有機物、粘土鉱物および深部ガス含有貯留層における水の吸着：実験および分子シミュレーションからの知見

本研究では、重量吸着実験によってガス含有貯留層における水分子の等温吸着曲線を得た。有機物、イライトおよびモンモリロナイトという三つの個別成分に対する水分子の吸着性能を分子シミュレーション法により分析した。次に、実験結果と分子シミュレーション結果を組み合わせて、ガス含有貯留層における水の吸着機構について議論した。結果は、小負荷範囲では、表面官能基を介した一次吸着が吸着過程で支配的であることを明らかにした。大負荷範囲では、内孔空間内での水クラスター形成によって決まる二次吸着が重要な役割を果たす。高圧下では、内孔構造が水の吸着に対して表面官能基より明らかに強い影響を持つ。ガス輸送に対する水の効果は主に二次吸着中の水クラスター形成に起因する。有機物では、水分子の吸着は孔壁の両側近傍の領域のみで観察される。粘土鉱物では、水分子の吸着はナノ孔の中央領域および両側で発生する。有機物における水分子の取込み量は、粘土鉱物に比べ著しく低い。粘土鉱物がガス含有貯留層における水吸着を支配している。ガス含有貯留層における水の吸着モードは、有機物および粘土鉱物のものと異なる。粘土鉱物に保持される水分子は脱着が困難であり、これがガス含有貯留層の孔の連結性および最終的なガス産出挙動により顕著な影響を与える。