広範囲鉛直掘削法による表層型メタンハイドレート回収システムの技術的検討
表層型メタンハイドレートの研究開発 －2019年度一般成果報告会－

2019 年 11月 29 日
三井E&S造船㈱、清水建設㈱、日本大学【三井E&S造船㈱、清水建設㈱、日本大学】 広範囲鉛直掘削法による表層型メタンハイドレート回収システムの技術的検討

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目 次

1. 全体概要、回収技術の特徴
2. 実施体制
3. 表層型MHを回収する原理
4. 回収に伴い想定される事象への対応
5. 環境影響に関する検討
6. まとめ【三井E&S造船㈱、清水建設㈱、日本大学】 広範囲鉛直掘削法による表層型メタンハイドレート回収システムの技術的検討

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１．全体概要、回収技術の特徴【三井E&S造船㈱、清水建設㈱、日本大学】 広範囲鉛直掘削法による表層型メタンハイドレート回収システムの技術的検討

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１．提案する表層型MH回収システムの全体概要

商業規模で即スケールアップ可能なシステム
複雑な海底地形にも対応可能
軟弱な海底地盤にも対応可能
多数の実績があるガスリフトで揚収ガス化処理、H2S処理設備

資源回収船

ガス化タンク、静置タンク（油水分離）

メタンガス

MH、海水、泥、メタンガス

 掘削物と共に周辺海水を吸込む
ため、操業プルームが発生しない

泥水ライザー管

海底パイプライン

掘削装置
大口径ドリル

フレキシブルホース

泥水排出ライン
MH貯留層

広範囲鉛直掘削法【三井E&S造船㈱、清水建設㈱、日本大学】 広範囲鉛直掘削法による表層型メタンハイドレート回収システムの技術的検討

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１．本調査研究で提案している回収技術の特徴①
 船上から吊り降ろした大口径ドリルで掘削する方式で• 複雑な海底地形や軟弱な海底地盤に対応可能• 掘削物と共に周辺海水を吸込むため、操業プルームが発生しない
 多数の実績があるガスリフトでMHと泥を揚収
 既に商業生産（25年以上の海底ダイヤモンド採掘）で使われている海底掘削の技術、手法を使用
 商業規模で即スケールアップ可能なシステム
 三井E&Sがもつガスハイドレートに関する知見を装置の設計に活用

海底ダイアモンド採掘例（出典:MHWirth HP）【三井E&S造船㈱、清水建設㈱、日本大学】 広範囲鉛直掘削法による表層型メタンハイドレート回収システムの技術的検討

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１．本調査研究で提案している回収技術の特徴②
広範囲鉛直掘削法の特徴
船上から吊り降ろした大口径ドリルで海底面を真上から掘削する方式であるため、資源回収船• 複雑な海底地形にも対応可能• 軟弱な海底地盤にも対応可能• フットプリントが小さい
ライザー管

移動・海底自走式の場合、事前に海底地形の平坦化、海底地盤の強化等のアクセス路の整備が必要となる

掘削装置

MHマウンドは複雑な地形【三井E&S造船㈱、清水建設㈱、日本大学】 広範囲鉛直掘削法による表層型メタンハイドレート回収システムの技術的検討

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２．実施体制【三井E&S造船㈱、清水建設㈱、日本大学】 広範囲鉛直掘削法による表層型メタンハイドレート回収システムの技術的検討

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２．実施体制
産業技術総合研究所

再委託（外注先）

代表機関
三井E&S造船株式会社

MHWirth GmbH (ドイツ)

・全体統括、成果のとりまとめ
・掘削装置、副次的生成物の扱いの検討

・掘削機器仕様、操業対策

ガスハイドレートの知見を持つ総合重工メーカー

業界トップレベルの海底掘削技術サービス提供、世界で唯一の海底資源採掘の商業化

株式会社環境総合テクノス
参画機関① 日本大学

日本有数の環境総合コンサルタント会社

MH含有地盤に関する知見あり

・環境影響評価

・原位置地盤調査法、地盤安定性の検討

JX石油開発テクニカルサービス株式会社

参画機関② 清水建設株式会社

日本最大の石油資源開発会社
資源開発に係る技術および事業の知見あり

・原位置地盤調査法、地盤安定性の検討

・環境影響評価、環境/安全リスク回避方法の検討、経済性評価

MH含有地盤に関する知見あり

株式会社フグロジャパン

地質工学調査を行う世界的なオフショア企業

・地盤調査機器仕様検討【三井E&S造船㈱、清水建設㈱、日本大学】 広範囲鉛直掘削法による表層型メタンハイドレート回収システムの技術的検討

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3. 表層型MHを回収する原理【三井E&S造船㈱、清水建設㈱、日本大学】 広範囲鉛直掘削法による表層型メタンハイドレート回収システムの技術的検討

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３．表層型MHを回収する原理①
掘削方法
海底ダイヤモンド掘削で実績のある技術をベースにして、掘削装置の基本設計を完了
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掘削装置

大口径ドリルは、直径約7.2mのディスク形状をしているドリル底面に形状が異なる複数の掘削刃を設け、効率的に掘削する
ドリル底面には、スラリー吸入孔および通過孔を設け、掘削と同時に掘削物を吸入する

大口径ドリル

掘削刃例（出典:MHWirth）【三井E&S造船㈱、清水建設㈱、日本大学】 広範囲鉛直掘削法による表層型メタンハイドレート回収システムの技術的検討

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３．表層型MHを回収する原理②
揚収方法• 採用するガスリフト方式は、ライザー管にガスを注入することで揚収することができ、水深200mにある海底ダイアモンドの掘削事業において、商業利用されている揚収技術である• 揚収部では固形物による閉塞、磨耗は発生しない• 海中に動的な機器を配置しないため、メンテナンス性は良く、故障時の対応も容易になる

MH、海水、泥、メタンガス（出典:MHWirth）

海上付近

管内の液体がメタンガスと混合し、比重が小さくなり上に押し上げられる
メタンガス

ガスリフトにより揚収された岩石

水深300m
付近で注入
メタンガス
ライザー管
海底付近

ライザー管

MH、海水、泥、メタンガス

ガスリフトイメージ図【三井E&S造船㈱、清水建設㈱、日本大学】 広範囲鉛直掘削法による表層型メタンハイドレート回収システムの技術的検討

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３．表層型MHを回収する原理③
分離方法（船上処理）• 海底から揚収した海水と泥を、表層海水や大気と混合/接触させずに海底に戻す閉鎖系で資源回収を行う• 生物コンタミを防ぐことで、表層及び海底に生息する生物への影響を低減する

温水加熱によるMHのガス化(MH分解実験の様子）
メタンガス揚収物• 揚収した海水の一部を循環利用して温水を製造し、密閉タンク内に温水を噴霧してMHをガス化する
船上ガス化設備

MH泥、海水泥水排出ライン

ガス化タンクイメージ

資源回収船イメージ（概念設計完了）【三井E&S造船㈱、清水建設㈱、日本大学】 広範囲鉛直掘削法による表層型メタンハイドレート回収システムの技術的検討

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4. 回収に伴い想定される事象への対応【三井E&S造船㈱、清水建設㈱、日本大学】 広範囲鉛直掘削法による表層型メタンハイドレート回収システムの技術的検討

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４．回収に伴い想定される事象への対応
カバー1. 突発的に大量のガスが噴出した場合の対応•••

事前対策:ガス抜き作業後に本掘削を行うことで突発的な大量ガス噴出を防止
回収時対策(少量ガス噴出):掘削装置上部に取り付けたカバーでガスを吸引回収時対策(大量ガス噴出):掘削装置を海底面上に持ち上げ、噴出ガスの影響を受けない距離まで直ちに船体を移動（緊急時はライザー管ごと掘削装置を切り離して、船体のみ緊急避難させる）

掘削装置

2. 回収時および回収後の地盤安定性の評価••

物探、地形、ボーリングなどの事前調査データとCPT(コーン貫入試験)データから海底地盤モデルを作成し、海底地盤強度を評価した上で、海底面をすり鉢状に掘削することで、海底地滑りを防止する
CPTにより適時ガス抜きを行いながら海底を掘削する

斜面安定解析例

３次元海底地盤モデル作成の流れ（画像提供:Fugro）【三井E&S造船㈱、清水建設㈱、日本大学】 広範囲鉛直掘削法による表層型メタンハイドレート回収システムの技術的検討

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５．環境影響に関する検討【三井E&S造船㈱、清水建設㈱、日本大学】 広範囲鉛直掘削法による表層型メタンハイドレート回収システムの技術的検討

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５．環境影響に関する検討
保護区の設定

副次的生成物への対応• 生産終了後の生物群の早期回復
及び環境モニタリングのためのレファ
レンスサイトとして役立てるため、MH貯留層5個あたり1個を開発対象とせずに保護区として残置• 保護区設定しても経済性が成立するシステムC）硫化水素・油分対応

B）泥水対応A）高濁度水対応

副次的生成物への対応
副次的生成物各生成物への対応

A）高濁度水① 掘削と同時に掘削物と共に周辺海水を吸込むため、操業プルームが発生しない② 海底を走行しない移動方法の採用によって、海底面走行による高濁度水プルームを発生させないB）泥水

海底地形の変化を最小限にする処理

C）硫化水素・油分 船上で分離処理による海洋汚染の防止【三井E&S造船㈱、清水建設㈱、日本大学】 広範囲鉛直掘削法による表層型メタンハイドレート回収システムの技術的検討

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６．まとめ【三井E&S造船㈱、清水建設㈱、日本大学】 広範囲鉛直掘削法による表層型メタンハイドレート回収システムの技術的検討

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６．まとめ
次のような特徴を有する表層型MH回収方法を考案した
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商業規模で即スケールアップ可能なシステム
海底面の起伏が激しい貯留層に対応
海底地盤が軟弱な貯留層に対応
多数分散した貯留層に対応（貯留層5個の内1個を保護区として残置）
表層海水や大気と混合/接触させない閉鎖系の回収システムによって、生物コンタミを防止

さらに、副次的生成物への対応についても検討を完了した• 掘削装置によって生じる高濁度水拡散の防止• 海底地形の変化を最小限にする泥水処理方法• 船上での硫化水素、油分の分離処理による海洋汚染の防止《謝辞》

本研究は、経済産業省「国内石油天然ガスに係る地質調査・メタンハイドレートの研究開発等事業（メタンハイドレートの研究開発）・生産手法開発に関する研究開発」のなかの「表層型メタンハイドレート回収技術開発に関わる調査研究」として実施されました。

【三井E&S造船㈱、清水建設㈱、日本大学】 広範囲鉛直掘削法による表層型メタンハイドレート回収システムの技術的検討

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ありがとうございました【三井E&S造船㈱、清水建設㈱、日本大学】 広範囲鉛直掘削法による表層型メタンハイドレート回収システムの技術的検討

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