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砂層型メタンハイドレートフォーラム 2020
石油・ガス開発について/
石油・ガス開発とメタンハイドレート開発の違いと難しさ/「フェーズ４実行計画」について

MH21-S研究開発コンソーシアム（MH21-S）
山本晃司(JOGMEC)
2020年12月16日（水）JOGMEC 技術センター

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石油・天然ガス開発のプロセス「探す」：石油のありそうな地質的条件や構造の場所を、地質学の知見と物理探査によって見つけ出し、実際に掘削して石油が存在することを確かめる（試掘）。

「開発し、生産する」：石油が存在して、経済的にも見合うとなれば、井戸を掘り、生産・輸送の設備を設置して、油田として開発する• メタンハイドレートも基本的に一緒だが、「どうやって取り出すか」がまだ完全にはわかっていない。

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上流の石油開発：誰が行う？
石油開発の権利：国から「鉱区」の「鉱業権」を取得した石油開発会社が、実施する。
（税金で行われる公共事業ではない）
金融機関

国・政府
税・ロイヤルティー

利益・回収

地域住民

投資・融資

理解

鉱区の賦与規制（HSE、資源の適正利用）補助金・税の減免など

雇用・利益の還元

石油開発会社

技術協力

大学・研究機関Risk taker

資金協力
サービス
提供

掘削リグ提供販売

顧客

収益・下流部門の石油会社
・都市ガス事業者
・電力会社

費用支払い

費用支払い 掘削コントラクター

油田サービス会社
・物理探査・検層 ・掘削仕上げ関係
・ロジスティクス ・生産プラント関係
・コンサルテーション

4海域におけるメタンハイドレートの賦存形態ー
どこに、どのように存在するか？
0海面

温度

砂質層孔隙充填型
メタンハイドレート

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海中・地層内の温度
圧力分布（表層型メタンハイドレート）

MH安定領域

海底面（例：700m）

東部南海トラフ海域において複数のメタンハイドレート濃集帯を掘削

深度 砂層型の特徴（圧力） ・資源量評価が可能（従来型の応用）
・３次元的に広がり、量と集中度が期待できる・生産のために従来からの石油開発技術が使える

MH21-S

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海域におけるメタンハイドレートの賦存形態ー
どこに、どのように存在するか？
0

海面

在来型と比べると。。。

温度
20海中・地層内の温度
圧力分布

海面

減圧・加熱による分解（ガス化）

自噴（表層型メタンハイドレート）

MH安定領域

砂質層孔隙充填型
メタンハイドレート

BSR

ハイドレート（固体）
濃集層• 比較的浅い未固結の地層中に存在• （必ずしも）地質構造に規制されない

海底面（例：700m）1000 m2000 m

ガス層

東部南海トラフ海域において複数のメタンハイドレート濃集帯を掘削

ガス（気体）層
深度 砂層型の特徴（圧力） ・資源量評価が可能（従来型の応用）
・３次元的に広がり、量と集中度が期待できる油（液体）層・生産のために従来からの石油開発技術が使える

3000 m
MH21-S

4000 m6

石油とメタンハイドレートの生産• 石油は、井戸を掘れば自噴する。
• 自分の持つ圧力で自噴する分を「一次回収」という。
• 水で圧力をかけて取り残した分を回収＝二次回収、さらに流れやすくするなど手を加える＝三次回収
水を押し込んで圧力を保つ：燃料が必要ガスを押し込んで流れやすくする• メタンハイドレートは地下で固体なので、手を加えて流体に変えないと生産できない＝「生産手法の開発」。
• シェールガスのような、他の「非在来型資源」もやはり手を加えないと生産できない。
• シェールガス：水圧破砕法で流動できるようにする。
• オイルサンド：温めて流れやすくする、など

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永久凍土層砂層

非在来型石油資源の資源量定義

海洋砂層

SPE 2007新基準より作成

海洋表層

商業性あり –
埋蔵量

海洋泥層
Boswell and Collett, 2006

在来型石油・天然ガス
パイロットプロジェクトによる実証実施

商業化前段階 –条件付資源量生産技術の実証

未発見資源 –
想定資源量

タイトガス

重質油
超重質油

ビチューメン
シェールオイル

Basin-centered gas

シェールガス

炭層ガス

メタンハイドレート
原始資源量の評価
原始資源量＋技術的困難性
Based on PRMS

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メタンハイドレート：エネルギーを取り出すためにエネルギーがいる
分解させるの必要な熱＝約400MJ (1m3の水を0℃から100℃近くまで加熱するのに要する熱）••

人工的に加熱しようとすると、ハイドレート及び周辺の地層を平衡温度まで上げるための熱も必要
減圧法では、平衡温度を下げることで地層のもつ顕熱熱源に利用する（人工的に投入する必要なし）

燃焼させると約6500MJのエネルギー

1m3（0.9トン）のメタンハイド
レートのかたまり

MH安定
減圧後=原油1bblとほぼ同じ価値（40ドルくらい）
0.86トンの水

初期の条件
圧
力

164m3のメタンガス

MH
分解

この分の熱がMH分解に使える
温度

1000m分くみ上げるのに8.6MJのエネ
ルギー•

第二渥美海丘で3MPaまで減圧するのに必要• ガスを得るには熱エネルギーが必要（同じ重さの０℃の水を沸点近くまで上げるよりたくさんのエネルギー）• エネルギーを投入するかわりに、分解する条件まで圧力を下げる⇐相平衡温度が下がった分の熱エネルギーが分解に使える（かわりに温度が下がる）

減圧法：自然の熱エネルギーでメタハイ分解：メタン
ハイドレートの一次回収• 井戸を掘り、ポンプで水を汲み上げて、地層の圧力を下げることでメタハイを分解させる。
• 必要な熱は周囲の地層から供給される。
• 人工的なエネルギー投入を行わないー雪を溶かすのに、バーナーで温めたりお湯をかけるのではなくて、塩を撒くことに対応• 地下における流体と熱の動きが、メタンハイドレートの分解と生成を支配している。

• しかし、その手法が、不均質で未知の点が多い海底の地層中で本当にうまくいくのか、長期的に成立しうるのかわからない。
⇒陸上・海洋での産出試験へ分解が進めば、分解反応が起きる「分解フロント」の面積が広がりガス生産レートが上昇すると予想される

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「我が国におけるメタンハイドレート開発計画（2001～18年度）」の実施内容と成果
フェーズ1
資源量と貯留層特性

生産手法とその実証

2002～2003
2D/3D地震探査

2004
基礎試錐
東海沖～熊野灘

2002 第1回陸上産出試験(温水循環・小規模減圧試験）

濃集帯の発見：メタハイは、広く薄く分布していて集中
フェーズ2
フェーズ3していないから資源として既存震探データを利用した濃集帯の抽出作業
BSRマップ役に立たないという意見へ(2009)の発表の反論「濃集帯」のコンセプト
2013:第1回海洋産出試験（減圧法6日間）

2007～2008 :第2回陸上産出試験(減圧法連続生産）

減圧法の実証：メタハ「減圧法」が適用可能「減圧法」によるガス
イは、エネルギーを投生産の実証である可能性
入しないと生産できな人工(模擬)コア試料の室内実験と数値
いから資源にならない、シミュレータによる検討という意見への反論

海洋におけるガス生産(短期)の実証と技術課題の抽出

2017:第2回海洋産出試
験（減圧法36日間）

中長期のガス生産による、長期挙動・安定性に関わる技術課題の抽出より長期の挙動把握の為の陸上産出試験への取り組み

仮想的な開発システムとシミュレーションによる経済性の検討
結果：減圧法により一定の経済的有効性

開発システムと経済性

開発システムと経済性検討

環境影響モデリング・モニタリング技術等の開発、ベースラインデータの取得

最新動向や海産試験結果を反映させた開
しかし、まだ長期発システム一次案の策定とエネルギー産出比・経済性の見直し
的な安定性、経済性への疑問は消え
海洋産出試験を通じた環境影響評価手法の検ていない
討・検証

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産出試験期間と得られる情報：これまでの試験ではわかっていないこと
ガス生産レート
第１回陸産試験第 (2002年：カナダ）
第２回陸産試験第１冬(2007年：カナダ）
第２回陸産試験第２冬(2008年：カナダ） 、第１回海洋産出試験（2013年：南海トラフ）

現状はこの辺まで来れた
第２回海洋産出試験（2017年：南海トラフ）

短期
1中期
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長期陸産試験の達成目標

長期100

理論的には、減圧法でのMH生産したら分解フロントが拡大して生産レートの増大が見込まれている。実際には、・熱の供給が十分でない、・貯留層障害（減圧が伝わらない）・水生産量が増大などで、生産量が増えないかも。そのいずれかであるかを見極め、問題があったら対策を考えることが今後の重要ポイント

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経済性の条件開発システムを仮定した経済性評価

1 MMBtu ~ 28 m3 ~ 989 cf (立法フィート）
ほぼ一世帯の１月分のガス使用量

経済性は、主に濃集帯の原始資源量（総ガス量）と１坑井あたりの生産レートに規定される

1350,000m3/日

ガス生産レート（m3/日）

南シナ海 (2020)

生産日数•

中国は2017年に第１回海産試験を実施、低浸透率の貯留層に水圧破砕を実施し、減圧法で60日間で約31万m3（日産5000m3）のガスを生産。その際は、初期には高いレートが得られたが、徐々に低下した。

•

今年２〜４月：中国が南シナ海で60日の第２回海洋産出試験を実施、水平井を掘削し、坑井刺激法を適用し、減圧法で最初の42日間で約150万m3（日産35,700m3）のガス生産に成功と発表（詳細は未公表）

約５万世帯
日産50,000 m3をにガスが供達成する見込み
給できるレート
生産技術に関する評価基準

フェーズ４（2019-2022年度）の作業と目標
生産挙動の解明と予測技術の向上

長期陸上産出試験での解明（アラスカ）•

経済性の基準（１坑井あたり日産50,000m3以上）を達成する見込みがあるか？
海洋において数か月の連続生産が可能な見込みがあるか？

生産挙動予測と技術的可採量評価の信頼性向上（安定生産阻害要因の抽出・解決、生産性・回収率向上） 長期陸上産出試験
による検証

総合
的な有望濃集帯の抽出
検証

有望
濃既存三次元地震探査データの 集帯
解析
候
補
抽
出
新たな三次元地震探査•
長期生産技術の開発・改良

原始資源量100億m3以上の濃集帯

試掘・簡易試験

海洋産
出試
簡易生産試験を含む試掘作業 験
候
補
地点
抽
出

海洋産出試験候補地点に関する評価基準• 経済性の基準（原始資源量100億m3）を•満たす濃集帯があるか？
環境影響の検討がされているか？

環境影響評価新しい技術の取り込み、環境影響・経済性など商業化に必要な条件の検討

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次フ
ェ
｜ズ
海産
試
験へ

全部生産
できれば100万キロワットの天然ガス火力発電所を約８年運転できる量

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メタンハイドレート研究：フェーズ４の実施体制
 ＪＯＧＭＥＣ、ＡＩＳＴ及びＪＭＨの三者は、コンソーシアム（ＭＨ２１－Ｓ研究開発コンソーシアム）を組織。

委託

MH21-S
研究開発コンソーシアム

アドバイザリーコミティー
客観的な視点での技術的評価・助言

 研究開発の実施に当たっては、組織横断的なチームを編成し、縦割りを排して、効率的に研究を推進する。

 アドバイザリーコミティーなどを通じて外部の視点と意見を積極的に取り入れる。

生産技術の開発

◎貯留層
評
価
チー
ム

◎生
産
シス
テ
ム
改良
チー
ム

◎
長期
陸上産
出試
験チー
ム

有望濃集帯抽出に向けた海洋調査
◎
三次
元地震
探査
チーム

◎試
掘作業
チー
ム

環境影響評価

◎
環境影響
評
価チーム

長期的な取組・事業推進◎日本周辺海域の資源量評価チーム◎商業化に向けた検討チーム◎事業推進チーム

まとめ
メタンハイドレートは天然ガスの一種
砂層型の濃集帯：まとまって存在している、井戸から生産できるなど、在来型との共通点が多い

在来型石油・天然ガス資源との違い
自噴しない：手をかけないと生産できない分解してガスと水にするのにエネルギーが必要（効率が悪い）⇒減圧法を用いて人工的なエネルギーの投入なしに生産原始資源量（存在するガスの量）→技術的可採量（取り出すことができる量）→可採埋蔵量（経済的に生産できる量）⇒資源の量と生産する技術が必要

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本日の発表砂層型メタンハイドレートの研究開発
 石油・ガス開発について/石油・ガス開発とメタンハイドレート開発の違いと難しさ/「フェーズ４実行計画」について（JOGMEC 山本）
 地下で何が起こっていたのか？計測とモデルの組み合わせから見えること（JOGMEC 山本）
 ハイドレート胚胎砂層の浸透率特性の評価（東大 今野） 濃集帯選定のプロセス（JOGMEC 下田） メタハイシステムとは何か（JOGMEC アオン）
 商業化に向けたメタンハイドレート開発システム評価モデルの構築（東大 和田） 微粒子を用いた砂層内フラクチャー伸展の制御技術とＣＴによる可視化実験（東北大伊藤）アラスカ長期陸上産出試験
 アラスカ陸上産出試験の進捗（JOGMEC 沖中） アラスカ陸上産出試験のサイエンスプラン（JOGMEC 佐藤） 物理探査モニタリング（JOGMEC 藤本）
 アラスカ陸上産出試験地のコア分析結果（産総研 米田）

Gas Hydrate Challenges: Evolution of Gas Hydrates from Gas Resource toGas Reserve （ガスハイドレートの挑戦：資源量から埋蔵量へ）（米国地質調査所/コロラド鉱山大学 ティモシー・コレット博士）

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謝辞
本MHフォーラムでの発表内容は、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。以下の関係先に謝意を表します。
• 経済産業省資源エネルギー庁• MH21/MH21-Sの活動に協力いただいている皆様• コンソーシアム関係者各位• 作業・研究委託先の各社・大学・研究機関各位• 地元自治体・漁業関係者各位• 長期陸上産出試験関係者各位• 米国エネルギー省（DOE）、国立エネルギー技術研究所（NETL）,米国地質調査所（USGS）, アラスカ州天然資源局（SOA-DNR）• アラスカプルドーベイ油田Work interest owners各社（BPアラスカ,Hilcorp, ConocoPhillips, ExxonMobil, Chevron）