초임계이산화탄소(scCO2) 주입압력 측정에 의한 장기분지 응회암과 이암의 scCO2 차폐능 평가 (Evaluation of the Sealing Capacity of the Supercritical CO2 by the Measurement of Its Injection Pressure into the Tuff and the Mudstone in the Janggi Basin)

서지정보

· 발행기관 : 대한자원환경지질학회
· 수록지 정보 : 자원환경지질 / 50권 / 4호 / 303 ~ 311페이지
· 저자명 : 안정필, 이민희, 왕수균

초록

본 연구에서는 국내 CO2 지중저장 후보지인 장기분지에서 덮개암층으로 대표되는 이암과 응회암 코아에 대하여, 초임계이산화탄소(supercritical CO2; scCO2) 초기 주입압력을 측정하고 90일 동안 지화학 반응 실험 결과에 근거하여 두 암석의 scCO2 차폐능(sealing capacity)을 평가하였다. 장기분지 CO2 주입 예정부지 주변에서 수행한 대심도시추코아 중 깊이 800 m 이상 되는 이암과 응회암 코아를 대상으로 scCO2 초기 주입압력을 측정하였다. 스테인레스강철로 제작한 고압셀(100 mL 용량)을 이용하여 지중저장 조건(100 bar, 50 oC)에서 scCO2-지하수-암석 반응을 실시하여 반응 전/후 광물 변화를 관찰하여 덮개암의 지화학적 안정성을 평가하였다. 덮개암에 대한 초기 scCO2 주입압력을 측정하기 위하여 원통형 스테인레스강철 고압셀 내부에 암석 코아를 고정시키고, 코아 상부와 하부의 압력 차이(100 - 300 bar)를 이용하여 증류수로 포화시킨 후, 고압셀 외부에 부착된 압력계를 이용하여 코아 내에 포화된 공극수압을 100 bar로 유지시켰다. 지중저장 현장에서 덮개암 내부로 scCO2가 이동하는 경계조건을 모사하기 위하여 고압셀출구를 scCO2와 증류수로 채워진 대형 고압탱크(5 L 용량; 100 bar, 50 oC 유지)에 연결시켜, 고압셀에 고정된 암석코아 공극 내로 침투하는 경우 지중저장 조건 하에서 일정량의 scCO2가 코아를 통과할 수 있도록 하였다. 셀 입구에서는 코아의 공극수압인 100 bar보다 높게 유지시켜 scCO2를 주입하되, 주입이 지속적으로 진행되기 시작하는 최소주입압력(100 bar + Δp)을 암석에 대한 주입압력으로 측정하였다. 90일 반응 후 응회암과 이암의 큰 광물학적 변화는없는 것으로 나타나 두 암석 모두 scCO2 주입 시 지화학적으로 안정한 것으로 나타났다. 응회암의 경우 공극수압과scCO2 주입압력 차이(Δp)가 15 bar에서 scCO2의 내부 침투가 시작되어 20 bar 이후부터는 지속적인 scCO2 주입이이루어졌다. 이암의 경우에는 Δp를 150 bar까지 증가시켜도 scCO2가 주입되지 않아 응회암보다 scCO2 차폐효과가약 10 배 높은 것으로 나타나, 장기분지에 CO2 주입 시 응회암보다는 이암층이 덮개암 역할을 할 것으로 판단되었다.

영어초록

The laboratory scale experiment was performed to evaluate the sealing capacity of the capping rock such as tuff and mudstone, measuring the intial supercritical CO2 (scCO2) injection pressure and the scCO2-water-rock reaction for 90 days. The drilling cores sampled from 800 m in depth around the Janggi basin, Korea were used for the experiment. The mineralogical changes of mudstone and tuff were measured to evaluate the geochemical stability during the scCO2-water-rock reaction at CO2 storage condition (100 bar and 50 oC). The rock core was fixed in the high pressurized stainless steel cell and was saturated with distilled water at 100 bar of pore water pressure. The effluent of the cell was connected to the large tank filled with 3 L of water and 2 L of scCO2 at 100 bar, simulating the subsurface injection condition. The scCO2 injection pressure, which was higher than 100 bar, was controlled at the influent port of the cell until the scCO2 begin to penetrate into the rock and the initial injection pressure (> 100 bar) of scCO2 into the rock was measured for each rock. The mineralogical compositions of mudstones after 90 days reaction were similar to those before the reaction, suggesting that the mudstone in the Janggi basin has remained relatively stable for the scCO2 involved geochemical reaction. The initial scCO2 injection pressure (ΔP) of a tuff in the Janggi basin was 15 bar and the continuous scCO2 injection into the tuff core occurred at higher than 20 bar of injection pressure. For the mudstone in the Janggi basin, the initial scCO2 injection pressure was higher than 150 bar (10 times higher than that of the tuff). From the results, the mudstone in Janggi basin was more suitable than the tuff to shield the scCO2 leakage from the reservoir rock at subsurface.

참고자료

· 없음