岩石の超臨界水誘起割れを利用した超臨界貯留層の設計と亜臨界領域との融合

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14205149
• 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) ; 土屋 範芳 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (40207410) ; 林 一夫 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (30111256) ; 高橋 亨 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (50323051)
• キーワード: 地熱エネルギー / 超臨界水 / 岩石-水相互作用 / 人工貯留層 / 超臨界水誘起微視割れ / 応力腐食割れ / 割れ機構 / 熱抽出

研究概要

既存地熱貯留層の直下に拡がる超臨界岩体からの抽熱を目的として、超臨界水と岩石の相互作用の解明と透水挙動に関する実験的研究を実施し、以下の知見を得た。
研究(1)熱誘起微視割れの温度・圧力依存性:
露頭から採取した花こう岩を対象として、超音波法を用いて乾燥条件下における熱誘起微視割れの温度・圧力依存性(温度600℃、圧力100MPaまでの条件下)に関する実験的検討を行った。これにより、圧力が大きくなるにつれ熱誘起微視割れの発生を低減できること、また対象となる温度・圧力域では十分に熱誘起微視割れを抑制することが困難であり予加熱処理が温度依存性の検討に効果的であることを示し、合理的な実験手法に関する指針を提示した。
研究(2)超臨界水誘起微視割れの機構解明と透水挙動:
既設の3軸高温高圧装置(超臨界ボイラー模擬装置)を用いて,異なる3種類の露頭から採取した花こう岩を対象にして、模擬地殻応力状態下において注水に伴う岩石鉱物の割れ特性に関する実験を行った。いずれの花こう岩においても水の状態が超臨界点を超えると顕著に微視き裂が発生することを見出し、超臨界水誘起微視割れが普遍的な現象である可能性の高いことを示した。また、顕微ラマン分光法を用いた割れ機構の解明を目的として、装置の整備と計測法の開発を行い、一部の花こう岩については超臨界水条件下における信号の取得に成功し、割れ機構の検討に関して見通しを得た。連続注水に伴う透水挙動の変化特性(4時間まで)に関する実験的研究を行い、注水流量に依存して浸透率が増大あるいは減少する場合のあることを明らかにし、これは溶解の流量依存性と石英の沈積現象により説明できることを示した。今後、今年度に取得した葛根田の深部地熱調査井WD1-aから採取された花こう岩を用いることによりさらに検討を継続する。

研究成果

• [文献書誌] Z.Jing, K.Watanabe, J.Willis-Richards, T.Hashida: "A 3-D water/rock chemical interaction model for prediction of HDR/HWR geothermal reservoir performance"Geothermics. 31. 1-28 (2002)
• [文献書誌] K.Yoshida, A.Shimizu, S.Fomin, T.Hashida: "Computer simulation of fluid flow in fractured media : The effect of thermal dispersion"Proceeding of the St. Petersburg Academy of Sciences on Strength Problems (June 10-16, 2002, St. Petersburg, Russia). 6. E23-E26 (2002)
• [文献書誌] M.Itaoka, K.Sato, T.Hashida: "Numerical Simulation of Geothermal Reservoir Formation Induced by Hydraulic Fracturing at Great Depth"Geothermal Resources Council Transactions. 26. 297-302 (2002)
• [文献書誌] S.Fomin, K.Yoshida, T.Hashida: "Analysis of Thermal Effectiveness of Geothermal Multi-Borehole Circulating System"Geothermal Resources Council Transactions. 26. 279-283 (2002)
• [文献書誌] T.Takahashi, K.Tanifuji, C.Stafford, T.Hashida: "Permeability Enhancement by Microfracturing in Granite under Supercritical Water Conditions"JSME International Journal. 46・1. 24-29 (2003)
• [文献書誌] 橋田俊之: "超高温岩体からの抽熱の可能性"地熱エネルギー. 28・1. 67-80 (2003)