초록 ▼

연차 목표
○ CO₂ 이동/ 반응 및 물성변화 모니터링 기법 확립
○ 저장소 부근 응력장/지질구조분석 및 CO₂ 누출제어 기술개발
○ CO₂저장 시험부지 지질모델 고도화
○ CO₂주입/관측 시나리오 도출을 위한 모델링 기법 개발
○ 시추공 기반 CO₂모니터링 요소기술 고도화 및 현장적용성 향상
○ CO₂주입/관측 현장 인프라 구축 및 배경 모니터링(baseline survey)

연차 목표
○ CO₂ 이동/ 반응 및 물성변화 모니터링 기법 확립
○ 저장소 부근 응력장/지질구조분석 및 CO₂ 누출제어 기술개발
○ CO₂저장 시험부지 지질모델 고도화
○ CO₂주입/관측 시나리오 도출을 위한 모델링 기법 개발
○ 시추공 기반 CO₂모니터링 요소기술 고도화 및 현장적용성 향상
○ CO₂주입/관측 현장 인프라 구축 및 배경 모니터링(baseline survey)

개발내용 및 결과
▪층리구조의 불균질 매질에서 CO₂ 이동특성 평가기술 개발
▪토양 CO₂ 모니터링 방법 확립(불포화대 가스 동위원소 시료채취/분석)
▪CO₂모니터링 장비 및 시스템 개발 및 고도화(항압 시료채취, 고압환경 pH-meter, 광케이블을 이용한 온도·압력 모니터링 장비 등)
▪극저 투수율(덮개암)의 투수율 측정을 위한 이론정리 및 장비 구축
▪CO₂저장 후보지 부근 응력장 분석
▪주입정/관측정 기밀성 관리 및 누출 제어 기술개발
▪설계요소 도출을 위한 부지특성 평가(시추 및 시추코어 분석, 수리시험을 이용한 현장 투수계수 산정, 시추공 물리검층, 지표/수직(VSP)탄성파 탐사, 현장 수리시럼(fall-off test) 등)
▪CO₂ 주입/관측 시나리오 도출
▪CO₂주입부지 주변 배경모니터링(토양/지하수 CO₂농도 및 flux, 탄소동위원소, 미생물 등)

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 ▼

Multiple scenarios of upward CO₂ migration driven by both injection-induced pressure and buoyancy force were investigated in a horizontally and vertically stratified core utilizing a core-flooding system with a 2D X-ray scanner. The core-flooding experiments showed a 36% increase in migra

Multiple scenarios of upward CO₂ migration driven by both injection-induced pressure and buoyancy force were investigated in a horizontally and vertically stratified core utilizing a core-flooding system with a 2D X-ray scanner. The core-flooding experiments showed a 36% increase in migration rate in the vertical core setting compared with the horizontal setting, indicating the significance of the buoyancy force under the terrestrial reservoir scenario. Under both reservoir conditions, the injected CO₂ tended to find a preferential flow path (low capillary entry pressure and high-permeability (high-k) path) and bypass the unfavorable pathways, leaving low CO₂ saturation in the low-permeability (low-k) layers.
On the basis of measurement of surface-soil CO₂ flux and gas concentration in the vadose zone, methodology for soil CO₂ monitoring method was established. In addition, for applying non-conventional isotope to CO₂ monitoring, we have started water-rock interaction in the laboratory, using biotite(mono-mineral) crystal.
We have conducted a theoretical study to develop a method to measure the permeability of cap rock sample with extremely low permeability in a short time. We solved one-dimensional diffusion equation with a new boundary condition. According to the solution, minimizing the downstream by an endcap at the end of specimen and applying a constant upstream pressure, we can measure the permeability from the initial flow rate measured by a pump. Also we can measure the specific storage of sample from the total flow injected into the sample by the constant upstream pressure.
We have collected preexisting stress information to build a GIS-based database and to create stress maps. The stress map shows that the average azimuth of maximum horizontal principal stress (S_Hmax), derived from the in-situ stress measurements, is about N~60°E with significant local variation, The dominant stress regime is reverse faulting. On the other hand, the average S_Hmax azimuth obtained from the earthquake focal mechanism solution is about N~70°E which is consistent with the orientation of in-situ stress measurements. This suggests that the S_Hmax azimuth is not changed with depth. There is no dominant stress regime, suggesting that a complexity in stress regime exists in the deep depth.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 연차보고서 요약서 ... 4
• 요약문 ... 5
• SUMMARY ... 11
• CONTENTS ... 14
• 목차 ... 15
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 18
• 가. 연구개발의 필요성 ... 18
• 나. 연구개발의 목적 ... 19
• 다. 연구개발의 내용 ... 20
• 라. 연구개발의 중요성과 파급효과 ... 22
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 24
• 가. 국내 CO2저장/모니터링 연구개발 현황 ... 24
• 나. 국외 CO2저장/모니터링 연구개발 현황 ... 30
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 42
• 가. 현장적용을 위한 CO2이동/반응 복합 모니터링 기법개발 ... 42
• 1) 층리구조의 불균질매질에서 이산화탄소 이동 특성 평가기술 개발 ... 42
• 2) 토양 CO2 모니터링 기술 개발 ... 51
• 나. CO2 거동에 따른 지하 물성변화 예측 모델링 기술개발 ... 54
• 1) CO2 주입 저장층 및 덮개층 암석시료 물성 연구 ... 54
• 다. CO2 저장특성 및 안전성 평가 기술개발 ... 65
• 1) CO2 지중저장을 위한 한반도 남부 지중응력 GIS 기반 DB 구축 ... 65
• 2) 주입관측 시스템/지질매체 기밀성 평가/관리 기술 개발 ... 77
• 라. 시추공 기반 CO2 주입/관측 설계 기술개발 I : 부지특성 평가 ... 83
• 1) 시추작업 및 시추코어 분석 ... 83
• 2) 물리검층 및 자료분석 ... 96
• 3) 현장 수압시험을 통한 현장 투수율 평가 ... 97
• 4) 현장 수압파쇄시험을 통한 현지 응력 평가 ... 100
• 5) 탄성파 탐사를 통한 지질모델 구축 ... 115
• 6) 현장 수리시험(Fall-off Test) ... 128
• 7) 시추공 물성측정 및 two-phase (CO2/water) 유동 특성 평가 ... 132
• 마. 시추공 기반 CO2 주입/관측 설계 기술개발 II : CO2 주입/관측시나리오 도출 ... 137
• 1) 주입성 개선을 위한 화학물질 주입 모델링 ... 137
• 2) CO2 거동 모델링 및 주입 시나리오 개발 ... 140
• 바. 시추공 기반 CO2 주입/관측 설계 기술개발 III : 배경 모니터링 ... 173
• 1) 토양 CO2 baseline 조사 결과 ... 173
• 2) 불포화대 기압 및 지표 CO2 플럭스 연속 측정 방법 및 결과 ... 176
• 3) 천부 지하수 baseline 모니터링 ... 179
• 4) 지하수내 미생물 배경조사 ... 184
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 194
• 가. 당해연도 연구성과 ... 194
• 1) 논문, 지재권, 기술이전 성과물 ... 194
• 2) 과제와 관련하여 창출된 기타 정성적 성과물 ... 197
• 나. 연구실적의 경제적 공공적 파급효과 ... 201
• 1) 정책적 측면 ... 201
• 2) 과학기술적 측면 ... 201
• 3) 경제․산업적 측면 ... 201
• 4) 국민생활과 사회 수준 향상에의 기여 측면 ... 201
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 202
• 가. 기대 효과 ... 202
• 나. 활용계획 ... 203
• 제 6 장 참고문헌 ... 204
• 부 록 위탁연구 보고서 ... 208
• 끝페이지 ... 295