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および生産効率の評価

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MHの生産に用いられる予定の減圧法は,海底地盤に井戸を掘削し,減圧することでMHを分解することでメタンガスを回収する.この間地盤内には減圧に対応した有効応力の増加が考えられ,海底地盤が変形することが予想される.そこで,MHの力学的な特性を系統だって調べるために、砂中にMHを生成し、異なる土の密度、MH飽和率、温度、背圧に対して一連の圧縮試験を行った。力学的に最も重要な結果として、MHが土の隙間を埋める割合を表すMH飽和率が高いほど、圧縮強度は高くなることが明らかとなった。さらに、変形中の画像取得可能な平面ひずみ型模型実験装置を開発し、MHの生産を想定した減圧法による分解実験を実施した。取得した写真を用いて画像解析を行い、減圧法適用時の土の変形を定性、定量的に評価することに世界で初めて成功した。次に、実験から明らかとなったMHを含む土のMH飽和率依存性を表現可能な応力ひずみモデルを構築し,開発した土-水-熱-ガス連成FEMシミュレータに組み込んだ。その結果,MH濃集層の内部は井戸からの減圧によって徐々に全体に減圧域が広がりMHが分解する様子と地盤の変形が確認された。さらに、急速に減圧した場合では、有効応力の増加とMHの分解による強度の低下によって減圧源付近で不等沈下が生じ、せん断変形が進行することで一部に破壊が生じる可能性が示唆された。しかしながら、減圧速度をコントロールすることで、初期のせん断変形は抑えられ、最終的には海底面全域において有効応力が増加し、地盤としては安定化することでMHが回収できることが明らかとなった。・社会にもたらす効果や応用例本研究の成果によって、MHの開発中に生じる地盤の変形挙動を予測することが可能となった。これにより、安全で安定的なMH生産が可能となる。さらに、本研究成果は論文および,研究発表会に投稿し,高い評価を得ることができた.