KR102519877B1 - Experimental system and method for a carbon dioxide storage with water pumping - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이산화탄소 저장 및 양수 모사 실험 시스템과 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 양수 효과에 의한 이산화탄소 주입 및 저장 효과 분석이 가능한 고압의 이산화탄소 저장 및 양수 모사 실험 시스템과 그 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a carbon dioxide storage and pumping simulation test system and method, and more particularly, to a high-pressure carbon dioxide storage and pumping simulation test system and method capable of analyzing carbon dioxide injection and storage effects by a pumping effect.
우리나라의 2030 국가 온실가스 감축목표(NDC) 상향안에 따르며, 2030년까지 CCUS(Carbon Capture, Utilization, Storage)를 통해 10.3백만 톤의 이산화탄소를 감축해야만 하는 상황이며, 해당 목표를 달성하기 위해서는 지중저장 시 이산화탄소의 주입효율 및 저장성을 증대시키는 기술을 개발하는 것이 매우 중요하다. In accordance with Korea's 2030 National Greenhouse Gas Reduction Target (NDC), it is necessary to reduce 10.3 million tons of carbon dioxide through CCUS (Carbon Capture, Utilization, Storage) by 2030. It is very important to develop a technology for increasing the injection efficiency and storage of carbon dioxide.
이산화탄소의 주입효율 향상기술은 이산화탄소 저장사업의 비용을 절감하여 경제성을 개선하고, 주입량을 증진하여 저장용량을 확대하는 핵심적인 기술로서, 저장소의 저장용량이 제한적이고 저장소의 품질이 충분히 성숙되지 않은 국가의 경우, CCS(Carbon Capture and Storage) 사업의 도입과 확산에 중요한 역할을 한다. Carbon dioxide injection efficiency improvement technology is a key technology that improves economic feasibility by reducing the cost of carbon dioxide storage business and expands storage capacity by increasing the injection amount. In the case of CCS (Carbon Capture and Storage), it plays an important role in the introduction and spread of the business.
이중, 양수시스템을 활용한 주입효율 및 저장용량 증진기술은 저장층 염수의 양수를 통해 저장층의 압력을 감소시켜 주입효율을 향상시키고, 염수가 차지한 공간을 감소시켜 저장용량을 증진시킬 수 있는 직접적이고 효율적인 방법으로 고려할 수 있다. Among them, the injection efficiency and storage capacity enhancement technology using a pumping system improves injection efficiency by reducing the pressure of the storage layer through the pumping of salt water in the storage layer, and directly improves the storage capacity by reducing the space occupied by the salt water. considered in an efficient and effective way.
또한, 전통적 방법의 이산화탄소 지중저장 시 발생할 수 있는 문제(예컨대, 주입 압력 증가로 인한 비용 증대, 과도한 저장층 압력 증가로 인한 덮개암의 자극 및 균열 발생, 이산화탄소 누출 위험 증가 등)에 대비하여 보다 안정적이고 친환경적인 기술확보가 필요하다. In addition, it is more stable in preparation for problems that may occur in the traditional method of underground storage of carbon dioxide (e.g., increased cost due to increased injection pressure, irritation and cracking of cover rocks due to increased pressure in the storage layer, increased risk of carbon dioxide leakage, etc.) And it is necessary to secure eco-friendly technology.
따라서, 양수시스템에 의한 이산화탄소 주입 효율 및 저장성 증대를 검증할 수 있는 중규모 실내 실험을 통하여 기술의 정량적인 검토가 필수적이며, 이를 토대로 실제 국내 저장소 적용을 대비해야 할 필요가 있다. Therefore, it is essential to quantitatively review the technology through medium-scale indoor experiments that can verify the increase in carbon dioxide injection efficiency and storage capacity by the pumping system, and based on this, it is necessary to prepare for actual domestic storage application.
이산화탄소 저장 실험 시 초임계 상태를 유지할 수 있는 환경(7.4MPa, 31.1℃) 조성이 중요하다. 기존의 이산화탄소 주입성 실험의 경우, 고압용 코어 홀더를 제작한 뒤 암석 코어를 내부에 설치하고, 코어 홀더 내부 공간에 유체(confining fluid)를 주입하여 압력을 가한 뒤 암석코어에 이산화탄소를 주입하는 방식으로 수행된다. In carbon dioxide storage experiments, it is important to create an environment (7.4 MPa, 31.1 °C) that can maintain a supercritical state. In the case of the existing carbon dioxide injectability experiment, after manufacturing a high-pressure core holder, installing a rock core inside, injecting a confining fluid into the core holder's internal space to apply pressure, and then injecting carbon dioxide into the rock core is performed with
하지만, 이러한 방식은 사용 가능한 코어의 규모가 수 센티미터 내지 수십 센티미터로 매우 제한적이다. 또한, 암석으로 주입된 이산화탄소의 1차원(1D) 유동을 가정하므로 이산화탄소의 공간적인 거동 형태를 모사할 수 없다는 단점이 있다. 또한, 양수효과를 구현할 수 없다는 단점이 있다. However, this method has a very limited size of a usable core ranging from a few centimeters to several tens of centimeters. In addition, since the one-dimensional (1D) flow of carbon dioxide injected into rocks is assumed, the spatial behavior of carbon dioxide cannot be simulated. In addition, there is a disadvantage that the positive effect cannot be implemented.
이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에 착안한 것으로, 본 발명의 목적은 이산화탄소를 지중에 주입할 시 주입된 이산화탄소의 거동과 이에 따른 압력/온도 변화를 실험을 통해 측정하고, 양수정 운영을 통해 이산화탄소 주입 압력 감소 및 저장소 압력 상승 효과 완화를 확인하기 위해 구성된 이산화탄소 저장 및 양수 모사 실험 시스템을 제공하는 것이다. Therefore, the technical problem of the present invention is focused on this point, and the object of the present invention is to measure the behavior of the injected carbon dioxide and the resulting pressure / temperature change through experiments when carbon dioxide is injected into the ground, and to operate the pumping well to obtain carbon dioxide It is to provide a carbon dioxide storage and pumping simulation experimental system configured to confirm the effect of reducing the injection pressure and mitigating the effect of increasing the reservoir pressure.
본 발명의 다른 목적은 상기한 이산화탄소 저장 및 양수 모사 실험 시스템을 이용한 이산화탄소 저장 및 양수 모사 실험 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a carbon dioxide storage and amniotic fluid simulation test method using the carbon dioxide storage and amniotic fluid simulation test system described above.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 일 실시예에 따른 이산화탄소 저장 및 양수 모사 실험 시스템은, 고압 탱크; 이산화탄소의 주입 위치에 따른 거동 양상 분석이 가능하도록 상기 고압 탱크의 일측에 설치된 인렛 포트; 상기 고압 탱크의 타측에 설치되어 매질 투입 경로를 제공하는 매질 투입구; 외부의 정압 펌프와 연결되어 경계 조건을 형성하도록 상기 매질 투입구에 설치된 아웃렛 포트; 상기 고압 탱크의 측부에 형성된 벤팅 포트; 이산화탄소 주입에 따른 온도/압력 변화 분포를 확인 가능하게 하도록 상기 고압 탱크의 측부에 설치된 복수의 온도/압력 센서들; 및 양수 효과에 의한 이산화탄소 주입/저장 효율 분석이 가능하도록 상기 고압 탱크의 측부를 관통하여 상기 고압 탱크의 내측에 설치된 양수정을 포함한다. In order to realize the object of the present invention described above, a carbon dioxide storage and amniotic fluid simulation experiment system according to an embodiment includes a high-pressure tank; an inlet port installed on one side of the high-pressure tank to enable analysis of behavior patterns according to the injection location of carbon dioxide; a medium inlet installed on the other side of the high-pressure tank to provide a medium input path; an outlet port installed in the medium inlet to form a boundary condition by being connected to an external static pressure pump; a venting port formed on a side of the high-pressure tank; a plurality of temperature/pressure sensors installed on the side of the high-pressure tank to enable checking of temperature/pressure change distribution according to carbon dioxide injection; and a pumping well installed inside the high-pressure tank through a side of the high-pressure tank to enable analysis of carbon dioxide injection/storage efficiency by a pumping effect.
일 실시예에서, 상기 고압 탱크는, 고압의 환경을 버틸 수 있도록 금속 재질을 포함하고, 상기 고압 탱크는, 원통형 몸체와, 상기 원통형 몸체의 일측에 일체로 연결된 제1 반구형부재와, 상기 원통형 몸체의 타측에 일체로 연결된 제2 반구형부재를 포함할 수 있다. In one embodiment, the high-pressure tank includes a metal material to withstand a high-pressure environment, and the high-pressure tank includes a cylindrical body, a first hemispherical member integrally connected to one side of the cylindrical body, and the cylindrical body. It may include a second hemispherical member integrally connected to the other side of.
일 실시예에서, 상기 고압 탱크의 내부에는 부식 방지를 위해 도장층이 코팅될 수 있다. In one embodiment, a paint layer may be coated on the inside of the high-pressure tank to prevent corrosion.
일 실시예에서, 상기 이산화탄소 저장 및 양수 모사 실험 시스템은 상기 고압 탱크를 커버하여 항온 상태를 유지하도록 온도 자켓을 더 포함할 수 있다. In one embodiment, the carbon dioxide storage and pumping simulation experiment system may further include a temperature jacket to cover the high-pressure tank to maintain a constant temperature.
일 실시예에서, 상기 매질은 모래 및 유리구슬 중 어느 하나를 포함할 수 있다. In one embodiment, the medium may include any one of sand and glass beads.
일 실시예에서, 상기 양수정은 상기 인렛 포트를 기준으로 상기 고압 탱크의 2/3 지점에 설치될 수 있다. In one embodiment, the pumping well may be installed at 2/3 of the high-pressure tank based on the inlet port.
상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위해서 일 실시예에 따른 이산화탄소 저장 및 양수 모사 실험 방법은, (i) 이산화탄소 저장 및 양수 모사 실험을 위해 고압 탱크 내에 저장소 지층을 모사할 수 있는 모래나 유리구슬을 포함하는 매질을 채우는 단계; (ii) 양수정에 의한 감압 효과를 확인하기 위한 양수정 효과 실험으로 체크되면, 인렛 포트를 통해 고압 탱크에 물을 포화시키는 단계; (iii) 물이 100% 포화된 것으로 체크되면, 벤팅 포트를 닫고, 상기 인렛 포트를 통해 이산화탄소를 주입하고, 아웃렛 포트를 개방하여 상기 아웃렛 포트에서의 정압 경계 조건을 형성하고, 양수정 운영을 통해 상기 고압 탱크내의 물을 양수하는 단계; (iv) 상기 인렛 포트, 상기 아웃렛 포트 및 상기 고압 탱크의 지점별 온도 및 압력을 측정하는 단계; 및 (v) 이산화탄소 저장 및 양수 모사 실험이 완료된 것으로 체크되면, 상기 벤팅 포트의 개방을 통해 상기 고압 탱크내 유체를 제거하는 단계를 포함한다. In order to realize the other object of the present invention described above, the carbon dioxide storage and amniotic fluid simulation experiment method according to an embodiment includes (i) sand or glass beads capable of simulating the reservoir stratum in a high-pressure tank for carbon dioxide storage and amniotic fluid simulation experiments Filling a medium containing; (ii) saturating the high-pressure tank with water through an inlet port when the pumping well effect test is performed to confirm the depressurization effect by the pumping well; (iii) when the water is checked to be 100% saturated, close the venting port, inject carbon dioxide through the inlet port, open the outlet port to form a positive pressure boundary condition at the outlet port, and operate the pumping well to Pumping the water in the high-pressure tank; (iv) measuring temperature and pressure at each point of the inlet port, the outlet port, and the high-pressure tank; and (v) removing the fluid in the high-pressure tank by opening the venting port when it is checked that the carbon dioxide storage and pumping simulation experiments are completed.
일 실시예에서, (vi) 상기 양수정 효과 실험이 아닌 것으로 체크되면, 상기 인렛 포트를 통해 상기 고압 탱크에 물을 포화시키는 단계; (vii) 물이 100% 포화된 것으로 체크되면, 상기 벤팅 포트를 닫고, 인렛 상기 포트를 통해 이산화탄소를 주입하고 상기 아웃렛 포트를 개방하여 상기 아웃렛 포트에서의 정압 경계 조건을 형성하는 단계; (viii) 상기 인렛 포트, 상기 아웃렛 포트 및 상기 고압 탱크의 지점별 온도 및 압력을 측정하는 단계; 및 (ix) 이산화탄소 저장 및 양수 모사 실험이 완료된 것으로 체크되면, 상기 벤팅 포트의 개방을 통해 상기 고압 탱크내 유체를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. In one embodiment, (vi) saturating the high-pressure tank with water through the inlet port if it is checked that the amniotic effect test is not the case; (vii) when it is checked that the water is 100% saturated, closing the venting port, injecting carbon dioxide through the inlet port and opening the outlet port to form a positive pressure boundary condition at the outlet port; (viii) measuring temperature and pressure at each point of the inlet port, the outlet port, and the high-pressure tank; and (ix) removing the fluid in the high-pressure tank by opening the venting port when it is checked that the carbon dioxide storage and pumping simulation experiments are completed.
이러한 이산화탄소 저장 및 양수 모사 실험 시스템 및 그 방법에 의하면, 이산화탄소를 지중에 주입할 시 주입된 이산화탄소의 거동과 이에 따른 압력/온도 변화를 실험을 통해 측정하고, 양수정 운영을 통해 이산화탄소 주입 압력 감소 및 이산화탄소에 의한 저장소 압력 상승 완화 효과를 확인하여 양수 효과에 의한 이산화탄소 주입 및 저장 효과를 분석할 수 있다. According to the carbon dioxide storage and pumping simulation experiment system and method, when the carbon dioxide is injected into the ground, the behavior of the injected carbon dioxide and the resulting pressure/temperature change are measured through experiments, and the injection well is operated to reduce the carbon dioxide injection pressure and carbon dioxide It is possible to analyze the effect of carbon dioxide injection and storage by the pumping effect by confirming the effect of mitigating the increase in reservoir pressure.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 저장 및 양수 모사 실험 시스템을 개략적으로 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 이산화탄소 저장 및 양수 모사 실험 시스템을 이용한 이산화탄소 저장 및 양수 모사 실험 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 1 is a perspective view schematically illustrating a carbon dioxide storage and pumping simulation experiment system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flow chart illustrating a carbon dioxide storage and amniotic fluid simulation test method using the carbon dioxide storage and amniotic fluid simulation test system shown in FIG. 1 .
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the present invention will be described in more detail. Since the present invention may have various changes and various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, it should be understood that this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, and includes all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. Like reference numerals have been used for like elements throughout the description of each figure. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are shown enlarged than actual for clarity of the present invention.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first element may be termed a second element, and similarly, a second element may be termed a first element, without departing from the scope of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. In this application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that it does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. In addition, unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in the present application, they should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. don't
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 저장 및 양수 모사 실험 시스템을 개략적으로 설명하기 위한 사시도이다. 1 is a perspective view schematically illustrating a carbon dioxide storage and pumping simulation experiment system according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 저장 및 양수 모사 실험 시스템은 고압 탱크(110), 탱크 받침대(120), 인렛(inlet) 포트(130), 매질 투입구(140), 아웃렛(outlet) 포트(150), 벤팅(venting) 포트(160), 복수의 온도/압력 센서들(170) 및 양수정(180)을 포함하여, 주입된 이산화탄소의 수직 및 수평 방향의 거동까지 모사 가능하도록 구성된다. Referring to FIG. 1, the carbon dioxide storage and pumping simulation experiment system according to an embodiment of the present invention includes a high-
고압 탱크(110)는 탱크 받침대(120) 위에 배치된다. 고압 탱크(110)는 고압의 환경을 버틸 수 있도록 금속 재질을 포함한다. 즉, 고압 탱크(110)는 주입된 이산화탄소가 초임계상태(7.4 Mpa, 31.1°C)를 유지할 수 있도록 금속 재질을 포함할 수 있다. The
고압 탱크(110)는 원통형 몸체와, 원통형 몸체의 일측에 일체로 연결된 제1 반구형부재와, 원통형 몸체의 타측에 일체로 연결된 제2 반구형부재를 포함한다. 본 실시예에서, 원통형 몸체는 1미터의 직경과 5미터의 길이를 가질 수 있다. The high-
고압 탱크(110)의 내부는 주입된 이산화탄소로 인한 부식을 방지하기 위해 도장층이 코팅될 수 있다. The inside of the high-
탱크 받침대(120)는 복수 개로 구성되어 고압 탱크(110)의 하부에 배치되어 고압 탱크(110)를 지지한다. The
인렛 포트(130)는 물이나 이산화탄소와 같은 유체 주입 목적으로 설치된 것으로서, 특히 이산화탄소의 주입 위치에 따른 거동 양상 분석이 가능하도록 고압 탱크(110)의 일측에 설치된다. 본 실시예에서, 인렛 포트(130)는 이산화탄소 밀도에 의한 상부거동을 분석하기 위해 고압 탱크(110)의 상부, 중간 및 하부에 3개가 설치된다. 물을 주입할 시 세 개의 인렛 포트(130)를 모두 사용하여 빠르게 고압 탱크(110)를 포화시킨다. 이산화탄소는 물보다 밀도가 낮으므로 물로 포화된 매질로 주입하면 상부로 이동하는 경향을 보인다. 이러한 오버라이딩(overriding) 현상을 비교하기 위해 세 개의 인렛 포트(130)를 설치하였으며, 주입 위치(상/중/하부)에 따라 이산화탄소가 양수정(180)에 도달하는 시간을 비교하는 실험을 수행하기 위함이다. The
매질 투입구(140)는 고압 탱크(110)의 타측에 설치되어 매질 투입 경로를 제공한다. 매질 투입구(140)의 경우 고압 실험 조건을 견뎌야 하며, 매질의 유출입이 가능해야 하며, 실험 조건에서 쏠림에 의한 불용체적(dead volume)이 최소화 되어야 한다. 이를 위해 매질 투입구(140)는 고압 탱크(110)의 반구형 마감의 한쪽 끝, 예컨대, 제2 반구형부재에만 설치하도록 하며 매질을 채울 시 고압 탱크(110)를 수직으로 세워 매질을 투입하도록 한다. 상기 매질은 이산화탄소의 반응성을 고려하지 않을 경우 유리구슬(glass bead)을 포함할 수 있다. The
물로 포화된 고압 탱크(110)에 이산화탄소를 주입하게 되면 고압 환경에서 물에 다량이 녹아 반응성이 큰 탄산 이온이 형성된다. 실제 저장소 환경에서는 다양한 화학물질들이 존재하여 탄산이온과 지화학적 반응을 일으킨다. 반면 실험 목적이 양수정(180)에 의한 감압 효과를 보는 것에 있다면, 반응성이 없는 유리구슬을 사용하여 저장소와 유사한 투과도/공극률 환경을 만들어주되 지화학적 반응은 고려하지 않는 실험을 진행할 수 있다. When carbon dioxide is injected into the high-
아웃렛 포트(150)는 이산화탄소 주입에 의한 유체 배출을 위한 목적으로 설치된 것으로서, 특히 외부의 정압 펌프(190)와 연결되어 경계 조건을 형성하도록 매질 투입구(140)에 설치된다. 본 실시예에서, 아웃렛 포트(150)는 외부의 정압 펌프(190)와 연결되어 지하 환경에서처럼 정압 경계 조건을 형성하며, 이산화탄소 주입에 따른 고압 탱크(110) 내 과도한 압력 상승을 방지하는 역할을 한다. The
벤팅 포트(160)는 유체 유출입 제어 용도로 설치된 것으로서, 특히 고압 탱크(110)의 측부에 형성된다. 즉, 벤팅 포트(160)는 고압 탱크(110)의 상하부에 각각 설치하여, 고압 탱크(110)가 물로 100% 포화될 수 있도록 하며, 실험이 끝난 후 고압 탱크(110) 내 잔류하는 유체를 배출하는 역할을 한다. The venting
온도/압력 센서들(170)은 이산화탄소 주입에 따른 온도/압력 변화 분포를 확인 가능하게 하도록 고압 탱크(110)의 측부에 설치된다. The temperature/
양수정(180)은 양수 효과에 의한 이산화탄소 주입/저장 효율 분석이 가능하도록 고압 탱크(110)의 측부를 관통하여 고압 탱크(110)의 내측에 설치된다. 양수정(180)은 인렛 포트(130)를 기준으로 고압 탱크(110)의 2/3 지점에 설치될 수 있다. The pumping well 180 penetrates the side of the high-
한편, 이산화탄소 저장 및 양수 모사 실험 시스템은 고압 탱크(110)를 커버하여 항온 상태를 유지하도록 온도 자켓을 더 포함할 수 있다. Meanwhile, the carbon dioxide storage and pumping simulation experiment system may further include a temperature jacket to cover the high-
도 2는 도 1에 도시된 이산화탄소 저장 및 양수 모사 실험 시스템을 이용한 이산화탄소 저장 및 양수 모사 실험 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. FIG. 2 is a flow chart illustrating a carbon dioxide storage and amniotic fluid simulation test method using the carbon dioxide storage and amniotic fluid simulation test system shown in FIG. 1 .
도 1 및 도 2를 참조하면, 고압 탱크(110) 내에 저장소 지층을 모사할 수 있는 모래나 유리구슬을 포함하는 매질을 최대한 빈 공간(dead volume)이 발생되지 않도록 채운다(단계 S100). Referring to FIGS. 1 and 2 , a medium containing sand or glass beads capable of simulating a storage stratum is filled in the high-
단계 S100에 이어, 이산화탄소 저장 및 양수 모사 실험 목적이 양수정(180)에 의한 감압 효과를 확인하기 위한 양수정(180) 효과 실험인지의 여부를 체크한다(단계 S102). Following step S100, it is checked whether the purpose of the carbon dioxide storage and amniotic fluid simulation experiment is the
단계 S102에서 이산화탄소 저장 및 양수 모사 실험 목적이 양수정(180) 효과 실험으로 체크되면, 인렛 포트(130)를 통해 고압 탱크(110)에 물을 포화시킨다(단계 S110). In step S102, if the purpose of the experiment for storing carbon dioxide and simulating amniotic fluid is checked through the effect experiment of the pumping well 180, the high-
단계 S110에 이어, 물이 100% 포화되었는지의 여부를 체크한다(단계 S111). 상기한 물의 포화는 벤팅 포트(160)중 상부 벤팅 포트(160)까지 물이 차오르는 것을 확인하여 물이 100% 포화되었는지를 확인할 수 있다. Following step S110, it is checked whether the water is 100% saturated (step S111). As for the saturation of the water, it can be confirmed that the water is 100% saturated by confirming that the water fills up to the
단계 S111에서 물이 100% 포화된 것으로 체크되면, 벤팅 포트(160)를 닫고, 인렛 포트(130)를 통해 이산화탄소를 주입하는 동작을 시작하고, 아웃렛 포트(150)를 동시에 개방하여 아웃렛 포트(150)에서의 정압 경계 조건을 형성하고, 이와 동시에 양수정(180) 운영을 통해 고압 탱크(110)내의 물을 외부로 양수한다(단계 S112). When it is checked that the water is 100% saturated in step S111, the venting
단계 S112에 이어, 복수의 온도/압력 센서들(170)을 이용하여 인렛 포트(130), 아웃렛 포트(150) 및 고압 탱크(110) 지점별 온도 및 압력을 측정한다(단계 S113). 이때 측정된 데이터는 디지털화하여 저장될 수 있다. Following step S112, temperature and pressure are measured for each point of the
단계 S113에 이어, 이산화탄소 저장 및 양수 모사 실험이 완료되었는지의 여부를 체크한다(단계 S114). Following step S113, it is checked whether carbon dioxide storage and pumping simulation experiments have been completed (step S114).
단계 S114에서 이산화탄소 저장 및 양수 모사 실험이 완료된 것으로 체크되면, 벤팅 포트(160)의 개방을 통해 고압 탱크(110)내 유체(즉, 물이나 이산화탄소)을 제거한다(단계 S115). If it is checked in step S114 that the carbon dioxide storage and pumping simulation experiments are completed, the fluid (ie, water or carbon dioxide) in the high-
한편, 양수정(180) 효과 실험으로 체크되지 않으면, 인렛 포트(130)를 통해 고압 탱크(110)에 물을 포화시킨다(단계 S120). On the other hand, if it is not checked by the pumping well 180 effect experiment, the high-
단계 S120에 이어, 물이 100% 포화되었는지의 여부를 체크한다(단계 S121). 상기한 물의 포화는 벤팅 포트(160)중 상부 벤팅 포트(160)까지 물이 차오르는 것을 확인하여 물이 100% 포화되었는지를 확인할 수 있다. Following step S120, it is checked whether the water is 100% saturated (step S121). As for the saturation of the water, it can be confirmed that the water is 100% saturated by confirming that the water fills up to the
단계 S121에서 물이 100% 포화된 것으로 체크되면, 벤팅 포트(160)를 닫고, 인렛 포트(130)를 통해 이산화탄소를 주입하는 동작을 시작하고 이와 동시에 아웃렛 포트(150)를 개방하여 아웃렛 포트(150)에서의 정압 경계 조건을 형성한다(단계 S122). When it is checked that the water is 100% saturated in step S121, the venting
단계 S122에 이어, 복수의 온도/압력 센서들(170)을 이용하여 인렛 포트(130), 아웃렛 포트(150) 및 고압 탱크(110) 지점별 온도 및 압력을 측정한다(단계 S123). 이때 측정된 데이터는 디지털화하여 저장될 수 있다. Following step S122, temperature and pressure are measured at each point of the
단계 S123에 이어, 이산화탄소 저장 및 양수 모사 실험이 완료되었는지의 여부를 체크한다(단계 S124). Following step S123, it is checked whether carbon dioxide storage and pumping simulation experiments have been completed (step S124).
단계 S124에서 이산화탄소 저장 및 양수 모사 실험이 완료된 것으로 체크되면, 벤팅 포트(160)의 개방을 통해 고압 탱크(110)내 유체(즉, 물이나 이산화탄소)을 제거한다(단계 S125).If it is checked in step S124 that the carbon dioxide storage and pumping simulation experiments are completed, the fluid (ie, water or carbon dioxide) in the high-
이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따르면 이산화탄소를 지중에 주입할 시 주입된 이산화탄소의 거동과 이에 따른 압력/온도 변화를 이산화탄소 저장 및 양수 모사 실험을 통해 측정하고, 양수정 운영을 통해 이산화탄소 주입 압력 감소 및 이산화탄소에 의한 저장소 압력 상승 완화 효과를 확인하여 양수 효과에 의한 이산화탄소 주입 및 저장 효과를 분석할 수 있다. As described above, according to the present invention, when carbon dioxide is injected into the ground, the behavior of the injected carbon dioxide and the resulting pressure/temperature change are measured through carbon dioxide storage and pumping simulation experiments, and carbon dioxide injection pressure is reduced through pumping well operation. And it is possible to analyze the carbon dioxide injection and storage effect by the pumping effect by checking the effect of mitigating the increase in the pressure of the reservoir by the carbon dioxide.
이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to examples, those skilled in the art can variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. You will understand.
110 : 고압 탱크 120 : 탱크 받침대
130 : 인렛 포트 140 : 매질 투입구
150 : 아웃렛 포트 160 : 벤팅 포트
170 : 온도/압력 센서 180 : 양수정
190 : 정압 펌프110: high pressure tank 120: tank stand
130: inlet port 140: medium inlet
150: outlet port 160: venting port
170: temperature/pressure sensor 180: positive well
190: constant pressure pump
Claims (8)
이산화탄소의 주입 위치에 따른 거동 양상 분석이 가능하도록 상기 고압 탱크의 상부, 중간 및 하부 각각에 설치된 인렛 포트;
상기 고압 탱크의 타측에 설치되어 매질 투입 경로를 제공하는 매질 투입구;
외부의 정압 펌프와 연결되어 경계 조건을 형성하도록 상기 매질 투입구에 설치된 아웃렛 포트;
상기 고압 탱크의 측부에 형성된 벤팅 포트;
이산화탄소 주입에 따른 온도/압력 변화 분포를 확인 가능하게 하도록 상기 고압 탱크의 측부에 설치된 복수의 온도/압력 센서들; 및
양수 효과에 의한 이산화탄소 주입/저장 효율 분석이 가능하도록 상기 고압 탱크의 측부를 관통하여 상기 고압 탱크의 내측에 설치된 양수정을 포함하되,
이산화탄소 밀도에 의한 상부거동을 분석하기 위해 상기 인렛 포트는 3개가 설치되어, 주입 위치에 따라 이산화탄소가 상기 양수정에 도달하는 시간을 비교하는 실험이 수행되어 이산화탄소를 지중에 주입할 시 주입된 이산화탄소의 거동과 이에 따른 압력/온도 변화를 실험을 통해 측정하고, 양수정 운영을 통해 이산화탄소 주입 압력 감소 및 이산화탄소에 의한 저장소 압력 상승 완화 효과를 확인하여 양수 효과에 의한 이산화탄소 주입 및 저장 효과를 분석하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 저장 및 양수 모사 실험 시스템. high pressure tank;
Inlet ports installed in the upper, middle, and lower portions of the high-pressure tank to enable analysis of the behavior according to the injection position of carbon dioxide;
a medium inlet installed on the other side of the high-pressure tank to provide a medium input path;
an outlet port installed in the medium inlet to form a boundary condition by being connected to an external static pressure pump;
a venting port formed on a side of the high-pressure tank;
a plurality of temperature/pressure sensors installed on the side of the high-pressure tank to enable checking of temperature/pressure change distribution according to carbon dioxide injection; and
Including a pumping well installed inside the high-pressure tank through the side of the high-pressure tank to enable analysis of carbon dioxide injection / storage efficiency by the pumping effect,
In order to analyze the upper behavior by the carbon dioxide density, three inlet ports are installed, and an experiment is performed to compare the time for carbon dioxide to reach the pumping well according to the injection location. and measuring the resulting pressure/temperature change through experiments, and analyzing the carbon dioxide injection and storage effect by the pumping effect by confirming the effect of reducing the carbon dioxide injection pressure and mitigating the increase in the storage pressure caused by carbon dioxide through the operation of the pumping well. Characterized in that Carbon dioxide storage and amniotic fluid simulation experiment system.
상기 고압 탱크는, 원통형 몸체와, 상기 원통형 몸체의 일측에 일체로 연결된 제1 반구형부재와, 상기 원통형 몸체의 타측에 일체로 연결된 제2 반구형부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 저장 및 양수 모사 실험 시스템. The method of claim 1, wherein the high-pressure tank includes a metal material to withstand a high-pressure environment,
The high-pressure tank includes a cylindrical body, a first hemispherical member integrally connected to one side of the cylindrical body, and a second hemispherical member integrally connected to the other side of the cylindrical body. system.
(ii) 양수정에 의한 감압 효과를 확인하기 위한 양수정 효과 실험으로 체크되면, 상기 고압 탱크의 상부, 중간 및 하부 각각에 설치된 인렛 포트를 통해 고압 탱크에 물을 포화시키는 단계;
(iii) 물이 100% 포화된 것으로 체크되면, 벤팅 포트를 닫고, 상기 인렛 포트를 통해 이산화탄소를 주입하고, 아웃렛 포트를 개방하여 상기 아웃렛 포트에서의 정압 경계 조건을 형성하고, 양수정 운영을 통해 상기 고압 탱크내의 물을 양수하는 단계;
(iv) 상기 인렛 포트, 상기 아웃렛 포트 및 상기 고압 탱크의 지점별 온도 및 압력을 측정하는 단계; 및
(v) 이산화탄소 저장 및 양수 모사 실험이 완료된 것으로 체크되면, 상기 벤팅 포트의 개방을 통해 상기 고압 탱크내 유체를 제거하는 단계를 포함하되,
상기 인렛 포트는 이산화탄소 밀도에 의한 상부거동을 분석하기 위해 3개가 설치되어, 주입 위치에 따라 이산화탄소가 상기 양수정에 도달하는 시간을 비교하는 실험이 수행되어 이산화탄소를 지중에 주입할 시 주입된 이산화탄소의 거동과 이에 따른 압력/온도 변화를 실험을 통해 측정하고, 양수정 운영을 통해 이산화탄소 주입 압력 감소 및 이산화탄소에 의한 저장소 압력 상승 완화 효과를 확인하여 양수 효과에 의한 이산화탄소 주입 및 저장 효과를 분석하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 저장 및 양수 모사 실험 방법. (i) filling a medium containing sand or glass beads capable of simulating a storage layer in a high-pressure tank for carbon dioxide storage and pumping simulation experiments;
(ii) saturating the high-pressure tank with water through inlet ports installed at the top, middle, and bottom of the high-pressure tank, respectively, when the pumping well effect test is performed to confirm the depressurization effect by the pumping well;
(iii) when the water is checked to be 100% saturated, close the venting port, inject carbon dioxide through the inlet port, open the outlet port to form a positive pressure boundary condition at the outlet port, and operate the pumping well to Pumping the water in the high-pressure tank;
(iv) measuring temperature and pressure at each point of the inlet port, the outlet port, and the high-pressure tank; and
(v) if it is checked that the carbon dioxide storage and pumping simulation experiments have been completed, removing the fluid in the high-pressure tank through the opening of the venting port;
Three inlet ports are installed to analyze the upper behavior by the carbon dioxide density, and an experiment is performed to compare the time for carbon dioxide to reach the pumping well according to the injection position. and measuring the resulting pressure/temperature change through experiments, and analyzing the carbon dioxide injection and storage effect by the pumping effect by confirming the effect of reducing the carbon dioxide injection pressure and mitigating the increase in the storage pressure caused by carbon dioxide through the operation of the pumping well. Characterized in that Experimental methods for carbon dioxide storage and amniotic fluid simulation.
(vi) 상기 양수정 효과 실험이 아닌 것으로 체크되면, 상기 인렛 포트를 통해 상기 고압 탱크에 물을 포화시키는 단계;
(vii) 물이 100% 포화된 것으로 체크되면, 상기 벤팅 포트를 닫고, 상기 인렛 포트를 통해 이산화탄소를 주입하고 상기 아웃렛 포트를 개방하여 상기 아웃렛 포트에서의 정압 경계 조건을 형성하는 단계;
(viii) 상기 인렛 포트, 상기 아웃렛 포트 및 상기 고압 탱크의 지점별 온도 및 압력을 측정하는 단계; 및
(ix) 이산화탄소 저장 및 양수 모사 실험이 완료된 것으로 체크되면, 상기 벤팅 포트의 개방을 통해 상기 고압 탱크내 유체를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 저장 및 양수 모사 실험 방법. According to claim 7,
(vi) saturating the high-pressure tank with water through the inlet port if it is checked that the pumping effect test is not the case;
(vii) if it is checked that the water is 100% saturated, closing the venting port, injecting carbon dioxide through the inlet port and opening the outlet port to form a positive pressure boundary condition at the outlet port;
(viii) measuring temperature and pressure at each point of the inlet port, the outlet port, and the high-pressure tank; and
(ix) if it is checked that the carbon dioxide storage and pumping simulation experiment is completed, removing the fluid in the high-pressure tank through the opening of the venting port.
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| KR1020220152077A KR102519877B1 (en) | 2022-11-14 | 2022-11-14 | Experimental system and method for a carbon dioxide storage with water pumping |
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2022
- 2022-11-14 KR KR1020220152077A patent/KR102519877B1/en active IP Right Grant
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