1砂層型メタンハイドレートフォーラム 2022

試掘・簡易生産実験では何をするのか？
～簡易生産実験概要～
MH21-S研究開発コンソーシアム（MH21-S）

試掘チーム（JMH） 岸 恵一
2022年12月7日（水）2目次
1. 試掘・簡易生産実験の目的・位置づけ・概要
2. 試掘井の基本計画
3. 生産システムとモニタリング計画
4. 過去の海洋産出試験との生産システム比較
5. 今後の予定

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試掘・簡易生産実験の目的・位置づけ①次フェーズ海洋産出試験実施濃集帯選定に資する情報の取得➢ 事前調査井データに加えて試掘井の情報も追加されることでMH濃集帯の不均質性(側方変化)の評価が可能に。
⇒より多くの情報に基づき、濃集帯の原始資源量が100億m3以上を満たすと評価される（フェーズ4の目標）とともに、次フェーズ海洋産出試験実施候補地点の抽出に資する。
②メタンハイドレート分解・ガス生産の特性の把握➢ 試掘による初期貯留層性状の把握に加えて、簡易生産実験を通じてMH分解並びにガス生産特性を把握する⇒アラスカ陸上産出試験にて得られるデータ等も踏まえ、モデルによる生産予測(シミュレーション)により、将来の生産にて1坑の生産レート５万m3 /日の見込みが得られる（フェーズ４の目標）かを評価する。
第39回メタンハイドレート開発実施検討会（2022年6月23日開催）資料３より

試掘・簡易生産実験の概要➢試掘井２本に対して減圧法を用いてメタンガスの生産能力を確認。
➢減圧方式は、シンプルな水中ポンプ(ESP)による直接減圧。
➢生産手順は、MH層が分解範囲に入るよう減圧を開始、生産挙動を見ながら減圧度を上げていく。
➢生産期間は、１坑井あたり最大５日間。
➢MH層、防砂対策装置の外／内側へ温度圧力センサーを設置し、坑内温度圧力のモニタリング＆内外の差圧よりスキンの影響を定量評価。
➢生産中の再ハイドレート化対策は、TBG内に再ハイドレート生成時間を遅らせるインヒビターを連続注入。
➢第1回・2回海産試験の経験や在庫品、また既存デザインを有効に使うことで、コンパクトで簡易な実験を実現する。

4

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試掘井の基本計画
・本数：2本（垂直井） 既存の高評価調査井の近傍（検討中）・水深：約1,200m～1,400m
・坑井深度 ：約300m～450m（海底面下）
・仕上げ区間：約20m（濃集帯の一部、LWDデータより選定）
・作業手順 ：バッチ方式（掘削2坑→仕上げ2坑→ 生産廃坑2坑）・生産実験日程：2023年5月後半～7月（約2カ月間）
・作業船：ちきゅう（JAMSTEC所有）

掘削

Run 24”
Conductor
byJettingDrill
Run 98-1/2”
5/8"
casingw/LWD
w/ SSW&& CMT
Open Holeto 12-1/4”

仕上げ

Drill
8-1/2”
w/LWD

WL
logging

InjectSet
GeoFORMTMAcetaterfor UGF

生産実験

Prepareforrunningof SDBS

Run SDBSw/
monitoring
stringLand
andlock
SDBS
on SSW

ProductionTest

廃坑Retrieve
SDBS w/monitoring
stringAbandonedwell6MH平衡曲線と減圧法による生産計画案➢段階的に減圧（例）

高18高16

地温勾配

坑底圧（MPa）

1412
1日目

108
6

2日目

43～５日目

2000

24
日数

560高7生産システムとモニタリング計画（概要）Chemical Injection Pump

Drilling Mast ESP Cable DrumTransformer

Chemical Tank

Burner

Separator

Drill Ship

Measuring Tank
Sea Level

Dual Channel Drill Pipe : DCDP

• 船上 ： ガス・水量計測• MH層： 坑内外温度圧力計測

ESP Cable with 3/8" CIL

ESP Pump

ESP Assembly

Production Valve Upper
3/8" Chemical line

Weak Link
Flex Joint

Subsea Disconnection/Break System: SDBS

Production Valve Lower
Hot Stab connector

Simple Subsea Well Head : SSW

RDS (ROV Deployable Sonar)

Water Depth：XXXXm

Sea BedProduction Well

24"Conductor
9-5/8"CSG
Chemical injection mandrel
Formation Depth：XXX m
Safety joint
GP Packer

CMSJ

3-1/2" Production Tubing

Transmitter
Check valve

GeoFORM Screen
Wireless PT Senser on GeoFORM• 船上生産設備（１トレイン）• 生産データモニタリング：温度、圧力、ガス／水流量等→船上モニターでリアルタイム表示

Pressure/Temperature Gauge
in TBG with Memory gauge

8-1/2" Open Hole

Methane Hydrate Formation• ライザーパイプ（デュアルパイプ）
6-5/8” x 3-1/2” Dual Channel Drill Pipe(DCDP)• 減圧装置： Electric Submersible Pump (ESP)• 海底切り離し装置：
Subsea Disconnect / Break System (SDBS)• 生産TBG： 3-1/2”(CSG内), 2-3/8”(GF内)• 防砂対策装置： GeoFORMTM (Un-activated)ⓇBaker Hughes社

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坑内システム１（防砂対策装置、温度圧力計測）➢防砂対策装置には、第2回海洋産出試験と同様、膨潤式防砂対策装置（Un-Activated
GeoFORMTM ）を採用。

GeoFORMTM 内
温度圧力センサー➢複数の防砂対策装置を比較し選択。
➢坑内で膨潤させることで坑壁との間隔を狭め、砂の流動を抑制。

➢同深度のGeoFORMTM外側／内側へ温度圧力センサーをセット（２か所 x 計4セット）➢生産中、MH層内の温度圧力をモニタリング➢内外差圧により、砂によるスキン形成度合いを定量的に評価。
➢データの船上への転送にはワイヤレス方式を採用し、ケーブル短絡リスクを低減。

GeoFORMTM 外側
温度圧力センサー

Un-activated
GeoFORMTM

9生産システム２（坑口装置）

1.2m

高圧坑口装置➢既存の油ガス井用坑口装置は、重厚長大でコスト高のため、小型／シンプル化したものを、既存装置を基に設計。
➢通常装置サイズ 36” → 24”へ

➢ケーシングは、24”コンダクターと95/8”ケーシングの2枚にスリム化。

低圧坑口装置4m➢作業時間、セメント量削減➢ライザー解析によりリグオフセットによる応力限界を予測し、坑口装置の安全性を確認。

24”コンダクター

9-5/8”ケーシング

海底面

10

生産システム３（切り離し装置）
上側ROVパネル
上側安全バルブ➢海洋BOP(第1回)やワークオーバーライザー(第2回)に比べ、軽量・シンプルな切り離し装置を、既存装置を基に設計。

緊急切り離し装置➢全高約23m、外径59”、重量約40トン➢緊急切り離し以外は、ROVで操作。
➢最大外径を59”に抑え、掘削編成同様ドリルフロアからの降下・回収が可能。
➢ 作業時間の大幅短縮➢リグ退避システムは、台風等、対策に時間を取れる時の計画切り離し、急な船体ドリフトオフ等、対策の時間がない時の緊急切り離しの両方に対応。
➢生産流体の流出防止用バルブ2個を装備。

フレックスジョイント
ROV

計画切り離し装置
下側ROVパネル
下側安全バルブ

海底面

坑口装置コネクタ

切り離し装置11

切り離し装置の比較

試験名称
名称
重量(ton)
幅 x 高さ(m)

第1回海洋産出試験 第2回海洋産出試験 簡易生産実験（予定）
防噴防止装置(BOP) 改修作業用切り離シンプル化した
しシステム
切り離し装置約300
約4.5 x 14

約80
約4 x 8約40
約1.5 x 23

12生産システム４（人工採油ポンプ(ESP)）➢生産はESPによるシンプルな混相流（直接減圧）➢ESP設置位置は坑口装置より上（9-5/8”CSG内）9-5/8”CSG➢システムシンプル化➢予測水生産量によりポンプ能力決定➢生産量コントロール（主にESP速度）は、船上データ（ガス・水生産量）、ESPデータ（インテーク圧力、ディスチャージ圧力、環境温度）、GeoFORMTM内外データ（坑底温度圧力）から、減圧度や再ハイドレート化を判断しながら実施➢例：ガス水比が高くガスロック兆候発生時は、ESPの回転数減、またはアニュラス補水13

船上モニタリング画面（案）➢MH平衡曲線上に坑底、ESPインテーク／ディスチャージ、船上の各温度圧力データをリアルタイムで画面表示し、生産制御やインヒビター圧入の指針とする方針。
高P, T@ESP discharge

P, T@wellbore
（生産前）

圧力

P, T@wellbore（生産中）
P, T@ESP intake
（生産中）

温度

P, T@Surface
（生産中）

高

14

生産システム５（ライザーパイプ、インヒビター注入）➢生産用ライザーパイプは、6-5/8”ドリルパイプ(DP)内に3-1/2”TBGを設置した2重管構造のパイプ（DCDP）を採用。
➢TBG内：生産流体用、アニュラス：緊急用（補水等）。
➢接続は通常のドリルパイプと同様1回で完了。

➢3/8”ケミカルインジェクションライン
(CIL)が入ったESPパワーケーブルをライザーパイプ側面に取付け。
➢インヒビターはCILを通し、船上またはROVからインジェクション可能。

CIL付き
ESPケーブル
6-5/8”DP3-1/2“TBG
生産流体
（混相流）

15

生産システム６（船上生産設備）➢1トレインの船上生産設備を準備し、ガスはバーナーブームで燃焼。
➢生産水はインヒビター等混入のため、陸上へ運んで処理。

16

生産システム、過去の海洋産出試験との比較（その1）
目標：作業時間短縮、軽量シンプル化、作業リスク低減
試験名称
（実施年）

第1回海洋産出試験（2013）

第2回海洋産出試験（2017）

簡易生産実験
（2023）（予定）

リグ

ちきゅう

ちきゅう

ちきゅう

船上生産設備

2トレイン(ガス/水)

2トレイン(ガス/水)

1トレイン
(混相流)

ライザーパイプ21”掘削ライザー、
9-5/8”CSGライザー
6-5/8”DP（ガス）、（ガス）チョークライン（水） 1.5”x 2 ホース（水）6-5/8” x 3-1/2”
2重管ライザー17

過去の海洋産出試験との生産システム比較（その２）
試験名称
（実施年）

第1回海洋産出試験（2013）

第2回海洋産出試験（2017）

ESP（坑内）ESP（坑内）ESP（海底面上）13→5.6

13→8

±14→？

100,000 / 500

100,000 / 500

50,000 / 250

ガス/水生産量実績（m3/d）

約20,000/
150~200

3,000~15,000/
100~500？

ガス水分離方式

坑内重力分離坑内重力分離坑内・海底では分離せず

防砂対策装置オープンホール
グラベルパック

Activated及び UnActivated
GeoFORMTM

Un-Activated
GeoFORMTM
のみ

有線（5）

有線（8）

ワイヤレス（4）減圧装置（設置場所）
減圧度（MPa）
設計上のガス/水生産量（m3/d）

坑内温度圧力計測（センサー数/坑井）

簡易生産実験
（2023）（予定）

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今後の予定
➢簡易生産実験の準備・実施（来年度5月後半 開始予定）➢装置類の製造・調達、詳細な生産計画の策定等➢これまでの経験を活かし、トラブルや事故なく成功させるオペレーション計画の立案と実施。

➢実験結果を他のチームへフィードバックし、シミュレーションや濃集帯評価、次フェーズの生産システム検討等に資する。

19

謝辞

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おります。