超低粘度流体による岩石破砕現象の解明とCO2利用／誘発地震抑制型地熱開発への応用

超低粘度流体解释岩石破裂现象及其在CO2利用/诱发地震抑制型地热开发中的应用

基本信息

批准号：
21K18200
负责人：
渡邉則昭
金额：
$ 16.39万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2027-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K18200/
关键词：
地熱貯留層二酸化炭素フラクチャリング誘発地震

项目摘要

近年の研究により，超臨界地熱資源は大陸地殻の大部分を占める花崗岩質岩石内でも形成されることがわかったが，生産に必要な透水性が十分でない場合に対応するための人工き裂システム形成法が必要とされている。研究代表者らはこれまでに，花崗岩の超高温水圧破砕実験を実施し，従来型の水圧破砕とは全く異なる，抽熱に有利な高透水性網状き裂を形成する超高温水圧破砕（比較的低い水圧でき裂が形成され，誘発地震のリスクが小さい）を解明し，水圧破砕に関する新しい学術体系を創出した。その結果，超高温でなくとも超低粘度の流体（例えば，CO2）を用いた場合，より低温の在来型地熱環境でも網状き裂が形成できる可能性を見出した。本研究では，CO2を用いた岩石破砕実験等を通じて，広範な地熱環境における超低粘度流体による岩石破砕現象と，本現象を利用したCO2利用／誘発地震抑制型・高透水性網状き裂システム形成法に関する新学術を開拓することを目的とする。本年度は昨年度の実施状況報告書に記載の通り，既存の水を破砕流体としたき裂形成法と比較した場合の， CO2を用いた網状き裂形成法の利点および課題の明確化と，その解決策の提案に取り組んだ。先行研究によれば，比較的低い圧力で広範囲に熱抽出に有利な高密度き裂ネットワークを形成でき，誘発地震発生のリスクが低いという利点があると考えているが，これが真実かどうかは実験データが不足しており不明である。そこで，き裂のせん断滑りによる誘発地震模擬実験を実施した結果，CO2は水と比較して，誘発地震発生のリスクに大きな違いはないが，き裂のせん断すべりと同時に網状き裂が形成できる利点があることがわかった。さらに昨年度明らかになった，比較的低温でのき裂形成の場合，き裂の密度や開口幅が小さくなるという課題を解決しうるキレート剤を用いたき裂開口幅増大法の検討を行い，最適pH条件を明らかにした。

最近的研究表明，超临界地热资源也可以在花岗岩岩石中形成，这是大多数大陆地壳的解释，但是需要人工裂纹系统形成方法来处理生产所需的水渗透性的情况。研究人员先前已经在花岗岩上进行了超高的液压分裂实验，阐明了超高的液压分裂（形成了相对较低的液压裂纹（形成相对较低的液压裂纹），导致诱发的地震的较小风险与诱发的高度不同，这完全不同于常规的水合液体，并具有常规的水平，并且具有超级液体的特殊性，并且具有液化性的特殊性，并具有诱导的杂型。可渗透性的网状裂纹，有利于涂抹。结果，我们发现，当使用具有极高粘度的液体（例如CO2）时，即使在较低温度的常规地热环境中，也可以形成网状裂纹。这项研究旨在开发有关在广泛的地热环境中由超低粘度流体引起的岩石断裂现象的新学术研究，并使用这种现象使用这种现象，使用CO2使用CO2形成了高度渗透性的网状裂纹系统。如去年的实施状态报告中所述，今年我们使用CO2阐明了使用现有水作为碎液和拟议的解决方案在比较现有的裂纹形成方法时，使用CO2阐明了网状裂纹形成方法的优点和问题。先前的研究认为，在相对较低的压力下，可以在较大的范围内形成有利的高密度裂纹网络，并且诱发地震的风险很低，但是由于缺乏实验数据，这是否是正确的。因此，我们通过裂缝的剪切滑动进行了一次模拟实验，并发现与水相比，二氧化碳在诱发地震的风险中没有显着差异，但是它具有与裂缝剪切滑动的同时形成网状裂纹的优势。此外，我们研究了一种使用螯合剂来增加裂纹开口宽度的方法，该螯合剂可以解决去年揭示的相对较低温度下的裂纹形成问题，并揭示了最佳的pH条件。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Permeability Enhancement by Selective Mineral Dissolution of Rocks in Geothermal Environments

地热环境中岩石选择性矿物溶解提高渗透率

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
Proceedings of the SPWLA 26th Formation Evaluation Symposium of Japan
影响因子：
0
作者：
Luis Salala;Ryota Takahashi;Noriaki Watanabe;Kengo Nakamura;Noriyoshi Tsuchiya;Takeshi Komai
通讯作者：
Takeshi Komai

キレート剤による選択的鉱物溶解にともなう花崗岩の透水性増加のプロセスと最適pH

螯合剂选择性矿物溶解和最佳 pH 值导致花岗岩透水性增加的过程

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Luis Salala;Ryota Takahashi;Noriaki Watanabe;Kengo Nakamura;Noriyoshi Tsuchiya;Takeshi Komai;高橋亮太，渡邉則昭，中村謙吾，駒井武
通讯作者：
高橋亮太，渡邉則昭，中村謙吾，駒井武

UFZ/TU Bergakademie Freiberg(ドイツ)

UFZ/TU Bergakademie Freiberg（德国）