CBM 가스전에서 다이나믹 노달분석을 활용한 생산설비 최적화 연구

Abstract

전통적인 노달분석 방법은 개발 초기 또는 특정시점에서의 생산운영 조건에 대한 최적화를 설계하는 작업이다. CBM 가스전과 같이 일반 가스전과는 달리 생산거동이 모노토닉하게 변하지 않는 경우에는 특정시점에서 최적화된 생산설비가 전체 생산기간 동안의 최적설비를 대표하지 않을 수도 있다. 따라서 최적설비 설계 시, 생산거동의 변동양상을 고려할 수 있는 분석이 이루어져야 한다. 이에, 본 연구에서는 CBM 가스전에서 시간개념이 도입된 다이나믹 노달분석 방법을 활용하여 CBM의 생산거동 양상을 고려한 생산설비 최적화를 수행하였다. 또한, 임의의 가스정자극 시점에 따른 컴프레서 설치시점을 분석하여 적정 가스정자극 시점을 파악하였다. 본 연구를 수행하기 위해서 저류층 시뮬레이터와 파이프라인 유동모델을 함께 사용하여 CBM의 저류층 시스템부터 지상설비 시스템까지 종합적으로 구현하였다. 이에 따른 결과로, CBM 가스전에서 물-가스 생산비의 변화, 비선형식인 Langmuir isotherm 식으로 묘사되는 메탄가스의 탈착 메커니즘 그리고 생산이 진행됨에 따른 투과도의 변화로 인해서 탄층의 생산성 지수가 시점에 따라서 변화하는 것을 알 수 있었다. 또한, 생산이 진행됨에 따라서 변화하는 물-가스 생산비로 인해서 튜빙 내의 액체 정체현상 발생정도의 차이로 인해서 각 시점에서 튜빙 규격에 따른 정두의 압력양상이 달라지는 것을 확인하였다. 이러한 이유로, CBM 가스전의 생산조건은 생산이 진행됨에 따라서 변화하는 것으로 나타났으며, 다이나믹 노달분석이 CBM 가스전에서 생산설비를 설계하는데 필수적임을 알 수 있었다. 또한 임의의 가스정자극 시점을 분석한 결과, 본 연구시스템의 경우 생산 후 6년이 지난 시점으로 나타났으며, 가스처리시설의 운영압력을 기준으로 적정 컴프레서 설치시점을 도출할 수 있었다.