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 Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 31020:Earth resource engineering, Energy sciences-related
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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) |
緒方 奨 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (50868388)
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 京都大学, 工学研究科, 教授 (70432797)
三好 貴子 京都大学, 工学研究科, 特定助教 (30982318)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Fiscal Year 2021: ¥10,530,000 (Direct Cost: ¥8,100,000、Indirect Cost: ¥2,430,000)
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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 / き裂進展 / THMC連成 |
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| Outline of Research at the Start |
地熱増産システムは，水圧破砕という技術を用いて地熱貯留層に人工的に割れ目を発生させ，透水性を改善することにより，蒸気の生産性を向上させて発電量を増進かつ持続的供給を行うものである．水圧破砕は岩石に割れ目を生成させるが，割れ目の発生・進展プロセスを精緻にかつ正確に記述可能な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．
本申請では，岩石の鉱物組成を精緻に把握し，岩石の不均質性を記述できるモデルを構築する．このモデルを用いて圧裂試験の再現解析を行い，妥当性・有用性を検証する．さらに，実際の温度・地圧を模擬した地熱貯留層で水圧破砕を再現し，地熱回収の増産効果を予測評価する．
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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き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，引張亀裂の発生・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．特に，高温の乾燥岩盤における水圧破砕プロセスのシミュレーション，特に坑井からのき裂の進展や破砕圧力・水圧の推定を行う場合，注入された流体と岩盤間の熱伝達だけでなく，岩盤内の鉱物粒分布を考慮することが極めて重要である．実際の岩盤の不均質性を考慮した現在の数値モデリング手法の多くは，離散要素法（DEM）や有限要素法・離散要素法複合法（FDEM）に基づいている．本研究では，特に粒界の脆弱性に着目し，鉱物分布を有限要素法（FEM）解析に統合する手法の提案を目指した．この手法は、損傷理論に基づきいた連続体が核となり，鉱物粒界を弱面として考慮しながら，解析において引張・せん断の双方の破壊評価を組み込むみ，破壊については損傷係数を低減させることで表現する手法を開発した．実際の鉱物分布を考慮してメッシュを作成する手法とは異なり，鉱物分布とは無関係に作成された解析要素にそれぞれ材料特性を割り当て，破壊評価を考慮する．この方法を用いて，熱応力が破壊伝播と破壊伝播経路の形状にどのような影響を与えるかを調べるパラメトリック研究を行った．解析の結果，粒界に沿ってき裂が進展すること，鉱物端でき裂が蛇行することが示された．さらに，水圧破砕過程における熱伝達の影響を調べ，初期高温岩盤条件下では材料強度の低下により破壊圧力が低下することを明らかにした．
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(9 results)
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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
Related Report
Int'l Joint Research
