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砂層型メタンハイドレートフォーラム 2020

アラスカ陸上産出試験～コア分析結果～
MH21-S研究開発コンソーシアム（MH21-S）
貯留層評価チーム（AIST） 米田純
2020年12月16日（水）JOGMEC

技術センター2

目次• 研究背景：コア分析は何のため？
• コア分析で分かること• アラスカでのコアリングと輸送• 主な研究成果• まとめ
Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)

研究背景: コア分析は何のため？

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科学的・工学的問いへ答えるためのエビデンス

天然の地層サンプルを採取して、水理・力学・化学的特性等を把握すること
メタンハイドレートの量は？
⇒原始資源量、生産量

隙間はどれくらいあるの？
⇒間隙率・力学強度

いつ頃堆積したの？
⇒MHシステム

5cm

硬いの？脆いの？
⇒強度・変形・圧密

水やガスの流れ易さは？
⇒浸透率、生産予測

間隙水の成分は？
⇒環境対策、水処理

粒子の大きさは？
⇒出砂対策

メタンハイドレートを含むコア：水深約1000m、海底下約300mで採取

研究背景: コア分析で分かること①

4• 地層の状態を理解する• 直接的にハイドレートの量を推定できる。
• 各種シミュレーションの入力パラメータにする。
＜様々な利用例＞
例①：メタンハイドレートの量の推定

例②：検層対比【Dickens et al., 1997, Nature】

検層では、電気抵抗、密度、PS波速度、自然ガンマ線、NMR等の深度方向分布が出力される。

m単位
メタン(mol)

深さ

cm単位

km単位

貯留域

コアデータ

100%

100%

←深さ方向

The Pressure Core Sampler (PCS)
を使って、MHを含む地層サンプルを採取。
コア分析結果を利用して、貯留域のメタン量を推定した。

←深さ方向“Direct measurement of in situ methane quantities in a large
gas-hydrate reservoir” (Ocean Drilling Program Leg 164)

対比前

対比後

研究背景: コア分析で分かること②
メタンハイドレートの存在イメージ

1mm

■MH
■土粒子5

サンプルの品質を保つ※天然サンプルは、大気圧下でMHが分解してしまう
脱圧コア

脱圧凍結コア

圧力コア

内部にバブル

クラック

高品質

1mm
205cm

圧力 (MPa)15

メタンハイドレート
10減圧法

5構造が乱されている
原位置の水圧を保持⇒最も乱れが少ない

メタンと水

00510

温度 (℃)

1520

アラスカでのコアリングと輸送①層序試錐井の役割⇒長期陸上産出試験の施設設計に必要な情報を得ること。
特に、検層からの判断が難しいとされる浸透率、粒度分布。
出来るだけ安価に、且つ正確に実施する必要がある。

https://www.halliburton.com/en-US/ps/wireline-perforating/wireline-and-perforating/open-hole-logging/sidewall-coring/corevault.html

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アラスカでのコアリングと輸送①層序試錐井の役割⇒長期陸上産出試験の施設設計に必要な情報を得ること。
特に、検層からの判断が難しいとされる浸透率、粒度分布。
且つ、出来るだけ安価に、且つ正確に実施する必要がある。

https://www.halliburton.com/en-US/ps/wireline-perforating/wireline-and-perforating/open-hole-logging/sidewall-coring/corevault.html

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アラスカでのコアリングと輸送②8圧力を保った状態で急速冷凍。品質を保つ！
①コアリング ②圧力チェック！ ③液体窒素凍結処理
PCoring

Transported to Golden, Colorado
with dry-shipper

PHousing

TPush out
from corer

Liquid nitrogen

PPressureandTemperature

The sealed container

X-CT
Dry iceLiquid nitrogen

1.5 inch

Downhole

Constant pressure④品質確認

1.5 inch

液体窒素タンク

X-CT イメージアラスカでのコアリングと輸送②9

日米でコア分析を分担
メタンハイドレート分解後のコアサンプル

21 samples

メタンハイドレート含有コアサンプル

13 samples

 X線CTスキャン
 X線CTスキャン
 水理特性・・・絶対浸透率、相対浸透率  水理特性・・・初期・絶対浸透率
 力学的強度・・・圧縮強度、剛性 水分特性曲線
 熱物性・・・熱伝導率、熱拡散率、比熱 NMR T2 分布
 粉末X線回折・・・結晶構造、密度 比抵抗 ラマンスペクトル・・・水和数
 鉱物組成 分解ガス量測定・・・ハイドレート飽和率 粒度分析、土粒子密度
 ガス組成 粒度分析、土粒子密度主な分析結果

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コアリングロケーションと深度
Parker 272 drilling rig
ARCTIC OCEAN

Kuparuk
Age(Ma) 7-11-12 pad

0-Hydrate-01(Stratigraphic Test Well)
16 m
水位

Quaternary
305m

Mt. Elbert #1

10 -Miocene
andOligocene

30 PRUDHOE BAY UNITIġnik Sikumi #1

永久凍土域
0°C40 -Hydrate-01
Kuparuk 7-11-12 pad

Tertiary

20 -Unit D sand
WaterEocene

50 -1000 ft
305m

2000 ft
610m

Side-wall coring
Run 3

Unit C sandUnit B sandRun
1,2,4, 3000 ft

推定ハイドレート下限

Run 5
12°C

915m

Sagavanirktok Formation (Nonmarine deposits)
Sagavanirktok Formation (Shallow-water marine deposits)
Gubik Formation (Shallow nonmarine deposits)

主な分析結果
From Unit D
3-8
直径約40mm

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From Unit B
4-5
直径約25mm

液体窒素噴霧環境下で整形加工されたコアサンプル。
乱れは観察されず、良質。
原位置における堆積物の状況に限りなく近いと考えらえる。

主な分析結果：堆積物粒度
薄片画像

Unit D 3-912Unit B 4-2

電子顕微鏡画像100µm主な分析結果：鉱物組成

石英含有率が高いことが特徴として挙げられる。

13

主な分析結果：ハイドレート水和数

14

Raman spectrum
Cage occupancy(average of fourspots)
corenumber

3-2

4-3qL

Hydration number (averageof four spots)

nqS

0.976±0. 0.803±0.
000
008
0.974±0. 0.815±0.
0010206.164±0.011

6.157±0.117

Powder X-Ray Diffraction
Lattice parametercore numbera (nm)V (nm3)3-2
4-3

1.18570(19)1.6670(5)1.18523(10)1.6650(3)ラマンスペクトル分析の結果、対象のハイドレートはsⅠ型である。
メタンハイドレート（CH4・5.75H20）の 水和数の理論値は5.75測定値はおよそ6.1であり、既往の研究や他地域のハイドレートと同程度。

主な分析結果：熱物性

15Pre-dissociation (This study)

Pre-dissociation (This study)

Post hydrate dissociation (This study)

Post hydrate dissociation (This study)

KG Basin, India: Before hydrate dissociation (Muraoka et al., 2019)

KG Basin, India: Before hydrate dissociation (Muraoka et al., 2019)

KG Basin, India: Post hydrate dissociation (Muraoka et al., 2019)

KG Basin, India: Post hydrate dissociation (Muraoka et al., 2019)

Nankai Trough, Japan: Before hydrate dissociation (Muraoka et al., 2014)

Nankai Trough, Japan: Before hydrate dissociation (Muraoka et al., 2014)

3

Thermal conductivity (W/mK)

Thermal conductivity (W/mK)

321
References of bulk materials:Water (Brine) 0.575 [Sharqawy et al., 2010]
Hydrate 0.619 [Waite et al., 2007]
Quartz 7.69 [Horai and Simmons, 1969]
Mica 2.34 [Horai, 1971]

00.35

0.40

0.45

Porosity

0.500.55

2100.00

0.20

0.400.60

Hydrate saturation

比較的高い熱伝導率が計測された。
これは、低い間隙率によるものと考えられる。
さらに、高い石英含有率も高い熱伝導率の要因と推察された。

0.80

主な分析結果：力学特性（三軸圧縮試験）

16Deformation
Hydrate Maximum
Tube & Core saturation strength(MPa)(%)
Number3 - 1087.6
16.1
4-5078.1
09.5
21.3
11.2

HBS
Sh≈82%
Friction angle (deg.) 40.0
Cohesion (MPa)0Modulus
E50(MPa)901444
1367445

HFS
Sh=0%
29.80

ハイドレートの存在による初期剛性及び強度の増加と体積膨張傾向を確認。
変形解析に必要な各種パラメータを取得。
比較的高い有効応力下の結果が得られたことが特徴。

主な分析結果：水理特性
10000

10000

100

ハイドレート分解

10

圧密

1000

浸透率 (mD)

1000

3-4
3-8
3 - 104-1
4-5

浸透率 (mD)

17Dissociation

3-4
3-8
3 - 10
4-1
4-5

100

10In-situ stress-zone B

In-situ stress-zone D11.0

有効応力(MPa)

10.01020406080

ハイドレート飽和率(%)

ハイドレートを含有した初期水浸透率は、数mD～数十mD。
比較的高い透水性を有していると言える。
分解後の絶対浸透率は約100倍になる。
土骨格粒子の圧密に伴う間隙率の変化による透水性低下は小さい。
これは高い石英含有率によるものと推察される。

100主な分析結果：まとめ18Density image

0.2

0.4

0.6 2.4 2.6 2.8

3 10

100

10000

1 01000.5

Permeability (mD)
1000

0SandClayfraction
fraction
050 100 050

12.4

Mean grain size
D50 (um)

102Grain density(g/cm3)0.01

1.6

Porosity

0.1

Hydratesaturation

Bulk density

700(ft)750

ハイドレート飽和率、間隙率、嵩密度は検層とコアで整合的
Depth (m)800

B層に比べてD層の粒度が若干小さい
850

900

検層の推定値に比べてコアの初期浸透率は高く、絶対浸透率は小さい
950

1000

検層結果と合わせて、貯留層モデル構築に資する高精度なパラメータを提供

19

本資料は、経済産業省の委託により実施しているメタンハイドレート研究開発事業において得られた成果に基づいています。

本日発表した研究成果の詳細は、下記の論文からご確認いただけます。
Yoneda, J., Jin, Y., Muraoka, M., Oshima, M., Suzuki, K., Walker, M., Otsuki, S., Kumagai, K.,
Collett, T.S. and Boswell, R. 2020,
Multiple physical properties of gas hydrate-bearing sediments recovered from Alaska North Slope2018 Hydrate-01 Stratigraphic Test Well,
Marine and Petroleum Geology, 123, 104748,
https://doi.org/10.1016/j.marpetgeo.2020.104748

ご清聴ありがとうございました。