産総研：メタンハイドレート研究センター　生産技術開発チーム

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生産技術開発チーム

生産技術開発チーム

Production Technology Team

チーム紹介と研究課題

　生産技術開発チームは、4名の常勤研究員と5名の契約職員の計9名で、産総研北海道センターを拠点にメタンハイドレートの資源開発および機能活用技術開発を行っています。
　新たな天然ガス資源として期待されているメタンハイドレート資源開発においては、メタンハイドレート貯留層からの天然ガス生産において高い生産性と回収率を確保するための生産手法、生産増進法の研究開発を行うと共に、出砂、細粒砂蓄積、圧密などによるガス浸透性の低下やメタンハイドレート再生成による流動障害など、メタンハイドレート貯留層からの天然ガス生産の安定性を阻害する生産障害因子の定量的解析や数値化モデルの研究開発を通して、生産障害対策技術、抑制技術の開発を行っています。
　また、液化天然ガスに代わる新たな省エネルギー的天然ガス輸送・貯蔵媒体としてのガスハイドレート利用促進を目的に、ガスハイドレート特有の自己保存効果と呼ばれる現象の発現機構解明や、新たな分解制御技術開発など、ガスハイドレートの機能を工業的に活用する研究開発を行っています。

高度生産手法の開発（安定・大量生産の実現）
　メタンハイドレート貯留層から生産性、経済性の高いメタンガス増進手法を開発するため、コア試験とシミュレーションの相互比較を行うと共に、大型室内実験設備による検証を行います。

Fig.1 メタンハイドレート室内生産試験用高圧容器

生産障害因子の解析とその対策技術の開発
　出砂や細粒砂によるスキン形成、氷およびハイドレートの再生成など、メタンハイドレート資源開発における生産障害の解析を行い、それらの抑制技術を開発します。一例として、模擬堆積物試料に細粒砂を圧入した際の浸透率変化を測定し、細粒砂移流に伴う孔隙閉塞による浸透率低下についてのモデル化を進めています。

Fig.2 MH貯留層における生産障害因子（概念図）

機能活用技術に資する本格研究
　天然ガスハイドレートの機能活用における現状技術の問題点を整理し、自己保存性などの諸現象解析に関するナレッジを活用して、ガスハイドレートを用いた産業育成に努めています。

Fig.3 氷膜形成による自己保存効果の発現機構（概念図）

最近の発表論文 (2011-2012)

Y. Jin, M. Kida, and J. Nagao, "Phase Equilibrium Conditions for Clathrate Hydrates of Tetra-n-butylammonium Bromide (TBAB) and Xenon", Accepted for Publication in Journal of Chemical & Engineering Data.

J. Nagao, "Development of Methane Hydrate Production Method -A Large-Scale Laboratory Reactor for Methane Hydrate Production Tests-", Accepted for Publication in Synthesiology.

Y. Jin, Y. Konno, and J. Nagao, "Growth of Methane Clathrate Hydrates in Porous Media", Energy Fuels. Vol.26, No. 4, pp.2242-2247, (2012).

H. Oyama, Y. Konno, K. Suzuki, and J. Nagao, "Depressurized Dissociation of Methane-Hydrate-Bearing Natural Cores with Low Permeability", Chem. Eng. Sci., Vol.68, No.1, pp.595-605, (2012).

長尾二郎、天満則夫, "生産手法開発に関する研究", 日本エネルギー学会誌., Vol.90, No.12, pp.1135-1140, (2011).

M. Kida, Y. Jin, H. Narita, and J. Nagao, "Effective Control of Gas Hydrate Dissociation above the Melting Point of Ice", Phys. Chem. Chem. Phys. Vol.13, No. 41, pp.18481-18484, (2011).

H. Ohno, I. Oyabu, Y. Iizuka, T. Hondoh, H. Narita, and J. Nagao, "Dissociation Behavior of C₂H₆ Hydrate at Temperatures below the Ice Point: Melting to Liquid Water Followed by Ice Nucleation", J Phys. Chem. A, Vol.115, No.32, pp.8889-8894, (2011).

Y. Jin and J. Nagao, "Morphological Change in Structure H Clathrates of Methane and Liquid Hydrocarbon at the Liquid-Liquid Interface", Cryst. Growth Des., Vol.11, No.7, pp.3149-3152, (2011).

H. Ohno, O. Nishimura, K. Suzuki, H. Narita, and J. Nagao, "Morphological and Compositional Characterization of Self-Preserved Gas Hydrates by Low-Vacuum Scanning Electron Microscopy", ChemPhysChem, Vol.12, No.9. pp.1661-1665, (2011).

T. Uchida, M. Kida, and J. Nagao, "Dissociation Termination of Methane-Ethane Mixed-Gas Hydrates in Temperature-Ramping Test at Atmospheric Pressure below Ice Melting Point", ChemPhysChem, Vol.12, No.9. pp.1652-1656, (2011).

M. Kida, A. Hori, H. Sakagami, S. Takeya, Y. Kamata, N. Takahashi, T. Ebinuma, and H. Narita, "¹³C Chemical Shifts of Propane Molecules Encaged in Structure II Clathrate Hydrate", J Phys. Chem. A, Vol.115, No.5, pp.643-647, (2011).

H Ohno, H. Narita, and J. Nagao, "Different Modes of Gas Hydrate Dissociation to Ice Observed by Microfocus X-ray Computed Tomography", J. Phys. Chem. Lett., Vol.2, No.1, pp.201-205, (2011).

Y. Jin, K. Matsumoto, J. Nagao, and W. Shimada, "Phase Equilibrium Condition for Krypton Clathrate Hydrate below Freezing Point of Water", J. Chem. Eng. Data, Vol.56, No.1, pp.58-61, (2011).

チームの研究成果概要

　大型室内試験装置を用いた生産挙動解析実験を始め、高速X線CT併用高圧ハイドレート分解装置などを用いたメタンハイドレート堆積物の分解特性評価や、出砂評価装置および細粒砂圧入装置による生産障害解析、共焦点走査型光学顕微鏡、X線回折装置、赤外分光装置、ガスクロマトグラフィー装置などを用いた機能活用研究を推進しています。

大型室内試験装置を用いた減圧法における生産挙動解析
　メタンハイドレート貯留層からの生産性について、大型室内実験設備による解析を行っています。また、生産挙動予測シミュレータMH21-HYDRESを用いた生産挙動予測も合わせて実施し、より高いメタンガス増進手法の開発を目指しています。

Fig.4 MH21-HYDRESを用いた大型室内試験装置ガス生産挙動予測の一例

砂層中の氷生成速度の分光学的評価
　赤外分光装置を用いた、砂層中のメタンハイドレートの減圧過程における分解挙動評価を行い、水および氷の赤外ピークの時間的変化からハイドレート分解時の氷生成挙動の解析に成功しました。

Fig.5 砂層中メタンハイドレートの減圧過程での赤外ピーク時間変化

イメージングによるガスハイドレート結晶成長のその場観察
　メタンハイドレートと同じ結晶構造を持つキセノンハイドレートの結晶成長過程のマイクロフォーカスX線CT装置による観察に成功し、成長速度に異方性があることを明らかにしました。

Fig.6 Xeハイドレートの氷表面での成長速度異方性

チーム構成メンバー

	所属・役職および名前	専門分野	連絡先
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	チーム長博士（工学）長尾二郎（Jiro NAGAO）	材料物性、物性物理
	研究員博士（理学）神裕介（Yusuke JIN）	分子分光学、溶液化学
	研究員博士（工学）今野義浩（Yoshihiro KONNO）	貯留層工学、貯留層シミュレーションおよびコア実験
	研究員博士（工学）木田真人（Masato KIDA）	物理化学
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	テクニカルスタッフ博士（工学）大山裕之（Hiroyuki OYAMA）	流動解析、反応性流体計測、画像計測、スペクトル解析、分光学
	テクニカルスタッフ博士（農学）池田育子（Ikuko IKEDA）	分析化学
	テクニカルスタッフ修士（文化情報学）林順子（Junko HAYASHI）	CTイメージング計測、画像解析
	テクニカルスタッフ　浅野洋一（Hirokazu ASANO）	出砂・流動解析
	テクニカルスタッフ　眞城一憲（Kazunori SHINJO）	大型室内試験装置実験・解析
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	客員研究員工学博士高橋　信夫（Nobuo TAKAHASHI）	物性応用、応用化学	北見工業大学工学部　教授
	客員研究員博士（工学）内田努（Tsutomu UCHIDA）	応用物理学、化学	北海道大学大学院工学研究院　准教授
	客員研究員博士（理学）島田亙（Wataru SHIMADA）	結晶成長工学	富山大学大学院理工学研究部　准教授
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	テクニカルスタッフ内海崇（Takashi UCHIUMI）	高速X線CTイメージング、画像解析
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