CO2地中貯留/CO2-EORでのマイクロバブルCO2圧入
マイクロバブルCO2圧入には、CO2回収・貯留（CCS）の普及をCO2地中貯留での孔隙利用効率の向上によって加速する可能性がある。また、CO2による石油増進回収（CO2‐EOR）においても、マイクロバブル圧入により石油掃攻率の向上が期待され、CO2‐EORとそれに伴うCO2地中貯留の機会を拡大する可能性もある。開発したマイクロバブルCO2生成用の多孔質フィルタを用いて、マイクロバブルの水中での特性解明やラボでのコア試験による従来型CO2圧入法に対する優位性の確認を行ってきた。その後、フィールドでのマイクロバブルCO2の圧入用ツールを開発し、現在、国内油田においてCO2 ‐EORに適用する試験を実施している。

1. 背景
マイクロバブルは、直径が1～100μmのバブルと定義されている（ISO/TC281）。水中においては、(a) 小さい、(b) 溶解性が高い、(c) 浮力が小さい、といった特徴を有する（図1）。このため、通常サイズのバブルは上昇速度が速く、水面で破裂して消失するが、マイクロバブルは水中でゆっくりと上昇しながら縮小し、やがて消えてしまう（図2）。こうした特徴を持つマイクロバブルCO2の圧入向けに、耐圧性、耐熱性、塩水に対する耐性、維持管理、ランニングコストに優れた多孔質フィルタを開発した（図3）。
マイクロバブルCO2 圧入はその特徴から、(1) CO2地中貯留における孔隙の利用効率の最大化、(2) 低浸透性の地層のCO2地中貯留サイトとしての活用、(3) 石油回収率の向上が期待できる。

図1 マイクロバブル

図2 マイクロバブルCO2 の高溶解性

図3 マイクロバブル発生用の多孔質フィルタ

2. マイクロバブルCO2圧入と従来型CO2圧入
マイクロバブルCO2圧入の性能を従来型の圧入法と比較検証するために、 CO2地中貯留と CO2-EOR を模擬して、様々なコアサンプルを用いたラボ試験を実施している。マイクロバブルは、概してコアサンプル内をゆっくりと移動してより広く拡散しており、その結果、CO2飽和率が高くなる。CO2地中貯留を想定した288mm長のコア試験では（図4）、マイクロバブル圧入時のCO2飽和率が、従来型圧入時よりも36%高くなった（図5）。

図4 288mm長のコア

マイクロバブル生成フィルタ

3. フィールドでのCO2-EORのための圧入試験
フィールド用のマイクロバブルCO2発生用のツールを開発し、その性能を2018年に検証した。現在、国内油田において、CO2 –EORのためのマイクロバブル圧入の試験を900m深で実施している。

マイクロバブル
圧入ツール
図5 X線CT装置によって可視化された岩石試料内のCO2分布状況

図6 CO2 ‐EORのためのマイクロバブルCO2圧入のフィールド試験

本ポスターは、東京ガス株式会社との共同研究、および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）の委託業務から得られた結果に基づいたものです。

CO2地中貯留での光ファイバーによる地層安定性モニタリング
CO2地中貯留の安全性評価として、温度、圧力に加えて地層変形（ひずみ）を地表から地下まで連続的にモニタリングすることが考えられる。RITEでは、光ファイバーセンシングを用いた地層変形（ひずみ）の計測技術について研究開発を行っている。坑井と地層との間に充填されるセメント内に効率良く挿入・設置する必要がある。また、貯留層内のCO2の位置を確認するための経済的な弾性波計測技術（Distributed Accosting Sensing：DAS計測技術）への展開も検討している。

1. 背景

2. 計測原理

アルジェリアのCO2貯留サイト（InSalah）では、CO2圧入井周囲の地表隆起が報告されている。間隙水圧の上昇により貯留層が変形し、その影響が地表に及んだ可能性がある。貯留層の変形が大きくなると、上位の遮蔽層の安全性に影響を与える。そのため貯留層～地表までの地層変形を深度方向に連続的に把握することが重要である。分散型センサー技術の開発により、計測点の限られていた従来法の改良を図る。

光ファイバーにパルス光を入射したときの散乱光が物理量に比例して周波数シフトする特性を用いて地層変形（ひずみ）を計測する。周波数シフトは温度、圧力、ひずみの影響によって生じるため、坑井を用いた計測では、それぞれを分離する必要がある。2種類の光ファイバーにより、従来のブリルアンだけでなく、レイリー散乱も計測することで各計測項目の分離が可能となった。

レイリー散乱光
圧入井

観測井

ブリルアン散乱光パルス光

温度

ひずみ

ひずみ発生部分

圧力
坑井の計測

ひずみ

分 離

距離
貯留層

CO2
距離

図-1 光ファイバーによる地層変形監視のイメージ

f2
f1 周波数がシフト 2本のファイバーでブリルアン(νB )とレイリー(νR )を計測 (4つのデータセット) 温度、圧力、ひずみの3つのパラメータに対して式が4つあり解が求まる

地表部の計測  B1  C111    C121  T  C131  P

周波数シフト(Hｚ）

遮蔽層

散乱光
散乱光強度

光ファイバー（ｱﾆｭﾗｽに配置）

温度計測用ファイバー（ひずみフリーファイバー）

計測器

111
  R1  C 21
   C 22
 T  C 23
P  B2  C 112    C122  T  C132  P
222
  R2  C 21
   C 22 T  C 23
P

坑井では温度・ひずみ・圧力変化すべてに起因し周波数がシフト

図-2 ひずみ分布計測概念図（ﾌﾞﾘﾙｱﾝ）

図-3 周波数シフトに含まれる物理量

図-4 温度・圧力・ひずみ分離手法（特許）3. 現場試験－深度300m坑井でのパイロットテスト

ケーシング(φ17.8cm)

ファイバ
固定クランプアニュラス(セメント区間)

加温器

観測室

ﾊﾞｰ

300m

坑壁（φ24.4cm～)

レイリー周波数シフト(GHｚ）

流量計
圧力調整器

掘進長

光ファイバー

CO2圧入量の増加に伴うひずみの増加を計測できた。

光ファイバー

深度300mの坑井を利用して、光ファイバーの設置と地層変形の計測のためのパイロットテストを行った。ケーシングプロテクタとクランプを工夫して、光ファイバーをケーシングと地層との間の数センチ程度のアニュラスに損傷なく設置することに成功した。

CO2ボンベCO27’ｹｰｼﾝｸﾞ
ｾﾒﾝﾁﾝｸﾞ

パッカー

CO2圧入

図-6 CO2圧入時の地層変形

図-5 光ファイバーの設置概念図、ファイバー固定用クランプ、カップリングプロテクター

4.揚水による地層変形の計測試験

5.弾性波の計測試験

地下水の汲上げで生じる地層変形を、ケーシング外側に設置した光ファイバーで計測できるか検証するために、揚水試験を行った。揚水は、光ファイバーを設置した井戸から280m、175m離れた2つの井戸から、それぞれなされた。取水層は深度150～230mの砂がちな砂泥互層である。揚水によっても帯水層のわずかな変形を圧縮ひずみとして光ファイバーで計測することに成功した。

光ファイバーには、分散型音響センシング（DAS）の機能もあり、地下に溜められたCO2の位置を確認するための弾性波探査技術への展開を検討している。
従来使用しているジオフォンに比べて光ファイバーでは、波形記録にノイズを多く含むものの、P波初動を追跡できることが確認できた。光ファイバーが活用できればモニタリングコストの削減が期待できる。
Time (ms)・Sampling: 250μs
・Band pass filter(5/10‐100/125Hz)Time (ms)・Sampling: 250μs・Band pass filter(5/10‐100/125Hz)
・Diversity stack

Depth (m)0m ‐図‐7 揚水時の地層変形結果

P波初動

840m Geophone (one stack )840m DAS (36 stacks)‐‐
図‐8 ジオフォンと光ファイバーDASの波形記録の対比

本ポスターは、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）の委託業務から得られた成果に基づいたものです。