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砂層型メタンハイドレートフォーラム 2023

試掘・簡易生産実験の実施報告
MH21-S研究開発コンソーシアム（MH21-S）
試掘作業チーム（JMH） 平田 実雄
2024年2月27日（火）目次
1. 試掘・簡易生産実験の概要
2. 生産システム（概要）3. 生産システムの変遷
4. 作業時のトラブル事例紹介、対策案
5. 生産実験概要
6. まとめ

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１．試掘・簡易生産実験の概要（結果）3➢ 目的：メタンハイドレート分解・ガス生産特性の把握と、次フェーズ海洋産出試験のための候補地を選定するためのデータ取得⚫ （指標）MH層の初期生産特性を把握し、シミュレーションの生産予測で5万m3/日/坑を得る➢ 計画：⚫ 生産井：2本（濃集帯SM1＆SM2に1本ずつ）⚫ フロー日数：5日間ｘ2本⚫ 場所：志摩沖鉱区内⚫ 期間：R5 5/29 ~ 8/2➢ 主なトラブル / 問題点：

➢ 結果：必要データが十分取得できず⚫ 期間：R5 5/29～８/8（72日）作業中断：21日⚫ 生産状況：SM2- 5日間のフローを実施するも低レート
SM1- 生産パイプ内にハイドレートが生成しため生産できず⚫ ROV*の度重なる故障、不調⚫ 出砂対策装置の不調(目詰まり)⚫ MH層内のフリーガスに起因する、生産パイプでのハイドレート生成⚫ ドリルパイプ類の遺留・回収* ROV: 無人潜水ロボット。海中の映像や情報をリアルタイムで船上に伝える。
アームを備え、海中で機器設置や物品回収などの作業が可能。

SM2

SM1

試験期間

7月8日04:00～7月13日00:40

7月22日18:00～7月23日00:15

合計フロー期間

4日20時間40分

6時間15分

目標坑底圧

5MPa

7MPa

実績最低坑底圧

約5.7MPa

約16MPa

累計生産量

ガス：442 Sm3
ガス：N/A
水：168 m3（補水量81m3含む） 水：1.3 m3

主要イベントGeoFORMTM内外の差圧発生
ESPガスロック掘削時にフリーガス確認（泥水で抑圧）
ハイドレートによるESP周辺閉塞→計画切り離し
3２．生産システム（概要）Chemical Injection Pump

Drilling Mast

ESP Cable DrumTransformer
Chemical Tank

Separator

Drill Ship

Measuring Tank
Sea Level
Dual Channel Drill Pipe : DCDPESP Pump

Flex Joint

Subsea Disconnection/Break System: SDBS

Production Valve Lower
Hot Stab connector
インヒビター注入用ポート

Simple Subsea Well Head : SSW

RDS (ROV Deployable Sonar)

Water Depth：XXXXm

Sea Bed24"Conductor

Production Well

インヒビター注入用ポート

9-5/8"CSG
Chemical injection mandrel
Formation Depth：XXX m
Safety joint

9-5/8”
ケーシング

ESP高さ35m+/-

水深1,200~1400m

Weak Link

インヒビター注入用ポート

GP PackerCM
SJ

3-1/2" Production Tubing：約1,200m～1,400m：約250m～300m（海底面下）

CIL付き
ESPケーブル➢ 仕上げ区間 ：約20m（濃集帯の一部、LWD
データ等より選定）➢ 減圧装置：Electric Submersible Pump (ESP)➢ 海底切り離し装置（緊急/計画）：
Subsea Disconnect / Break System (SDBS)➢ 坑口装置：24”コンダクター x 9-5/8”CSG
TBG：3-1/2” x 2-3/8”(GF内)➢ 出砂対策装置：GeoFORMTM(Un-activated、8-1/2”坑用)

6-5/8”DP3-1/2“TBG

Check valve

Pressure/Temperature Gauge
in TBG with Memory gauge

8-1/2" Open Hole

Methane Hydrate Formation

生産流体(混相流)
逆順/補水等GeoFORMTM(Un-activated)ⓇBaker Hughes社➢ 再ハイドレート化防止：ケミカルインジェクション ライン(CIL)より インヒビターの連続注入

Transmitter

GeoFORM Screen
Wireless PT Senser on GeoFORM

DCDP

6-5/8” x 3-1/2” Dual Channel Drill Pipe

Production Valve Upper
3/8" Chemical line

➢ 坑井情報➢ 水深➢ 坑井深度➢ 生産システム （直接減圧）➢ 船上生産設備（１トレイン、混相流）➢ ライザーパイプ：デュアルパイプ（DCDP）

ESP Cable with 3/8" CIL

ESP Assembly

24”
コンダクターBurner4➢ 生産データモニタリング

温度圧力センサー(外)温度圧力センサー(内)➢生産中のデータ類 → 船上モニターでリアル
タイム表示➢ 船上 ： ガス・水 生産量計測➢ MH層： 温度・圧力 計測（GF内外 x 2ヵ所）
※ データ転送 - ワイヤーレス方式（音波）３．第２回陸上産出試験（Mallik） 1,2冬目の坑井デザイン

左: 第１冬試験 (2007年) [直接減圧(ESP下向き)、ガス水重力分離]
右: 第２回冬試験 (2008年) [間接減圧、ガス水重力/遠心分離]
出典：山本 晃司 (2009)：メタンハイドレートの生産手法とフィールド産出試験

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３．第１,２回海洋産出試験の坑井デザイン

出砂対策：OHGP

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出砂対策：AGFとUGF

右: 第２回海産(2017年)
左: 第１回海産 (2013年)[間接減圧、ガス水遠心/重力分離] [間接減圧、ガス水重力分離]
出典：MH21-S、フェーズ２・３総括成果報告書

6３．アラスカ陸上産出試験、簡易生産実験のデザイン
Production test ass'y for simulation model
Surface Production Test System

Sea Level

Equipment Size

Sea Water

Production Fluid (Gas &DCDP Outer PipeWater)

OD : 6.625"(0.168m)
ID : 5.901"(0.15 m)* : DCDP length = Water
depth of the four locations

DCDP(F2c, J6b, M1 & M7)
DCDP Inner PipeLength

OD : 3.500" (0.0889m)

ESP cable

9-5/8" ESP Shroud
OD : 9.625" (0.244 m)

ESP Ass'y

ID 8.375" (0.213 m)

ESP suction

ESP Ass'y

ESP shroud

OD : 5.62" (0.143 m)

Production Valve

Upper SDBS Ass'y
OD : 58.7" (1.49m)
ID : 7.4" (0.19m)

SDBS Ass'y

OD : 58.7" (1.49m)
ID 7.4" (0.19m)

in 120ft (36.58m) of 9Lower SDBS Ass'ySSW

SSW
OD : 18.65"(0.47 m)

Production CSG

Sea BedID : 8.43" (0.21 m)
Production CSG

Production TBG

OD : 9.625" (0.244m)

Locator Seal
PackerProduction TBG
OD : 3.500" (0.0889 m)
ID : 2.992"(0.076m)

Perforated TBG
Open HoleSand Screen

OD : 8.500" (0.216m)

Open Hole

右: 簡易生産実験(2023年)[直接減圧、ガス水分離なし]

左: アラスカ陸産(2023年)[間接減圧、ガス水遠心/重力分離]7
出典：(2022)MHフォーラム「アラスカ陸上産出試験では何をするのか？」7

8３．切り離し装置（変遷）第1回➢軽量・スリムなデザイン

今回➢ 第1回や第2回より、更に軽量・スリム（シンプル）化

上側ROVパネル
上側安全バルブ
緊急切り離し装置➢ 最大外径1.5m: ドリルフロアで作業（揚降）可能➢ 緊急切り離し以外は、ROVで操作。
➢ 生産流体の流出防止用バルブ2個を装備。

フレックスジョイント➢ 通常のROVでの閉止、緊急時の自動閉止に対応➢切離し装置（計画時/緊急時）

ROV

第2回

計画切り離し装置➢ 2つのシステムを装備➢ 計画切り離し用：台風等、対策に時間を取れる時➢ 緊急切り離し用：急な船体ドリフトオフ等、対策の時間がない時

下側ROVパネル
下側安全バルブ
海底面

坑口装置コネクタ

試験名称

第1回海洋産出試験

第2回海洋産出試験

簡易生産実験

名称（仮称）

暴噴防止装置(BOP)

改修作業用BOP

よりシンプル化したシステム

約300

約80

約40

約4.5 x 14

約4 x 8

約1.5 x 23

重量(ton)
幅 x 高さ(m)３．産出試験の生産システムと結果まとめ

9名称

第2回陸産（1冬目）

第2回陸産（2冬目）

アラスカ陸産第１回海産第２回海産

簡易生産実験

実施年(本数)2007（1）

2008（1）2023（1+1予備）

2013（1）

2017（2）2023（2）

減圧方法

直接

間接

間接

間接

間接

直接

ガス水分離

重力 (ESP下向き)

遠心力＋重力遠心力＋重力遠心力＋重力

重力なし

生産ライン

TBG(ガス)＋(水はボトムへ圧入)

CSG(水)内にTBG(ガス)

大径CSG(水)内に小径CSG(ガス)21”ライザー内
6-5/8”DP(ガス)＋チョークライン(水)9-5/8”CSG(ガス)＋1.5”ホースx 2(水)

2重管DP
6-5/8”DP内に31/2”TBG(混相流)

生産結果

約12時間 砂でESP止まるまで生産

約6日生産

生産中

約6日生産後 出砂(1)12日 途中から断続的な出砂(2)24日 水多量で減圧進まず(1) 4.8日低生産量(2) 約6時間でハイドレート閉塞

出砂対策

ボトムに捨て穴（穿孔のみ）

スクリーン
Mesh Rite

CSG+GP内 AGF

オープンホール
グラベルパックAGF x 1UGF x 1UGF x 2

AGF：Activated GeoFORMTM
UGF：Un-Activated GeoFORMTM
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４．ROVの落下発生原因①
ラッチ機構の未接続発生原因②ケーブルの繰出し過ぎ

デッキから約1.5mの高さからROV/Cageが落下• 作業最初のダイブ準備中にROVがデッキ上へ落下⇒ プレートが正確にラッチしていなかった
ケーブル張り過ぎによる位置調整ミス → 目視でのラッチ確認

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改善後（インジケーター取付）

４．ジェッティングツールのネジ戻り• 24”コンダクターのジェッティング
ｍBRT
作業中にインナーストリングを遺留

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セッティングツール
24”コンダクターセット作業①Set
24" Conductor & LPH（概念図）
byJetting

戻ったX-Oサブ②Drill 8-3/8" Pilot hole• インナーストリングのトップに弱いネジが使われていた24”コンダクター（降管中）

LPH RT
36"LPWH

LPH

14-1/2" StabMotor
24" Conductor (BIG14-3/4" Bit
OMEGA®, 189#, P110)
etc…
24"Shoe36"LPWH

海底面に残った
インナーストリング

４．クランプコネクタトラブル• ROVによる操作でトルクツールのソケットをSSW
RTのクランプドライブにうまく入れられなかったため、ROVが掴むハンドルの交換や、ガイドの改造、ソケットのテーパー加工などを施し、トルクツールが入りやすいように改造を行った。

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トルクツール3Dシミュレーション状況

先端部の加工トルクツールを取付て降下（2回目以降）• 4回目のダイブでクランプコネクターの取り外し成功
クランプコネクター
丸く長く

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４．黒潮の影響
黒潮 通常の流れ

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黒潮大蛇行、現在(2023年)

Operation site

Operation site

• 振動によるトラブルの可能性 • 対策案• ネジ戻り• 温度・圧力ゲージ等のダメージ• ドリフト• ネジの強化（取替え・戻止め塗布）• 編成の工夫• パイプへのロープの取付

13４．試掘・簡易生産実験での課題と対策

14• 作業中のトラブルにつき、第3者評価を経て原因究明を行い、現在対策を検討中。
No.
(1)

課題

対策（現状）ROVの落下、度重なるトラブルに対して目的に合っていない機材の提供に対して（ジェッティングツールの遺留、クランプトラブル等）
潮流の影響に対して(3)（パイプのネジ戻り、ゲージダメージ等）(2)

現状は、ROV入替え＆システムを更新済み
継続的なメンテナンス方法について掘削船オーナー等と協議中
外注業者との情報共有やチェック項目をシステムとして管理する、仕様検討から現場調達までの間の各工程で確認すべきチェックリスト・チェック体制を作成中
これまでのVIVに関連するトラブルとその対策をレビューし、改善すべき点を整理
中(弱いネジの取替や補強、VIV軽減用ロープ取付け等)
ガスの広がりを推定し、ガス層のない場所を掘れないか検討中

(4)

(5)

メタンハイドレート層内のガス層についてメタンハイドレートを融かさずにガス流入を抑える流体を調査、実験準備中
インヒビターや生産装置を適切に使い、フリーガスがあっても安全に生産できる手法を整理中
GeoFORMTM（坑内で膨張させる使い方）の目詰 GeoFORM膨潤・浸透率実験準備中(@Baker)
生産データを精査し、GFの硬化状況について検討中
まり・硬化不足について

出砂対策装置のスタディ結果を整理中(6)

新しい手法について生産システム
データ送信

今回の生産システム・減圧手法について問題点が無かったかを検証中
無線によるデータ送信時のノイズ等による障害対策を整理中

５．SM2における生産実験結果
減圧計画

圧力 [MPa]高A➢ 左図のようなスケジュールを目標に減圧を行い、目標に近い値まで減圧を達成。

BMH平衡曲線

低低温度[℃]高圧力 [MPa]高低15✓ 生産レートは想定より低かったが、比較的安定した状態での生産データを取得。
✓ 低生産レートの主な原因は、出砂対策装置(GeoFORM™)の目詰まりと推定。
⚫ 生産時にGeoFORMの内外で差圧が発生していた。
（更なる原因究明中）

開始

日数終了

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５．SM1における生産実験結果【ガスの存在】✓ メタンハイドレート層を掘削後の揚管時に、坑口から少量のガス流出を確認。降管後、泥水で停止。
✓ 物理検層データからメタンハイドレート層内にガスの存在を確認。
✓ 生産実験開始直後に、このガスがパイプ内に流入しハイドレートを生成しパイプを閉塞。

16Drilling Mast
Separator

Measuring
Tank
Burner

Water Tank
Pump

Drill Ship

Dual Channel Drill Pipe : DCDPESP Pump

ESP Assembly
Heater Assembly

Production Valve Upper

ポンプ昇圧＋低水温(ESP～水深500m以深)

Weak Link
Subsea Disconnection/Break System: SDBS

Riser Section
Flex Joint
Production Valve Lower

Simple Subsea Well Head :Sound transmitter for PT data

Water Depth：2,000m【ハイドレートインヒビターの適正使用範囲を超えた環境を生成】✓ 適正量とされた濃度より遥かに高い濃度でインヒビターを使用していたが、適正使用範囲を超えた高圧環境を生成したため、パイプ内でのメタンハイドレート生成を抑制できず。

この辺りでハイドレート生成

Electric Heater

Mud Matt

Sea Bed

9-5/8"CSG

Depth：700 m

Production Well

Electromagnetic transfer device for PT data
GP Packer

GP Screen
Wireless PT Senser

Pressure/Temperature

Gravel Sand

MH Formation

16まとめ➢ 今年度、志摩沖にて2本の簡易生産実験を実施するも、目的としたデータ取得を十分果たすことはできなかった。
⚫ 1本目は、減圧して5日間フローするも、低レート⚫ 2本目は、生産開始直後に管内にハイドレートが生成し、中止➢ 生産システムは、これまでより軽量・シンプルなデザインとしたことで、作業効率を上げ工程短縮に貢献したものの、その一方で他のトラブルが多く生じたことから全体工程を圧迫。
⚫ 作業中のトラブルにつき、第3者評価を経て原因究明を行い、現在対策を検討中
今後の海洋産出試験に資する

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謝辞
本資料は経済産業省の委託により実施しているメタンハイドレート研究開発事業において得られた成果に基づいています。

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