In this study, a thermo, hydro and also geomechanically coupled simulation code was developed to analyze the behaviors of hydrate reservoirs. Explicit Euler scheme- based finite volume method was used to construct the simulation code. The explicit (two-way) coupling scheme was utilized to couple geomechanics and flow – thermal problem. Two verification problems were tackled to secure the reliability of the developed code, proving that the code shows satisfying degree of conformity with analytical solutions and also good match with results from other numerical software or from actual laboratory experiments. Once verified, the code is used to perform a 50-day natural gas production simulation on a multi-layered, offshore hydrate reservoir. The major aim of this numerical study was to identify a multi-layered hydrate reservoir system’s unique geomechanical behaviors during depressurization-induced gas production. Important findings from the 50-day simulation are as follows: First, gas hydrate selectively and rapidly dissociates along the clay – sand layer interfaces. Second, the presence of the layer interfaces causes faster sediment consolidation (compaction) within the sediment near the layer interfaces. Third, zones of excessive shear develop along the layer interfaces. And lastly, fourth, a conjecture was made that there would be an “asymptotic” maximum shear induced by depressurization. Presumably, the asymptotic value might be proportional to the magnitude of depressurization. In addition, two hydrate reservoir models with different layering structure were compared in terms of their production and mechanical behaviors. The comparison revealed that, although a “densely” layered reservoir shows more favorable gas production behaviors, it also exhibits more intense geomechanical responses against depressurization. Noting that not only production behaviors but also geomechanical stability of hydrate reservoirs are predominantly affected by their sediment layering structure, it appears that accurate sediment profiling should be engaged in numerical hydrate reservoir simulations to reliably predict T-H-M responses of the hydrate reservoir.
하이드레이트 저류층의 거동을 모사할 수 있도록 열–수리–역학적으로 연계 된 시뮬레이션 코드가 개발되었다. 코드는 오일러 양해법에 기반한 유한체적법을 기반으로 설계되었고, 지오메카닉스 해석과 열-수리 해석의 연계를 위해 explicit two-way coupling scheme가 활용되었다. 예제 문제를 풀어 개발된 코드를 검증한 후, 해당 코드를 이용하여 교호 퇴적구조를 갖는 하이드레이트 저류층에 대한 메탄가스 생산 시뮬레이션을 진행하였다. 50일의 동안의 생산 시나리오가 가정되었으며, 시뮬레이션을 통해 얻어진 주요 관측 결과는 다음과 같다: 첫번째, 하이드레이트 비부존 점토층과 하이드레이트 부존 사질토층의 경계면을 따라 하이드레이트 해리가 선택적으로 발생한다. 두번째, 퇴적층 경계면의 존재는 주변 퇴적층에서의 압밀을 촉진 시킨다. 세번째, 퇴적층 경계면을 따라 전단의 집중이 발생한다. 추가적으로, 서로 다른 교호 퇴적구조를 갖는 두개의 저류층 모델이 비교되었다. 그 결과, 교호 구조가 촘촘해질수록 초기 50일 동안의 가스 생산성이 높아지지만 그에 비례해 지반 불안정성 또한 증가함을 확인하였다. 이러한 관측은, 보다 신뢰성 있는 하이드레이트 저류층 시뮬레이션을 위해선 정확한 층서모델이 입력되어야 함을 명시한다.
