Multiscale Fluid Flow Behavior in Rock Fractures Based on Micro- to Macroscopic Rock physics

基于微观到宏观岩石物理学的岩石裂隙中的多尺度流体流动行为

• 批准号: 22K14635
• 负责人: 澤山 和貴
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14635/
• 关键词: デジタル岩石物理; 岩石物理モデル; 地熱; 浸透率; 電気比抵抗; 弾性波速度; 有限体積法; 境界要素法; 格子ボルツマン法

本研究では，地熱貯留層をはじめとした地下亀裂内の流体流動挙動を明らかにするべく，浸透率変化を地上観測可能な岩石物性値と関係付けるモデルを開発することを目的としている。本年度は，一連のデジタル岩石物理シミュレーション手法をアップデートし，亀裂のサイズ・粗さ・せん断変位をコントロールした数値亀裂に対して，アスペリティの変形・流体流動・電気伝導・応力-ひずみ解析を同時に実現した。その結果，浸透率・電気比抵抗・弾性波速度はそれぞれ亀裂のサイズ・粗さ・せん断変位によって変化することが明らかとなった。さらに浸透率-比抵抗関係を見ていくと，両者の関係はこれらの特性に依存せずに定式化が可能であることが示された。ミクロな流路の追跡によって，亀裂空隙率と電気比抵抗の関係（Archieの経験式）が流路の連結度および屈曲度に支配されることが定量的に明らかとなり，流路が連結している場合においては，亀裂岩体においてもArchieの一意のパラメーターで表現できることが確認できた。本研究で明らかにした浸透率-比抵抗関係式は，等価流路モデルとArchieの膠結係数から推測可能であることから，浸透率が未知のフィールドにおいても，空隙率と比抵抗のデータから浸透率推定に繋げられる可能性が新たに示唆された。また亀裂のサイズや粗さ・せん断変位に依らずに適用可能であると言うことは，様々なフィールドにおいて普遍的な解釈に活用できることが期待される。一方，弾性波速度の場合は，亀裂のサイズ・粗さ・せん断変位によって浸透率との関係式も変わり，接触点（アスペリティ）の面積とサイズ分布が影響していることが明らかとなったが，アスペリティサイズの自己相関距離でスケーリングをとることで，浸透率との関係に関するスケール則を導くことができた。さらに，これら一連のシミュレーション成果を実験室で確認する実験設備のセットアップとテストが完了した。

This study aims to explore the possibility of fluid flow in geothermal reservoirs, permeability changes, and physical properties of rocks. This year, a series of petrophysical methods have been developed for the analysis of fluid flow, electrical conduction and mechanical properties. As a result, the permeability, electrical resistance, and acoustic wave velocity are all different. The penetration rate-resistance relationship is expressed in terms of the characteristics of the individual. The relationship between crack voidage and electrical resistance (Archie's equation) and the degree of connection and buckling of the flow path are controlled by the quantitative method. In this study, the permeability versus specific resistance relationship is expressed as follows: Isothermal flow path, Archie's cementation coefficient, permeability, porosity, specific resistance, and permeability estimation. It is possible to use the word "open" according to the word "open" and "open" according to the word "open". On the one hand, the relationship between the velocity of the wave and the penetration rate is different, and the area and distribution of the contact point are affected. In the meantime, we're going to confirm the completion of the project.

项目成果

Simultaneous changes in electrical resistivity and elastic wave velocity with fracture permeability evolution of synthetic faults

电阻率和弹性波速随合成断层裂缝渗透率演化的同步变化

• 发表时间: 2022
• 作者: Kazuki SAWAYAMA;Takuya ISHIBASHI;Fei JIANG;Takeshi TSUJI
• 通讯作者: Takeshi TSUJI

平野部深層熱水型温泉の適正利用に関する理論的検討

平原深海热液温泉合理利用的理论研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 澤山 和貴;大沢 信二;松本 光央
• 通讯作者: 松本 光央

Simultaneous electrical resistivity and elastic wave velocity measurements during triaxial deformation of granite under brine-saturated conditions

盐水饱和条件下花岗岩三轴变形过程中电阻率和弹性波速的同步测量

• DOI: 10.1186/s40623-023-01809-4
• 发表时间: 2023
• 期刊: Earth, Planets and Space
• 作者: Katayama Ikuo;Aoi Yu;Tanimoto Kazumasa;Akamatsu Yuya;Sawayama Kazuki
• 通讯作者: Sawayama Kazuki

Hydro-Mechanical-Electrical simulations of rock fractures toward indirect estimation and monitoring of EGS

岩石裂缝的水力-机械-电力模拟，用于间接估计和监测 EGS

• 发表时间: 2022
• 作者: Kazuki SAWAYAMA;Takuya ISHIBASHI;Fei JIANG;Takeshi TSUJI
• 通讯作者: Takeshi TSUJI

Accurate determination of the first arrival time of elastic wave traveled through rock sample by machine learning

• DOI: 10.1016/j.jappgeo.2022.104688
• 发表时间: 2022-05
• 期刊: Journal of Applied Geophysics
• 影响因子: 2
• 作者: Y. Suwa;Zhi-Wen Gu;Takuya Obata;S. Nakagawa;Ryoichi Morishita;K. Sawayama;T. Tsuji