2020 Fiscal Year Annual Research Report
Study on Plugging Caused by Methane Hydrate Formation Inside a Pipe
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19H02368
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| Research Institution | National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology |
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Principal Investigator |
山本 譲司 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (00586703)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中島 康晴 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (30344237)
山本 マルシオ 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (10608631)
高野 慧 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (90636820)
大坪 和久 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (50435773)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | メタンハイドレート / 管内閉塞 / 低温物質 / 資源開発 / ループ試験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、メタンハイドレート等の海底資源を移送する際の移送管内における氷結条件を明らかにするため、常圧環境下及び高圧環境下において模型試験を実施する。
本年度は、昨年度製作した常圧環境下における移送管内外の流体の速度、温度、塩分濃度、及び伝熱特性の条件の違いによる内部流阻害を圧力変化及び、管内観測にて明らかにすることを目的としたループ試験装置を使用し、低温試験場にて常圧下ループ試験を実施した。
試験は、１）淡水及び人工海水を用い管外の温度環境が管内の温度変化に及ぼす影響を確認する、２）炭酸氷を用いて、管内の温度及び塩分の変化を計測する、３）管内の人工海水が凍結する条件を確認するために行った。併せて、熱伝導率の異なる内管素材（ステンレス鋼と銅合金）を使用し、管外の温度環境に対する管内温度への伝達速度の違いについての試験も実施した。
常圧環境下における試験結果より、管内の流量の違いによる管外温度を影響に明確な差異は認められなかった。一方、管内に流れが無い場合は、外部温度の影響を受けやすい結果が示された。外部温度を-4℃まで下げた場合、循環する人工海水はパイブの壁より氷層を形成し、最終的には閉塞を起こした。また、管の材質の違いによる外部温度からの熱伝達に差異が認められなかった。これは、試験に用いた管の管厚が影響している可能性もあるため、油ガス分野で使用されている生産用ライザー管相当の管厚（例えば、25mm程度）を使用した追加試験を行うこととした。また、氷層を形成する課程で、管内の流体に含まれる錆等の懸濁物は、氷の核生成を引き起こす場合があることが示唆された。
試験結果を踏まえ、常圧環境下試験と併せて、管素材の違い（熱伝導率の違い）による影響について、追加試験を行うための試験装置を製作するとともに、圧力変化による管内流体の挙動影響を確認するための試験装置の作成も行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
新型コロナの影響により、予定していた試験場所の使用ができなくなり、一部試験を次年度（令和3年度）に繰り越すこととなった。また、成果発表を予定していた国際学会も中止となり、別の学会に変更したため、発表時期が令和3年6月になった。一部試験を繰越したため、やや遅れぎみである。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度は、昨年度製作した追加試験装置及び高圧環境下試験装置を用い、熱伝導率の違いによる管内影響に係る試験と圧力変化に係る試験を実施する。
追加試験は、外気温を低温にコントロール可能な低温施設を使用し、併せてチラーユニットも使用する予定であったが、チラーユニットの温度安定性が悪いことが判明したため、低温施設の温度調整のみで低温（5度以下）を維持する予定である。
高圧環境下試験装置は、表層型メタンハイドレートが発見されている日本海近傍の水深1,000ｍ以深まで模擬できるよう、温度-2度から常温、圧力20MPaまで加圧可能な仕様となっている。当該装置を用い、再ハイドレート化等に係る試験を実施する。
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