JP2009236874A - Monitoring method of underground permeation of carbon dioxide - Google Patents

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雅夫 名子
Hironobu Komaki
博信 小牧
Masahito Fujita
眞仁 藤田
Shigeo Yamamoto
茂夫 山本
Susumu Nishimura
進 西村
Ikuo Katsura
郁雄 桂
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a monitoring method of underground permeation of carbon dioxide capable of secularly and continuously measuring the behavior of carbon dioxide press-filled underground for a long time, predicting the situation of carbon dioxide before carbon dioxide leaks out onto the ground surface, and monitoring the situation of underground penetration of carbon dioxide with a simple work by using a relatively compact device. <P>SOLUTION: In a production system in which a plurality of boreholes communicated with underground coal layers (a main layer 1 and a lower layer 2) are formed, gaseous carbon dioxide is press-filled from a press-in well 3 communicated with the lower layer 2 and fixed to coal or the like in the lower layer 2, and thereafter, hydrocarbon gas mainly consisting of methane gas substituted with carbon dioxide and emitted is collected from a production hole 4, survey meters by γ-ray scintillation are installed on bottoms in observation holes formed at five points (A, B, C, D, E), gaseous carbon dioxide is press-filled in the press-in well 3, and the secular change of the γ ray dosage rate is examined by the survey meters to monitor the situation of underground penetration of carbon dioxide and the production situation of underground gas associated therewith. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は、地下の石炭層に二酸化炭素を圧入して石炭に吸着させる際、または二酸化炭素と置換されて発生した炭化水素系ガスを回収する際、圧入された二酸化炭素の地中での挙動を監視するための二酸化炭素の地中浸透モニタリング方法に関する。   This invention relates to the behavior of the injected carbon dioxide in the ground when carbon dioxide is injected into the underground coal bed and adsorbed on the coal, or when the hydrocarbon-based gas generated by substitution with carbon dioxide is recovered. The present invention relates to a carbon dioxide underground infiltration monitoring method.

一般に、石炭は、その微細な空隙構造によって気体を吸着する作用があり、地中の石炭層には、通常、メタンガスを主成分とする炭化水素系ガスが多量に包蔵されている。   In general, coal has an action of adsorbing gas due to its fine void structure, and a large amount of hydrocarbon-based gas mainly containing methane gas is usually contained in the underground coal layer.

特に石炭は、二酸化炭素をメタンの数倍量も吸着する性質があり、二酸化炭素と石炭中に含まれるメタンガス等とを置換すれば、地球環境の温暖化原因となる温室効果ガスの一つである二酸化炭素を石炭層中に効率よく固定化できると共に、クリーンエネルギーであるメタンガスを二酸化炭素と置換して回収し、これを有効に利用できる。   In particular, coal has the property of adsorbing carbon dioxide several times as much as methane. If carbon dioxide and methane gas contained in coal are replaced, it is one of the greenhouse gases that cause global warming. A certain amount of carbon dioxide can be efficiently fixed in the coal bed, and methane gas, which is clean energy, can be recovered by replacing it with carbon dioxide, which can be used effectively.

この回収方法を具体的に説明すると、石炭層に通じる孔井から地下の石炭層に二酸化炭素を圧入すると、石炭にはメタンの2倍から数倍量の二酸化炭素が選択的に吸着され、その代わりに石炭に吸着されていたメタンガスを主成分とする炭化水素系ガスが放出される。   This recovery method will be explained in detail. When carbon dioxide is injected into the underground coal seam from the borehole leading to the coal seam, the carbon dioxide is selectively adsorbed to the coal twice to several times as much as methane. Instead, hydrocarbon-based gas mainly composed of methane gas adsorbed on coal is released.

このように二酸化炭素−メタンの置換を利用して、石炭層中に多量に含まれるメタンガスを燃料ガスとして別の孔井から回収して利用できることが知られている。(例えば特許文献1)   As described above, it is known that methane gas contained in a large amount in a coal bed can be recovered and used as a fuel gas from another borehole by using carbon dioxide-methane substitution. (For example, Patent Document 1)

上記技術は、石炭の採掘が困難な深部石炭層や低品位で経済性の低い石炭層でも利用でき、また、二酸化炭素は近年では排出規制も強化されている温室効果ガスの一つであるから、これを安定して固定できると共に、回収した可燃性天然ガス資源を有効に利用できる優れた資源のリサイクル技術であるといえる。   The above technology can be used in deep coal seams where it is difficult to mine coal or in low-grade, low-economic coal seams, and carbon dioxide is one of the greenhouse gases whose emission regulations have been tightened in recent years. It can be said that this is an excellent resource recycling technology that can stably fix this and can effectively use the recovered combustible natural gas resources.

また、二酸化炭素を地中に圧入し、石炭層からメタンガス等の可燃性ガスを回収する際に、どのような種類の有用なガスがどのような濃度で含まれているかを調べるため、ラマンプローブとラマン散乱光分析装置を予め地中に埋設した中空管内部に設置し、ガスモニタリングする技術が知られている。(特許文献2)   In addition, in order to investigate what kind of useful gas is contained at what concentration when carbon dioxide is injected into the ground and flammable gas such as methane gas is recovered from the coal bed, Raman probe And a Raman scattering light analyzer installed in a hollow tube embedded in the ground in advance, and a gas monitoring technique is known. (Patent Document 2)

特開2004−3326号公報JP 2004-3326 A 特開2004−309143号公報JP 2004-309143 A

しかし、地中ガス成分を評価する従来のガスモニタリング技術は、湧出したガスの種類と濃度を情報として得るものであり、圧入された二酸化炭素が漏出して初めて検知できるものであるから、湧出することが予想されるガスの量や、今後の経時的な影響を事前に把握することができなかった。   However, the conventional gas monitoring technology that evaluates underground gas components obtains information on the type and concentration of the gas that has flowed out, and it can only be detected when the injected carbon dioxide leaks out. It was not possible to grasp in advance the amount of gas expected and the influence over time in the future.

また、地質構造を調査して得られる情報は、圧入された二酸化炭素の地中での挙動と対応するものでなく、予め地中での二酸化炭素の挙動を充分に知ることはできなかった。   The information obtained by investigating the geological structure does not correspond to the behavior of the injected carbon dioxide in the ground, and it was not possible to fully know the behavior of carbon dioxide in the ground beforehand.

また、一般的な鉱床探査のために地質構造を調査する場合のように、一時的なデータを得るためではなく、経時的、特に長期的にデータの変化を何度も調べる場合には、測定毎に大掛かりな装置を要する測定は実用的でない。   In addition, it is not necessary to obtain temporary data as in the case of investigating the geological structure for general ore exploration. Measurements that require extensive equipment every time are impractical.

そこで、この発明の課題は、上記した問題点を解決して、地中に圧入された二酸化炭素の挙動を長期間に亘って経時的に連続して測定できると共に、地表に二酸化炭素が漏出する前にその状況を予測でき、しかも比較的小型の装置を用いて簡便な作業で二酸化炭素の地中浸透状況をモニタリングすることである。   Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems and continuously measure the behavior of carbon dioxide injected into the ground over time and leak carbon dioxide to the ground surface. It is possible to predict the situation before, and to monitor the penetration of carbon dioxide into the ground by a simple operation using a relatively small device.

上記の課題を解決するために、この発明では、地中の石炭層に通じる複数の孔井を設け、これら複数の孔井のうち少なくとも1つの孔井から二酸化炭素を圧入して石炭層に浸透させ、浸透した二酸化炭素と置換された前記石炭層中の炭化水素系ガスを他の孔井から生産する際、二酸化炭素の圧入井と炭化水素系ガスの生産井との間における石炭層上方の地中に間隔を開けてγ線シンチレーションによるサーベイメーターを複数設置し、これらサーベイメーターによって各位置で測定した複数の核種の空間γ線量率の総量の経時変化を調べることにより、地中の二酸化炭素ガスの浸透状況または地表への漏洩状況を監視することからなる二酸化炭素の地中浸透モニタリング方法としたのである。   In order to solve the above-mentioned problems, in the present invention, a plurality of wells leading to an underground coal bed are provided, and carbon dioxide is injected from at least one of these boreholes to penetrate the coal bed. When the hydrocarbon-based gas in the coal bed replaced with the permeated carbon dioxide is produced from other wells, the upper part of the coal bed between the carbon dioxide injection well and the hydrocarbon-based gas production well By installing multiple survey meters by γ-ray scintillation at intervals in the ground, and examining the temporal changes in the total amount of spatial γ dose rate of multiple nuclides measured at each position by these survey meters, It was a method for monitoring the penetration of carbon dioxide into the ground consisting of monitoring the state of gas penetration or leakage to the surface.

上記したように構成されるこの発明のモニタリング方法では、地下の石炭層に高圧で二酸化炭素が圧入されたとき、拡散しながら石炭層内を進む二酸化炭素はその圧力を地層に伝達するので、地中に均一に包蔵されている自然放射性ガスは、伝達された圧力によって地表へ押し上げられる。
すなわち、通常、地層の岩石には、ウランが0.4〜4ppm、トリウムが1〜16ppm含まれ、その壊変元素の222Rnと220Rnが地層・岩石中に含まれているが、これらは一般に移動しにくい。
しかし、断層の下部からこれらの222Rnと220Rnが二酸化炭素ガスの湧出圧を受けると上昇する。
In the monitoring method of the present invention configured as described above, when carbon dioxide is injected into the underground coal formation at high pressure, carbon dioxide that travels in the coal formation while diffusing transmits the pressure to the formation. The natural radioactive gas uniformly contained therein is pushed up to the ground surface by the transmitted pressure.
That is, normally, the rock formations, uranium 0.4~4Ppm, thorium contains 1~16Ppm, but 222 Rn and 220 Rn of its decay element is contained in the formation, rock, it is generally Difficult to move.
However, when these 222 Rn and 220 Rn are subjected to the discharge pressure of carbon dioxide gas from the lower part of the fault, they rise.

そのため、石炭層上方の地表面近くなどの地中に間隔を開けて設けた複数の観測孔において、サーベイメーターで経時的に放射線の線量率変化を調べると、二酸化炭素が石炭層内を浸透していくであろうと予想される地点の石炭層上方に設置しておいた観測孔において、サーベイメーターが放射線量率の経時変化を示した時、そのサーベイメーターの設置位置の地下にまで二酸化炭素が浸透したことがわかる。   Therefore, when the change in radiation dose rate over time is examined with a survey meter at multiple observation holes provided at intervals in the ground, such as near the ground surface above the coal bed, carbon dioxide penetrates into the coal bed. When the survey meter shows a change in the radiation dose rate over time in the observation hole installed above the coal bed at the point where the survey is expected to occur, carbon dioxide will reach the basement of the survey meter installation location. You can see that it has penetrated.

そして、自然放射性ガスのラドン(222Rn)およびトロン(220Rn)は、それぞれこれらの娘元素である214Biおよび208Tlのγ線の放射線線量率としてγ線シンチレーションによるサーベイメーターで捉えることができる。 The radon natural radioactive gas (222 Rn) and thoron (220 Rn), respectively can be taken in a survey meter according γ ray scintillating as radiation dose rate of γ-rays of 214 Bi and 208 Tl is these daughter elements .

複数の核種のうち、特定の核種のみが、空間γ線量率を経時的に変化させ、一方、他の核種の空間γ線量率は経時的に安定して変化しない場合があり、例えば40Kの空間γ線量率は、常に一定である。 Of the multiple nuclides, only certain nuclides change the spatial γ dose rate over time, while the spatial γ dose rates of other nuclides may not change stably over time, for example 40 K The air gamma dose rate is always constant.

したがって、40Kを含む複数の核種の空間γ線量率の総量の経時変化を調べることにより、40K以外の核種について空間γ線量率の総量の経時変化がわかるから、40K以外の他の核種によって、地中の二酸化炭素ガスの浸透状況または地表への漏洩状況を監視することができる。 Therefore, by examining the time course of the total amount of space γ dose rate of a plurality of species including 40 K, 40 because it is seen changes over time of the total amount of space γ dose rate for nuclides other than K, other nuclides than 40 K Thus, it is possible to monitor the penetration state of carbon dioxide gas in the ground or the leakage state to the ground surface.

特に、複数の核種が、214Bi、208Tlおよび40Kという複数の核種である場合、これらの空間γ線量率の総量の経時変化を調べることにより、ラドン(222Rn)またはトロン(220Rn)以降の最初のγ線を放出する核種である214Bi、208Tlの空間γ線量率総量の経時変化がわかるから、地中の二酸化炭素ガスの浸透状況または地表への漏洩状況を監視することが確実にできる。 In particular, when the nuclides are 214 Bi, 208 Tl, and 40 K, the radon ( 222 Rn) or the thoron ( 220 Rn) can be obtained by examining the time course of the total amount of these spatial γ dose rates. Since the time-dependent changes in the total amount of space γ dose of 214 Bi and 208 Tl, which are the nuclides that emit the first γ-rays thereafter, can be seen, it is possible to monitor the penetration of carbon dioxide gas in the ground or the leakage to the ground surface You can be sure.

また、地表面での気圧などの誤差要因を取り除くため、サーベイメーターを地中に設置する位置は地表下40cm以深、完全に影響を取り除くためには地表下5m以深にすることが好ましい。   Further, in order to remove error factors such as atmospheric pressure on the ground surface, the position where the survey meter is installed in the ground is preferably 40 cm or more below the ground surface, and in order to completely remove the influence, the depth is preferably 5 m or less.

また、サーベイメーターを設置する位置が、石炭層上方の断層面からなる地中通気路に接する位置であることが、より正確に測定するために好ましいことである。   Moreover, it is preferable in order to measure more correctly that the position which installs a survey meter is a position which touches the underground ventilation path which consists of a tomographic plane above a coal bed.

この発明の二酸化炭素のモニタリング方法は、地下の石炭層に二酸化炭素が浸透する際に地層に圧力を伝達し、放射性ガスを地表面に押し上げる現象を利用し、石炭層の上方に設置されたγ線シンチレーションによるサーベイメーターによって自然放射線線量率の経時変化を調べることにより、地中に圧入された二酸化炭素の挙動を長期間にわたって連続して測定できると共に、地表に二酸化炭素が漏出する前に予測できる。しかも比較的小型の装置を用い、低コストで簡易にモニタリングできる方法となる利点がある。   The carbon dioxide monitoring method according to the present invention utilizes a phenomenon in which pressure is transmitted to the formation when carbon dioxide penetrates into the underground coal formation, and the radioactive gas is pushed up to the ground surface. By investigating changes in natural radiation dose rate over time with a survey meter using line scintillation, the behavior of carbon dioxide injected into the ground can be continuously measured over a long period of time, and can be predicted before carbon dioxide leaks to the ground surface. . In addition, there is an advantage that the method can be easily monitored at a low cost using a relatively small device.

この発明の実施形態を以下に、添付図面に基づいて説明する。
図1に示すように、実施形態は、地中に存在する本層1と下層2からなる石炭層に下層2に通じる圧入井3および生産井4からなる2本の孔井を設け、これらの孔井のうち圧入井3の二酸化炭素注入管8から二酸化炭素を圧入して下層2内の石炭に固定させ、その後、二酸化炭素と置換されて放出されるメタンガスを主成分とする炭化水素系ガスを生産井4から回収する。この二酸化炭素固定および炭化水素系ガスの生産システムにおいて適用される二酸化炭素の地中浸透モニタリング方法である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
As shown in FIG. 1, in the embodiment, a coal bed composed of a main layer 1 and a lower layer 2 existing in the ground is provided with two wells composed of a press-in well 3 and a production well 4 leading to the lower layer 2. A hydrocarbon-based gas containing methane gas as a main component, which is injected into the well 2 from the carbon dioxide injection pipe 8 of the injection well 3 and fixed to the coal in the lower layer 2 and then replaced with carbon dioxide. Is recovered from the production well 4. This is a carbon dioxide underground penetration monitoring method applied in this carbon dioxide fixing and hydrocarbon gas production system.

このような生産システムにおいて、圧入井3と生産井4の間における石炭層の上部に、間隔を開けて5つの地点(A、B、C、D、E)に穿設した観測孔(深さ約40cm)内に放射線線量率計(サーベイメーター)の検出器を設置し、(圧入井3において二酸化炭素ガスを圧入すると同時に、放射線線量率計によって)γ線線量率の経時的変化を調べることにより、圧入された二酸化炭素の地中での挙動、すなわち二酸化炭素の地中浸透状況を監視するようにしている。   In such a production system, observation holes (depths) drilled at five points (A, B, C, D, E) at intervals above the coal bed between the injection well 3 and the production well 4. The detector of the radiation dose rate meter (survey meter) is installed within about 40cm, and the time-dependent change of the γ-ray dose rate is examined (with the radiation dose rate meter at the same time as injecting carbon dioxide gas in the injection well 3). Therefore, the behavior of the injected carbon dioxide in the ground, that is, the state of carbon dioxide penetration into the ground is monitored.

なお、5つの地点(A、B、C、D、E)に穿設した観測孔のA−B間は約270m、B−C間は約20m、C−D間は約90m、D−E間は約90m離れている。   It should be noted that the observation holes drilled at five points (A, B, C, D, E) are about 270 m between A and B, about 20 m between B and C, about 90 m between C and D, D-E. The distance is about 90m.

この発明に用いる二酸化炭素は、火力発電所等の大規模発生源からの二酸化炭素を含む排気ガスを分離回収したものを用いることができる。なお、高純度の二酸化炭素は、モノエタノールアミンなどのアミン吸収剤に吸収させて回収するアミン法により比較的簡単に得ることができる。   As the carbon dioxide used in the present invention, one obtained by separating and recovering exhaust gas containing carbon dioxide from a large-scale generation source such as a thermal power plant can be used. High-purity carbon dioxide can be obtained relatively easily by the amine method in which it is absorbed and recovered by an amine absorbent such as monoethanolamine.

液化炭酸を用いる場合は、液化炭酸貯槽5から昇圧ポンプ6を介して圧送すると共に、蒸発器7で加熱し、気化してから圧入井3に導入する。   When liquefied carbonic acid is used, it is pumped from the liquefied carbonic acid storage tank 5 via the booster pump 6, heated by the evaporator 7, vaporized, and then introduced into the press-fit well 3.

二酸化炭素の圧入は、図示したような一箇所の圧入井3から行なうばかりでなく、複数の圧入井から行なってもよい。また、圧入の初期には、比較的高い圧力で行なうことにより、石炭層を破壊して多数の割れ目を積極的に形成させながら圧入することが好ましく、また、必要に応じて砂などを混入させて割れ目の閉塞を防止することも好ましく、このようにすれば、より長期間に亘り広範囲に二酸化炭素を浸透させることができる。   The injection of carbon dioxide may be performed not only from one injection well 3 as shown, but also from a plurality of injection wells. In addition, at the initial stage of the press-fitting, it is preferable to perform the press-fitting while destroying the coal layer and actively forming a large number of cracks by carrying out at a relatively high pressure. It is also preferable to prevent clogging of the cracks, and in this way, carbon dioxide can be permeated over a wide range over a longer period.

生産井4は、圧入井から石炭層に浸透した二酸化炭素が充分吸着されるのに必要な距離を離して設置することが好ましい。このような距離は、少なくとも数十メートル必要であると考えられる。なお、生産井4は、圧入井3から立体的な位置関係によって上記の所定距離だけ離れていればよく、必ずしも平面的な方向に離間させておく必要はない。   It is preferable to install the production well 4 at a distance necessary to sufficiently adsorb carbon dioxide that has penetrated into the coal bed from the injection well. Such a distance would be required to be at least tens of meters. Note that the production well 4 only needs to be separated from the press-fit well 3 by the predetermined distance according to the three-dimensional positional relationship, and is not necessarily separated in the planar direction.

例えば、石炭層の深部に二酸化炭素を圧入して同一領域の浅部からメタンガスを含む地中ガスを回収してもよく、深部から浅部まで傾斜して平面的に延びる石炭層である場合には、深部で二酸化炭素を圧入して浅部から生産するようにしてもよい。   For example, carbon dioxide may be injected into the deep part of the coal layer to collect underground gas containing methane gas from the shallow part of the same region, and in the case of a coal layer that extends flatly from the deep part to the shallow part. May be produced from a shallow portion by injecting carbon dioxide in the deep portion.

通常、生産井4から回収された水蒸気などを含む地中ガスは、気液分離装置10で液体を分離し、液体成分を排水タンク9a、9bに回収すると共に、分離したメタンガスを主成分とする炭化水素系ガスを得る。必要に応じて、さらにガスを精製して利用施設に配送する。   Usually, the underground gas containing water vapor or the like recovered from the production well 4 is separated from the liquid by the gas-liquid separator 10 and the liquid components are recovered in the drain tanks 9a and 9b, and the separated methane gas is the main component. A hydrocarbon-based gas is obtained. If necessary, further refine the gas and deliver it to the facility.

この発明に用いる放射線線量率計は、透過力の高いγ線を測定できるものが好ましく、たとえばγ線シンチレーションによるサーベイメーターを採用することができる。
γ線シンチレーションによるサーベイメーターの代表例としては、NaI(Tl)シンチレーションサーベイメーターが挙げられ、このものはNaI(Tl)シンチレーション検出器(プローブ)およびサーベイメーター本体、さらに必要に応じて接続されるデータレコーダーで構成される。検出器内にはヨウ化ナトリウム(タリウムを含む)の結晶を備えており、ヨウ化ナトリウムと入射するγ線との相互作用により、2次電子が発生し、この2次電子がヨウ化ナトリウム結晶を励起し、励起から定常状態に戻る際に発生する蛍光の強さからγ線の線量率情報を得るものである。使用可能な市販のγ線シンチレーションサーベイメーターとしては、アロカ社製のNaI(Tl)シンチレーションサーベイメーター(TCS−161)などが挙げられる。
The radiation dose rate meter used in the present invention is preferably one that can measure γ-rays with high penetrating power. For example, a survey meter by γ-ray scintillation can be adopted.
A typical example of a survey meter by γ-ray scintillation is a NaI (Tl) scintillation survey meter, which includes a NaI (Tl) scintillation detector (probe), a survey meter body, and data connected as necessary. Consists of a recorder. The detector is provided with a crystal of sodium iodide (including thallium), and secondary electrons are generated by the interaction between sodium iodide and incident γ rays. The dose rate information of γ-rays is obtained from the intensity of fluorescence generated when the light is excited and returned to the steady state from the excitation. Examples of commercially available γ-ray scintillation survey meters that can be used include NaI (Tl) scintillation survey meter (TCS-161) manufactured by Aloka.

このようなγ線シンチレーションによるサーベイメーターの設置間隔と設置数は、特に限定されるものではなく、利用する地下の石炭層の規模とその上方の地質学的な地層の性質、圧入井と生産井との距離に応じて、10メートル程度から数100メートルの幅で設置すればよい。   The interval and number of survey meters installed by γ-ray scintillation are not particularly limited. The size of the underground coal layer used and the nature of the geological formation above it, the injection well and the production well Depending on the distance, it may be installed with a width of about 10 meters to several hundred meters.

図1に示した石炭層を有する北海道南大夕張地区の地層構造において、γ線線量率の実測試験を行なった。圧入井3と生産井4との距離は、194m離し、また生産井4は圧入井3より石炭層傾斜の上位の場所に設けた。   In the geological structure of Minami-Dayubari, Hokkaido, which has the coal bed shown in Fig. 1, an actual measurement test of γ-ray dose rate was conducted. The distance between the injection well 3 and the production well 4 was 194 m away, and the production well 4 was provided at a location higher in the coal bed slope than the injection well 3.

そして、圧入井3から、図2に示す二酸化炭素の圧入条件(注入圧(MPa)、注入量(t))で圧入を25日間(11月9日から11月24日まで)連続して行ない、このとき得られたγ線線量率の地点B、Cのデータ(参考のため、アロカ社製のNaI(Tl)シンチレーションスペクトロメーターを使用した)を図3、4の図表に示した。   Then, the injection well 3 is continuously pressed for 25 days (from November 9 to November 24) under the conditions of carbon dioxide injection (injection pressure (MPa) and injection amount (t)) shown in FIG. The data of points B and C of the γ-ray dose rate obtained at this time (NaI (Tl) scintillation spectrometer manufactured by Aloka Co., Ltd. was used for reference) are shown in the charts of FIGS.

これらの図から明らかなように、二酸化炭素の圧入直後は、214Biのγ線量率の変化と208Tlの変化が同じ傾向であった。これは、深度の浅いところの土壌や岩石中のラドンガスの動きが示されたと考えられる。 As is clear from these figures, immediately after the injection of carbon dioxide, the change in the 214 Bi γ dose rate and the change in 208 Tl had the same tendency. This is thought to indicate the movement of radon gas in soil and rocks at shallow depths.

そして、二酸化炭素ガスの圧入開始後、B、C地点ではγ線線量率の増加が見られた。その後、11月20日の前後から生産井4からメタンガスを主成分とする炭化水素系ガスの生産が始まり、その生産量が二酸化炭素ガスの圧入前は50m3/日であったのに対して、二酸化炭素の圧入後は150m3/日前後まで増加する傾向が見られた。 And after the press injection of carbon dioxide gas, an increase in the γ-ray dose rate was observed at points B and C. After that, production of hydrocarbon-based gas mainly composed of methane gas started from production well 4 before and after November 20, and the production volume was 50 m 3 / day before carbon dioxide gas injection. After the injection of carbon dioxide, there was a tendency to increase to around 150 m 3 / day.

図3、4のピークの変化において、214Biのγ線線量率の変化に対して、208Tlの変化が小さいのは半減期の差からみてかなり深部からのラドンガスが押し上げられて移動してきたものと考えられる。 In the peak changes in Figs. 3 and 4, the change in 208 Tl is small compared to the change in the 214 Bi γ-ray dose rate because the radon gas from the deep part has been pushed up and moved in view of the difference in half-life. it is conceivable that.

次に、一時的に二酸化炭素ガスの圧入を中止し、地中の二酸化炭素ガスの浸透状況または地表への漏洩状況を安定化させた後、B地点にアロカ社製のNaI(Tl)シンチレーションサーベイメーター(TCS−161)を前記のNaI(Tl)シンチレーションスペクトロメーターと併設し、それらのデータの相違を検討した。   Next, after temporarily stopping the injection of carbon dioxide gas to stabilize the infiltration state of carbon dioxide gas in the ground or the leakage state to the ground surface, NaI (Tl) scintillation survey made by Aloka at point B A meter (TCS-161) was provided side by side with the NaI (Tl) scintillation spectrometer, and the difference between the data was examined.

その際の測定結果を示した図5の結果および同地点の図3の結果からも明らかなように、スペクトロメーターによる測定と、サーベイメーターによる測定結果の関係をみると、スペクトロメーター(図3)では、214Bi(図中、Bi―214で示す。)、208Tl(図中、Tl―208で示す。)、40K(図中、K―40で示す。)を分別測定したが、サーベイメーター(図5)は核種分別をせず、214Bi、208Tl、40Kの総量が測定された。 As is clear from the results of FIG. 5 showing the measurement results at that time and the results of FIG. 3 at the same point, the relationship between the measurement by the spectrometer and the measurement results by the survey meter is shown in FIG. Then, 214 Bi (indicated by Bi-214 in the figure), 208 Tl (indicated by Tl-208 in the figure), and 40 K (indicated by K-40 in the figure) were separately measured. The meter (FIG. 5) did not perform nuclide fractionation and the total amount of 214 Bi, 208 Tl, and 40 K was measured.

ここで図3を見ると、40Kの計数値は一定であり、214Biのみが変動している。
従って、サーベイメーターでの変動は、スペクトロメーターで測定される214Biの変動に一致すると考えられる。
また、図5においてもスペクトロメーターで測定される214Biの空間γ線量率に対応してサーベイメーターの空間γ線量率総量も測定されていることがわかる。
そのため、サーベイメーターによって各位置で測定した複数の核種を含む自然放射線ガスの空間γ線量率総量の経時変化を調べることにより、地中の二酸化炭素ガスの浸透状況または地表への漏洩状況を監視できることがわかる。
Looking at FIG. 3 here, the count value of 40 K is constant and only 214 Bi fluctuates.
Therefore, the fluctuation in the survey meter is considered to coincide with the fluctuation of 214 Bi measured by the spectrometer.
It can also be seen from FIG. 5 that the total amount of the spatial γ dose rate of the survey meter is also measured in correspondence with the 214 Bi spatial γ dose rate measured by the spectrometer.
Therefore, it is possible to monitor the penetration of carbon dioxide gas in the ground or the leakage to the ground surface by examining the temporal change in the total amount of space γ dose rate of natural radiation gas containing multiple nuclides measured at each position by a survey meter. I understand.

参考のため、兵庫県の有馬温泉源における流体(温泉および蒸気)の移動する時のサーベイメーターで測定したγ線量率の測定例を表1に示した。因みに有馬温泉源は、二酸化炭素によって温泉水が押し出されている。従って、自噴している時は、二酸化炭素と共にラドンガスが押し上げられる。   For reference, Table 1 shows an example of measurement of the γ dose rate measured with a survey meter when fluid (hot spring and steam) moves at the Arima hot spring source in Hyogo Prefecture. By the way, the source of Arima Onsen is pushed out of hot spring water by carbon dioxide. Therefore, when self-injecting, radon gas is pushed up together with carbon dioxide.

Figure 2009236874
Figure 2009236874

表1の結果からも明らかなように、γ線シンチレーションサーベイメーターを用いて、スペクトロメーターで測定したラドン娘核種(214Bi)の線量率変化と同様のデータが得られ、γ線シンチレーションサーベイメーターの測定結果を用いて、自然放射線ガスの空間γ線量率の総量の経時変化を調べることにより、地中の二酸化炭素ガスの浸透状況または地表への漏洩状況を監視できるものと推定される。 As is clear from the results in Table 1, using the γ-ray scintillation survey meter, the same data as the dose rate change of the radon daughter nuclide ( 214 Bi) measured with the spectrometer was obtained. It is estimated that the penetration of carbon dioxide gas in the ground or the leakage to the ground surface can be monitored by examining the change over time in the total amount of the space γ dose rate of natural radiation gas using the measurement results.

なお、γ線シンチレーションサーベイメーターは、測定データを実験室に持ち帰らずに現場において、簡便にラドンガスの線量率変化を捉えることができるものであり、二酸化炭素の漏洩が速やかに予知でき、注入中の石炭層への浸透および破砕状況を適時に把握できるものと考えられる。   The γ-ray scintillation survey meter can easily capture changes in the dose rate of radon gas in the field without bringing the measurement data back to the laboratory. It is thought that the penetration and crushing situation into the coal bed can be grasped in a timely manner.

このように、炭化水素系ガスの生産速度を調整するには、二酸化炭素の圧入量と圧力を適宜に加減すればよく、上記のようにして得られた測定データを用いてメタンガス等の計画的な生産を時宜的に行なうことができる。   Thus, in order to adjust the production rate of hydrocarbon-based gas, the amount and pressure of carbon dioxide injection should be adjusted appropriately, and planned measurement of methane gas etc. using the measurement data obtained as described above. Production can be done in a timely manner.

二酸化炭素ガスの地中浸透モニタリング方法の概略説明図Schematic illustration of carbon dioxide gas penetration monitoring method 二酸化炭素の圧入条件・生産ガス量の経時変化との関係を示す図表Chart showing the relationship between CO2 injection conditions and changes in production gas over time B地点の放射線線量率の経時変化を示す図表Chart showing changes in radiation dose rate over time at point B C地点の放射線線量率の経時変化を示す図表Chart showing changes in radiation dose rate over time at point C B地点の放射線線量率の経時変化を示す図表Chart showing changes in radiation dose rate over time at point B

符号の説明Explanation of symbols

1 本層
2 下層
3 圧入井
4 生産井
5 液化炭酸貯槽
6 昇圧ポンプ
7 蒸発器
8 二酸化炭素注入管
9a、9b 排水タンク
10 気液分離装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main layer 2 Lower layer 3 Injection well 4 Production well 5 Liquefied carbon dioxide storage tank 6 Booster pump 7 Evaporator 8 Carbon dioxide injection pipe 9a, 9b Drain tank 10 Gas-liquid separation apparatus

Claims (4)

地中の石炭層に通じる複数の孔井を設け、これら複数の孔井のうち少なくとも1つの孔井から二酸化炭素を圧入して石炭層に浸透させ、浸透した二酸化炭素と置換された石炭層中の炭化水素系ガスを他の孔井から生産する際、二酸化炭素の圧入井と炭化水素系ガスの生産井との間における石炭層上方の地中に間隔を開けてγ線シンチレーションによるサーベイメーターを複数設置し、これらサーベイメーターによって各位置で測定した複数の核種の空間γ線量率の総量の経時変化を調べることにより、地中の二酸化炭素ガスの浸透状況または地表への漏洩状況を監視することからなる二酸化炭素の地中浸透モニタリング方法。   A plurality of boreholes that lead to the underground coal bed are provided, carbon dioxide is injected from at least one of these boreholes and penetrated into the coal bed, and in the coal bed replaced with the penetrated carbon dioxide When producing other hydrocarbon-based gas from other boreholes, a survey meter by γ-ray scintillation is used with a gap in the ground above the coal bed between the carbon dioxide injection well and the hydrocarbon-based gas production well. Monitor the infiltration of carbon dioxide gas in the ground or the leakage to the surface of the earth by investigating changes over time in the total amount of the spatial γ dose rate of multiple nuclides measured at each position using these survey meters. A method for monitoring the penetration of carbon dioxide into the ground. 複数の核種を含む自然放射線が、214Bi、208Tlおよび40Kを含む自然放射線である請求項1に記載の二酸化炭素の地中浸透モニタリング方法。 The method for monitoring underground penetration of carbon dioxide according to claim 1, wherein the natural radiation containing a plurality of nuclides is natural radiation containing 214 Bi, 208 Tl and 40 K. サーベイメーターを設置する位置が、石炭層上方の地表下40cm以深の地中である請求項1または2に記載の二酸化炭素ガスの地中浸透モニタリング方法。   The method for monitoring carbon dioxide gas penetration into the ground according to claim 1 or 2, wherein the survey meter is installed in the ground at a depth of 40 cm or more below the surface of the coal layer. サーベイメーターを設置する位置が、石炭層上方の断層面からなる地中通気路に接する位置である請求項1〜3のいずれかに記載の二酸化炭素の地中浸透モニタリング方法。   The method for monitoring underground penetration of carbon dioxide according to any one of claims 1 to 3, wherein a position where the survey meter is installed is a position in contact with an underground air passage formed of a fault plane above the coal bed.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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