マルチボアホールからなる地殻エネルギー抽出システムの最適化に関する研究-貯留層拡大と抽熱量の飛躍的向上を目指して-

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12450410
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 橋田 俊之 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (40180814)
• 研究分担者: 新堀 雄一 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (90180562) ; 松木 浩二 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (10108475) ; 林 一夫 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (30111256)
• キーワード: 次世代型地熱 / 水圧破砕 / 抽熱 / 貯留層 / 数値解析コード / 流体移動モデル / フラクタル / せん段膨張角

研究概要

平成13年度には、以下の研究(1)-(3)を行い、申請者らが開発したFRACSIM-3Dを用いてマルチボアホール貯留層システムの流体移動ならびに熱移動解析に基づく抽熱性能に関する検討を行った。
研究(1)き裂型貯留層の天然き裂分布の推定法に関する研究
水圧破砕時に得られる貯留層の進展方法ならびに体積に関する知見を基に、FRACSIM-3Dを用いて天然き裂分布を推定する方法を考案した。フタクタルネットワークモデルに基づき、乱数系列を用いて任意に発生させた天然き裂分布に対してFRACSIM-3Dによる水圧破砕の数値解析を行い、フィールドデータと比較することにより最も適合する天然き裂分布を決定する方法を提案した。本法を、EUのソルツフォールドの水圧破砕実験結果に適用することにより、その有効性を検証した。
研究(2)マルチボアホール貯留層システムの流体・熱移動解析
1つの注入井と4つの生産井からなる貯留層を抽熱ユニットとし、この抽熱ユニットを正方形型に配置したマルチボアホール貯留層システムを対象にして、水循環時の流体・熱移動解析を行った。計算容量の制限を考慮して、4つの抽熱ユニットからなる貯留層システムを対象とした。マルチボアホール貯留層システムにおける流体の回収率および抽熱量は、単独に抽熱ユニットを同一の数だけ増大させた場合と比較してほぼ同じであることを明らかにし、所要の抽熱量に対して要求される坑井数を大幅に低減できることを示した。
研究(3)マルチボアホール貯留層システムの最適化に関する研究
研究(2)の成果を踏まえて、マルチボアホール貯留層システムを用いて抽熱性能を最適化するための方法論に関する検討を行った。所定のマルチボアホール貯留層システムに対して、注入流量を変化させた水循環時の流体・熱移動解析を行うことにより所要の貯留層寿命に対して総抽熱量を最大にする条件を決定する方法を提案した。

研究成果

• [文献書誌] T.Hashida, A.Shimizu, T.Takahashi, K.Tanifuji: "Development of Design Methodology for Deep-seated Geothermal Energy Extraction Systems"Proc. of Int. Symposium of Young Scholars on Mechanics and Material Engineering for Science and Experiments (ISM2E-YS),(Changsha and Zhangjiajie, Hunan, P. R. China, August 11-16, 2001). 453-456 (2001)
• [文献書誌] A.Shimizu, S.Fomin, K.Watanabe, T.Hashida: "Numerical Simulation of Hijiori Geothermal Reservoir-Hydraulic Stimulation"Proc. of Asian Pacific Conference on Fracture and Strength '01(APCFS'01)and International Conference on Advanced Technology in Experimental Mechanics '01(ATEM '01)(October 20-22, 2001, Sendai International Center, Japan). 540-546 (2001)
• [文献書誌] 清水歩, 渡邊公雄, 橋田俊之: "断裂型貯留層における水圧破砕挙動の数値シミュレーションに関する研究"平成13年度材料力学部門講演会 講演論文集(2001年8月1日-3日、北見市). No.01-16. 75-76 (2001)
• [文献書誌] 吉田敬, 清水歩, ゼルゲイ フォミン, 橋田俊之: "マルチボアホールからなる人工貯留層の抽熱性能予測のための数値シミュレーションに関する研究"日本地熱学会平成13年学術講演会 講演要旨集(平成13年12月3日-5日、名古屋大学). A47 (2001)