JP2008002824A - 岩石抽水装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】試料岩石を収容するシリンダと、該シリンダ内に装入され試料岩石を挟む加圧板と、少なくとも一方の加圧板を押圧して加圧板間に挟まれた岩石を圧搾するピストンとを備え、ピストン並びに加圧板に穿孔されている採水用の孔を通して岩石中から圧搾された水を抽出する岩石抽水装置において、加圧板4と岩石1との間に介在される集水板14を備え、かつ該集水板14は少なくとも加圧板4側の面に放射状に形成された溝15を有すると共にこの溝15内に当該集水板14を貫通し集水板14の両面を連通させると共に加圧板4の採水用孔6に対してずれた位置に配置される通水孔16を備えるようにしている。
【選択図】図5
Description
本実施例の岩石注水装置は、直径50mm、高さ70〜100mm程度に整形した試料を収納できるセル空間(シリンダ2と集水板14並びに加圧板3,4で囲繞される空間)を構成して、100〜512MPaの範囲で加圧できるように設計した。また、抽出水の変質や、金属の腐食を防ぐと共に少なくとも500MPa程度の耐圧性をシリンダ2に持たせるため、シリンダ2を外径150mmの円筒形で2重構造とし、外筒には、強度の大きいニッケルクロムモリブデン鋼8種(SNCM8)を使用し、試料と接する内筒には、耐食性の大きいKモネルメタルを使用した。また、内筒は、直径40、45、50mmの大きさの試料に対応できるように、交換可能とした。さらに、ピストンと下盤、上盤には、SNCM8を使用した。上盤がピストンとあたる部分には砲金性のガイドブッシュを付けた。試料の上下に接する加圧板にはKモネルメタルを使用した。加圧板とシリンダーとの間はOリングでシールした。採水のために、試料の上下の加圧板の中央に1mmの孔を開け、1.7mmのテフロン(登録商標)チューブを接続した。ピストンと底盤には、それぞれ上下に採水チューブを通すための孔を開け、外部にチューブを取り出した。
試料としてスイスのオパリナスクレイ(ベンケン地域とモンテリ地下実験場の2地域の試料)を用いた。
a) ベンケン地域
ベンケン地域(チューリッヒバインランド)は、スイスの高レベル放射性廃棄物の処分候補地として検討されている地域であり、1本の鉛直ボーリングにより地下540-650m付近に分布するオパリナスクレイが採取された。この地域のオパリナスクレイの有効間隙率は約11vol%で、最大抽水圧力100MPa程度までの従前の抽水装置では抽水が不可能であった。試料は、B-1(深度645.80m)、B-2(深度563.74m)の2深度の試料を用いた(表1)。それぞれ、オパリオナスクレイの下部の頁岩と、上部の砂質頁岩に相当する。
b) モンテリ地下実験場
モンテリ地下実験場のオパリナスクレイは間隙率が16vol%程度であり、ベンケンのコアよりも間隙率が大きく、従前の抽出装置でも抽水が可能であった。この岩石についても抽水を行い、それぞれの抽水結果を比較した。特に低圧条件と高圧条件での圧縮抽水の水質変化に関して検討した。試料は、モンテリ地下実験場のボーリング孔(BWS-A6)の頁岩を用いた(表1)。
抽水用に切削された円柱状試料から賦存する水を抽水装置を用いて以下の要領で抽出した。まず、柱状試料をシリンダー内にセットする。次に、圧縮用のピストンをセットする。そして、ポンプにより油圧ジャッキを駆動し、試料を圧縮する。集水板14と試料1の間並びに集水板14と加圧板3,4との間には、岩石試料が混入してチューブが詰まらないように、不織布(安積濾紙製、品番550(75φ))およびメンブランフィルター(3μm)を各々2枚ずつ挟んだ。上盤および底盤から取り出した採水チューブを採水容器18にセットしてから、油圧ジャッキ12の圧力を徐々に上昇させ、水が出てくるのを確かめる。その後、数十kgf/cm2ずつ加圧し採水する。
(i)抽出水量
B-1(頁岩)、B-2(砂質頁岩)の有効間隙率は約11vol%で含水率は約4wt%であったが、間隙水を得ることができた。抽出率を比較するとB-2では7.7wt%と、B-1やMT(20-30wt%)に比較して小さかった。この違いは、岩石が砂質であったために石英粒子などが相互に接してフレームを構成し、外部からの応力をささえて、間隙や粒子間のマトリックスが圧密されにくかったのに対し、頁岩ではマトリックスの粘土鉱物が連続的に圧密されたためと考えられる。
(a) ベンケン地域
抽出水の水質については、その詳細なデータは割愛するが、圧縮抽水により得られた抽出水の塩素イオン濃度は、オパリナスクレイの下部のB-1に比較して上部のB-2は高濃度であった。この試験結果に対し、モンテリの試験結果で得られた、高圧抽水による抽出水の希釈効果による補正を考慮して間隙水の水質を求めた。その結果、この塩素イオン濃度は、他のリーチング試験で得られた塩素イオン濃度と同様の傾向を示し、これらから、ベンケン地域の塩素イオン濃度の鉛直プロファイルが得られた。酸素水素同位体についても他の試験結果とよい相関が認められた。これらの主要成分、酸素水素同位体比のプロファイルから、ベンケン地域のオパリナスクレイの間隙水の移動は拡散支配であり、上下の帯水層からオパリナスクレイ中への元素の拡散モデルを使った解析結果から、現在の水質プロファイルの形成には、数十万年を要することが推定され、オパリナスクレイ中の地下水の安定性と、オパリナスクレイの遮蔽性が示された。
(b) モンテリ地下実験場
段階加圧を行なった結果、1本の試料から合計8-9mlの間隙水が得られた。各段階の水量は1−3mlであった。水質分析の結果、Cl、Na、SO4イオン濃度などの圧力上昇に伴う減少が認められた。Clイオン濃度は、100MPaまでの抽出水に対して、512MPaでは、約75%程度まで低下した。Naイオンなども同様の挙動を示した。一方、抽出水のCa、Mgは、これらのイオンと異なり、減少は認められなかった。
従前の70、100MPaの条件での抽出水の水質と、本実験の200MPaでの抽出水の水質は近い値を示した。このことは、70〜200MPa程度の低圧では、ほぼ均質な水質が得られることを示しており、300MPa以上では高圧になるにつれて、水質が変化することを示している。
水質変化の原因として、Cl濃度が小さくなる原因なるのは、抽出の圧力上昇に伴い、岩石の間隙の中でより動きにくい粘土の層間水などが排出が生じていることが考えられ、Caイオンなどが変化しないのは、炭酸塩の溶解反応が生じている可能性が考えられる。
2 シリンダ
3 加圧板
4 加圧板
5 ピストン
6 採水孔
10 採水チューブ
12 油圧ジャッキ
14 集水板
15 溝
16 通水孔
17 フィルター
Claims (3)
- 試料岩石を収容するシリンダと、該シリンダ内に装入され前記試料岩石を挟む加圧板と、少なくとも一方の前記加圧板を押圧して前記加圧板間に挟まれた前記岩石を圧搾するピストンとを備え、前記ピストン並びに加圧板に穿孔されている採水用の孔を通して前記岩石中から圧搾された水を抽出する岩石抽水装置において、前記加圧板と前記岩石との間に介在される集水板を備え、かつ該集水板は少なくとも前記加圧板側の面に放射状に形成された溝を有すると共にこの溝内に当該集水板を貫通し集水板の両面を連通させると共に前記加圧板の採水用孔に対してずれた位置に配置される通水孔を備えることを特徴とする岩石抽水装置。
- 前記放射状に配置された溝は直線的な溝である請求項1記載の岩石抽水装置。
- 前記加圧板と前記集水板並びに前記集水板と前記試料岩石との間にそれぞれフィルタが配置されている請求項1または2記載の岩石抽水装置。
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