BASIC RESEARCH ON FINE PARTICLE EROSIONIN MINING OF METHANE HYDRATE

メタンハイドレート採掘における出砂現象に関する基礎的研究
Recently Methane Hydrate(hereafter MH) as known as next-generation energy has got attention. It was identified that
this natural resource called “combustible ice” is restored by filling the void of the seabed around Japan, such as
Nankai Trough, which is high-pressure environment, the depth of the sea is about 1000m,10MPa in pressure. One ofthe problems to be solved for commercial production is sand production from MH layer to inside of the gas production
well. The goal of this study is to clarify the cause of sand production in mining MH, and propose the effective solution.
近年、次世代資源としてメタンハイドレート(以下MH)が注目されている。燃える氷とも言われるこの資源は日本周辺でも南海トラフなどにて、海底地盤の砂の間隙内を充てんする形で、水深およそ1000m程度、圧力レベル10MPa程の高圧環境下に貯留されていることが確認されている。このMHの商業生産に向けて解決すべき課題の一つに、MH層からガス坑井内への出砂現象が挙げられる。本研究ではMH採掘の際に観察された出砂の原因を明らかにし、出砂対策に有効な改善策を提示することを目標とする。

砂層型MHの存在環境

グラベルパックとMH層を模擬した一次元カラム透水試験

Environment where MH stored in the seabed

One dimensional column permeability testwith simulation of gravel pack and MH layer
アクリル円筒内に作製したMH模擬層とグラベルパック層に水を浸透させ、一定時間透水した後グラベ
ルパック層の粒度分布を調べ、MH層からどの程度細粒分が流入したかを調べる。
Water flows from fine sand layer to coarse sand layer to investigate how the grain
size distribution changes.
Air pressure

Sea level

Soil chamber

Depth: 1000m
Water Pressure:
10MPa

SeabedMH-bearing layer:
Silica sand 7

2.1cm

Gravel pack:
Colored sand(Silica sand 5)

4cm

Sand to use
Colored silica sand
Silica sand 7

Deairedwater

Specimen①
Specimen②
Specimen③
Specimen④

Gauze

Turbidite

Low saturation
gas layer

実験後得られた粒度分布.
Grain size distribution acquired after the testNormal
通常Sp.①
試料①0

Produced sandTop

Water flow direction

BottomSp.② Grain
試料②
NormalSp.① Sp.② Sp.③ Sp.④
Sp.③ size(㎛)
試料③
Under
60.0% 54.3% 53.7% 54.9% 45.1%
Sp.④
試料④355Under
正圧で上部から0.9MPaで押した場合
16.0% 12.3% 13.2% 12.4% 13.6%
250
Grain size(㎛)
Under
500
1000
3.6% 2.3% 3.1% 2.4% 2.2%
180・MH模擬層からの細粒分の移動、流出は観察できない。
・Haven’t been confirmed
the inflow from the MH
layer yet・底部のみ流出が顕著。負圧で引いている事による影響を受けている可能性。
・outflow from bottom isapparent. Potentially beaffected by use ofnegative pressure

正圧で上部から0.9MPaで押した場合
In case 0.9MPa positive pressure from top
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%

Positivepressure

Grain size distribution

Gravel pack

Test time: 14 minutes
Average flow rate : 11.6cm3/s

Negativepressure

Screen

100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%

Grain size distribution

Gravel pack
Coarser than sandof layer

実験結果
Test Result

負圧で下部から0.1MPaで引いた場合
In case 0.1MPa negative pressure from bottom

Sand layer

Gravel pack screen
Let sand pass but not gravel pack1cm

粒度分布の変化によって細粒分の流入を観察する
Observe the inflow of fine sandby checking the change of the grain size distribution

2013年第一回海洋産出試験における出砂対策
Measures on sand production
conducted in 2013 at first mining test

Well

0.1～0.8
0.08～0.3

Pick up the gravel, divide it into 4
specimens, and conduct sieve test

Concentrated zoneof methane hydrate
Mainly contains
water, little gas.

Grain size (mm)0500

通常NormalSp.①
試料①

Test time: 3 minutes
Average flow rate: 45.2cm3/s
TopWater flow direction
BottomGrain
Sp.②
Normal Sp.① Sp.② Sp.③ Sp.④
試料②size(㎛)
Sp.③
Under
試料③60.0%46.6%55.8% 54.3% 56.1%
355
Sp.④
試料④Under
16.0% 9.1%11.6% 13.2% 14.0%
250
Under
1000 size(㎛)Grain3.6% 1.9% 1.6% 3.2% 2.5%
180・上部の方が流出が顕著。特に250㎛以下では上部から底部にかけて段階的。
・Clear outflow from thetop. Especially grain size
under 250 ㎛ is
gradually move from topto bottom・グラベルパック層内で細粒分の移動が起きている可能性
・Possibility of sandmoving inside of thegravel pack layer

本研究に関する担当研究室は桑野研究室です．
部屋は東京大学生産技術研究所B棟3階のBw-304

For further information, contact below.
Prof. Reiko Kuwano,#Bw-304, Institute of Industrial Science

電話： 03-5452-6843，FAX： 03-5452-6844
E-mail: kuwano@iis.u-tokyo.ac.jp

TEL： +81-3-5452-6843， FAX： +81-3-5452-6844
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鈴木俊也 (2015)