KR101976267B1 - 이산화탄소의 지중 저장량을 산출하는 장치 및 방법과, 상기 방법을 수행하기 위한 기록 매체 - Google Patents

이산화탄소의 지중 저장량을 산출하는 장치 및 방법과, 상기 방법을 수행하기 위한 기록 매체 Download PDF

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Abstract

이산화탄소의 지중 저장량을 산출하는 장치 및 방법과, 상기 방법을 수행하기 위한 기록 매체가 제공된다. 개시된 방법은 프로세서가 포함된 장치에서 수행되며, 지하에 이산화탄소를 지중 저장하기 위한 이산화탄소 지중 저장량을 산출하는 방법으로서, 상기 지하 매질의 점성력(Viscosity) 및 상기 지하 매질의 모세관 압력(Capillary Pressure)의 비율을 나타내는 Capillary Number를 산출하는 단계; 중력 및 상기 지하 매질의 점성력의 비율을 나타내는 Bond Number를 산출하는 단계; 및 상기 Capillary Number, 상기 Bond Number 및 상기 지하 매질의 정상 유동 상태에서의 이산화탄소의 상대 투과도(Relative Permeability)를 이용하여 상기 이산화탄소 지중 저장량을 산출하는 단계;를 포함한다.

Description

이산화탄소의 지중 저장량을 산출하는 장치 및 방법과, 상기 방법을 수행하기 위한 기록 매체{Apparatus and Method for calculating ground storage amount of carbon dioxide, and computer-readable recording medium thereof}
본 발명의 실시예들은 지하 매질 일례로, 대수층(aquifer)에 주입된 이산화탄소의 거동을 분석하여 지하 매질에 이산화탄소의 지중 저장량을 평가 내지 산출하는 장치 및 방법과, 상기 방법을 수행하기 위한 기록 매체에 관한 것이다.
지구 온난화의 주범으로 지목되는 대기 중 이산화탄소의 농도를 저감시키기 위한 방안의 하나로, 대단위의 배출원으로부터 대규모로 포집된 이산화탄소를 고갈된 석유/가스전 또는 대수층과 같은 심부 저류층 내로 주입함으로써 장기간 안정적으로 격리하려는 이산화탄소의 지중 저장에 대한 연구와 상업용 규모의 저장이 전세계적으로 활발하게 진행되고 있다
이산화탄소의 지중 저장에 앞서, 저장 가능량을 평가하는 것은 저장 안정성 즉, 누출 위험성 측면에서 필수적이다. 이 때, 지하(대수층)에 이산화탄소를 지중 저장하고자 하는 경우, 이산화탄소는 중력, 점성력(Viscosity), 모세관 압력(Capillary Pressure)에 의해 대수층에서 수평 또는 수직으로 전파되며, 중력, 점성력, 모세관 압력을 모두 이용하여 저장 가능량을 평가하여야 한다. 이는 도 1에 도시된 바와 같다.
한편, 종래 기술의 경우, 중력, 점성력 및 모세관 압력 중 2가지 힘을 이용하여 이산화탄소의 유동 성능을 측정하였다. 즉, 종래의 방법에서는 중력, 점성력 및 모세관 압력 중 2가지 힘을 이용한 Capillary Number, Bond Number, Gravity Number를 이용해서 이산화탄소의 유동을 분석하였다.
하지만, Capillary Number를 이용한 이산화탄소의 저장량 평가 모델에서는 점성력과 모세관 압력 만을 고려하기 때문에 중력의 영향에 따라 평가 모델이 달라지게 된다. 이는 도 2에 도시된 바와 같다. 마찬가지로, Bond Number를 이용한 이산화탄소의 저장량 평가 모델에서는 중력과 점성력 만을 고려하기 때문에 모세관 압력을 반영하지 못하는 단점이 있다. 이는 도 3에 도시된 바와 같다. 또한, Gravity Number를 이용한 이산화탄소의 저장량 평가 모델에서도 중력과 점성력 만을 고려하기 때문에 모세관 압력의 영향을 반영하지 못한다. 이는 도 4에 도시된 바와 같다.
따라서, 종래 기술의 경우, 정확하게 이산화탄소의 지중 저장량을 분석하지 못하는 단점이 있다.
상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 중력, 점성력 및 모세관 압력을 모두 이용하여 지하 매질 일례로, 대수층(aquifer)에 주입된 이산화탄소의 거동을 분석함으로써 지하 매질에 이산화탄소의 지중 저장량을 평가 내지 산출하는 장치 및 방법과, 상기 방법을 수행하기 위한 기록 매체를 제안하고자 한다.
본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 프로세서가 포함된 장치에서 수행되며, 지하에 이산화탄소를 지중 저장하기 위한 이산화탄소 지중 저장량을 산출하는 방법에 있어서, 상기 지하 매질의 점성력(Viscosity) 및 상기 지하 매질의 모세관 압력(Capillary Pressure)의 비율을 나타내는 Capillary Number를 산출하는 단계; 중력 및 상기 지하 매질의 점성력의 비율을 나타내는 Bond Number를 산출하는 단계; 및 상기 Capillary Number, 상기 Bond Number 및 상기 지하 매질의 정상 유동 상태에서의 이산화탄소의 상대 투과도(Relative Permeability)를 이용하여 상기 이산화탄소 지중 저장량을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 지중 저장량 산출 방법이 제공된다.
상기 이산화탄소 지중 저장량을 산출하는 단계는, 아래의 수학식을 이용하여 지중 저장량 파라미터를 산출하고, 상기 산출된 지중 저장량 파라미터와 일대일로 대응되는 상기 지하 매질의 이산화탄소 저장 포화값을 산출하되, 상기 이산화탄소 저장 포화값이 상기 이산화탄소의 지중 저장량일 수 있다.
Figure 112017075810317-pat00001
여기서, NGVC는 상기 지중 저장량 파라미터, NCa는 상기 Capillary Number, 상기 krCO2(Swir)는 상기 정상 유동 상태에서의 이산화탄소 상대 투과도, N Bo 는 상기 Bond Number를 각각 의미함.
상기 Capillary Number는 아래의 수학식과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112017075810317-pat00002
여기서, VCO2는 상기 지하 매질의 이산화탄소의 공극수유속(Interstitial Velocity), μco2는 상기 지하 매질의 점성력, σ는 상기 지하 매질 내의 이산화탄소와 물 사이의 계면 장력(Interfacial Tension), θ는 상기 지하 매질 내의 이산화탄소와 물과 암석 사이의 접촉각(Contact Angle)을 각각 의미함.
상기 Bond Number는 아래의 수학식과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112017075810317-pat00003
여기서, k는 상기 지하 매질의 투과도, φ는 상기 지하 매질의 공극율, △ρ는 상기 지하 매질에서의 이산화탄소의 물 사이의 밀도 차이, g는 중력, ▽Z는 상기 지하 매질 내의 이산화탄소와 물 간의 높이 차에 대한 경사(gradient), σ는 상기 지하 매질 내의 이산화탄소와 물 사이의 계면 장력, θ는 상기 지하 매질 내의 이산화탄소와 물과 암석 사이의 접촉각을 각각 의미함.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 지하 매질에 이산화탄소를 지중 저장하기 위한 이산화탄소 지중 저장량을 산출하는 장치에 있어서, 프로세서;를 포함하되, 상기 프로세서는, 상기 지하 매질의 정상 유동 상태에서의 이산화탄소의 상대 투과도를 통해 중력, 상기 지하 매질의 점성력 및 상기 지하 매질의 모세관 압력을 모두 이용하여 상기 이산화탄소 지중 저장량을 산출하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소의 지중 저장량 산출 장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 지하 매질에 이산화탄소를 지중 저장하기 위한 이산화탄소 지중 저장량을 산출하기 위하여 디지털 처리 장치에 의해 실행될 수 있는 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현되어 있으며 디지털 처리 장치에 의해 판독될 수 있는 기록매체로서, 상기 지하 매질의 점성력 및 상기 지하 매질의 모세관 압력 모세관의 비율을 나타내는 Capillary Number를 산출하는 단계; 중력 및 상기 지하 매질의 점성력의 비율을 나타내는 Bond Number를 산출하는 단계; 및 상기 Capillary Number, 상기 Bond Number 및 상기 지하 매질의 정상 유동 상태에서의 이산화탄소 상대 투과도를 이용하여 상기 이산화탄소 지중 저장량을 산출하는 단계;를 수행하는 것을 특징으로 하는 기록매체가 제공된다.
본 발명에 따르면, 중력, 점성력 및 모세관 압력을 모두 이용하여 지하 매질 일례로, 대수층(aquifer)에 주입된 이산화탄소의 거동을 분석함으로써 지하 매질에 이산화탄소의 지중 저장량을 평가하는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1 내지 도 4는 종래의 기술을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소의 지중 저장량 산출 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소의 지중 저장량을 산출하는 방법의 흐름도를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명이 일 실시예에 따른 이산화탄소 저장 포화값과 지중 저장량 파라미터의 관계를 나타내는 그래프를 도시한 도면이다.
도 8 내지 도 9는 본 발명에 따른 시뮬레이션 과정을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
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.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소의 지중 저장량 산출 장치(500)의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소의 지중 저장량 산출 장치(500)는 메모리(510) 및 프로세서(520)를 포함한다.
메모리(510)는 컴퓨터 저장 매체중의 하나로서 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함하여 구성될 수 있다. 그리고, 메모리(510)에는 이산화탄소의 지중 저장량을 산출하기 위한 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있다.
프로세서(520)는 기본적인 산술, 로직 및 입출력 연산을 수행함으로써, 컴퓨터 프로그램의 명령을 처리하도록 구성될 수 있다. 이 때, 프로세서(520)는 메모리(510)에 저장된 컴퓨터 프로그램을 실행하여 산술, 로직 및 입출력 연산을 수행할 수 있다.
이하, 프로세서(520)를 중심으로 이산화탄소의 지중 저장량 산출 장치(500)에서 수행되는 이산화탄소의 지중 저장량을 산출하는 동작을 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소의 지중 저장량을 산출하는 방법(즉, 이산화탄소의 지중 저장량 산출 장치(500)에서 수행되는 동작)의 흐름도를 도시한 도면이다. 한편, 이산화탄소는 지하에 저장되며, 일례로, 일례로 대수층에 저장될 수 있다. 이하, 각 구성 요소 별로 수행되는 과정을 상세하게 설명하기로 한다.
먼저, 단계(610)에서, 프로세스(520)는 지하 매질의 점성력(Viscosity) 및 지하 매질의 모세관 압력(Capillary Pressure)의 비율을 나타내는 Capillary Number를 산출한다.
다음으로, 단계(620)에서, 프로세서(520)는 중력 및 지하 매질의 점성력의 비율을 나타내는 Bond Number를 산출한다.
계속하여, 단계(630)에서, 프로세서(520)는 지하 매질의 정상 유동 상태에서의 이산화탄소의 상대 투과도(Relative Permeability)를 산출한다.
한편, 단계(610) 내지 단계(630)의 수행 순서는 임의적인 것으로서, 단계들(610 내지 630)의 수행 순서는 서로 바뀔 수 있다. 다시 말해, 단계(610)→단계(620)→단계(630)의 순서로 단계들이 진행될 수도 있지만, 단계(620)→단계(610)→단계(630)의 순서로 단계들이 진행될 수도 있고, 단계(620)→단계(630)→단계(610)의 순서로 단계들이 진행될 수도 있으며, 기타 다양한 순서로 단계들(610 내지 630)이 진행될 수 있다.
그리고, 단계(610) 내지 단계(630)는 지하 매질에서 채취한 코어 시료를 이용하여 산출 과정들이 수행될 수 있다. 즉, 지하 매질의 점성력, 지하 매질의 모세관 압력 및 지하 매질의 정상 유동 상태에서의 이산화탄소의 상대 투과도는 지하 매질에서 채취한 코어 시료를 분석하여 산출될 수 있다.
그 후, 단계(640)에서, 프로세서(520)는 Capillary Number, Bond Number 및 지하 매질의 정상 유동 상태에서의 이산화탄소 상대 투과도를 이용하여 이산화탄소 지중 저장량을 산출한다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소의 지중 저장량 산출 장치(500) 및 방법은 지하 매질의 정상 유동 상태에서의 이산화탄소의 상대 투과도를 통해 중력, 지하 매질의 점성력 및 지하 매질의 모세관 압력을 모두 이용하여 이산화탄소 지중 저장량을 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 단계(640)에서, 프로세서(520)는 아래의 수학식 1을 이용하여 지중 저장량 파라미터를 산출하고, 상기 산출된 지중 저장량 파라미터를 이용하여 이산화탄소 지중 저장량을 산출할 수 있다.
Figure 112017075810317-pat00004
여기서, NGVC는 지중 저장량 파라미터, NCa는 Capillary Number, krCO2(Swir)는 정상 유동 상태에서의 이산화탄소 상대 투과도, N Bo 는 Bond Number를 각각 의미한다.
보다 상세하게, 산출된 지중 저장량 파라미터는 도 7에 도시된 바와 같이 이산화탄소 저장 포화값과 일대일로 매칭될 수 있으며, 이산화탄소 저장 포화값이 이산화탄소의 지중 저장량일 수 있다. 이 때, 지중 저장량 파라미터와 이산화탄소 저장 포화값의 관계(그래프)는 하나의 곡선 형태를 가지며, 이는 실험을 통해 결정될 수 있다.
이 경우, 무차원수인 Capillary Number는 아래의 수학식 2와 같이 표현될 수 있고, 무차원수인 Bond Number는 아래의 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112017075810317-pat00005
Figure 112017075810317-pat00006
여기서, VCO2는 지하 매질의 이산화탄소의 공극수유속(Interstitial Velocity), μco2는 지하 매질의 점성력, σ는 지하 매질 내의 이산화탄소와 물 사이의 계면 장력(Interfacial Tension), θ는 지하 매질 내의 이산화탄소와 물과 암석 사이의 접촉각(Contact Angle), k는 지하 매질의 투과도, φ는 지하 매질의 공극율, △ρ는 지하 매질에서의 이산화탄소의 물 사이의 밀도 차이, g는 중력, ▽Z는 지하 매질 내의 이산화탄소와 물 간의 높이 차에 대한 경사(gradient)를 각각 의미한다.
요컨대, 본 발명은 종래에 개시된 Capillary Number 및 Bond Number와, 본 발명자가 도출한 지하 매질의 정상 유동 상태에서의 이산화탄소의 상대 투과도를 이용하여 중력, 점성력 및 모세관 압력을 모두 반영한 이산화탄소의 지중 저장량을 산출할 수 있다.
즉, 아래에서 설명하는 바와 같이, 본 발명에서는 Leverett J-function과 Capillary Pressure 이론을 근거로 무차원수인 지중 저장량 파라미터를 새롭게 유도하여 적용하였다. 이 때, 지중 저장량 파라미터는 중력, 점성력, 모세관 압력의 세가지 힘을 동시에 고려하는 모델(수학식 1)로서, 종래의 두 가지 힘만을 고려하는 무차원수를 이용한 평가 방법보다 지층의 특성을 포괄적으로 반영할 수 있는 장점을 가지고 있다. 또한, 이산화탄소 주입기간 동안, 본 발명의 모델(수학식 1)을 이용하여 저장 대상층의 특성과 주입 조건에 따른 유동패턴을 파악할 수 있으며, 저장 효율을 극대화시킬 수 있으며, 유동 패턴을 형성하기 위한 주입 최적화를 수행할 수 있다.
이하, 본 발명의 모델(수학식 1)의 유도 과정을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
먼저, 달시 법칙(Darcy's　law)은 다공성 매질을 통과하는 유체의 단위 시간당 유량과 유체의 점성, 유체가 흐르는 거리와 그에 따르는 압력 차이 사이의 비례 관계를 의미하는 것으로서, 이산화탄소 및 물 각각의 달시 속도(Darcy velocity)는 아래의 수학식 4와 같이 표현된다.
Figure 112017075810317-pat00007
여기서, ▽PCO2는 지하 매질에서의 이산화탄소에 대한 압력 경사 벡터(pressure gradient vector), ρCO2는 지하 매질에서의 이산화탄소의 밀도, krw는 지하 매질에서의 물의 상대 투과도, ▽PW는 지하 매질에서의 물의 대한 압력 경사 벡터, ρW는 지하 매질에서의 물의 밀도를 의미하고, 나머지 파라미터는 앞서 설명한 바와 같다.
이 때, 수학식 4를 ▽PCO2 및 ▽PW에 대해 정리하면 아래의 수학식 5와 같다.
Figure 112017075810317-pat00008
한편, Capillary Pressure는 유체와 튜브의 단단한 벽 사이의 힘의 상호 작용으로 인해 얇은 튜브(모세관)에서 존재하는 두 개의 비혼합 유체 사이의 압력을 의미하며, 이는 아래의 수학식 6과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112017075810317-pat00009
여기서, PC는 모세관 압력, PCO2는 이산화탄소의 압력, PW는 물의 압력을 각각 의미한다.
이 때, 상기한 수학식 5를 수학식 6에 적용하면, 아래의 수학식 7과 같이 표현된다.
Figure 112017075810317-pat00010
한편, Leverett J-function는 모세관 압력을 나타내는 물 포화도의 무 차원 함수로서, 이는 아래의 수학식 8과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112017075810317-pat00011
여기서, J(SW)는 Leverett J-function를 의미한다.
그리고, J(SW)를 PC*으로 정의하면, PC는 아래의 수학식 9과 같이 유도되고, ▽PC는 아래의 수학식 10과 같이 유도된다.
Figure 112017075810317-pat00012
Figure 112017075810317-pat00013
한편, ▽*를 아래의 수학식 11과 같이 정의하면, ▽PC는 아래의 수학식 12와 같이 유도된다.
Figure 112017075810317-pat00014
Figure 112017075810317-pat00015
이 때, 수학식 7과 수학식 12는 ▽PC에 대한 수학식이므로, 수학식 7과 수학식 12를 연립하면, 아래의 수학식 13과 같이 ▽*PC*에 관한 수학식을 유도할 수 있다.
Figure 112017075810317-pat00016
이 때, 공극 수유속(interstitial velocity)는 아래의 수학식 14와 같이 관계를 가지므로, 수학식 13은 아래의 수학식 15와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112017075810317-pat00017
Figure 112017075810317-pat00018
여기서, Vw는 지하 매질의 물의 공극수유속을 의미한다.
이 때, ▽Z는 아래의 수학식 16과 같은 관계를 가지므로, 수학식 15는 아래의 수학식 17과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112017075810317-pat00019
Figure 112017075810317-pat00020
이 때, 지하 매질에 이산화탄소를 계속적으로 주입하면, 물의 공극수유속이 "0"이 되고, 이는 물이 이동하지 않는, 즉 수위가 더 이상 변하지 않는 정상 유동 상태가 된다. 이 경우, 수학식 17은 아래의 수학식 18과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112017075810317-pat00021
이 때, 지중 저장량 파라미터(NGVC)를 "-▽*PC*"로 정의하면, 상기한 수학식 1이 도출되며, 수학식 1은 Capillary Number(NCa), Bond Number(NBo), Gravity Number(NG)가 모두 반영된 수학식이다.
이하, 도 8 및 도 9를 참조하여, 본 발명에 따른 시뮬레이션 과정을 설명한다.
먼저, 지하 매질인 투과도가 불균질한 대수층을 도 8과 같이 도시하였고, 이산화탄소 주입속도, 유체 밀도차, 계면 장력을 표 1에 나타낸 범위에서, 30개의 경우에 대해 시뮬레이션을 수행하였다.
Figure 112017075810317-pat00022
이 때, 종래의 Capillary Number를 활용한 저장량 평가 기법의 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 중력에 의한 영향에 따라 여러 곡선이 산출되었는바, 단일 평가 곡선을 얻을 수 없었으며, Bond Number를 활용한 저장량 평가 기법의 경우, 도 3에 도시된 바와 같이 마찬가지로 모세관 압력에 따라 여러 곡선이 산출되었는바 단일 평가 곡선을 얻을 수 없었다.
하지만, 도 9을 참조하면, 본 발명의 경우, 이산화탄소 포화율과 지중 저장량 파라미터(NGVC)의 관계는 하나의 곡선 위에 나타낼 수 있었고, 다양한 점성력, 중력, 모세관 압력에서도 하나의 곡선으로 표현됨을 확인할 수 있었다.
또한, 지중 저장량 파라미터(NGVC)의 값에 따라 대수층에서 이산화탄소의 유동패턴을 분류할 수 있었다. 영역 I에 해당하는 부분은 지중 저장량 파라미터(NGVC)가 7.2×10-8 이하일 때이며, 중력에 의한 유동이 지배적으로 나타났다. 영역 II에 해당하는 부분은 지중 저장량 파라미터(NGVC)가 1.9×10-7 이상일 때이며, 점성력에 의한 유동이 지배적으로 나타남을 확인할 수 있었고, 영역 I에서 영역 II로 갈수록 더 많은 이산화탄소를 포획할 수 있는 것으로 나타났다. 이 결과를 토대로 지중 저장량 파라미터(NGVC)가 영역 II의 값을 가지도록 주입 조건을 변경하여 이산화탄소의 저장량을 최적화할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 일 실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (8)

  1. 프로세서가 포함된 장치에서 수행되며, 지하 매질에 이산화탄소를 지중 저장하기 위한 이산화탄소 지중 저장량을 산출하는 방법에 있어서,
    상기 지하 매질의 점성력(Viscosity) 및 상기 지하 매질의 모세관 압력(Capillary Pressure)의 비율을 나타내는 Capillary Number를 산출하는 단계;
    중력 및 상기 지하 매질의 점성력의 비율을 나타내는 Bond Number를 산출하는 단계; 및
    상기 Capillary Number, 상기 Bond Number 및 상기 지하 매질의 정상 유동 상태에서의 이산화탄소의 상대 투과도(Relative Permeability)를 이용하여 상기 이산화탄소 지중 저장량을 산출하는 단계;를 포함하되,
    상기 이산화탄소 지중 저장량을 산출하는 단계는, 아래의 수학식을 이용하여 지중 저장량 파라미터를 산출하고, 상기 산출된 지중 저장량 파라미터와 일대일로 대응되는 상기 지하 매질의 이산화탄소 저장 포화값을 산출하되, 상기 이산화탄소 저장 포화값이 상기 이산화탄소의 지중 저장량인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 지중 저장량 산출 방법.

    Figure 112019010734919-pat00036


    여기서, NGVC는 상기 지중 저장량 파라미터, NCa는 상기 Capillary Number, 상기 krCO2(Swir)는 상기 정상 유동 상태에서의 이산화탄소 상대 투과도, NBo는 상기 Bond Number를 각각 의미함.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 Capillary Number는 아래의 수학식과 같이 표현되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 지중 저장량 산출 방법.

    Figure 112019010734919-pat00024


    여기서, VCO2는 상기 지하 매질의 이산화탄소의 공극수유속(Interstitial Velocity), μco2는 상기 지하 매질의 점성력, σ는 상기 지하 매질 내의 이산화탄소와 물 사이의 계면 장력(Interfacial Tension), θ는 상기 지하 매질 내의 이산화탄소와 물과 암석 사이의 접촉각(Contact Angle)을 각각 의미함.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 Bond Number는 아래의 수학식과 같이 표현되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 지중 저장량 산출 방법.

    Figure 112019010734919-pat00025


    여기서, k는 상기 지하 매질의 투과도, φ는 상기 지하 매질의 공극율, △ρ는 상기 지하 매질에서의 이산화탄소의 물 사이의 밀도 차이, g는 중력, ▽Z는 상기 지하 매질 내의 이산화탄소와 물 간의 높이 차에 대한 경사(gradient), σ는 상기 지하 매질 내의 이산화탄소와 물 사이의 계면 장력, θ는 상기 지하 매질 내의 이산화탄소와 물과 암석 사이의 접촉각을 각각 의미함.
  5. 지하 매질에 이산화탄소를 지중 저장하기 위한 이산화탄소 지중 저장량을 산출하는 장치에 있어서,
    상기 지하 매질의 점성력 및 상기 지하 매질의 모세관 압력 모세관의 비율을 나타내는 Capillary Number를 산출하고, 중력 및 상기 지하 매질의 점성력의 비율을 나타내는 Bond Number를 산출하고, 상기 Capillary Number, 상기 Bond Number 및 상기 지하 매질의 정상 유동 상태에서의 이산화탄소의 상대 투과도를 이용하여 상기 이산화탄소 지중 저장량을 산출하는 프로세서;를 포함하되,
    상기 프로세서는, 아래의 수학식을 이용하여 지중 저장량 파라미터를 산출하고, 상기 산출된 지중 저장량 파라미터와 일대일로 대응되는 상기 지하 매질의 이산화탄소 저장 포화값을 산출하되, 상기 이산화탄소 저장 포화값이 상기 이산화탄소의 지중 저장량인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 지중 저장량 산출 장치.

    Figure 112019010734919-pat00037


    여기서, NGVC는 상기 지중 저장량 파라미터, NCa는 상기 Capillary Number, 상기 krCO2(Swir)는 상기 정상 유동 상태에서의 이산화탄소 상대 투과도, NBo는 상기 Bond Number를 각각 의미함.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 지하 매질에 이산화탄소를 지중 저장하기 위한 이산화탄소 지중 저장량을 산출하기 위하여 디지털 처리 장치에 의해 실행될 수 있는 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현되어 있으며 디지털 처리 장치에 의해 판독될 수 있는 기록매체로서,
    상기 지하 매질의 점성력 및 상기 지하 매질의 모세관 압력 모세관의 비율을 나타내는 Capillary Number를 산출하는 단계;
    중력 및 상기 지하 매질의 점성력의 비율을 나타내는 Bond Number를 산출하는 단계; 및
    상기 Capillary Number, 상기 Bond Number 및 상기 지하 매질의 정상 유동 상태에서의 이산화탄소의 상대 투과도를 이용하여 상기 이산화탄소 지중 저장량을 산출하는 단계;를 수행하되,
    상기 이산화탄소 지중 저장량을 산출하는 단계는, 아래의 수학식을 이용하여 지중 저장량 파라미터를 산출하고, 상기 산출된 지중 저장량 파라미터와 일대일로 대응되는 상기 지하 매질의 이산화탄소 저장 포화값을 산출하되, 상기 이산화탄소 저장 포화값이 상기 이산화탄소의 지중 저장량인 것을 특징으로 하는 기록매체.

    Figure 112019010734919-pat00038


    여기서, NGVC는 상기 지중 저장량 파라미터, NCa는 상기 Capillary Number, 상기 krCO2(Swir)는 상기 정상 유동 상태에서의 이산화탄소 상대 투과도, NBo는 상기 Bond Number를 각각 의미함.
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■ Szczepan Polak 외 3, ‘An experimental investigation of the balance between capillary, viscous and gravitational forces during CO2 injection into saline aquifers’ (Energy Procedia 4, 2011.12.31.) pp 4

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