成果報告書詳細
管理番号20110000001044
タイトル平成21年度成果報告書 エコイノベーション推進事業「大排出源近傍のCO2地中貯留リスク評価のための基礎データ収集」
公開日2011/7/2
報告書年度2009 - 2009
委託先名応用地質株式会社
プロジェクト番号P07026
部署名研究開発推進部
和文要約日本におけるCO2の大規模な排出源は大都市近傍に集中しており,排出源近傍でのCO2地中貯留を実現することはCO2の輸送コスト縮減を考慮すると非常に重要である。日本の大都市(すなわち大規模排出源)の近傍には新第三紀から第四紀にかけての地層が広く分布している。一方で,日本は環太平洋地帯に位置しプレート運動の影響を受けるため,古い年代の地層には断層活動等の影響が大きく地中貯留には向かないため,比較的年代の若い地層への地中貯留を検討することが避けられない。年代の若い地層はいわゆる軟質な地盤であり,この点が海外の貯留層と大きく異なる点である。新第三紀・第四紀の地層は低浸透性の細粒堆積物(泥岩または粘土)および高浸透性・高間隙率の粗粒堆積物(砂岩または砂)からなり,地中貯留に必要な貯留層と遮蔽層のセットを見出すことは比較的容易である。一方で,遮蔽層の役割を果たす細粒堆積物は間隙が大きいため毛管シール能力が弱く,過大な貯留を行った場合には漏洩が生じる可能性がある。特に貯留の対象として都市域近傍を考えた場合に漏洩リスクは社会的な受容性と直接結びつく問題であり,その評価は厳密に行う必要がある。そこで本研究では以下の検討を行った:(1)広範囲の岩石・土質材料を対象とした毛管シール能力の文献からの抽出,(2)毛管シール能力に影響を与える要因の抽出(例えば,圧入する流体の表面張力の影響),(3)代表的な細粒堆積物を用いたブレークスルー実験によるエントリー圧力の測定。これらから我が国の細粒堆積物のCO2貯留ポテンシャルの評価を試みた。文献調査および室内のブレークスルー実験から以下のことが明らかとなった:(1)日本の新第三紀・第四紀の細粒堆積物のエントリー圧力(N2~水または空気~水系のブレークスルー実験で,ブレークスルーが生じる最小圧力)はほぼ0.5~5MPaの範囲にあり,一方,浸透率は10^-1~10^-4mdの範囲であった。(2)岩石から土質材料までの広範囲の材料のデータを整理すると,エントリー圧力の大きさ0.001~30MPaに対し,浸透率は10^-6~10^5mdの範囲であった。エントリー圧力と浸透率の間には相関関係があり,年代が古いものほど浸透率が小さくエントリー圧力が大きな傾向が得られた。(3)世界の第三紀以前の岩石の間隙率が1~30%程度に対し,日本の新第三紀以降の細粒堆積物は20~60%と高い間隙率を有している。一方で,エントリー圧力の大きさは第三紀以前のものと比較するとわずかに低い程度である。一方,第四紀粘土の圧密試験試料を用いて間隙分布の変化を調べた結果から,浸透率やエントリー圧力を規定する間隙径は圧密圧力に応じて変化することが分かった。地中貯留の対象となる堆積盆の深部では物性データは少ないため,堆積物やその圧密状態から浸透率やエントリー圧力が推定出来る可能性があることは重要である。鮮新世~更新世の大阪層群を対象に,CO2貯留ポテンシャルの評価を試みた。堆積盆を構成する複数の粘土層の浸透率およびエントリー圧力を圧密試験などから推定すると深度1000mにおける貯留ポテンシャル(遮蔽層にCO2が浸入しない最大の貯留高さ)は約50mとなった。また,百万ton/年規模のCO2圧入のモデル計算を行ったところ,断層等を有さない場合,複数の遮蔽層をCO2が透過するためには千年単位の時間を要する結果が得られた。これらの結果は,我が国の年代の若い堆積盆への地中貯留の可能性を示すものである。
英文要約Japan is located in tectonically active plate margin around the Pacific Ocean and the Paleogene and older sedimentary rocks in Japan are not suitable for the geological storage of CO2 for many faults and complicated geological structures. On the other hand, large-scale CO2-emission sources are concentrated on coastal planes where Neogene-Quaternary sedimentary rocks are widely distributed. Considering the suitability for the geological storage and the reduction for the cost of CO2 transportation, it is very important to achieve the CO2 geological storage in such relatively younger formations. These younger formations mostly consist of alternation of low-permeable fine-grained sediments and high-permeable coarse-grained sediments under the influence of high-frequency sea-level changes, and it is not difficult to find the required sets of reservoirs and sealing layers for the geological storage. The large porosities of these younger sediments may be efficient for the storage volume, while there is a fear that the CO2 would leak by penetrating through the fine-grained sediments which would be thought as the sealing layers. The capillary-sealing efficiency must be strictly assessed especially in case of the storage near the urban area where the leakage risk directly affects the public acceptability. In this study, a general evaluation for the capillary-sealing efficiency of the fine-grained younger sediments was done by laboratory breakthrough experiment and data collection from the referential papers. The laboratory testing results and the existing data revealed the following facts;(a)The entry pressures by injecting air into water-saturated samples of the fine-grained younger sediments are in the range from 0.5 to 5MPa, while the permeability coefficients range from 10^-4 to 10^-1 md.(b)For the wide-ranging materials from hard-rocks to soils, the entry pressures are in the range from 0.001 to 30MPa, while the permeability coefficients range from 10^-6 to 10^5 md. For the samples in older ages, the entry pressures become larger and also the permeability coefficients become smaller.(c)The porosities of the rocks before Tertiary are in the range from 0.1 to 30%, while the porosities of fine-grained younger sediments range from 20 to 60%. Besides of such larger porosities, the entry pressures of the fine-grained sediments are almost equal (or slightly lower) to those of the older rocks.An estimation of CO2 storage height basin was attempted in the Plio-Pleistocene Osaka Group, central Japan. Using the permeability and entry pressure estimated from consolidation test of fine-grained sediment of the Group, the calculated maximum storage height was about 50 m in the depth of 1000 m. In addition, multiple seal layers, formed under glacio-eustatic sea-level fluctuations, would prevent the leakage of CO2 during the millennium. These results represent the possibility of the CO2 geological storage in younger sediments.
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