Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

二酸化炭素 / 帯水層 / 隔離 / ゲル / 多孔質媒体 / 地球温暖化対策

CO_2の地中処分においては,帯水層の上部に存在する不浸透性の地層が帽岩(キャップロック)の役割を果たしてガスが封入されることを前提にしているが,地層中の断層や割れ目を通じてガスのリークが発生することが懸念される。本研究では,CO_2ガスを封入した帯水層からのガスリークを止める対策技術として,ゲル生成剤(ポリアクリルアミド,アルミン酸ナトリウム,水酸化ナトリウムの混合水溶液)の注入によるCO_2ガスリークの補修の可能性を,室内実験で検討した。
ガラスビーズを充填した多孔質媒体コアヘゲル生成剤を注入する実験によってガスリーク補修の効果を検討した結果,以下の知見が得られた。(1)CO_2ガスの存在するコア内へのゲル生成剤の注入処理によって,CO_2ガスの流出を遮断することができる。ゲル生成剤の圧入とCO_2ガスの圧入を繰り返すことによりコア内にゲルが生成し,コアの浸透率は初期の1/16～1/115に低下する。(2)ゲル生成によるCO_2ガスリーク遮断の効果(浸透率低下の度合い)は使用するゲル生成剤のポリマー濃度,ポリマーの分子量と加水分解率およびコアの浸透率に依存する。本実験では,平均分子量約1,300万,加水分解率30%のポリアクリルアミド500ppm,アルミン酸ナトリウム250ppm,水酸化ナトリウム250ppmのゲル生成剤を使用した場合に,約10μm2の浸透率コアからのガスリークを遮断できることを確認した。(3)多孔質媒体内に長さ1mのゲルが生成した場合は,約2.0MPaまでのガス圧力を保持できる。
実際の地層へ本手法を適用するにあたっては,適用する地層条件を模擬した実験が必要であるが,実際の地層の浸透率は本実験で用いたコアの浸透率よりもかなり低いため,ポリマー架橋処理によるCO_2リーク補修の可能性は高いと判断された。最後に,現場への適用にあたっての研究課題を抽出した。

石油工学 / 高分子 / ゲル / レオロジー / 多孔質媒体

ゲル生成剤(ポリアクリルアミド、アルミン酸ナトリウム、水酸化ナトリウムの混合水溶液)とCO_2飽和水を多孔質媒体内に交互圧入することによりポリマーを原位置で架橋処理する新手法を提唱して、この手法を不均質な油層からの油採収に適用する場合の交互圧入手順を設計した。
ビーカー内に仕込んだゲル生成剤にCO_2ガスを吹き込む実験を行い、ゲル生成剤のpH低下に伴うゲル生成特性を把握し、交互圧入で用いるゲル生成剤の適切な濃度を選択した。1次元の多孔質媒体コアを用いた実験を行い、提唱した手法によりコア内にゲルが生成することを確かめた。1次元コアおよび浸透率の異なる1次元コアを並列に設置したモデルを用いた油回収実験では、油回収に対して本手法が有効であることを確かめた。しかし、2次元の多孔質媒体実験モデルを製作してゲル生成剤とCO_2飽和水の交互圧入時のゲル生成挙動を調べた結果では、圧入初期の混合により多孔質媒体内にゲルが生成してもその後の粘性クロスフローの影響が強い場合には、目的とする層のみをゲルにより閉塞することは難しいことがわかった。異なる浸透率の層からなる油層にポリマー架橋処理法を適用する場合には、浸透率比を考慮した圧入方法を選定する必要がある。
計算的研究では、ゲル生成剤とCO_2飽和水の交互圧入によるゲルの生成を伴う多孔質媒体内流動を記述する数値モデルを構築した。数値モデルによる計算結果を実験結果と比較検討した結果、数値モデルがゲルの反応速度定数をマッチングパラメータとして実験を再現することを確認した。
本研究で開発したポリマー架橋処理法は、坑井から圧入するゲル生成剤とCO_2飽和水の混合による中和反応を利用してゲルを生成させるという簡単な原理に基づくため、ゲル生成に及ぼす層間クロスフローの影響に関する応用研究を継続して行うことにより、実油田への適用が可能である。

【研究分担者】
長縄成実 (長縄成美	長縄茂実)	東京大学	大学院・工学系研究科	助手	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
長縄成実	東京大学	大学院・工学系研究科	助手	(Kakenデータベース)