メタンハイドレートフォーラム 2013
第1回海洋産出試験に至るまでの経緯
2014/1/24 11:10-11:40
独立行政法人  石油天然ガス・金属鉱物資源機構(JOGMEC)

佐伯龍男（MH21サブプロジェクトリーダー）

1

メタンハイドレート研究小史(MH開発計画がはじまるまで)	
海外	

1930年代	  1960年代	  1970年代	  	  シベリアのパイプライン閉塞事故等に関する研究	  	  シベリアの永久凍土地域における天然のメタンハイド
レート に つ い て の研究	  	  米国フロリダ沖におけるメタンハイドレートの研究	  	  人的影響による	メタンハイドレートの	生成を確認	

天然の	メタンハイドレートの	存在が認識される	

海洋における	メタンハイドレートの	確認	

国内	
1980年	  1989年,1990年	  南海トラフ周辺海域のBSRを確認	  日本周辺海域のメタンハイドレートが認識されはじめる	  2箇所の科学掘削(奥尻海嶺・四国沖)でメタンハイドレートのサンプルを回収	  1988年	  地球上のメタンハ
イドレートの総量が約10 16 m 3 のメタンガスに相当すると試算される(注)	  注：上記は、Makogon(1988)とKvenvolden(1988)による試算の一例。
ただし、総量であって、資源開発可能な量を試算したものではない。	

1990年代前半	  松本ほか(1994)	  「メタンハイドレート 	  21世紀の	  巨大天然ガス資源」	  	  研究活動が活発に…	  学術研究から、資源開発のための研究へ	

1995~2000年	  	  石油公団と民間10社による特別研究「メタンハイドレート開発技術」を実施	  1999~2000年	  基礎試錐	  「南海トラフ」	  を掘削	  
メタンハイドレートのコアを回収	  資源開発のための研究の着手	

2001年	  	  経済産業省による「メタンハイドレート開発計画」発表	  	  

海外	1930年代	  1960年代	  1970年代	  	  シベリアのパイプライン閉塞事故等に関する研究	  	  シベリアの永久凍土地域における天然のメタンハイドレート に つ い て の研究	  	  米国フロリダ沖におけるメタンハイドレートの研究	  	  人的影響による	メタンハイドレートの	生成を確認	

天然の	メタンハイドレートの	存在が認識される	

海洋における	メタンハイドレートの	確認	

1988年	  地球上のメタンハイドレートの総量が約10 16 m 3 のメタンガスに相当すると試算される(注)	  
注：上記は、Makogon(1988)とKvenvolden(1988)による試算の一例。
ただし、総量であって、資源開発可能な量を試算したものではない。	

・低温高圧の条件下で、メタンと水から、メタンハイドレートという物質が生成される	
メタンハイドレート(ＭＨ)の	分子構造	

人工ＭＨの燃焼実験	

MHは低温高圧で安定な物質	
（例：1気圧下で－80℃以下 、0℃では23気圧以上）	

減圧
加熱

画像出典：メタンハイドレート資源開発研究コンソーシアム

MH1m3には、約160-170倍の体積のメタンガスが含まれる	海外	

1930年代	  1960年代	  1970年代	  	  シベリアのパイプライン閉塞事故等に関する研究	  	  シベリアの永久凍土地域における天然のメタンハイド
レート に つ い て の研究	  	  米国フロリダ沖におけるメタンハイドレートの研究	  	  人的影響による	メタンハイドレートの	生成を確認	

天然の	メタンハイドレートの	存在が認識される	

海洋における	メタンハイドレートの	確認	

1988年	  地球上のメタンハイドレートの総量が約10 16 m 3 のメタンガスに相当すると試算される(注)	  
注：上記は、Makogon(1988)とKvenvolden(1988)による試算の一例。
ただし、総量であって、資源開発可能な量を試算したものではない。	

・低温高圧の条件下で、メタンと水から、メタンハイドレートという物質が生成される	
・天然のメタンハイドレートが、永久凍土地域と大水深海域に存在している	

画像出典：メタンハイドレート資源開発研究コンソーシアム

世界のメタンハイドレート分布予想	

画像出典：メタンハイドレート資源開発研究コンソーシアム

ØMHが陸上で安定する場所は、永久凍土層が発達している地域の地層(1000m程度まで)	
ØMHが海洋で安定する場所は、水深500m以深の海底面下の地層(数百m程度まで)	
Ø日本では、海洋にのみ存在	海外	

1930年代	  1960年代	  1970年代	  	  シベリアのパイプライン閉塞事故等に関する研究	  	  シベリアの永久凍土地域における天然のメタンハイド
レート に つ い て の研究	  	  米国フロリダ沖におけるメタンハイドレートの研究	  	  人的影響による	メタンハイドレートの	生成を確認	

天然の	メタンハイドレートの	存在が認識される	

海洋における	メタンハイドレートの	確認	

1988年	  地球上のメタンハ
イドレートの総量が約10 16 m 3 のメタンガスに相当すると試算される(注)	  
注：上記は、Makogon(1988)とKvenvolden(1988)による試算の一例。
ただし、総量であって、資源開発可能な量を試算したものではない。	

・低温高圧の条件下で、メタンと水から、メタンハイドレートという物質が生成される	
・天然のメタンハイドレートが、永久凍土地域と大水深海域に存在している	
・地球上には、膨大な量のメタンハイドレートが存在している	
地球上のメタンハイドレートの総量は、Makogon(1988)やKvenvolden(1988)の約1016m3以外にも	  Boswell	  &	  Colle@	  (2006)の100,000tcf(≒約3×1015m3)や	  Johnson(2011)の43,311	  tcf（≒約1×1015m3）などの試算があり、1015~1016m3(1000兆~1京m3)と幅のある数値になっている(注：いずれも天然ガスに換算した量)。	  
ただし、そのうち、何割が資源開発対象となり、かつ、何割が技術的に回収可能かはわかっていない。	  
たとえば、Boswell&Colle@(2006)は、大水深域の砂層充填型MHの総量は、全体から2桁小さい数字(数十兆m3か、それより多い程度)と試算している。	  	  一方、世界の天然ガス資源量(技術的回収可能量)として、在来型404.4兆m3、非在来型230.3兆m3といった試算(伊原2011)があることから…	  	  ・地球上のメタンハイドレートについては、膨大な量が試算されている	  ・ただし、それらすべてのメタンハイドレートが資源として利用できるわけではない	  ・また、研究開発段階である現時点では資源開発能な量はゼロといってよい、が…	  ・回収可能な技術が確立できた場合には、非在来型ガス等と比肩しうる量となる可能性を秘めている	国内におけるメタンハイドレート研究のはじまり	  (学術研究から、資源開発のための研究へ)	
1980年	  南海トラフ周辺海域のBSRを確認	  日本周辺海域のメタンハイドレートが認識されはじめる	  松本ほか(1994)	  「メタンハイドレート 	  21世紀の	  巨大天然ガス資源」	  	  研究活動が活発に…	  2箇所の科学掘削(奥尻海嶺・四国沖)でメタンハイドレートのサンプルを回収	  反射法地震探査の原理	

エアガン

1990年代前半	  1989年,1990年	  受振器 (ストリーマーケーブル)

BSR (Bottom Simulating Reflector)	
=海底擬似反射面	
=メタンハイドレートの基底からの反射面	

松本・奥田・青木(1994)	  低温・高圧下でメタンハイドレート

メタンハイドレート賦存層

海底面

地層の境界面から反射する地震波によって地下構造を把握できる

ＢＳＲ	

安定領域の下限

フリーガス層（低飽和ガス含有水層）●青木・玉野(1980)が地震学会でBSRが確認できる日本周辺の地震探査データを紹介	  メタンと水として存在●科学掘削プログラム(奥尻海嶺[1989]・四国沖[1990])でMHを含むコアが回収される	  ●松本・奥田・青木(1994)の出版で、MHの認識がさらに広まる	  これらを受けて、日本国内において、MHの資源開発の可能性を検討する気運が高まっていった	  メタンハイドレートの資源開発の可能性検討に着手	
1995~2000年	  	  石油公団と民間10社による特別研究「メタンハイドレート開発技術」を実施	  1999~2000年	  基礎試錐	  「南海トラフ」	  を掘削	  
メタンハイドレートのコアを回収	  2001年	  	  経済産業省による「メタンハイドレート開発計画」発表	  	  ●1995~2000年に，石油公団と民間10社(*)によって、特別研究「メタンハイドレート開発技術」が実施	  *：石油資源開発(株)・帝国石油(株)・東京ガス(株)・大阪ガス(株)・日本海洋掘削(株)	  	  	  (株)テルナイト・電源開発(株)・AOCエネルギー開発(株)・インドネシア石油(株)・東邦ガス(株)	  	  ●基礎物性、地質・地化学探鉱技術、物理探査技術、掘削技術、生産技術等に係わる研究開発を実施	  	  基礎試錐「南海トラフ」(1 9 9 9 )è日本周辺のBSR分布図(1999年版)の作成や	  圧力コアツール(PTCS)の開発	  (TWT)	  1.25 sec
Sea Bottomè平成9年度(1998年)カナダ・マッケンジーデルタに	  おける実証井の掘削(日加米共同)	  メタンハイドレート
1.50 sec	  賦存層
è平成11年度(1999～2000年)の	  フリーガス層基礎試錐「南海トラフ」の掘削に貢献	   1.75 sec
BSR上位の砂層にMHの賦存を確認	  BSRPTCSによりハイドレートコアを回収	  2 km	  Tsuji,et.al.(2004)より

メタンハイドレート開発計画に基づく研究開発の開始	
□非在来型天然ガス資源のひとつであるMHは、我が国周辺海域に相当量の賦存が見込まれており、我が国のエネルギー安定供給に貢献する新たな国産エネルギー資源として期待。		

□平成13年度(2001年度)に、経済産業省は「我が国におけるメタンハイドレート開発計画」 を発表。		

□「開発計画」の目標を達成するために、メタンハイドレート資源開発研究コンソーシ
アム（略称：MH２１研究コンソーシアム）が組織された。	
【「我が国におけるメタンハイドレート開発計画」の目標】	  １．日本周辺海域におけるメタンハイドレートの賦存状況と特性の明確化 	
２．有望メタンハイドレート賦存海域のメタンガス賦存量の推定 	
３．有望賦存海域からメタンハイドレート資源フィールドの選択、並びにその	経済性の検討 	
４．選択されたメタンハイドレート資源フィールドでの海洋産出試験の実施 	
５．商業的産出のための技術の整備 	
６．環境保全に配慮した開発システムの確立	現在（フェーズ２）のMH研究の実施体制	

Ø内容が多岐にわたるため、研究課題の一部については、JOGMEC・産総研から、各研究機関・大学・企業等に委託。	  
Ø環境に関する研究については、フェーズ1(2001~2008)では、環境影響評価G(管理主体：エンジニア振興協会)が統括。 	  
フェーズ2からは、推進G内の環境影響評価チームが統括し、各Gの環境関連研究と横断的に研究を進めている。	  研究開発の流れ
フェーズ１(海洋産出試験に向けた研究)2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008年度	
メタンハイドレートの開発生産は可能か？
第１回
陸上産出試験
於カナダ
永久凍土地域

第２回
陸上産出試験
於カナダ
永久凍土地域

永久凍土地域における生産手法の研究開発

フェーズ２
2009年度～	

メタンハイドレートの開発対象は存在するのか？
メタンハイドレート
賦存海域(東部南海トラフ)における資源量調査
二次元・三次元
地震探査

基礎試錐「東海沖～熊野灘」

海洋産出試験

フェーズ３～2018年度	
技術基盤の準備メタンハイドレートの生産手法の研究開発	
天然ガスとMHの生産概念

MHを分解する基本的な3手法

メタンハイドレートは、固体で掘り出すのではなく、地層内で、分解・メタンガス化して、採取管（ライザーパイプ）を通じて、気体で生産・回収する。�

①温度を上げる(  加熱法  )  ②圧力を下げる(  減圧法  )③生成・解離平衡条件を変化させる(  インヒビタ圧入法  )⾃自噴BSR

減圧・加熱による分解（ガス化）海⾯面
ハイドレート（固体）
濃集層1000 m

熱水2000 mガス層
ガス（気体）層
油（液体）層(海中)生産
井3000 m

生産
井

坑内水

加
熱
熱

減圧

熱分
解

ガス

4000 m

海底面

海底
地層

ガス

ガス 分

解ガス

①加熱法(温水循環法)②減圧法

永久凍土地域におけるメタンハイドレートの生産手法の研究開発	  カナダでの『陸上産出試験の実施』	
カナダ北西部・マッケンジーデルタ（永久凍土地帯）
で、地下のメタンハイドレートを分解し、メタンガスを連続的に取り出す試験を世界に先駆けて実施。

第一回陸上産出試験(平成13年度)
第二回陸上産出試験(平成19年・平成20年度)
第1回試験(平成13年度)

第2回試験(平成19・20年度)

参加国

5カ国（日加米独印）

2カ国（日加）

生産手法

温水循環法

減圧法

結果

メタンガス生産に成功	  （世界初）減圧法の連続生産に成功	  （世界初）

累計生産量

470m3 （5日間）

13,000m3 （6日間）

課題

生産の継続性	  エネルギー効率

長期生産試験の必要性※

第1回試験の際に、流体産出試験や核磁気共鳴検層を実施し、天然のメタンハイドレート層が浸透性を有し、減圧が可能であることを確認。その結果を踏まえ、第2回試験で減圧法が試みられた。	

メタンガス生産の様子（2008年3月10日～16日）①三次元地震探査データを利用してメタンハイドレート賦存砂層の詳細分布を推定し、試験井の位置等を検討。	  
②複数年をかけた準備・実施体制で試験を実施。	  
これらの経験は、海洋産出試験に活かされていくこととなる。	

メタンハイドレート賦存海域(東部南海トラフ)における資源量調査

基礎試錐  「南海トラフ」(1999)

二次元基礎物理探査  (1996)
二次元基礎物理探査  (2001)
三次元基礎物理探査  (2002)
基礎試錐「東海沖～熊野灘」  (2004)

海域におけるメタンハイドレートの賦存形態

その他のメタンハイドレート

海底面近傍メタンハイドレート(表層型メタンハイドレート)
泥層内メタンハイドレート(フラクチャ型メタンハイドレート)

砂質層孔隙充填型
メタンハイドレート

BSR分布域のうち、多くのメタンハイドレート層は、深海成の浸透性の低い層であり、BSRは発現するもののまとまった量・規模のメタンハイドレートは確認されてない
つまり、資源開発の対象となるメタンハイドレート層は、賦存形態やエリアが限定される可能性がある。

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
画像出典：メタンハイドレート資源開発研究コンソーシアム

メタンハイドレート濃集帯(砂質層隙間充填型)
海底扇状地
チャネル

チャネル頂部

濃集しない
MH賦存層

ローブ

Walker,1979	  強振幅反射波
BSR
MH濃集層
BSR

MH安定領域
チャネル基底MH濃集帯
BSR

画像出典：メタンハイドレート資源開発研究コンソーシアム

タービダイ
ト
砂泥互層
16

メタンハイドレート原始資源量
容積法による評価－確率論的手法を適用	

メタンハイドレート原始資源量  = GRV×N/G×φ×SMH×VR×CO／28.3
孔隙率(φ:  Porosity)  隙間の割合

MH飽和率(SMH  :MH-saturation)  隙間をMHが占める割合

容積倍率(VolumeRatio)
分解後の体積比率

à メタン	
3

MH 1m3
総岩石容積(GrossRockVolume)
濃集帯全体の体積

ネット/グロス比(NetGross-ratio)
砂層が占める割合172m+
水 0.8m3

ケージ占有率    (CageOccupancy)
H2O分子籠の中にCH4が存在する確率96%
画像出典：メタンハイドレート資源開発研究コンソーシアム(1bcf=28.3MMm3)

東部南海トラフ海域の資源量評価結果
MH原始資源量算定結果	

算定パラメータ（合計／平均値）	
種類	

GRV

東部南海	 坑井有	 44.55億m3
トラフの	 未掘削	 349.31億m3
MH濃集
合計	 393.86億m3
帯	N/GφSMH VR

COP90

P10

Pmean 	

0.380.43

0.52 1720.95

402億m31369億m3838億m3

0.37

0.45

0.51 172

0.95

1367億

9779億m3

4901億m3

1兆1148億m3(39Tcf)5739億m3(20Tcf)

1兆2208億m3(43Tcf)5676億m3(20Tcf)

2兆3356億m3(83Tcf)

1兆1415億

m3

0.37

0.44

0.51 172

0.95

1769億
m3

(767km2)(6Tcf)MH濃集帯以外の	
東部南海トラフの	MH賦存層	

面積	3920Km2(3920km2)(1兆2544億m3 )

合計	

Net
層厚	

6.4m

0.48

0.29 172

0.95

1067億
m3

(4Tcf)(0.02)
2835億
m3

m3

(10Tcf)(40Tcf)
GRV：総岩石容積，N/G：ネット/グロス比，Φ：孔隙率，SMH：MH飽和率，VR：容積倍率，CO：ケージ占有率	

坑井有：基礎試錐「東海沖~熊野灘(04)」で確認されたMH濃集帯。	
未掘削：基礎物探「東海沖~熊野灘(02)」から存在が推定されるMH濃集帯。	

東部南海トラフMH濃集帯の原始資源量＝2011年の日本の年間LNG輸入量の約5.5年分	
東部南海トラフの原始資源量＝2011年の日本の年間LNG輸入量の約11年分	
画像出典：メタンハイドレート資源開発研究コンソーシアム

濃集帯と濃集帯以外
それ以外の	
メタン	
メタンハイドレート	 ハイドレート	
分布エリア	
濃集帯エリア	

6分の5	  

6分の１	メタンハイドレート賦存層の	約３０分の１の体積の	メタンハイドレート濃集帯に	全体の約半分メタンハイドレートが分布!!	
èメタンハイドレート濃集帯は	
ＢＳＲ分布域 （4687km ）	
16のエリアに分かれて	基礎試錐・東海沖~熊野灘	
東部南海トラフに分布している。	
基礎試錐・南海トラフ	
26分の１のさらに5分の1＝30分の１	

基礎試錐・御前崎沖	
19	  フェーズ１からフェーズ２へ

メタンハイドレートの	開発対象は存在するのか？	

第1回海洋産出試験実施地点-北緯33度56分 東経137度19分

フェーズ1成果

東部南海トラフにおいて開発可能性が高いＭＨ濃集帯を確認(濃集帯の探査手法を確立)

MH濃集帯を含む東部南海トラフのメタンハイドレート原始資源量を算定

メタンハイドレートの分布域

フェーズ2開始	  産出試験海域の選定
MH濃集帯の比較検討

第1回海洋産出試験	

産出試験対象の詳細検討①海洋における産出技術の実証
減圧・生産が可能か？

詳細構造・物性の推定

産出試験対象のモデル構築
地質モデル・貯留層モデル［基礎試錐を実施した掘削調査船］	

［採取されたメタンハイドレート試料］	

生産シミュレーション
貯留層モデルに基づく検討

メタンハイドレートの	開発生産は可能か？	

海洋産出試験技術の開発

フェーズ１成果

試験計画策定・準備作業

減圧法が濃集帯のガス生産に有効であることを科学的データに基づき提唱

モニタリング技術の開発(MHの物性や分解挙動を測定する室内実験、MH生産シミュレータの開発など)②海洋における生産挙動の確認
MH層はどのように反応するのか？
③モニタリング技術の適用･実証
MH層分解の挙動や影響をとらえられるのか？

分解挙動・環境影響
Positive seismic reflectors
Negative seismic reflectors

陸上産出試験により減圧法の有効性をフィールドレベルで実証

ß1N

N o g u c h i	 e t.a l.	 (2 0 1 0 )より［産出試験対象の詳細構造の推定］	
［カナダにおける陸上産出試験］	

2013年3月12日 第二渥美海丘洋上	海洋メタンハイドレート層の減圧・生産は可能	èより長期の	安定的	かつ安全	かつ経済的な生産は可能か？	
将来の商業生産の技術基盤整備を目指すには…	  第1回海洋産出試験の結果の検証を深めつつ	より長期の産出試験による実証を重ねていくことが求められる	

さらに、対象の拡大を視野にいれ…	

日本周辺海域におけるメタンハイドレート起源のB S R 分布
詳細調査により海域の一部に濃集帯の存在を確
認：約5,000km2

東部南海トラフのメタンハイドレート濃集帯	  (砂層孔隙充填型)の理解を深めつつ	  	  濃集帯を示唆する特徴が海域の一部に認められる：約61,000km2
濃集帯を示唆する特徴がない：約20,000km2[メタンハイドレートシステムの解明]	  調査データが少ない：
約36,000km2

東部南海トラフ以外è	  日本周辺海域のメタンハイドレートの	  
賦存状況の把握と	  	  砂層孔隙充填型以外è	  表層型メタンハイドレートの科学的調査を	  進めていく	
画像出典：林ほか(2 0 1 0 )より

	  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。これまでの研究に携わった関係者の皆様に謝意を表します。