초록 ▼

가스 하이드레이트의 연구동향은 주관연구기관과 MOU를 체결한 각국의 연구기관 및 참여기업인 한국가스공사와 협력관계를 맺고 있는 기업체로부터 입수한 자료와 함께 국외출장, 국제학술회의 참석 및 국내외 전문 학술지 등을 통하여 파악하였다. 가스 하이드레이트 연구사, 결정구조 및 일반적인 특성에 대한 연구는 Berecz and Balla-Achs (1983), Ginsburg and Soloviev (1994), 本 外 (1994), Max (1990, 2000), Max et at. (1997), Makogon (1997), Sloa

가스 하이드레이트의 연구동향은 주관연구기관과 MOU를 체결한 각국의 연구기관 및 참여기업인 한국가스공사와 협력관계를 맺고 있는 기업체로부터 입수한 자료와 함께 국외출장, 국제학술회의 참석 및 국내외 전문 학술지 등을 통하여 파악하였다. 가스 하이드레이트 연구사, 결정구조 및 일반적인 특성에 대한 연구는 Berecz and Balla-Achs (1983), Ginsburg and Soloviev (1994), 本 外 (1994), Max (1990, 2000), Max et at. (1997), Makogon (1997), Sloan (1991, 1998), Henriet and Mienert (1998), Paull and Dillon (2001), Taylor and Kwan (2004) 등의 책자, 2003년까지 4차에 걸쳐 개최된 ′International Conference on Natural Gas Hydrates′를 포함한 가스 하이드레이트 관련 국제 학술회의의 논문집 그리고 ′Marine Geology′등 각종 연구논문 등을 이용하여 수행하였다.가스 하이드레이트의 밀도, 포화도, 생성/해리열 (heat of hydrate formation/dissociation) 열전도도 (thermal Conductivity) 등의 물성은 자체적으로 설계ㆍ장치를 이용한 연구를 통하여 측정하였다. 천연가스의 구성성분인 메탄, 질소 및 이산화탄소 하이드레이트의 생성/해리열을 등온열량측정기(isothermal micro-calorimeter)와 자체적으로 개량한 고압셀 (high-pressure cell)을 이용한 실험연구를 통하여 측정하였으며, 측정 방법과 결과의 정확성을 확인하기 위하여 외국의 연구결과와 비교하였다. 열선 (hot wire)을 이용한 열전도도 측정법을 고안하였으며, 이 열선법 적용을 위한 고압셀을 자체적으로 설계ㆍ제작하였다. 이들 장치와 케테토메터 (catheometer) 및 전압측정을 위한 디지털 멀티메터 (digital multimeter) 등의 기기를 이용하여 하이드레이트 열전도도를 측정하였다. 열전도도 측정의 표준물질인 톨루엔 (toluene)을 이용함으로서 실험의 건전성을 확인하였다. 또한 고압ㆍ저온 시료에 대한 열용량을 측정할 수 있는 장치를 자체 설계ㆍ제작하였다. 하이드레이트에 포획된 가스의 조성과 ′hydration number′를 이용한 밀도 계산법을 개발하였으며, 핵자기 공명기 (nuclear magnetic resonance: NMR)와 라만 분광기 (Raman spectroscopy: RS)를 이용하여 ′hydration number′를 측정하는 방법을 적용하였다. 이 실험을 위하여 RS용 고압셀을 제작하였다. 이들 두가지 방법을 상호 보완적으로 이용하여 메탄, 에탄과 프로판의 혼합가스 그리고 THF의 혼합가스 하이드레이트의 밀도를 측정하고 구조를 확인하였다. 가스 하이드레이트의 음향특성은 탄성파 탐사자료를 이용한 연구를 통하여 재차 확인하였다.가스 하이드레이트 탐사기술의 확보와 우리나라 해역에서의 가스 하이드레이트 생성 잠재력과 부존 가능지역을 규명하기 위하여, 한국지질자원연구원의 탐해-2호를 이용하여 우리나라 동해에서 지질ㆍ지화학 탐사, 탄성파 탐사 및 정밀 해저지형 탐사를 수행하였다. 또한 탐사지역에서의 가스 하이드레이트 안정영역 (gas hydrate stability zone: GHSZ)을 분석하기 위하며 XBT (expandable bathythermograph)를 이용하여 수심에 따른 수온을 측정하였으며, 이를 실험결과와 대비하고 종합하여GHSZ를 분석하였다. 1차년도 (2000년) 탐사는 4월 23일부터 5월 20일까지 28일간 수행되었으며, 선박직원과 한국가스공사 연구개발원의 연구원 2명을 포함 총 35명이 탐사에 참여하였다. 2차년도 (2001년) 탐사는 총 32명이 6월 11일부터 7월 7일까지 27일간 수행하였으며, 3차년도 (2002년)에는 총 25명이 5월 20일에서 6월 13일까지 25일에 걸쳐 탐사를 실시하였다 4차년4년)에는 총 37명이 5월 20일에서 6월 13일까지 25일에 걸쳐 탐사를 수행하였다. 탐사선의 속도는 탄성파 탐사자료 취득 매개변수 (parameter)를 고려하여 시간당 평균 4.5 knot를 유지하였다.

Abstract ▼

Natural gas hydrate, generally called as gas hydrate, is a special type of special hydrates. Gas hydrate is a metastable solid compound which mainly consists of methane and water, but it is stable under the specific conditions, low temperature and high pressure. While the need of alternative energy

Natural gas hydrate, generally called as gas hydrate, is a special type of special hydrates. Gas hydrate is a metastable solid compound which mainly consists of methane and water, but it is stable under the specific conditions, low temperature and high pressure. While the need of alternative energy resource is raising due to the limited amount of fossil energy, gas hydrate is regarded as one solution for the future energy resource since it is one of major reservoirs of methane in the earth. The estimated methane content entrapped in gas hydrate is 10⁴ Gt, which indicates twenty five times greater methane content in gas hydrate than in oil field, condensation field, and natural gas field. Moreover, gas hydrate is regarded as an environmentally favorable energy since the amount of CO₂ release during methane combustion in gas hydrate is 70%, less than in currently used petroleum. Gas hydrate is present in deep sea sediment and in permafrost region, and many studies have been conducted to explore its potential and to develop techniques for the future use of gas hydrate especially among most of advanced countries.Considering the fact that more than 97% of fossil energy resources needed in Korea rely on import, the exploration of gas hydrate in our jurisdictional sea is neccessary to secure the supply of nonconventional hydrocarbon energy resources. Moreover, data collected during gas hydrate exploration could be used for the prediction of natural geohazard in the region. and for the delimitation of exclusive economic zone (EEZ) with neighboring countries.The preliminary exploration conducted by KlGAM in late 1990′s verified a proper physical condition for the formation and presence of gas hydrates in East Sea, Korea. This study aimed to confirm the potential of gas hydrate formation and its possible locations in addition to the development of exploration technologies through surveys in our East Sea. Moreover, establishment of fundamental technologies necessary for processing, development and practical use of gas hydrate through simulation study by using self-developed apparatus was one of major purposes.

목차 Contents

• 제 1 장 서론...34
• 제 2 장 가스 하이드레이트의 연구동향과 중요성...39
• 제 1 절 연구사...39
• 제 2 절 국내 외 연구동향...52
• 1. 미국...52
• 2. 일본...66
• 3. 기타 국가 및 다국적 R＆D 프로그램...77
• 4. 우리나라...89
• 제 3 절 중요성...90
• 1. 에너지원 측면...90
• 2. 재래형 석유자원 탐사 및 개발 측면...92
• 3. 환경 및 지질재해 측면...92
• 제 3 장 가스 하이드레이트 결정구조와 특성...97
• 제 1 절 결정구조...97
• 1. 공동...97
• 2. 결정 구조...99
• 제 2 절 특성...103
• 1. 물리적 특성...103
• 2. 전기적 특성...112
• 3. 음향 특성...113
• 제 4 장 가스 하이드레이트 기원, 생성 및 부존...115
• 제 1 절 기원...115
• 제 2 절 생성...118
• 제 3 절 부존...120
• 제 4 절 지질ㆍ지화학 및 지구물리 지표와 탐지...126
• 1. 지질ㆍ지화학 지표와 탐지...126
• 2. 지구물리 지표와 탐지...127
• 제 5 장 가스 하이드레이트 탐사...133
• 제 1 절 탐사해역의 지질개요...133
• 제 2 절 탐사...135
• 1. 항측자료 취득 및 보정...136
• 2. 지질ㆍ지화학 탐사자료 취득 및 분석...139
• 3. 다중채널 디지털 탄성파 탐사자료 취득, 처리 및 해석...255
• 4. 단채널 탄성파 탐사자료 취득, 처리 및 해석...314
• 5. 정밀 해저지형 탐사자료 취득, 처리 및 해석...326
• 제 6 장 가스 하이드레이트 개발기술...339
• 제 1 절 가스 하이드레이트 상평형 및 생성/해리 속도...339
• 1. 상평형...339
• 2. 생성/해리 속도...345
• 제 2 절 탐사해역의 가스 하이드레이트 평형조건 및 안정영역...348
• 1. 평형 조건...348
• 2. 안정 영역...352
• 제 3 절 2상 평형의 퇴적물 영향...353
• 1. 2상 평형에서의 용해도...353
• 2. 퇴적물 영향 분석...359
• 제 4 절 주입유속에 따른 가스 하이드레이트 생성조건 측정...366
• 1. 실험장치...366
• 2. 실험방법...367
• 3. 실험결과...370
• 4. 실험결과 분석...372
• 제 5 절 Kinetic inhibitor 특성...373
• 제 6 절 가스 하이드레이트 유동 시뮬레이션...376
• 1. 통계적 열역학 이론...376
• 2. 천연가스 성분의 퓨개시티...381
• 3. 저류유동 지배방정식...381
• 4. 저류전산 모델...387
• 5. 전산모델 결과...388
• 제 7 장 가스 하이드레이트 이용기술...403
• 제 1 절 가스 하이드레이트 제조...403
• 1. 개요...403
• 2. 제조장치 및 실험 방법...404
• 3. 가스 하이드레이트 평형조건 분석...408
• 4. 가스 하이드레이트 제조 실험 및 분석...414
• 5. 첨가제에 의한 영향 분석...424
• 제 2 절 View cell에 의한 가스 하이드레이트 생성 관찰...434
• 1. 장치 및 실험 조건...435
• 2. 가스 하이드레이트 핵 생성 관찰...437
• 3. 결정 성장과정 관찰...438
• 4. DBS 첨가 시 결정 성장과정 관찰...440
• 제 3 절 가스 하이드레이트의 구조 고찰...443
• 1. 시료제작...444
• 2. 메탄 하이드레이트 구조 분석...444
• 3. 천연가스 하이드레이트 구조 분석...446
• 제 4 절 가스 하이드레이트 플러깅 현상 분석...448
• 1. 개요...448
• 2. 파이프라인에서의 가스 하이드레이드 형성 메카니즘...449
• 3. 화학첨가제에 의한 가스 하이드레이트 억제현상...451
• 4. 실험장치 구성 및 제작...453
• 5, 실험결과 및 고찰...455
• 제 8 장 연구개발 목표 달성도 및 결과의 활용계획...467
• 제 1 절 연구개발 목표 달성도...467
• 제 2 절 연구개발 결과의 활용계획...467
• 참고문헌...469