석탄층 내 이산화탄소 지중 저장에 대한 단열 간격의 영향 수치 모델링

• Published in: 지질학회지, 50(6) pp. 797 - 810
• Main Authors: 김창수, 이성호, 김준모, 김중휘
• Format: Journal Article
• Language: Korean
• Published: 대한지질학회 01.12.2014
• Subjects: 지질학
• ISSN: 0435-4036; 2288-7377
• DOI: 10.14770/jgsk.2014.50.6.797

석탄층 내에 주입된 이산화탄소에 의한 유체(지하수, 이산화탄소, 메탄)의 거동(유동, 확산, 흡착) 및 저장 기작을 통합적으로 분석하고 이에 대한 단열 간격의 영향을 정량적으로 평가하기 위하여 다상 열-수리-화학적 수치 모델을 이용한 일련의 수치 모델링을 수행하였다. 또한 수치 모델링에 한국 석탄층의 특성을 반영하기 위하여 삼척탄전 자료를 분석하여 사용하였다. 수치 모델링 결과는 단열 간격이 이산화탄소 및 메탄의 단열 내 유동, 기질 내 확산 및 기질 내 흡착에 중요한 영향을 미침을 보여준다. 그 결과 단열 간격의 변화에 따라서 이산화탄소 주입에 의한 석탄층 메탄 회수 증진 및 이산화탄소 흡착 포획의 시공간적 양상이 다르게 나타난다. 이는단열 간격이 증가할수록 단열의 공극률과 고유투수계수 및 기질의 형태 계수가 감소하기 때문이다. 한편 단열간격에 상관없이 주입 종료 직후에 주입된 이산화탄소의 대부분이 기질에 흡착 저장되며, 이는 석탄층의 이산화탄소 지중 저장 효율이 매우 높음을 보여준다. 이는 모든 경우에서 단열 내 이산화탄소가 유동과 거의 동시에기질로 확산되기에 충분한 확산 속도를 가지기 때문이다. A series of numerical modeling is performed using a multi-phase thermo-hydro-chemical numericalmodel to analyze integratedly behavior (flow, diffusion, adsorption) and storage mechanisms of fluids(groundwater, carbon dioxide, methane) due to carbon dioxide injection in coal beds and to evaluate quantitativelyimpacts of the cleat spacing on such behavior and storage mechanisms of fluids. In addition, the data of the SamcheokCoalfield are analyzed and used in the numerical modeling to reflect the characteristics of the Korean coal beds. The results of the numerical modeling show that the cleat spacing has significant impacts on carbon dioxide andmethane flow in the cleat and their diffusion and adsorption in the matrix. As a result, the temporal and spatialdistributions of enhanced coal bed methane recovery (ECBM) and adsorption trapping of carbon dioxide occurdifferently depending on the cleat spacing. This arises because the porosity and intrinsic permeability of the cleatand the shape factor of the matrix decrease as the cleat spacing increases. On the other hand, regardless of the cleatspacing, most of injected carbon dioxide is adsorbed in the matrix right after the end of carbon dioxide injectionshowing a very high efficiency of geologic storage of carbon dioxide in coal beds. This arises because the diffusionrate in the matrix is fast enough for carbon dioxide to flow in the cleat flow and to diffuse in the matrix almostsimultaneously. KCI Citation Count: 0