Elucidating the displacement dynamics with a partially miscible system for application for CO2 sequestration and enhanced oil recovery

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相分離とKorteweg効果を伴う流体置換現象に主眼を置き、これまでの数値シミュレーションを発展させ、実験にて補完することで、部分混和系の流体置換の特性の更なる解明を目指すために、本研究を実施している。2022年度（1年目）では、まず、本研究の前提となる二種類の液体が混ざる場合でも存在すると考えられている弱い界面張力（有効界面張力）が、界面の流体力学的不安定性（ここでは二種類の流体の粘度の違いで引き起こされる二流体間の界面が指状に広がる現象（粘性フィンガリング））に与える影響を調査し、「流動の速度が大きくなると界面の流体力学的不安定性が増加する」という従来の常識を覆す結果を得た。本成果は界面の流体力学的不安定性を有効界面張力と流動の速度により制御できることを示すものであり、今後、本研究で顕在化された有効界面張力を伴う粘性フィンガリングの制御手法に関するさらなる実験的、数値的、理論的研究のきっかけになりえる。また、同時に、本研究の主題である2種類の液体が完全には混ざらない「部分混和性」を利用した流動実験において、流体力学的な不安定性が抑制されることを世界で初めて発見した。これは部分混和性に由来して生じる相分離の際に、液体の流れが自発的に発生するためであり、完全に混ざる「完全混和」やまったく（ほとんど）混ざらない「非混和」ではみられない現象である。本研究ではその自発的な流れの方向を制御することで、2液体の間の不安定性（変形）の抑制に成功した。地層からの石油回収プロセスや地層へのCO2圧入プロセスでは、液化もしくは超臨界CO2と水や石油は部分混和性になっていることがわかっており、本成果はそれらのプロセスにおける、部分混和性を利用した当該プロセスの新たな制御法の創出へ寄与することが期待される。