MH21研究コンソーシアム
平成17年度成果報告

生産手法開発グループリーダ
産総研 成田英夫
Research Consortium for Methane Hydrate Resources in Japanこれまでの研究開発
 生産手法開発グループの使命は、わが国周辺海域のMH資源を対象に経済性のある生産手法を開発すること。フェーズⅠでは、貯留層特性にたいする生産手法と生産性の関係を明らかにし、海洋産出試験における生産手法を提示すること。
z MH堆積層原位置条件における基礎物性、分解特性測定の基盤技術の確立
z 天然のMH堆積物を再現する模擬MH堆積物の製造技術確立
z 特徴的なMH貯留層特性と分解特性を組み込んだ、開発生産専用の生産シミュレータの開発
z 各種分解手法の開発と生産性・生産特性評価
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基礎試錐「東海沖〜熊野灘」以降の取り組み
 基礎試錐「東海沖〜熊野灘」において、メタンハイドレー

トは、タービダイト起源の砂泥互層の砂層中に卓越して胚胎していることが判明。
z 当該形態の貯留層に対する開発可能性の評価を早急に着手する必要性が生じた。
z 当該地層の貯留層特性、分解特性、生産性について解析・評価する取り組みに研究開発を集中化、重点化。
z あわせて、陸上産出試験計画の策定と実施についても、我が国周辺海域のメタンハイドレート資源開発により一層資するための生産手法を適用し、その生産挙動の検証と生産技術の実証を図るべく、生産手法の検討を加速化。
Research Consortium for Methane Hydrate Resources in Japan平成17年度の重点課題① 基礎試錐コアを用いた物性試験結果解析に基づく貯留層データの整備。
② 砂泥互層を対象とした海洋産出試験に対する生産手法、生産条件の評価。
③ 減圧法の分解挙動評価とシミュレータによる相互検証および加熱併用法、浸透率改善法の開発。
④ コア物性値及び分解挙動解析結果を導入した計算モジュールの開発と、専用シミュレータの計算機能の付加・高度化。
⑤ 海洋産出試験計画策定に資する陸上産出試験生産手法の提示と生産挙動の事前評価。
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本日の報告内容① 生産手法開発Gの研究の進め方② 基礎試錐コアを用いた研究
z 基礎物性z 分解特性
z 生産性予測③ 今後の課題とスケジュール

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MH層からの天然ガス生産の特徴
 掘削だけでは自噴しない。
 分解時に外部から熱を吸収
 分解によって堆積層の骨格構造が変化
z これに伴い、浸透率、熱伝導率、強度など生産手法・生産条件の設定に必要なパラメータが、刻々変化する。
従来の天然ガス生産技術がそのまま適用できない。
地層の特性と分解挙動を把握しながら実施
z 生産手法開発グループの最終目標は、地層特性に最適な生産手法・生産条件を開発すること。
z 安全・確実→実証経験の蓄積→経済性の確保

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研究項目と実施スキーム
堆積層態様解明

分解採収手法の開発

基礎物性、機械的特性
堆積物砂質性状、骨格構造 、孔隙分布
相平衡、密度 、
比熱 ガス密度、結晶型、
熱伝導率、電気抵抗率 、弾性波特性
分解熱、弾性係数 、誘電率浸透率
弾性係数、圧密係数 、圧縮強度等

生産手法の評価
新手法の開発室内産出試験
分解採収法総合評価

特性値の把握シミュレータ用パラメータ
分解方法の検討

生産シミュレータ開発

コア試験

改良・機能強化モジュール開発

基礎試錐コア、模擬MH堆積物

モデリング
分解挙動の解明

シミュレータの検証

現象の把握、計算モデル

動特性、モデル化
分解速度、流動・伝熱
機械的特性の変化
現象のモデリング現象の可視化陸上産出試験
資源量評価G

開発対象地層情報

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海洋産出試験
方法の選定と評価

生産手法開発分野のフェーズⅠ研究フロー
堆積層態様解明
基礎物性コア試験

堆積層分解挙動解明
分解特性コア試験

分解採収手法開発
分解法の評価基礎物性の解析と
モ デ ル 化 ・定 式 化

分解挙動の把握と
モ デ ル 化 ・定 式 化

コア試験に よる
生産性の評価熱伝導 浸透率 圧密
強 度 比 熱 ・分 解 熱孔隙率 MH飽和率等

氷生成 MH 再生成 分解
進行過程 骨格構造変化
出水・出砂挙動等

減圧法 坑井加熱法 温
水 圧 入 法 イン ヒビ タ注 入法 併用法 新手法

貯 留 層 パ ラ メー タ整 備

分解挙動モデルの組み込み

比 較 ・検 証 に よ る
信頼性確保

生 産 シ ミュ レ ー タ M H21HYD R ES の 開 発
基 礎 物 性 計 算 ・分 解 挙 動 計 算 等 組 み 込 み 高 速 化 そ の 他 改 良

陸 上 試 験 による検 証 と改 良

信 頼 性 の あ る 生 産 シ ミュレータの 完 成

分解採収手法開発

経済性評価

開 発 対 象 層 の 生 産 手 法 に 応 じた生 産 レ ー ト生産 プロファイル 回収 率 エ ネ ル ギ ー効 率等 予測

海上産出試験手法の提示

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生産手法開発・H17実施体制
グループリーダー
産総研 メタンハイドレート研究ラボ ラボ長 成田英夫
サブリーダー
東京大学大学院 工学研究科 助教授 増田昌敬

物性動特性サブグループ

生産シミュレータ開発サブグループ

サブグループリーダー
産総研メタンハイドレート研究ラボ
副研究ラボ長 海老沼孝郎

サブグループリーダー
産総研メタンハイドレート研究ラボ
副研究ラボ長 山口 勉

＜連携企業＞
東京ガス（株）日本オイルエンジニアリング（株）
応用地質（株）（社）日本エネルギー学会（財）応用光学研究所
日本海洋掘削（株）
鹿島建設（株）＜連携大学＞
大阪大学大学院基礎工学研究科 大垣研究室
山口大学工学部 兵動研究室
九州大学大学院工学研究院 佐々木研究室
東北大学大学院工学研究科 榎本研究室
英国ケンブリッジ大学工学部 Soga研究室＜連携企業＞
東京ガス（株）日本オイルエンジニアリング（株）
西日本技術開発（株）（株）現代企画社
地熱技術開発（株）＜連携大学＞
東京大学大学院工学研究科 増田研究室
東京大学大学院工学研究科 佐藤研究室
北海道大学大学院工学研究科 大賀研究室

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基礎試錐コア物性試験結果
z 砂層熱伝導率：平均的に1.56W/mK（at10℃、z 泥層強度：最大軸差応力は2.510MPa）、ハイドレート飽和率の増加に従い低下。 MPa程度 、シルト質を含むと約3.5MPa。
z 泥層熱伝導率：約1.15W/mKで温度依存性小。
z 砂層絶対浸透率（垂直方向）：試料により、数md  物性に対する砂層中細粒砂の影響評価等が今後必要。
〜数100mdと大きな差を有し、孔隙中の細粒砂の粒径分布と含有量が影響。
z 浸透率に異方性を確認：薄い葉理を含む部分の絶対浸透率については、垂直方向55mdにたいし、水平方向では224mdと4倍程度の差。
z 砂層有効水浸透率（垂直方向）：飽和率依存性を確認。飽和率が高いほど低い。
z 泥層絶対浸透率：数μd（定常法）〜0.7md（ﾄﾗﾝ基礎試錐コアの絶対浸透率測定例ｼﾞｪﾝﾄﾊﾟﾙｽ法）
z シルト〜泥層、半遠洋性泥質層絶対浸透率：1.18md及び32μｄ程度。
z 砂層強度：最大軸差応力3.52（Sh：0%）〜6.1MPa（Sh：37%） MH飽和率の減少に伴い低下。
z 砂層弾性係数（E50）：139〜369 MPaであり、泥層境界に近い砂層（左）と細粒砂層の内部構造（右）MH飽和率の減少に伴い低下。
（スケールバーは100μm）
1000

Permeability (m2)1.0x10-12

T o k a i- o k i

1.0x10-13100

1.0x10-1410

1.0x10-15

10.1

1.0x10-16

A bsolut e perm eabilit y

1.0x10-17

0.01820

840860880

900

A verage D epth (m B P R )Research Consortium for Methane Hydrate Resources in Japan920

基礎試錐コアの分解特性試験結果#050609

12251020815100Pressure difference (MPa)/min
ガス生産速度定数k'0 .0 2406080

100

Downstream Pressure, MPa

41200001234減圧度

56MPa

減圧度と生産速度の関係

7880

100120#050609

10.8
0.6
0.4
0.2

020406080

100

Cumulative Gas Production, NL

Cumulative Water Flow, L

60

0.6120

Cumulative Gas Production, NL

0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0020406080

100120Time, min

温水圧入実験におけるコア温度、圧力、ガス生産量推移

321減圧法における坑井加熱の効果

0040#050609Cumulative Water Production, L
Cumulative Water Injection, L

Water 40 degCWater 20 degC
MeOH 40 degC
MeOH 20 degC

420Time, minTime, min

50 .0 420

Upstream Pressure, MPa

21.20 .10 .0 606Time, min

60 .0 8Upstream Temperature, ℃
Downstream Temperature, ℃

50

模 擬 堆 積 物 (12.5 ℃ )基 礎 試 錐 試 料 (7MPa)
基 礎 試 錐 試 料 (6MPa)
基 礎 試 錐 試 料 (5MPa)
基 礎 試 錐 試 料 (5MPa)
基 礎 試 錐 試 料 (4MPa)
基 礎 試 錐 試 料 (3MPa)

Pressure, MPaTemperature, ℃

減圧法では、減圧度の増加に従いガス生産量が増大。
減圧・加熱併用法では、減圧度および端面加熱温度が大きくなるほど生産ガス量が著しく上昇。
インヒビタ圧入法は、下流域におけるメタンハイドレート再生成による閉塞を抑制。
温水圧入法では、温水のブレークスルー後に生産量が増大。

#05060930-50050100150200250300350

Elapsed time (min)インヒビタの圧入圧力低減効果

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生産シミュレータによる減圧法の生産性予測
南海トラフ海域の生産性評価、陸上産出試験の事前予測などを実施
貯留層温度と浸透率が生産性に大きく関わる因子であることが判明。
基礎試錐域、Mallikの特定層の浸透率、温度は減圧法の適用範囲。
それにも増して泥層および上下層の南海トラフの典型的なMH貯留層におけるガス生産挙動予測結果
熱供給性が高いことが判明。
高いエネルギー効率も期待できるため、わが国周辺海域のMH資源の生産手法として減圧法が適当と判断。
南海トラフのMH貯留層において、減C層圧法を適用した場合の生産性を坑B 層
B層井数などを因子とした感度分析を実A層施。
陸上産出試験手法として、減圧法の試験挙動予測結果例適用を提案。
（各貯留層MHゾーンのfull perforationを仮定）
Research Consortium for Methane Hydrate Resources in Japan今後の取り組み（砂泥層性状解析、減圧時挙動の詳細解析）
上部層（泥層）

砂層部上部

砂層部中間部

新たな研究開発課題
・物性への細粒砂の影響解明
・砂泥互層貯留層特性モデル
・出砂特性、圧密特性の取得
・砂泥界面の特性・現象解明
・減圧法対応の詳細分解挙動モデル
・砂泥互層対応の計算ルーチン

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砂層部下部下部層（泥層）

〜2005（17FY）
生産手法開発における今後のスケジュール

2006（18FY）

堆積層態様の解明
基礎試錐コアの物性解析・評価
・原位置条件下で基礎物性などを測定
・細粒砂の影響評価などが今後の課題

・基礎試錐コア物性の統一的解釈

2007（19FY）2008（20FY）

海洋産出試験貯留層モデルの構築
・砂泥互層の貯留層特性取りまとめ

堆積層分解挙動の解明
基礎試錐コアの減圧法を主とした分解挙動モデル構築
分解挙動解析
・減圧法は、周囲からの熱移動で分解ｊの進行を確認
・分解時、ガスと共に砂と水の流出を確認

・減圧法の分解挙動解明
・砂泥界面の流動・伝熱・力学特性の解析

・圧密／浸透率等の各種計算部の付加
・出水レート、出砂レート、孔隙内氷生成速度、MH再生成速度評価計算ルーチンの付加

分解・採収手法の開発
陸上産出試験の生産手法提示と中間・最終評価
・試錐域生産性評価
・陸上産出試験手法として減圧法を提示

貯留層特性の明確化のための海洋産
出試験事前評価用
パラメータ整備

貯留層モデル（特性のパッケージ）の導入
砂泥互層減圧法適用時の貯留層挙動の総合的評価

分解挙動モデルの導入

生産シミュレータ開発
砂泥互層対応計算
減圧法に対応した計算機能の付加
モジュール等開発
・砂泥互層の圧密特性、浸透率特性を定式化
・コア試験結果との相互検証により改良

最終目標

砂泥互層の生産挙動を記述するモ
ジュール及び専用シミュレータの完成

・陸上産出試験
結果の反映

海洋産出試験候補 砂泥互層に対する域の生産性検討 生産特性評価

・砂泥互層を対象とするコア分解試験
・陸上産出試験の生産レート、生産プロファ
イル、エネルギー効率評価

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