォーターポンプを介して前記採掘筒内の液体を外側に排出させて前記採掘筒の内圧を下げ、前記採掘筒が圧力差の作用下で沈下し、前記採掘筒は出砂防止装置および気液リフトシステムを天然ガスハイドレート貯留層および/または、天然ガスハイドレートとフリーガス混合層および/または、フリーガス層に運ぶステップ、
(3)前記気液リフトシステムを介して、前記採掘筒と前記出砂防止装置で形成された空洞内の液体および/またはガスを汲み上げ、前記空洞内部の圧力を下げることで、周囲の地層圧力を下げ、周囲地層中の天然ガスハイドレートの分解を促進し、分解によって形成された水と天然ガスは、圧力差の作用下で前記出砂防止装置を通って前記空洞に導き、したがって液体と天然ガスを前記採掘筒の外部に汲み上げて天然ガスハイドレートの採掘を実現するステップ
を含む
ことを特徴とする海域天然ガスハイドレートの井筒式採掘方法。 - 一定の範囲内の天然ガスハイドレート採掘を終え、またはガス生産効率が一定の値に低下すると、気液の汲み上げを停止し、前記ウォーターポンプを介して前記採掘筒内に水を圧送することにより、前記採掘筒の内圧を上昇させ、前記採掘筒を回収するか、または新しい採掘区域に移して採掘し続する
請求項6に記載の海域天然ガスハイドレートの井筒式採掘方法。 - 海域天然ガスハイドレートの筒式採掘装置であって、海底下の地層に沈み込むことができる採掘筒と、ウォーターポンプと、出砂防止装置と、気液リフトシステムと、を備え、
前記採掘筒は、頂板と、垂直筒壁と、を備え、上側が閉鎖され、下側が開放された円筒状構造であり;前記ウォーターポンプは、筒体の内部空洞に連通され、前記ウォーターポンプを介して前記採掘筒内の液体を外部へ排出して前記採掘筒内の圧力を下げることで、地層中の前記採掘筒の沈下を制御して前記出砂防止装置および前記気液リフトシステムを海底下の天然ガスハイドレート貯留層および/または、天然ガスハイドレートとフリーガス混合層および/または、フリーガス層に運び、
前記採掘筒の前記垂直筒壁と前記出砂防止装置との間に前記垂直筒壁外側に位置する少なくとも1つの空洞が形成され、前記出砂防止装置は土砂をろ過し、液体および/またはガスが通過して前記空洞に入ることを可能にし、;前記空洞は、液体および/またはガスを輸送する少なくとも1つの通路に連通され、
前記気液リフトシステムは、少なくとも1つのリフト動力装置を備え;前記気液リフトシステムの一端は前記空洞に接続され、他端が海面処理システムに接続されて、前記空洞内の液体および/またはガスを汲み上げ;汲み上げながら前記空洞の内圧を下げることで、周囲の地層圧力を下げ、天然ガスハイドレートの分解を促進し、分解によって形成された水と天然ガスは、圧力差の作用下で前記出砂防止装置を通って前記空洞に入り、したがって汲み上げて天然ガスハイドレートの採掘を実現し、
前記通路は、水輸送管と、ガス輸送管と、を備え;前記水輸送管の一端は、前記リフト動力装置に接続され、他端が前記採掘筒の上部に接続され;前記ガス輸送管の一端は、前記空洞に接続され、他端が前記採掘筒の上部に接続することで、ガスを収集し;地層の圧力と重力の作用下で、地層流体が前記空洞に入り、前記空洞内の液体が下方に向かって移動し、前記リフト動力装置は、前記空洞内の液体を前記水輸送管に圧入すると共に汲み上げ;前記空洞内のガスは、前記ガス輸送管を通って上方に移動し;前記リフト動力装置は、電動ポンプであり、前記電動ポンプが電動水中遠心ポンプ、電動水中スクリューポンプ、泥水ポンプまたはこれらの組み合わせであり、
前記空洞は、前記採掘筒の内部空間に設けられ、
前記空洞は、前記採掘筒の内部空間に設けられた場合、前記内部空間内の地層がジェットドリルシステムによって筒から取り除かれ、前記採掘筒の頂板、前記垂直筒壁および前記閉鎖底部の内部によって前記空洞を形成し;前記垂直筒壁の下部側壁位置に前記空洞と連通する開口部が設けられ、前記出砂防止装置は前記開口部内に設けられ、および/または前記開口部を覆い;ガスと液体は、前記垂直筒壁および前記出砂防止装置を通って前記採掘筒の前記内部空間に設けられた前記空洞に入り、
前記ジェットドリルシステムは、前記頂板の下側に固定された伸縮ブームと、ドリルヘッドと、ジェットシステムと、泥水ポンプ輸送システムと、を備え;前記伸縮ブームは、前記ドリルヘッド、前記ジェットシステムの下端および前記泥水ポンプ輸送システムの下端を上下に移動させることができる伸縮端を有し;前記ドリルヘッドは、前記伸縮端の下端に固定され、前記ジェットシステムが前記伸縮ブームを通って前記ドリルヘッドまで延びる噴射管を備え;前記ドリルヘッドおよび前記ジェットシステムは、前記採掘筒の前記内部空間内の地層を岩片に破砕することができ;前記泥水ポンプ輸送システムは、岩片を前記採掘筒の外部に圧送するために用いられ、前記伸縮端に固定された泥水ポンプを備え、前記泥水ポンプの吐出口には前記採掘筒の前記頂板上部に延びる泥水排出管を有し;前記泥水ポンプは、前記リフト動力装置として前記空洞内の液体を前記泥水排出管から排出し、前記空洞内のガスが前記ガス輸送管を介して上方に向かって移動される
ことを特徴とする海域天然ガスハイドレートの筒式採掘装置。 - 請求項8に記載の採掘装置を利用した海域天然ガスハイドレートの井筒式採掘方法であって、
(1)採掘区域を選択し、海面輸送船で採掘筒を対応する前記採掘区域の採掘海域に曳航し、アンカー索システムで前記採掘筒を吊り下ろして対応する前記採掘区域の海底に係留させるステップ、
(2)ウォーターポンプを介して前記採掘筒内の液体を外側に排出させて前記採掘筒の内圧を下げ、前記採掘筒が圧力差の作用下で沈下し、前記採掘筒は出砂防止装置および気液リフトシステムを天然ガスハイドレート貯留層および/または、天然ガスハイドレートとフリーガス混合層および/または、フリーガス層に運ぶステップ、および、
(3)前記気液リフトシステムを介して、前記採掘筒と前記出砂防止装置で形成された空洞内の液体および/またはガスを汲み上げ、前記空洞内部の圧力を下げることで、周囲の地層圧力を下げ、周囲地層中の天然ガスハイドレートの分解を促進し、分解によって形成された水と天然ガスは、圧力差の作用下で前記出砂防止装置を通って前記空洞に導き、したがって液体と天然ガスを前記採掘筒の外部に汲み上げて天然ガスハイドレートの採掘を実現するステップ、を含む
ことを特徴とする海域天然ガスハイドレートの井筒式採掘方法。 - 前記空洞が前記採掘筒の内部空間に設けられている場合、前記採掘筒の沈下を制御する過程で、前記ジェットドリルシステムにより前記空洞内の岩体を破砕して採掘筒の外側に排出し;前記採掘筒が地層中の所定の位置に沈め、前記採掘筒の前記内部空間内の地層を筒から取り除いた後、固化材料を噴射して筒底を封止することで、閉鎖底部を形成するように前記ジェットシステムを制御し;封止を終え後で採掘する時、泥水ポンプは、リフト動力装置として前記空洞内の液体を泥水排出管から排出し、前記空洞内のガスがガス輸送管を介して上方に向かって移動される
請求項9に記載の海域天然ガスハイドレートの井筒式採掘方法。
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