초록 ▼

연차 목표
○ 심지층내 CO₂ 주입성/저장효율 평가기술 개발
○ 실시간, 원위치 지구화학 모니터링 기반기술 개발
○ 지층의 역학적 거동 및 파쇄로 인한 누출 위험도 분석
○ CO₂ 잠재 저장 부지를 포함한 지역의 단층 재활성 평가기법 개발
○ 탄성파/전기 임피던스 특성을 이용한 CO₂ 주입에 따른 물성변화 예측기술 확보
개발내용 및 결과
○ 매질특성(균질매질/균열포함 매질)에 따른 심부 환경에서의 CO₂ 거동특성 평가

연차 목표
○ 심지층내 CO₂ 주입성/저장효율 평가기술 개발
○ 실시간, 원위치 지구화학 모니터링 기반기술 개발
○ 지층의 역학적 거동 및 파쇄로 인한 누출 위험도 분석
○ CO₂ 잠재 저장 부지를 포함한 지역의 단층 재활성 평가기법 개발
○ 탄성파/전기 임피던스 특성을 이용한 CO₂ 주입에 따른 물성변화 예측기술 확보
개발내용 및 결과
○ 매질특성(균질매질/균열포함 매질)에 따른 심부 환경에서의 CO₂ 거동특성 평가 및 CO₂ 포화도 정량평가
○ 탄소동위원소 분석을 위한 감압시스템 개발, 추적자 분석 인프라구축 및 지하수 수질 모니터링 자동화(알칼리도 자동 측정)기술 개발
○ 토양 CO₂ 누출 실험 착수 및 지표/토양 CO₂ 측정시스템 개선 및 시추공 내 유체시료 채취장치 개발
○ 단층대 야외조사 및 단층암 시료채취(포항분지 내부 및 주변)
○ 암석 수리역학적 물성 실험에 기반한 단층 활성도 예비분석
○ 1차년도 개발된 탄성파 속도/진폭 변화 반영 모델링 알고리즘 개선
○ 실내 코어물성실험장비 개선 및 실내실험과의 히스토리 매칭 프로토콜 개발
○ 저류층 시뮬레이션 결과를 이용한 2D 탄성파 모델링 방법론 개선
기대효과
○ CO₂ 모니터링 기술 자립도 향상을 통한 국내 산업 기반 및 경쟁력 확보
○ CO₂ 모니터링 핵심기술개발을 통해 CO₂ 배출권 확보를 위한 산업
-경제적 독립성 확보
○ 저장 안정성 평가 기반기술 개발을 통한 CO₂ 지중저장의 대중적 인정(public acceptance) 확인
적용분야
○ 파일럿 규모 CO₂저장 실증
○ CO₂포집 연계 상용화 규모 통합 CCS 플랜트

Abstract ▼

The impact of fractures on CO₂ transport, capillary pressure and storage capacity are presented by conducting both experimental and numerical studies. A series of laboratory experiment tests was designed with both a homogeneous and a fractured core under CO₂ storage conditions.

The impact of fractures on CO₂ transport, capillary pressure and storage capacity are presented by conducting both experimental and numerical studies. A series of laboratory experiment tests was designed with both a homogeneous and a fractured core under CO₂ storage conditions. The injectivity in the fractured core was twice of the homogeneous core, while the amount of calculated CO₂ in the homogeneous core was over 1.5 times greater than the fractured core. Finally, numerical simulations predict free-phase CO₂ transfer between fracture and matrix in a fracture-matrix system. Pressure gradients between the fracture and matrix enforced CO₂ to transfer from the fracture into matrix at the front of the CO₂ plume, whereas, the reversal of pressure gradients at the rear zone of the CO₂ plume reversed the transfer process.
The variation of CO₂ saturation within the fracture was caused by fracture aperture variations, and local variations of fracture permeability control the free-phase CO₂ transfer between the fracture and matrix.
A research development tendency of geochemical monitoring in CO₂ storage can be summarized by automated, unmanned, and real time techniques. In this study, we established the real time analytical system and have carried out a series of experiment for QA/QC. In addition, we documented the working manual for carbon isotope analysis to develop and elevate analytical techniques. From this study, we improved pre-treatment method making a precise measurement for carbon isotopes of Total Dissolved Inorganic Carbon (TDIC). We also improved the analytical method for solid samples to verify the accuracy of analysis and corrected our data using International Standard (solid). In this study, we interpreted the temporal variations of carbon isotope values and water quality in CO₂-rich water using the established carbon isotope analyzer.
Fractures or discontinuities in rocks are common in sedimentary basins. A change in stress conditions acting on the fractures may be made due to subsurface CO₂ injection and consequently the change may cause reactivation of fractures or faults. Since the reactivation of faults cutting reservoir and seal rocks may induce the leakage of injected CO₂, it is important to evaluate possible reactivation of faults in CO₂ storage sites. Shear strength of fault (or resistance to fault slip) is one of the critical input parameters for the analysis of fault reactivation potential. This year we built and installed a shear test apparatus to measure the strength of fault rocks. We took fault rocks from several fault outcrops in SE Korea. Our tests on the fault rock specimens revealed fault strength of them at wet condition can be as low as ~0.2 in terms of friction coefficient that is much lower than that expected by the Byerlee's law (0.6—0.85). This result indicates that the estimation of fault strength from laboratory shear tests is necessary for reliable fault reactivation analyses.
We have conducted experimental simulations of CO₂ injection into geologic reservoir, in which dry CO₂ in liquid phases was injected into brine-saturated (4% NaCl aqueous solution) artificial and natural (Berea sandstone) rock samples under drain condition. The injection of CO₂ was continued until CO₂ saturation degree was stabilized. After the stabilization, brine water injection into the sample followed to represent post injection process. During the injection tests, the electric impedance of sample was measured to estimate the saturation degree of CO₂ in the sample using Archie's equation. During the CO₂ injection, CO₂ saturation degree increases with decreasing rate up to about 25-30% of pore volume, then stabilizes in drain condition.
In this condition, brine water injection reduces the degree of CO₂ saturation down to about 30-60% of the maximum saturation degree. This amount is inferred as the maximum capacity of residual CO₂ which is immobile in pore spaces. We also suggest that the resistivity measurement can be a prominent tool for monitoring of the migration of CO₂ plume and for estimating the saturation degree of CO₂.
To evaluate the behaviour of the injected CO₂ under the ground, development of the integration technology of the seismic modeling, the laboratory experiment on the CO₂-injected core, and the numerical reservoir simulation is investigated. The seismic modeling that can simulate the variation of seismic properties affected by the change of hydro-geologic properties are tested for various conditions. For visco-elastic modeling, which postulates the seismic amplitude change due to the CO₂ injection, a laboratory-scale modeling and field-scale modeling according to the CO₂ leakage scenarios are implemented. Secondly, based on the result of our laboratory core experiment, a comparison analysis with the numerical modeling result is also conducted and a thermostatic device is designed and manufactured for solving problem of maintaining constant temperature in the laboratory core experiment system. Third, the historical matching method in the reservoir simulation is applied to the previous core experiment data set for calculating real-time CO₂ saturations which are not available in the current status of our laboratory core experiment system. On the top of that, the methodology considering exchange data between the 2D the reservoir simulation and the seismic modeling is considered.

목차 Contents

• 표 지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 연차보고서 요약서 ... 5
• SUMMARY ... 13
• CONTENTS ... 17
• 목 차 ... 19
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 21
• 1.1. 연구개발의 목적 ... 21
• 1.2. 연구개발의 필요성 ... 23
• 1.2.1. 연구개발의 과학기술, 사회경제적 중요성 ... 23
• 1.3. 연구개발의 범위 ... 24
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 26
• 2.1. 국내 기술개발 현황 ... 26
• 2.2. 국외 기술개발현황 ... 28
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 31
• 3.1. 심지층내 CO2 거동 특성 평가 ... 31
• 3.1.1. 서언 ... 31
• 3.1.2. 연구방법 ... 31
• 3.1.3. 연구결과 ... 35
• 3.1.4. 결언 ... 41
• 3.2. 실시간, 원위치 지구화학 모니터링 기반기술 개발 ... 42
• 3.2.1. 서언 ... 42
• 3.2.2. 탄소 동위원소 분석을 위한 유체시료 감압 시스템 개발 ... 44
• 3.2.3. 추적자 분석 인프라 구축 및 지하수 수질 모니터링 자동화 ... 49
• 3.3. 이산화탄소 잠재 저장 부지에서의 단층 재활 가능성 평가를 위한 기법 개발 ... 60
• 3.3.1. 연구배경 ... 60
• 3.3.2. 연구대상 및 방법 ... 61
• 3.3.3. 연구결과 ... 64
• 3.3.4. 결언 ... 67
• 5.4 이산화탄소 주입에 따른 CO2 포화도 변화 연구 ... 68
• 3.4.1. 서 언 ... 68
• 3.4.2. 실험방법 ... 69
• 3.4.3. 실험결과 ... 71
• 3.4.4. 토의 및 결론 ... 74
• 3.5 탄성파 특성을 반영한 CO2 주입에 따른 물성변화 예측기술 확보 ... 75
• 3.5.1 개발된 탄성파 속도/진폭 변화 반영 모델링을 이용한 CO2 거동 평가 테스트 ... 75
• 3.5.2 실내 코어 물성 실험 자료와 모델링 자료의 교차 분석 ... 81
• 3.5.3. 저류층 시뮬레이션의 히스토리매칭 기법을 이용한 실내 코어 물성 실험 보정 ... 86
• 3.5.4. 저류층 시뮬레이션 결과를 이용한 2D 탄성파 모델링 방법론 개발 ... 93
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 94
• 4.1. 당해연도 연구성과 ... 94
• 4.1.1. 논문, 지재권, 기술이전 성과물 ... 94
• 4.1.2. 논문, 지재권, 기술이전 이외의 정량적 성과물 ... 97
• 4.1.3. 과제와 관련하여 창출된 기타 정성적 성과물 ... 98
• 4.2. 연구실적의 경제적 공공적 파급효과 ... 106
• 4.2.1. 정책적 측면 ... 106
• 4.2.2. 과학기술적 측면 ... 106
• 4.2.3. 경제ㆍ산업적 측면 ... 106
• 4.2.4. 국민생활과 사회 수준 향상에의 기여 측면 ... 106
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 107
• 5.1. 기대 효과 ... 107
• 5.2. 활용계획 ... 108
• 제 6 장 참고문헌 ... 109
• 부 록 위탁연구 보고서 ... 113
• 끝페이지 ... 147