Geological Carbon Storage is one of the promising methods for reducing the atmospheric carbon dioxide concentration, which is injecting the carbon dioxide to subsurface. As the interest on GCS increases, it becomes more important to predict the behavior of injected $CO_2$. This research focused on predicting two-phase flow in pore-scale, when capillary force was dominant. For some limitations in lab-scale experiments, pore network simulation was used extracted by maximal ball algorithm. In this study, the flow simulation system was developed based on Hagen-Poiseuille equation and Young-Laplace equation. Using the developed pore network simulation, primary drainage was simulated. The results of pore network simulation were compared to those of the experiment including oil invasion experiment into the Berea sandstone and $scCO_2$ invasion experiment into the Domengine sandstone. The absolute permeability of the Berea sandstone was used in the determination of throat length coefficient ($\alpha$) and throat length coefficient was determined to 1. The oil invasion simulation results confirm the fact that as the pressure difference increases, residual oil saturation increases. The relative permeability with respect to degree of oil saturation shows similar tendency of general results of Berea sandstone with exception in low oil saturation. The oil relative permeability in low oil saturation was underestimated. In conclusion, the comparison results figure out that flow simulation gives reasonable results except when oil saturation is low. The $scCO_2$ invasion to the brine-saturated Domengine sample was also simulated. For the computational convenience, one subvolume of nine subvolumes were selected to flow simulation. Representative elementary volume test was conducted for porosity and absolute permeability to determine if subvolume 3 was sufficient to characterize the whole Domengine sample. Both porosity and absolute permeability converged to 22% and 2000 mD respectively, as elementary volume increased. The distribution of $scCO_2$ from flow simulation was compared to that of X-ray microCT images. As a result, it was confirmed that the developed flow simulation gives the reliable results in hydraulic properties and the pattern of displacement.
이산화탄소 지중 저장 기법은 공기 중 이산화탄소 농도를 줄이기 위한 방안 중 하나로써, 이산화탄소를 지중에 주입하여 이를 저장하는 방법이다. 이산화탄소 주입 시 많은 양의 이산화탄소가 모세관 힘에 의해 저장되므로, 이산화탄소 지중 저장의 효율을 예측하기 위해 모세관 힘이 지배적일 때 유체의 흐름 특성을 파악하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 실험적으로 재현하기 힘든 고온 고압 조건에서 이상 유체 흐름을 예측하기 위해 공극 네트워크 모델링을 개발하였다. X-ray CT 장비를 이용하여 얻은 실제 암반의 3차원 구조를 최대 구 알고리즘을 이용하여 구와 원통으로 이루어진 공극 네트워크로 단순화한 후, Hagen-Poiseuille 식과 Young-Laplace 식에 기반하여 이상 유체의 흐름을 예측하였다. 개발한 공극 네트워크 모델로 기존의 실험을 모사하고 그 결과 값을 실험 결과와 비교함으로써 공극 네트워크 모델링을 검증하였다. 베레아 사암의 절대투과도 결과값을 이용하여 실린더(throat)의 길이 계수를 1로 정하였다. 물로 포화된 베레아 사암에 석유를 주입하는 실험을 모사했을 때, 주입하는 압력이 증가할수록 정상상태에서의 석유 포화도가 증가한다는 것을 확인하였다. 모델링에 사용된 베레아 사암과 비슷한 특성을 가지는 베레아 사암의 상대투과도 값과 모델링을 이용하여 도출한 상대투과도 값을 비교했을 때 전반적인 경향성은 유사했으나 석유 포화도가 낮을 때 상대투과도 값이 모델링에서 과소평가되었다. 이산화탄소 지중 저장을 모사하기 위해, 공극 네트워크 모델링으로 염수로 포화된 도멘진 사암에 초임계 이산화탄소를 주입하는 실험을 모사하였다. 효율적인 계산을 위해 전체 도멘진 샘플을 9부분으로 나누어 그 중 3번째 서브볼륨을 이용하여 모델링을 진행하였다. 서브볼륨3가 전체 샘플의 특성을 대변하기에 충분한 지 결정하기 위해 전체 부피를 증가시키면서 공극률과 절대투과율을 계산하였다. 결과적으로 서브볼륨3보다 작은 부피에서 공극률과 절대투과율이 각각 22%와 2D에 수렴하여 서브볼륨이 전체 샘플을 대변하기에 충분한 것을 확인하였다. 실험에서 X-ray CT를 이용하여 구한 초임계 이산화탄소의 분포와 모델링을 이용하여 구한 이산화탄소의 분포를 비교했을 때 이산화탄소의 포화도가 과소평가되는 경향성이 있으나 전반적인 분포 양상은 매우 유사하였다. 결과적으로 개발된 공극 네트워크 모델로 구한 암석의 수리학적 특성과 이상 유체의 변위 패턴이 신뢰할만한 결과를 제공한다는 것을 확인하였다.
