地中貯留プロジェクト CO2地中貯留プロジェクト(二酸化炭素地中貯留技術開発)

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岩野原実証試験・モニタリング
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> 目的

 わが国の帯水層に対して、実際にCO2を圧入し、圧入中から圧入終了後のCO2 に関する挙動データを取得して地質工学的な解析・評価を行い、貯留メカニズムの理解を得るとともに、新に開発した長期挙動予測シミュレータでCO2 を安定して貯留できることを確認しました。


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> 岩野原実証試験サイト



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> 実施状況

平成12年度
実証試験場所の選定、圧入井/観測井の配置検討、圧入井CO2-1坑掘削

平成13年度
観測井CO2-2坑、CO2-3坑掘削、観測計画の検討

平成14年度
圧入井試験(浸透率の把握)、シミュレーションスタディ(圧入レート検討等)、圧入設備設計・施工、観測井CO2-4坑掘削、圧入運転計画の作成(圧入レート、圧入対象層検討)、観測計画の更新、弾性波トモグラフィの初期観測

平成15年度
坑井仕上げ(圧入井CO2-1坑酸処理)、圧入設備の設置、圧入運転(3977トン圧入)、モニタリング、シミュレーション・スタディ

平成16年度
圧入運転(10,405トン圧入を完了)、モニタリング、敷地復旧工事(圧入設備の撤去)、シミュレーション・スタディ

平成17年度
モニタリング、試料採取、シミュレーション・スタディ

平成18年度
モニタリング、シミュレーション・スタディ



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> 圧入実証地点

南長岡ガス田を選定
 長岡市南西部の信濃川支流渋海川左岸、帝国石油滑笆原基地を借用しました。

圧入対象貯留層
 深度約1,100mに分布する前期更新世灰爪層の砂岩卓越部(層厚約60m)を選定しました。

貯留層の地質
 貯留層は閉じた背斜構造を形成し、試験地点は、背斜構造の南翼に位置しています。試験地点の貯留層は傾斜15度で東北東に傾斜する単斜構造を示しています。

圧入対象区間
 貯留層は岩相から大きく5つのゾーン(Zone-1〜Zone-5)に区分され、そのうちの浸透性が最も良好なZone-2(層厚約12m)を圧入対象区間として選定しました。


実証試験地点の地質概要


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> 坑井の配置とモニタリング項目



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> 圧入状況

 H15年7月7日に圧入を開始し、H15年度は20トン/日で、H16年度は40トン/日で圧入しました。

 CO
2供給工場の定期点検・整備(H16年3月〜4月)、CO2供給逼迫期(H16年7月〜8月)による圧入休止、新潟県中越地震による圧入中断(H16.10.23〜12.6)を除き、大きな問題もなく最終累計圧入量10,405 トンをもって平成17年1月に圧入を完了しました。



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> 坑底温度圧力測定

 圧入井CO2-1坑および観測井CO2-4坑において、圧入対象貯留層Zone-2の圧力・温度変化の連続測定を、圧入開始前(H15年6月)より開始し、圧入終了後も継続中です。これによって、 CO2貯留層状況の基本データを得るとともに、圧入中の貯留層圧力が地層破壊圧(18.6 MPa以上)を超えないことを監視しています。

圧力計測結果

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> 坑井間弾性波トモグラフィ

 観測井CO2-2〜CO2-3間において、CO2圧入開始前の第1回測定(H15年2月)、圧入中〜圧入終了直後の第2回〜第5回測定(H16年1月〜H17年1月)、圧入完了8ヶ月後の第6回測定(MS6:モニタリング測定)を実施しました。貯留層中のCO2分布を弾性波速度の低下域として画像化し、圧入の進行に伴いCO2分布域が地層の傾斜方向に沿って拡大する状況を確認しました。

坑井間弾性波トモグラフィ結果(P波速度の変化率)

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> その他のモニタリング

物理検層
 観測井CO2-2坑(H16年3月)及びCO2-4坑(H16年6月)へのCO
2到達を確認し、その後の物性値(P波速度、比抵抗、孔隙率)の変化を観測しました。

地層流体試料採取・分析
 観測井CO2-2坑へのCO
2到達状況を直接確認しました。

微動振動
 CO
2圧入量(圧入レート、累積圧入量)と微動の発生数に相関は認められないことを確認しました。

物理検層結果(観測井CO2-2坑:CO2到達後のP波速度の変化)

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> シミュレーションスタディ

GEM-GHGシミュレータ
 天然ガス地下貯蔵シミュレータGEM-UGSにCO
2地中貯留の機能等を追加したCO2長期挙動予測シミュレータGEM-GHGを開発しました。

CO
2挙動予測
 モニタリングデータ(坑底圧力変化、観測井へのCO
2到達時期等)のヒストリーマッチングにより得られた最適貯留層モデルをもとに、圧入したCO2の貯留状況と1000年後までの長期挙動の予測計算を実施しました。

1000年後の溶解CO2分布


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> 新潟県中越地震の影響

 地震発生によるCO2地中貯留への影響を確認するため、物理検層と弾性波トモグラフィによる地震前後の貯留層の比較、地震時の坑底圧力測定結果の評価、セメント評価検層および ボアホール・テレビュアによる坑井状況のチェック、圧入設備の点検および気密・耐圧テスト等により、坑井、貯留層および圧入設備が地震後も健全な状況であることを確認し、CO2の圧入を再開しました。

平成16年10月23日17時56分
新潟県中越地震発生

商用電源喪失による圧入自動停止(停止時の累計貯留量約8,950トン-CO
2
目視点検で地上圧入設備に異常のないことを確認(10月24日)⇒気密試験・機器動作試験で健全性を最終確認(11月18日)

CO
2供給元である新潟市の三菱ガス化学には地震による影響なし
CO2地中貯留への影響を科学的に評価
・
圧入自動停止時における坑底圧・温度の変化は、通常の停止作業 と同じ傾向(帯水層の健全性を確認)
・
弾性波トモグラフィーの測定・解析結果からCO2が想定範囲内に貯留されていることを確認
・
物理検層(比抵抗検層、音波検層、ガンマ線検層、中性子検層)で前回と同じ傾向を確認(貯留CO2に異常はない)
・
CBL(セメントボンディングログ)で坑井周辺セメントの健全性を確認(CO2漏洩の可能性はない)
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ケーシングの健全性をBHTV(ボアホール・テレビューア)で確認(坑井に破断等の異常はない)
・
地上圧入設備、坑井、帯水層などに異常なし
・
CO2搬入に支障となる道路状況も改善
・
長岡市、越路町に圧入再開の説明を行い了解を得た
・
経済産業省環境政策課に圧入再開を説明
12月6日に圧入運転を再開(圧入レート40トン-CO2/日)
貯留量1万トン-CO2を達成したので、翌年1月11日に圧入運転を終了

新潟県中越地震の震度分布


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> 成果

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浸透率が相対的に低い我が国の帯水層にCO2を圧入できたことにより、我が国におけるCO2地中貯留の実現性が示されました。
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貯留層の性状の把握のための調査・試験、およびCO2圧入中から圧入終了後にかけてのモニタリングとシミュレーション・スタディにより、地中におけるCO2貯留状況についての理解が大きく進展しました。
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坑井の掘削から圧入設備の設計・施工、圧入、モニタリング、シミュレーション・スタディに至る一連のプロセスによって、資源工学等の既存技術が適用できることを実証しました。

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