• 대한자원환경지질학회:학술대회논문집
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• 대한자원환경지질학회 2003년도 춘계 학술발표회 논문집
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• pp.213-216
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• 2003

1990년대에 들어와서 미국을 비롯한 석탄자원 부국들은 석탄층메탄가스자원을 에너지로 이용하는데 성공하였으며 현재 그 생산과 이용규모를 빠르게 확대해 나가고 있다. 우리나라의 경우 약 15억 톤의 무연탄자원이 확인되지만 수요처 상실로 1980년대 후반부터 석탄합리화 과정을 통해 석탄생산량은 2700만 톤/년에서 400만 톤/년 이하로 급감 했으며 가행탄광 수도 350여 개에서 10개로 감소됐다. 이러한 추세로 보면 국내무연탄자원은 사실상 사장 화 될 처지에 놓이게 된 것이다. (중략)

• 자원환경지질
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• 제47권4호
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• pp.455-466
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• 2014

효율적인 석탄층 메탄가스(coalbed methane, CBM) 개발을 위해 저류층 특성이 잘 알려진 미국의 대표적인 석탄층 메탄가스 개발 분지인 산 후안(San Juan), 블랙 워리어(Black Warrior), 파우더 리버(Powder River)지역의 시추(drilling) 완결(completion) 자극(stimulation) 기법을 분석하였다. 이를 바탕으로 인도네시아 바리토(Baritio)분지에서 최적의 석탄층 메탄가스 개발 기법을 제안하였다. 이와 같은 저류층 특성에 따른 개발/생산기법 연계분석은 인도네시아 석탄층 메탄가스 저류층 특성을 고려한 경제적이고 효과적인 시추 완결 자극 기법 선정에 도움이 될 것으로 예상된다.

• 자원환경지질
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• 제46권4호
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• pp.351-358
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• 2013

석탄층 메탄가스는 채탄 석탄의 품질이 상업적으로 나쁘고, 심부에서 채굴되는 석탄층 내에 포함된 가스로서 메탄가스는 다른 화석 연료보다 더 잘 탄다. 석탄층 메탄가스(CBM) 자원에 대한 세계 매장량은 거의 추정량이지만 확정된 천연가스가 180tcm인 반면에 이는 84~377tcm 정도이다. CBM은 현재 미국, 캐나다, 호주, 중국에서 대규모로 생산되고 있다. 'Web of Science'를 이용한 CBM에 대한 학술정보 분석은 1990년 이후 22년간 검색어 'Coal bed methane*'에 대한 검색 결과 총 109건의 결과를 얻을 수 있었으며, 정보 분석 프로그램으로 CBM에 관련된 문헌을 연도별, 국가별, 연구기간별, 연구자별 현황 등으로 구분하여 분석하였다. 분석한 결과, CBM 연구는 미국이 주도하고 있으며, 다음은 인도와 호주이며, 연구 분야별 논문 발표 현황은 에너지 연료는 57편, 공학 분야는 58편 및 지질학 분야는 41편이었다.

• 자원환경지질
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• 제48권1호
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• pp.65-75
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• 2015

1980년 중반에 개발된 석탄층메탄가스(Coalbed Methane) 개발기술은 석탄층에 흡착된 메탄가스를 생산할 수 있는 기술이다. CBM은 개발이 쉽고 매장량도 풍부하다. 따라서 CBM 산업은 온실가스 배출규제에 대처할 수 있을 뿐만 아니라 에너지자원으로서의 잠재력이 매우 크다. 석탄을 개발하기 위해서는 메탄가스 폭발에 대비한 선행적 광산 보안조치로 CBM을 개발해야 한다. 그렇기 때문에 가스시장의 변동에 영향을 받지 않는 장점이 있을 뿐더러 지구온실가스 감축에도 CBM은 유리한 입장에 있다. ECBM(Enhanced Coalbed Methane)은 석탄층 메탄가스의 새로운 생산 기법으로 석탄층에 $CO_2$나 $N_2$ 가스를 주입하여 석탄에 흡착된 메탄가스를 탈착시켜 생산하는 방법이다. 특히 $CO_2$-ECBM 공법은 저탄소 녹색성장 기술로서 메탄가스의 생산성 향상뿐 만 아니라 온실가스 저감 효과도 기대할 수 있다. CBM개발은 캐나다, 호주, 중국, 인도, 인도네시아, 베트남 등 40여개 국가에서 개발이 진행되고 있고 생산량이 꾸준히 증가하고 있다. 현재의 석탄-석유 에너지원에서 비전통 가스로의 에너지 패러다임 전환에 CBM이 일조할 전망이다.

• 자원환경지질
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• 제55권3호
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• pp.261-271
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• 2022

인도네시아 칼리만탄 남동측에 위치하는 아셈-아셈분지(Asem-Asem Basin)에서 길이 540.3 m의 AA-1 시추코어를 획득하였고, 이 시추코어에 포함된 석탄층과 석탄질 셰일에서 6개의 석탄층 가스 시료를 채취하였다. 아셈-아셈분지에서 채취된 석탄층 가스의 성분, 탄소동위원소(δ¹³C_CH4, δ¹³C_C2, δ¹³C_CO2), 수소동위원소((δD_CH4), 탄화수소지표(C_HC), 이산화탄소-메탄지표(CDMI)의 분석을 통하여 이들의 기원과 메탄생성경로를 해석하였다. AA-1 시추코어는 최하부에 메라투스섭입복합체(Meratus subduction complex)의 일부로 해석되는 사문암 기반암 상부에 석탄층과 석탄질 셰일을 포함하는 쇄설성 퇴적암(SU-1)과 석회암(SU-2)이 순차적으로 놓인다. 석탄층과 석탄질 셰일(SU-1)은 소규모 하천 주변의 습지에서 형성된 것으로 해석된다. SU-1에서 채취된 석탄층 가스의 탄화수소가스를 100%로 환산한 메탄 함량은 87.35~95.29% 범위이고, 에탄 함량은 3.65~9.97% 범위이다. 석탄층 메탄의 탄소동위원소(δ¹³C_CH4) 값은 -60.3~-58.8‰ 범위이고 수소동위원소(δD_CH4) 값은 -252.9~-252.1‰ 범위이다. 석탄층 에탄의 탄소동위원소(δ¹³C_C2) 값은 -32.8~-31.2‰ 범위이고, 석탄층 이산화탄소의 탄소동위원소(δ¹³C_CO2) 값은 -8.6~-6.2‰ 범위이다. 석탄층 이산화탄소는 탄소동위원소값과 이산화탄소-메탄지표 도표에서 비생물기원(abiogenic origin)에 도시되었고, 기반암인 메라투스섭입복합체에 포함된 이산화탄소가 단층 통하여 이동된 것으로 해석된다. AA-1 시추코어 석탄층 가스의 메탄생성경로는 동위원소, 탄화수소지표, 이산화탄소-메탄지표 분석을 바탕으로 일차적인 미생물 메틸발효작용과 이산화탄소환원작용의 혼합으로 해석되며, 열기원 비해성 석탄형 가스의 영향을 받은 것으로 해석된다.

• 한국가스학회지
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• 제27권2호
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• pp.39-48
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• 2023

본 연구에서는 석탄층 메탄가스(coalbed methane, CBM)의 저류층 조건에 따른 석탄의 메탄가스 흡착량 측정 실험을 수행하였다. 인도네시아 북부 칼리만탄 섬 내 임의의 광구에서 취득한 석탄시료를 사용하여 저류층 조건(상압 ~ 1,200 psi 압력범위, 15 ~ 45℃ 온도 범위)에서 탄층 입자에 대한 가스흡착량을 측정하였으며, 취득된 절대 흡착량에 삼각선형보간법을 적용하여 실험이 수행되지 않은 온도 및 압력 범위에서 최대 가스흡착량을 산출하였다. 실험 결과, 압력이 증가하고 온도가 감소할수록 석탄 입자에 대한 가스흡착량이 증가하지만 적정 심도(1,000 ft) 이상에서는 그 증가폭이 감소하는 것을 확인하였다. 유효응력을 고려하여 석탄층의 심도별 탄리 투과도와 탄리공극률을 산출한 결과, 탄리투과도는 28.86 ~ 46.81 md, 탄리공극률은 0.83 ~ 0.98%로 나타났다. 이는 석탄층에서 심도에 따른 투과도 감소폭이 크기 때문에 심도에 따른 가스 생산성이 크게 변함을 의미한다. 따라서 향후 석탄층 메탄가스 저류층에서 생산정 간격 설계 시 석탄층의 심도조건을 필수적으로 고려해야 한다.

• 한국가스학회지
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• 제23권3호
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• pp.7-19
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• 2019

본 연구에서는 석탄층 메탄가스전에서의 영향반경 내 저류층 압력에 따라 변화하는 투과도를 고려한 저류층 생산성을 산출하고 그 저류층의 생산특성을 반영한 물질평형법을 사용하여 향후 생산거동을 예측하는 모델을 개발 하였다. 석탄층 메탄가스전을 대상으로 개발한 방법과 전통적인 방법의 저류층 생산성을 유정시험 측정치를 기준으로 비교하였다. 그 결과, 전자의 경우 결정계수($R^2$)가 약 0.76, 후자의 경우 0.69이었다. 이를 통해 석탄층 메탄가스전의 생산성을 대표할 때, 영향반경 내 저류층 압력과 압력 의존 투과도를 고려한 저류층 생산성이 더 적합함을 확인하였다. 이 과정을 통해 유정시험 측정치가 존재할 때, 압력 의존 투과도를 계산하기 위한 영향반경 내 저류층 압력을 산정하는 방법을 제안하였다. 산출한 저류층 생산성과 물질평형법을 이용하여 31개 가스정의 향후 15년간의 생산거동을 예측하여 압력 의존투과도를 고려하지 않은 문헌의 시뮬레이션 결과와 비교하였다. 적용된 현장의 압력 의존 투과도는 최대 1.17배 상승하여 각 가스정당 일일 생산량이 문헌의 결과 대비, 최대 약 15% 증가하는 결과가 도출되었다. 문헌들에 따르면, 석탄층 메탄가스전의 투과도는 저류층 압력에 따라 6~25배 증가하기도 한다. 그 경우, 생산거동은 전통적인 가스 전과 큰 차이가 나타날 것으로 사료된다.

• 자원환경지질
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• 제46권4호
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• pp.279-289
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• 2013

석탄층 메탄가스(coalbed methane; CBM)를 개발하는데 있어서 생산성과 경제성을 좌우하는 절대투과도(absolute permeability)를 산출하는 것은 매우 중요하다. 절대투과도를 측정하는 방법에는 코어분석(core analysis)과 유정생산 시험(well test) 등이 있다. 하지만 코어분석을 통해 도출된 절대투과도는 CBM 저류층을 대표할 수 없기에 일반적으로 유정생산시험을 통해 절대투과도가 산출된다. 이에 본 연구에서는 CBM 저류층에 적용 가능한 유정생산시험을 분류하고 각 시험기법별 특성 및 장 단점을 분석하였다. 이를 기반으로 유정생산시험 설계 및 수행절차를 수립하였으며, 유정생산시험 수행 후 취득된 자료를 통해 절대투과도와 손상지수(skin factor)와 같은 저류층 물성을 도출하기 위한 자료해석 절차를 제시하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.129.1-129.1
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• 2010

석탄가스화로부터 얻어진 합성가스는 CO, $H_2$가 주성분으로, 그 자체를 연료로 사용하여 발전을 하거나 또는 적절한 정제, 분리 및 합성을 통해 다양한 원료물질을 생산할 수 있다. 이러한 석탄의 청정 사용 기술은 최근의 에너지 분야에서 많은 관심을 불러일으키고 있는 고유가 현상 및 석유자원 고갈에 대비할 수 있는 현실적인 방법의 하나로 여겨지고 있다. 석유를 대체할 에너지원으로서 석탄을 이용하는 다양한 응용 방법 중의 하나로 가스화 반응을 통해 발생하는 합성가스를 이용한 SNG 제조 공정을 들 수 있는데, 이는 석탄 등의 고체 시료를 이용하여 메탄이 주성분인 연료가스를 생산하는 것이다. SNG(Synthesis Natural Gas 또는Substitute Natural Gas)는 합성천연가스 또는 대체천연가스로 불리어지는데 주로 석탄의 가스화를 통해 얻어진 합성가스(syngas 또는 synthesis gas)인 CO, $H_2$를 촉매에 의한 합성반응을 통해 얻을 수 있다. SNG 합성 반응(메탄화 반응)은 보통 수성가스 전환 공정과 가스 정제 공정을 거친 합성가스를 $CH_4$로 전환하는 것으로 석탄을 이용한 SNG 제조 공정에서 가장 핵심 공정인 메탄화 반응은 높은 발열반응으로 주로 니켈 촉매를 사용하며 $250{\sim}400^{\circ}C$에서 반응이 이루어진다. SNG 합성 반응은 공급되는 합성가스의 조성($H_2$/CO 비), 공급되는 합성가스의 유량과 반응기에 충진된 촉매의 부피와의 관계를 나타낸 공간속도, 반응온도 등의 조건에 따라 반응 특성이 달라질 수 있다. 가스화 반응을 통해 생성되는 합성가스를 이용한 SNG 합성반응(메탄화 반응)의 특성을 파악하기 위하여 Lab-scale 규모의 고정층 반응기를 이용하여 Ni 함량이 다른 2종류의 촉매를 대상으로 반응온도 및 압력에 따른 CO 전환율, $CH_4$ 선택도, $CH_4$ 생산성 변화를 파악하였다. 실험 결과 반응기의 온도가 350도 이상의 조건에서 CO 전환율은 99.8%이상, $CH_4$ 선택도는 90.7%이상으로 나타났으며, 공간속도가 2,000 1/h 이상의 조건에서는 $CH_4$ 생산성이 500 ml/g-cat, h을 만족하였다.

• 한국가스학회지
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• 제27권3호
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• pp.98-107
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• 2023

본 연구에서는 인도네시아 북부 칼리만탄 섬 임의의 광구에서 취득한 석탄시료의 메탄가스 흡착량 측정 실험 결과를 활용하여 석탄층 메탄가스 저류층의 적정 생산정 간격 설계 연구를 수행하였다. 가스 생산성 분석결과, 랭뮤어 부피가 증가할수록 누적 가스생산량도 증가하며 이는 최대 가스 흡착량이 가스생산량에 직접적인 영향을 주는 것으로 판단된다. 또한 탄리투과도가 증가할수록 최대 가스생산량이 증가하고 배출수 기간(dewatering period)이 단축되는 것을 확인하였다. 특히 생산 영향영역이 넓어짐에 따라 누적 가스생산량은 증가하지만 단위 가스정 당 생산성 비교 시, 심도 2,000 ft, 영향영역 80-160 acres 사이에서 최대 누적 가스생산량이 산출되었다. 탄층 심도와 생산 영향영역을 동시에 고려하여 적정 생산정 심도 및 간격 산출 결과, 600-2,000 ft 사이에서 가스 생산성이 가장 높게 나타나며, 이때 생산정 간격은 80-160 acres 범위 내로 설계 하는 것이 적정하다. 따라서 탐사 시추 시 회수된 코어 시료 이외의 시추 자료가 없는 미개발 CBM 저류층에서 석탄시료의 가스흡착 실험 결과를 활용함으로써 탄층심도를 고려한 생산정 간격 설계를 수행할 수 있음을 제시하였다.