Development and risk assessment of new geothermal development by supercritical CO2 fracturing

超临界CO2压裂新地热开发的开发及风险评估

基本信息

批准号：
20H02676
负责人：
鈴木杏奈
金额：
$ 10.82万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H02676/
关键词：
フラクチャリング CO2利用地熱開発マイクロ流路

项目摘要

注入流体を超臨界流体(超臨界CO2、超臨界水)としたフラクチャリングでは、3次元的な細かいき裂ネットワークが形成されることが実験的に示されており、地熱開発に理想的な貯留層を造成し、かつ、CO2を地下に注入することで温室効果ガス削減に貢献できると考えられる。本研究では、流動-破砕連成モデルを用いてミクロスケールでの破砕メカニズムを解明し、フィールドスケールの貯留層造成シミュレーションを開発する。また、CO2還元に伴うリスク等を合わせて検討し、フラクチャリングのための最適な注入条件のデザインを行う。当該年度では，シミュレータ開発、流路作成、流動実験装置のセットアップ、予備実験、流動実験装置による流動実験を行った。シミュレータの開発では，昨年度作成した2Dのミクロスケールの流動-破砕連成モデルから、アップスケールしたモデルへと展開し、フィールドスケールの破砕挙動を表せるシミュレータを開発した。シミュレーション結果では、従来の水を用いた破砕の場合は、2次元的なき裂のみが発生するのに対して、超臨界流体の場合は、3次元的な細かいき裂ネットワークが発生することによって、従来よりも破砕領域を広げられる可能性を示すことができた。また、物性値パラメータの感度解析を実施することによって、3次元的な細かいき裂ネットワークが形成される条件を明らかにした。この結果は、超臨界水によるフラクチャリングによって、フィールドスケールでも効果があることを示している。

实验表明，使用超临界流体（超临界CO2、超临界水）作为注入流体进行压裂，可形成三维精细裂缝网络，使其成为地热开发的理想储层。层和地下注入二氧化碳有助于减少温室气体排放。在本研究中，我们将使用流动-压裂耦合模型来阐明微观尺度的裂缝机制，并开发油田规模的储层形成模拟。我们还将考虑与二氧化碳减排相关的风险，并设计最佳的压裂注入条件。今年我们开发了模拟器，创建了流路，搭建了流动实验装置，进行了初步实验，并利用流动实验装置进行了流动实验。在模拟器的开发过程中，我们从去年创建的二维微尺度流动-裂缝耦合模型扩展到了升级模型，并开发了可以代表现场尺度裂缝行为的模拟器。模拟结果表明，在常规用水压裂的情况下，仅出现二维裂缝，但在超临界流体的情况下，出现精细的三维裂缝网络，从而证明了扩大裂缝网络的可能性。与传统方法相比，破碎面积更大。此外，通过对物性参数进行敏感性分析，明确了三维细裂纹网络形成的条件。该结果表明，即使在油田规模上，使用超临界水压裂也是有效的。