資源量評価グループ「海洋産出試験関連技術の研究開発」＜フェーズ２海洋産出試験準備＞
平成１４年度研究成果報告会
平成１５年５月１９日@国立オリンピック記念青少年総合センター
市川祐一郎（JNOC TRC）

The Research Consortium for Methane Hydrate Resources in Japan

フェーズ１での 「フェーズ２海洋産出試験準備」研究開発フロー
MH海洋産出試験に関係する技術動向調査
MH海洋産出試験手法候補の抽出

フェーズ１中間評価によりMH海洋産出試験手法の選定
MH海洋産出試験計画策定
MH海洋産出試験要素技術開発
フェーズ１最終評価により¾温度圧力シミュレーション技術¾MH産出試験用孔内ツール？？
¾MH産出試験用地表設備？？

フェーズ２MH
海洋産出試験実施
フェーズ２MH海洋産出試験実施
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H14 実施計画＜主題：MH海洋産出試験コンセプトの抽出＞ MH海洋産出試験に関係する技術の動向調査• 対象は、産出試験関連技術及び掘削関連技術等• 予想されるMHの賦存性状･分解メカニズムを考慮して技術動向調査対象を抽出• MH産出試験に及ぼす各技術の影響度を検討・整理
 メタンハイドレート海洋産出試験手法案の抽出• フェーズ２海洋産出試験の前提条件･仮定を整理• コンベンショナルな手法から革新的手法まであらゆる可能性を抽出
 坑内温度･圧力シミュレーション技術開発計画の検討• MH掘削用シミュレーションプログラムWhiteCoal_Tをメタンハイドレート海洋産出試験へ適用すべく改良及び追加開発を行うのが目的• H14年度は、改良の必要性等を検討し、フェーズ１での全体計画を提案
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本研究項目の目的及び要件
 本研究項目の目的：MH21フェーズ１全体の目的に直結• フェーズ２海洋産出試験1stキャンペーン：詳細計画• フェーズ２海洋産出試験2ndキャンペーン：概念検討、基本検討– 他の研究グループとの情報交換･調整が重要
 研究開発の方向性･前提• 時間的制約– MH21のフェーズ１の２年目以降の５年間での実施を前提• 予算的制約– フェーズ２海洋産出試験の事業規模･予算規模• 開発範囲– 研究開発期間、安全性の確保、研究スケジュールに沿った範囲での研究開発
 フェーズ１全体計画の中での本年度の位置付け･研究方針• 事前準備期間（Front End Loading）の１年目として、広い技術情報収集、産出試
験手法に係る概念抽出を実施• 抽出した技術、手法等の評価及び絞込みは来年度以降の課題
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MH海洋産出試験に関係する技術の動向調査＜MH産出試験に及ぼす以下の技術の影響度を検討・整理＞
1. 坑井掘削技術¾ 水平坑井、マルチラテラル坑井、掘削泥水、セメンチング、ケーシングドリリング他

2. 大水深掘削技術¾ 地層破壊圧の問題、トップホール掘削技術、デュアルグラディエント掘削他

3. 大水深掘削設備技術¾ 掘削リグ、位置保持システム、掘削機器、サブシーシステム、坑内システム他

4. 大水深掘削操業関連技術¾ 位置保持作業、ライザーマネージメント、トップホール掘削作業、HSE、大水深DSTの法規制、操業管理他

5. 大水深産出試験関連技術¾ テストストリング、ランディングストリング、サブシーシステム、リグ上設備、計測機器とデータ伝送、サンドフェース仕上げ、ハイドレート生成抑制、ワイヤラインフォーメーションテスト他

6. 坑井仕上げ手法に係る技術¾ 大水深、未固結層、水平坑井、マルチラテラル坑井、重質油層、オイルサンド／オイルシェール、タイトガス、コールベッドメタン、未固結層水圧破砕、ランドフィルガス他

7. 坑井周辺地盤の安定性評価に係る技術¾ ライザー解析、坑口荷重解析、地盤強度予測他
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MH海洋産出試験手法案の抽出
1. 坑井基本計画の予備的検討
2. 南海トラフにおけるリグ位置保持方法の予備的検討
3. MH陸上産出試験作業(Mallik 2002)のレビュー
4. MH海洋産出試験手法案の抽出に係る前提条件
5. 産出試験手法案の設計要素の検討
6. 産出試験手法案の検討（3つのコンセプトカテゴリー）¾カテゴリー１：1stキャンペーンに適合する手法¾カテゴリー２：2ndキャンペーンの対象となり得る手法¾カテゴリー３：本格生産手法又はユニークな手法

7. 手法案のまとめ
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坑井基本計画の予備的検討（1/2）
 検討の目的： 前提条件：• 要素作業の基本的把握• 全体作業イメージの把握• 検討事項の漏れを抽出･整理• 今後の課題･提案の抽出• フェーズ２産出試験– 段階的アプローチ– 1stキャンペーン
– 2ndキャンペーン

• 現実的制約条件– 環境安全– 費用規模– 使用技術･設備• 本坑井計画の特殊性– 水深 vs レザバー深度– 強潮流– 浅部水平井– ジオハザード
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坑井基本計画の予備的検討（2/2）
1stキャンペーン

 2ndキャンペーン

• フェーズ１成果の評価結果に基づき実施• 実施時期–MH21フェーズ２前半• 実施海域–東海沖～熊野灘（H15基礎試錐海域）• 水深–1,000～2,000m• 坑井概要–垂直井（単独）を基本• 坑口装置–18-3/4”ウェルヘッド

•1stキャンペーンの評価結果に基づき実施•実施時期–MH21フェーズ２後半•実施海域–東海沖～熊野灘（H15基礎試錐海域）•水深–1,000～2,000m•坑井概要–特に前提なし•坑口装置–18-3/4”ウェルヘッド

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南海トラフにおけるリグ位置保持方法の予備的検討
 検討の目的：• 将来策定すべき我が国周辺での大水深位置保持基準･ポリシーの事前準備– 主にダイナミックポジショニングとDSTとの関係
 前提条件：• 技術動向調査で調べる各国･各社の規制･ポリシー• 日本（南海トラフ）の環境条件– 潮流・台風・漁業活動、等

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MH海洋産出試験手法案の抽出に係る前提条件－設計基礎
Current Speed (knot)
00.5

1.0

Current Speed (knot)

1.5

2.000.5

1.0

1.5

2.0

250

250
50%

1%

Water Depth (m)Water Depth (m)10%Maximum

500

50%

1%

10%

Maximum

500

Temperature (Deg.C)
05101520750

750

Feb.

Nov.

1000

1000

250

Water Depth (m)Statistical Current Profile Examples
400

500

Water depth (m)

750

600
3 deg.C/100m

800
1000

6 deg.C/100m

1200
1400
1600

1000

Seawater Temperature
Profile Examples

1800

0100

200

300

400

500

BSR depth below sea bottom (m)The Research Consortium for Methane Hydrate Resources in Japan5産出試験手法案の設計要素の検討
1. 坑井の形式• 垂直井、水平坑井、マルチラテラル井、傾斜井、Ｊ型水平坑井、複数坑井

2. 減圧手法• 水頭圧、ＥＳＰ、ＰＣＰ、ジェットポンプ、ガスリフト

3. 熱刺激手法• 高温流体、循環、圧入、Huff & Puff、電熱式、地下燃焼

4. 化学的刺激• メタノール、グリコール、塩類、低濃度インヒビター、二酸化炭素

5. 循環･圧入等流路• ＣＴ、デュアルストリング、ライザー付属管、高圧ホース、パイプ設置深度の影響

6. レザバー内流路• MH層、フリーガス/水層（分解フロント拡張方法）

7. テストストリング• 複雑な編成（高機能）vs. 単純な編成（高信頼性）、サブシーシステム、計測･データ取得手法

8. トラブル対策• ハイドレート再生成防止、坑口周辺へのガス噴出防止、レザバーの保持対策、出砂対策、出水対策
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産出試験手法案の検討（3カテゴリー）
産出試験手法案の検討（カテゴリー１）• 1stキャンペーンに適合する手法• 15件
産出試験手法案の検討（カテゴリー２）• 2ndキャンペーンの対象となり得る手法• 12件
産出試験手法案の検討（カテゴリー３）• 本格生産手法又はユニークな手法• 4件

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6

手法案(カテゴリー１) 3)ジェットポンプ減圧法（ライザー付属管）《流体圧による坑内ポンプ駆動による減圧》
 利点• 流体圧による動力でテスト管内を減圧• ジェットポンプの駆動により発生する熱をレザバーの熱刺激に利用することも可能（ジェットポンプ設置位置による） 問題点• ライザー付属管流用の問題• 流体により発生させ得るエネルギーの限界

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手法案(カテゴリー１)

7)循環法（ライザー付属管）《ライザー付属管を通した熱刺激流体循環手法》
 利点• 追加設備が不要（付属管のインシュレーションが必要となる可能性大） 問題点• ライザー付属管流用の問題• 坑口周辺地層が熱せられる問題• 熱損失が大きい• 減圧は出来ない
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手法案(カテゴリー１)12)ダウンホールヒーター熱刺激法《電力式ダウンホールヒー
ターによる熱刺激手法》
 利点

Electrical Cable

Produced FluidMarine Riser• 水中のエネルギー損失が少ない
 問題点

BOP StackPacker• 新たな機器開発が必要• 追加発電設備が必要？
• 電力ケーブルのハンドリング
及び緊急離脱前後のケーブ
ル脱着の問題• レザバー内への熱伝達の問
題Electrical Heater

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手法案(カテゴリー１) 15)ガスリフト＆熱刺激法（デュアルボアストリング＆コイルドチュービング）《デュアルボアストリング⇒熱刺激流体循環》《コイルドチュービング⇒
ガスリフト》
 利点• 熱刺激と減圧を独立して制御• CTによる作業の柔軟性• 比較的低い熱損失
 問題点• システムの複雑化• CTをSSTT以深に下げる問題点

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手法案(カテゴリー２) 4 )圧入井＆産出井(水平坑井)

Produced Fluid《ライザー付属管と２坑の水平井⇒熱刺激流体圧入＆産出》

Injected Fluid (Hot)Marine Riser 利点• 効果的な分解フロント拡張• フリーガス/水層の利用

SubseaPipeline
BOP Stack 問題点

HYDRATE
PackerBSR• ライザー付属管～圧入井へのポンプの問題点• 熱損失の大きさ• 水平井掘削の技術的･経済的問題点

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手法案(カテゴリー２)5)J型水平坑井《J型坑井を利用した産出試験手法》
 利点• 坑口支持力及び坑口周辺への噴出の問題の軽減• ケーシングシュー強度の向上
 問題点• 掘削作業の困難さ（未固結層での大きな増角、減角）

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手法案(カテゴリー２)7)誘導電熱（水平坑井）《水平坑井で誘導電熱方式により熱刺激を与える手法》
利点•水中のエネルギー損失が少ない•より多量の産出が期待できる
問題点•新たな機器開発が必要•追加発電設備が必要？
•電力ケーブルのハンドリング及び緊急離脱前後のケーブル脱着の問題•レザバー内への熱伝達の問題
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手法案(カテゴリー２) 10) 水圧破砕（MH層）《MH層を水圧破砕してレザバー内流路を確保する手法》
 利点• 刺激手段のレザバー内浸
透により分解フロントを飛躍的に拡大できる• 分解ガスの産出井への流路の確保
 問題点• MH層の水圧破砕の可能性は全く不明• 周辺地層･海底へ導通する可能性が高い• 水中熱損失
The Research Consortium for Methane Hydrate Resources in Japan10手法案(カテゴリー３)

1) 水平坑井単独仕上げ《段階的に循環流路を変える手法》
 初期• 坑内での熱刺激流体循環• ケーシング周辺のMHを分解･産出 その後• 産出ストリング下部パッカー部のボールバルブを密閉• 熱刺激流体をレザバー内を通して循環• レザバー内部のMHを分解･産出
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産出試験手法案のまとめ
 全般的留意点

 今後の要検討事項• 本格的生産手法との関係• 単純化• 段階的解明• 作業ロジスティクス
 1stキャンペーンの留意点• 基本デザイン• 問題への柔軟性• 海洋産出試験の設計基礎の確
立• 先端大水深産出試験技術レベ
ルのフォロー･把握• 海洋産出試験作業の概念的ス
コープ（費用･計画）の考え方

 2ndキャンペーンの留意点• トラブル対策の追求• 新規技術･分解促進手法の開発
The Research Consortium for Methane Hydrate Resources in Japan11坑内温度･圧力ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑWhiteCoal_Tの新機能案一覧

1)仕上げ後の形状
2)産出試験法2)-1ポンプ減圧法2)-2ガスリフト減圧法
2)-3専用ライン減圧法
1)2)-4各種流体による熱刺激法2)-5ハフ＆パフ熱刺激法2)-6ダウンホールヒーター熱刺激法2)-7二坑井による熱刺激法

MSL2)-32)-2b2)-2aML7)3)地層内MH分解3)-1簡易分解モデル3)-2詳細分解モデル3)-3インターフェイスモデル
4)地層内流動4)-1本坑井内部の分解部での流動
4)-2別坑井からの流動
5)坑内フローラインの流動
5)-1気液二相上昇流5)-2単相下降流
6)MH再生成モデル
7)地上装置2)-75)-26)

MSL2)-42)-5ML5)-12)-12)-64)-13)-1, 24)-2MH Reservoir

新WhiteCoal_T必要機能案（その1）3)-3MH Reservoir

新WhiteCoal_T必要機能案（その2）The Research Consortium for Methane Hydrate Resources in Japan「フェーズ２海洋産出試験準備」全体計画
平成14年度

平成15年度

平成16年度

平成17年度

平成18年度

準備･基礎構築期間
方針決定期間
技術開発期間
技術動向調査MH海洋産出試験に関係する技術

海洋産出試験計画
試験手法案の抽出･評価
試験手法案の選定
試験試験の基本･詳細計画立案
必要な要素技術の設計
必要な要素技術の製作･評価

坑内温度･圧力ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ技術
開発計画検討
事前評価
基本設計･詳細設計･製作
評価

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12

平成15年度研究開発概要
 設計基礎の確立• フェーズ２海洋産出試験の目的、前提条件等の基本的事項についてコンソーシアムの共通認識を確立– 中間報告会、ワークショップなどの場を利用
 特記される技術･作業項目の詳細調査･検討• ウェルボアコンストラクション– ウェルボアスタビリティー– コンダクター挙動• 掘削リグ位置保持– 産出試験中の緊急離脱• 産出試験
– ハイドレート再生成防止、その他のトラブル防止– 最適なレザバー刺激手法• 坑内温度･圧力シミュレーション技術開発項目の評価と具体的計画
The Research Consortium for Methane Hydrate Resources in Japan13