2019 Fiscal Year Research-status Report
A method to create a dense fracture network utilizing hydrofracturing phenomenon by supercritical water in the high-temperature ductile crust
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18K19039
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
渡邉 則昭 東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (60466539)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坂口 清敏 東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (50261590)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2021-03-31
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| Keywords | 超臨界地熱資源 / 水圧破砕 / 延性地殻 / 透水性 / 貯留層 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，超臨界地熱資源の形成環境を考慮して，最高温度500℃程度，最大三軸応力100 MPa程度までの条件下の花崗岩に対して，世界初となる最大・中間・最小主応力を独立に制御（地下の応力場をより忠実に再現）した真三軸応力下での超臨界水圧破砕実験を実施し，水圧破砕に関する新しい学術体系の創出に向けた第一歩を踏み出すことを目的とする。地層条件（温度や地殻応力場等）と破砕条件（井戸に対する主応力の方向や加圧速度等）が，き裂発生に要する水圧レベルや，き裂進展パターン，さらには透水性増加に及ぼす影響を系統的かつ定量的に検討し，超臨界水圧破砕の基礎理論構築を目指すとともに，高透水性・網状き裂システム形成法を明らかにする。
昨年度，当初計画通りに超臨界水圧破砕の実験手法を新たに確立した。このことにより，最高温度500℃，最大応力150 MPaまでの条件下において岩石の透水性，変形および弾性波速度の測定が可能な新実験システムを使用し，水注入・加圧用の孔を設けた立方体状花崗岩の孔内水圧変化および各主応力方向の変形挙動，水圧伝搬挙動，そして弾性波速度の変化等を捉えることが可能となった。
本年度は当初計画通り，様々な温度，応力場，孔の向きおよび坑内加圧速度の組みあせ条件下において水圧破砕実験を実施した。その結果，超臨界地熱条件では温度等の条件によらず，き裂発生に要する水圧レベルは既存き裂を起点とした破壊を仮定するGriffithの破壊基準に概ね一致すること，つまり岩石内部の既存微視き裂の高温・低粘性水による刺激にともない等方的に密に分布するき裂群からなるき裂ネットワークが形成されること，そして形成される透水性は最大で10^-12 m^2程度に達しうることが明らかになってきた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
今年度までの研究結果からすでに最終目標となる超臨界水圧破砕の基礎理論の構築および高透水性・網状き裂システム形成法が概ね明らかになってきたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度までの研究結果から，最終目標となる超臨界水圧破砕の基礎理論の構築および高透水性・網状き裂システム形成法が概ね明らかになってきており，現在すでにこれらに関する成果をまとめた国際学術雑誌向けの論文を準備中である。しかしながら，論文の準備を進める過程において，いくつか追加で実施すべき実験や解析があることがわかってきた。したがって本年度は，補足実験・解析を実施することで，超臨界水圧破砕の基礎理論および高透水性・網状き裂システム形成法をより明確なものとし，国際学術雑誌上で公表することを目指す。
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| Causes of Carryover |
当初予定していたよりも円滑に研究が進展し，予定していた実験回数よりも少ない回数で本年度の目標を達成できたため，次年度使用額が生じた。また研究が進展したことで，追加で実施すべき実験および解析が明らかになり，次年度使用額分はこの補足実験・解析を実施するために使用する計画である。
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