目次 海洋産出試験の生産技術 西岡文維 (JOGMEC) MH21 フィールド開発技術グループ 1. 第 1 回海洋産出試験の坑内試験システム概要 2. 設計と運用 3. 生産井で取得したデータ 4. 評価と今後の取り組み 平成 26 年 11 月 25 日メタンハイドレートフォーラム 2014 東

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1 目次 海洋産出試験の生産技術 西岡文維 (JOGMEC) MH21 フィールド開発技術グループ 平成 26 年 11 月 25 日メタンハイドレートフォーラム 214 東京大学伊藤国際学術研究センター伊藤謝恩ホール 1 2 設計要件と指針 基本要件 目標圧力まで坑底圧を減じ 且つ一定期間それを維持 MH 分解とメタンガス生産性に係る情報として 坑内温度圧力を測定 設計の指針 安全性 ( 人身事故 環境破壊 事故防止 ) 確実性 ( 設計条件 工程 作業手順 作業基準等の遵守 ) 目的の達成 ( フローテストの完遂 ) 基本方針 : 試掘井の生産性評価に使われる Drill stem testing (DST) のシステムを参考に 実証された既存機器を使用 システムの概要 Offshore DST との類似点 : 掘削ライザー内に テストストリングを降下 坑井離脱に必要な切り離し装置 生産ガスは船上でフレアリング MH 生産の特殊性を考慮した部分 : 坑内気液分離および間接減圧 ( ポンプ及び 2 本の生産ライン ) ハイドレートの再生成防止対策 ( ヒータ ) 坑内機器の低温対応 ( パッカー等 ) 出砂対策 (Open-hole gravel pack) 1,m 3m LMR BO Chikyu Drill pipe Riser Choke line SSTT Fluted hanger acker Heater OHG 3 4

2 間接減圧の方法 設計及び運用の考慮点 手順 : 1 地層と坑内を導通させておく 2 ポンプ開始 堀管及び坑内の水を船上に排出 3 坑井近傍の地層圧力が低下 MHの分解条件になりガス生産が開始 4 主にパッカーの下で水とガスを分離 ガスを堀管から 水をチョークラインから船上に回収 処理 5 坑内ポンプとチョークで排出する水量を調整し 坑底圧力を調節する ressure (Ma) MH 安定 三相平衡圧力 ( 塩分濃度 %) 坑底の温度圧力 MH 分解 Temperature (C) Choke line acker 5 設計 調達 ポンプのガス対策 減圧を実現するためのモニタリングシステム 船上機器の高調波歪の対策 ( 船の DS への影響 ) ケーブルを含むライザーの緊急時切り離し 運用 リモートエリアでの試験 船の動揺 デッキスペースの制限 複雑な坑内機器の設置 既存の切り離し装置 (Subsea test tree) にケーブルコネクタを収納するスリーブを装着 6 坑内ポンプの設計 坑内ポンプは減圧法のキーコンポーネント Electrical submersible pump (ES) を選定 幅広い流量に対応 MH 陸上産出試験での実績 ただし扱えるガス比率に制限 電源ケーブルの坑内設置が必要 一般的な stage ower cable 一般的な ES の構成 Intake Seal Motor 7 8

3 坑内ポンプの設計 24m 9-5/8 casing 7 shroud 4 OD (35 x14) 4 OD (35 x14) 4 OD (GINSHL x 16 ) Intake & gas separator 4 OD Seal section 4.5OD Motor, 2H, 234V, 54A 坑内ポンプの設計 坑内ポンプの設計要件 水生産レート ~5m3/d ( 生産量予測の不確実性を考慮 ) 昇圧量 ~ 約 12Ma ( 減圧段階ごとに必要な昇圧量が変化 ) ポンプ流量 昇圧量の制御 1VSD によりポンプの回転速度を変化 2 サーフェスのチョークバルブの絞りを操作 Head (m) 予想された定常生産時の運転範囲 7 Hz 65 Hz 6 Hz 55 Hz 5 Hz Flow rate (m3/d) Separators C ポンプカーブ Sensor 第 1 回海洋産出試験で使用した坑内ポンプ編成 設計時の生産イメージ Seabed 生産流体 9 1 生産モニタリング ガス対策の必要性 マッドロギングルーム及びオペレータルームで生産状況を常時モニタリング 坑内温度 圧力 ポンプの運転状況 ガスと水の生産レート 坑内の温度圧力センサ設置個所 ES はガスに弱い ステージ入口のガス容積比 (GVF) が 1-25% を超えると流量とヘッドが低下 最悪の場合ポンプできなくなり ポンプを一旦停止する必要あり gas locking と呼ばれる現象 ES の周囲で最大 8%GVF またスラグ流の発生が予想された /T /T Head ガスのポンプカーブへの影響 水単相流 ヘッド低下のメカニズム 気泡の集積 T 取得データを集約して表示 /T /T 気液二相流 Flow rate ガス比率小 ガス比率大 /T 11 12

4 ガス対策の必要性 坑内機器の設置作業 3 重のガス対策を採用 1 シュラウドによる重力分離 2 Vortex タイプのガスセパレータ 3 ガス対策用のポンプステージ G/T W/T 1 と 2 を両立させたシュラウド Shroud hanger w/perforation External transformer Control cabin (VSD inside) SSTT control umbilical ES & heater power cables Sheave Derrick Gas discharge Intake erforated shroud Cable spooler 13 ipe deck Rig floor Rotary table 14 坑内機器の設置作業 ケーブル類の取り扱い シール箇所の通過とスプライシング 特注のケーブルクランプ 坑内アッセンブリ降下中の通信テスト 急な減圧によるケーブルの損傷予防 パッカー上部 ケーブルクランプ 15 16

5 坑内の圧力データ 生産レートの推移 ポンプ周波数を上昇 坑内ケーブルの切断 砂産出 roduction rate (sm3/d) G/T water rate W/T water rate 5 4 主にガスラインから水が生産 G/T gas rate W/T gas rate 3, ポンプ開始 roduction rate (sm3/d) 25, 2, 15, 1, 5, (1 時間平均 ) ポンプがガスを吸引 生産試験システムの評価 Q. 第 1 回海洋産出試験システムは 2 つの基本要件を満たしたか? A. 坑内の減圧制御 坑底圧を減じて維持し 6 日間の生産試験に成功 予想と異なり ガスと水がスラグ流の状態でガストレインから生産 生産終了後に BO ラムが開かない事象が発生 A. 坑内温度 圧力の測定 複数のケーブルを損傷せずに坑内に設置し MH 層の生産性と試験システムの評価に資するデータを取得 一部のデータが取得できず 19 2

6 坑内気液分離に関する解釈 坑内気液分離に関する解釈 平均生産レートが比較的大きかった 陸上産出試験 (28) ガス 2,sm3/d 水 1m3/d 海洋産出試験 (213) ガス 2,sm3/d 水 2m3/d なにが起きたか? 海洋産出試験ではガス生産レートが大きく 水がガスに持ち上げられる形でガスライン側で生産 ポンプ回転数を上げても 生産した水の 1% を水ライン側に引き込むことができず 多量のガスを吸込んだ W/T G/T ES Seabed Voltage Hz 2 57Hz 63Hz 6 Voltage (V) 15 5 Ampere (A) Frequency (Hz) 6 分移動平均 G/T gas rate W/T gas rate Ampare or Frequency 21 roduction rate (sm3/d) 3, 25, 2, 15, 1, 5, 22 今後の取り組み : 1 坑内気液分離 今後の取り組み : 2 長期生産への対応 ガスラインからの水の生産に関して 目的の圧力まで減圧できれば 必ずしも 1% 分離する必要はない 坑内分離のための十分なスペースを確保 流れを阻害する狭い流路を排除 ポンプのガス吸引の影響緩和 シュラウド設計の改善 ガス対策技術の調査と導入の検討例えば : ガスハンドリングステージ VSD の自動制御技術 ES の解析 設計ソフトウェア ES メーカーの試験設備の利用 生産井での気液分離の問題点 複雑な坑内機器を設置するリスク 気液分離の予測が困難 生産井の数だけポンプが必要 ポンプの寿命を延ばす ポンプを低流量域で運転すると 部品が摩耗し故障するリスクが高まる 将来の生産試験や商業開発を見据え 海底での気液分離を調査 検討 広い流量レンジに対応したポンプの選定や リサイクルラインの利用 Well Subsea Xmas Flowline S E roduction well Recylcle line Riser Separation well(caisson) 23 24

7 今後の取り組み :3 流動シミュレーション まとめ 予測の重要性 ES やチョーク操作に対して流体はどのように反応するか? ( 作業手順の策定 現場支援 ) 最適なパイプ径 必要なセパレータの容量は? ( 機器設計 ) 商用の混相流シミュレータの検証を実施し 得られた知見を将来の解析に活かす 現時点で認識している課題 スラグ流の予測 流動不安定の再現 坑内気液分離のモデリング 第 1 回海洋産出試験では 坑内減圧とデータ取得を基本要件とし オフショアの DST を参考にした産出試験システムを設計した 6 日間の連続した減圧に成功し 現場のオペレーションや生産試験後の評価に必要な生産データを取得した 設計時の想定と異なる生産システム内の流動挙動が観測された また一部の計測データが取得できなかった 次回以降の産出試験に向けて 坑内システムと要素技術の設計を再検討する 25 26

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