염수 저장소에 CO2를 주입하는 동안 건조 메커니즘에 대한 실험적 및 이론적 조사

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 9155(2023) 이 기사 인용

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실행 가능한 CO2 저장 자원은 충분한 저장 용량, 신뢰할 수 있는 봉쇄 효율성 및 적절한 유정 주입성을 가져야 합니다. 심층 염분층은 저장 용량과 봉쇄 효율성 측면에서 두드러집니다. 그러나 우물 근처의 염수 건조 및 염분 침전은 깊은 염분 저장소의 CO2 주입성을 손상시켜 CO2 저장 가능성을 감소시킬 수 있습니다. 외부 및 내부 염분 침전의 다양한 메커니즘을 조사하기 위해 중심부 홍수 실험과 분석 모델링이 사용되었습니다. 특히, 건조 영역의 확장이 CO2 주입에 미치는 영향을 조사했습니다. 투과성이 높은 암석의 경우 상대적으로 낮은 주입 속도로 CO2를 주입하면 특히 염도가 높은 조건에서 주입 입구에 소금 케이크 퇴적이 발생할 수 있다는 것이 밝혀졌습니다. 또한 건조 영역의 확장은 CO2 주입율에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났습니다. 초기 염수 염도가 두 배로 증가하면 CO2 주입성 손상 정도가 2배 이상 증가했지만, 건조 과정 중 CO2 주입성의 실시간 변화는 초기 염수 염도와 무관한 것으로 나타났습니다. 우리는 튜브 묶음 모델이 CO2 주입 중 건조 영역에서 염수 기화 및 염분 침착 과정에 대한 유용한 통찰력을 제공할 수 있음을 보여주었습니다. 이 연구는 염분 침전이 CO2 주입에 미치는 영향에 대한 중요한 이해를 제공합니다.

성공적인 CCUS(탄소 포집, 활용 및 저장)를 위한 전제 조건은 실제 유량으로 대량의 CO2를 주입할 수 있는 강력한 봉쇄 효율성, 적절한 저장 용량 및 충분한 유정 주입성입니다1. 심부 염분층은 저장 용량과 봉쇄2,3,4,5,6,7를 기준으로 CCUS에 적합한 저장 자원입니다. 그러나 CO2 주입 중 특히 유정 근처에서 염수 기화로 인한 염분 침전은 심층 염분층의 CO2 주입에 영향을 미칠 수 있습니다8,9,10,11,12,13. 소금 침전으로 인한 CO2 주입성 손상의 기본 요인은 염수 내 소금 농도, 암석의 석유물리학적 및 암석학적 특성, 건조 속도, 건조 구역의 범위, 고체 등을 포함하는 것으로 광범위하게 연구되고 확인되었습니다. 건조 후 공극 공간의 염분 포화도, 공극 내 침전된 염분의 분포 및 저장소 암석의 석유물리학적 특성.

염분 침전 또는 스케일링은 산업이 시작된 이래 유전 운영에서 주요 지층 손상 문제였습니다. 천연가스 주입, 저장, 생산과 관련된 현장 작업 소금 침전과 직간접적으로 관련된 다양한 수준의 주입성 손상이 발생하고 보고되었습니다. 실험실 실험에서 13~83% 범위의 투과성 손상과 약 2~15%의 다공성 감소가 보고되었습니다9,11,12,20,21,22,23,24. 엄격한 이론적 시뮬레이션을 통해 보고된 실험 및 현장 결과도 확인되었습니다23,25,26,27,28,29,30. Cui et al.(2023)은 실험 및 모델링 연구를 통해 다양한 연구자가 보고한 염분 침전으로 인한 주입성 손상에 대한 최신 업데이트를 수집했습니다. 일반적으로, 유동 경로에 염이 침착되는 것이 다공성보다 투과성에 더 큰 영향을 미치기 때문에 다공성 손상은 투과성 변화보다 낮습니다.

염수로 채워진 암석에 CO2를 주입하는 동안 주입된 가스는 처음에 이동성 염수를 암석 밖으로 밀어냅니다. 이 비혼화성 변위 단계 동안 가스와 변위된 수성상 사이의 질량 전달은 최소화됩니다. 이동식 소금물이 옮겨진 후, 특히 일반적인 현장 주입 조건에서 CO2를 지속적으로 주입하면 소금물의 기화, 건조 및 염분 침전이 발생합니다. 일반적으로 건조 영역은 건조 공정이 시작된 후 주입 시간에 따라 지층까지 확장됩니다. 일부 실험 및 수치 연구에서는 건조 구역의 개발을 질적 및 양적으로 뒷받침하는 메커니즘을 부분적으로 조사했습니다9,25,27,31,32,33,34,35. 그러나 저자가 아는 한, 건조 영역의 확장을 실시간으로 모니터링하고 주입성 손상에 미치는 영향을 조사하려는 실험적 또는 모델링 연구는 없었습니다.