공극 구조 내 교차 주입이 비혼성 유체의 포획 및 거동에 미치는 영향

• 영문명: Effect of Cyclic Injection on Migration and Trapping of Immiscible Fluids in Porous Media
• 발행기관: 대한자원환경지질학회
• 저자명: 안혜진(Hyejin Ahn) 김선옥(Seon-ok Kim) 이민희(Minhee Lee) 왕수균(Sookyun Wang)
• 간행물 정보: 『자원환경지질』52권 1호, 37~48쪽, 전체 12쪽
• 주제분류: 자연과학 > 지질학
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2019.02.28

국문 초록

이산화탄소 지중저장 수행 중 저류층 내부에서 나타나는 비혼성 유체의 대체 과정은 다공성 매체의 공극 표면에 대한 각 유체의 습윤 특성에 따라서 배수(drainage)와 흡수(imbibition)로 구분되는데, 각 과정 동안 나타나는 비혼성 유체 간의 거동 및 포획 양상을 이해하는 것은 주입 효율성 및 저장 안정성을 평가하는데 매우 중요하다. 본 연구에서는 다공성 매체 내 주기적인 배수와 흡수 과정의 수행을 통해 공극 구조 내 비혼성 유체의 거동 양상 및 분포의 변화를 분석하고자 하였다. 이를 위하여 2차원 마이크로모델 내부로 이산화탄소와 공극수의 대체 유체로서 선정된 헥산과 탈이온수를 주기적으로 교차 주입하는 실험을 수행하였다. 관측 결과를 이용하여 각 유체 주입 과정에서 나타나는 두 비혼성 유체의 거동 양상을 비교·분석하고, 잔류 유체의 포화도를 산정하였다. 분석의 결과로서 헥산과 탈이온수의 잔류 포획 유형을 기작에 따라 습윤성(wettability), 모관압(capillarity), 막다른 공극(dead end zone), 포위(entrapment) 그리고 우회(bypassing)로 구분하였다. 또한, 교차 주입이 거듭됨에 따라 공극 구조 내에서 주입 유체의 흐름 경로는 주 흐름 경로(main flow channel)를 중심으로 단순화되었으며, 이로 인하여 주입 유체의 대체 효율은 일정한 값으로 수렴하였다. 실험적 관측과 분석의 결과는 실제 이산화탄소 지중저장 환경에서 습윤성-비습윤성 유체의 주기적인 교차 주입이 야기하는 저장층 내 비혼성 유체의 거동과 분포, 그리고 주입 유체의 대체 효율을 예측하는데 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

영문 초록

In geological CO2 sequestration, the behavior of CO2 within a reservoir can be characterized as two-phase flow in a porous media. For two phase flow, these processes include drainage, when a wetting fluid is displaced by a non-wetting fluid and imbibition, when a non-wetting fluid is displaced by a wetting fluid. In CO2 sequestration, an understanding of drainage and imbibition processes and the resulting NW phase residual trapping are of critical importance to evaluate the impacts and efficiencies of these displacement process. This study aimed to observe migration and residual trapping of immiscible fluids in porous media via cyclic injection of drainage-imbibition. For this purpose, cyclic injection experiments by applying n-hexane and deionized water used as proxy fluid of scCO2 and pore water were conducted in the two dimensional micromodel. The images from experiment were used to estimate the saturation and observed distribution of n-hexane and deionized water over the course drainage-imbibition cycles. Experimental results showed that n-hexane and deionized water are trapped by wettability, capillarity, dead end zone, entrapment and bypassing during 1st drainage-imbibition cycle. Also, as cyclic injection proceeds, the flow path is simplified around the main flow path in the micromodel, and the saturation of injection fluid converges to remain constant. Experimental observation results can be used to predict the migration and distribution of CO2 and pore water by reservoir environmental conditions and drainage-imbibition cycles.

목차

1. 서 론

2. 실험 재료 및 장치

3. 실험 방법

4. 결과 및 토의

5. 결 론

사 사

References

키워드

이산화탄소 지중저장 비혼성 대체 잔류 포획 마이크로모델 주 흐름 경로 geological CO2 sequestration immiscible displacement residual trapping micromodel main flow path