[論文レビュー] Fracture Propagation Driven by Fluid Outflow from a Low-permeability Reservoir

Gennady Y. Gor, Howard A. Stone+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 20, 2012

CO2 Sequestration and Geologic Interactions被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、圧力拡散方程式の自己相似解を用いて、深部の塩水含有層におけるCO2貯留時におけるシール岩の破壊長を推定する解析的モデルを提案する。モデルは、高さに伴い駆動力が増加するため、破壊長が時間とともに増加し、保守的な（下限の）推定値を提供することを示している。

ABSTRACT

Fracturing of the caprock during CO2 storage in deep saline aquifers can lead to leakage. Estimation of the rate of fracture propagation allows one to assess the leakage risk. Here we propose an analytical model for calculating the length of the fracture, which propagates due to the fluid outflow from a low-permeability aquifer. We present a self-similar solution of the pressure diffusion equation in the system of reservoir and fracture, allowing us to get the analytical expression for the fracture length as a function of time. We calculate the evolution of the fracture length for a characteristic aquifer. We show that the analytical solution provides an estimate from below for the fracture length, since the driving force for the fracture propagation grows with elevation.

研究の動機と目的

• 低透水性の鉛直に分離された貯留層における漏れリスクを評価するため、破壊の進行をモデル化すること。
• 貯留層からの流体流出によって駆動される破壊長の進化を解析的に解くこと。
• 圧力拡散が貯留層-シール岩系における破壊成長に与える影響を定量化すること。
• 高さに伴い増加する駆動力の影響を考慮することで、破壊長の保守的な推定値を提供すること。

提案手法

• 結合された貯留層-破壊系における圧力拡散方程式に対して、自己相似解が導出された。
• モデルは、低透水性の貯留層からの流体流出が破壊の進行を引き起こすと仮定している。
• 圧力拡散のダイナミクスに基づき、破壊長と時間の関係を記述する解析的式が開発された。
• 駆動力の空間的変動、特に高さに伴い増加する駆動力を解に組み込んだ。
• 代表的な深部塩水含有層を対象として、破壊の進化を模擬するためにモデルが適用された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 低透水性の貯留層からの流体流出は、どのようにシール岩における破壊の進行を引き起こすか？
• RQ2 圧力拡散の下で、破壊長は時間とともにどのように変化するか？
• RQ3 システム内の高さに伴い、破壊の進行を駆動する力はどのように変化するか？
• RQ4 解析的解は、破壊長の信頼できる下限推定値を提供できるか？

主な発見

• 実際の駆動力が高さに伴い増加するため、解析的解は破壊長の下限推定値を提供する。
• 流体の流出と貯留層-シール岩系における圧力拡散の結果、破壊長は時間とともに増加する。
• 自己相似解は、モデル化された条件下での破壊の進行の時間的進化を正確に捉えている。
• 正確なリスク評価のためには、高さに依存する駆動力の影響を考慮する必要があることが示された。