[논문]초임계 상태의 CO2 주입시 주입관내 유동 특성의 수치해석적 연구: 포항분지 중소규모 CO2 지중저장 실증 사업에 적용

정우동; 성원모; 한정민; 송영수; 왕지훈

doi:10.7842/kigas.2022.26.4.9

초임계 상태의 CO2 주입시 주입관내 유동 특성의 수치해석적 연구: 포항분지 중소규모 CO2 지중저장 실증 사업에 적용
Numerical Analysis of Flow Characteristics in an Injection Tubing during Supercritical CO2 Injection: Application of Demonstration-scale CO2 Storage Project in the Pohang Basin, Korea 원문보기

한국가스학회지 = Journal of the Korean institute of gas, v.26 no.4, 2022년, pp.9 - 17

정우동 (한양대학교 자원환경공학과) , 성원모 (한양대학교 자원환경공학과) , 한정민 (한국가스공사 가스연구원) , 송영수 (한양대학교 자원환경공학과) , 왕지훈 (한양대학교 자원환경공학과)

초록
AI-Helper

본 연구는 기존 연구에서 다루었던 기체상태의 CO₂를 송출시 주입관내 상변화 및 유동특성 연구의 계속으로 액체 상태의 CO₂를 송출하여 초임계 상태로 주입시의 연구 결과이다. 지중에 CO₂를 저장하는 기술은 높은 주입성, 저장량 및 경제성으로 기후 변화를 완화하는 효율적인 방법중 하나이다. 심부 대수층에 CO₂를 주입 및 저장하는 실증 프로젝트인 포항분지 CO₂ 지중저장 사업은 미래 대규모 CO₂ 지중 저장 사업에 필요한 기술을 개발하는데 목적이 있다. 이 사업의 설계 단계에서 고려해야 하는 문제 중 하나는 CO₂를 주입시 주입관내 CO₂의 상(phase)변화 및 그에 따른 유동특성의 분석이다. 이러한 문제 해결을 위해 주입량에 따른 압력, 온도 및 열역학적인 물성값 등을 계산하여 주입설비의 송출 조건을 결정한다. 본 연구를 위해 액체 상태의 CO₂를 송출하고 초임계로 변하는 주입관내 상변화 및 유동 특성을 OLGA 프로그램을 사용하여 수치해석적으로 분석하였다. 결과를 통하여 CO₂의 주입 시스템과 저장소의 공저압을 연계하는 주입 송출 조건을 제시하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper is the continuation of our previous paper, which we refer to as numerical analysis of phase behavior and flow properties in an injection tubing during gas phase CO2 injection. Our study in this paper show the results during supercritcal CO2 injection under the same project. Geological CO2 storage technology is one of the most effective method to decrease climate change due to high injectivity and storage capacity and economics. A demonstration-scale CO2 storage project was performed in a deep aquifer in the Pohang basin, Korea for a technological development in a large-scale CO2 storage project. A problem to consider in the early stage design of the project was to analyze CO2 phase change and flow characteristics during CO2 injection. To solve this problem, injection conditions were decided by calculating injection rate, pressure, temperature, and thermodynamic properties. For this research, we simulated and numerically analyzed CO2 phase change from liquid to supercritical phase and flow characteristics in injection tubing using OLGA program. Our results provide discharge pressure and temperature conditions of CO2 injection combined with a pressure of an aquifer.

주제어

표/그림 (18)

그림 Fig. 1. The location map of Pohang Basin for CO₂ storage project (Hwang et al., 2015).
그림 Fig. 2. The lithology interpreted with well logging at injection well of PHIW-1 in Fig. 3 (Kim et al., 2019).
그림 Fig. 3. The top view of a geological model of CO₂ storage in the Pohang Basin (Kim et al., 2019).
그림 Fig. 4. Bottomhole pressure and block pressure changes in an aquifer, the Pohang Basin. Injected CO₂ 10,000 ton, injection rate 40 ton/day. 250 days of injection followed by 100 days of shut-in for a two year injection period.
표 Table 1. The properties of an aquifer (Kim et al., 2019).
그림 Fig. 5. Design of the offshore platform (Won et al., 2018, Jung et al., 2021).
그림 Fig. 6. The numerical model of CO₂ pipeline and injection tubing in Fig. 5 (Jung et al., 2021).
표 Table 2. Flowlines of CO₂ injection system. The total flowline length is 1043 meters (Jung et al., 2021).
그림 Fig. 7. 100% CO₂ phase diagram using the data by Span and Wagner (1996) and initial injection condition of liquid phase CO₂.
그림 Fig. 8. Pressure and temperature changes with tubing length during supercritical CO₂ injection.
표 Table 3. Initial conditions for calculations in CO₂ injection system using OLGA.
그림 Fig. 9. Gravitational and frictional pressure drop gradients during supercritical CO₂ injection.
그림 Fig. 10. Mass flow rate (0.46 kg/s) during supercritical CO₂ injection.
그림 Fig. 11. Phase changes from liquid to supercriical phase with passing supercritical region during CO₂ injection (green circled line).
그림 Fig. 12. Density change during supercritical CO₂ injection.
그림 Fig. 13. Density change with pressure and temperature during supercritical CO₂ injection (redline).
그림 Fig. 14. Enthalpy change during supercritical CO₂ injection.
그림 Fig. 15. Enthalpy change with pressure and temperature during supercritical CO₂ injection.

참고문헌 (13)

Korean Government Ministry Concerned, Technological Innovation Roadmap of Carbon Dioxide Capture and Utilization: Report, Korea, (2021)
IPCC, Global Warming of 1.5°C: An IPCC Special Report on the Impacts of Global Warming of 1.5°C Above Pre-industrial Levels and Related Global Greenhouse Gas Emission Pathways, in the Context of Strengthening the Global Response to the Threat of Climate Change, Sustainable Development, and Efforts to Eradicate Poverty. Intergovernmental Panel on Climate Change, (2018)
KETEP, Net Zero Demand Management: Report, Korea, (2021)
Kwon, Y.K., "Demonstration-scale Offshore CO 2 Sorage Project in the Pohang Basin, Korea", The Journal of Engineering Geology, 28, 133-160, (2018)

원문보기 상세보기
Shin, S.Y., Kang, M., Shinn, Y.J. and Cheong, S., "Assessment of CO 2 Geological Storage Capacity for Basalt Flow Structure around PZ-1 Exploration Well in the Southern Continental Shelf of Korea", Economic and Environmental Geology, 53(1), 33-43, (2020)

원문보기 상세보기
Hwang, J.S., Baek, S.H., Lee, H.S., Jung, W.D. and Sung, W.M., "Evaluation of CO 2 Sorage Capacity and Injectivity using a Relief Well in a Saline Aquifer in Pohang Basin, offshore South Korea", Geosciences Journal, 20, 237-245, (2015)
Jung, W., Sung, W., Han, J., Song, Y. and Wang, J., "Numerical Analysis of Phase Behavior and Flow Properties in an Injection Tubing during Gas Phase CO 2 Injection: Application of Demonstration-scale Offshore CO 2 Storage Project in the Pohang Basin, Korea", KIGAS, 25(4), 10-18, (2021).
KIGAM (Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources), "Site Selection for Pilot-scale CO 2 Geologic Storage in the Korean Peninsula", Annual Report 2012-0008916, Daejeon, Korea, (2012)
Kim, J., Kim, J., Song, Y., Shinn, Y., Kwon, Y., Jung, W. and Sung, W., "A Study of CO 2 Storage Integrity with Rate Allocation in Multi-layered Aquifer, Geosciences Journal, 23, 823-832, (2019)

상세보기
Song, Y., Sung, W., Jang, Y. and Jung, W., "Application of an Artificial Neural Network in Predicting the Effectiveness of Trapping Mechanisms on CO 2 Sequestration in Saline Aquifers", International Journal of Greenhouse Gas Control, 98, (2020)

상세보기
Lee, H., Shinn, Y.J., Ong, S.H., Woo, S.W., Park, K.G., Lee, J.L. and Moon, S.W., "Fault Reactivation Potential of an Offshore CO 2 Sorage Site, Pohang Basin, South Korea", Journal of Petroleum Science and Engineering,152, 427-442, (2017)

상세보기
Won, K.-S., Lee, D.-S., Kim, S.-J. and Choi, S.-D., "Drilling and Completion of CO 2 Injection Well in the Offshore Pohang Basin, Yeongil Bay",The Journal of Engineering Geology, 28(2), 193-206, (2018)

원문보기 상세보기
Span, R. and Wagner, W., "A New Equation of State for Carbon Dioxide covering the Fluid Region from the Triple-point Temperature to 1100 K at Pressures up to 800 MPa", Journal of Physical and Chemical Reference Data, 25(6), 1509-1596, (1996)

상세보기

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format