다중공 평판형 셀기기를 이용한 가스하이드레이트 유동 실험 연구

Abstract

하이드레이트 가스전에서 가스 생산기법으로 감압법, 열주입 자극법, 화학첨가제 주입법이 있다. 감압법은 경제적이지만 해리가 느리고, 화학첨가제 주입법의 경우 경제적으로 비효율적이기 때문에 감압과 열주입의 혼용기법에 의한 생산이 가장 양호한 생산기법으로 제기되고 있다. 본 연구에서는 열주입 또는 열자극생산기법이 가능하도록 다중공 평판형 셀기기를 설계 및 제작하였다. 이를 이용하여 감압법 실험과 열자극법 실험을 통한 하이드레이트의 해리양상과 생산 효율성을 분석하였다. 하이드레이트 해리양상을 분석하였다. 저류층의 초기압력은 자연에너지의 보유상태를 의미하므로 1차회수율을 평가하는데 주요한 요인이다. 또한 자유가스가 하이드레이트와 함께 부존하는 저류층에서의 초기압력은 감압법에 의한 생산 시 압력의 크기에 따라 자유가스를 압축하고 있는 정도가 다르므로 생산이 빠르게 진행되고 해리양상에도 차이가 발생된다. 이에 본 실험에서는 감압법에 의한 생산시 초기압력의 크기가 해리현상 및 생산성에 미치는 영향을 파악하기위한 실험을 수행하였다. 이 실험의 결과로부터 압력거동과 생산추이를 분석한 결과, 생산초기에 자유가스가 빠져나간 이후에는 초기압력이 높을수록 하이드레이트의 해리속도가 빠르게 진행되는 단순한 결과를 실험을 통하여 확인할 수 있었다. 생산정의 운영압력에 따른 실험결과에서는 운영압력을 낮게 설정하여 감압크기를 가장 크게 설정한 120 psi인 경우, 초반에 자유가스 생산과 함께 해리가스 생산량이 많으나 생산속도가 점차 감소하였고, 운영압력을 378 psi로 설정하여 감압크기가 80 psi일 경우, 자유가스 생산 후 하이드레이트 해리에 의해 일시적으로 압력이 상승하고 생산속도는 크게 감소하지 않아 생산실험 35 min 후에는 오히려 운영압력이 높은 378 psi일 경우 생산량이 더 많은 것으로 나타났다. 하이드레이트 가스전에서는 열주입을 통하여 더 많은 양의 가스를 생산할 수 있으며, 본 연구에서는 가장 양호한 생산기법인 감압법과 열자극법의 혼용기법을 적용하여 히팅시간이 하이드레이트 해리에 미치는 영향을 분석하기 위한 생산실험을 수행하였다. 히팅을 오래할수록 하이드레이트로부터 더 많은 양의 가스가 해리되어 생산정의 압력이 더 크게 상승하지만 4 min이상 열을 가하게 되면 가스생산성에는 거의 차이가 없으므로 과잉 열주입은 생산효율성이 떨어짐을 알 수 있었다. 또한 soaking 시간을 적용하여 적은 열주입으로 많은 양의 가스를 생산하기 위한 실험을 수행하였는데, 그 결과 soaking을 통해서 생산량을 증가시킬 수 있지만 4 min이상 적용하게 되면 생산량이 오히려 감소됨을 알 수 있었다.; The gas production methods of gas hydrate reservoir are classified as depressurization method, thermal stimulation method and chemical additive injection method. The hybrid production method of depressurization and thermal stimulation method is considered to be the best scheme, while depressurization method is relatively economical with extremely slow dissociation, and also, chemical additive injection method is uneconomical due to the purchasing expense. Therefore in this study, the multi-well, plate-type cell apparatus was designed and set for applying the hybrid production experiments of depressurization and thermal stimulation method. From the experimental results we analyzed the dissociating phenomena in porous media as well as production efficiency of gas from gas hydrate system. First, the dissociating phenomena of hydrate was analyzed. Initial reservoir pressure implies natural energy possession, so it may be a main factor to evaluate primary recovery. When initial pressure is higher, hydrate is more rapidly dissociated in the core of hydrate reservoir coexisting with free gas. The production experiment by depressurization method was achieved in order to analyse the dissociating phenomena and productivity caused by various initial pressures. As experimental results, it is confirmed that the higher initial pressure shows better dissociating phenomena especially system coexisting with free gas. From the experimental results of various operating pressure of well, when the difference between initial pressure and operating pressure was 120 psia, greater amounts of dissociation gas with free gas was produced than a case of 80 psia. When pressure difference was 80 psia, pressure was temporarily increased because of the dissociated gas. After 35 min, during later production period, gas production rate was higher than a case of 120 psia because gas is dissociated consistently. In general gas can be more produced by applying heating method in gas hydrate reservoir. In this study, production experiments of the hybrid production method of depressurization and thermal stimulation method were carried out to analyze dissociating phenomena which could be affected by heating and soak times. As increases of heating time, gas can be more largely dissociated from hydrate. In accordance with this appearance, the pressure of producing well was rapidly increased. However the heating time was exceeded 4 minutes, production efficiency is reduced in the experimental result of time study. Hence, gas productivity is decreased when soaking time is applied greater than four minutes case.