이산화탄소 지중저장과 원유 회수증진 공정을 위한 저류층 모델링

Abstract

전 세계적으로 주목받는 탄소 포집 및 저장 기술(CCS)은 현재 많은 연구가 이루어져서 대규모 탄소 포집이 가능한 시점에 있다. 이에 대규모 이산화탄소 포집에 적합한 저장 기술 또한 주목을 받고 있는데, 그 중 하나가 이산화탄소 원유 회수증진 공정(<TEX>$CO_2$</TEX>-EOR)이다. 이는 이산화탄소의 지중저장은 물론 원유 회수를 증가시키므로, 환경적인 측면과 경제적인 측면을 모두 만족시킬 수 있는 방법이라고 할 수 있다. 본 연구에서는 다공성 매질인 저류층을 통과하는 원유와 이산화탄소 혼합유체의 흐름을 모델링하고, 모델링을 통해 이산화탄소 저장 및 원유 회수 증진의 효과를 보이고자 하였다. 혼합유체를 모델링하기 위해 Darcy-Muskat의 법칙으로부터 확산성, 점도 변화를 추가 고려하여 저류층 내 압력과 포화도를 계산하였고, 수치 해석적 모델링을 위해서 유한체적법(finite volume method)을 이용하였다. 그 결과, 저류층 내 원유와 물, 이산화탄소를 주입했을 경우 각 주입물질별 시간에 따른 압력과 포화도의 변화를 예측할 수 있었고, 이산화탄소 주입 방법이 물을 주입하는 방법보다 원유 회수 측면에서 더 유리한 것을 확인할 수 있었다. Manifold researches for carbon capture and storage (CCS) have been developed and large scale-carbon capture system can be performed recently. Hence, the technologies for <TEX>$CO_2$</TEX> sequestration or storage become necessary to handle the captured <TEX>$CO_2$</TEX>. Among them, enhanced oil recovery using <TEX>$CO_2$</TEX> can be a solution since it guarantees both oil recovery and <TEX>$CO_2$</TEX> sequestration. In this study, the miscible flow of oil and <TEX>$CO_2$</TEX> in porous media is modeled to analyze the effect of enhanced oil recovery and <TEX>$CO_2$</TEX> sequestration. Based on Darcy-Muskat law, the equation is modified to consider miscibility of oil and <TEX>$CO_2$</TEX> and the change of viscosity. Finite volume method is used for numerical modeling. As results, the pressure and oil saturation changes with time can be predicted when oil, water, and <TEX>$CO_2$</TEX> are injected, respectively, and <TEX>$CO_2$</TEX> injection is more efficient than water injection for oil recovery.