超臨界地下ボイラの水圧破砕による貯留層形成プロセスの解明に関する研究

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本研究は、水の臨界点を超える高温高圧環境下における地熱発電システムの開発の基礎となる、水圧破砕技術により造成される貯留層形成プロセスの解明を目的とする。平成12年度は、平成11年度に開発した岩石の破壊解析プログラムを発展させ、水圧破砕き裂進展挙動解析プログラムを作成した。破壊モデルには、平成11年度の実験結果を踏まえた、き裂のすべり変形に伴なうき裂開口のモデルが組み込まれている。本年度の研究において、岩石の封圧下圧縮試験に関する数値計算を行ない、実験結果と比較することにより、数値計算に用いた破壊モデルの妥当性を確認した。本解析プログラムを用いて、地下深部における水圧破砕き裂進展挙動を調べた。計算では、地下深度に比例する地殻応力を与えた。その結果、水圧破砕によるき裂は、地殻応力が小さい場合には開口型で地殻応力の小さくなる方向へ進展し、地殻応力が大きくなるとせん断型で地殻応力の大きくなる方向、すなわち、より深度の大きい方向へと進展することがわかった。また、せん断型のき裂では、高い圧縮応力下にあっても、き裂進展に伴なうき裂面の凹凸の乗り上げにより開口することを示した。このき裂開口は、流体圧力が減少しても閉口しないことから、熱抽出のための流体の通路として有効なものである。従って、せん断型のき裂による貯留層形成は、地熱エネルギ開発において重要な利点となると考えられる。本年度の研究により、貯留層形成に関するシミュレーション・プログラムができ、これを発展させることにより熱抽出を含む設計から運転までの総合シミュレータの開発が可能となった。