◆CCS Technical Workshop 2017

我が国のCO2地中貯留技術実用化研究開発の取り組み
二酸化炭素地中貯留技術研究組合・技術部長(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
せつじきゅう薛 自求
Ziqiu Xue (xue@rite.or.jp)◆目 次大規模CO2地中貯留実用化研究開発
技術研究組合の取り組み及びその役割

マイクロバブルCO2圧入・貯留技術開発
微細気泡化によるCO2溶解促進、掃攻効率改善による貯留効率向上
海域帯水層貯留の海洋環境影響評価
音響測定技術による漏出CO2気泡検知
2⼆酸化炭素地中貯留技術研究組合の概要••••

設⽴年⽉⽇︓平成28年４⽉１⽇
理事⻑︓山地憲治
組合員︓（４企業、1国⽴研究開発法人、1公益財団法人）
石油資源開発（株）、大成建設（株）、国際石油開発帝石（株）、応用地質（株）、
国⽴研究開発法人産業技術総合研究所、公益財団法人地球環境産業技術研究機構
所在地︓京都府木津川市木津川台９－２○組合設⽴の目的
CCSは地球温暖化対策の重要な温暖化対策技術として、国内外に認識されているが実⽤化に当っては、安全かつ大規模・効率的なCO2貯留技術の実現が必須である。当組合では我が国の貯留層に適した実用化規模（100万トン/年）でのCO2貯留技術を開発するとともに、CCSの社会受容性の獲得やCCS技術の海外展開を志向した研究開発を⾏う。
○実用化の方向性
エネルギー基本計画（H26年4⽉閣議決定）において、「2020年頃のCCS技術の実⽤化を目指した研究開発」等を推進することとされており、当組合では、実証規模での研究成果をベースとし、実⽤化規模へのup-scalingに係る(1) CO2圧⼊・貯留の安全管理技術の確⽴、(2)⼤規模貯留層有効圧⼊・利⽤技術の確⽴、(3)CCS普及環境整備・基準の整備を⾏い、地球温暖化対策としてのCCS促進に寄与する。

①②③④⑤

自然地震や微小振動観測結果を基に、ATLSによる圧⼊安全管理
光ファイバーを利⽤した地層安定性や廃坑井の健全性監視
圧⼊中のCO2挙動モニタリングを基に、圧⼊後の⻑期挙動予測
CO2圧⼊井や圧⼒緩和井の最適配置及び貯留率向上
CO2貯留安全性管理プロトコル（IRP）の構築

3H29年度事業計画
研（１）大規模CO2圧入・貯留の安全管理技術の開発

究課

題①圧入安全管理システムの開発

RITE、JAPEX、INPEX②CO2長期モニタリング技術の確立

AIST③大規模貯留層を対象とした地質モデル構築、貯留層評価

RITE、JAPEX、応用地質④大規模貯留層に適したCO2挙動シミュレーション、長期挙動予測手法の確立⑤光ファイバーを利用した地層安定性や廃坑井の健全性監視システムの（２）大規模貯留層の有効圧入・利用技術の開発（３）CCS普及
条件の整備、基準の整備

実施組合員

RITE、AIST、大成建設、応用地質

開発

RITE、AIST、JAPEX、INPEX⑥CO2漏出検出・環境影響評価総合システムの構築

RITE① CO2圧入井や圧力緩和井の最適配置技術の確立

RITE、大成建設② CO2溶解促進技術の適用による貯留効率向上

RITE、JAPEX① CO2貯留安全性管理プロトコル（IRP）の整備

RITE② 苫小牧実証データの提供による技術事例集の作成、海外機関との連携

RITE③ 社会受容性の向上、国際標準化との整合

RITE4

貯留層規模／CO2圧入規模のUp-scaling
により、貯留層評価＆地質モデル構築、地層水圧増加＆力学的安定性監視、微小振動＆誘発地震観測、CO2挙動モニタリング＆長期挙動予測2020

基盤技術の実適用
基盤技術開発全国貯留量評価

苫小牧大規模実証試験
貯留適地調査 (JCCS)

基盤技術を実サイトへの適用によって、不確実性を低減させるほか、運用・検証・普及（実用化）へ、一部の技術開発は海外機関等との連携を図る

2000 基礎研究

絶対的にクリアすべき技術か、より良くする技術か5

米国DOE/NETL主導の研究開発プロジェクト
Regional Carbon Sequestration Partnerships
Developing the Infrastructure for Wide Scale Deployment
Seven Regional Partnerships
400+ distinct organizations, 43 states, 4 Canadian Provinces
Characterization Phase (2003-2005)
PCOR

BIG SKY

Search of potential storage
locations and CO2 sources
WESTCARBMGSCFound potential for 100s of yearsof storage

MRCSP

SWP
SECARB

Validation Phase (2005-2011)
20 injection tests in saline formations, depleted oil, unmineablecoal seams, and basalt• Engage regional, state, and local governments• Determine regional sequestration benefits• Baseline region for sources and sinks• Establish monitoring and verification protocols• Validate sequestration technology and infrastructure

Development Phase (2008-2018+)
8 large scale injections (over 1million tons each)Commercial scale
understanding and validation66 永久的・経済的・安全に（permanently, economically and safely）

 貯留効率UP（improve reservoir storage efficiency）

 貯留量評価（predict storage capacity within ±30%） 安全に・永久的・費用対効果（safe, permanent and cost-effective）
 陸域＆海域貯留（onshore and offshore）
 費用対効果に優れた貯留・モニタリング技術（cost-effective integrated tech）
 CO2-EOR＆貯留層圧力制御技術（reservoir pressure management）
 効果的なPA/PO（effective public outreach）

サイト選定、貯留層評価、地質モデリング サイト選定において、排出源とのマッチング（輸送距離・手段）、排出量（圧入総量）、圧入期間、海洋環境影響評価
 サイト特性に適した圧入計画（複数の圧入井、圧力緩和井）、マイクロバブルCO2圧入による溶解促進、 掃攻効率Upに伴う貯留効率の向上
8

サイト選定、貯留層評価、地質モデリング

貯留量評価

長岡＆苫小牧プロジェクトから、地質モデルの完成度について学ぶ。
・地質モデルの完成度： CO2地中貯留事業の安全な実施が可能なレベル9広域への坑井の詳細情報の展開
Local to Spatial @Nagaoka Site
貯留層評価・地質モデル構築
Injectivity

CO2挙動シミュレーション／
ヒストリーマッチング／
長期挙動予測Integrating aspects from both 3D seismic and sequence stratigraphy
10大規模貯留層の地質モデリング＠苫小牧から学ぶ
JCCS(2015) 次世代火力発電協議会資料

CCS2 IW1（鉛直）IW2

坑井の検層データ（OB-1,-2; IW2）＆弾性波探査  萌別層の物性・連続性

11

目 次
大規模CO2地中貯留実用化研究開発
技術研究組合の取り組み及びその役割

大規模CO2圧入・安全管理技術開発
貯留層モデリング、マイクロバブルCO2圧入、ジオメカニクス解析（光ファイバー）海域帯水層貯留の海洋環境影響評価
音響測定技術による漏出CO2気泡検知
12貯留率の向上

マイクロバブルCO2圧入
13

CO2溶解促進＆貯留効率向上技術開発
CO2 distribution(left: grooved disc; right: special filter)

東京ガス（株）／RITEの共同研究

X線CT装置14

CO2 Saturation: NB vs MB Injection

MB CO2 Injection

NB CO2 Injection
Enhanced CO2Dissolution

15

Microbubble CO2 Injection into Berea Sandstone
Berea sandstone

PZT array

CO2filter

Temperature

40℃

CO2 injection pressure

10.05MPa

Back pressure

10MPa
16

MB Injection vs NB Injection : effects on Vp
MB CO2 Injection

NB CO2 Injection17

MB Injection vs NB Injection : effects on Resistivity
250

166%~200%

200

Resistivity increase (%)

MB CO2 Injection
150
10050200080%~150%150

NB CO2 Injection

100
500060120180240300360

420480540600660

720

780

840

Time (min)18Berea砂岩におけるCO2浸透挙動の比較
従来法によるCO2圧入

マイクロバブルCO2圧入

Berea砂岩の長軸方向においてCO2飽和度（CT値より推定）に差異あり（Jiang et al., 投稿中）

19

高浸透性レイヤにおけるCO2浸透挙動の比較（1/2）
マイクロバブルCO2圧入
従来法によるCO2圧入

Breakthrough time（排出端までの到達時間）、CO2分布や飽和度（暖色系カラー）に差異が認められた。
（Jiang et al., 投稿中）20

高浸透性レイヤにおけるCO2浸透挙動の比較（2/2）
マイクロバブルCO2圧入
従来法によるCO2圧入

高浸透性レイヤCr1において、CO2分布や飽和度（暖色系カラー）に顕著な差異が認められた。
（Jiang et al., 投稿中）

21

垂直断面図低浸透性火山岩試料（浸透率: 約1 md）
Ax1

2200Ax2
Ax3

Ax4
Ax5

Ax1

1700

1200
Ax2
Ax3
Ax4
Ax5

水平断面図

22

垂直断面図MB CO2圧入試験終了後
コア試料内におけるCO2分布

Ax1-1.00
Ax2
Ax3-0.75
Ax4
Ax5-0.50-0.25

Ax1-0.00
Ax2
Ax3
Ax4
Ax5

水平断面図

23

MB CO2 Saturation vs Injection Volume24

RITE/JAPEX： マイクロバブルツール開発
ツール製作のためのデザイン
・ 設置タイプ：リトリーバブルタイプ
・ 設置場所：チュービング先端・ 設置方法：スリックライン
・ 形状：外筒にスリット。多連接続可。

CCSに加えて、EORへ適用も特許申請準備中

坑口からの流体湧出25

光ファイバーセンシング技術
CO2圧入時の地層安定性監視

DAS/VSP

光ファイバーで複数（温度、ひずみ、音波、漏洩）の観測
26

大規模CO2圧入＆複数坑井技術開発（1/3）
光ファイバー＋複数坑井技術のintegration＆コスト削減

27

複数坑井に向けての揚水試験（2/3）

サイト周辺の複数の水井戸を用いて揚水試験を行い、光ファイバーで地層変形を計測する。
 計測能力の実証、モニタリングシステム開発に向けた計測・処理の改良と知見の蓄積
 ジオメカニックモニタリング開発用のデータセット 現場での複数圧入井、緩和井配置に関する基礎資料

約600m

テストサイト

6.4km

7.1km

28

揚水試験時の地層変形測定事例 (3/3)
3号井 累積揚水量（m3)4号井 坑内水位（m）

既圧入井 坑内水位（m）
地層変形（με）①129.0m③195.0m⑤257.1m②168.5m④210.5m
29

INPEX/RITE: 既存井を利用した
実フィールドDAS/VSP実証試験
Confidential

81°
Well A

4,436m BHT: ~150degC
 Max Deviation: 81deg
 TD: ~4,400m

⻑期研究キーワード高傾斜大深度で取得したデータの利用法検討
Walk-away VSP （処理・解析）

30

目 次
大規模CO2地中貯留実用化研究開発
技術研究組合の取り組み及びその役割

大規模CO2圧入・安全管理技術開発
貯留層モデリング、マイクロバブルCO2圧入、ジオメカニクス解析（光ファイバー）海域帯水層貯留の海洋環境影響評価
音響測定技術による漏出CO2気泡検知
31

EIA at the Tomakomai offshore project
Act for the Prevention of Marine Pollution andMaritime Disasters• May 2007: The act was amended for permit procedureon dumping CO2 stream into sub-seabed formation.

• Preliminary Assessment Document“Estimation of CO2 dispersion and its impact
assessment on the assumption that stored CO2
leaks out to the sea”
32 社会受容性向上と海洋汚染防止法対応• 海洋環境影響評価– 漏出CO2の海中拡散シミュレーション– CO2濃度上昇による海洋生物影響データベース• 海域でのCO2漏出検出技術– CO2気泡の監視 ⇒サイドスキャンソナー（SSS）による気泡探査手法の研究開発– 溶存CO2の監視 ⇒pCO2の異常値判定方法の研究
33

万一のCO2漏出に対する環境影響評価• CO2拡散シミュレーション手法の開発– 数値モデルの開発 ⇒ 季節変動スケール以上の期間、CO2拡散範囲が数10kmスケールまでの計算可能なモデル• 生物影響評価手法の開発– CO2の生物への影響調査：生物影響データベース構築、微生物CO2曝露実験 ⇒ 生物影響閾値の提案（ΔpCO2=200μatm）– 英国実海域CO2放出実験（QICS）への参加 ⇒ 実海域での生物影響研究• CO2漏出検知手法の開発– 気泡検知手法 ⇒ 音響探査機器による検知– 溶存態CO2検知手法 ⇒ 溶存態CO2濃度と溶存酸素濃度による異常値（漏出の恐れ）の判定基準

34

海外の実海域CO2放出実験（1/2）
QICS：スコットランド、2012年、放出量：4.2トン/37日間

11m
11m

Taylor et al. (2015)←CO2漏出量が少なくても気泡を音響機器（マルチビームソナー）で検出可能
Cevatoglu et al. (2015)35

海外の実海域CO2放出実験（2/2）
STEMM-CCS：北海、2019年（予定）総予算： €15.9 M

CO2放出実験： 3トン/14日

水深：約100m
cf. QICS～11m
苫小牧～30m

海底下
約2-3m

CO2放出量3トン/14日間

36海域での気泡CO2検出技術
SSS

seafloorbubbles

サイドスキャンソナー(SSS)●●●●●●●●●●●●●●●●●●×アクティブソナーの一種• 音波を発振し反射波を受信する
ことで、水柱（water column）の物体や海底の凹凸を観測する

SSS image

SSSからの距離（左）water column

SSSからの距離（右）37https://woodshole.er.usgs.gov/operations/sfmapping/sonar.htm

サイドスキャンソナーによる気泡検出例
鹿児島湾火山性ガス湧出域（たぎり） （RITE, 2009）

推定漏出率：780 ml/min
気泡直径：1～2 cm

推定漏出率： 225 ml/min
気泡直径：1 cm

38

201010200m【観測条件】
・放出気泡：CO2・気泡径：10mm
・放出率：5,000ml/min

放出点との距離（0～30m）に対して、サイドスキャンソ
ナーで観測される気泡の様子

10m

20m

30m
water column
39Fate and Potential Detection of CO2 Seepage(McGinnis et al.,2011)

海水中のCO2気泡サイズの変化
40

CCS技術事例集の作成

長岡実証試験＋海外事例に基づき、Vol.１を完成
付録
操業

・CCS技術事例のデータ
・CCSとは・長岡実証試験事例・用語集/略語集
・CCS技術の解説
・参考資料
・引用文献
・CCS事例データベース
・DB掲載資料の概要
シート

苫小牧大規模実証試験や海外の新規事例を加え、平成32年度末までにVol.2を完成
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