◆CCS Technical Workshop 2019◆

二酸化炭素地中貯留技術研究組合の研究開発状況
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)

地中貯留技術の実用化・事業化へ
投資

環境Cathcart et al., 2013
安全性政策

社会的受容性法規

技術や知見の提供

Research & Development

Demonstration, Deployment

技術開発ニーズのフィードバック2

大規模CO2地中貯留の実用化に向けて
油ガス田開発技術・経験・ノウハウを活用しても、取り組むべき技術課題がある
商業規模のCCS事業サイトは、既存油ガス田或いはその近傍に立地し、豊富な地下データに恵まれている 安全性（リスクマネジメント）、経済性（コスト削減）、社会的受容性の向上
Research &Development

技術や知見の提供
技術開発ニーズのフィードバック

Demonstration,Deployment
3 永久的・経済的・安全に（permanently, economically and safely）

 貯留効率向上（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）

RITE/JAPEX： マイクロバブルCO2ツール開発
ツール製作について
・ 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、多連接続可マイクバブル圧入による掃攻効率改善
CCSに加えて、EORへの適用も坑口からの流体湧出特許技術（東京ガス＋RITE）
マイクロバブル：微細気泡（10μm以下）

5マイクロバブルCO2圧入現場実証試験計画
 実証試験現場
石油資源開発(株) 申川油田
（秋田県男鹿市）
試験現場

 対象層
・ 申川Ⅲ層（SK-77）
・ 深度：約900m
・ 油層温度：50℃・ 岩相：砂層（砂泥互層）・ 層厚：16m

 試験時期• 平成31年5-6月（MB）、10-11月（NB）
 MB：マイクロバブルCO2圧入
 NB：通常のCO2圧入• 試験期間：各試験1ヶ月程度
秋田市から45ｋｍ

 試験手法Huff’n Puff 法
1. CO2圧入（MB）：10t/day、計100t
 MBを連続して圧入するために、水との同時圧入を適用。※コア実験結果を基に体積比＠圧入層でCO2：水＝9：1

2. フローバック66マイクロバブルCO2圧入現場実証試験計画
ブラ
イン

CO2

流量計

加温設備

CO2

液体CO2タンクCO2圧入ポンプ （7～11MPa）

ハスケル
ポンプ

・ 期間：10日間
・ 圧入レート：CO2 10t/D＋ブライン 4KL/D
測定項目
CO2圧入量：流量計
ブライン圧入量：水タンク
圧力：地上（坑口）、坑底（メモリーツール）

評価項目
 圧力増加抑制低下（溶解促進効果）
超臨界CO2＋ブライン圧入  掃攻効率改善（毛細管圧力低下）（8MPa, 50℃）（体積比9：1）

7マイクロバブルCO2圧入現場実証試験計画
放散塔

原油
産出流体
坑水

ガス
流量計

貯油タンク

セパレータ

作業
・ 期間：7日間

坑水用タンク・ 自噴停止の場合はガスリフトを実施

測定項目
圧力：地上（坑口、セパレータなど）
原油：貯油タンク
水：坑水用タンク（角タンク）
CO2：ガス流量計（オリフィス）＋ガス分析

評価項目
チェックバルブを通じて地層流体を排出• CO2排出量低下（CO2貯留量増加）
 低浸透率領域へのCO2圧入8H30年度事業内容
研①大規模CO2
圧入・貯留の安全管理技術の開発究課

題①-1.圧入安全管理システムの開発

RITE、JAPEX、INPEX①-2.CO2長期モニタリング技術の確立

AIST①-3.大規模貯留層を対象とした地質モデルの確立①-4.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①-5.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開発①-6.CO2漏出検出・環境影響評価総合システムの構築①-7.リスクマネジメントツール（ＮＲＡＰ）をはじめとする日米ＣＣＳ協力や海外機関とのＣＣＵＳ技術開発の連携②大規模貯留層の有効圧入・利用技術の開発③CCS普及条件の整備、基準の整備

実施組合員②-1.CO2圧入井や圧力緩和井の最適配置技術の確立②-2.マイクロバブルＣO2圧入技術の適用による貯留率の向上

JAPEX、RITE
応用地質
RITE、大成建設、
応用地質
RITE、INPEX、
AIST
RITE
RITE
大成建設、RITE
RITE、JAPEX③-1.CO2貯留安全性管理プロトコル（IRP）の整備RITE③-2.苫小牧実証試験サイトや海外プロジェクトの成果や情報を用いた、ＣＣＳ技術事例集の作成、国際標準化（ＩＳＯ ＴＣ２６５）との連携

RITE③-3.ＣＣＳの広報活動を通した社会受容性向上方策の検討

RITE、AIST

9大規模CO2地中貯留における安全性向上に向けてのリスクマネジメント
 圧入サイト周辺の自然地震や微小振動の観測（圧入安全性管理ツールATLSの開発）
ATLS: Advanced Traffic Light System
H30: システムがほぼ完成

H31-32: 試験運用・検証
 実適用へ
非在来型資源開発にも同様な動き
10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
11M-1.2 to M0.8

M4.4, M3+M-3 to M-1

M-2 to M1
M-1 to M1

圧力増加域内、あるいは域外  イベントの位置評定（location）が重要！

12

（微小地震/微小振動）

13

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）
14

A Dense Microseismic Monitoring Network @Tomakomai
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
OBS

OBC: Ocean Bottom CableOBSOBS

OBS: Ocean Bottom Seismometer

Tanase, 201515Microseismicity (M<1) detected by OBC andConventional seismometer @ Tomakomai
自然地震記録の一例

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)”

16

自然地震が多い！

自動処理・省力化
圧入サイト周辺の地震カタログ整備2017.４以降
地震月報が未公開

観測・解析結果を効果的に公開及び有効活用

圧入サイト周辺では震源決定精度向上が欠かせない

安全管理、不安や疑念の解消へ

圧入サイト周辺：どこまでの範囲？

17

OBCの観測データからイベントを効果的に検出

圧入前の自然地震の観測データ： 2015.02.01 -- 2015.02.28

従来のSTA/LTA法と新しいSDAR法の有効性の検証
18

震源距離

マグニチュード

19

他の観測結果も含めて、総合的に判定する！
20

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

21

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、解析対象イベントの絞り込み
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ン（社会的受容性向上の手法論からの転換）

22

震源決定精度向上の必要性：貯留層か、遮蔽層か、基盤岩かMicroseismic Events at Decatur, Illinois

23

地質モデルを用いた数値解析結果

圧入サイト周辺の地震観測： どこまでの範囲？

24

100 psi＝0.69 MPa

約100万トン圧入終了後の予測結果

予測精度は地質モデルの完成度に大きく依存！

1,524 mPlume and Pressure Fronts at Decatur, Illinois

25

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 front

26

CO2 Plume Front and Pressure Front-- Insights from a lab experiment --Zhang et al., 2018
Doi：10.1029/2018WR023415
27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
28

粗粒部（貯留層）内のCO2分布状況（X-CTイメージ）①③②④29

Time (hours)

Time (hours)

粗粒部（貯留層）におけるCO2飽和度とひずみの対応関係

30

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

31遮蔽層にCO2浸入！

Time (hours)

粗粒部から細粒部にCO2浸入した後のひずみ発生状況

32

28 h

350

350

150

150

-50-500204060

80020406080

44 h
68 h

350
150-500204060

Distance (mm)80

Strain changes (μϵ)

Strain changes (μϵ)

20 h350150-500204060

Distance (mm)8033 砂岩試料の測定実験結果より、CO2 plume front と pressurefront が区別できた。
• Geomechanical simulationより、pressure front と貯留層物性の関連性に関するヒストリーマッチング• 光ファイバーによる断層安定性モニタリング（海外機関と協力も）

caprock
fault
CO2 Injection

reservoir

CO2 plume frontpressure front
34大規模CO2地中貯留における安全性向上に向けてのリスクマネジメント
 海域貯留におけるCO2漏出検知および海洋環境影響評価技術開発

 万が一のCO2漏出に備えて

35

CO2漏出検出・環境影響評価• 万が一のCO2漏出に備えて– 海域での漏出検出• CO2気泡検知• pCO2の値からの検知– 環境影響評価

H32: 総合システム開発が完成
 苫小牧観測への実適用（検出基準見直し、海防法への対処）• 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
 社会受容性の向上
 CCS事業における実用性（海洋汚染防止法対応）
 異常値の検出、 異常の原因特定、 漏出の環境影響評価
36

(Hannis et al., 2017)

 法規に対して、Deep-focused Monitoring （Early Warning of Unexpected Migration）,
Shallow-focused Monitoring（CO2 Leakage Detection）
37

＠苫小牧実証試験サイト（澤田, 2018）

St.01- St.12： 観測点（採水ポイント）、年４回（四季）の採水より海中のCO2漏出を監視
海水中のCO2分圧と溶存酸素の関係を基に、圧入前の調査よりベースラインを作る。
ベースライン＝自然変動範囲  何年分あれば、ベースラインになりうるか38

大阪湾海洋観測公開データを用いた
pCO2異常値検出基準作りの検討↓ 2倍 3倍Uchimoto et al., 投稿中↓ 2倍 3倍↓
1.7～8.8%↓

1.5～12%

1.3～20%1.1～49%↓↓ 2倍 3倍↓

1.7～7.1%↓2.2～5.1%

2.5～3.8%

1.9～6.0%↓：9年分（全465データ）
False-positive率 3.2%

縦軸：100×（該当する組み合わせ数÷9CN）

ベースライン：5年程度以上 39

40

漏出検出：pCO2異常値検出
連続観測（大阪湾）
結果速報（暫定値）●, ▲：採水分析値

観測日数

7月 8月

9月

神戸

8日 23日 19日

関空

6日 21日 10日

8月（21日まで）のpCO2値
神戸：751～1632 ppm
関空：407～628 ppm↓
四季調査（1季節に1回の調査）では、必ずしもその海域・その季節の変動を捉えられない。

(時刻)

40

7月下旬～12月上旬
観測結果速報神戸港
関空MT局

連続観測結果から四季観測の妥当性（どこまで、年間変動を表現できているか）
41

海域環境調査のあり方
CO2漏洩（地中）・漏出（海中）検出
漏出点の特定：音響ソナー
による漏出気泡検知＋採水調査

効果的・経済的な調査方法を提案

貯留層から上位層へのCO2漏洩検出方法
検出能力
Vs
Early Warning

Remediation Plan42

海外の実海域CO2放出実験計画
STEMM-CCS：北海、2019年（予定）CO2放出実験： 3トン/14日

総予算： €15.9 M

水深：約100m
cf. 苫小牧～30m

海底下
約2-3m

CO2放出量
3トン/14日間43

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  逐次公開、英訳も決定
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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実用化・事業化に向けての課題◎Technical Gap (技術的課題）

 Up-scaling（大規模化）技術の確立（実証試験  事業化へ）
 IntegrationとDown-scaling（技術の統合と絞り込み）による実用化技術の確立（実証試験から得た知見を基に）
 漏出検出・環境影響評価総合システム構築等（海防法への対応）◎Non Technical Gap (技術以外の課題）

 社会受容性の獲得 →PO/PA手法の構築

 CCS実施の仕組み作り → 法体系の検討、政策的支援
 社会的認知度の向上＆人材育成 → 温暖化のリスク認識、長期的視点＆グローバル戦略・対応
45