Gas hydrate collecting method and gas hydrate collecting system

本発明は、ガスハイドレードの採集方法、ガスハイドレード採集システムに関する。

近年、天然資源として、海底地盤中に存在するガスハイドレートが注目されている。 ガスハイドレートは、メタンを主成分とするガスである。 ガスハイドレートは、水深５００〜１０００ｍ以上に位置する海底から、さらに数百ｍ下方の海底地盤中の層厚１０〜２０ｍの砂層地盤（以下、これをハイドレート層と称することがある）中にて、砂等の粒子間の空隙に、シャーベット状に凝結した状態で存在している。
近い将来、ガスハイドレードを採集し、商業ベースでこれを利用することを目標としており、現段階では、ガスハイドレートが存在するエリアの調査が行われている。

これまで、ガスハイドレートを海底地盤中から採集するには、ガスハイドレートが凝結する条件を崩すことにより、ガスハイドレートを分解させてガス化または液化した後、パイプ等を通して回収している。 ガスハイドレートが凝結する条件を崩すには、熱を加えて、温度を上昇させる、あるいは圧力を減少させる必要がある。
このため、従来は、既存の石油や天然ガスの生産手法をベースに、垂直あるいは水平の生産孔を構築し、生産孔を減圧あるいは加熱することにより、ガスハイドレートを分解させ、生産孔からガスを回収する方法が主流に検討されている。 他の手法として２本の水平孔の一方から温水をいれ、他方から分解したガスを回収する方法等が検討されている。

また、海上から導管を海底に到達させ、その先端部で、熱を加えたり減圧したりすることで、海底に露出したガスハイドレートを採集する方法が既に提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特表２０００−５１３０６１号公報

しかしながら、海底地盤に生産孔を構築し、この生産孔を減圧あるいは加熱する手法は、生産孔から離れた位置まで減圧あるいは加熱の効果が及びにくい。 また、例え、減圧あるいは加熱の効果が生産孔から離れた位置まで及んでガスハイドレートがガス化あるいは液化しても、ガスは、生産孔までハイドレート層中を伝播する必要があり、採集効率が極めて低い。

また、特許文献１に記載された手法は、あくまでも海底に露出したガスハイドレートを採集する方法であり、海底表面から数百ｍ下方の海底地盤中に位置するハイドレート層からのガスハイドレートの採集を想定したものではない。

さらに、そもそもこれらの手法は、特定のポイントからガスハイドレートを採集するものである。 このような手法は、ガスハイドレートの存在を調査する場合等の調査・研究目的には適しているものの、商業ベースレベルの生産量を確保しようとする場合に用いるのは現実的ではない。 このような場合、広範囲からガスハイドレートを大量に採集する必要がある。 従来の手法では、採集するポイントを順次移動させていかなければならず、これには手間とコストがかかり、さらにはポイントの移動中に採集を行えないため、採集したガスの安定供給に支障をきたす恐れもあるからである。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、ガスハイドレートを大量にかつ安定して採集することのできるガスハイドレードの採集方法、ガスハイドレード採集システムを提供することを目的とする。

かかる目的のもと、本発明のガスハイドレートの採集方法は、海底地盤中に存在し、ガスハイドレートを含むハイドレート層から、ガスハイドレートを採集する方法であって、ハイドレート層を掘削し、ガスハイドレートと土砂を含む掘削物を得る掘削工程と、掘削物を機械的に撹拌し、ガスハイドレートと土砂の混在物を生成し、さらにガスハイドレートと土砂を分離する撹拌分離工程と、分離されたガスハイドレートを回収する回収工程と、を備えることを特徴とする。
ここで、撹拌分離工程では、ガスハイドレートと土砂の比重の違いにより、ガスハイドレートと土砂を分離することができる。
また、撹拌分離工程は、ハイドレート層中で行うのが好ましい。 そして、撹拌分離工程で分離された土砂は、ハイドレート層に埋め戻すのが好ましい。

さらに、掘削工程では、ハイドレート層内を、横方向に連続して掘削していくのが好ましい。 これには、トンネルを掘削するのと同様に、横方向に連続して掘削するのが良い。 また、掘削機をハイドレート層内で所定の位置を中心として横方向に旋回させることで、ハイドレート層を掘削し、得られた掘削物からガスハイドレートを採集することもできる。 このようにして、広範囲のハイドレート層からガスハイドレートを採集できる。
また、ガスハイドレードを得るため、掘削工程でハイドレート層に掘削坑を形成した場合、この掘削坑の外周側をさらに掘削し、得られた掘削物からガスハイドレートを採集することもできる。 これにより、大断面の掘削を行い、より大量のガスハイドレードを採集するのである。 この場合も、得られた掘削物に対しては、撹拌分離工程・回収工程を同様に施し、ガスハイドレートを採集する。

本発明は、海底地盤中に存在し、ガスハイドレートを含むハイドレート層から、ガスハイドレートを採集するためのガスハイドレート採集システムとして捉えることもできる。 このシステムは、ハイドレート層を掘削し、ガスハイドレートと土砂を含む掘削物を得る掘削装置と、掘削物を機械的に撹拌する撹拌装置と、撹拌装置で撹拌されることで、掘削物から分離したガスハイドレートを回収する回収装置と、を備えることを特徴とする。
このとき、掘削装置は、トンネルボーリングマシン（ＴＢＭ）や、シールド掘削機のように、前進しながら、前方のハイドレート層を掘削していくものとするのが好ましい。
また、掘削装置に、スクリューコンベアを用いることができる。 スクリューコンベアのスクリュー部材を回転させながら前進させることで、掘削と掘削物の搬送を行うことができる。
掘削装置を、ＴＢＭやシールド掘削機のように、前進しながら、前方のハイドレート層を掘削していくものとする場合、撹拌装置を、掘削装置と一体に設けることができる。
また、撹拌装置を、掘削装置の進行方向後方に設置（固定）し、搬送装置によって掘削装置から撹拌装置に掘削物を搬送するようにしても良い。

本発明によれば、ハイドレート層を掘削し、土砂とガスハイドレートを含む掘削物を得て、これを機械的に撹拌することで、掘削物からガスハイドレートを回収することができる。 そして、ハイドレート層の掘削を、トンネルを掘削するようにして横方向に連続的に行うことで、広範囲のハイドレート層から大量のガスハイドレートを連続的に採集することが可能となる。 その結果、ガスハイドレートを大量にかつ安定して採集することが可能となる。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。 なお、以下には、複数の実施の形態を示すが、各形態間で共通する構成については同符号を付し、その説明を省略することがある。

[第一の実施の形態]
図１は、第一の実施の形態におけるガスハイドレートの採集手法、ガスハイドレート採集システムを説明するための図である。
この図１に示すように、本実施の形態では、海上から海底地盤Ｇ１中のハイドレート層Ｇ２まで、縦坑１を構築し、縦坑１の底部から、掘削撹拌機（掘削装置、撹拌装置）１０をハイドレート層Ｇ２中に横方向に推進させていく。 そして、掘削撹拌機１０で、ハイドレート層Ｇ２を構成する地層（砂層）の土砂とこの土砂中に混在するガスハイドレートの掘削物を回収する。 さらに、掘削撹拌機１０では、回収した掘削物を機械的に撹拌し、掘削物中からガスハイドレート（と海水）を回収し、これを縦坑１を通し、海上に位置する船やベースで回収する。 また、海底等に、ガスハイドレードと海水を分離し、さらにガスハイドレードをガス化あるいは液化し、これを海底に敷設したパイプラインで送ること等も可能である。 本実施の形態においては、採集したガスハイドレードをいかなる手法で搬送するか、等については何ら限定するものではない。

このように、いわば、トンネルを掘削するように、掘削撹拌機１０をハイドレート層Ｇ２で横方向に推進させることで、ガスハイドレートを回収するのである。
ここで、図２は、ハイドレート層Ｇ２中における、掘削撹拌機１０によって掘削された掘削坑Ｔ（推進軌跡Ｌ）の例を示す平面図である。 この図２に示すように、縦坑１を基点としてハイドレート層Ｇ２中の様々な方向に向けて掘削撹拌機１０を走査させることで、広範囲のハイドレート層Ｇ２からガスハイドレートを回収する。 なお、図２に示した推進軌跡Ｌは、縦坑１を２本構築した場合の例であり、もちろん、これ以外のパターンで掘削撹拌機１０を推進させることもできるし、縦坑１の本数も、１本あるいは３本以上のいずれとしても良い。

また、掘削撹拌機１０で掘削坑Ｔを形成した後、この掘削坑Ｔに熱を加えたり、あるいは減圧を行うことで、掘削坑Ｔの周囲のハイドレート層Ｇ２においてガスハイドレートの分解を生じさせることもできる。 分解したガスハイドレートは、掘削坑Ｔを通し、回収することができる。

さて、図３は、上記のようにしてガスハイドレートを採集する際に用いる掘削撹拌機１０の例を示すものである。
図３に示すように、掘削撹拌機（掘削装置、撹拌装置）１０Ａは、トンネルボーリングマシーンのような構成を基本としており、先端部に備えられた掘削用のドリル１１と、ドリル１１を回転駆動させるためのモータ１２、ドリル１１で掘削した掘削物を撹拌し、掘削物からガスハイドレートを分離させる撹拌装置１３、撹拌装置１３の駆動源となるモータ１４、撹拌装置１３で分離されたガスハイドレートを、フレキシブルチューブ（搬送装置）１５を通して後方に送り出すためのポンプ（回収装置）１６、を備えている。

この掘削撹拌機１０Ａは、ドリル１１を回転させたときに、ドリル１１の刃がハイドレート層Ｇ２に食い込む力により推進力を得る。 この推進力の反力を受けるため、掘削撹拌機１０Ａは、掘削によって形成された坑壁面１００に押し付けられるグリッパ１７を備えている。 また、掘削撹拌機１０Ａの前進に伴い、フレキシブルチューブ１５は伸長できるようになっている。

このような掘削撹拌機１０Ａは、ドリル１１で、進行方向前方のハイドレート層Ｇ２を掘削し、この地層から、土砂とガスハイドレートの掘削物を後方に取り込む。 なお、ドリル１１自体の構成は、通常の地盤掘削用のドリルと同様の構成が適用でき、またその構成を特に限定する意図も無いことから、ここではその説明を省略する。
ドリル１１によって取り込まれた掘削物は、撹拌装置１３の撹拌部材１３ａによって撹拌される。 これにより、掘削物は細かく破砕され、ガスハイドレート、海水（氷）、土砂、それぞれの粒子が混在した混在物となる。 このとき、大きな塊状等となっていた掘削物も細かく破砕されることで、塊の内部に入っていたガスハイドレートも、同様に粒子となる。 ここで、粒子の径は、撹拌部材１３ａのピッチ等、撹拌時間等によって決まるものであり、ここでは数ｃｍ〜数十ｃｍ程度のものを想定している。

そして、ガスハイドレート、海水（氷）、土砂、それぞれの粒子は、撹拌を続けると、次第に、比重の違い（ガスハイドレート：０．９、海水：１．０３、土砂：２．６程度）により、ガスハイドレートおよび海水と、土砂とに分離される。 これにより、撹拌装置１３の上部にガスハイドレートおよび海水が浮上し、下部に土砂が沈降する。

土砂から分離されたガスハイドレートおよび海水は、撹拌装置１３の上部に接続された配管１８から、ポンプ１６によって後方のフレキシブルチューブ１５に送り出される。 そして、フレキシブルチューブ１５を通し、縦坑１を介し、海上等へと送られる。 一方、残された土砂は、撹拌装置１３の下部から後方に排出され、そのまま、ハイドレート層Ｇ２に形成された掘削坑Ｔを埋め戻す。

ところで、上記のような掘削・撹拌・分離は、掘削撹拌機１０Ａの掘進（前進）に並行して行われる。 したがって、例えば、ドリル１１によって取り込まれた掘削物は、掘削撹拌機１０Ａの掘進によって、後方から撹拌装置１３が掘削物の位置に到達することによって撹拌が開始され、掘削物の位置を撹拌装置１３が通り過ぎることによって撹拌が終了する。 そして、撹拌によってガスハイドレートおよび海水が分離した土砂も、撹拌装置１３が通り過ぎることで、そのまま掘削坑Ｔに残置されることになる。 もちろん、ポンプ等を用い、ドリル１１から撹拌装置１３に掘削物を送り込み、撹拌装置１３から土砂を後方に排出することも可能ではあるが、上記のような構成とすることもできるのである。

このようにして、掘削撹拌機１０Ａで、ハイドレート層Ｇ２を掘削し、土砂とガスハイドレートを含む掘削物を得て、これを機械的に撹拌することで、掘削物中からガスハイドレート（と海水）を回収することができる。 掘削撹拌機１０Ａを前進させながら、トンネルを掘削するようにしてハイドレート層Ｇ２を掘削することで、広範囲のハイドレート層Ｇ２から大量のガスハイドレートを連続的に採集することが可能となる。 その結果、ガスハイドレートの生産性を大幅に向上させ、また安定した生産が可能となる。

図４は、図３の掘削撹拌機１０Ａの変形例である。 図４に示す掘削撹拌機（掘削装置、撹拌装置）１０Ｂは、図３の掘削撹拌機１０Ａに、推進ジャッキ２０を付加したものである。 この推進ジャッキ２０は、ドリル１１側と、グリッパ１７、１７間に設けられた受け部材２１との間に、設けられている。 このような掘削撹拌機１０Ｂでは、グリッパ１７、１７を坑壁面１００に押し付けた状態で、推進ジャッキ２０を油圧等によって伸ばすことで、ドリル１１を前方に推進させることができる。 これにより、前方のハイドレート層Ｇ２の状況により、ドリル１１の食い付き力のみでは推進力が不足するような場合であっても、掘削撹拌機１０Ｂに大きな推進力を付与することができる。

図５は、ドリル１１に代えて、カッターフェース３０を備えた掘削撹拌機（掘削装置、撹拌装置）１０Ｃの例である。 この掘削撹拌機１０Ｃは、図３、図４に示した掘削撹拌機１０Ａ、１０Ｂにおけるドリル１１に代えて、円盤状のカッターフェース３０を備えたものである。 カッターフェース３０は、モータ１２によって回転駆動され、その前面に複数（多数）の掘削ビット３０ａが備えられたものである。 このようなカッターフェース３０は、シールド掘削機等で用いられているものと同様の構成が適用でき、またその構成を特に限定する意図も無いことから、ここではこれ以上の説明を省略する。

また、この掘削撹拌機１０Ｃでは、互いに前後するグリッパ１７ｆ、１７ｒ間に、油圧等によって伸縮駆動される推進ジャッキ３１を備えている。 前側のグリッパ１７ｆは、カッターフェース３０側に連結されており、後側のグリッパ１７ｒは、撹拌装置１３等の本体側に連結されている。
カッターフェース３０を前進させるときには、モータ１２でカッターフェース３０を回転させながら、前側のグリッパ１７ｆを坑壁面１００に押し付けるのを解放した状態で推進ジャッキ３１を伸ばし、前側のグリッパ１７ｆとカッターフェース３０を前進させる。 これにより、前方のハイドレート層Ｇ２が掘削される。 所定ストロークの前進が行われた時点で、前側のグリッパ１７ｆを坑壁面１００に押し付けた後、後側のグリッパ１７ｒの坑壁面１００への押し付けを解放する。 そして、推進ジャッキ３１を縮め、後側のグリッパ１７ｒおよび撹拌装置１３等の本体を前進させる。 この後、後側のグリッパ１７ｒを坑壁面１００に押し付ける。
このような動作を繰り返すことで、カッターフェース３０の前進と、撹拌装置１３等の本体の引き込みを推進ジャッキ３１で行うのである。 これにより、撹拌装置１３等の引き込みを、カッターフェース３０と切羽面との摩擦力に頼らないため、ハイドレート層Ｇ２の状態等による影響が少なく、施工を安定して行える。

もちろん、図５に示したような構成は、カッターフェース３０に代えてドリル１１を備えた場合にも同様に適用できるが、カッターフェース３０を備えることで、掘削の制御が容易となる。

図６に示す掘削撹拌機（掘削装置、撹拌装置）１０Ｄは、グリッパ１７に代えて、回転防止部材４０を備えたものである。 この図６に示すように、回転防止部材４０は、掘削撹拌機１０Ｄの掘進方向（前後方向）に回転自在なコロ４１を複数備えている。 ドリル１１が回転してハイドレート層Ｇ２に食い込みつつハイドレート層Ｇ２を掘進するときには、コロ４１が回転することでその推進抵抗を抑えつつ、ドリル１１の回転反力に対してはコロ４１と坑壁面１００との摩擦により抗力を発揮し、後方の撹拌装置１３等がとも回りしてしまうのを防止する。

［第二の実施の形態］
図７は、第二の実施の形態における掘削装置５０を示す図である。 この図７に示すように、掘削装置５０は、ドリル１１、モータ１２、ポンプ１６、グリッパ１７等を備えている。 また、この掘削装置５０は、ドリル１１で掘削し、後方に取り込んだ掘削物を、ポンプ１６に接続された配管１８に供給するためのスクリューコンベア（搬送装置）５１を備えている。 この掘削装置５０では、ポンプ１６から後方のフレキシブルチューブ１５に向けて、ハイドレート層Ｇ２から取り込んだ掘削物をそのまま送り出すようになっている。
このような掘削装置５０を用いる場合、図８に示すように、縦坑１内に撹拌装置６０を設置する。 撹拌装置６０では、掘削装置５０からフレキシブルチューブ１５を経て送り込まれてきた掘削物を、撹拌部材６０ａで撹拌する。 すると、図３に示した撹拌装置１３と同様、掘削物は細かく破砕され、ガスハイドレート、海水（氷）、土砂、それぞれの粒子の混在物となる。 そして、ガスハイドレート、海水（氷）、土砂、それぞれの粒子は、比重の違い（ガスハイドレート：０．９、海水：１．０３、土砂：２．６程度）により、ガスハイドレートおよび海水と、土砂とに分離される。

縦坑１には、ガスハイドレートおよび海水を海上等に回収するための配管５２が設けられている。 また、撹拌装置６０には、土砂を埋め戻すためのスクリューコンベア５３が設けられている。 これにより、撹拌装置６０で分離されたガスハイドレートおよび海水は、配管５２を通して海上等に向けて送出される。 また、撹拌装置６０でガスハイドレートおよび海水を分離することで残った土砂は、スクリューコンベア５３により、海底地盤中に埋め戻される。
ここで、スクリューコンベア５３を設置するとともに、土砂を埋め戻すのは、既に掘削装置５０によって掘削された他の掘削坑Ｔ等である。

このような構成では、掘削装置５０が撹拌装置１３等を備えないため、図３〜図６に示した掘削撹拌機１０Ａ〜１０Ｄに比較し、掘削装置５０をコンパクトで軽量なものとすることができる。 掘削装置５０がコンパクトになることで、掘削装置５０のフレキシビリティ（掘進方向の自由度）が高まり、また軽量になることで、掘削装置５０のハイドレート層Ｇ２への沈下リスクを低減することができる。

また、掘削装置５０で掘削を行いつつ、発生した土砂は、掘削装置５０の後方の掘削坑Ｔに埋め戻しながら掘進していくわけではなく、他の掘削坑Ｔ等に埋め戻すので、掘削中に掘削装置５０に障害が生じた場合等には、掘削坑Ｔを通って掘削装置５０に到達でき、修理や保守作業等を行うこともできる。

図９は、図８に示した構成の応用例である。 図９に示すように、縦坑１に設置した撹拌装置６０から、ガスハイドレートと海水を海上等に向けて送り出すための配管５２に、循環ポンプ７０および循環用配管７１を設けることもできる。 このような構成では、撹拌装置６０から送り出されるガスハイドレートと水の一部を、循環用配管７１に取り込み、循環ポンプ７０で配管５２内に循環させる。
このようにすることで、循環ポンプ７０によって配管５２内に圧送・循環されたガスハイドレートおよび水と、配管５２内を流れるガスハイドレートおよび水とが衝突し、さらに配管５２内で上昇流が生じる（加速される）。 これにより、撹拌装置６０では分離しきれず、ガスハイドレートおよび水とともに配管５２内に送り込まれていた土砂を、ここで分離することができる。 その結果、海上等で回収するガスハイドレート中に土砂が混入する割合を低減、つまりガスハイドレートの回収効率を向上させることができる。

さて、上記したような第一および第二の実施の形態において、さらに様々な構成の変更・追加・省略等が可能である。
例えば図１０に示すように、図５に示したカッターフェース３０に、ノズル３１を備え、ポンプ３２から圧送した水を、ノズル３１から前方のハイドレート層Ｇ２に吹き付けるようにしてもよい（いわゆるウォータージェット）。 このようにすれば、前方のハイドレート層Ｇ２が緩み、カッターフェース３０の掘削抵抗を低減することができ、カッターフェース３０の回転速度、つまり掘削速度を向上させ、生産性を高めることができる。
さらには、図１１に示すように、ポンプ３２で圧送する水を、ヒータ等の熱源３３で加熱し、ノズル３１から温水を噴出するようにしても良い。 このようにすれば、前方のハイドレート層Ｇ２において、ガスハイドレートの分解を促進させることができる。 さらに、ガスハイドレートの分解がハイドレート層Ｇ２中において生じると、ハイドレート層Ｇ２も緩むため、掘削速度をさらに向上させ、生産性を高めることができる。

［第三の実施の形態］
さて、上記第一、第二の実施の形態で示した手法により掘削坑Ｔを形成した後、この掘削坑Ｔをパイロット坑とし、さらに大径の掘削を行い、より広範囲からガスハイドレートを採集することもできる。
これには、例えば図１２に示すような構成が適用できる。
図１２に示すように、既に形成された掘削坑Ｔに、大径掘削装置（掘削装置）８０のグリッパ８１と、推進用ジャッキ８２を設置する。 そして、後方のグリッパ８１に、大径掘削部８３を連結して設ける。 この大径掘削部８３は、モータ８４によって回転駆動され、その表面に設けられた掘削ビット８３ａで、掘削坑Ｔの外周側のハイドレート層Ｇ２を掘削する。
また、この大径掘削装置８０では、推進用ジャッキ８２の前後に設けられたグリッパ８１を坑壁面１００に押し付けたり解放したりしつつ、推進用ジャッキ８２を伸縮させることで、大径掘削部８３を、図中矢印方向に前進させることができる。

ここで、大径掘削部８３の後方に、撹拌部材８５ａを備えた撹拌装置８５を備えておくことで、大径掘削部８３でハイドレート層Ｇ２から削り取られたガスハイドレートと海水と土砂の掘削物を撹拌し、ガスハイドレートおよび海水を分離させることができる。 また、撹拌装置８５では、ガスハイドレートおよび海水が分離することで残った土砂は、そのまま掘進方向後方に埋め戻す。
分離されたガスハイドレートおよび海水は、大径掘削部８３を貫通し、縦坑１（図１参照）に向けて敷設されたフレキシブルチューブ１５を通して送り出すことができる。 このフレキシブルチューブ１５には、上記第一、第二の実施の形態で示したような手法で掘削坑Ｔを掘削する際に用いたものをそのまま用いることもできる。

このような構成により、掘削坑Ｔの周囲の、より広い範囲を掘削することができ、ガスハイドレートを大量に採集できる。 また、先行して形成した掘削坑Ｔをパイロット坑とすることで、この掘削坑Ｔを、大径掘削装置８０で用いる動力の供給、ガスハイドレート等の搬送ライン等のために利用することができる。
この場合も、送り出された掘削物は、図８あるいは図９に示したような、縦坑１に設置した撹拌装置６０で撹拌・分離し、ガスハイドレートと海水を海上等に送出することができる。

［第四の実施の形態］
小径のパイロット坑を形成した後、大径の掘削を行うという手法には、他に以下に示すような構成も採用できる。
図１３に示すものは、このような手法に用いることのできる掘削装置９０である。
掘削装置９０は、本体９１先端に複数の掘削ビット９２が備えられるとともに、例えば二本一対のスクリューカッター９３が、本体９１の基端部側に、ピン９４によって回動自在に支持されている。
各スクリューカッター９３は、駆動シリンダ９５と、この駆動シリンダ９５およびスクリューカッター９３間に設けられたリンクプレート９６によって、本体９１に対してピン９４回りに回動するようになっている。 また、各スクリューカッター９３は、ドライブ機構９７により、その軸線回りに回転駆動されるようになっている。
また、先端に掘削ビット９２を備えた本体９１も、図示しない回転駆動機構によって、その軸線回りに回転駆動されるようになっている。
本体９１には、後述のようにして掘削ビット９２あるいはスクリューカッター９３によって掘削された、ガスハイドレート、海水、土砂の掘削物を回収し、本体９１の基端部側から排出するための回収チューブ９８、９９が備えられている。

このような掘削装置９０では、図１４（ａ）に示すように、まず、スクリューカッター９３を本体９１に沿わせた状態で、本体９１を図示しない回転駆動機構で回転駆動させながら、図示しない推進機構により前進させ、先端の掘削ビット９２でハイドレート層Ｇ２を掘削していく。 このとき、掘削された掘削物は、図１３（ａ）の回収チューブ９８を通して回収され、後方の掘削坑Ｔを通し、縦坑１へと送出される。

そして、所定の位置まで掘進が完了した時点で、それぞれのスクリューカッター９３をドライブ機構９７で軸線回りに回転駆動させるとともに、本体９１を回転駆動機構で回転駆動させながら、駆動シリンダ９５を作動させて、二本のスクリューカッター９３をピン９４回りに回動させる。 すると、図１４（ｂ）に示すように、二本のスクリューカッター９３は、本体９１に対して開きながら、掘削坑Ｔの外周側のハイドレート層Ｇ２を掘削する。 このときに掘削された掘削物は、本体９１の中間部に開口した回収チューブ９９から回収され、後方の掘削坑Ｔを通し、縦坑１へと送出される。

二本のスクリューカッター９３が所定の角度まで開いた時点で、今度は掘削装置９０を後退させる。 すると、図１４（ｃ）に示すように、スクリューカッター９３により、掘削坑Ｔの外周側が、より大断面で掘削され、掘削物を回収することができる。

上記したような構成においては、図８あるいは図９に示した構成、つまり、縦坑１に設置した撹拌装置６０で掘削物を撹拌分離し、ガスハイドレートおよび海水を海上等へ送出することができる。

［第五の実施の形態］
この手法では、図１５に示すように、縦坑１の周囲に、複数のスクリューコンベア２００を配置する。 各スクリューコンベア２００は、スクリュー翼２０１ａを備え、図示しない駆動源により、その軸線回りに回転駆動されるスクリュー部材２０１を備える。
このようなスクリューコンベア２００を、掘削物の掘削用途、および土砂の埋め戻しに用いながら、ガスハイドレートを採集するのである。

これには、掘削用として用いられるスクリューコンベア（掘削装置）２００Ａを図示しない推進機構で前進させながら、スクリュー部材２０１を回転駆動させ、スクリュー部材２０１の先端部で、前方のハイドレート層Ｇ２を掘削する。 掘削された掘削物は、回転するスクリュー部材２０１によって、後方に搬送される。 そして、縦坑１内に設置した撹拌装置６０で、掘削物を撹拌・分離し、ガスハイドレートおよび海水を、縦坑１を通して海上等に向けて送出する。
このとき、スクリューコンベア２００Ａは、掘進していくに伴い、後方に他のスクリューコンベア２００Ａを順次継ぎ足していっても良いし、上記第一〜第三の実施の形態のように、フレキシブルチューブ１５等を後方に接続し、このフレキシブルチューブ１５を通して縦坑１への掘削物の搬送を行っても良い。

さて、撹拌装置６０でガスハイドレートおよび海水を分離することで残った土砂は、埋め戻し用のスクリューコンベア２００Ｂに排出される。 埋め戻し用のスクリューコンベア２００Ｂは、スクリュー部材２０１を回転駆動させることで、撹拌装置６０から排出される土砂を搬送し、既に掘削された他の掘削坑Ｔ等に土砂を埋め戻すことができる。

［第六の実施の形態］
上記第一〜第五の実施の形態では、一方向に掘進し、トンネル状の掘削坑Ｔを形成しながら、ガスハイドレートを採集する手法を例示したが、以下に示すような他の手法も採用できる。
すなわち、図１６に示すように、掘削用のスクリューコンベア（掘削機）２００Ａと、埋め戻し用のスクリューコンベア２００Ｂを、撹拌装置６０を中心として略水平方向に旋回させながら、ハイドレート層Ｇ２の掘削と、土砂の埋め戻しを行うのである。
この場合、掘削用のスクリューコンベア２００Ａでは、回転駆動されるスクリュー部材２０１の側面（旋回方向前方）でハイドレート層Ｇ２を掘削することになる。 掘削された掘削物は、スクリュー部材２０１により、撹拌装置６０へと送り込まれる。
一方、埋め戻し用のスクリューコンベア２００Ｂでは、略水平方向に旋回しながら、撹拌装置６０から排出される土砂を、回転駆動されるスクリュー部材２０１によって先端に搬送する過程で、その側面（旋回方向後方）に埋め戻す。

このとき、例えば、埋め戻し用のスクリューコンベア２００Ｂを複数台設けてもよいし、掘削用のスクリューコンベア２００Ａも複数台設けてもよい。 ただし、掘削用のスクリューコンベア２００Ａの台数を増やすと、掘削抵抗が増加し、これらスクリューコンベア２００Ａ、２００Ｂを旋回させる駆動力に負荷がかかる。 このため、これらスクリューコンベア２００Ａ、２００Ｂを旋回させるための駆動機構の出力等に応じ、これらの台数、長さ等を設定するのが好ましい。

さて、このような旋回によるハイドレート層Ｇ２の掘削は、例えば第五の実施の形態で示したように、掘削用のスクリューコンベア２００Ａを一方向に掘進させて掘削坑Ｔを形成した後、この掘削坑Ｔを基点として行うこともできる。 つまり、掘削坑Ｔの位置から、スクリューコンベア２００Ａを旋回させるのである。
このようにすれば、掘削坑Ｔを基点として、その周囲のハイドレート層Ｇ２を広範囲に掘削でき、ガスハイドレートの生産量を増大させることができる。

上記第五あるいは第六の実施の形態において、図１７に示すように、掘削用のスクリューコンベア２００Ａと、埋め戻し用のスクリューコンベア２００Ｂを、上下に重ねて設け、掘進あるいは旋回掘削を行うことも可能である。 この場合、掘削用のスクリューコンベア２００Ａを上段に配置し、埋め戻し用のスクリューコンベア２００Ｂを下段に配置し、双方の間に、仕切り部材２１０を設ける。
このようにすると、掘削用のスクリューコンベア２００Ａでハイドレート層Ｇ２から掘削された掘削物は、スクリュー部材２０１によって撹拌装置６０に向けて搬送され、下段の埋め戻し用のスクリューコンベア２００Ｂによってハイドレート層Ｇ２に埋め戻される。 このとき、撹拌装置６０においては、比重により、撹拌によって分離したガスハイドレートおよび海水は上方に浮上し、土砂は下方に沈む。 下方に沈んだ土砂は、下段の埋め戻し用のスクリューコンベア２００Ｂによって撹拌装置６０から搬出される。 このようにして、下段に埋め戻し用のスクリューコンベア２００Ｂを配置することで、比重によって下方に沈む土砂の排出・埋め戻しがスムーズに行える。 このため、撹拌装置６０の撹拌部材６０ｂは、横回りに回転駆動されるのが良い。

このとき、図１８に示すように、仕切り部材２１０に代えて、多数の開口を有したメッシュ部材２２０を設けることもできる。
掘削用のスクリューコンベア２００Ａでハイドレート層Ｇ２から掘削された掘削物は、スクリュー部材２０１によって撹拌装置６０に向けて搬送される。 このとき、掘削物がメッシュ部材２２０と接触したり、回転するスクリュー部材２０１によって撹拌されることで、掘削物の一部が、ガスハイドレートおよび海水と、土砂とに分離することがある。 分離したガスハイドレートおよび海水と、土砂とは、比重により上下に分かれるので、下方に沈んだ土砂は、メッシュ部材２２０の開口を通し、下方の埋め戻し用のスクリューコンベア２００Ｂに落ちる。 落ちた土砂は、スクリューコンベア２００Ｂによって、ハイドレート層Ｇ２に埋め戻される。
これにより、掘削用のスクリューコンベア２００Ａでの搬送中にも、掘削物の搬送・分離を行え、より効率が高まる。

ところで、掘削用のスクリューコンベア２００Ａのスクリュー部材２０１は、通常のらせん状のスクリュー翼形状に限らず、他の様々なものとすることができる。
例えば、図１９（ａ）に示すように、スクリュー部材２０１Ａに、長さの異なるスクリュー刃２３０を並べて設けても良い。 このようにすれば、掘削物を搬送しながら掘削物がスクリュー刃２３０に接触することで、撹拌される機能が向上し、ガスハイドレートの分離効率を高めることができる。
また、図１９（ｂ）あるいは（ｃ）に示すように、ジグザグ形状とされたスクリュー部材２０１Ｂ、あるいはらせん状のスクリュー部材２０１Ｃの先端に、ビット２４０を設けることもできる。 このようにすれば、スクリュー部材２０１Ｂ、２０１Ｃを回転駆動させながら前進させたときの掘削能力が向上し、生産性を高めることができる。
さらに、図１９（ｄ）に示すように、スクリュー部材２０１Ｄの先端部に、ビット２５０を設けるようにしてもよい。 これにより、スクリュー部材２０１Ｄが前方のハイドレート層Ｇ２に食い込むときの初期挿入負荷を著しく低減することができる。
もちろん、これらを組み合わせたものであっても良いし、さらに他の構成を採用してもよい。

これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

本実施の形態におけるガスハイドレートの採集方法を概略説明するための立断面図である。

掘削機の掘削軌跡の例を示す平断面図である。

第一の実施の形態における掘削撹拌機を示す断面図である。

推進ジャッキを備えた掘削撹拌機を示す断面図である。

カッターフェースを備えた掘削撹拌機を示す断面図である。

回転防止部材を備えた掘削撹拌機を示す断面図である。

第二の実施の形態における掘削装置を示す断面図である。

第二の実施の形態で用いる撹拌装置を示す断面図である。

図８の構成の変形例を示す図である。

ウォータージェットを備えた掘削機の例を示す図である。

図１０の構成の変形例を示す図である。

第三の実施の形態における掘削機を示す断面図である。

第四の実施の形態における掘削機を示す図であり、（ａ）はスクリューカッターが開く方向に対し直交する方向の断面図、（ｂ）はスクリューカッターが開く方向の断面図である。

図１３の掘削機を用いて掘削を行う過程を示す断面図である。

第五の実施の形態において、スクリューコンベアを用いて掘削を行う構成を示す断面図である。

第六の実施の形態において、スクリューコンベアを旋回させて掘削を行う構成を示す断面図である。

スクリューコンベアを上下２段に重ねて用いる場合の例を示す断面図である。

図１７の変形例であって、上下２段に重ねたスクリューコンベア間にメッシュ部材を設けた場合の例を示す断面図である。

スクリュー部材の形状の複数例を示す図である。

符号の説明

１…縦坑、１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ…掘削撹拌機（掘削装置、撹拌装置）、１３…撹拌装置、１５…フレキシブルチューブ（搬送装置）、１６…ポンプ（回収装置）、５０…掘削装置、５１…スクリューコンベア（搬送装置）、６０…撹拌装置、８０…大径掘削装置（掘削装置）、８５…撹拌装置、９０…掘削装置、２００Ａ…スクリューコンベア（掘削装置、掘削機）、Ｇ１…海底地盤、Ｇ２…ハイドレート層、Ｔ…掘削坑