Analysis of poromechanics in sandstone reservoir containing supercritical CO2 and water using X-ray CT under stress

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26820392
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 渡邉 則昭 東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (60466539)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 二酸化炭素削減 / 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

Outline of Annual Research Achievements

二酸化炭素（CO2）の地中貯留において，砂岩等の多孔質岩石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，CO2飽和率および温度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，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した。
初年度には，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実験システムを開発した。さらに，多孔質弾性パラメータのTerzaghiの有効応力依存性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った。二年度目には，水－超臨界CO2系二相条件下の砂岩に関して，様々な条件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，最終的に有効応力2MPa以上，CO2飽和率0～100%，間隙圧10～30MPaおよび温度40～60℃の範囲で使用可能な多孔質弾性パラメータの推算式を考案し，地表面変位や弾性波速度変化の逆解析においては，多孔質弾性パラメータの貯留環境依存性を考慮すべきであることを明確にし，研究をほぼ完成させた。また，CO2のモニタリングの信頼性向上および漏洩リスク低減の観点から，貯留時のCO2飽和率は残留飽和率程度（20%）までに留めるのが望ましいことがわかった。最終年度には，それ以前の結果を検証し，研究を完成させた。