室内実験とＡＥ波形解析による水圧破砕で造成される亀裂評価手法の開発

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16H04614
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 直井 誠 京都大学, 工学研究科, 助教 (10734618)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石田 毅 京都大学, 工学研究科, 教授 (10232307) ; 陳 友晴 京都大学, エネルギー科学研究科, 助教 (80293926) ; 川方 裕則 立命館大学, 理工学部, 教授 (80346056)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: アコースティック・エミッション / 水圧破砕 / 蛍光観察

Outline of Annual Research Achievements

水圧破砕法は，地下資源の埋蔵域に亀裂を造成することで生産性を回復・向上させる方法として重要な役割を担っている．破砕による亀裂造成の監視・推定は，通常，微小地震観測によって行われるが，亀裂造成プロセスと微小地震の関係はよくわかっておらず，亀裂造成状況が適切に推定できていないとみられる場合も多い．そこで本研究では，室内水圧破砕実験をおこない，発生する微小破壊の波形データに対して，類似研究ではほぼ適用例がない地震学分野で発達した多様なデータ処理手法でその特徴付けを行う．結果を顕微鏡観察で明らかにした造成亀裂の微細構造と比較・整理し，造成亀裂を微小地震の波形データから適切に推定する手法を開発する．
昨年度研究においては，平成28年度に実施した黒髪島花崗岩及び井内頁岩を用いた実験結果をまとめて国際紙に投稿し，掲載された．また，前年度とは別種の供試体に対して複数回の実験を行い，AEデータ解析，ならびに蛍光法による亀裂観察を行なった．AEセンサには，当初予定通り広帯域センサを利用し，高度なスペクトル解析手法が適用可能であることも確かめた．課題であったモーメント・テンソル解析を，主に平成28年度実験で得られたデータに対して実施し，岩種によってそのAEのモードが大きく異なることを確認した．また，花崗岩供試体においては，石目（既存弱面が卓越する方向）と造成き裂進展方向の関係によって，卓越するモーメントテンソル解のタイプに違いが現れることが示された．

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

当初予定していた解析・実験項目は概ね実施することが出来ており，論文出版を計画より早く行なうことができている．

Strategy for Future Research Activity

本年度は追加の実験を行うと共に，AEの絶対規模推定，応力降下量解析などAE解析手法の向上を試みる．また，これまでの成果を複数の論文にまとめる予定である．

Research Products

• [Journal Article] Monitoring hydraulically-induced fractures in the laboratory using acoustic emissions and the fluorescent method (2018)
  • Author(s): M. Naoi, Y. Chen, K. Nishihara, K. Yamamoto, S. Yano, S. Watanabe, Y. Morishige, H. Kawakata, T. Akai, I. Kurosawa, T. Ishida
  • Journal Title: Int. J. Rock Mech. Min. Sci. Volume: 104 Pages: 53-63
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2018.02.015
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 水圧破砕フラクチャーの可視化技術 (2018)
  • Author(s): 陳友晴，直井誠，石田毅，赤井崇嗣，黒澤功，高木是
  • Journal Title: 石油技術協会誌 Volume: 82 Pages: 438-442
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 水圧破砕亀裂可視化研究のための真三軸水圧破砕実験システムの構築 (2018)
  • Author(s): 陳友晴，森重有矢，堤直史，直井誠，山本和畝，今北啓一，川方裕則，石田毅，田中浩之，有馬雄太郎
  • Organizer: 2018年度材料学会
• [Presentation] 水圧破砕によって頁岩供試体中に発達する亀裂の可視化と顕微鏡観察 (2018)
  • Author(s): 陳友晴，森重有矢，堤直史，直井誠，山本和畝，今北啓一，川方裕則，石田毅，田中浩之，有馬雄太郎，兵藤大祐
  • Organizer: 2018年度石油技術協会春季大会
• [Presentation] イーグルフォード頁岩供試体に対する，AE計測と蛍光観察による水圧破砕造成亀裂の観察 (2018)
  • Author(s): 今北啓一，直井誠，陳友晴，山本和畝，森重有矢，堤直史，川方裕則，石田毅，田中浩之，有馬雄太郎，兵藤大祐
  • Organizer: 資源・素材学会春季大会
• [Presentation] Estimation of moment magnitude of acoustic emissions induced by hydraulic fracturing in the laboratory (2018)
  • Author(s): Makoto Naoi, Keiichi Imakita, Kazune Yamamoto, Hironori Kawakata, Youqing Chen, Yuya Morishige, Naofumi Tsutsumi, Tsuyoshi Ishida, Hiroyuki Tanaka, Yutaro Arima, Daisuke Hyodo
  • Organizer: JpGU 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] イーグルフォード頁岩を用いた室内水圧破砕実験時に生じるAcoustic Emissionの震源メカニズム推定 (2017)
  • Author(s): 山本和畝，直井誠，今北啓一，陳友晴，石田毅，川方裕則，田中浩之，有馬雄太郎，兵藤大祐
  • Organizer: 資源・素材学会 第14回若手研究者・学生のための研究発表会
• [Presentation] 水圧破砕フラクチャーの可視化技術 (2017)
  • Author(s): 陳友晴・直井誠・石田毅・赤井崇嗣・黒澤功・高木是
  • Organizer: 石油技術協会春季講演会シンポジウム
• [Presentation] 室内水圧破砕実験時に生じるAcoustic Emissionのモーメントテンソル解析 (2017)
  • Author(s): 山本和畝，直井誠，西原健吾，陳友晴，藤戸航，川方裕則，赤井崇嗣，黒澤功，石田毅
  • Organizer: 石油技術協会春季講演会
• [Presentation] Moment tensor analysis of acoustic emissions induced by hydraulic fracturing in laboratory experiments (2017)
  • Author(s): M. Naoi, K. Nishihara, K. Yamamoto, W. Fujito, Y. Chen, T. Ishida, H. Kawakata, T. Akai, I Kurosawa
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • Int'l Joint Research