• 지구물리와물리탐사
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• 제19권1호
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• pp.29-36
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• 2016

최근 셰일 저류층의 암석물리학적 모델(Rock Physics Model)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 셰일 저류층에서는 케로젠(Kerogen)과 GOR (Gas-Oil Ratio)을 통해서 숙성도를 파악할 수 있는데, 케로젠에 대한 암석물리학적 모델연구는 활발히 진행된 반면, GOR 변화에 대한 셰일 저류층 연구는 아직 미미하다. 따라서 이 연구에서는 GOR 및 케로젠 변화에 따른 속도 및 밀도 변화와 AVO (Amplitude Variation with Offset) 반응을 분석하였다. 판상구조로 이루어진 셰일은 수직 가로 등방성(Vertical Transverse Isotropy; VTI) 성질을 갖기 때문에 Backus averaging 기법을 적용하여 셰일 저류층의 속도 및 밀도를 도출하였고 이를 기반으로 AVO 반응을 분석하였다. GOR변화에 대해서는 속도 변화가 작았지만 케로젠 함량에 따른 속도 변화는 상대적으로 크게 나타났다. 중질오일과 경질오일을 구분할 수 있는 GOR이 180 (Litre/Litre)일 때에는 케로젠의 부피비가 5%에서 35%으로 증가할 때 층에 대해 수직방향인 P파 속도가 51%까지 증가하였다. 즉, 속도 구분을 통해 케로젠의 숙성도를 파악하는데 도움을 줄 수 있다. 한편, 가스와 오일을 합친 유체의 비율이 클 때에는 GOR 변화에 따른 속도 변화가 상대적으로 크게 나타났다. 케로젠의 부피비가 5%일 때에는 중질오일(GOR 40)에서의 층에 대해 수직방향인 P파 속도가 $1.46km/s^2$로 측정되었지만 경질오일(GOR 300)일 때에는 $1.36km/s^2$로 측정되었다. AVO 반응을 분석해본 결과, GOR과 케로젠 함량을 변화시켜도 포아송 비의 변화량이 작게 나타났으므로 Class 4의 양상이 나타났다. 이를 통하여 셰일 저류층에서는 Class 4의 양상이 나타날 수 있음을 확인할 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제52권2호
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• pp.154-165
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• 2014

최근 수평시추, 수압파쇄 등의 기술발전에 따라 셰일가스, 셰일오일, 석탄층 메탄가스 등 비전통자원개발이 활성화 되었다. 이러한 기술발전으로 생산성이 향상되었지만, 화학약품이 포함된 수압파쇄 유체와 오일, 가스와 고농도의 염과 방사성 물질을 함유하는 생산수가 가스 생산중 발생하게 된다. 이같이 생성된 대량의 폐수에 따른 부정적인 환경적 요인은 비전통자원개발에 주요 장애요소로 급격히 대두되고 있다. 본 연구에서는 비전통자원개발에 따른 회수수와 생산수의 처리방법에 대한 융합적인 토대를 제시하고, 새롭게 떠오르는 다양한 수처리 기술을 총설하고자 한다. 비전통 자원개발 현장에 적용 가능한 기본적인 분리공정인 막분리, 증발, 결정화, 탈염공정 기술을 소개하고 또한 대량의 수자원을 사용하는 비전통자원개발의 특성상 물의 재이용 및 재활용이 가능한 기술을 소개하고자 한다.

• 터널과지하공간
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• 제29권3호
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• pp.157-171
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• 2019

액체 이산화탄소 파쇄법은 기존 수압 파쇄법에서 물 사용으로 발생하는 환경 문제를 완화시키기 위한 차세대 해결책으로 제안되어 왔으며, 액체 이산화탄소의 낮은 점성도를 이용하여 암석 공극 내 유체 주입을 수월하게 할 수 있다. 본 연구에서는 액체 이산화탄소의 공극 내 주입이 파쇄 과정 중에 발생하는 파쇄 압력, 음향 방출, 균열 형상에 어떻게 영향을 미치는지에 대해 초점을 맞추었다. 이를 위해 점성도가 다른 액체 이산화탄소, 물, 오일을 파쇄 유체로 사용하여 주입 속도를 다르게 하며 인공적으로 제작한 다공성 모르타르 시편을 대상으로 실내실험을 수행하였다. 또한 기존 수압 파쇄법의 주 대상 암종인 셰일 시편의 실험에서 액체 이산화탄소 파쇄법에 의한 셰일의 파괴 특징들을 분석하였다. 실험 결과 이산화탄소 주입 시 균열이 더 비틀린 물결 형상을 띄었으며 특히, 셰일 시편에서는 그 균열 부피가 물 주입에 비해 더 발달하였다. 반면, 파쇄 유체와 파쇄 압력의 관계는 두 시편의 실험에서 반대의 경향을 보였다.

• 터널과지하공간
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• 제23권6호
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• pp.538-546
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• 2013

본 보고에서는 석유산업에서 석유 및 가스의 생산성과 회수율을 극대화시키기 위한 방안의 하나인 수압파쇄기술에 대하여 다루고 있다. 수압파쇄기술은 인위적으로 저류층에 균열을 발생시켜 발생된 균열을 통해 저류층 유체의 유정 내 유입을 용이하게 하는 방법으로, 최근 셰일가스나 오일셰일과 같은 비전통석유가스 개발에서 널리 사용되고 있다. 수압파쇄는 크게 세 가지 단계의 과정을 통해 이루어지며, 효율적인 수압파쇄 설계를 위해 제안된 모델과 수압파쇄 후 결과를 분석, 평가하는 방법에 대해 소개하고 있다. 또한 수압파쇄과정에서 발생하는 다양한 문제점과 이를 해결하는 데 필요한 저류층 암반역학에 대해서도 간략하게 다루고 있다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제39권3호
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• pp.279-284
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• 2015

전 세계적으로 셰일가스와 같은 비전통 석유자원이 널리 개발되고 있다. 이에 따라 셰일가스 채굴과정에서 발생하는 폐수의 적절한 처리가 중요해지고 있다. 그러나, 폐수 내의 오일 및 유기 물질, 유해성 화학물질, 무기 이온과 같은 물질이 고농도로 함유하고 있기 때문에 기존 처리 방법으로 많은 어려움을 격고 있다. 본 연구에서는 셰일가스 폐수에 대한 새로운 처리방법으로 정삼투 공정 및 막증발법에서의 가능성을 연구하였다. 실험실 규모의 정삼투 및 막증발법 장치를 제작하여 실험을 실시하였다. 그 결과, 합성 폐수를 처리하는데, 정삼투 공정에서 적용 가능하다고 판단되었다. 유도용액으로 5M의 염화나트륨수용액을 사용하였고, 낮은 범위의 폐수(66,000mg/L TDS)에서 약 $6L/m^2-hr$의 플럭스를 나타냈다. 그럼에도 불구하고, 높은 범위의 폐수(261,000mg/L TDS)에서 막증발법으로 처리하는 것이 더 효과적이었다.

• 한국항만경제학회지
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• 제38권4호
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• pp.87-106
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• 2022

기술발전(셰일가스, 셰일오일), 무역전쟁, COVID-19, 러시아-우크라이나 전쟁 등으로 인해 에너지 시장의 불확실성이 확대되고 있다. 특히, 2020년 이후 COVID-19, 러시아-우크라이나 전쟁의 영향으로 장기화된 수요 감소로 인한 상품 운송의 공급체인의 변화 등으로 인해 에너지 시장의 국제적 교역에 대한 위험이 크게 증가하고 있다. 본 연구에서는 이러한 점을 고려하여 에너지 시장에서의 국제적 교역의 연계성을 파악하기 위해 에너지 가격, 탱커운임지수, 불확실성 사이의 연계성을 분석하였다. 주요 분석결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째, MS-VAR 모형을 이용하여 에너지 가격 모형의 안정기와 불안정기를 분석한 결과 원유시장 모형과 천연가스시장 모형 모두 불안정기에 비해 안정기가 유지될 확률이 더 높게 나타나 특정 사건에 의해 변동성이 확대된다는 것을 확인할 수 있었다. 둘째, 에너지 시장의 안정기와 불안정기의 연계성 분석 결과를 살펴보면, 총 연계성의 경우 원유시장 모형과 천연가스시장 모형 모두 안정기에 비해 불안정기에 변수 간에 연계성이 확대된다는 것을 확인할 수 있었다. 에너지 시장의 안정기의 경우 연계성 정도를 고려했을 때, 수요측 요인을 대표하는 탱커 운임지수의 효과가 크다는 것을 확인하였다. 셋째, 에너지 시장의 불안정기는 원유시장 모형에 비해 천연가스 시장의 연계성이 급격하게 증가하는 것으로 보아 원유시장에 비해 에너지 가격에 영향을 미치는 불확실성이 확대되면 천연가스 시장의 변동성 전이 효과가 더 큰 것으로 나타났다.

• 공업화학
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• 제24권1호
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• pp.10-17
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• 2013

중질탄화수소를 부가가치가 높은 경질탄화수소로 전환하는 업그레이딩 공정은 기존 정유공정에서 사용되고 있는 기술이다. 최근 석유자원의 한계로 비재래형 에너지(Non conventional energy)기술 개발의 중요성이 증가하고 되었고, 그 생산기술이 점차 상용화되어 기존 정유제품의 수요를 대체하고 있다. 향후 자원 부국과의 경쟁입지를 확보하기 위해서는 이러한 비재래형 에너지를 이용하기 위한 기술개발이 매우 중요하다. 대표적인 비재래형 에너지로는 오일샌드 (oil sands), 초중질유(extra heavy oil), 셰일가스(shale gas) 등이 있으며, 이 중 오일샌드 및 초중질유는 원유를 대체할 수 있는 비재래형 에너지원으로, 이들 이용기술은 캐나다 및 베네수엘라에서 상업적으로 개발되었다. 특히, 비튜멘 (bitumen) 및 GTL (Gas-To-Liquid) 합성공정의 중간산물인 FT (Fischer-Tropsch) wax는 업그레이딩(upgrading) 혹은 정제 (refining) 공정을 거쳐 가솔린이나 디젤유과 같은 고부가가치 정유 제품으로 생산된다. 이러한 업그레이딩 공정은 기존 원유 정제공정에서 이루어지고 있는 저급 중질탄화수소의 고도화 공정에 해당되는 기술이다. 비튜멘은 상온에서도 유동성이 없는 고점성의 초중질유와 비슷한 물성을 가진 물질로 기존 정유플랜트에서 처리하기 어려운 성분들이 다량 포함되어 있어, 원유 정제 기술의 고도화 설비와는 차별화된 기술의 적용이 필요하다. 또한, 생산, 수송 및 판매에 많은 비용과 기술적 제한 사항이 존재하며, 특히 비튜멘 생산과 고부가화 합성원유 생산을 위해 필요한 많은 에너지 비용과 플랜트 건설 투자비용은 오일샌드 개발의 큰 장애 요소로 작용되고 있다. 그러나 비튜멘의 생산, 수송, 고부가화 부문의 기술적, 사업적 발전 방향에 대한 연구, 검토가 기존 정유사업 고도화와 연계하여 활발히 진행 중에 있다. 오일샌드의 경우, 비튜멘의 일반적인 시장 판매 방법으로 단순히 희석제와 혼합하여 판매하는 방법이 있고, 업그레이딩을 통하여 합성원유의 형태로 판매하는 방법이 있다. 전자의 경우엔 원유가 대비 희석 비튜멘의 가격차가 커지고, 희석제의 가격이 올라가는 시장상황에서는 불리하다. 또한, 플랜트의 용량이 증가하면, 더욱 경제성이 없어진다. 그래서 처리용량에 맞는 업그레이딩의 적용은 이러한 시장 환경 변화에 대한 대비라 할 수 있다. 이러한 비재래 에너지원의 고부가화(upgrading) 기술에 대하여 알아보고자 한다.

• 지질공학
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• 제10권3호
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• pp.205-216
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• 2000

이 연구는 집중호우 시에 심한 지표균열이 발생하여 주민의 안전이 우려되는 달성군 다사읍 이천리 배후 산록의 지반활동 원인을 조사하고 대책을 강구하는데 그 목적이 있다. 활동원인을 조사하기 위하여 지표 지질조사, GPR 탐사, 시추조사 및 시험, 강수자료 검토 등이 수행되었으며, 조사결과를 종합하여 활동면은 지하 6~8m 심도에 위치하는 사암과 셰일의 경계를 이루는 경사각 20~25$^{\circ}$의 층리면이 약선대로 작용한 것으로 확인되었다. 활동면의 전단강도는 한계평형해석법에 의한 역해석을 수행하여 지하수위가 상승한 경우에 안전율이 1.0 이하가 되는 값으로 내부마찰각 18$^{\circ}$, 점착력 0 kgf/$\textrm{cm}^2$으로 결정하였다. 이를 바탕으로 도해적 분석, 한계평형해석 및 수치해석 등 일련의 해석을 수행하였으며, 특히, 다양한 조건 하에서 한계평형해석을 수행하여 그 결과로부터 지반활동 방지를 위한 사면보강방안을 제시하였다. 적절한 표면 배수시설과 함께 지반 그라우팅 혹은 앵커공법의 적용이 사면의 장기적인 안전에 적절할 것이다.

• 자원환경지질
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• 제44권1호
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• pp.83-94
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• 2011

베네주엘라 중앙에 위치한 오리노코강을 따라 55,000 $km^2$의 면적에 동서로 길게 자리하는 오리노코 오일벨트에는 원시부존량이 약 1조 3천억 배럴, 가채매장량이 2,500억 배럴에 달하는 초중질유가 매장되어 있다. 베네주엘라 초중질유는 API 비중이 $10^{\circ}$ 이하이고, 점성도가 5,000 cP 정도로 무겁고 점성이 큰 탄화수소 자원이다. 오리노코 지역의 초중질유는 1930년대 최초로 보고되었지만, 이들의 상업적 개발은 1990년대에 이르러 비가열식 일차생산기법을 통해서 본격적으로 이루어지기 시작하였다. 오리노코 오일벨트는 초중질유 분포 양상에 의해 보야카, 주닌, 아야쿠초, 카라보보의 생산광구로 나누어지며, 이들은 모두 31개의 생산블럭으로 소분류된다. 현재 각 생산블럭은 베네주엘라 PDVSA와 외국계 기업의 합작 형태로 개발되고 있으며, 20개국 이상이 초중질유 개발 프로젝트에 참여하고 있다. 오리노코 오일벨트는 베네주엘라의 주요 석유분지 가운데 하나인 동베네주엘라 분지의 남쪽지역에 위치한다. 동베네주엘라 분지는 쥬라기 판 분화에 의해 형성되기 시작한 수동형 대륙 주변부 분지로 그 면적은 약 120,000 $km^2$이다. 동베네주엘라 분지에서 백악기 말에 형성된 석회질 셰일은 초중질유의 주요 근원암이다. 분지 내 탄화수소는 북쪽에서 남쪽으로 평균 150 km를 이동하면서 생분해작용을 거쳤으며, 이로 인해 점성과 비중이 높은 초중질유를 분지 남쪽 경계부인 오리노코 지역에 형성하였다. 주요 초중질유 저류층인 마이오세 오피시나층은 하성-에스츄어리 퇴적환경에서 발달한 미고결 사질 및 이질이 교호하는 퇴적체이다. 또한 오피시나층은 판의 운동에 의한 압축작용과 분지침강에 의해 형성된 다수의 신생대 단층이 분포하여 복잡한 저류층 지질 특성을 나타낸다. 불균질한 저류층 암상 분포와 복잡한 지질 구조의 저류층에서 경제적인 생산정의 설계와 효율적인 초중질유 회수를 위해서는 초중질유 저류층의 발달 과정과 그로 인한 지질학적 특성에 대한 심도 깊은 이해가 필요하다. 본 연구에서는 오리노코 초중질유 저류층에서 (1) 사질 저류층 두께 및 분포, (2) 이질 퇴적층의 분포, (3) 단층의 기하학적 분포, (4) 저류층 대상 심도 및 지열 특성, (5) 저류층 지중 응력상태, (6) 초중질유의 화학적 조성 등을 초중질유 생산성에 상대적으로 큰 영향을 미치는 주요한 지질학적 특성으로 주목하였다. 이러한 오리노코 지역의 지질학적 특성들은 3차원 탄성파 탐사, 시추간 물리검층과 같은 최신 기술들을 통해 앞으로 보다 빠르고 정확하게 규명되어질 것으로 기대된다.