인공 열극을 이용한 지하유류비축 공동 주변 클로깅 발생 모사 실험
Experimental Simulation on Clog Formation around Underground Hydrocarbon Storage Caverns Using Artificial Fractures
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초록
암반 열극이 막히는 클로깅(clogging) 현상은 원활한 주입수 흐름을 저해함으로써 수장막 시스템을 채용한 지하 유류비축기지의 안정적 운영을 위협하는 요소이다. 이 연구에서는 결정질 암석 코어에 인위적으로 균열면을 형성하여 열극을 흐르는 주입수 흐름을 모사한 실험을 수행하였다. 2가철 용액, 미생물 영양액, 삼출수 처리수의 세 가지 원인 요소를 주입수에 제공한 후 발생하는 클로깅 현상을 관찰하였다. 실험 결과, 세 유형 모두 클로깅 현상에 의한 간극 폐색으로 인하여 시간이 경과하며 배출수량이 급격히 감소하였다. 2가철 주입수의 경우, 산화에 의해 형성된 3가철 (수)산화물이 열극 표면에 침적되어 물의 흐름을 저해하였다. 미생물 영양분을 주입한 경우, 바이오필름 형성이 클로깅의 주된 원인이었으며 자연 지하수가 공업용수에 비하여 더욱 급속하게 클로깅을 유발하였다. 살균제 주입은 자유유영 세균의 살균에는 효과적이나 바이오필름 상태의 미생물 제거에는 효과가 미약했다. 삼출수 처리수를 주입한 경우 나타나는 클로깅은 처리수 내 존재하는 탄소원으로 인한 미생물 성장 또는 처리수 내 부유물의 물리적 침전에 의한 것으로 보였다.
Abstract
Fracture clogging which is a main threat to safe and stable operation of underground hydrocarbon storage caverns was investigated using experimental simulation. Three types of solutions - Fe^(2+) solution, nutrient for bacteria, and treated cavern water - were made to flow through artificial fractures in crystalline rock cores under constant pressure. All solutions led to decrease in effluent volume through the cores over time due to clogging development. For Fe^(2+) solution, the main cause of clogging was oxidative precipitation of Fe(III)-(hydr)oxides. Biofilms formed when nutrient provided and resulted in decrease of effluent volume over time. The rate of bioclogging formation was faster in natural groundwater than in industrial water. The use of bactericide was not effective to remove biofilm but only planktonic bacteria. When treated cavern water was used as injected water, clogging occurred as well likely due to precipitation of colloidal suspensions.
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