炭層ガスの排採過程において、貯留層内の炭粉は移動し、空隙および喉部が閉塞しやすくなり、浸透率が低下し、それによって炭層ガスの生産量に影響を及ぼす可能性がある。炭粉の移動が破砕炭貯留層の穴隙浸透性に及ぼす影響を探るために、穴喉通路内の炭粉の移動・沈降に関する数値モデルを構築し、高級プログラミング言語のPythonを用いて炭粉移動の数値シミュレーションプログラムを作成し、破砕炭基質の穴隙ネットワーク内における炭粉の移動をシミュレートした。炭粉移動過程における破砕炭貯留層の穴隙浸透率変化規則および炭粉移動が穴隙浸透率に及ぼす影響について検討した。数値シミュレーションの結果、圧力差と炭粉粒径は貯留層穴隙浸透率に影響を与える2つの重要因子であることが示された。シミュレーション初期段階では、炭粉移動が貯留層の透水性を急速に低下させ、異なる粒径の炭粉粒子の移動、沈降および排出は圧力差の影響を受けた。粒径が大きいほど、低圧差・低流速条件下では移動の開始が困難であったが、圧力差が大きく流速が高い場合には移動が発生した。小粒径炭粉と比較して、大粒径炭粉粒子は有効な空隙をより容易に閉塞し、透水性を急速に低下させた。圧力差が増大すると炭粉の沈降位置は出口側へ移動し、沈降範囲が拡大した。炭粉粒径が喉部半径より小さい条件下では、置換圧力に閾値があり、この閾値より小さい場合は置換圧力の増大に伴い透水性低下速度が増加し、この閾値より大きい場合は透水性低下速度が低下した。数値シミュレーション実験データと炭粉移動に関する物理模擬実験結果を組み合わせたところ、モデルの数値シミュレーション結果は物理模擬実験中の炭粉移動過程における破砕炭の透水性変化及び炭粉の産出・沈降状況と一致した。

炭層ガス;破砕炭;炭粉移動;穴隙浸透性;炭粉粒径;数値シミュレーション