Development of calculaton procedure for resolving the mechanizm of soil deformation in collectiong gas resouces under the sea bed

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15K14266
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 吉川 孝男 九州大学, 工学研究院, 教授 (50380572)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 前田 正広 九州大学, 工学研究院, 助教 (70173713)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 間隙水 / 地盤 / 水圧破壊 / コールベットメタン / メタンハイドレート / シェールガス / 資源採取 / シミュレーション技術

Outline of Annual Research Achievements

シェールガスの採掘では、井戸の下端から地層(岩盤)内に高圧水を導入して割れ目を作り、その割れ目からメタンガスがしみ出すことを利用している。我が国近海に賦存するメタンハイドレートやCBM(コールベットメタン)の採取においても同様の手法が有望である。この状況を数値計算で再現できるようにするには、地層内の間隙水の変化を時刻歴で追跡し、得られた圧力分布を用いて地層内の割れを再現することが必要となる。
まず、地層の間隙水の移動に関しては、汎用のFEM解析ソフトMSC.Marcの非定常熱伝導解析機能を用いて、圧力を温度に、間隙間を流れる流量を熱量に、また透水係数を熱伝導率に、間隙水の圧縮率を比熱に読み替えることで計算した。間隙が水で満たされた後の解析は通常の熱伝導解析機能で計算できるが、間隙が水で満たされるまではそのままでは計算できない。そこで、圧縮率(比熱）の圧力（温度）依存性を導入することによって計算できるようにした。また、個別要素法を利用し、土壌を粒子で表し、粒子間の間隙を考え、間隙間の水の移動と間隙内の水の圧力の変化について、透水係数を用いて計算する手法についても検討し、計算プログラムを作成した。両者の計算結果が一致することも確認済みである。
また、地盤内での水の透過現象を調べるため透水試験を実施し、これに合わせたシミュレーション試験を実施し、数値シミュレーションの精度確認を実施し、本研究で考案した手法で地盤内の水の移動状況が追跡可能であることを確認した。得られた間隙の圧力分布の時間変化を、個別要素法における土壌を表す粒子に与えて、地層の変形挙動を追跡する計算を実施した。
なお、本萌芽研究で解析ソフトの構築ができたので、今後は地層内の割れについて、小型試験を実施してそれに対する数値シミュレーションを実施して、計算精度の確認を行ってゆく予定である。