Development of Multiphase Flow Simulator Using the Fractional Flow Based Approach for Wettability Dependent NAPL Migration

석희준,여인욱,이강근,Suk, Hee-Jun,Yeo, In-Wook,Lee, Kang-Kun The Korean Society of Economic and Environmental G 2011 자원환경지질 Vol.44 No.2

석유공학분야에서 보고된 분율 흐름 접근 방식을 이용하여 물리적 또는 화학적으로 불균질한 매질에서 완전한 삼상유체를 고려할 수 있는 다상 흐름 수치 모의 프로그램인 CHMPS가 개발되었다. 이 프로그램은 석희준과 G.T. Yeh (2008)에 의해 개발된 MPS을 확장하였는데, 친수성이 NAPL 거동에 미치는 영향을 모의하기 위하여 개발되었다. 대부분 존재하는 모델들은 물리적으로 불균질한 매질을 고려하고 이상흐름과 특정한 경계조건에 국한되어 있다. 게다가 대부분의 모델들은 주로 water-wet 매질에만 국한되어 있다. 그러나 실제 존재하는 시스템에서는 water-wet과 oil-wet 매질 사이의 친수성의 변화는 종종 일어난다 더군다나 기름에 의한 다공성 매질의 젖음은 균등하기 보다는 불균질 또는 부분적일 수 있다. 왜냐하면 친수성에 영향을 미치는 요소들과 지하 매질이 불균질하기 때문이다. 따라서, 이번 연구에서는 물리적으로 불균질한 매질 뿐만 아니라 친수성 변에서 화학적으로 불균질한 매질을 CHEMPS을 활용하여 수치모의 하였다. 그 외에도 개개의 상에 대해서 유량 경계조건 및 고정경계조건의 두 가지 형식의 결합으로 표현되는 일반경계조건이 고려되었다. The multiphase flow simulator, CHEMPS, was developed based on the fractional flow approach reported in the petroleum engineering literature considering fully three phase flow in physically and chemically heterogeneous media. It is a extension of MPS developed by Suk and Yeh (2008) to include the effect of wettability on the migration of NAPL. The fractional flow approach employs water, total liquid saturation and total pressure as the primary variables. Most existing models are limited to two-phase flow and specific boundary conditions when considering physically heterogeneous media. In addition, these models focused mainly on the water-wet media. However, in a real system, variations in wettability between water-wet and oil-wet media often occur. Furthermore, the wetting of porous media by oil can be heterogeneous, or fractional, rather than uniform due to the heterogeneous nature of the subsurface media and the factors that affect the wettability. Therefore, in this study, the chemically heterogeneous media considering fractional wettability as well as physically heterogeneous media were simulated using CHEMPS. In addition, the general boundary conditions were considered to be a combination of two types of boundaries of individual phases, flux-type and Dirichlet type boundaries.

지하수 유동 방향에 대한 관정배열이 분배추적자 시험에 미치는 영향 분석

김보아,김용철,여인욱,고경석,Kim, Bo-A,Kim, Yongcheol,Yeo, In Wook,Ko, Kyung-Seok 한국지하수토양환경학회 2014 지하수토양환경 Vol.19 No.3

Partitioning interwell tracer test (PITT) is a method to quantify and qualify a site contaminated with NAPLs (Non-Aqueous Phase Liquids). Analytical description of PITT assumes that the injection-pumping well pair is on the line of the ambient groundwater flow direction, but the test-well pair could frequently be off the line in a real field site, which could be an erroneous factor in analyzing PITT data. The purpose of this work is to study the influence of the angle of the test-well pair on the ambient groundwater flow direction based on the result from PITT. From the experiments, it was found that the obliqueness of the test-well pair to the ambient groundwater flow direction could affect the tracer test resulting in a decreased NAPL estimation efficiency. In case of an oblique arrangement of the test-well pair to the ambient flow direction, it was found that the injection of a chase fluid could enhance the estimation efficiency. An increase of the pumping rate could enhance the recovery rate but it cannot be said that a high pumping rate can increase the test efficiency because a high pumping rate cannot give partitioning tracers enough time to partition into NAPLs. The results have a implication that because the arrangement of the test-well pair is a controlling factor in performing and interpreting PITT in the field in addition to the known factors such as heterogeneity and the source zone architecture, flow direction should be seriously considered in arranging test-well pair.

변동량 분석을 이용한 암반대수층의 수리학적 매개변수 산출

김범수,양동철,여인욱,Kim, Bum-Su,Yang, Dong-Chul,Yeo, In-Wook 한국지하수토양환경학회 2010 지하수토양환경 Vol.15 No.6

Derivative analysis, based on the derivative of the drawdown as a function of time (i.e., rate of drawdown change), was applied to the evaluation of hydraulic parameters of the aquifer as an aid of the aquifer test interpretation based on the Theis solutions. Pumping tests were conducted at a coastal fractured aquifer in Muan county, Korea, of which the drawdown data, measured at the two observation wells, were used for derivative analysis. Wellbore storage and transition period were hard to identify at conventional log-log and semi long plots, but was easily recognized by distinctive curves of positive unit slope, hump and negative unit slope in the derivative plot. For the observation well of OW-2 at which wellbore storage and transition lasted over an hour, conventional aquifer analysis would suffer from the uniqueness problems and in further result in erroneous hydraulic parameters. Derivative analysis was found to be effective for distinguishing the drawdown data directly reflecting the aquifer property from those reflecting non aquifer effects such as wellbore storage and transition, which offers a unified methodology to yield correct hydraulic parameters from aquifer test data.

암반단열의 교차각이 교차점에서의 용질의 혼합에 미치는 영향

김다혜(Dahye Kim),여인욱(In Wook Yeo) 대한자원환경지질학회 2021 자원환경지질 Vol.54 No.4

본 연구에서는 수치모델링을 통해 단열의 교차각과 같은 기하학적 특징이 교차점에서의 유동특성과 용질의 혼합·분배에 미치는 영향을 연구하였다. Pe(Peclect number; 이류와 확산의 상대적인 비)뿐만이 아니라 단열의 교차각이 교차점에서의 용질의 혼합·분배모델을 결정하는데 있어 중요한 역할을 하는 것으로 나타났다. 교차각이 90°미만인 경우, 주입된 유동방향과 동일한 방향의 유출구로 진행하기 때문에 교차점에서 양쪽 주입구에서 온 유선들의 접촉을 용이하게 한다. 반면, 교차각이 90°보다 큰 경우 유체가 주입된 유동방향과 유출구의 방향이 반대이기 때문에, 교차점에 두 주입구에서 온 유선들 간의 접촉은 최소화 되었다. 그러므로 전자의 경우에서는 높은 Pe에서도 용질의 혼합이, 후자에서는 낮은 Pe에서도 유선경로에 따른 용질의 이동이 나타났다. 따라서 Pe < 1의 경우, 완전혼합모델이 지배적인 것으로 알려졌지만, 교차각이 150°인 경우 교차점에서 혼합뿐만이 아니라 일부는 유선의 경로를 따라 유출구로 유출되었다. 전반적으로 Pe가 0.1 - 100에서 완전혼합모델에서 유선경로모델로의 전이가 나타났지만, 이는 교차각에 따라 크게 달라진다. 교차각이 클수록( 150°) Pe가 0.1 - 10에서, 교차각이 작을수록( 30°) Pe가 10 - 100에서 전이가 발생하였다. Pe > 100에서는 교차각과 상관없이 유선경로모델이 더 지배적인 것으로 나타났다. Pe > 1,000에서는 교차각이 150°이상인 경우에만 100% 유선경로모델이 나타나며, 교차각이 150°미만인 경우 유선경로모델이 지배적이지만 여전히 교차점에서 용질의 혼합이 발생하였다. This numerical study aims at analyzing the effect of flow characteristics, caused by geometrical features such as intersecting angles, on solute mixing at fracture junctions. It showed that not only Pe, the ratio of advection to diffusion, but also the intersecting angles played an important role in solute mixing at the junction. For the intersection angles less than 90°, the fluid flowed to the outlet in the same direction as the injected flow direction, which increased the contact at the junction with the streamlines coming from the different inlets. On the other hand, for the intersecting angles greater than 90°, the fluid flowed out to the outlet opposite to the flow direction in the inlet, leading to minimizing the contact at the junction. Therefore, in the former case, solute mixing occurred even at high Pe, and in the latter case, solutes transport along the streamlines even at low Pe. For Pe < 1, the complete mixing model was known to occur, but for the intersecting angle greater than 150°, no complete solute mixing occurred. Overall, the transition from the complete mixing model to the streamline-routing model occurred for Pe = 0.1 – 100, but it highly depended on the intersecting angles. Specifically, the transition occurred at Pe = 0.1 - 10 for intersecting angles 150° and at Pe = 10 - 100 for intersecting angles 30°. For Pe > 100, the streamline-routing model was dominant regardless of intersecting angles. For Pe > 1,000, the complete streamlinerouting model appeared only for the intersecting angles greater than 150°. For the intersecting angles less than 150°, the streamlinerouting model dominated over the complete solute mixing, but solute mixing still occurred at the fracture junction.

부산임기광산 폐석적치장에서의 순간충격시험 적용성 연구

박학윤,주정웅,정영욱,여인욱,Park, Hak-Yun,Ju, Jeong-Woung,Cheong, Young-Wook,Yeo, In-Wook 한국지하수토양환경학회 2007 지하수토양환경 Vol.12 No.3

불포화대 및 포화대에 걸쳐 존재하는 폐석더미의 수리적 특성을 조사하기 위해 물을 주입한 후 수두강하를 측정하는 순간충격시험을 실시하였다. 본 연구지역과 같이 관정이 수리적 특성이 크게 다른 두 지층에 걸쳐 설치된 경우, Bower and Rice해석 방법을 이용하여 두 대수층 각 각의 수리전도도를 산출할 수 있었으며, 하강하는 지하수위의 변곡점을 이용하여 폐석더미의 두께를 추정할 수 있었다. 갈수기 시 관정 내 낮은 지하수위 때문에 인위적인 지하수위를 형성시킨 후 순간충격시험을 실시한 결과, 그 결과는 풍수기 시험 결과와 차이가 크지 않았다. 이와 같은 순간 충격시험은 폐석적치장과 같은 곳의 수리적 특성을 파악할 수 있는 유효한 방법으로 판단된다. The slug test by adding water to well and measuring falling head was conducted to investigate the hydrogeological property of unsaturated or partially saturated mine tailings in the Imgi abandoned mine in Busan. In case that wells were installed with a full screen through two layers with different hydraulic properties, Bouwer and Rice method was useful to estimate the hydraulic conductivity and the depth of mine tailings. In particular, when groundwater dried out in the dry season, the slug test performed by adding water into well to form artificial water table and then conducting falling head test produced the reasonable hydraulic conductivity values. The slug test using falling head test can be an alternative to investigate the hydrogeological property of abandoned mine tailings.

다중 회귀 분석을 이용한 논산 북부 지역 지하수의 질산성 질소 오염 예측

김은영,고동찬,고경석,여인욱,Kim, Eun-Young,Koh, Dong-Chan,Ko, Kyung-Seok,Yeo, In-Wook 한국지하수토양환경학회 2008 지하수토양환경 Vol.13 No.5

논산 북부지역의 천부 및 암반 지하수는 질산성 질소 농도가 최고 49 mg/L이고, 22%의 시료가 먹는물 수질기준을 초과해 질산성 질소 오염이 심각함을 보여 주었다. 토지 이용 별로 통계적으로 의미있는 농도 차이를 보여 토지 이용이 이 지역 질산성 질소 오염에 대한 주요 지배 요인임을 지시하였다. 이 지역의 질산성 질소 오염을 예측하기 위해 토양 특성, 지형 구배, 토지 이용 등의 지표 수리지질 인자, 관정의 심도와 고도 등의 관정 제원 인자와 현장수질(T, pH, DO, EC)을 변수로 하며, 천부 지하수와 암반 지하수의 두 그룹으로 나누어 다중 회귀 분석을 실시하였다. 수리지질 인자는 관정을 중심으로 하는 원형 버퍼내에서 차지하는 면적 비율을 구하여 변수로 결정하였다. 회귀 분석은 가능한 모든 변수 조합에 대해 실시하였으며 모형의 수정 결정 계수 기준으로 최적 모형을 선정하였다. 수리지 질 인자를 이용한 회귀 분석에서 버퍼 반경에 따라 천부지하수는 50 m, 암반지하수는 300 m에서 가장 높은 결정 계수가 나타났다. 천부 지하수는 암반 지하수보다 높은 결정계수를 보여 지표 수리지질 인자에 더 민감함을 보여 주었다. 천부 지하수에서는 토지 이용, 암반 지하수에서는 토양 특성이 주요 변수였고, 토지 이용 중 주거 지역은 두 그룹에서 모두 중요 변수였다. 수리지질 인자와 현장 수질 항목을 사용한 회귀 분석에서는 천부지하수에서는 EC, 논지역, pH 등이, 암반 지하수에서는 DO, EC, 자연지역 등이 주요 변수였다. 현장 수질 항목이 수리지질 인자보다 월등히 강한 설명력을 보여 일상적으로 측정되는 현장 수질 항목이 질산성 질소 오염 평가에서 개별 관정에 대해 중요한 정보를 제공할 수 있음을 보여 주었다. 이번 연구에서 결정된 최적 버퍼 반경은 관정으로의 오염 물질 유입 시간 추정에 활용될 수 있다. Nitrate concentrations were measured up to 49 mg/L (as $NO_3$-N) and 22% of the samples exceeded drinking water standard in shallow and bedrock groundwater of the northern Nonsan area. Nitrate concentrations showed a significant difference among land use groups. To predict nitrate concentration in groundwater, multiple regression analysis was carried out using hydrogeologic parameters of soil media, topography and land use which were categorized as several groups, well depth and altitude, and field parameters of temperature, pH, DO and EC. Hydrogeologic parameters were quantified as area proportions of each category within circular buffers centering at wells. Regression was performed to all the combination of variables and the most relevant model was selected based on adjusted coefficient of determination (Adj. $R^2$). Regression using hydrogelogic parameters with varying buffer radii show highest Adj. $R^2$ at 50m and 300m for shallow and bedrock groundwater, respectively. Shallow groundwater has higher Adj. $R^2$ than bedrock groundwater indicating higher susceptibility to hydrogeologic properties of surface environment near the well. Land use and soil media was major explanatory variables for shallow and bedrock groundwater, respectively and residential area was a major variable in both shallow and bedrock groundwater. Regression involving hydrogeologic parameters and field parameters showed that EC, paddy and pH were major variables in shallow groundwater whereas DO, EC and natural area were in bedrock groundwater. Field parameters have much higher explanatory power over the hydrogeologic parameters suggesting field parameters which are routinely measured can provide important information on each well in assessment of nitrate contamination. The most relevant buffer radii can be applied to estimation of travel time of contaminants in surface environment to wells.

암반대수층에서의 공내 유량측정기의 고정식 및 이동식 측정방법에 관한 비교 연구

장기영,박학윤,김태희,여인욱,Jang, Ki-Young,Park, Hak-Yun,Kim, Tae-Hee,Yeo, In-Wook 한국지하수토양환경학회 2007 지하수토양환경 Vol.12 No.3

공내 유량측정기의 고정식 및 이동식 측정방법을 이용하여 암반대수층에서의 절리의 수리적 연결성 및 두 측정방법의 적용성을 검토하였다. 고정식 측정방법의 경우 측정구간에서의 지하수의 유출 및 유입을 파악할 수 있어, 관정사이의 수리적 연결성을 해석하는데 매우 유용하였다. 이동식 측정방법의 경우 유량측정기의 이동속도로 인해 지하수의 유출 및 유입 경향을 파악할 수 없었으나, 지하수 유출 및 유입이 일어나는 절리의 정확한 위치를 찾는데 매우 유용하였다. 두 측정방법을 동시에 사용하는 것이 지하수 유동절리의 위치 및 수리적 연결성을 파악하는데 더 효율적인 것으로 나타났다. Stationary and trolling methods in measuring flow using flowmeter were adopted to investigate the hydraulic connectivity of fractures and to evaluate the applicability of the measurement methods. Stationary method was useful for identifying the inflow and outflow patterns in the measured section, which enabled us to analyze the hydraulic connectivity of fractures between the wells. Trolling method failed to find the inflow and outflow patterns in the well, but was very effective for locating the conductive fractures. Measuring flow in the borehole by both stationary and trolling methods was found to be very efficient for identifying conductive fractures and their hydraulic connectivity in fractured rock aquifer.

Development of Multiphase Flow Simulator Using the Fractional Flow Based Approach for Wettability Dependent NAPL Migration

Heejun Suk(석희준),In Wook Yeo(여인욱),Kang Kun Lee(이강근) 대한자원환경지질학회 2011 자원환경지질 Vol.44 No.2

The multiphase flow simulator, CHEMPS, was developed based on the fractional flow approach reported in the petroleum engineering literature considering fully three phase flow in physically and chemically heterogeneous media. It is a extension of MPS developed by Suk and Yeh (2008) to include the effect of wettability on the migration of NAPL. The fractional flow approach employs water, total liquid saturation and total pressure as the primary variables. Most existing models are limited to two-phase flow and specific boundary conditions when considering physically heterogeneous media. In addition, these models focused mainly on the water-wet media. However, in a real system, variations in wettability between water-wet and oil-wet media often occur. Furthermore, the wetting of porous media by oil can be heterogeneous, or fractional, rather than uniform due to the heterogeneous nature of the subsurface media and the factors that affect the wettability. Therefore, in this study, the chemically heterogeneous media considering fractional wettability as well as physically heterogeneous media were simulated using CHEMPS. In addition, the general boundary conditions were considered to be a combination of two types of boundaries of individual phases, flux-type and Dirichlet type boundaries. 석유공학분야에서 보고된 분율 흐름 접근 방식을 이용하여 물리적 또는 화학적으로 불균질한 매질에서 완전한 삼상유체 를 고려할 수 있는 다상 흐름 수치 모의 프로그램인 CHEMPS가 개발되었다. 이 프로그램은 석희준과 G.T. Yeh (2008)에 의해 개발된 MPS을 확장하였는데, 친수성이 NAPL 거동에 미치는 영향을 모의하기 위하여 개발되었다. 대부분 존재하는 모델들은 물리적으로 불균질한 매질을 고려하고 이상흐름과 특정한 경계조건에 국한되어 있다. 게다가 대부분의 모델들 은 주로 water-wet 매질에만 국한되어 있다. 그러나 실제 존재하는 시스템에서는, water-wet과 oil-wet 매질 사이의 친수 성의 변화는 종종 일어난다. 더군다나 기름에 의한 다공성 매질의 젖음은 균등하기 보다는 불균질 또는 부분적일 수 있 다. 왜냐하면 친수성에 영향을 미치는 요소들과 지하 매질이 불균질하기 때문이다. 따라서, 이번 연구에서는 물리적으로 불균질한 매질 뿐만 아니라 친수성 면에서 화학적으로 불균질한 매질을 CHEMPS을 활용하여 수치모의 하였다. 그 외에 도 개개의 상에 대해서 유량 경계조건 및 고정경계조건의 두 가지 형식의 결합으로 표현되는 일반경계조건이 고려되었다.

전남 무안 해안 대수층에서의 지하수위 예측을 위한 자기교차회귀모형 구축

김현정,여인욱,Kim, Hyun Jung,Yeo, In Wook 한국지하수토양환경학회 2014 지하수토양환경 Vol.19 No.4

Coastal aquifer in Muan, Jeonnam, has experienced heavy seawater intrusion caused by the extraction of a substantial amount of groundwater for the agricultural purpose throughout the year. It was observed that groundwater level dropped below sea level due to heavy pumping during a dry season, which could accelerate seawater intrusion. Therefore, water level needs to be monitored and managed to prevent further seawater intrusion. The purpose of this study is to develop the autoregressive-cross-regressive (ARCR) models that can predict the present or future groundwater level using its own previous values and pumping events. The ARCR model with pumping and water level data of the proceeding five hours (i.e., the model order of five) predicted groundwater level better than that of the model orders of ten and twenty. This was contrary to expectation that higher orders do increase the coefficient of determination ($R^2$) as a measure of the model's goodness. It was found that the ARCR model with order five was found to make a good prediction of next 48 hour groundwater levels after the start of pumping with $R^2$ higher than 0.9.

암반단열의 수리적 연결성 해석을 위한 유향유속시험의 수치모델링

서현승(Hyunseung Seo),여인욱(In Wook Yeo) 대한지질학회 2022 대한지질학회 학술대회 Vol.2022 No.10