東北大学
学際科学フロンティア研究所

水圧破砕は、坑井（こうせい）を通して高圧の流体を地下に圧入し、岩石を破砕する（割る）技術であり、我が国に多く賦存する地熱エネルギー、シェールガス・オイル等の非在来型資源、地球温暖化対策として有効な二酸化炭素地下貯留等の地下資源開発において、必要不可欠です。き裂（岩の割れ目）を造成することは、地下の流体の流れやすさ（透水性）を向上させるため、効率的な地下開発につながります。しかしながら、通常の水圧破砕では、き裂が造成できる方向は地下の応力状態で決定され、それ以外の方向にき裂を造成し、透水性を向上させることはできませんでした。これが水圧破砕の技術的限界でしたが、もはやこれは、解決できる問題とも認識されていませんでした。

 

東北大学流体科学研究所の椋平祐輔助教らの研究グループは、ずり速度によって粘度が劇的に変化するせん断増粘流体（STF）を、破砕流体として用いた室内岩石実験を行いました。その結果、これまでの常識を覆し、坑井から多方向に伸びるき裂を造成することに成功しました。

 

本研究成果は、2025年2月15日付で科学誌International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciencesに掲載されました。

 

なお本成果は、Zhang Rongchang大学院生、伊藤高敏教授、同大学環境科学研究科の博士後期課程の後藤遼太大学院生（現大成建設）、渡邉則昭教授、末吉和公助教、博士前期課程の詫間康平大学院生（現日立製作所）、宇野正起准教授、同大学学際科学フロンティア研究所博士後期課程の新井裕子大学院生、笘居高明教授、オーストラリア・サンシャインコースト大学のTian Tongfei講師、オーストラリア・ニューサウスウェールズ州の州立職業訓練専門学校であるテイフ・ニューサウスウェールズ のVladimir Sokolovski博士、北海道大学理学部の直井誠准教授との共同研究によるものです。

タイトル：Creating Multidirectional Fractures through Particle Jamming

著者： Yusuke Mukuhira*, Ryota Goto, Noriaki Watanabe, Kazumasa Sueyoshi, Kohei Takuma, Rongchang Zhang, Tongfei Tian, Vladimir Sokolovski, Makoto Naoi, Yuko Arai, Takaaki Tomai, Masaoki Uno, Takatoshi Ito

*責任著者：東北大学流体科学研究所　助教　椋平祐輔

掲載誌：International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences

DOI：10.1016/j.ijrmms.2025.106051

URL：https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2025.106051