실험결과와의 비교·검증으로부터 구축된 전산수치 모델을 활용하여 다양한 가스하이드레이트포화율 조건(10∼80%)에서의 해리 거동과 생산성을 파악하고 자 하였다. 이를 위해 H2(Sh=0.51)와 동일한 초기온도 및 압력, 퇴적층의 물성, 감압조건에서 전산수치해석을 수행하였으며, Fig. 14와 같이 가스 및 물의 생산 변화를 파악하였다.
가스하이드레이트포화율이 증가함에 따라 40시간동안 생산되는 총 가스의 양 은 증가하였으며, 80% 포화율 조건에서는 가스 및 물 생산이 이루어지지 않았 다. 또한 약 50% 이상의 조건에서부터 가스하이드레이트 해리가 지연되어 가스 및 물 생산이 늦어지는 경향을 보였다. Fig. 15와 같이 가스 생산량을 비교해 본 결과 70% 이상의 조건에서는 가스 생산이 불안정한 것을 파악하였으며, 60% 이상에서 해리 가스의 생산으로 인하여 가스 생산이 증가하는 시점이 지 연되는 것을 확인할 수 있었다. 이를 통해 50∼60% 가스하이드레이트포화율에 서 한계 가스하이드레이트포화율이 존재할 것으로 사료된다.
한계 가스하이드레이트포화율로 사료되는 50%와 60%에서의 압력, 온도, 가스 하이드레이트포화율, 가스포화율에 대한 분포를 파악하였다(Fig. 16, Fig. 17).
가스하이드레이트포화율 50%에서는 감압적용에 따른 압력전파가 빠르게 발생 하여 실험 Cell 내 모든 구간에서 동일하게 압력 감소가 발생하는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 60% 조건에서는 초기의 낮은 유체투과도로 인해 압력전파가 느리게 발생하는 것을 파악할 수 있었다. 온도분포의 경우 두 포화율 조건에서 가스하이드레이트 해리에 따른 온도 감소현상을 확인할 수 있으며, 가스하이드 레이트포화율과 가스포화율 분포를 통해 60% 조건에서는 압력전파의 지연으로 인해 가스하이드레이트 해리가 생산지점 부근에서부터 발생하는 것을 파악할 수 있었다.
(a) Gas
(b) Water
Fig. 14 Cumulative production depending on gas hydrate saturation
Fig. 15 Dissociation gas rate depending on gas hydrate saturation
Time (hr)
Pressure (psi)
Temperature (℃)
Gas Hydrate
Saturation Gas Saturation
1
5
6
7
8
9
10
20
40
60
Fig. 16 Spatial distribution of 50% gas hydrate saturation
Time (hr)
Pressure (psi)
Temperature (℃)
Gas Hydrate
Saturation Gas Saturation
1
5
6
7
8
9
10
20
40
60
Fig. 17 Spatial distribution of 60% gas hydrate saturation
Fig. 18은 실험시스템의 생산지점과 주입지점에서 시간에 따른 압력변화를 나 타내었으며, 50% 조건에서 가스하이드레이트 해리에 의해 약 4시간에서 생산지 점과 주입지점의 압력차가 미소하게 발생하였다. 60% 포화율 조건에서는 낮은 유체투과도로 인해 압력전파가 지연되는 것을 확인할 수 있었으며, 해리가 시 작되는 약 4시간부터 두 지점의 압력차가 커지기 시작하였다. 감압 적용 7시간 이후에는 두 지점의 압력차가 약 210psi까지 발생하였다. 가스하이드레이트 해 리의 영향으로 유체투과도가 회복되어 두 지점의 압력차가 감소하며, 가스하이 드레이트 해리가 완료된 10시간에서는 실험시스템 내 모든 구간의 압력이 동일 하게 감소하였다. Fig. 19는 생산지점과 중앙지점(x=1in, y=0.5in), 주입지점의 가 스하이드레이트 해리에 따른 온도변화를 나타냈었으며, 가스하이드레이트포화 율이 큰 60% 조건에서 실험시스템 내 온도 감소는 더 크게 발생하는 것을 파 악할 수 있었다.
(a) Gas hydrate saturation 50%
(b) Gas hydrate saturation 60%
Fig. 18 Pressure changes of mini pressure cell according to gas hydrate saturation
(a) Production point
(b) Middle point of mini pressure cell
(c) Injection point
Fig. 19 Temperature changes of mini pressure cell according to gas hydrate saturation
제 4 장 중규모 생산모사 실험 전산수치해석
미니 고압 Cell 실험 및 전산수치해석을 통해 파악된 한계 가스하이드레이트 포화율에 대하여 현장 적용성 확장을 위해 구축된 중규모 가스하이드레이트 생 산모사 실험시스템을 반영한 전산수치 모델(길성민 등, 2016)을 활용하여 가스 하이드레이트포화율 50%와 60%에서의 생산성 및 해리 거동을 파악하고자 하였 다.