加速する新資源 コールベッドメタン 開発

ページ番号1006181 更新日平成30年2月16日

加速する新資源コールベッドメタン開発

レポート属性
レポートID	1006181
作成日	2005-09-20 01:00:00 +0900
更新日	2018-02-16 10:50:18 +0900
公開フラグ	1
媒体	石油・天然ガスレビュー 2
分野	非在来型
著者
著者直接入力	島田　荘平
年度	2005
Vol	39
No	5
ページ数
抽出データ	アナリシス東京大学大学院新領域創成科学研究科環境学専攻s-shimada@k.u-tokyo.ac.jp島田　荘平加速する新資源コールベッドメタン開発によりガス抜き（ガス回収）を行う。この場合にはボーリング自体はガス回収だけを目的としているが、石炭採掘の予備作業ということで、CMMに分類される。・CMG（Coal Mine Gas）：石炭採掘を対象とした開発の過程で発生・回収されるあらゆる種類のガス。メタン以外に、CO2、N2、エタン、その他の分子数の小さな炭化水素が含まれる。・CSM（Coal Seam Methane）：CMMと同義・CSG（Coal Seam Gas）：CMGと同義・VAM（Ventilation Air Methane）：炭鉱では、坑内保安確保のためメタンガス濃度を爆発下限界濃度以下に減少させるために通気を行っている。この通気によって希釈された排気中に含まれるメタンをいう。濃度は通常1％以下である。・AMM（Abandoned Mine Methane）：廃止炭鉱から放出されるメタンをいう。廃止炭鉱では立坑や斜坑の坑口をセメント等で密閉するが、同時に坑内に湧出するガスを大気放出させるような構造にしている。本稿では、以上のうち主として天然ガス採掘を対象とした狭義のCBMに関して述べる。1.まえがきコールベッドメタン（CBM：CoalbedMethane）は米国、オーストラリアなどで活発に開発が進められており、これまでの「非在来型天然ガス」という呼び方は時代にそぐわないものになっている。2001年の米国のCBM生産量は1.56Tcf（約430億裙）であり、これは米国の天然ガス生産量の8％を占めている（図1）（文献1）。CBMとは、石炭層中に包蔵されるメタンガスをいう。しかし、その開発・回収の目的からいろいろな呼称がある。大きく分けて天然ガスとしてだけの対象とするか、石炭採掘をも対象とするかの違いである。CBMに関連した呼称をまとめると以下のようになる。・CBM（Coalbed Methane）：広義には石炭層中にあるメタンガスを意味する。狭義には他の天然ガスと同じように地上からの坑井を利用してメタンを回収する場合の炭層内メタンガスを意味する。・CMM（Coal Mine Methane）：石炭採掘を対象とした開発の過程で発生・回収されるメタンガスをいう。ガス包蔵量の多い炭層を開発する場合には、事前ガス抜きとして石炭採掘に先立ち、地上からのボーリングCBMReservesCBM Production1989199019911992199319941995199619971998199920002001図1米国のCBM生産量と確認埋蔵量の推移18,00016,00014,00012,00010,0008,0006,0004,0002,0000teeF cibuC noilliB2.資源量評価CBM資源量は、石炭資源量をもとに計算される場合が多い。CBM資源量は次式で計算できる。GIP=（GCf+GCa）hA*d ここで、GIP：CBM資源量、GCf：遊離ガス包蔵量、GCa：吸着ガス包蔵量、h：炭層の厚さ、A：石炭層の面積、d：石炭密度を表す。米国はCBMの資源量について詳しい地質調査を行っている。それによれば米国のCBM資源量は400Tcf（約11兆裙）である（図2）（文献2）。確認可採埋蔵量は年々増加しており、2001年では17.5Tcf（約0.48兆裙）となっている（図1）。米国のCBM資源量をベースに、ガス包蔵量の多い瀝青炭と無煙33石油・天然ガスレビューYにつき、米国の石炭埋蔵量から世界全体のCBM資源量について推算すると、可採埋蔵量ベースで1,660Tcf、予想される究極可採埋蔵量ベースで2,890Tcfとなる。CBMでは従来の石炭採掘では対象とならなかった深部、薄層の炭層内のガスも対象となると考えられるので、控えめに見積もっても5,000Tcf（約140兆裙）の資源量は存在すると思われる。我が国では、北海道のCBM開発有望地域として、南大夕張地域51億裙、夕張西部地域27億裙、滝川東部地域163億裙の資源量調査結果がある（文献3）。3.CBMに関連した石炭および石炭層の物性CBM開発に関係する石炭および石炭層の物性はいろいろあるが、ここでは、ガスの量と流れに大きく影響するガス包蔵量、炭層内ガス流れ、浸透率について述べる。盧ガス包蔵量石炭内部に包蔵されるガスは、石炭中の空隙に取り込まれている遊離ガスと、石炭内部表面に吸着されている吸着ガスとから成っている。遊離ガスは、石炭中の空隙の容積、圧力、温度が分かっていればガスの状態方程式からその量を計算できる。吸着ガスは、やはり圧力と温度の関数になるが、一般に温度が一定の場合の吸着等温線で表される。石炭とガスの吸着等温線はラングミュア式がよく当てはまるといわれており、これは次式で表される。VP=VL（a P）/（1+a P）= VLP/（PL+ P）アナリシス39Tcf 31Tcf 図2米国のCBM資源量り、中にはCO2を含む場合もある。中国、ポーランド、オーストラリアではCO2が主成分の炭層ガスもある。一般ここで、VP：圧力Pでの吸着量、VL：圧力無限大での吸着量（ラングミュア容積）、a：定数、P：圧力、PL：ラングミュア圧力（= 1/a）を表す。図3に各種ガス（CO2、メタン、窒素）の吸着等温線の例をあげる（文献4）。吸着量は、揮発分が少なく、圧力が大きく、温度が低いほど増加する。また、ガスの種類について見ると、吸着量はCO2、メタン、窒素の順に小さくなる。炭層ガスの主成分はメタンであるが、この他高級炭化水素（C2+）を含むのが一般的であ図3吸着等温線の例（吸着ガス：CO2、CH4、N2）2005.9. Vol.39 No.534ﾁ速する新資源コールベッドメタン開発図4石炭中の炭理（cleat）（米国Fruitland層の例）に、石炭化度が進むにつれて、ガス包蔵量は多くなる。盪炭層内ガス流れ石炭にはその生成過程で炭理（cleat：クリート）といわれる天然の亀裂群が形成される。これには主亀裂（または主炭理：face cleat）と副亀裂（または副炭理：butt cleat）がある。主亀裂は連続して長く伸び、副亀裂は主亀裂に直交し、主亀裂間に発達している。ちょうどあみだくじのような配列になっている（図4）（文献5）。ガスが坑井を通って地上に回収されるまでには、まずガスが石炭内部表面から脱着し、石炭マトリックス（亀裂を含まない石炭の固体部分）や図5炭層内のガス流れミクロポアで拡散し、地中の亀裂や炭理を通って流出するという過程を経なければならない。この炭層内でのガス流れを模式的に表現すると図5のようになる（文献6）。蘯浸透率ガスが天然亀裂や炭理を流れる場合、その流量はダルシー式で表される。流れが二相流（例えばメタンと水）である場合には、相対浸透率の考えを導入する必要がある。一般に、相対浸透率は飽和率の関数として表される。空隙中の水の占める容積の割合を水飽和率という。水が多くなると、水がガスの流れを妨害するのでガスの浸透率は小さくなる。さらに水を増やすとガスは完全にブロックされ、流れなくなり、表面張力で保持されるようになる。このガスが流れなくなる点を残留ガス飽和点という。界面活性剤は、表面張力を減少させる薬剤として使用される。界面活性剤の使用により、水飽和率が減少しガスの有効浸透率は増加する。測定によると、ガスの相対浸透率はガス抜きの場合よりもガス注入時の方が小さく、炭層内ガス圧が増加する場合と減少する場合では異なった値を示す。これは、石炭にガスが吸着すると石炭マトリックスが膨張して亀裂幅を減少させ、また、ガスの脱着時にはこの逆の現象が起こるためである。4.CBM開発技術盧掘削技術CBM開発に使用されている掘削方法は、在来型の天然ガス開発と同じである。米国では、従来型の泥水を使った回転式と、カッティングスの排除に空気を使用する回転打撃式の2種類の方法が採用されている。米国東部では、地質的には古く安定した炭層を対象としているので、回転打撃式が採用されている。一方、米国西部では炭層の深度が大きいため、回転式および回転式と回転打撃式の併用がされている。CBM開発に用いられる坑井は垂直坑井が主であるが、最近は水平坑井および垂直坑井と水平坑井の組み合わせも使用されるようになった。図6は米国のPinnacle炭鉱で使用された、地上からの事前ガス抜きのための水平坑井の概念図である。水平坑井が葉脈のように密に掘削されている。これはPinnate Technology と呼ばれ、CBM開発初期の水の排除を早め、Raton BasinやPowder River Basinなど、これまで経済性が悪いと見られていたCBM貯留層の開発を促進する起動力ともなっている（文献7）。本システムは、垂直坑井（Cavitywell）と水平坑井からなる。まず垂直坑井を掘削する。垂直坑井はキャビティ・コンプリーション（後述）により炭層部の坑井直径を8フィート程度に拡大する。垂直坑井に隣接して水平坑井の坑口を設け、水平部が垂直坑井と交差するように掘削する。水平坑井は主要坑井（Main lateral）と枝状坑井（Side lateral）から成る。主要坑井の長さは1マイル程度である。図7は垂直坑井、水平坑井の配置例を示している（Single Pinnate）。水平坑井が葉の構造のような形状に配置されることから、35石油・天然ガスレビューAナリシス図7シングル・ピンネート・システム（Single Pinnate）図6Pinnacle炭鉱での水平坑井システム概念図(Z-Pinnate Horizontal Drilling andCompletion System)Pinnate（葉状の）という名がつけられている。図7を4個配置したのが図8（QuadPinnate）である。1つのQuad Pinnateで120エーカー（4.87km2）の面積をカバーできる。この掘削パターンだと、2?3年で85?90％のCBMを回収できる。このシステムでは、垂直坑井から空気を注入して水平坑井内部の圧力を制御し、地層障害が発生しないようにしている。水平坑井掘削では、やはり最も気になるのがそのコストであるが、Pinnateでは短期間にガスを回収できることから、従来の方式の垂直坑井の場合よりも経済性は良いと報告されている。盪坑井刺激技術キャビティ・コンプリーション秬（Cavity Completion）坑井刺激法の1つとしてキャビティ・コンプリーションがある。キャビティ・コンプリーションは見方によっては坑井仕上げ法の1つと考えることもできる。キャビティ・コンプリーションは、空気または窒素等のガスを用いて坑井に加圧・除荷を繰り返し作用させオープンホール（裸孔）仕上げの坑壁の破壊・拡大ならびに亀裂の成長を促進させて浸透率を高めるものである。図9にキャビティ・コンプリーションによる亀裂生成モデルの概念図を示す（文献8）。このモデルによれば、初期坑壁周辺は破壊され、大きな空洞（Cavity）が生じ、その周辺には、せん断破壊ゾーンが発生する。また空洞からは、主亀裂（主炭理）と同方向に引張破壊によるフラクチャーが空洞からかなり離れた位置まで成長する。この新たに形成されたフラクチャーと既存の天然の亀裂との交差が浸透率を増加させ、その結果として生産性が向上する。坑壁の有効直径の増加も生産性を増加させるが、現場試験では直径拡大による生産性増加以上の生産井向上が確認図8クワド・ピンネート・システム（Quad Pinnate）図9キャビティ・コンプリーションによる亀裂生成モデル概念図2005.9. Vol.39 No.536ﾁ速する新資源コールベッドメタン開発されている。できなかったと説明されている。米国のSan Juan Basinでは、直径7インチの坑井を1,500psi（約10.5MPa）の空気により数回加圧・除荷を繰り返し、半径4.5フィートの空洞を作っている。同じBasinのCOAL Siteではキャビティ・コンプリーションと水圧破砕を比較した場合、前者の方法で坑井刺激した坑井のガス生産量が、後者の約10倍であることが示された。水圧破砕による坑井刺激では、発生させた亀裂周辺に地層障害が起こり、キャビティ・コンプリーションほどには生産量を増加秡水圧破砕水圧破砕はCBMの坑井刺激によく用いられる方法の1つである、水圧破砕では、坑井壁面に沿って引張応力によるフラクチャーが発生するように、坑井圧力があるレベルになるまで流体を急激に圧入する。さらに、流体の注入を続けると、破砕流体はこのフラクチャーを拡大させる。注入の後半では、細かく砕いた砂などの目詰め材（プロッパント）を注入流体に混合する。目詰め材は、破砕流体によってフラクチャー内部に運搬され、流体の注入が終わった後もフラクチャーを開いた状態で保持する。このようにして出来たフラクチャーは、炭層と坑井壁面を結ぶガス流出路を形成する。流体としては真水、ゲル、水と窒素の混合フォームを使用する。水圧破砕では、小さな圧力で出来る限り大きな面をもつフラクチャーを形成させるのが好ましいが、炭層では複雑なフラクチャーが形成され、目詰め材を注入することが困難な場合もある。図10ECBMR概念図3500030000250002000015000100005000CO2-100%CO2-90%CO2-30%CO2-15%0010002000300040005000600070008000Time[day]図11CBM生産量推移Methane production rate [m3/day]あるクリート内のメタンは掃出され、クリート内のガスはN2が100％に近くなる。クリート内のCH4分圧はゼロに近くなり、この結果、吸着状態のメタンがクリート内に脱着される。すなわち遊離ガスの分圧がクリートへのメタン移動の機動力となる。一方、CO2を炭層に注入するとCO2の吸着力が強いため、CO2が選択的に石炭に吸着され、メタンと置換する。この場合は、メタンはクリートの方向に吸引されるのではなく、CO2によって押し出される。すなわち、メタンを5.CBMの増進回収対象資源の包蔵されている地層の特定部分に各種の外力を加えることによって、流体資源の当該地層からの産出量を大きくする手法が増進回収法である。石油の増進回収法（EOR）と同じように、石炭層にメタン以外のガスを注入して炭層内のメタンを回収する、いわゆるCBMの増進回収法をECBMR（Enhanced Coalbed Methane Recovery）という。注入ガスとしてはCO2、N2（窒素）、発電所の排ガスなどが考えられている。発電所で発生する排煙ガス中のCO2を分離・回収し地下に注入することにより、天然ガスであるCBMの生産のほかに、温暖化ガスであるCO2を炭層内に固定できるという付随的な効果を得ることもできる。ECBMRの概念図を図10に示す（文献9）。盧増進回収のメカニズム図3に示したように、石炭へのCO2、CH4、N2の吸着量は、CO2、CH4、N2の順に小さくなっている。この吸着量の大きさが、石炭と各ガスの吸着力の強さを表している。N2を炭層に注入する場合を考える。吸着平衡状態にあるCH4とN2のモル比は約2:1である。N2が注入されると、石炭層内の天然亀裂で37石油・天然ガスレビューAナリシスCO2-100%CO2-90%CO2-30%CO2-15%020004000Time[day]60008000図12生産ガス中のガスメタン濃度変化10.90.80.70.60.50.40.30.20.10Methane fraction [-]03456789101112131415浸透率大浸透率中浸透率小 yearCO2クレジットなし 10008006004002000-200-400-600-800NPV(M$)-1000図13NPVと浸透率の関係（CO2クレジットなし）4003002001000-100-200-300-4000$/tCO225$/tCO250$/tCO203456789101112131415year図14CO2クレジットとCO2の関係（中浸透率）④生産したメタンは現地で販売するNPV(M$)①安全性②経済性の2点であろう。安全性に関しては、特に注入したCO2が長期間あるいはほとんど無限に地中に固定されているかどうかである─すなわち、注入したCO2がリークしてくる恐れはないかどうか─である。この点に関しては、CBMが炭層内の天然ガスとして現在まで包蔵されていることを考えると、注入井の仕上げと維持管理、ならびに付近での古い廃棄坑井の管理をしっかりしていれば、地上へのリークは少ないと考えられる。経済性に関しては、ECBMRプロジェクトサイトの物価、生産メタン販売の市場の有無、CO2の供給プラントの有無など多くの要素に左右される。中国でのECBMRを想定した経済性評価結果を示す（文献11）。次のような条件を考えている。①火力発電所から排出する年間約40万トンの排ガスから、化学吸収法によりCO2を分離回収する②注入開始時期を変化させる。当初からCO2を注入するばかりでなく、CBM生産量が減少してきた時期に注入するケースも考える移動させる起動力はCO2の吸着・置換である。CO2の置換によるメタン増進回収ばかりでなく、遊離ガス中の分圧低下によるメタン増進回収とを組み合わせて回収効率を高めようという考えもある、これが、発電所の排ガスを直接炭層に注入するECBMRである。盪増進回収による生産予測ECBMRでは注入ガスとしてCO2を使うか、N2を使うかによってメタンの生産量は変化する。CBM増進回収シミュレータ（ECOMERS-UT：EnhancedCoalbed Methane Recovery Simulator, TheUniversity of Tokyo）による計算でその特徴を説明する。図11は注入井と生産井を碁盤の目状に規則正しく交互に配置した坑井配置（5スポットパターン）における、注入ガス種類の違いによるCBM生産速度を示している。注入ガスとしては、CO2/N2混合ガスを考えている。CO2成分割合は100?15％を考えている。図から分かることは、①CO2濃度が小さい（N2が多い。例えば、CO2=15％、発電所からの排煙に相当する）場合には、CBM最大生産速度は大きくなるが、その後割合早く生産速度は減少している。②一方、CO2濃度が大きい場合（例えば、CO2=100％。酸素燃焼やCO2分離・回収の場合に相当する）には、CBM最大生産速度は前者ほどではないが、最大後の生産量の減少は緩やかであり、長い期間一定の生産量が維持できる。図12は、図11と同様の条件下での生産井での生産ガス中のメタン濃度変化を示したものである。この図から、③CO2濃度が小さい場合には、生産ガス中のメタン濃度が早い時期で低下する、すなわち早くブレークスルーが生じることが分かる（文献10）。蘯CBM増進回収の可能性CBM増進を実施する場合、まず考慮しなければならないのは、③プロジェクト期間の基本は16年間。ただし、注入期間が8年間より短くなる場合は、注入期間を8年間として、全プロジェクト期間を延長する図13にプロジェクトの正味現在価値（NPV）と浸透率の関係を示す。浸透率は中国での代表的な浸透率の3段階2005.9. Vol.39 No.538ﾁ速する新資源コールベッドメタン開発に分けて、高浸透率、中浸透率、低浸透率としてある。横軸は注入開始年である。浸透率が大きな地域では、NPVはプラスとなり、経済性が見込まれることが分かる。図14には、中浸透率の地域について、CO2クレジットがある場合のNPVを示している。CO2クレジットにより、中浸透率でも早い注入時期から利益が見込まれることが分かる。ECBMRはCO2クレジットにより、低浸透率の炭層のメタン回収を事業化できる。Western WashingtonWind RiverPowder RiverForest CityCherokeeIIIinoisGreater Green RiverUintaPiceanceSan JuanRatonMature CBM ProductionDeveloping CBM ProductionFuture Potential AreasArkomaRegionGulfCoastCoal-Bearing（現在生産中の炭田、開発が進行中の炭田、今後開発が期待される炭田に分類）Northern AppalachiaCentral AppalachiaSouthern AppalachiaWarrior図15米国のCBM開発地域LA PLATA CO.　ARCHULETADurangoFlorida River PlantPagosa SpringsSan Juan San Juan Basin Outline OutlineBasinTiffany UnitepiPnileN2 PipelineN2AAYY03 MilennoCrocteAllison UnitDulceDulceFFAAIIRRWWAAztecBloomfieldFarmingtonCO2 PipelineCOLORADO NEW MEXICO図16Tiffany UnitおよびAllison Unitの位置図6.米国のCBM開発盧CBM資源量と生産量米国はCBM発祥の国、またCBMを世界的に天然ガス資源と認知させるようにしたのは米国といってもよいだろう。米国は国内天然ガス埋蔵量の減少に対応するため、税制上の優遇措置を与えて国内天然ガスの開発を促進した。この結果、1980年代後半から90年代までCBM坑井が盛んに掘削された。現在、税の優遇措置は廃止されたが、90年代に蓄積されたCBM開発技術により、現在もCBM生産量は増加し続けている。前述したように、CBM資源量は400Tcf（約11兆裙）である。確認埋蔵量は年々増加しており、2001年では17.5Tcf（約0.48兆裙）となっている。これは米国の天然ガスの確認埋蔵量の約9％である。2001年の米国のCBM生産量は1.56Tcf（約430億裙）であり、これは米国の天然ガス生産量の8％を占めている。現在のCBM生産地域としては、コロラド州、ニューメキシコ州にまたがるSan Juan Basinとアラバマ州のBlackWarrior Basinが2大生産堆積盆地である。最近はワイオミング州のPowderRiver Basinでの生産も増加している。また、開発されつつある地域としては、ユタ州のUnita Basin、東部のアパラチア炭田などがある。この他にもCBM開発の可能性のある地域は多く、CBMは将来的にも米国での有望な天然ガス資源と考えられている（図15）（文献12）。39石油・天然ガスレビュー図17Tiffany UnitでのN2-ECBMガス生産推移Aナリシス盪ECBMR米国でのCBM生産法として特に挙げておくべきことは、CBM増進回収法の大規模なパイロット試験である。注入ガスとしては、N2、CO2が使用されている。秬Tiffany Unit (San Juan Basin)ECBMRの最初のフィールドテストはSan Juan Basin北部のTiffanyUnitで実施された（オペレーターはBP）（文献13、14、15）（図16）。TiffanyUnitでは、生産開始後9年目の井戸にN2を注入してCBMを増産させた。新たに掘削した注入井は10本で、さらに既存の2本の生産井も注入井として使用した。総計12本の井戸の注入量は68?79万裙／日であった。N2注入前の生産量は14万2,000裙／日であったが、N2注入により1999年3月の生産量は82万裙／日と、5倍以上の生産量となった（図17）。パイプラインの容量の関係から、N2注入は1999年3月で終了した。BPには、付近のFlorida RiverにTiffany UnitへN2を供給したガス精製プラントがあるが、この工場ではCO2も同時に生産されることから、N2/CO2混合ガスを使ったガス強制回収の計画もある（文献16）。Allison Unit (San Juan秡Basin)BurlingtonJuanBasin北部のAllisonResourcesは1995年からSanUnitでCO2によるCBMの増進回収を実施した（文献17、18）。対象炭層はFruitland層、平均深度3,250フィート、平均炭丈35フィート、初期ガス圧1650psi、水飽和100％である。CO2注入井は1989年に生産を開始した井戸で（坑井密度320エーカー）、4本の注入井を坑井密度160エーカーで掘削し、1995年からCO2注入を開始した。CO2供給ラインは、油田のEORに使用するCO2供給パイプラインから分岐して供2005.9. Vol.39 No.540図18Allison UnitのCO2注入実績とCH4生産量図19CO2注入量とCH4生産量の関係（シミュレーションによる）図20ECBMRのCO2注入井ﾁ速する新資源コールベッドメタン開発給した。CO2とCH4の置換を促進させるためシャットイン等を実施した。周囲の9本の井戸を生産井とした。貯留層評価のために一時CO2注入を中止したこともあったが、図18のような生産実績を示した。このプロジェクトでは、CO2のブレークスルーは最大の関心事であったが、CO2の大きなブレークスルーは見られなかった。CO2注入のCH4生産に及ぼす影響をみるため、リザーバー・シミュレーションによりCO2注入なしの場合とありの場合のCH4生産量を予測した。その生産量の差から、CO2注入とCH4生産量増分の関係を求めている。その結果（図19）によると、このプロジェクトでのCO2注入量は4.6Bcfで、その結果によるCH4生産量は1.6Bcfであり、メタン生産量の約3倍の炭酸ガスを注入している。図20にAllison UnitのCO2注入井を示す（文献19）。7.中国のCBM開発盧CBM資源量中国の炭層メタンガス資源量については、過去にいくつかの調査が行われており、25?50兆裙の数字が発表されている。表1は2002年に発表されたもので、中国全土では14.3兆裙となっている（文献20）。この資源量は、深度2,000m以浅、ガス包蔵量4裙／トン以上を対象としたものである。中国では4裙／トン以下のガス包蔵量の炭層はCBMの経済的開発の対象外とされている。この数値の内容をさ表1中国各省の炭層ガス資源省区山西貴州陜西甘粛河南河北安徽四川雲南黒龍江新彊遼寧寧夏江西湖南内蒙古広西青海江蘇山東吉林浙江広東全国総資源量（億裙）49,415.1531,511.5913,095.0211,184.269,564.935,730.175,436.184,712.984,252.793,122.562,202.021,021.83963.01335.24261.97128.3597.5291.0172.8369.3278.8521.300.56143,369.44出所：中国煤層気地質資源評価　200241石油・天然ガスレビューらに詳しく見ると、ガス包蔵量8裙／トン以上が12.4兆裙、ガス包蔵量4?8裙／トンが1.9兆裙、深度1,500m以浅が9.3兆裙、深度1,500?2,000mが5.1兆裙となっている。地域的には、中国北部に集中しており、華南地域と華北地域で全体の90％を占めている。CBM試錘坑井の掘削により、その地域図21中国のCBM試錘浸透率測定地域AナリシスCBM試験地の試錐浸透率 Permeability of some CBM districtsNortheast 東北 >3md2-3md1-2md123456789North 華北 South 華南 12111013CBM districts14151617181920212243.532.521.510.50Permeability (10-3μm2)図22中国各地域の浸透率代表値中国聯合CBM公司による国際協力予定地区での炭鉱メタン関連許可の申請国土資源省による予定地区での炭鉱メタン探査権の承認国務院が許可した政府部局による予定地区の対外開放権の承認対外貿易経済協力部（MOFTEC）による契約の承認および契約の発効契約文書承認後の、外国側契約当事者による政府商工業担当部局への登記契約文書承認後の、中国聯合 CBM公司による国土資源省への予定地区に関する登記現地環境保護部局による環境影響評価報告書の承認国家発展計画委員会による開発プロジェクト全体の承認契約の履行図23中国におけるCBM開発申請手続きの流れ大期限は7年間であるが、2年間の延長が認められる。探査目標は、2010年までにCBM確認埋蔵量を2,000億裙にすることである。中国聯合CBM公司が実施した3年余に及ぶ探査活動の結果、沁水炭田において最初のCBMの確認埋蔵量が中央政府による評価で承認された。将来の年間生産量は10億裙で、可採年数は20年である。採掘許可年限は規模により、大規模が30年、中規模が20年、小規模が10年である。外国企業は中国聯合CBM公司とP/S契約を結ぶ必要がある。図23に、CBM開発のための申請手続きの流れを示す。中国でのCBM生産目標は2015年で100億裙である。2005.9. Vol.39 No.542の代表的な浸透率も調査されている。図21は浸透率の調査された22地区を示している（図には中国の炭層ガス密度：単位面積当たりのガス包蔵量も示されている）。図21に示した22地区の浸透率を図22に示す。陽泉地区の4mdが最大値となっている。浸透率は小さく、おおむね1md以下である（文献11）。盪CBM開発（文献20）CBM開発は、1990年代に工業的探査段階に入り、地表からのボーリング本数は、1996年には44本、2001年には210本に達した。山西省沁水炭田南部の潘床坑井群は4年以上操業しており、平均産出量は１坑井当たり500?4,000裙／日、最大産出量は16,000裙／日である。沁水炭田での2004年までの累積生産量は約1,000万裙である。坑井掘削コストは平均で200万人民元／坑井（約25万ドル）である。合計47件あるCBM探査権のうち、26件をChina United Coalbed MethaneCorp. Ltd. （中国聯合CBM公司：CUCBM）が保有している。CUCBMは最近、国際協力CBMプロジェクトに関する独占的権利を獲得した。その結果、現在までに11カ所の鉱区で2,500km2の地域の国際協力での探査権を獲得した。対象地域は山西省、陝西省。内蒙古自治区、寧夏回族自治区、江西省、安徽省などの地区である。海外企業はTexaco、BP-Amoco、VirginGreka（米国）、Lowell（豪）などで、投資額は8,000万米ドルに上る。最低探査権料は初年度が平方キロメートル当たり2,000元、2年目が5,000元、3年目が10,000元で、探査権の条件は、その区域内のすべての有価資源の調査をしなければならないことである。探査地域は単位ブロックに分けられており、1件の探査権の申請は2,500ブロックを超えることができない。探査の最ﾁ速する新資源コールベッドメタン開発8.その他の国のECBMRプロジェクト米国以外でのECBMRプロジェクトについて述べる。盧カナダ　Fen Big Valleyカナダ、アルバータ州のアルバータ研究評議会、ARC(Alberta ResearchCouncil)は、Fen Big Valley において1997年からECBMRのフィールドテストを実施している。このフィールドテストでは、DOE、IEA、石油会社、電力会社などからなる研究コンソーシアムを作り、フェーズ1：プロジェクト概念設計フェーズ2：マイクロ・パイロット（単一井注入）試験フェーズ3：マイクロ・パイロットCO2/N2混合ガス注入試験フェーズ4：フルスケール・パイロット試験（5スポットパターンによる試験）の4フェーズに分けて実施の予定であった。しかし、フェーズ3まで終了して、その後の試験の実施主体は、研究コンソーシアムから石油会社のSUNCORに移行された。盪ポーランド　シレジア炭田本プロジェクトはRECOPOL（Reduction of CO2emission by means ofCO2storage in coal seams in the Silesiancoal basin of Poland）と呼ばれ、2001年から活動を開始した。EUが資金の半分を支援し、オランダ、フランス、ドイツ、ポーランドの欧州研究機関にIEA、GHGなどが参加したプロジェクトである。注入CO2は付近の肥料工場から液化CO2を注入地点までトラック輸送した。2003年12月にから注入試験を実施した。各種の基礎データを取得し、2005年3月に現在の体制での試験を終了した。蘯日本　石狩炭田経済産業省補助事業として、関西環境総合センターと日本石炭エネルギーセンターが石狩炭田において、ECBMRのフィールドテストを行っている。地質状況の比較的判明している地域をテストサイトとして選定した。サイトには、地表から順に幌内層、夕張層、幌加別層という地層が存在している。幌内層は約700mの厚さで、泥岩、砂岩で構成されよいキャップロックとなっている。注入井、生産井各1本掘削し、下部夕張層の炭層深度890m、炭層厚さ5.6mの炭層に200トンのCO2注入を予定している。9.今後の展望とまとめCBM生産技術と、米国と中国を中心にCBM生産現状を述べた。特にアジア地域についていえば、石炭埋蔵量の多いインドと中国では、今図24東アジアおよび南アジアにおけるCBM供給予測43石油・天然ガスレビュー後天然ガス需給のギャップを埋めるものとしてCBM生産が増加すると予想される。寺崎（文献21）の分析によれば、中国およびインドのCBMは、2030年ではこの地域の天然ガス供給の14％を占めると予想している（図24）。また、我が国の北海道には世界的に見てもガス包蔵量の多い炭層が深部に多く賦存しており、水平坑井などの最近の開発技術を駆使すれば、CBM商業生産の可能性もある。今後、国内でのCBM開発利用の調査検討も行う必要がある。石炭資源は世界に広く分布しており、したがって、CBMも世界に広く分布している資源である。大規模な炭田での開発以外にも、地域のクリーンなエネルギー源としての利用の可能性は非常に大きいと考えられる。積極的な開発を行えば、ある程度のガス消費を賄うことができ、石油の消費削減、在来型天然ガス資源の消費抑制が期待される。｡後のCBM開発生産の展望をまとめると次のようになる。1）CBMの開発利用促進により、在来型天然ガス資源の消費抑制が可能である。2）米国のCBMは、今後も米国の天然ガス生産に重要な役割を果たし続けると見込まれる。3）中国のCBM生産は、これまでは量的に少なかったが、沁水炭田でのCBMプロジェクトが成功し、これが起動力となり各地でCBM生産が増加するものと予想される。また、これには海外からの技術協力が果たす役割が大きい。4）中国の炭層は比較的浸透率が小さいが、ECBMRなどの新技術の導入や、CDM活用などにより、今後さらに生産が増加する可能性もある。5）2030年の東アジア、南アジアでのアナリシス天然ガス供給の14％はCBMによる供給と予想されている。6）国内のCBM開発の可能性を検討する必要がある。7）ECBMRは低浸透率の炭層からのメタン回収に有利である。今後のコスト削減には、比較的安価なCO2供給を実現する必要がある。Symposium, (2004), No.0441 参考文献1. EPA: Coalbed Methane Extra, July 2003, p.5 (2003)2. Byrer, C. W. et al.:JPT, p.821-834, No.6 (1987)3. NEDO：国内CBM資源調査可能性調査（北海道地区）、p.139 (1998)4. Coal Directorate of CEC: Firedamp Drainage, p.28 (1980), Verlag Glueckauf5. Langenberg, W. et al. : Coal Geology and its Application to Coalbed Methane Reservoirs, Alberta Research Council (1990)6. Paterson, L. (editor): Methane Drainage from Coal, CSIRO (1990)7. Hilmer von Schonenfeldt et al. Intern. CBM8. Logan, et al. : Proc. 1993 CBM Symp. P.609-622 (1993)9. JCOAL（石炭エネルギーセンター）ホームページ10. 舟橋悠紀、島田荘平：資源素材学会春季大会講演集、資源編、No.360 (2005)11. 島田荘平・李火銀：中国のCBM資源、東京大学AGSシンポジウム資料、2005年6月30日(2005)12. EPA: Coalbed Methane Extra, Dec. 2002, p.1 (2002)13. Reeves, S. R. and Stevens, S.H. : World Coal, Dec., (2000) p.1-414. Reeves, S. R. and Schoeling, L.: Proc. GHGT5, (2000) p.593-598 15. Reeves, S. R. and Anne Oudinot: US DOE, Technical Report, DE-FC26-0NT40924 (2004)16. Erickson, D. and Jensen, J.R. : Proc. GHGT5, (2000) p.589-59217. Schoeling, L. and McGovern, M. : World Oil, Supplement Sept. (2000)18. Reeves, S. R. et al. : US DOE, Technical Report, DE-FC26-0NT40924 (2002)19. Reeves, S. R. and Clarkson, C. : US DOE, Technical Report, DE-FC26-00NT40924 (2002)20. 平澤博昭：日本エネルギー学会誌、Vol.83, No.9, p.751-757, (2004)21. 寺崎太二郎：世界の非在来型天然ガス資源量とその長期需給予測、日本エネルギー学会、天然ガス部会資源分科会資源シンポジウム、講演資料（2005）著者紹介昭和46年東京大学工学部資源開発工学科卒。炭鉱の坑内保安技術、フレームジェットバーナ（超音速熱噴流発生装置）の開発とその廃棄物処理・再資源化技術への応用に関する研究に従事。現在の研究テーマのキーワード：コールベッドメタン、増進回収、CO2固定、石炭エネルギーシステム、廃棄物、サーマルリサイクル、熱分解ガス化、ゼロエミッション。大学の教育に関しては、アジア地域の大学との協力と留学生の受け入れに力を注いでいる。趣味：山歩き、オーケストラ演奏。現在、東京大学音楽部管弦楽団副部長。2005.9. Vol.39 No.544
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2005/09/20 [ 2005年09月号 ] 島田　荘平

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