| 研究課題/領域番号 |
20H02676
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分31020:地球資源工学およびエネルギー学関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
鈴木 杏奈 東北大学, 流体科学研究所, 准教授 (60796449)
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| 研究分担者 |
橋田 俊之 東北大学, 工学研究科, 教授 (40180814)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
16,900千円 (直接経費: 13,000千円、間接経費: 3,900千円)
2023年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2022年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2021年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2020年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
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| キーワード | フラクチャリング / CO2利用 / 地熱開発 / マイクロ流路 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
注入流体を超臨界流体(超臨界CO2、超臨界水)としたフラクチャリングでは、3次元的な細かいき裂ネットワークが形成されることが実験的に示されており、地熱開発に理想的な貯留層を造成し、かつ、CO2を 地下に注入することで温室効果ガス削減に貢献できると考えられる。 本研究では、流動-破砕連成モデルを用いてミクロスケールでの破砕メカニズムを解明し、フィールドスケールの貯留層造成シミュレー ションを開発する。また、大きな懸念として、フラクチャリングに伴う大きな地震発生リスク、CO2 還元に伴う塩析出促進・浸透性低 下リスクを合わせて検討し、フラ クチャリングのための最適な注入 条件のデザインを行う。
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| 研究実績の概要 |
本年度は、3Dプリンタ製模擬岩石き裂ネットワークを用いた圧縮試験を実施し、応力下のき裂の開口挙動の妥当性を検証した。3Dプリンタで1枚き裂のシンプルな構造のほか、いくつかのき裂を組み合わせたき裂ネットワークのモデルを用意し、0MPa, 5MPa, 9.5MPaの封圧下で圧縮した。圧縮することで開口幅の閉じる様子をCTスキャナで観察した。その結果、き裂が閉口する様子が観察できた。その後、古くから使われている数理モデルおよび精度の高い数値シミュレーション（COMSOL）でも同条件で計算し、開口幅の変化を求めた。実験結果と比較した結果、数理モデルは境界の影響が出ており実験結果と計算結果に差異が生じた。一方、数値シミュレーションの結果は、実験結果と調和的であった。本研究で、き裂ネットワークの開口幅が変化する様子を初めて観察することができた。シリコン基盤を用いたマイクロ流路をによる流動実験を検討していたが、実験装置が割れやすく、コストもかさむことから、3Dプリンタを用いてマイクロ流路作成に変更した。マイクロ流路に染料を流し、流れ挙動を観察することができた。同じ構造を用いて流動シミュレーションをした結果、実験結果とシミュレーション結果は調和的であった。マスフローコントローラーの故障で実験デザイン自体を考え直した。マイクロ流路を用いることで塩水の流動挙動と粒子の流動挙動を観察した。その結果、流出口における応答曲線も取得することができた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
応力によって変化する構造のダイナミクスが流れに及ぼす影響の評価として、封圧下におけるき裂の閉じる挙動の観察はできたが、圧縮試験に用いる圧縮容器の調整・修理を行った上で、3Dプリンタ製岩石を用いた圧縮試験を行う必要が生じた。その分遅れている。
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| 今後の研究の推進方策 |
圧縮試験に用いる圧縮容器の調整・修理を行い、圧縮試験を進める。
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