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革新的環境技術シンポジウム 2018◆

CO2地中貯留技術の実用化に向けての安全管理技術開発の取り組み(公財)地球環境産業技術研究機構（RITE）
CO2貯留研究グループリーダー
二酸化炭素地中貯留技術研究組合・技術部長
せつじきゅう薛自求（xue@rite.or.jp）

地中貯留技術の実用化・事業化へ
Cathcart et al., 2013

R&D focused on: Cost (Capture) and Confidence (Storage)

（コスト）

（安全性）

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Safety/Risk Assessment in CO2 Storage
・Potential Risks
Risk profile ＠CO2 injection site（site-specific）

Losses of Injectivity, Capacity and Containment,
Induced Seismicity, Environmental Impacts3

人類の産業活動に係わる minor earthquakes and tremors4地下への流体圧入（地熱開発、水圧破砕、非在来型資源開発）

地層の間隙水圧力（pore pressure）増加、有効応力（effective stress）減少

Injection-Induced Seismicity
地下資源開発、CO2地中貯留
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米国内のエネルギー開発分野における有感地震の報告

National Academy of Sciences, 2013

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地熱開発、非在来型資源開発、CO2地中貯留における貯留層の差異（浸透性）

National Academy of Sciences, 20137

（微小地震/微小振動）8

Microseismic Monitoring at Nagaoka Site

長岡実証試験サイトにおける微小地震観測（CO2圧入：2003.7 – 2005.1、約1万トン）
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A Dense Microseismic Monitoring Network @Tomakomai(offshore)
Onshoreseismometer

Observation well OB-2 for
Moebetsu Formation(vertical)

2 Injection wells(Deviated)

Observation well OB-1 for
Takinoue Formation
converted from survey wellObservation well OB-3
for Takinoue Formation(vertical)(Deviated)

OBS
Working area of 3D seismic survey
OBSOBSOBS

OBS: Ocean Bottom Seismometer

Tanase, 201510

Microseismicity (M<1) detected by OBC andConventional seismometer @ Tomakomai

Hi-net（白老）の観測波形
2014/07/07 03:00-04:00
Conventional Seismometer
RecordOBC Record“Two birds (2D/3D Seismic,Microseismic) with one stone (OBC)”

11微小振動観測事例＠苫小牧サイト(JCCS, 2018)12

米国Decaturサイトの微小振動観測事例

Microseismic
Cluster
Activity:Relationshipto Basement
Structure

Greenberg, 2015

from Schlumberger
Carbon Services

約100万トン／3年間13圧入安全管理システム（ATLS）の開発
ATLS（Advanced Traffic Light System）の役割：
CO2圧入サイト周辺の自然地震や微小振動の常時観測、社会的受容性の向上（観測結果の公開による不安解消）、他の観測結果との総合判断によるCO2圧入安全管理 自然地震と微小振動の自動検知、震源決定の精度向上
 海外サイトとの連携、シェールガス開発等他分野の知見収集
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Grigoli et al. (2016)より進んだ安全管理：圧入データ、モニタリングデータ、地震発生
傾向変化に注目（地震カタログとの比較）
日本特有の事情：自然地震が多い。人為的活動が活発（ノイズが大きい）。
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地下への流体圧入におけるリスクマネジメント
 It is of critical importance that fluid injection-induced seismicity be better
understood so that any potential hazards can be mitigated.
(1) the site-specific factors which can lead to induced seismicity,
e.g., why some wells trigger earthquakes and the vast majority do not;(2) how to predict the maximum magnitudes and rates of potential inducedseismicity;(3) how can fluid injection-induced earthquakes be controlled;(4) how to mitigate the impacts of induced earthquakes.

“traffic light”, a calibrated control system：One approach fordirect mitigation of induced seismicity!
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他の観測結果も含めて、総合的に判定する！
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従来のSTA/LTA法と新しいSDAR法の有効性の検証

圧入前の自然地震の観測データ： 2015.02.01 -- 2015.02.28
18震源距離、マグニチュード19

ATLSの主なシステム構成（動作確認中）ATLS状態変更（人間による判断）※圧入再開、圧入レート低下で再開

制御信号：圧入レート低下、圧入停止
圧入装置

圧入計画/実績

ATLS制御(3) 微小振動ATLS判定機能
地震発生位置評価

統合
地震カタログ(1) データ受信・処理機能

圧入後地震活動モデル評価

振幅評価

圧入中観測

ベースライン観測

SEGD

微小振動検知

微小振動
震源決定

SEGD

ベースライン
観測時の微小振動検知

地震カタログとの関連付け

常設型OBC
OBS
坑内型地震計

微小振動
地震カタロ
グ

地震カタログ

地震活動変化評価

ベースライン
地震活動モデル評価

CO2挙動解析
リスク判定(2) データ評価機能／ 観測結果等の表示方法の検討

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フランスの警報・警告の運用事例（閾値設定）

Billiot (2011)21

事例：地熱開発における微小地震eventとpressure frontの関係
Shapiro & Dinske 2009
Shapiro et al. 2002

Pressure front22

不均質砂岩試料を用いた流動と変形の同時測定実験
巻き付けた光ファイバー

細孔分布
貯留層（粗粒）X-CT画像遮蔽層（細粒）遮蔽層の安定性監視、圧力フロントの観測
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CO2 Plume Front and Pressure Front-- Insights from a lab experiment --Zhang et al., 201824

Zhang et al., 2018

CO2飽和度：ほぼゼロ

Time (hours)

ひずみが観測された！

Time (hours)

粗粒部のCO2飽和度が増える過程で、細粒部のひずみ発生状況

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ATLSシステムの完成に向けて
気象庁の地震観測情報（データベース）を活用して、解析対象イベントを絞込み
信号機の色（判断基準）や圧入再開条件等の検討（他分野の事例や知見を参照）

圧入サイトにおいて、どの範囲（Area of Review）まで重点的に監視するか
圧入時の観測データを有する海外機関との協力
Science-basedのリスクコミュニケーショ（社会的受容性向上の手法論からの転換）

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謝辞
この成果は、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の委託業務の結果得られたものです。

This talk is based on results obtained from a project commissioned by
the New Energy and Industrial Technology Development Organization(NEDO) and the Ministry of Economy, Trade and Industry (METI) of Japan.

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