研究情報
Research information

塩水帯水層へのCO₂注入に伴う塩の析出は、坑井周辺の注入能力を著しく損なう可能性があるが、細孔スケールでの結晶化メカニズムは依然として解明が進んでいない。マイクロ流体力学での本研究は、固体-液体界面特性と流体組成が残留塩水分布、蒸発速度論、結晶被覆率をどのように制御するかを調べた。5MPaの条件下で、3種類のNaCl溶液（1、2.5、5mol/kg）、自然地熱塩水、および4種類の添加剤改質系（界面活性剤、共溶媒、pH調整剤、反応性アンモニア）の計8種類の流体を用いて、位置分解能を有する実験を計76回実施した。結果を三段階の機構的枠組みを通じて解釈する。
第一に、CO₂の破過は残留塩水の飽和度（𝑆𝑤）を決定し、これは主に界面張力と毛細管力による置換によって制御される。第二に、CO₂の連続的な流れは対流による質量移動を通じて静止した塩水を蒸発させ、塩水プール内およびその外側の毛細管供給による成長を通じて結晶を生成する。第三に、最終的な結晶被覆率（𝑋𝑐）は初期の塩水保持量と塩濃度に依存する。流量は開始時期と蒸発にのみ影響し、平衡状態の結果には影響しない。したがって、この毛細管反応下では流量で制御される速度論は流量に依存しない結果とは切り離される。
空間的結晶パターンは確率的に異なるが、総被覆率は再現性が保たれる。𝑋𝑐低減への各添加による効果は以下の通りである：イソプロピルアルコール（56%低減）>アルキルベンゼンスルホン酸塩(22%低減)。水酸化カリウムは核生成の促進により、被覆率を22%増加させる。これらの効果は𝑆𝑤の変化に対応しており、残留飽和度の低減が主要な緩和経路であることを示している。天然塩水は合成NaClと同等の挙動を示すことから、一般的な実験室での単純化を支持する。まとめると、本研究は、流体特性と塩沈殿動力学と間に定量的関連を確立し、モデル検証および添加剤を用いた緩和策の設計のためのベンチマークとなるデータセットを提供する。
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https://doi.org/10.1016/j.ijggc.2026.104695