深海底におけるメタンハイドレート堆積層の生産時安定性及び生産効率の評価

2008 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20246080
• Research Institution: Yamaguchi University
• Principal Investigator: 兵動 正幸 Yamaguchi University, 大学院・理工学研究科, 教授 (40130091)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中田 幸男 山口大学, 大学院・理工学研究科, 准教授 (90274183) ; 吉本 憲正 山口大学, 大学院・理工学研究科, 助教 (00325242) ; 田中 一宏 山口大学, 大学院・理工学研究科, 准教授 (30188289) ; 鈴木 素之 山口大学, 大学院・理工学研究科, 助教 (00304494)
• Keywords: メタンハイドレート / 模型実験装置 / 海底資源開発 / 生産 / 土-水-ガス-熱連成 / FEM解析コード / 構成式 / 変形

Research Abstract

南海トラフなどに存在しているメタンハイドレートは,間隙充填型と呼ばれ,土粒子が堆積してできる間隙を埋めるように存在し,個々の土粒子をメタンハイドレートで固定するセメンテーション的な役割も担っている.そのため,メタンガスは,実地盤中でメタンハイドレートを分解し,取り出されることになる.本研究では,メタンハイドレートが分解されることに焦点を当て,分解されることによって,地盤がどのように変形するのか,分解されたメタンガスがどのように地盤中を移動するのかを実験的・解析的に明らかにし,地盤の安定性やメタンガスの生産性の評価に役立てる.
地盤の変形やメタンガスの移動がどうなるかが,非常に重要になってくるため,本研究において,メタンハイドレート堆積地盤が可視化できる模型実験装置を開発することとする.開発する模型実験装置を用いて,地盤の局所的な変形やメタンガスの浸透性について理解する.更には,模型実験で観察された挙動を表現しうるFEM解析コードを開発し,実際の生産に伴う地盤の安定性やメタンガスの生産性の評価に適用する.
開発した平面ひずみ型模型実験装置を用いて,実験装置の妥当性を検証する目的で砂に対して検討を行った.その結果が,従来の研究成果と同等と思われる実験結果が得られた.この結果を踏まえて,供試体中にメタンハイドレートを生成させ,実験を実施していく.
模型実験と平行して,土-水-ガスー熱連成のFEM解析コードを開発した.そして,本解析コードを用いて南海トラフを対象とした生産井付近の変形挙動の評価を行った.その結果,減圧に伴いメタンハイドレートが分解し,地盤の力学強度が低下する.そのため,生産井周辺では圧密が進行すると共にせん断変形が生じ,ひずみが集中することが明らかとなった.