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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 이정환
- 발행연도
- 2017
- 저작권
- 전남대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수1
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탄산염암 저류층은 전 세계 석유 및 천연가스 매장량의 상당한 비율을 포함하고 있으나 저류층의 불균질성과 구조지질적인 복잡성으로 인해 일반적으로 수행되는 회수증진공법을 적용하기에 무리가 있다. 하지만 탄산염암의 50% 이상이 탄산염으로 이루어져 있어 암체 용해성이 우수하고 산과의 반응성이 높아 산처리 공법을 적용하기에 적합하다. 그 중 암체 산처리는 저류층에 산을 주입하여 오일의 회수율을 증진시키는 방법으로 암체 산처리 수행 시 저류층 내 유체가 이동할 수 있는 웜홀이라는 고투과성 통로가 형성된다. 이 때, 웜홀의 길이 및 구조에 따라 암체 산처리의 성공여부가 판단되며 가장 효율적인 웜홀을 형성하기 위해 최적의 산 주입조건을 설계해야한다.
현재까지 성공적인 탄산염암 암체 산처리를 위해 다양한 조건에서 산과 탄산염암의 반응을 분석하고 확산계수를 도출한 연구가 수행되었으며, 윔홀 진행 분석 및 최적 주입률 모델을 위한 많은 연구가 수행되었다. 그러나 아직까지 폐산과 암석간의 반응에 대한 연구가 미미하게 이루어졌으며, 특히 유일하게 수행된 Qiu 등(2013)과 Khalid 등(2015)의 연구는 폐산에 용해되어 있는 반응 부산물의 영향을 충분히 고려하지 않아 그들이 제시한 폐산의 영향을 절대적으로 보기 어렵다.
이에 본 연구에서는 폐산과 탄산염암 간의 반응을 분석하는데 있어 RDA 이론을 적용할 수 있는 장치를 자체 제작하였고, 이 장치를 통해 폐산과 탄산염암의 반응을 분석하고 폐산의 영향을 파악하는 연구를 수행하였다. 미국의 대표적인 탄산염암인 Silurian dolomite 시료를 이용하여 염산 수용액과 폐산의 농도별 반응 실험을 수행하였고, 그 결과 폐산이 염산 수용액을 사용하였을 때보다 더 높은 반응성을 보였다. 이는 폐산의 동적 점성도(kinematic viscosity)로 인한 영향, 또는 탄산염암과 산의 반응에 관여되지 않는 불순물로 인해 나타나는 비공통 이온효과(uncommon ion effect)에 의해 산과 암석간의 반응을 촉진시킨 것으로 판단된다. 또한 실험결과를 바탕으로 용해도(dissolution rate)와 확산계수(diffusion coefficient)를 도출한 결과 역시, 폐산이 염산 수용액보다 더 높은 용해도와 확산계수를 보였다. 폐산과 암석간의 반응을 고려한 암체 산처리에서 폐산이 미치는 영향을 분석하기 위해 도출된 용해도와 확산계수를 적용하여 염산 수용액과 폐산의 농도에 따른 최적 주입률을 도출하였다. 폐산을 사용 시 최적 주입률이 더 낮게 나타났으며, 이를 활용하여 웜홀 생성 시간 및 산의 주입량을 산출한 결과 산의 농도가 낮아질수록 산의 주입량은 증가하였고 농도별 주입량의 차이 역시 증가하는 경향을 보였다. 따라서 탄산염암 저류층에서 암체 산처리 수행 시 폐산의 영향을 필수적으로 고려하여 주입조건을 설계해야 한다.
현재까지 성공적인 탄산염암 암체 산처리를 위해 다양한 조건에서 산과 탄산염암의 반응을 분석하고 확산계수를 도출한 연구가 수행되었으며, 윔홀 진행 분석 및 최적 주입률 모델을 위한 많은 연구가 수행되었다. 그러나 아직까지 폐산과 암석간의 반응에 대한 연구가 미미하게 이루어졌으며, 특히 유일하게 수행된 Qiu 등(2013)과 Khalid 등(2015)의 연구는 폐산에 용해되어 있는 반응 부산물의 영향을 충분히 고려하지 않아 그들이 제시한 폐산의 영향을 절대적으로 보기 어렵다.
이에 본 연구에서는 폐산과 탄산염암 간의 반응을 분석하는데 있어 RDA 이론을 적용할 수 있는 장치를 자체 제작하였고, 이 장치를 통해 폐산과 탄산염암의 반응을 분석하고 폐산의 영향을 파악하는 연구를 수행하였다. 미국의 대표적인 탄산염암인 Silurian dolomite 시료를 이용하여 염산 수용액과 폐산의 농도별 반응 실험을 수행하였고, 그 결과 폐산이 염산 수용액을 사용하였을 때보다 더 높은 반응성을 보였다. 이는 폐산의 동적 점성도(kinematic viscosity)로 인한 영향, 또는 탄산염암과 산의 반응에 관여되지 않는 불순물로 인해 나타나는 비공통 이온효과(uncommon ion effect)에 의해 산과 암석간의 반응을 촉진시킨 것으로 판단된다. 또한 실험결과를 바탕으로 용해도(dissolution rate)와 확산계수(diffusion coefficient)를 도출한 결과 역시, 폐산이 염산 수용액보다 더 높은 용해도와 확산계수를 보였다. 폐산과 암석간의 반응을 고려한 암체 산처리에서 폐산이 미치는 영향을 분석하기 위해 도출된 용해도와 확산계수를 적용하여 염산 수용액과 폐산의 농도에 따른 최적 주입률을 도출하였다. 폐산을 사용 시 최적 주입률이 더 낮게 나타났으며, 이를 활용하여 웜홀 생성 시간 및 산의 주입량을 산출한 결과 산의 농도가 낮아질수록 산의 주입량은 증가하였고 농도별 주입량의 차이 역시 증가하는 경향을 보였다. 따라서 탄산염암 저류층에서 암체 산처리 수행 시 폐산의 영향을 필수적으로 고려하여 주입조건을 설계해야 한다.
목차
1. 서론 11.1 연구배경 및 목적 11.2 선행 연구 사례 32. 이론적 배경 52.1 암체 산처리 메커니즘 52.2 확산계수 산출 이론 72.3 최적 주입률 산출 이론 103. 산 복합 반응 실험장치 및 실험절차 163.1 실험장치 설계 및 제작 163.1.1 실험장치 설계 및 구성 163.1.2 실험장치 설비의 주요 특징 183.2 산-암석 반응 실험 절차 213.3 탄산염암 시료 물성 측정 283.3.1 XRD, XRF 분석 283.3.2 암석 내 공극구조 및 균열 측정 303.3.3 공극률 및 투과도 산출 314. 실험 결과 및 분석 334.1 산-암석 반응 실험 결과 334.2 염산 수용액과 폐산 농도별 용해도 및 확산계수 도출 424.2.1 용해도 424.2.2 확산계수 454.3 폐산의 반응 효과 분석 484.3.1 최적 주입률 484.3.2 웜홀 생성 시간 524.3.3 산 주입량 555. 결론 58참고문헌 59영문초록 63
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