Characterization of fluid flow in 3D fracture networks by functional nano-particle tracers

2019 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 17H04976
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Earth system and resources engineering
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Suzuki Anna 東北大学, 流体科学研究所, 助教 (60796449)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: き裂 / トレーサー / ナノ・マイクロ粒子 / マイクロ流路 / 3Dプリンタ / パーシステントホモロジー / 流動実験

Outline of Final Research Achievements

Nano-/microparticles have a potential to predict fluid flow inside a fractured rock accurately. In this study, we aim to propose a new method for fluid flow evaluation using the nano-/microparticles. Flow experiments using microfluidcs and fracture network models controlled by a 3D printer were conducted. Microfluidics experiments confirmed that particles of different sizes exhibit different flow behaviors, and the particles tracer-based fracture structure estimation method was devised. In addition, a fracture network model created by a 3D printer was used to compare between numerical simulation and experiment and to validate the flow model. Furthermore, the structure of the fractures was quantified using topology and the relationship between structure and flow was elucidated.

Free Research Field

貯留層工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

地下開発では、限られたアクセスできる場所から見えない地下の情報をいかに取り出すかが非常に重要な課題である。本研究で提案する粒子トレーサーを井戸に注入することによって、従来型の塗料などを使ったトレーサーでは得られなかった、ジオメトリ（大きさ、長さ）の情報を取得することができると期待できる。き裂の幅の情報を得ることができると、流れる流量、流速を推定することができ、地下の見える化に一歩大きく近づくことができる。また、本研究で利用するパーシステントホモロジーでは、構造と流れの関係式を導くことができた。これは、地下開発だけでなく、多孔質材料などの分野にも大きな貢献となると考えられる。