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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 박은규.
- 발행연도
- 2015
- 저작권
- 경북대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
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이 논문의 연구 히스토리 (4)
2015
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본 연구는 지중저장 조건에서 이산화탄소와 염수의 거동 특성을 실내 실험과 수치모의를 통해 연구한 결과로 두 개의 주제로 이루어져 있다. 첫 번째는 매질의 균열이 초임계 이산화탄소의 거동에 미치는 영향을 분석하기 위한 연구이다. 먼저 코어유동실험을 위해서 동일한 물성의 베리아사암 두개 시료를 준비하였으며, 그 중 하나의 시료에 균열을 생성하여 각각의 시료에서 나타나는 이산화탄소의 거동 특성을 비교하였다. 실험결과 균질한 코어에서는 주입부에서부터 이산화탄소가 염수를 밀어내었으며, 두 유체간의 밀도차이에 의해 이산화탄소가 상승하는 효과를 보였다. 균열이 존재하는 코어에서는 이산화탄소의 주입속도에 따라 균열을 통해서만 이산화탄소가 이동하는 경우와 균열과 매질 양쪽으로 유동하는 두 가지 형태로 나타났다. 주입효율(injectivity)면에서 균열코어가 균질한 코어에 비하여 약 2배 높게 나타났으며, 이산화탄소의 저장능(storage capacity)은 균질한 코어가 약 1.5배 높았다. 염수층에 이산화탄소 주입시 dry-out zone에서 염침전이 발생하는데, 본 실험에서 SEM 이미지를 통해 염침전을 관찰하였다. 시뮬레이션을 통해 균열과 매질간의 이산화탄소 거동 특성에 대하여 분석하였으며, 또한 균열 간극(aperture)의 불균질성으로 인해 균열대에서 이산화탄소의 포화도값이 변화함을 확인하였다. 두 번째 연구는 이산화탄소가 주입되는 과정중에 나타날 수 있는 이산화탄소의 수직적 거동특성을 파악하기 위해서 층리구조를 갖는 코어시료를 이용하여 지중환경(10 MPa, 500 )과 심해저환경(28 MPa, 25℃) 조건에서 2D X-ray 스캔 시스템을 이용한 코어유동실험과 TOUGH2를 이용한 수치모의를 수행하였다. 실험결과 두 조건 모두에서 주입된 이산화탄소는 투과율이 높은 사암층을 따라서 우선적으로 유동하였으며 낮은 투과율을 갖는 실트층에서는 이산화탄소가 우회되어 이산화탄소의 포화도가 낮게 나타났다. 두 조건에서 이산화탄소 포화도를 비교한 결과 코어의 대부분에서 초임계 이산화탄소의 포화도가 액체상의 이산화탄소의 포화도 보다 높게 나타남을 확인할 수 있었다. 그러나 실트층에서는 액체상의 이산화탄소의 포화도가 초임계이산화탄소의 포화도와 유사하거나 높게 나타났다. 주입된 이산화탄소의 이동 속도 비교에서는 수직방향의 코어시료에서 초임계이산화탄소의 이동속도가 가장 빠르게 나타났으며, 동일한 주입율에서 이산화탄소의 양은 액체상의 이산화탄소가 약 25 % 높게 나타났다. 또한, 시뮬레이션을 통해 매질의 불균질성으로 인한 이산화탄소의 거동 특성을 확인 하였다. 이상의 연구들을 통해 이산화탄소의 거동특성을 코어 규모에서 분석하였으며, 지중저장 조건에서 모세관압, 주입효율, 저장능을 평가하였다.
목차
CHAPTER Ⅰ GENERAL INTRODUCTION 11.1 INTRODUCTION 21.2 REFERENCES 7CHAPTER Ⅱ EXPERIMENTAL APPARATUS 92.1 CORE HOLDER 102.2 X-RAY SCAN SYSTEM 112.3 CONFINING PRESSURE SYSTEM 142.4 DIFFERENTIAL AND LINE PRESSURE MEASUREMENT SYSTEM 142.5 BACK-PRESSURE SYSTEM 162.6 PUMPS 182.7 HEAT CONTROL AND ACCUMULATOR 202.8 SYSTEM CONTROL AND DATA LOGGING SYSTEM 20CHAPTER Ⅲ EXPERIMENTAL AND NUMERICAL STUDY ONSUPERCRITICAL CO2/BRINE TRANSPORT IN A FRACTUREDROCK: IMPLICATIONS OF MASS TRANSFER, CAPILLARYPRESSURE AND STORAGE CAPACITY 223.1 ABSTRACT 233.2 INTRODUCTION 243.3 LABORATORY EXPERIMENTS 263.4 NUMERICAL SIMULATIONS 303.5 RESULTS AND DISCUSSIONS 333.5.1 CO2 migration behavior in a homogeneous and fractured core 333.5.2 Effect of injection rates 393.5.3 Variation of fracture aperture 463.5.4 CO2 Storage capacity 493.5.5 Capillary pressure curves 513.5.6 Free-phase CO2 transfer in fracture-matrix system 553.6 CONCLUSIONS 643.7 REFERENCES 66CHAPTER Ⅳ MIGRATION BEHAVIOR OF SUPERCRITICAL ANDLIQUID CO2 IN A STRATIFIED SYSTEM: EXPERIMENTS ANDNUMERICAL SIMULATIONS 714.1 ABSTRACT 724.2 INTRODUCTION 734.3 MATERIALS AND METHODS 794.3.1 Laboratory experiments 794.3.2 Numerical simulations 854.4 RESULTS 864.4.1 Capillary pressure 864.4.2 Vertical CO2 migration behavoir 894.4.3 Brine imbibition 1084.5 EFECT OF BEDDING ON CO2 MIGRATION 1144.5.1 Model setup 1144.5.2 Simulation results 1164.6 CONCLUSIONS 1244.7 REFERENCES 126CHAPTERⅤ CONCLUDING REMARKS 136ABSTRACT 139
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