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2021 Fiscal Year Annual Research Report

Permeability behavior in high-temperature ductile crust and prediction of spatiotemporal evolution in supercritical geothermal resource

Research Project

Project/Area Number 17H03504
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

渡邉 則昭  東北大学, 環境科学研究科, 教授 (60466539)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 岡本 敦  東北大学, 環境科学研究科, 教授 (40422092)
坂口 清敏  東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (50261590)
Project Period (FY) 2017-04-01 – 2022-03-31
Keywords再生可能資源・エネルギー / 超臨界地熱資源 / 延性地殻 / 浸透率
Outline of Annual Research Achievements

母岩に貫入したマグマが地下水と接触し冷却・固結する過程で形成される超臨界水を包有するき裂性岩体からなる新しい地熱資源“超臨界地熱資源”および浅部の従来型地熱資源の規模や特性は,母岩および貫入岩の浸透率に大きく依存する。一方,浸透率は,脆性-延性遷移等の力学特性の変化や,流体の相変化にともなう高速・核形成型析出により激変する可能性が示唆されているが,詳細は不明である。そこで本研究では,室内実験を通じて岩石の力学特性の変化および流体の相変化が関与する浸透率挙動の支配方程式を導出し,超臨界地熱資源の時空間発展予測シミュレーションを通じて既存の熱水対流系の底近傍(超臨界地熱資源の一部)からその上部に存在する浅部熱水対流系の形成の再現に挑戦し,時空間発展予測法の可能性を明らかにすることを目的とする。昨年度までに,塑性条件下のき裂面溶解の浸透率への影響に関する室内実験を通じた検討を終了し,き裂面の自由表面溶解および圧力溶解にともなう浸透率変化挙動の予測式を導出した。また,流体の相変化による高速・核形成型析出の浸透率への影響に関する室内実験を通じた検討を終了し,同様の地熱環境に適用可能な,アモルファスシリカ・ナノ粒子の形成にともなう浸透率変化挙動の予測式を導出した。これらの成果に関してはすでに,学術雑誌上での発表が済んでおり妥当性も確認されているが,き裂の非地震性せん断すべりの浸透率への影響に関しては,室内実験を通じた検討を概ね終了し,浸透率変化挙動の予測式を導出してはいるものの,妥当性検証と学術雑誌上での発表が済んでいなかった。そこで本年度は,補足実験により妥当性を検証し,学術雑誌上で発表を行った。また,超臨界地熱環境で生じうる熱―水―力学―地化学連成現象を考慮可能なシミュレータの開発に着手し,基礎的なシミュレーション通じて超臨界地熱資源の時空間発展予測法の実現可能性を示した。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (19 results)

All 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 3 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results)

  • [Int'l Joint Research] UFZ/TU Bergakademie Freiberg(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      UFZ/TU Bergakademie Freiberg
  • [Journal Article] Fracturing of granite rock with supercritical water for superhot geothermal resources2022

    • Author(s)
      Liu Bailong、Suzuki Anna、Watanabe Noriaki、Ishibashi Takuya、Sakaguchi Kiyotoshi、Ito Takatoshi
    • Journal Title

      Renewable Energy

      Volume: 184 Pages: 56~67

    • DOI

      10.1016/j.renene.2021.11.062

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Wellbore stability in high-temperature granite under true triaxial stress2022

    • Author(s)
      Goto Ryota、Sakaguchi Kiyotoshi、Parisio Francesco、Yoshioka Keita、Pramudyo Eko、Watanabe Noriaki
    • Journal Title

      Geothermics

      Volume: 100 Pages: 102334~102334

    • DOI

      10.1016/j.geothermics.2021.102334

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Permeability Enhancement by Selective Mineral Dissolution of Rocks in Geothermal Environments2021

    • Author(s)
      Luis Salala, Ryota Takahashi, Noriaki Watanabe, Kengo Nakamura, Noriyoshi Tsuchiya, Takeshi Komai
    • Journal Title

      Proceedings of the SPWLA 26th Formation Evaluation Symposium of Japan

      Volume: - Pages: -

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Flow-Induced Microfracturing of Granite in Conventional and Superhot Geothermal Environments2021

    • Author(s)
      Ryota Goto, Eko Pramudyo, Noriaki Watanabe, Kiyotoshi Sakaguchi, Yuqing Chen, Takeshi Komai
    • Journal Title

      Proceedings of the SPWLA 26th Formation Evaluation Symposium of Japan

      Volume: - Pages: -

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Novel chemical stimulation for geothermal reservoirs by chelating agent driven selective mineral dissolution in fractured rocks2021

    • Author(s)
      Watanabe Noriaki、Takahashi Kaori、Takahashi Ryota、Nakamura Kengo、Kumano Yusuke、Akaku Kohei、Tamagawa Tetsuya、Komai Takeshi
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 11 Pages: -

    • DOI

      10.1038/s41598-021-99511-6

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] CO2 injection-induced complex cloud-fracture networks in granite at conventional and superhot geothermal conditions2021

    • Author(s)
      Pramudyo Eko、Goto Ryota、Watanabe Noriaki、Sakaguchi Kiyotoshi、Nakamura Kengo、Komai Takeshi
    • Journal Title

      Geothermics

      Volume: 97 Pages: 102265~102265

    • DOI

      10.1016/j.geothermics.2021.102265

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A laboratory study of hydraulic fracturing at the brittle-ductile transition2021

    • Author(s)
      Parisio Francesco、Yoshioka Keita、Sakaguchi Kiyotoshi、Goto Ryota、Miura Takahiro、Pramudyo Eko、Ishibashi Takuya、Watanabe Noriaki
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 11 Pages: -

    • DOI

      10.1038/s41598-021-01388-y

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 高温環境における岩石き裂のすべり特性と透水性2021

    • Author(s)
      武山 詳、後藤 遼太、渡邉 則昭、坂口 清敏、土屋 範芳
    • Journal Title

      日本地熱学会誌

      Volume: 43 Pages: 53~64

    • DOI

      10.11367/grsj.43.53

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Flow-induced microfracturing of granite in superhot geothermal environments2021

    • Author(s)
      Ryota Goto, Noriaki Watanabe, Kiyotoshi Sakaguchi, Youqing Chen, Takuya Ishibashi, Eko Pramudyo, Francesco Parisio, Keita Yoshioka, Kengo Nakamura, Takeshi Komai, Noriyoshi Tsuchiya
    • Organizer
      The 23rd EGU General Assembly
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Characteristics and mechanism of CO2-based fracturing of granite in conventional and superhot geothermal environments2021

    • Author(s)
      Eko Pramudyo, Noriaki Watanabe, Ryota Goto, Kiyotoshi Sakaguchi, Kengo Nakamura, Takeshi Komai
    • Organizer
      The 23rd EGU General Assembly
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Selective mineral dissolution and permeability enhancement of fractured volcanic rocks by chelating agent flooding in geothermal environments2021

    • Author(s)
      Luis Salala, Noriaki Watanabe, Kaori Takahashi, Jose Erazo, and Noriyoshi Tsuchiya
    • Organizer
      The 23rd EGU General Assembly
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Permeability Enhancement by Selective Mineral Dissolution of Rocks in Geothermal Environments2021

    • Author(s)
      Luis Salala, Ryota Takahashi, Noriaki Watanabe, Kengo Nakamura, Noriyoshi Tsuchiya, Takeshi Komai
    • Organizer
      The SPWLA 26th Formation Evaluation Symposium of Japan
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Flow-Induced Microfracturing of Granite in Conventional and Superhot Geothermal Environments2021

    • Author(s)
      Ryota Goto, Eko Pramudyo, Noriaki Watanabe, Kiyotoshi Sakaguchi, Yuqing Chen, Takeshi Komai
    • Organizer
      The SPWLA 26th Formation Evaluation Symposium of Japan
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 超臨界地熱環境における花崗岩の孔壁破壊実験2021

    • Author(s)
      後藤 遼太,Pramudyo, Eko, 坂口 清敏, 渡邉 則昭, 吉岡 慶太,Parisio, Francesco
    • Organizer
      日本地熱学会令和3年学術講演会
  • [Presentation] キレート剤による選択的鉱物溶解にともなう花崗岩の透水性増加のプロセスと最適pH2021

    • Author(s)
      髙橋 亮太,渡邉 則昭,中村 謙吾,駒井 武
    • Organizer
      日本地熱学会令和3年学術講演会
  • [Presentation] 超臨界地熱貯留層THMC連成シミュレータのコア機能開発2021

    • Author(s)
      渡邉 教弘,渡邉 則昭
    • Organizer
      日本地熱学会令和3年学術講演会
  • [Presentation] 弱酸性キレート剤溶液による高温火山岩の選択的鉱物溶解2021

    • Author(s)
      サララ ルイス,渡邉 則昭,土屋 範芳
    • Organizer
      日本地熱学会令和3年学術講演会
  • [Presentation] 地熱条件下の安山岩におけるキレート剤による選択的鉱物溶解に対する pHの影響2021

    • Author(s)
      ジョナサン アルゲタ,ルイス サララ,渡邉 則昭,土屋 範芳
    • Organizer
      日本地熱学会令和3年学術講演会

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Published: 2022-12-28  

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