CO2 지중저장시 주입압에 따른 암반 거동의 수치해석적 연구

Abstract

온실가스 중의 하나인 이산화탄소(CO2)는 전체 온실가스 배출량 중 약 76%이상을 차지하고 있기 때문에 큰 관심을 받고 있다. 이산화탄소는 지속적으로 증가하여 2100년에는 지구의 평균기온이 3℃이상 상승할 것으로 예측되고 있다. 따라서 세계적으로 이산화탄소 포집 및 저장기술이 최근 주목을 받고 있다. 현재 이산화탄소 저장 기술 중 국내에 적용 가능한 대염수층 저장 기술은 주입된 이산화탄소 가스의 안정성 및 효율에 대한 연구가 주를 이루었으며 지반에 대한 안정성 및 거동에 대한 연구는 미미하였다. 따라서 본 연구에서는 개별요소 해석프로그램인 PFC2D을 사용하여 CO2 지중저장 층으로 적합한 암반(사암)의 응력 변형 거동을 분석하였다. 선별된 사암 4개에 대하여 5MPa∼80MPa의 다양한 주입압을 가하여 암반강도별 및 주입압별 응력변화, 확산정도, 변위 및 균열을 분석하였다. 수치해석 결과, 암반에 주입압을 가했을 경우 주입부에서는 주입압의 80%에 해당되는 인장력을 받으며 5m∼15m 사이에서 인장력이 압축력으로 변화되었다. 또한 주입에 따른 암반 응력은 강도의 영향을 받지 않았으며 주입압에 절대적 영향을 받는 것으로 분석 되었다. 반면 변위는 주입압에 큰 영향을 받지 않았으며, 암반강도에 따라 변위가 크게 변화 하는 것을 볼 수 있었다. 안정적인 주입을 위한 최적 주입압으로는 균열 발생과 과도한 인장 응력이 발생하지 않는 범위 내에서 결정해야 하며 일반 암반의 경우 암반강도를 고려하여 30MPa이하의 주입압이 적절할 것으로 판단된다.