新たな国産エネルギー資源への期待メタンハイド …1 新たな国産エネルギー資源への期待メタンハイドレートの研究開発の現状と展望

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新たな国産エネルギー資源への期待メタンハイドレートの研究開発の現状と展望

東京大学・大学院工学系研究科

エネルギー・資源フロンティアセンター

准教授増田昌敬

（MH21研究コンソーシアムプロジェクトリーダー）

第325回「サロン・ド・エナ」 @ エンジニアリング振興協会（2010.4.21）

増田昌敬「新たな国産エネルギー資源への期待－ＭＨ研究開発の現状と展望」（サロンド・エナ，2010年4月21日） 2

1. はじめに

(1) 国内外のエネルギー需給の現状

(2) エネルギー資源としてのメタンハイドレートへの期待

2. ＭＨ資源開発研究の現状

(1) ＭＨ２１研究コンソーシアム・フェーズ１の研究成果

(2) フェーズ２の体制と研究目標

3. フェーズ２における主要な技術課題

4. 海洋ガス産出試験へ向けた研究

5. 米国でのＭＨ資源開発研究の動向

6. 講演の総括

講演内容

3

１. はじめに


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Coal

Hydroelectricity

Nuclear Energy

Natural Gas

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世界の一次エネルギー消費量

世界の一次エネルギー消費量の伸び（石油換算トン）とそのエネルギー構成

出典統計データ： BP Statistical Review of World Energy June 2009 (http://www.bp.com/)

• 世界の一次エネルギーの消費は年々増加を続けている（2000年以降の一次エネルギー消費量の伸び率は約2.5%/年）

• 現在は石油換算で約113億トン（約473,000PJ, 風力・バイオマス等を除く）を世界で消費している

• エネルギー構成では，石油・天然ガスは約60%のエネルギー供給を担う

石油 34.8 %

天然ガス 24.1 %

原子力5.5 %

石炭 29.2 % 水力6.4 %

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WEO2009のエネルギー需要予測（基準シナリオ）

（出典） World Energy Outlook 2009 (IEA)

温暖化抑制政策が合意・実施されない場合は，2030年までに世界のエネルギー需要は現在から40％増加して，石油換算で約168億トンになる


世界のエネルギー問題[1]増加するエネルギー需要

World primary energy demand by region in the Reference Scenario

（出典） IEA (2009)

世界の人口増加・経済成長 → エネルギー消費量の増加

ＷＥＯ２００９（IEA）の基準シナリオでは，２０３０年までに世界のエネルギー消費量は現在から４０％増加して，石油換算で約1６８億トンに至る

この伸びの93%は非OECD諸国に因る。特に，中国とインドのシェアは63%まで増加

持続可能な発展のために，エネルギーの供給量は増える


世界のエネルギー問題[2]増加するCO2排出量


エネルギー関連のCO2排出量増加は，すべて非OECD諸国による

石油・天然ガス・石炭等の化石燃料の量はある

エネルギー消費量の増加 → CO2排出量の増加

エネルギーに関連したCO2排出量は，年間288億トン（2007年）から，345億トン（2020年）， 402億トン（2030年）と約40%増加

エネルギー以外も含めた全CO2排出量は，424億トン（2005年）から565億トン（2030年）と約33%増加

非OECD諸国の発展のためには，世界的な対策が必要


世界のエネルギー問題[3]エネルギー安全保障


中国・インドでの石油輸入量の増大 → エネルギー価格の上昇

中国が2025年直後に米国を抜いて世界最大の石油・ガス輸入国に

インドが2020年直後に日本を抜いて世界第3位の石油・ガス輸入国に

ロシアや中東などの炭化水素資源が豊富な国の市場支配力・価格影響

力が高まり，新たなエネルギー安全保障問題が発生


日本のエネルギー問題

エネルギー安全保障

国産のエネルギー資源を確保する

温室効果ガス排出量の削減（２０２０年までに１９９０年比で２５％減らす中期目標）

クリーンエネルギーの供給量を増やす

現在のエネルギー自給率

16.3％（原子力を国産とみる場合）

6.6％（原子力を輸入とみる場合）

現在のエネルギー総供給構成比

石油47％，石炭21.3％，天然ガス16.3％，原子力9.7％，水力2.7％，その他の再生可能・未活用エネルギー3.0％

約63％のエネルギー供給を担う石油・天然ガスの殆どを輸入


メタンハイドレート（MH）とは？

メタンハイドレート：低温高圧の環境で安定に存在するメタンの水和物

（水がメタン分子を取り囲んだ固体結晶）

見かけは氷と似ている

圧力を下げるか，または温度を上げると，メタンガスと水に分解

(1) 実験室で水とメタンから作った人工のＭＨ粉末をシャーレに注ぐと，ＭＨは分解し始める

(2) 火を近づける (3) ＭＨ分解により発生したメタンガスに着火し，燃え始める


メタンハイドレート（MH）とは？

(4) ＭＨから分解するメタンの燃焼反応が継続し，徐々にＭＨ粉末は消失していく

molkJHlOHgCOOgCH r /891);(2)(2)( 2224 −=Δ+→+ o

(5) ＭＨが燃えた後には純水だけが残る

燃える氷：

メタン分子を含む氷のようなもの

メタン 164 m3

水 0.8 kL

ＭＨ 1 m3

分解


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Low

High

Ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ

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Offshore MH

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185 – 443 Tm3

1000 – 5000Tm3

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天然ガス資源の究極資源量

• 在来型天然ガス

– 究極可採資源量：443兆m3

– 2008年末の確認埋蔵量（R）： 185兆m3

– 2008年の天然ガス生産量（P）： 3.06兆m3

– R/P (供給可能年数) = 約60年

メタンハイドレート：低温高圧の環境で安定に存在するメタンの水和物（固体結晶）

低温・高圧の条件下では，水分子の水素結合が強くなり，水分子の作るクラスター（かご）構造の中にメタン分子が捕獲されて存在する

海域のメタンハイドレートから10%のメタンをエネルギーとして取り出して利用可能になれば，34～170年分の天然ガスの供給が可能になる

世界の海域には，膨大な量（1000～5000 兆m3 ）のメタンガスを含むメタンハイドレートが存在

未来の燃料資源メタンハイドレート

天然ガス資源のフロンティア：メタンハイドレート


地層の孔隙内に、高圧低温の条件下でメタンと水が存在すれば，メタンハイドレートが必ず賦存している

海底面下にメタンハイドレートは安定に存在する

メタン供給源

海底面

地層内のメタン移動

ハイドレートが安定に存在できる温度・圧力領域

ハイドレートの濃集帯

岩相による浸透率バリア

メタン供給源

海底面

地層内のメタン移動

ハイドレートが安定に存在できる温度・圧力領域

ハイドレートの濃集帯

岩相による浸透率バリア

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Temperature, K

海底面

海水温度相境界線 Lw-H-V（P-T図より計算）

BGHS

地温勾配

ハイドレートが安定に存在する深度

海底下の地層水深が深いほど高圧

海水の温度２～５℃と低温

水深１０００ｍ程度では，海底下０～３００ｍの間にハイドレートの安定存在領域がある







メタン・水混合物の相図（水リッチの場合）


砂泥互層の砂層に存在するメタンハイドレート

砂泥互層砂層と泥層が交互に堆積している地層

砂層の充填型メタンハイドレート※ MH21コンソーシアム

提供MH Bearing zone

BSR

MH Bearing zone

Log response of METI Well“Offshore Tokai to Kumano”Log response of METI Well“Offshore Tokai to Kumano”

800

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850m

875m

RtGR

砂層

泥層

露出した砂泥互層（千葉県茂原市）

東部南海トラフ海域では，メタンハイドレートが砂泥互層の砂層に胚胎する

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２. メタンハイドレート資源開発研究の現状

(1) ＭＨ２１研究コンソーシアム・フェーズ１の研究成果


• 出所：石油公団他（２０００）

日本の海域MHが資源として注目され始めるKrason （1992）：万国地質学会（京都）で，日本近海に4,200億～4兆2,000億m3の天然ガスがハイドレートとして存在すると研究発表

松本良・奥田義久・青木豊（1994）：「メタンハイドレート - 21世紀の巨大天然ガス資源」(日経サイエンス社)

佐藤幹夫ほか（1996）：地質学会誌で，ＢＳＲ分布からＭＨに含まれるメタン資源量を発表当時の国内天然ガス消費量の2桁大きい値

「我が国のＭＨ開発計画」フェーズ１

日本のメタンハイドレート資源開発研究

（図の出所） MH21研究コンソーシアムHP: http://www.mh21japan.gr.jp/

共同研究「ＭＨ開発技術」石油公団と民間会社他10社との研究

コアサンプラー（PTCS）等を開発

1999年基礎試錐「南海トラフ」静岡県御前崎沖合約50km，水深945mの地点でＭＨ層を掘削。ＭＨを含む地層のコアを採取

1995～2000年

2001～2008年


【基本方針】

我が国周辺に相当量の賦存が期待されているメタンハイドレートについて、将来のエネルギー資源として位置付

け、その利用に向け、経済的に掘削・生産回収するための技術開発を推進し、エネルギーの長期安定供給確保に

資する。

【目標】

１．日本周辺海域におけるメタンハイドレートの賦存状況と特性の明確化

２．有望メタンハイドレート賦存海域のメタンガス賦存量の推定

３．有望賦存海域からのメタンハイドレート資源フィールドの選択、並びにその経済性の検討

４．選択されたメタンハイドレート資源フィールドでの海洋産出試験の実施

５．商業的産出のための技術の整備

６．環境保全に配慮した開発システムの確立

【研究開発期間（3段階のアプローチを設定）】

○ フェーズ１（2001～2008年度）

目標１，２，３の達成

○ フェーズ２（2009～2015年度）

目標４の達成［我が国近海での海洋産出試験の実施］

○ フェーズ３（2016～2018年度）

目標5，6の達成［最終目標：メタンハイドレート商業的産出のための技術の整備］

我が国におけるＭＨ開発計画（経済産業省）

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我が国におけるＭＨ開発計画（経済産業省）

（出所）経済産業省ＨＰ「海洋エネルギー・鉱物資源開発計画」参考資料１： http://www.meti.go.jp/report/data/g90324aj.html

フェーズ１フェーズ２フェーズ３


ＭＨ開発計画（フェーズ１）の研究成果［１］

1. 東部南海トラフ海域において，開発可能性が高いＭＨ濃集帯の確認

海底下の地層中にＭＨが高飽和率で存在する濃集帯を世界で初めて確認

2. ＭＨ濃集帯の地震探査による探査手法の確立

３次元物理探査を用いたＭＨ濃集帯検知技術を世界で初めて確立



ＭＨ開発計画（フェーズ１）の研究成果［２］

3. 東部南海トラフ海域ＭＨ原始資源量の評価地震探査や掘削調査（基礎試錐）のコア分析・検層等の結果から，確率論的に計算

ＭＨ層のメタン原始資源量：約1.1兆m3（うち濃集帯に5739億m3）

原始資源量5739億m3は，2008年国内ガス消費量 937億m3の約6年分に相当する

※ 東部南海トラフ海域のBSR分布面積は約5,000km2であるのに対して，日本周辺海域には，ＭＨ濃集帯を示唆する特徴を持つBSR分布面積が約61,000 km2推定される

（表の出所） MH21研究コンソーシアムHP: http://www.mh21japan.gr.jp/


ＭＨ開発計画（フェーズ１）の研究成果［３］

4. 研究基盤技術群の整備ＭＨの物性，地層内でのＭＨ分解挙動を測定する室内実験機器・手法を確立

地層変形シミュレータ等の環境影響評価に寄与する基盤ツールを開発

5. 貯留層シミュレータ（MH21-HYDRES）の開発室内実験や陸上産出試験の結果との比較・検証を重ねて，フィールドレベルでＭＨ層からのメタンガスの生産挙動を予測可能なコンピュータプログラムを開発

（図・写真の出所） MH21研究コンソーシアムHP: http://www.mh21japan.gr.jp/

Ｘ線ＣＴ装置によるＭＨ分解実験 MH21-HYDRESの概念


貯留層シミュレータ MH21‐HYDRES

プロトタイプシミュレータ

ガスメタンハイドレート

コア実験定温閉境界

減圧生産

定温閉境界

定圧境界

専用シミュレータ

上部層

ハイドレート層

熱

熱

水平坑井

フルフィード

改良機能強化

改良機能強化

理論式・実験式に基づく物理現象のモデル化

EOS/相挙動/相特性

分解実験との比較によるシミュレータの検証




東京大学

JOE

理論･実験に基づく要素モジュールの開発

圧密/浸透率/相対浸透率

模擬MHコアを用いた分解実験

減圧法，端点加熱法，温水圧入法など





産総研




減圧生産

定温閉境界

定圧境界


上部層


熱

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水平坑井

フルフィード

改良機能強化

改良機能強化







東京大学

JOE









産総研




減圧生産

定温閉境界

定圧境界


上部層


熱

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水平坑井

フルフィード

改良機能強化

改良機能強化







東京大学

JOE









産総研

メタンハイドレート層からのメタンガスの生産挙動を予測するコンピュータプログラム（専用シミュレータ：MH21-HYDRES）

シミュレータを用いた計算的研究でメタンハイドレートフィールドからのガス生産挙動を予測し，その開発経済性評価，開発コンセプトの設計を行う

フィールドにおける生産性解析（栗原・増田他，メタンハイドレートフォーラム2007）より引用


ＭＨ開発計画（フェーズ１）の研究成果［４］

6. 陸上産出試験により減圧法の有効性をフィールドレベルで検証

2008年3月のカナダにおける生産試験で，永久凍土下のＭＨ層から，減圧法により6日間の連続ガス生産（累計ガス生産量13,000m3）に成功

ガスの生産レート： 2,000～4,000m3/日

減圧法＝坑井での減圧をＭＨ層内に伝播させて，ハイドレートの分解を促す方法

地熱がハイドレート分解エネルギーを供給

MHの分解領域

（左図の出所） MH21研究コンソーシアムHP: http://www.mh21japan.gr.jp/


減圧法によるガス生産の原理

減圧法＝坑井での減圧をＭＨ層内に伝播させて，ハイドレートの分解を促す方法

地熱がハイドレート分解エネルギーを供給


molkJHgCHlOHhydrateCHOH r /51);()(05.6)(05.6 4242 =Δ+→⋅ o

ＭＨの分解（吸熱反応）

MHの分解領域


Mackenzie Delta

Inuvik

Location ofProduction Test

カナダ・マッケンジーデルタでの減圧法実験

※ 詳細は，次の文献を参照

山本晃司・佐伯龍男, ＭＨ資源量評価と陸上産出試験, 石油技術協会誌，74(4), 2009, p.270-279.

永久凍土の地下深度約1,100mの地層内に存在するＭＨを減圧分解させて，ガスを生産するフィールド実験


カナダ・マッケンジーデルタでの減圧法実験

（出所）経済産業省第1回「メタンハイドレート開発促進事業（フェーズ１終了時）」に関するプロジェクト評価（中間）検討会

参考資料５： http://www.meti.go.jp/policy/tech_evaluation/c00/C0000000H20/080926_meta/080926_meta.htm

Research Consortium for Methane Hydrate Resources in Japan

２００１２００２２００３２００４２００５２００６２００７２００８

第1回陸上産出試験

「初の火」に成功。温水循環法により5日間に約470m3のガス産出

を見る。

基礎試錐「東海沖～熊野灘」

東部南海トラフ海域のメタンハイドレートは砂泥互層中の砂の部分に存在することを確認

第2回陸上産出試験第1冬試験

減圧法により、12.5時間の減圧期間に約830m3の

ガス産出を見る。

第2回陸上産出試験第2冬試験

減圧法により、連続6日間のガ

ス産出に成功産出レート約2000～4000m3/日累計約13,000m3を産出

フィールド技術の開発・検証（陸上産出試験）

日、加、米、独、印五カ国共同研究

※ 安田優人（メタンハイドレートフォーラム2008, 6/18/2008）より引用


ＭＨ開発計画（フェーズ１）の研究成果［５］

7. 減圧法がＭＨ濃集帯の生産手法として有効であることを提唱

（図の出所） Kurihara et al. (OTC19382, 2008)

検層・弾性波探査のデータとコア分析結果から貯留層モデルを作成し，MH21-HYDRESで減圧法によるガス生産挙動をシミュレーション

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Rate-(Base Case) Rate-(SDR initial kw)Rate-(K x 1/10) Rate-(BHP = 4 MPa)Rate-(Good MH interval) Rate-(Re = 180 m)Cum-(Base Case) Cum-(SDR initial kw)Cum-(K x 1/10) Cum-(BHP = 4 MPa)Cum-(Good MH interval) Cum-(RE = 180 m)

106.48 m

Producer

120 m120 m

Methane HydrateReservoir

Lower Shale

Heat Flow（No Mass Flow）

Heat Flow（No Mass Flow）

100.00 m

Sea

No Mass or Heat Flow

Upper Shale

Depth 722.00 mSea Bottom

91.82 m

Depth 813.82 mDepth 813.82 m



No Massor Heat Flow

室内実験と数値シミュレーション結果の科学的データに基づいて提唱（世界で初めて提唱）


日本のＭＨ開発計画（フェーズ１）での研究成果

1. ３次元物理探査を用いたＭＨ濃集帯検知技術の確立

東部南海トラフ海域のＭＨ資源量評価

約1.1兆m3のメタン原始資源量（2007年国内ガス消費量の約12年分に相当する量）

2. ＭＨフィールドでのガス生産手法の検証

2008年3月のカナダにおける生産試験で，永久凍土下のＭＨ層から，減圧法により6日間の連続ガス生産（累計ガス生産量13,000m3）に成功

3. 貯留層シミュレータ（MH21-HYDRES）の開発

日本近海のＭＨ濃集帯に減圧法を適用した場合，経済的にもペイするだけの大きなガス生産量を期待できることを予測

4. 研究基盤技術群の整備

1. ＭＨコアの採取・分析技術，コア試験技術等

2. 海洋環境影響評価ツール等

(1) 日本周辺海域に賦存するＭＨが国産のエネルギー資源となり得る可能性が示された

(2) 基礎研究から応用研究への技術基盤が整った

30

２. 日本のメタンハイドレート資源開発研究の現状

(2) フェーズ２の組織と研究目標

31

ＭＨ資源開発計画（フェーズ２の研究体制）

（出所）経済産業省第16回メタンハイドレート開発実施検討会（平成21年7月8日）

配布資料７－１：フェーズ２における研究開発の実施体制と実施計画（http://www.mh21japan.gr.jp/pdf/phase2_2.pdf）


フェーズ２の研究目標とロードマップ

２００９ＦＹ２０１０２０１１２０１２２０１３２０１４２０１５

陸上産出試験

の検討

陸上産出試験

（アラスカなどを想定）

海洋産出試験

の準備

準備

（技術課題・試験環境の整備等）解析・準備

海洋産出試験

の実施

第１回

海洋産出試験

第２回

海洋産出試験

その他の研究開発

プロジェクト評価フェーズ２

中間評価

フェーズ２

最終評価

（表の出所）経済産業省第16回メタンハイドレート開発実施検討会（平成21年7月8日）

配布資料７－１：フェーズ２における研究開発の実施体制と実施計画（http://www.mh21japan.gr.jp/pdf/phase2_2.pdf）

① 海洋産出試験の実施による生産技術の実証と商業的産出のための技術課題の抽出

② 経済的かつ効率的な生産手法の提示

③ 我が国周辺海域でのメタンハイドレート賦存状況の把握

④ 海洋産出試験を通じた環境影響評価手法の提示

⑤ 我が国周辺海域のメタンハイドレートが安全かつ経済的に開発できる可能性の提示


Not to scale

RESERVES

PRODUCTION

PROSPECTIVERESOURCES

UNRECOVERABLE

UNRECOVERABLE

Range of Uncertainty

TO

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Project MaturitySub-classes

On Production

Approved for Development

Justified forDevelopment

Development Pending

Development Unclarifiedor On Hold

Developmentnot Viable

Prospect

Lead

Play

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MM

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CIA

L

発見の基準を満たすものが

発見資源

商業性の基準を満たすもの

が埋蔵量

埋蔵量

条件付資源量

想定資源量

2007年SPE新基準における資源量の定義・分類

原始

資源

量

発見

資源

量


Discovered IIP Undiscovered IIP

Recoverable

Unrecoverable

Recoverable

Unrecoverable

Commercial

PotentiallyCommercial

Sub-Commercial

Not to scale

RESERVES

PRODUCTION

PROSPECTIVERESOURCES

UNRECOVERABLE

UNRECOVERABLE

LowEstimate

BestEstimate

Range of Uncertainty

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PIIP

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IAL

Total Initially-in-Place (IIP)

原始資源量

発見資源量未発見資源量

可採

商業性あり

商業化の可能性あり

2007年SPE新基準における資源量の定義・分類

［原始資源量（IIP）］＝［生産量(Production)］＋［埋蔵量(Reserves)］＋［条件付き資源量(Contingent Resources)］＋［想定資源量(Prospective Resources)］＋［不可採資源量(Unrecoverable Resources)］


“ reasonable time frame” depends on the specific circumstances and varies according to the scope of the project.

Established through testing, sampling and/or logging the existence of a significant quantity of potentially moveable hydrocarbons.

Discovered（発見）

Commercial（商業性あり） – (埋蔵量)

• Meets evaluator’s economic criteria• No significant contingencies that would prevent development• Reasonable expectation that all internal/external approvals will be

forthcoming • Intent to initiate development within a reasonable time frame

発見資源・商業性ありの基準（2007年SPE新基準）

（出所） Midland Chapter SPE (Society of Petroleum Engineers): “SPE/WPC/AAPG/SPEE Petroleum Resources Management System, SPE Oil & Gas Reserves Committee (OGRC) Status Report”, April 25, 2007


Conventional Reservoirs

Tight GasSands

Gas Shales

Gas Hydrates

Heavy Oil

Bitumen

Oil Shale

Extra -Heavy Oil

CoalbedMethane

Increasing In-Place Volume

Pervasive over large areas and not significantly affected by current hydrodynamic influences, i.e. buoyancy of petroleum on water!

非在来型資源にもSPEの資源量分類は当てはめられる

Unconventional Reservoirs

在来型の貯留層に存在する資源

重質油タイトサンドガス

シェールガス超重質油

コールベッドメタンオイルサンド・ビチュメン

オイルシェール非在来型の存在形態で存在する資源ガスハイドレート

Unconventional Resources（非在来型資源）


ProbableProbable PossiblePossible

Contingent Resources

商業化生産

Prospective Resources

発見

資源商

業性

あり

商業

化の

前段

階

海洋産出試験による技術実証・ガスの生産

未発

見資

源

開発

プロジェクトの

実現

の尺

度

不確実性の尺度（左にいくほど，確度は高まる）

ProvedProved

メタンハイドレート開発研究の目標

想定資源量

条件付資源量

埋蔵量

フェーズ１研究の終了時点

フェーズ２研究の目標

確認推定予想

38

３. フェーズ２における主要な技術課題

39

フェーズ２の研究課題（実行計画P12、P14～P23）フェーズ２の研究課題（実行計画P12、P14～P23）

39

フェーズ２の目標フェーズ２の研究課題（Pは実行計画ページ）

①海洋産出試験の実施による生産技術の実証と商業的産出のための技術課題の抽出

1.フィールド開発技術に関する研究開発

陸域・海域での産出試験に取り組み、生産技術の実証、貯留層の分解挙動評価、

開発技術の検証などを実施する。また、大水深浅層に対応する技術開発のほか、

海洋開発システムの概念設計を行う。（P14）

② 経済的かつ効率的な生産手法の提示

2.生産手法開発に関する研究開発

メタンガスを大量・安定的に生産する複合生産手法（併用法）の開発、生産シミュ

レータ（MH21-HYDRES）の機能強化と産出試験との検証、メタンガス生産におけ

る広域の地層変形等の評価を実施する。（P17）

③我が国周辺海域でのメタンハイドレート賦存状況の把握

3.資源量評価に関する研究開発

フェーズ1で蓄積された知見を活用し、物理探査データを用いて、東部南海トラフ

以外の海域のメタンハイドレート濃集帯の分布推定などを行い、我が国周辺海域

の賦存状況の総合的な評価を行う。（P19）

④海洋産出試験を通じた環境影響評価手法の提示

４．環境影響評価に関する研究開発

海洋産出試験における環境影響評価等を通じて、メタンハイドレート開発が環境

に及ぼす影響について科学的に説明し、環境影響リスクを最小化する海洋開発シ

ステムを検討するための研究開発を実施する。（P21）

⑤我が国周辺海域のメタンハイドレートが安全かつ経済的に開発できる可能性の提示

５．経済性の評価（プロジェクト中間評価に合わせて実施）（P23）

●フェーズ２研究開発の総合評価（1.～5.を総合的にまとめる）


１. 海洋におけるフィールド開発技術の整備とその実証

［フェーズ２の目標］海洋産出試験の実施によるフィールド開発技術の実証とその課題抽出

石油開発の従来技術の適用によって，減圧法で海域ＭＨから安全に，かつ安定的にガスを生産できるかを確認する

［問題点・現状認識］世界で初めての海洋でのＭＨガス産出試験（未経験技術）

ＭＨは大水深の海底下100～400 mの地層（砂泥互層）中に賦存

［鍵となる技術（実証すべき技術）］浅層セメンチング等の坑井安定化技術，地層間隔離技術

ＭＨ層の減圧を可能にする坑井設計とその仕上げ技術

坑内ツールを含む生産機器

坑井健全性評価技術

ＭＨ分解モニタリングとその評価技術


ＭＨ層の上部に安定な坑井を仕上げられるか？

BSR

ＭＨ層

BSR

ＭＨ層

浅層セメンチング等の坑井安定化技術地層間隔離技術

（右図の出所）松澤真樹・山本晃司，メタンハイドレート海洋産出試験実施に向けた検討，OES21-221，第21回海洋工学シンポジウム講演論文集，日本海洋工学会・日本船舶海洋工学会，平成21年8月.


減圧法で地層内ＭＨを分解させガスを生産できるか？

BSR

ＭＨ層

BSR

ＭＨ層

ＭＨ層の減圧を可能にする坑井設計その仕上げ技術坑内ツールを含む生産機器

（右図の出所）松澤真樹・山本晃司，メタンハイドレート海洋産出試験実施に向けた検討，OES21-221，第21回海洋工学シンポジウム講演論文集，日本海洋工学会・日本船舶海洋工学会，平成21年8月.


２. ガス生産手法・生産技術，貯留層評価技術の高度化

［フェーズ２の目標］経済的かつ効率的な生産手法の提示ＭＨ層からガスを大量かつ安定的に生産する手法・技術を提示して，現場試験で実証する

［問題点・現状認識］

ＭＨ層に減圧法を適用した場合のガス生産性と回収率については，シミュレータ MH21-HYDRESを用いた数値計算とコア試験で確認されている

減圧に伴う圧密による影響についても，数値計算と室内実験で確認されている

第2回陸上産出試験では，減圧法により6日間の連続生産を検証した

海洋フィールドで開発経済性を有するだけのＭＨガス生産ができるかは実証できていない

ＭＨ層から長期安定生産できるかは確認されていない

［鍵となる技術（実証すべき技術）］出砂等に起因する坑井の生産性障害を抑制する技術

一坑井あたりの回収率・生産性を最大化させるための生産手法の探索

ＭＨ坑井のガス生産能力の評価技術

弾性波探査データ・坑井検層データ等と組み合わせた貯留層モデルによるＭＨ資源フィールドからのガス・水生産挙動の予測・評価技術

生産に伴う地層の変形・圧密挙動について，長期的な安全性を保証するための地層特性評価技術


３. 海洋開発システムの概念設計と環境影響評価

［フェーズ２の目標］

海洋産出試験を通じた環境影響評価手法の提示

日本海域のメタンハイドレートが安全かつ経済的に開発できる可能性の提示


フェーズ１では，商業生産開発の概念設計を行い，簡易経済性評価を行った

海洋環境影響評価については，環境計測機器・環境評価に関するソフトウェア等を開発するとともに，東部南海トラフ海域環境（海底環境，生態系）のベースライン調査を行った

海洋産出試験での実際のデータ取得・分析を行い，環境に調和した開発の可能性を提示する必要がある

［鍵となる技術（実証すべき技術）］海洋環境モニタリング技術，環境計測機器

海洋産出試験における生産挙動把握と環境影響評価

海底生産システム等も含めたＭＨ資源フィールドに適合した現実的な開発システム（環境リスクを最小化する開発システム）の概念設計

ＭＨ開発の経済性評価


４. 日本周辺海域のＭＨ資源量評価

［フェーズ２の目標］

日本周辺海域の賦存状況の総合的な評価


フェーズ１では，３次元物理探査データを用いたＭＨ濃集帯検知技術を確立し，東部南海トラフ海域の資源量を評価した

既存のデータ（２次元物理探査）から，ＭＨ濃集帯の分布が期待される他の海域も存在する

東部南海トラフ海域以外で，検討すべき有望な海域はないのか？

物理探査データの少ない海域で評価をどのように行うのか？

［鍵となる技術（実証すべき技術）］資源量評価技術

ＭＨ濃集帯の分布推定技術

ＭＨシステム（ＭＨの生成・移動・集積等の仕組み）の検討

データの蓄積による資源量評価技術（ＭＨ濃集帯の分布推定技術）の高度化

46

４. 海洋産出試験へ向けた研究


海洋産出試験に向けたスケジュール

（表の出所）経済産業省第17回メタンハイドレート開発実施検討会（平成22年3月10日）

資料６：フィールド開発技術グループ H22年度事業計画（http://www.meti.go.jp/committee/materials2/data/g100310aj.html）

ＭＨ商業的産出へ向けた研究開発の成功の鍵は，海洋産出試験での技術実証


第1回海洋産出試験での課題と事前研究


参考資料１：フェーズ2の海洋産出試験について（http://www.meti.go.jp/committee/materials2/data/g100310aj.html）


東部南海トラフ海域のメタンハイドレート調査状況




海洋産出試験実施候補海域の選定（１）




海洋産出試験実施候補海域の選定（２）




第1回海洋産出試験の作業概要


参考資料１：フェーズ2の海洋産出試験について（http://www.meti.go.jp/committee/materials2/data/g100310aj.html）


フェーズ１における環境影響評価分野の研究

（図の出所）長久保定雄・荒田直，海洋におけるメタンハイドレート開発と環境影響評価，OES21-222，第21回海洋工学シンポジウム講演論文集，日本海洋工学会・日本船舶海洋工学会，平成21年8月.


フェーズ２での環境影響評価に関する研究(1)


資料９：環境チーム H22年度事業計画（http://www.meti.go.jp/committee/materials2/data/g100310aj.html）













58

５. 米国でのＭＨ資源開発研究の動向


米国におけるＭＨ研究の経緯

アラスカノーススロープのＭＨ資源開発研究


米国におけるＭＨ資源開発研究（１）


米国におけるＭＨ資源開発研究（２）

（出所） World Energy Outlook 2009, p.411-412 (IEA)

開発し易いMHほど，資源ピラミッドの頂点に位置付けられるUSGSは，アラスカ North SlopeのMHから2.4兆m3のガスが技術的に回収可能であると評価している


米国ＤＯＥ－ＢＰＡＮＳプロジェクト

• Phase 1 & 2 (2002-2005)– Milne Point Unitに14個のＭＨプロスペクト

を抽出

– 600 BCF (約170億m3）の原始資源量があると評価

– プロスペクトの詳細解析

• Phase 3A (2006 – 2008)

– Milne Point UnitのMt Elbert prospectでの掘削・コアリング・検層を実施するための詳細モデリング

– 同エリアの他のProspectのキャラクタリゼーション

– Phase 3Bに実施するフィールドプログラムの検討

• Phase 3B (2009 - )– ＭＨ坑井からの長期ガス生産試験の計画策

定

– 生産試験の実施・評価・解析


米国におけるＭＨ資源開発研究（３）• 米国ＧＯＭのメタンハイドレート原始資源量評価

平均値： 607兆m3（ハイドレートに含まれるメタン量，Figure 1)

うち，190兆m3が砂層に比較的高いＭＨ飽和率で存在

• 米国ＭＭＳのＨＰ：

http://www.mms.gov/revaldiv/GasHydrateAssessment.htm

で公開中

• メキシコ湾のＭＨからの簡易経済性評価： Walsh, M. et.al, “Preliminary Report on the Economics of Gas Production from Natural Gas Hydrates”, 6th International Conference on Gas Hydrates, Vancouver, Canada, July 6-10, 2008.

64

６. 講演の総括


講演の総括1. ＭＨを資源として開発するための研究は，日本と米国を中心として国内外で進められている。特

に日本はＭＨ開発研究のトップランナーであり，「我が国のメタンハイドレート開発計画（経済産業省）」の下で，2001～2008年度のフェーズ１を終了し，日本周辺海域のＭＨが将来のエネルギー資源となり得る可能性が示された。

2. 「我が国のメタンハイドレート開発計画（経済産業省）」は，2009年度から7年間のフェーズ２研究（2009～2015年度）に移行した。

（独）石油天然ガス・金属鉱物資源機構（JOGMEC）と（独）産業技術総合研究所を母体とした新たな研究コンソーシアムを設立

基礎研究段階から実用化研究段階へ移行

3. フェーズ２研究（2009～2015年度）の目標

海洋産出試験の実施によるフィールド開発技術の実証とその課題抽出

経済的かつ効率的な生産手法の提示

海洋産出試験を通じた環境影響評価手法の提示

日本周辺海域の賦存状況の総合的な評価

日本周辺海域のメタンハイドレートが安全かつ経済的に開発できる可能性の提示

4. 「我が国のメタンハイドレート開発計画（経済産業省）」の最終目標は，『メタンハイドレート商業的産出のための技術整備』であり，研究開発の成功の鍵は，フェーズ２～３で実施する海洋産出試験での技術実証である。


基礎研究からガス商業生産までのロードマップ

時間 [年度]

技術の成熟度（商業化の尺度）

民間企業によるガス商業生産

減圧法による生産技術

概念提唱基礎研究

MH資源開発研究（経済産業省）

国＋企業ガス商業生産

環境に調和した開発

海洋産出試験（フィールド基盤技術の整備）

第2回陸上産出試験：ガス連続生産6日間

Phase 1

長期ガス生産試験（減圧法の実証）

Phase 2

基礎研究→実用化研究

Phase 3

商業化実現に向けた技術の整備

2009～20152016～2018

2001～2008

日本のＭＨ技術が世界標準に

新たな産業育成

要素技術のシステム化政・産・官・学の連携による研究

長期安定な坑井仕上げと生産システム技術海底生産機器技術海洋環境モニタリングガス回収率・生産性の向上MH開発システムの最適設計


謝辞

MH21コンソーシアム（フェーズ２）での研究は，経済産業省「我が国のＭＨ資源開発計画」の目標達成に向けて，JOGMECとAISTを中核組織として，大学，研究機関法人，民間企業等に属する多くの方が研究を推進しています。本講演では，コンソーシアム研究フェーズ1の成果を紹介するにあたって，ＨＰ等から各種の資料を引用させて頂いた。

経済産業省（ＭＥＴＩ）

メタンハイドレート資源開発研究コンソーシアム（ＭＨ２１ＪＡＰＡＮ）

（独）石油天然ガス・金属鉱物資源機構（JOGMEC）

（独）産業技術総合研究所（AIST）

メタンハイドレート研究センター

（財）エンジニアリング振興協会（ENAA）

石油開発環境安全センター


本講演での引用文献

1. エネルギー需要

– IEA, World Energy Outlook 2009 （http://www.worldenergyoutlook.org/）

– BP, Statistical Review of World Energy 2009 （http://www.bp.com/）

2. 資源量の定義

– 坂口隆昭：「2007年SPE新基準における埋蔵量の定義・分類と評価方法」，石油・天然ガスレビュー，石油天然ガス・金属鉱物資源機構（JOGMEC）, Vol. 42, No.1, p.15-26，2008年1月. （http://oilgas-info.jogmec.go.jp/）

– SPE: Petroleum Resource Management System, http://www.spe.org/industry/reserves/prms.php

– 石油鉱業連盟：「石鉱連資源評価スタディ2007年（世界の石油・天然ガス等の資源に関する2005年末における評価）」，2007年11月.

3. MH21研究コンソーシアムのフェーズ1の研究成果とフェーズ２の研究計画

– MH21コンソーシアムＨＰ: http://www.mh21japan.gr.jp/

– MH21コンソーシアム：フェーズ１総括成果報告書（平成20年8月版）

– 経済産業省：メタンハイドレート開発実施検討会（第16回配布資料）http://www.meti.go.jp/committee/materials2/data/g090708aj.html

– 経済産業省：メタンハイドレート開発実施検討会（第17回配布資料）http://www.meti.go.jp/committee/materials2/data/g100310aj.html


その他の参考文献

1. 石油技術協会誌，74(4), 2009

– 山本晃司・佐伯龍男：ＭＨ資源量評価と陸上産出試験, p.270-279.

– 栗原正典他: メタンハイドレート生産シミュレータの開発, p.297-310.

– 栗原正典他: 東部南海トラフメタンハイドレート資源の生産性評価, p.311-324.

– Nagao J. et al., Characterization of permeability and thermal conductivity of methane hydrate sediments using microfocous X-ray computed tomography technique, p.290-296.

– 羽田博憲他, 窒素ガス圧入法によるＭＨの生産性評価手法に関する研究, p.325-333.

– 荒田直他, 「我が国におけるＭＨ開発計画」における環境影響評価にかかわる研究開発のフェーズ１の成果概要, p.350-359.

など

2. 地学雑誌， 118(5), 2009

– 特集号：メタンハイドレート（Part II）：探査と資源ポテンシャル

3. 月刊地球

– 山本晃司・長久保定雄(2009): 東部南海トラフのメタンハイドレート開発と環境リスク, 月刊地球, 31(9), p.476-485.

• その他にも多くあるので，MH21ホームページ（http://www.mh21japan.gr.jp/）の参考文献を参照されたい

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