2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of rock fracturing simulator that combines damage theory and THMC coupling and its application to geothermal development
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21H01869
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
岸田 潔 京都大学, 工学研究科, 教授 (20243066)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中島 伸一郎 山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授 (70346089)
安原 英明 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 教授 (70432797)
緒方 奨 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (50868388)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 水圧破砕 / 損傷理論 / THMC連成解析 / 透水試験 / 地熱開発 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
水圧破砕は岩石に引張破壊を生じさせて亀裂を生成させる技術であるが，その引張亀裂の発生・進展プロセスを精緻に予測することは現状でも難しい．これは 岩石自体の不均質性等に起因している．つまり，引張き裂の発生・進展プロセスを精緻にかつ正確に記述可能な解析モデルを構築できれば，地熱エネルギーの効率的で継続的な生産に寄与する手法の検討が可能となる．そこで本申請では，走査型電子顕微鏡観察やX線回折分析により岩石の鉱物組成を精緻に把握し，その情報を用いて岩石が有する不均質性を決定論的に記述できる解析モデルを構築する．また，構築される解析モデ ルを用いて圧裂試験の再現解析を行い，モデルの妥当性・有用性を検証する．さらに，実際の温度・地圧環境を模擬した地熱貯留層で水圧破砕をシミュレートし，地熱回収の増産効果を予測評価する．
本年度は，対象花崗岩供試体のX線CT撮影，圧裂試験を実施し，基本物性，岩石の基本構造の把握を行った．また，圧裂試験で生成したき裂は，加温しながら透水し，X線CTで構造の変化が観察できる試験装置の製作・改良を実施した．また，セル等の完成が遅れたため，透水試験をしながらX線CT撮影は行っていない．セルに入れない状態でのX線CTを行い，鉱物分布とCT値の関係について整理を行った．また，鉱物分布を用いた圧裂試験のシミュレーションを実施した．
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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
本申請は，①微視構造観察により，対象岩石の鉱物組成を把握するシステムの構築，②引張き裂発生・進展プロセスを可視化する圧裂試験システムの構築と試験の実施，③不均質性を決定論的に記述する解析モデルの構築，で構成されている．
①の微視構造の観察は，X線CTを用いて実施している．今年度は，岩石試料を整形し，圧裂試験と一軸圧縮試験を実施した．また，初期状態の供試体のＣＴ値分布を把握するためX線CT計測を実施した．
②の圧裂試験は実施した．一方で，透水試験装置の開発・改良がほぼ終了し，次年度から中盤から試計測が実施可能である．
③では，①で計測した鉱物分布をもとに破壊シミュレーションを圧裂試験を対象に実施した．
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| Strategy for Future Research Activity |
本申請は，①微視構造観察により，対象岩石の鉱物組成を把握するシステムの構築，②引張き裂発生・進展プロセスを可視化する圧裂試験システムの構築と試験の実施，③不均質性を決定論的に記述する解析モデルの構築，で構成される．
①は，当初目標は達成されており，②で実施する実験装置の整備がおおむね終了し，様々な封圧，温度条件において透水試験をしながらX線CT撮影を実施する．
②では，圧裂試験で作成したき裂の長期透水性の変化の計測を行う．先にも述べたが，試験装置がほぼ完成しており，温度および拘束圧は変化させ，透水試験を実施しながら定期的にX線CTの計測を行う．
③では，圧裂試験のシミュレーションを実施していたが，鉱物界面での滑りを考慮した水圧破砕のシミュレーションを実施する．
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[Presentation] X-Ray CT Imaging of Cement Grouted Rock and Its Segmentation With Machine Learning Algorithm,2021
Author(s)
Tagawa, C., Nakashima, S., Yoshizu, Y., Iseki, H., Kishida, K.
Organizer
5th U.S. Rock Mechanics/Geomechanics Symposium
Int'l Joint Research
