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革新的環境技術シンポジウム 2019◆

CO2地中貯留技術実用化に向けての安全管理技術開発の取り組み
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)

Make CCS Great Again!!
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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
 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
社会実装

Social License to Operate (SLO)3

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
4地熱、非在来型油ガス、CO2地中貯留における流体圧入

0.001 milidarcy

1 darcy

100 milidarcy

10 milidarcy

National Academy of Sciences, 20135

米国の非在来型油ガス田サイトの例
水圧破砕によって、低浸透性貯留層から油ガスを生産する

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圧入レート

1 BPM=158.99 L/M

圧入圧力

1,000 PSI=6.89 MPa

マグニチュード7Induced and Triggered Events in Fluid Injection

8Creating Value from Seismic Monitoring
米国陸域：Decatur（Illinois）サイト観測事例（研究開発PJ: 3年間で約100万トン
商業PJ: 約100万トン／年、圧入継続中）

国内海域：苫小牧大規模実証サイトの観測事例（実証試験: 計30万トン）
Onshoreseismometer

Finley, 2013

Working area of
3D seismic
surveyTanase, 2015

圧入安全管理9CO2圧入サイトの安全管理技術開発
ATLS: Advanced Traffic Light System

CO2地中貯留サイトの観測事例
ATLSの実用化に向けて10

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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（嶋本, 2019）12

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）

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米国イリノイのDecaturサイトの観測事例

McDonald (2015)

貯留層底面～2100m

・微小振動が多発する時期がある
・クラスター状に震源域が分布する・下位の基盤と圧入対象層で発生

AoRは12.8km>M2.0かつ地表で被害: 圧入中止
>M2.0で有感：圧入レート低減>M2.0で無感：関係機関報告、関連調査>M1.5が1月以内に5回：関係機関に報告<M1.5： 継続1414

QUESTサイトの微小振動観測結果>M4.0: 圧入中止
>M2.0: 関係機関に報告<M2.0: 継続• 貯留層内のM-2程度の地震まで検知• Area of Review（AoR）は10km• 2018年（圧入開始後１年5月後）から年回100回程度微小振動が発生• これまでの最大M=0.1

O’Brien (2018)貯留層下部
15フランスの警報・警告の運用事例（閾値設定）

Billiot (2011)16圧入サイト周辺の地震観測： どこまでの範囲？

断層
CO2分布範囲
圧力フロントCO2圧入井17

苫小牧実証試験サイト

地質モデルを用いた数値解析結果

米国EPAの観測範囲決定概念図

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CO2 Plume Front and Pressure Front-- Insights from a lab experiment --Zhang et al., 2018
Doi：10.1029/2018WR023415
20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

貯留層（粗粒）遮蔽層（細粒）X-CT画像Zhang et al., 2018

遮蔽層の安定性監視、圧力フロントの観測21

粗粒部（貯留層）内のCO2分布状況（X-CTイメージ）①③②④Zhang et al., 201822

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

Zhang et al., 201823

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

24Strain response： CO2 penetrating into the fine grain part

Zhang et al., 2018

Time (hours)

CO2 penetration！

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Application for well integrity monitoring, combined withAZMI (Above-Zone Monitoring Interval) pressure monitoring
Hovorka et al, 2018

Fiber cables
behind casing

技術組合（RITEほか）光ファイバーによる地震観測にも取り組んでいる！

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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 bythe New Energy and Industrial Technology Development Organization(NEDO) and the Ministry of Economy, Trade and Industry (METI) of Japan.

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