대수층에 이산화탄소를 주입하여 저장하는 것은 대기 중 이산화탄소 농도를 저감하는데 중요한 역할을 한다. 하지만 이산화탄소 주입 시 대수층의 압력증가로 단층 재활성화가 발생할 수 있다. 이러한 문제를 예방하기위해 이산화탄소 주입에 따른 대수층 압력변화를 분석하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 포항영일만 지질모델의 이산화탄소 주입정에서 450 m 떨어진 EF1 단층과 530 m 떨어진 EF2 단층에 대해 안정성 분석을 수행하였다. 약 2년 동안 이산화탄소의 주입과 중단을 반복하는 두 가지 시나리오에서 대수층 압력변화가 단층에 영향을 주는지 일일주입량(20 tons, 40 tons, 100 tons)에 따라 분석하였다. 또한 각 일일주입량 별로 계획 주입량과 예측 주입량을 비교하였다. 이산화탄소 일일주입량이 20 tons인 경우 단층에서의 최대압력이 단충 재활성압의 65% 수준으로 단층의 재활성화 가능성이 낮았다. 일일주입량이 40 tons과 100 tons으로 증가해도 단층에서의 최대 압력이 단층 재활성압의 각각 71%와 80% 정도이다. 또한 일일주입량이 20 tons인 경우와 40 tons인 경우 계획 주입량과 예측 주입량이 거의 일치하였지만 100 tons인 경우 주입정의 공저압력 허용한계로 인해 시뮬레이션 예측 주입량이 계획 주입량에 미치지 못하였다.
대수층에 이산화탄소를 주입하여 저장하는 것은 대기 중 이산화탄소 농도를 저감하는데 중요한 역할을 한다. 하지만 이산화탄소 주입 시 대수층의 압력증가로 단층 재활성화가 발생할 수 있다. 이러한 문제를 예방하기위해 이산화탄소 주입에 따른 대수층 압력변화를 분석하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 포항영일만 지질모델의 이산화탄소 주입정에서 450 m 떨어진 EF1 단층과 530 m 떨어진 EF2 단층에 대해 안정성 분석을 수행하였다. 약 2년 동안 이산화탄소의 주입과 중단을 반복하는 두 가지 시나리오에서 대수층 압력변화가 단층에 영향을 주는지 일일주입량(20 tons, 40 tons, 100 tons)에 따라 분석하였다. 또한 각 일일주입량 별로 계획 주입량과 예측 주입량을 비교하였다. 이산화탄소 일일주입량이 20 tons인 경우 단층에서의 최대압력이 단충 재활성압의 65% 수준으로 단층의 재활성화 가능성이 낮았다. 일일주입량이 40 tons과 100 tons으로 증가해도 단층에서의 최대 압력이 단층 재활성압의 각각 71%와 80% 정도이다. 또한 일일주입량이 20 tons인 경우와 40 tons인 경우 계획 주입량과 예측 주입량이 거의 일치하였지만 100 tons인 경우 주입정의 공저압력 허용한계로 인해 시뮬레이션 예측 주입량이 계획 주입량에 미치지 못하였다.
It is imperative to inject carbon dioxide($CO_2$) into an aquifer for alleviating the emission of $CO_2$. However, faults in the aquifer can be reactivated due to pressure increasement. Analyses of pressure change of the aquifer is necessary to prevent the fault reactivation. I...
It is imperative to inject carbon dioxide($CO_2$) into an aquifer for alleviating the emission of $CO_2$. However, faults in the aquifer can be reactivated due to pressure increasement. Analyses of pressure change of the aquifer is necessary to prevent the fault reactivation. In this research, we assess the stability of an aquifer in Pohang Yeongil bay by investigating the pressure variation of faults EF1 and EF2. Two scenarios, which repeat $CO_2$ injection and suspension during two years, are simulated. Each scenario includes cases of injection rates of 20, 40, and 100 tons/day. In addition, we analyze planned and predicted injection rates for each case. In case of 20 tons/day, the maximum pressure of faults is 65% of the reactivation pressure. Even if daily injection rates are increased to 40 and 100 tons/day, the maximum pressures are 71% and 80% of the reactivation pressures, respectively. For 20 and 40 tons/day cases, planned injection rates almost accord with predicted injection rates during whole simulation period. On the other hand, predicted injection rates are smaller than planned injection rates for the 100 tons/day case due to bottom-hole pressure limit of the injection well.
It is imperative to inject carbon dioxide($CO_2$) into an aquifer for alleviating the emission of $CO_2$. However, faults in the aquifer can be reactivated due to pressure increasement. Analyses of pressure change of the aquifer is necessary to prevent the fault reactivation. In this research, we assess the stability of an aquifer in Pohang Yeongil bay by investigating the pressure variation of faults EF1 and EF2. Two scenarios, which repeat $CO_2$ injection and suspension during two years, are simulated. Each scenario includes cases of injection rates of 20, 40, and 100 tons/day. In addition, we analyze planned and predicted injection rates for each case. In case of 20 tons/day, the maximum pressure of faults is 65% of the reactivation pressure. Even if daily injection rates are increased to 40 and 100 tons/day, the maximum pressures are 71% and 80% of the reactivation pressures, respectively. For 20 and 40 tons/day cases, planned injection rates almost accord with predicted injection rates during whole simulation period. On the other hand, predicted injection rates are smaller than planned injection rates for the 100 tons/day case due to bottom-hole pressure limit of the injection well.
본 연구에서는 포항 영일만을 대상으로 한 두 가지 이산화탄소 주입 시나리오에서 각 일일주입량(20 tons, 40 tons, 100 tons)별로 예측 주입량 및 안정성을 평가하였다. 일일주입량이 20 tons인 경우 주입기간 동안 그 주입량을 유지하였다.
제안 방법
PHIW-1에서 가장 가까운 단층인 EF1과 EF2에 대하여 단층의 재활성 안정성을 평가하였으며, 각 주입 시나리오에서는 가장 압력이 높은 시점을 기준으로 분석하였다. 일일주입량 20 tons와 40 tons의 경우 각각 두 가지 주입 시나리오에서 단층의 최대압력이 8.
대상 데이터
이산화탄소 지중저장 시뮬레이션 및 안정성평가를 위해 실제 포항 영일만 시추공자료, 탐사자료를 바탕으로 만들어진 3차원 대수층모델을 사용하였다. 대수층모델은 150 × 95 × 56의 격자시스템으로 총 808,640개의 격자(corner point grid)를 가진다.
이론/모형
보통 상대유체투과율 곡선은 해당 지층의 코어자료를 바탕으로 얻지만 포항 영일만 해상분지의 코어자료와 실험데이터가 없어 그 정보를 얻을 수 없다. 따라서 본 연구에서는 동해가스전 SCAL 결과값을 바탕으로 van Genuchten(1980) 함수와 Corey(1954) 함수를 사용하여 염수와 이산화탄소의 상대유체투과율을 구하였다. 이를 바탕으로 얻은 상대유체투과율 값은 Table 1과 같다.
본 연구는 포항 영일만 해상분지 이산화탄소 주입실증 프로젝트의 대상이 되는 실제 모델을 시뮬레이션에 적용하였으며 시뮬레이터는 Schlumberger사의 ECLIPSE 300을 사용하였다. 대수층의 초기압력은 기준 깊이에서 정수압 구배를 사용하여 설정하였고, 최대주입공저압은 14 MPa로 설정하였다.
이산화탄소 주입에 따른 대수층 내 압력변화를 살펴보기 위해 시각화 모델로 Schlumberger사의 Petrel을 사용하였다. 모델의 압력변화가 단층의 재활성에 영향이 있는지를 파악하였다.
성능/효과
즉, 일일주입량이 20 tons와 40 tons인 경우 두 가지 주입 시나리오에서 계획대로 주입 할 수 있다. 일일주입량을 100 tons까지 증가시킬 경우 원하는 주입량을 주입하진 못하지만, 대수층 내 단층의 재활성에는 영향을 주지 않는다.
PHIW-1에서 가장 가까운 단층인 EF1과 EF2에 대하여 단층의 재활성 안정성을 평가하였으며, 각 주입 시나리오에서는 가장 압력이 높은 시점을 기준으로 분석하였다. 일일주입량 20 tons와 40 tons의 경우 각각 두 가지 주입 시나리오에서 단층의 최대압력이 8.605 Mpa, 9.287 Mpa로 재활성압 13 Mpa보다 현저하게 낮았다. 일일주입량이 100 tons인 경우PHIW-1과 가장 가까운 EF1 단층에서 압력이 최대 10.
287 Mpa로 재활성압 13 Mpa보다 현저하게 낮았다. 일일주입량이 100 tons인 경우PHIW-1과 가장 가까운 EF1 단층에서 압력이 최대 10.39 Mpa까지 상승하며 이는 단층 재활성압의 80%에 해당한다. 즉, 일일주입량이 20 tons와 40 tons인 경우 두 가지 주입 시나리오에서 계획대로 주입 할 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
이산화탄소 지중저장이란?
이산화탄소 지중저장(carbon capture storage, CCS)은 발전소, 산업, 운송수단 등에 의해 발생한 이산화탄소를 포집하여 지하의 지질학적 구조에 주입함으로써 대기 중의 이산화탄소를 직접적으로 저감하는 기술이다(Blunt, 2010). 최근 온실가스 및 기후변화에 대한 논의가 활발하게 진행됨에 따라, CCS가 온실가스를 직접적으로 감축할 수 있는 기술로 인정받기 시작하였고 이와 관련하여 다양한 CCS 관련 연구가 수행되었다(Cooper, 2009; Bachu, 2015; Choi et al.
대수층에 이산화탄소를 주입하여 저장하는 것은 어떤 역할을 하는가?
대수층에 이산화탄소를 주입하여 저장하는 것은 대기 중 이산화탄소 농도를 저감하는데 중요한 역할을 한다. 하지만 이산화탄소 주입 시 대수층의 압력증가로 단층 재활성화가 발생할 수 있다.
대수충이 이산화탄소 지중저장을 위한 적합한 구조인 이유는 무엇인가?
그 중에서도 지하의 대수층은 이산화탄소 지중저장을 위해 적합한 구조이다. 그 이유는 대수층은 석탄층, 오일 및 가스 저류층에 비해 편재성이 적어 다양한 지역에 분포하며, 다른 지질 구조에 비해 저장용량이 크기 때문이다.
참고문헌 (16)
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