2017 Fiscal Year Annual Research Report
空隙スケール計測を核とした安定型CO2地下貯留の学理の構築
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17H00790
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
末包 哲也 東京工業大学, 工学院, 教授 (30262314)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 多孔質 / 二酸化炭素地下貯留 / 浸透様式 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
界面張力トラップはCO2の注入直後からCO2に働く重要なトラップメカニズムである．界面張力トラップに注目したこれまでの研究により，界面張力トラップ量を決定する因子として，CO2注入時のガス飽和率が極めて大きな影響を与えることが明らかになった．界面張力トラップにより安定的に貯留されるCO2量を推定するために，水で満たされている多孔質にCO2を注入した際の置換効率を推定する手法を確立している．流体の粘性比により置換界面にビスカスフィンガリング（VF）と呼ばれる不安定性が発生し，これが浮力により強調あるいは抑制さることで置換効率に影響を与えている．しかしながら，体積平均的な置換効率は得られたものの，実際にCO2が多孔質内部でどのように分布しているのか，あるいは，注入流速が小さい場合に発生するキャピラリーフィンガリング（CF）からVFへの移行メカニズムついては未だに解明されていない．本研究では，フィンガリングメカニズムの遷移過程の3次元可視化により，不安定現象の発生メカニズムの解明を行った．浮力の影響が無視できる場合，非湿潤相が湿潤相で飽和された多孔質への浸透プロセスはいわゆるパーコレーション理論で記述されるような様式で浸透しており，浸透が発生しる場所（アクティブサイト）はすべての場所で確率的に発生している．一方，浮力が顕著になるとアクティブサイトがフィンガーの先端に位置し，等方的なフィンガー発展から縞状の構造を有する浸透へと遷移することを見出した．非湿潤相の分布様式を無次元数で表されるダイヤグラム上で整理した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
予定してた非混和性二相流のCFからVFへの遷移過程の解明についてはおおむね順調に推進することができ，論文掲載へと至っている．浮力，界面張力および粘性不安定性の関係を包括的に整理するための目途がついた．併せて行ってきていた混和性二相流に発生するヴィスカスフィンガリング（VF）の可視化については，多孔質内で発生している3次元VFの可視化に成功するとともに，国際会議および世界的にも名声の高いジャーナル論文にまとめることができ予想を超える進展が見られた．しかしながら，年度後半に至って使用しているX線CT装置の故障に見舞わられ，研究の進捗が一時中断している状況である．本年度では，X線CT装置の修理を行い，進展が期待できるVFの可視化について研究を重点的に推進する．
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| Strategy for Future Research Activity |
二酸化炭素(CO2)地下貯留技術(CCS)の安全性の評価に必要不可欠となる岩石多孔質内部でのCO2の移動・溶解・対流などのトラップメカニズムに関する物質移動現象を解明し，CCSの社会的受容性を醸成するのに資する科学的知見の確立を目指した研究を引き続き推進する．昨年度までの非混和性二相流のヴィスカスフィンガリング現象の解明に加えて，CO2を用いた原油増進回収プロセスにおいて重要となる混和性二相流のヴィスカスフィンガリングについても解明を進める．昨年度の研究において，多孔質内部に発生する混和性二相流のヴィスカスフィンガリング現象の可視化に成功したが，本年度はフィンガー構造をより詳細に調べるとともに，化学反応を伴う粘度変化によりフィンガーの成長の促進や抑制機構を検討する．近年，X線CT装置に使用するパネルは急激に高性能化している．画像の中に，多孔質，CO2，水のように存在する物質の数が増えると，徐々に判別が困難になるが，高解像度パネルでは，物質の判別が非常に容易になる．本年度は，新型のX線CT装置を導入する．これを用いることにより，多孔質の空隙スケールの現象を高解像度・高時間分解能で可視化することにチャレンジする．これらの手法の開発・蓄積により，次年度以降に予定している空隙スケールの物質輸送現象の解明へとつなげていく．
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