고래 V 구조내 대염수층에 노달분석을 통한 CO2 주입 최적 설계

Abstract

대염수층내 CO2를 주입하는 최적시스템을 설계하기 위해서는 생산설비내의 CO2 유동식과 대염수층내 CO2 주입의 IPR 거동을 파악하여 노달분석을 수행하는 것이 필수적이다. 일반적으로 생산설비내에서의 CO2 유동은 유전의 회수증진기술의 하나인 CO2 EOR 공법을 통해서 획득된 자료들과 파이프내 가스거동에 대한 기존의 많은 연구를 통해 파악할 수 있다. 그러나 대염수층내 CO2 주입에 관한 IPR 연구는 세계적으로 초기 상태이고 기존의 오일전과는 달리 대상 지층내 반응하는 유체가 물과 CO2이므로 이에 대한 연구가 필수적이다. 본 연구에서는 CO2 주입시 대염수층내 압력거동 (Inflow Performance Relationship)에 고려하여야 할 지층특성 중에서 염도, CO2 끝점 상대투과도와 최소잔류수포화도에 대한 민감도 분석을 수행하였다. 그 결과, 대염수층의 염도가 낮을수록 주입성이 좋고, 젖음성이 증가할 경우, CO2 끝점 상대투과도와 최소잔류수포화도가 증가하므로 지층내 CO2 격리량은 작아지지만 CO2 주입성은 증가하는 것을 알 수 있었다. 또한 고래 V 구조에서 CO2 주입에 따른 IPR의 거동을 분석하고 이를 통해서 최적 주입설계를 위한 저류층내 압력거동의 변화양상을 파악하여 적정주입량을 산출하였다. 고래 V 구조를 구성하는 B2, B3/B4, B5의 총 3개 층에 대한 적정주입량은 각각 550, 1700, 175 톤/일로 나타났다. 산출된 적정주입량을 바탕으로 국내의 CO2 격리 유망지역인 고래 V 구조 대염수층내에 CO2를 효율적으로 주입하기 위한 CO2 수송ㆍ주입 시스템의 적정 규격, 운영 압력 및 온도조건을 결정하기 위해서 파이프라인 유동해석 상용 시뮬레이터인 『PIPESIM』을 활용하여 노달분석을 수행하였다. 이때 플랫폼 내 CO2 배출온도는 하이드레이트의 형성을 고려하여 15 ℃로 결정하였으며, B2, B3/B4, B5 층에 주입되는 주입공의 적정내경은 각각 4, 6, 3 인치로 판단하였다. 주입초기시점에 필요한 플랫폼내 배출압력과 가스압축장치의 압축 비율을 고려하면 플랫폼내 797 psia의 유입압력이 필요하다. 육상 수송기지에서 배출되는 CO2 온도조건은 플랫폼내 온도상승효과를 고려하여 15 ℃로 결정하였으며, 이때 수송압력을 824 psia로 결정하는 경우 안전하게 수송됨을 확인하였다. 따라서 이 압력을 기준으로 지상 및 해저 파이프라인 등의 주입설비에 대한 최적 설계 및 규격의 선택이 가능할 것이다. 본 연구는 CO2 주입 효율성을 증대하는데 활용할 수 있고, 보다 효율적인 CO2 주입시스템을 구축할 수 있으며 이를 통해 포집시스템에서의 배출압력 등을 결정하는데 있어 활용자료로 사용될 수 있다.