地中貯留における超臨界CO_2との反応によるケーシングセメント単体及びセメント : 砂岩構造物の物理化学特性変化

Abstract

C02地中貯留時のC02によるケーシングセメントの劣化を調査するため，地下貯留層の温度圧力環境において，セメント単体試料をWetC02ガスと炭酸水に，9ヵ月間露出させる実験を行った。その結果，実験初期におけるセメントの溶解による孔隙率増加と，実験後期におけるセメント内部での炭酸カルシウムの結晶析出と孔隙充填による孔隙率と浸透率の低下が観察された。次に，セメント変質の開始箇所となるセメントと地下貯留層砂岩との接合部での反応を調査するため，セメント-砂岩二層構造試料を作製し，同様の実験条件で2.2ヶ月間の試験を行い，セメント単体試料との比較検討を行った。その結果，二次鉱物である炭酸カルシウムの充填が，境界近傍の砂岩間隙中から発生しており，セメント単体での試験と比較して，セメントとC02の反応が抑制されることが判明した。本実験結果から，Gセメントの場合実験開始から1ヵ月後にC02接触によって一時的な孔隙率の増加によるシール能力の低下が生じた。より長期的には，Gセメント，C02セメントともに二次鉱物がセメント-砂岩境界の孔隙を充填することでC02の流動を妨げ, セメントのシール能力は向上すると結論された。

Underground sequestration of C02 requires avoiding possible leakage of the injected C02 to the surface. We have to understand how and how much casing cement can be altered by C02. Our experimental investigations immersed two kinds of cement samples and cement - sandstone sample in super critical C02 (60°C, lOMPa) and in water. Visible changes in cement samples include erosion in earlier stages and precipitation of calcite in later stages on the surface and in the pore spaces, which reduce porosity and permeability. At cement - sandstone interface, the mineral precipitated in the pores of sandstone is identified as CaC03. This suggests that the sealing ability of casing cement could be improved by exposure to supercritical C02 for a few months.