地殻エネルギー持続的活用のためのシステム設計－数学理論から実用化

地壳能可持续利用系统设计——从数学理论到实际应用

基本信息

批准号：
16J08082
负责人：
鈴木杏奈
金额：
$ 2.08万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では，非整数階微分を用いた物質移動モデルを展開させることにより，地熱開発における温度低下を予測する数理モデルの開発，ならびにトレーサー解析手法の構築を主目的とした。当該年度は、主に研究(I)熱遅延モデルの構築と研究(III)透水実験に取り組んだ。研究(I)では、地熱貯留層において温度応答とトレーサー応答とを合わせることによって、き裂表面積を推定できる方法を提案し、数値シミュレーションによってその妥当性を評価した。これまでの手法では、き裂表面積を評価できなかったので、地熱開発における将来予測をするための重要なパラメータを取得できることになる。非整数階微分モデルとの組み合わせに関しては、受入研究者のアドバイスを受けてモデル化を考案している段階である。研究(II)数値計算については，Stanford's General Purpose Research Simulator (GPRS)で計算できるき裂量の限界があったので、方向転換をした。研究(III)では、高精度の3 Dプリンタによりき裂ネットワークを含むサンプルを作成し，流動実験を行なった。３Dプリンタでサンプルを作成した後の処理法について、X線CTスキャンによって、その作製精度を確かめた。また数値シミュレーションと比較し、水理特性に関する従来の理論と同等の結果が３Dプリンタを用いた流動実験からも得られることを確かめた。研究(IV)フィールド実験に関しては、米国のDepartment of Energyが先導する大型の地熱フィールドプロジェクトに参画し、今後得られるフィールドデータの提供を受けることを約束した。研究(VI)反応性トレーサー解析手法の開発については、機能性ナノトレーサーの流動モデルに着眼し、マイクロサイズの構造の中の流動の顕微鏡観察を可能にする実験システムを構築した。

本研究的主要目标是开发一个预测地热开发中温度下降的数学模型，并通过开发使用非整数阶微分的传质模型来构建示踪剂分析方法。今年主要进行研究（一）热延迟模型的构建和研究（三）渗透性实验。在研究（一）中，我们提出了一种结合地热储层温度响应和示踪剂响应来估计裂缝表面积的方法，并通过数值模拟评估了其有效性。以前的方法无法评估裂缝表面积，因此该方法将使我们能够获得未来地热开发预测的重要参数。关于与非整数阶微分模型的组合，我们目前正在根据宿主研究人员的建议设计一个模型。关于研究（II）数值计算，使用斯坦福通用研究模拟器（GPRS）计算的裂缝数量存在限制，因此我们改变了方向。在研究（III）中，使用高精度3D打印机创建了包含裂纹网络的样品，并进行了流动实验。使用 3D 打印机创建样品后，我们使用 X 射线 CT 扫描来确认加工精度。此外，通过与数值模拟进行比较，我们确认使用3D打印机进行的流动实验可以获得与水力特性传统理论相当的结果。关于研究（四）现场实验，我们将参与美国能源部牵头的大型地热田项目，并已承诺接收未来获得的现场数据。研究（六）在反应示踪分析方法的开发方面，我们重点研究了功能性纳米示踪剂的流动模型，并构建了能够对微米结构内的流动进行微观观察的实验系统。