초록 ▼

Ⅳ. 단계 연구개발결과
1. 대규모 지중저장소 유망구조 확보 및 주입 시나리오 도출
가. 유망구조 지질모델 도출 및 개선
￮’20년 및 ’21년 서해 군산분지 동 소분지 지역에서 2D 탄성파 탐사를 수행하고, 처리/해석을 통해 지질 층서 및 구조를 규명함
￮기존 탄성파 탐사 및 시추공 자료와 더불어 신규 탄성파 탐사를 종합, 탄성파 층서를 해석하고, 탄성파 속성분석을 통해 퇴적환경을 분석함
￮탄성파 속도분석을 통해 속도모델을 작성하고, 이를 토대로 유망구조 3D 지질모델을 개선하고, 탐사시추 후보지 선정에

Ⅳ. 단계 연구개발결과
1. 대규모 지중저장소 유망구조 확보 및 주입 시나리오 도출
가. 유망구조 지질모델 도출 및 개선
￮’20년 및 ’21년 서해 군산분지 동 소분지 지역에서 2D 탄성파 탐사를 수행하고, 처리/해석을 통해 지질 층서 및 구조를 규명함
￮기존 탄성파 탐사 및 시추공 자료와 더불어 신규 탄성파 탐사를 종합, 탄성파 층서를 해석하고, 탄성파 속성분석을 통해 퇴적환경을 분석함
￮탄성파 속도분석을 통해 속도모델을 작성하고, 이를 토대로 유망구조 3D 지질모델을 개선하고, 탐사시추 후보지 선정에 활용하도록 다부처 사업에 제공함

나. 주입 시나리오 도출
￮TOUGH2를 이용한 수치모델링을 통해 ⓵ 다중 주입정 활용시 주입성과 저장층 내 압력 변화 양상, ⓶ 주입정 수직적 온도 변화와 ⓷ 상대투과도 및 모세관압 특성에 따른 염침전이 주입성에 미치는 영향 등에 대한 민감도 분석을 수행함으로써 주입 및 운영상 발생할 수 있는 다양한 시나리오의 목록화 및 평가 기반을 확보함
￮CO₂ 상 변화 평가를 위한 유동 조건 하 연속식 실험 설비를 설계, 구축하고 탄산염 광물 용출 실험과 회분식 고압반응기(autoclave)를 사용한 심부 조건에서의 용출 및 광물 탄산화 모사 실험을 통해 현무암으로부터 Mg 용출을 확인함으로써 Mg-탄산염이 생성 가능성을 확인함
￮극저투수암의 투수계수 및 비저류계수 등 수리물성 측정 시스템과 유동 조건에서의 전단거동 평가 실험 시스템을 구축하고 동해가스전 시료를 대상으로 잠재 덮개암의 투수계수와 비저류계수를 측정으로써 덮개암층 내 압력 확산 평가 기반을 확보함
￮암반 내 열-수리-역학적(T-H-M) 복합거동 해석을 통한 CO₂ 저장효율 및 부지 안정성 평가를 위하여 열수리 유동해석 프로그램인 OpenGeoSys와 암반거동 해석프로그램인 FLAC3D를 파일 기반 순차 연계 방식으로 연동한 새로운 수치해석 기법(OGSFLAC)을 설계, 개발하고 해석해가 존재하는 벤치마크 모델인 Terzaghi의 1차원 압밀 문제에 대한 해석을 통해 검증함으로써 다양한 조건에서의 주입효율 및 안전성 평가 기반을 확보함
￮CO₂CRC ICCSEM 2.0 모델을 기반으로 국내 여건과 자료를 반영하여 주입정 운영 시나리에 따른 비용을 추정하고 주입정 여건에 따른 비용효율적 주입률 향상 기준을 분석함으로써, 최종 후보지 선정 및 주입 시나리오별 선정 단계에서의 경제성 평가 기반을 마련함

2. 주입효율 향상 및 평가 기술 개발
￮화학첨가제에 의한 상대유체투과도 개선을 평가하기 위해 CO₂ 코어 유동 통합 시스템을 기반으로 실험 시스템을 구축하고 베레아 사암 시료를 이용해 화학첨가제에 의한 상태유체투과도 및 계면장력과 접촉각의 변화를 평가함으로써 계면활성제 활용에 따라 상대유체투과도, 계면장력 및 접촉각의 개선을 실험적으로 확인
￮주입효율 평가를 위해 코어 규모 추적자 실험장치를 설계, 구축하고 추적자 주입 코어 규모 실험과 이와 연계한 수치모델링을 통해 이상(2-phase) 유동 시스템에서의 농도이력곡선을 특성화 하고, CO₂ 포화도 차이에 따라 추적자 ⓵ 도달시간, ⓶ 피크 도달 시간, ⓷ 피크 농도, ⓸ 하강곡선의 형태의 차이를 확인함

3. 안전성 향상 및 평가 기술 개발
가. 효소 활용 생광물학적 기밀성 향상 기술 개발
￮우레아제 효소와 우레아-칼슘 용액의 농도, 초기 pH와 온도 조건 등 다양한 조건에서의 방해석 침전을 유도하고, 그 생성 정도를 SEM 및 XRD 분석 등을 평가함
￮CO₂ 유동 실험 시스템을 구축하고, CO₂ 유동 조건 하 베레아 사암 시료에 대한 실험을 수행하고 편광현미경 및 SEM-EDS 분석을 통해 실제 암석 공극 내에서의 반응여부를 확인함. 실험간 주입압 상승과 실험 전, 후 수리/암석 물성 변화를 측정, 분석을 통해, 기밀성 향상 여부와 그와 연관된 물성 변화 양상을 분석함

나. 광섬유 미소진동 모니터링 기술 개발
￮광학계 구성 및 성능 개선, 미소진동 자료수집 시스템으로서의 성능 추가, UI와 데이 터 처리 속 및 안정성 개선을 통해 원시형 분포형 광섬유 진동계측 시스템(DVS)의 성능을 벤치마크용 DVS 시스템 대비 약 85% 수준까지 향상시킴
￮대용량 광섬유 미소진동 신호의 처리 효율과 신뢰성 확보를 위해 SNR 향상을 위한 전처리 기법과 ML 기반 이벤트 감지 및 분류 알고리즘을 개발함. 무작위 숲 및 합성곱신경망 기반 지도학습 기반 이벤트 분류 알고리즘의 경우 3성분 지진계 자료 대해 각각 84%, 89%의 정확도를 보이는 반면 광섬유 자료에 대해서는 이보다 낮은 정확도 보임을 확인함으로써 광섬유 자료의 경우 전처리를 통한 SNR 향상과 처리효율 향상을 위한 고속 분산처리의 필요성을 확인함

(출처 : 요약문 8p)

Abstract ▼

Ⅳ. Result in This Stage
1. Securing Prospective Site and Injection Scenarios
A. Securing Prospective Site
￮Identified geological stratigraphy and structure of prospective site by conductiong 2D seismic exploration in the East Subbasing of Gunsan Basin in the West Sea.
￮Analyzed the seism

Ⅳ. Result in This Stage
1. Securing Prospective Site and Injection Scenarios
A. Securing Prospective Site
￮Identified geological stratigraphy and structure of prospective site by conductiong 2D seismic exploration in the East Subbasing of Gunsan Basin in the West Sea.
￮Analyzed the seismic stratigraphy and the depositional environment by complied analysis of existing and new seismic data together with well data, and seismic attribute analysis for complied seismic data
￮Updated 3D geologic model of the prospective site by updating the velocity model using new seismic data and provided it to the joint-ministry project to support the site selection for exploration drilling.

B. Deriving Injection Scenarios
￮Numercal sensitivity analysis, using TOUGH2, was performed on the effect of ⓵ injectivity and pressure build-up in the storage layer when using multiple injection wells, ⓶ vertical temperature change in the injection well, and ⓷ salt precipitation depending on relative permeability and capillary pressure characteristics on the injectivity. As a results, we could setup the basis for inventorying and evaluation of various scenarios that may occur during injection and operation.
￮Performed expeiments using an autoclave and an experimental system that are newly designed and established to evaluate CO₂ phase change under CO₂ flooding condition. As a results, we confirmed the Mg-carboanete can be fored by identifying dissolution of Mg in both experiment.
￮Established a system for measuring the permeability, specific storage coefficient, and diffusion coefficient of ultra-low permeable rocks, and secured the basis for evaluating the pressure diffusion in the caprock by measuring the permeability and specific storage coefficient of samples from the Donghae gas field.
￮Design and developed a new T-H-M coupled analysis numerical scheme (OGSFAC), by file-based sequential linking of OpenGeoSys, a thermal dhayraulic flow analysis program and FLAC3D, a analysis tool for mechanical behavior rock analysis, and verfied it by solving a benchmark model, Terazaghi’s 1D problem.

2. Development of Storage Efficiency Improvement Technologies
￮Experimentaly verified the improvement of relative permeability, intefaicail tentiosn, and contact angle by use of surfactant through experiment for the Berea sandston sample.
￮Observed and characterized breakthrough curves (BTSs) of CO₂ tracer both experimental and numerically for both homogeneous and heterogeneous media from core scale to field scale. we identified distinct difference in feasure of BTS curves such as tracer arrival time, peak concentration and tailing pattern etc., depending on whether the formation was previously swept by CO₂.

3. Development of Safey Improvement/Evaluation Technologies
A. Improvement of Seal Capacity by Enzyme-induced Biominerization ￮Induced the calcite precipitation under various conditions the concentration of urease enzyme and urea-calcium solution, initial pH and temperature conditions, and confirmed/evaluated the degree precipitaition through SEM and XRD analysis, etc.,
￮Established a system to evaluate EICP reaction under CO₂ flooding conditions, and performed an experiment using the Berea sandstone to verify whether the reaction was in the actual rock pores. we also evaluated wether the seal capacity is improved by measuring injection pressure change during the experiment and alnalyed the effect of cacite precipitation by measuring the hydrogeological and physical property changes after the reation

B. Development of DVS-MS Monitoring Technology
￮By improving optical performances such as pulse repetition rate and demodulation method, adding functions like external triggering and GPS interlocking time synchronization, and improving the performance, stability, and UI of the system, We upgraded the existing prototype DVS (distributed vibration system) to a system for optical fiber microseismic monitoring. Three times of field performance tests show that the performance of our system reaches about 85% of commercial DVS systems for benchmarks.
￮To secure the efficiency and reliability of signal processing of high-density, massive optical fiber microseismic data, we developed a preprocessing technique to improve SNR of the fiber sensor signal and a machine learning algorithm for fast and automated event detection and classification. Supervised learning algorithm based on the random forest and the convolutional neural network model show 84% and 89% accuracy for 3C accelerometer data, respectively, but lower accuracy for optical fiber data. This confirms that, for optical fiber data, it is essential to improve the SNR through preprocessing, and to improve the preprocessing speed through high-speed distributed processing.

(source : SUMMARY 13p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 요약서 ... 5
• 요 약 문 ... 7
• SUMMARY ... 11
• Contents ... 17
• 목차 ... 19
• 표목차 ... 21
• 그림목차 ... 23
• 제1장 연구개발의 개요 ... 35
• 제1절 연구개발의 필요성 ... 35
• 제2절 연구개발의 목적 및 기대효과 ... 37
• 1. 연구개발의 목적 및 목표 ... 37
• 2. 기대효과 ... 38
• 제3절 연구개발의 국내·외 현황 ... 39
• 1. 선행기술조사 ... 39
• 2. 국내·외 시장 현황 ... 43
• 제2장 연구개발의 내용과 범위 ... 45
• 제1절 연구개발의 목표 ... 45
• 1. 최종목표 ... 45
• 2. TRM ... 46
• 제2절 연구내용 및 범위 ... 47
• 1. 성과지표 및 목표 ... 47
• 2. 목표설정 근거 및 평가방법 ... 48
• 3. 선진국 연구 기관 대비 기술 수준 달성 목표 ... 49
• 제3절 연구추진 방법, 전략 및 체계 ... 50
• 1. 연구개발팀 편성도 ... 50
• 2. 연구개발 추진체계 및 주체 간 연계성 ... 50
• 3. 연구 추진전략 ... 51
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 57
• 제1절 유망구조 지질모델 도출 ... 57
• 1. 서해 군산분지 대규모 CO₂ 지중저장후보지 탐사 ... 57
• 2. 3차원 지질모델 구축 및 개선 ... 87
• 제2절 주입 시나리오 도출 ... 91
• 1. 이산화탄소 주입 설계를 위한 사례 연구(case study) ... 91
• 2. CO₂ 상 변화 평가 연구 ... 118
• 3. 덮개층의 수리물성 측정 ... 161
• 4. OpenGeoSys(TH)+FLAC3D(M) 연동 CO2 거동 복합 해석 수치해석 기법 개발 및 테스트 ... 172
• 5. CCS 저장비용 추정연구 ... 180
• 제3절 CO₂ 주입효율성 향상 ... 184
• 1. 계면활성제를 이용한 상대투과도 향상을 통한 주입성 향상 실험 ... 184
• 2. 이상유동(two-phase flow) 시스템에서 CO₂ 추적자시험 ... 200
• 3. 첨가제 주입에 따른 계면장력 변화와 이에 따른 상대 투과도 변화 ... 210
• 제4절 미생물 효소 활용 방해석 침전을 통한 기밀성 향상 기술 개발 ... 225
• 1. 서론 ... 225
• 2. 방해석 침전물 생성 조건 및 영향요인 평가 배치 실험 ... 226
• 3. 기밀성 제어 인자 도출 ... 234
• 4. 기밀성 향상을 위한 유체 유동 및 지화학 반응 시험 연구 ... 242
• 제5절 광섬유 미소진동 자료획득 및 처리 시스템 개발 ... 251
• 1. 광섬유 관측 미소진동 신호분석 알고리즘 개발 ... 251
• 2. 고밀도 광섬유 자료획득 시스템 개선 및 최적화 ... 268
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 279
• 1. 단계 연구개발 목표 및 달성도 ... 279
• 2. 연구수행 내용 및 성과 ... 280
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 283
• 제1절 활용계획 및 경로 ... 283
• 제2절 기대 및 파급 효과 ... 284
• 제6장 참고문헌 ... 285
• 끝페이지 ... 296