Experimental and Modeling Studies on Gas Migration in Kunigel V1 Bentonite

クニゲルV1ベントナイト中のガス移行に関する試験及び解析的検討

棚井 憲治 ; 山本 幹彦*

Tanai, Kenji; Yamamoto, Mikihiko*

これまでに行ったガス移行試験の結果から、以下のような知見が得られた。1) ガスの有効浸透率は、ベントナイト70%+ケイ砂30%混合試料で乾燥密度1.6Mg mの場合10 m、ベントナイト単一材料で乾燥密度1.8mg m の場合10-20から10-21m程度である。2) 体積拘束型の試験におけるガス破過圧力は、ほぼ膨潤応力と等しい。3) ガスの移行によって形成された経路は、ベントナイトの有する膨潤性能により閉塞する。また、最新のガス移行実験結果から2つのピークが得られた。特に、2回目のピーク時におけるガスの透過流量としては、最大1667cc minという値であった。このようなピークが得られた理由としては、ベントナイト粒子のずれによって試料中に亀裂が生成されたものと推測される。なお、本試験で得られた破過圧力は、膨潤応力よりも大きな値となっており、ガス移行経路生成の時間遅れ、ならびに供給時のガス流量に起因した亀裂の拡張などが影響しているものと考えられる。いずれにしろ、ガス移行経路の形成は、試料の応力状態や試料そのものの不均一性などに影響され変化しやすいことがいえる。ガス移行試験中における試料内の密度変化の測定を目的にX線CTによる非破壊試験を行った。本試験はX線の吸収係数が、媒体の密度に比例して変化することを利用したものである。試験の結果、試料中の密度変化は明確に現れなかったが、これらの結果から試料中をガスが均一に流れているというよりは、選択的な経路を移行していることを示していると考えられる。ガス移行可視化試験の結果を対象としてTOUGH2 改良コードによる解析を実施し、Kozney-Carmanモデルを応用した改良型モデルによりガス破過時の挙動をほぼ表現できうる結果となった。しかしながら、2回目のピークに見られるようなダイナミックな流動に関しては、それを表現することが非常に困難であることが分った。

The knowledge obtained from previous studies are as follows, i) The gas permeabilities are 10mfor the 30wt% sand mixtures at a dry density of 1.6 Mg mand 10to 10mfor the bentonite (100%) at a dry density of 1.8 Mg m, ii) The breakthrough pressure seems to be almost the same as the swelling pressure at constant volume condition, iii) Gas pathways created during the first gas injection period are closed due to bentonite swelling during the resaturation period. For the recent experiment, it is obtained two peak of gas flow rate. In particular, maximum flow rate at secondary peak is obtained apploximately 1667cc min. This peak is probably indicative of generation of cracks in the specimen by particle displacement. Breakthrough pressure (2.5 MPa) is larger than the swelling pressure of the bentonite (swelling pressure is approximately 1.0 MPa at a dry density of 1.6 Mg m). It may be that there is a time lag between the gas pressure change in the clay and expansion of cracks due to large pumping rate (0.05 cc min-1). The gas migration pathways are unstable due to stress condition in bentonite specimen and/or heterogeneity of specimen. The distribution of bulk density in the specimen was measured to demonstrate that X-ray CT was reliable new technique for the non-distructive measurement of gas migration through bentonite specimen. The degree of X-ray attenuation depends on the bulk density of the bentonite specimen. The change in bulk density in this test specimen is not cleared from this test case. These experimental results are probably indicative of migration along preferential pathways rather than uniform flow in the matrix of bentonite specimen.