資源循環プロセス学講座

Sustainable Recycle Process

循環社会開発学分野

Environmental Processing for Energy Resources

Field Trip および Workshop

る方法を用いた、広範な封圧条件下（最大 50 MPa）での相対浸に参加した（Fig.4）。加えて、透率測定が可能なコアホルダを新たに開発した（Fig.10）。

これまでに実施してきた研究、Fig. 9: Plaque presented in the award
ceremony of 17 th Formation
Evaluation Symposium of Japan.

① X 線 CTを利用したフラクチャーを有するコアサンプルの炭素質エネルギー物質の調和的循環数値モデル化および流体流助教

Harmonic circulation of the carbon substance as energy resources

渡邉 則昭

Assistant Professor

Noriaki Watanabe

動解析と、②封圧下の岩石き裂における二成分二相流動

Fig. 4: Field trip for fractured basement
reservoirs in Vietnam.

に関する相対浸透率測定および数値モデリングを、さらに進展させた。

硫黄の循環的酸化還元を利用した
持続的水素製造プロセス

この理論に基づけば、水素生成量の温度および pH 依存性は以下のように説明できる可能性があし、使用済みの燃料を水へと処理ることがわかった。すなわち、水素する、クリーンで高い発電効率が得生成量は温度上昇にともない指られる発電として期待されているが、ratio of H 2数関数的に増加するが、これは① Fig.3: C hanges in the2production
toSconsumption
高温ほど反応速度（S2- の消費量）
with pH and temperature.

実質的に副生しない新たな水素製造技術が求められている。そこで当研究室では、原料として硫黄とバイ

Fig.1: Hydrogen production frombiomass via the sulfur
redox cycle.

が大きくなることに加えて、②より硫黄の酸化が進行した化学種が生じる（1モルの S2- から生じる水素量が大きい）反応が生じるようになるという、二つの機構がはたらオマス、エネルギーとして地熱や工くことによるものである。一方、pH の増加に対して、水素生成量場廃熱の利用を想定した、新しいは指数関数的ではないもののやはり増加するが、これは上記②の水素製造プロセスの実現を目指し機構のみがはたらくためである。この成果に関しては、日本地熱学ている（Fig.1）。 本年はまず、これ会学術講演会において発表し、国際誌 International Journal ofまでの成果を国際誌 International

Hydrogen Energy への投稿を計画している。

Journal of Hydrogen Energy におなっていた、水素生成実験における昇温・降温時の余分な反応を抑え

北海道勇払ガス田やベトナムランドン油田では、堆積盆地の基るために、急速昇温・冷却機能を有盤となる花崗岩等に発達するフラクチャー（割れ目）から油ガスを2）、水素生成メカニズムの解明を試み、以下のような知見を得た。

Fig.2: New reactor enabling rapid
heating and cooling in
the hydrogen production
experiments.

しつつ、新しいモデルシミュレータの開発等様々な取り組みを進め実施したところ、これまでの理論通りS と水が反応し、多硫化物ている。本年はまず、これまでの成果を国際誌 SPE Journal お

イオンや硫黄のオキソ酸イオンが生じる際に水素が生成するが示よび Engineering Geology において公表した。また、Vietnam

唆された。すなわち、S2- を1モル消費した場合、H2が0.5 ～ 4モ

Petroleum Institute が主催するフラクチャー型貯留層に関する

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そこで本年、新たに開発した炭

カナダオイルサンドビチューメン等の重質油は、在来型の石油素繊維充填 PEEK（VITREXに匹敵する埋蔵量を有する石油資源であるが、在来型の石油と社 製 PEEK 450CF30）製
コア ホルダを用 いた CT 測定を実 施した（Fig.6）。そのFig. 6: C ore holder with a CFR PEEK
body developed for X-ray CT
scans of samples under confiningpressure.

比較して格段に粘度が高いため、これまで開発困難なものであった。しかし近年では、スチーム攻法（SAGD 法）や SAGD 法との併用が効果的な超臨界水を利用した低粘度化（超臨界水改質）

結果、新しいコアホルダを用いれば、SN 比低下の問題を回避技術に関する研究開発の進展により、重質油を油層から回収し、でき（Fig.7）、応力下のサンプルに関しても数値モデル化および井戸元で低粘度化した後、製油所までパイプライン輸送すること流体流動解析が可能であった（Fig.8）。 この成果については、も困難ではなくなってきている。当研究室ではこれまでに日揮（株）

石油技術協会春季講演会および17th Formation Evaluationと共同で、この井戸元での超臨界水を利用した重質油の改質（オSymposium において発表し、また国際誌 Journal of Hydrology

ンサイトアップグレーディング）に関して様々な検討を実施している。に 投 稿した（ 査 読 中 ）。 な お、17th Formation Evaluation

これまで、内部観察が可能な反応容器（View cell）を用いた実験

Symposium では、昨年の Symposium Best Paper Award にシステムを用い、水の臨界点以上の温度・圧力条件下（重質油対する授賞式があり、これに参加した（Fig.9）。一方、封圧下のの改質条件下）においても水 / ビチューメン系は均一相を形成せ

岩石き裂における二成分二相流動に関する相対浸透率測定およず、Water-rich phaseとOil-rich phase の二相に分離している

び数値モデリングに関しては、Semi-dynamic methodと呼ばれことを明らかにしたが、従来の実験システムにおいては、容器内の撹拌、圧力の微調整や分析用試料の採取ができないなど、相挙動を詳細に把握する上での問題点が多く存在した。
そこで本年は、撹拌および試料採取が可能な View Cell お
よび窒素ガスによる圧力調整装置から成る、新たな実験システ
ムを用いて、仕込み組成、温度・圧力を精密に制御した上で、Water-rich phase と Oil-rich phase の試料を採取・分析した。
その結果、圧力の上昇にともない、Water-rich phase における含油率の増大と、Oil-rich phase の含水率の増大が生じる
ことや、また高圧になるほど、ビチューメン中のより重質な留分がWater-rich phase に抽出されることなどがわかってきた。
国際学会等への参加

・17th Formation Evaluation Symposium（9 月）

デルを利用した生産プロセスの検討が重要である。そこで当研究成実験を、広範な pH・温度条件（pH 9～13、280～320 ℃）で

2-

CoexistenceActivityReport2011

SN 比の低下が問題であった。

熱貯留層を効率的に開発するためには、現実に即した貯留層モ室では、JAPEX、JOGMEC あるいは JAMSTEC などとも協力

2-

超臨界水を利用した重質油のアップグレーディング

サンプルの CT 測定における生産している。このようなフラクチャー型の油ガス貯留層もしくは地を含有する水溶液からの水素生
HS や S（以下まとめて S ）-収の大きな従来型金属製コアホルダを使用した場合、応力下フラクチャー型貯留層の精密モデリング

いて公表した。また、これまで問題とする反応容器を新たに開発し（Fig.

モデル化および流体流動解析（Fig.5）においては、X 線 吸Fig. 5: Precise 3D numerical modelingof fracture flow Coupled with
X-ray CT for core samples.

Sustainable Recycle Process

燃料電池は水素を燃料に発電

化石資源以外を原料として CO2を38ルの範囲で生じる（Fig.3）。またX 線 CTを利用したフラクチャーを有するコアサンプルの数値

資源循環プロセス学講座

Our research interests are developments of effective and environmentally benign processes for organic
resources such as biomasses, conventional and unconventional oil/gas. Concerning biomasses, we have developeda sustainable hydrogen production process by utilizing waste heat/geothermal energy, sulfur and biomasses. In thisprocess, hydrogen is produced from alkaline water containing HS-/S2- (raw materials) at relatively low temperaturesof around 300 ℃, and the raw materials are recovered at much lower temperatures of < 100 ℃ by using organic
compounds from biomasses (e.g. glucose) as reducing agents. Concerning oil/gas, we have developed a new concept
fracture network model simulator, GeoFlow, in order to investigate effective processes in developments of fractured
oil/gas reservoirs. GeoFlow has revealed impacts of 3-D channeling flow in developments of fractured reservoirs.
In addition, we have developed a new technique to obtain information of fracture flow characteristics from X-ray
CT data of reservoir core samples at in-situ conditions. Moreover, we have developed an on-site upgrading processusing super critical water for heavy oils (e.g. bitumen). We have studied phase behaviors in water/heavy oil
systems by using a newly developed view cell, in order to optimize the upgrading process.

Fig. 10: N e w c o r e h o l d e r f o r t w o component, two-phase fracture
flow experiments.

当研究室で開発中の手法、・Field trip for fractured reservoirs in Vietnam（10 月）
Fig. 7: C omparisons of CT profiles
between the cases without
and with the core holder for(a) granite and (b) sandstone
samples containing a saw cut
fracture.

Fig. 8: C omparisons (a) between
experimental and numerical
fracture porosities and (b)between experimental andnumerical permeabilities for afractured granite sample.

外部資金による研究
・科研費

若手研究（A）、新学術領域研究（公募）、挑戦的萌芽研究
・その他

JOGMEC

石油・天然ガス基礎研究
アクティビティレポート2011

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