2014 Fiscal Year Research-status Report
応力下X線CTを用いた超臨界CO2と水が共存する砂岩貯留層のポロメカニクスの解明
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26820392
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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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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 二酸化炭素排出削減 / 地球温暖化ガス排出削減 / 環境技術 / 大深度地下 / 廃棄物処理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
二酸化炭素（CO2）の地中貯留において，砂岩等の多孔質岩からなる貯留層の多孔質弾性体としての力学（ポロメカニクス）を理解することは極めて重要である。例えば，CO2のモニタリング手法として期待される地表面変位の逆解析手法では，流体移動に起因する貯留層の変形と地表面変位とを多孔質弾性論で結び付けるため，貯留層の多孔質弾性パラメータにおける封圧，間隙圧および水飽和率依存性の定量的把握および定式化が求められる。これまでの研究により，地層水のみが存在するか，CO2が地層水に完全に溶解した場合の砂岩の多孔質弾性パラメータは明らかになっている。そこで本研究ではこれまでの研究を発展させ，水と超臨界CO2が共存する砂岩の多孔質弾性パラメータを応力下ノイズレスX線CT等の室内実験を通じて明らかにする。
本年度はまず，当初の計画通り，水－超臨界CO2系二相条件下の砂岩に関して，飽和率，間隙圧，温度および三軸応力（すなわちCO2貯留環境）制御下での多孔質弾性パラメータの精密測定を実施するための室内実験システムを開発した。さらに室内実験を通じて，多孔質弾性パラメータのTerzaghiの有効応力依存性（約40 MPaまでの有効応力条件）に関して膨潤性粘土鉱物の影響を解明するとともに定式化を行い，加えて，CO2飽和率依存性に関して有効応力30 MPaおよび50 ℃での予備的検討を実施し，CO2飽和率依存性が残留飽和率付近で大きく変化する可能性を明らかにした。
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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
当初の計画通り，水－超臨界CO2系二相条件下の砂岩に関して，飽和率，間隙圧，温度および三軸応力（すなわちCO2貯留環境）制御下での多孔質弾性パラメータの精密測定を実施するための室内実験システムを開発できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の計画通り，水－超臨界CO2二相条件下の砂岩に関して，様々な条件下（水飽和率：0～100%，間隙圧：30 MPa以下，温度：90 ℃以下，封圧：50 MPa以下，軸応力：70MPa以下）における各種多孔質弾性パラメータを定量的に把握し，各種条件依存性を定式化する。
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| Causes of Carryover |
当初の計画通り，本年度新たに水―超臨界CO2二相条件下における砂岩のポロメカニクス特性解析システムを開発したが，本システムに必要な物品の調達費用を当初見込んでいた額よりも大幅に削減できたため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
本研究における室内実験では，一月程度の長期間実験システムを稼働し続けることがあり，特にシステムを構成するポンプやヒータなどの消耗が激しく，定期的に交換する必要性が生じる可能性が大きいため，次年度使用額はポンプやヒータなどの交換の際に使用する予定である。
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