[논문]메탄 유출 관정 주변의 토양 CO2 모니터링

채기탁; 김찬영; 주가현; 박권규; 노열; 이창현; 염병우; 김기배

doi:10.9719/eeg.2022.55.4.407

[국내논문] 메탄 유출 관정 주변의 토양 CO2 모니터링
Soil CO2 Monitoring Around Wells Discharging Methane 원문보기

자원환경지질 = Economic and environmental geology, v.55 no.4, 2022년, pp.407 - 419

채기탁 (한국지질자원연구원) , 김찬영 (한국지질자원연구원) , 주가현 (한국지질자원연구원) , 박권규 (한국지질자원연구원) , 노열 (전남대학교) , 이창현 (한국지질자원연구원) , 염병우 (한국지질자원연구원) , 김기배 (KNJ 엔지니어링(주))

초록
AI-Helper

메탄(CH₄)이 유출되는 관정 주변에서 토양(비포화대) 가스 모니터링과 자료 해석 방법을 제시하고자 토양 가스의 성분변화를 약 3일간 측정하였다. 이를 위해서 포항 지역의 시험 관정 2개(TB2, TB3)의 주변 1 m 이내에서 방사상으로 토양 가스를 채취하고 현장에서 CO₂, CH₄, N₂, O₂의 농도를 분석하였다. TB2의 관정 정두(wellhead)에서 30 cm 떨어진 지점에서 CO₂ 플럭스도 측정하였다. 아울러 TB2 관정 정두의 가스 시료와 대기 시료도 채취하여 분석하였다. 모니터링 마지막 날 채취한 시료는 실험실에서 CO₂의 탄소동위원소(δ¹³C_CO2)를 분석하였다. 서로 12.7 m 떨어져 있는 두 시험 관정 중 TB3는 시멘팅이 되어 있고, TB2는 시멘팅이 되어 있지 않았다. 생지구화학 반응 기반(process-based) 해석을 적용한 결과, 비포화대 가스의 CO₂, O₂, N₂ 농도와 N₂/O₂ 의 변화는 모두 CH₄의 산화를 지시하는 선과 가스의 용해에 의한 농도의 변화를 지시하는 선 사이에 위치하고 있었다. 또한 TB2 정두에서 측정된 CH₄은 대기의 CH₄에 비해서 5.2배 높은 값을 나타나고 있었다. 시멘팅이 되어 있지 않은 관정(TB2) 주변 비포화대에서 나타난 높은 CO₂ 농도(평균 1.148%)는 CH₄의 산화에 의해 증가한 것으로 판단된다. 반면, 시멘팅이 된 관정(TB3) 주변의 비포화대 CO₂는 상대적으로 낮은 농도(0.136%)를 나타내고 있었다. 따라서 CH₄가 산출되는 관정의 주변 토양가스(CO₂ 포함)는 관정의 완결 상태(시멘팅)에 크게 영향을 받는 것으로 판단된다. 본 연구는 천연가스 개발 관정 주변 토양의 환경 모니터링을 위한 전략 수립에 활용될 수 있으며, CO₂ 지중저장을 위한 주입정 및 관측정 주변 누출 감시에 활용될 수 있다. 또한 본 연구의 방법은 천연가스 저장소, 유류 오염 토양의 모니터링에 활용 가치가 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

Soil(vadose zone) gas compositions were measured for about 3 days to suggest a method for monitoring and interpreting soil gas data collected around wells from which methane(CH4) is outflowing. The vadose zone gas samples were collected within 1 m around two test wells(TB2 and TB3) at Pohang and analyzed for CO2, CH4, N2 and O2 concentrations in situ. CO2 flux was measured beside TB2. In addition, gas samples from well head in TB2 and atmospheric air samples were collected for comparison. Carbon isotopes of CO2(δ13CCO2) of samples collected on the last day of the study period were analyzed in the laboratory. The two test wells (TB2 and 3) were 12.7 m apart and only TB3 was cemented to the surface. According to the bio-geochemical process-based interpretation, the relationships between CO2 and O2, N2, and N2/O2 of vadose zone gas were plotted between the lines of CH4 oxidation and CO2 dissolution. In addition, the CH4 concentrations of gas samples from the wellhead of the uncemented well (TB2) were 5.2 times higher than the atmospheric CH4 concentration. High CO2 concentrations (average 1.148%) of vadose zone gas around TB2 seemed to be attributed to the oxidation of CH4. On the other hand, the vadose zone CO2 around the cemented well(TB3) showed a relatively low concentration(0.136%). This difference indicates that the vadose zone gas(including CO2) around the CH4 outflowing well were strongly affected by well completion(cementing). This study result can be used to establish strategies for environmental monitoring of soil around natural gas sites, and can be used to monitor leakage around injection and observation wells for CO2 geological storage. In addition, the method of this study is useful for soil monitoring in natural gas storage and oil-contaminated sites.

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