2023 Fiscal Year Research-status Report
超低粘度流体による岩石破砕現象の解明とCO2利用／誘発地震抑制型地熱開発への応用
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21K18200
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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, 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) |
2021-07-09 – 2027-03-31
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| Keywords | 地熱 / 貯留層 / 二酸化炭素 / フラクチャリング / 誘発地震 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年の研究により，超臨界地熱資源は大陸地殻の大部分を占める花崗岩質岩石内でも形成されることがわかったが，生産に必要な透水性が十分でない場合に対応するための人工き裂システム形成法が必要とされている。研究代表者らはこれまでに，花崗岩の超高温水圧破砕実験を実施し，従来型の水圧破砕とは全く異なる，抽熱に有利な高透水性網状き裂を形成する超高温水圧破砕（比較的低い水圧でき裂が形成され，誘発地震のリスクが小さい）を解明し，水圧破砕に関する新しい学術体系を創出した。その結果，超高温でなくとも超低粘度の流体（例えば，CO2）を用いた場合，より低温の在来型地熱環境でも網状き裂が形成できる可能性を見出した。本研究では，CO2を用いた岩石破砕実験等を通じて，広範な地熱環境における超低粘度流体による岩石破砕現象と，本現象を利用したCO2利用／誘発地震抑制型・高透水性網状き裂システム形成法に関する新学術を開拓することを目的とする。
本年度は，キレート剤を用いたき裂開口幅増大法の検討を引き続き実施した。これまでよりも大型の岩石サンプルを使用し，実際の貯留層環境に近い条件でのキレート剤流通実験を行った。き裂ネットワークを有する立方体状花崗岩に設けたボアホールからキレート剤を注入した結果，昨年度の実験とは異なる条件（差応力存在下の大型サンプル内での放射流）であったものの概ね予想通りに浸透性が改善することを確認できた。また，別途実施した実験によりキレート剤による浸透性改善効果に対する差応力の影響はないことを明らかにした。この結果を受けて，CO2をキレート剤水溶液で押して破砕するCO2水押破砕を考案した。この破砕は，CO2で形成したき裂を比較的高粘度の水で開口・進展させるものであり，CO2と水を用いた小型岩石サンプルの破砕実験を通じてこのような破砕により開口幅が大きなき裂が形成されることを明らかにした。
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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
本年度得られた研究成果は，当初計画における令和7年度以降の研究成果に相当するため，当初計画以上に研究が進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
キレート剤を用いたき裂開口幅増大法の検討を引き続き実施する。具体的には，高温・真三軸応力下の大型サンプルに対するCO2水押破砕実験を実施し，本手法の有効性や最適実施方法に関しての詳細検討を行う。
さらに本研究の成果に対して，ドイツGFZの研究者が関心を示し，同研究機関の協力のもと地熱貯留層の造成に関する研究を実施しているTU Darmstadtの博士課程学生が，本年度，研究生として研究代表者の研究室でドイツの地熱フィールドへの本化学的刺激法の適用に関する研究を実施したが，来年度も継続して実施することとなったため，この国際共同研究も推進したいと考えている。
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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ことにより，次年度使用額が生じた。研究が進展したことで，論文化すべき研究成果が増えてきたため，次年度使用額分は主に論文化に係る費用にあてる計画である。
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