• 지구물리와물리탐사
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• 제18권3호
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• pp.143-153
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• 2015

탄화수소 생산에서 화학공법은 폴리머 용액을 저류층에 주입함으로써 탄화수소의 생산량을 증대시키는 방법이다. 화학공법의 유용성을 파악하기 위해서는 저류층 내 폴리머 용액의 거동 양상을 모니터링하는 것이 매우 중요하다. 저류층 내 폴리머 용액과 유체 변화에 대한 모니터링의 가능성을 확인하기 위해, 저류층을 구성하고 있는 암석 및 유체의 종류, 포화도 등의 매개변수에 따른 탄성파 및 전기비저항 암석물리모델을 구성하고, 폴리머 주입에 따른 탄성파 및 EM 토모그래피의 반응을 계산하였다. 특히 전기비저항 암석물리모델 구성에서는 순수사암, 셰일질 사암, 사암셰일박리층 3가지의 서로 다른 저류층 암석을 고려하였다. 폴리머 용액의 농도는 가장 일반적으로 이용되는 2 wt%로 하고 담수를 이용한 경우와 염수를 이용한 경우로 나누어 분석하였다. 더 나아가, 화학공법에 대한 중성자검층 민감도 분석을 수행하였다. 이 논문에서 다루는 기법들은 탄화수소 저류층뿐만 아니라 지열 저류층 등의 모니터링에 있어서도 중요하게 적용될 것이다.

• 한국석유지질학회:학술대회논문집
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• 한국석유지질학회 2004년도 제11차 학술발표회 초록집
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• pp.22-23
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• 2004

• 한국지구과학회지
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• 제43권5호
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• pp.639-646
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• 2022

경상분지 신동층군의 백악기 진주층 일부 사암에서 산출되는 흑색의 불투명 탄화수소인 고열역청(pyrobitumen)의 산상을 처음으로 보고한다. 고열역청은 녹니석 공극벽 선충진(pore-lining) 교결물을 피복하거나 교결물 끝부분에 스며들어간 상태로 산출되므로, 녹니석 교결물 침전 이후에 생성된 것이며, 이는 과거 원유가 존재했음을 지시한다. 액상의 탄화수소는 진주층이 상당한 깊이로 매몰되는 동안 유입되었으며, 진주층 사암은 저류암의 역할을 했던 것으로 보인다. 진주층에 고열역청이 존재하는 것은 진주층이 액상 탄화수소의 이동 이후 심부 매몰과정을 겪었음을 지시한다. 그 후 매몰 온도가 더 증가하면서 탄화수소의 열분해가 일어나고 고열역청이 저류암에 잔류물로 남게 되었다.

• 자원환경지질
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• 제46권4호
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• pp.359-373
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• 2013

셰일은 입자의 크기가 매우 작은 쇄설성 퇴적물이 고화되어 형성된 퇴적암으로 암석화되는 과정에서 유기물을 잘 보전하는 특성을 가지고 있어 전통적으로 석유나 가스의 탐사 및 개발에서 탄화수소를 생성하는 근원암의 역할을 하였다. 또한 셰일층은 매우 낮은 투과율 때문에 불투과층으로 인식되어 트랩을 형성하는 덮개암의 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 하지만 최근 수평채굴과 수압파쇄 등 시추 기술의 획기적인 발달로 북미를 중심으로 셰일층 내에서 막대한 양의 가스를 발견하고 상업적으로 생산함에 따라 셰일을 석유나 가스를 생산하는 지층뿐만이 아니라 탄화수소를 저장하는 저류층으로 새롭게 인식하게 되었다. 셰일층의 지화학 평가 기술은 셰일 내에 함유된 유기물의 특성을 지화학 분석을 통해 파악하여 유기물의 석유 및 가스 생성 능력을 평가하는 기술인데 최근에는 셰일층내에 생성된 가스가 저장되어 있는 셰일 가스층을 평가하고 탐사하는 데에 적용되고 있다. 셰일 가스층을 정확하게 평가하기 위해서는 탄화수소의 생성과 집적 그리고 매장량 예측에 영향을 미치는 지화학적인 과정과 특성을 정확히 이해하는 것이 매우 중요하다. 본 논문에서는 셰일층 내에서 탄화수소 생성 메카니즘을 살펴보고 셰일층 평가 및 특성화에 활용되는 지화학 분석 기술을 고찰하였다.

• 한국석유지질학회지
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• 제14권1호
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• pp.36-44
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• 2008

비재래형 탄화수소 자원의 하나인 치밀저류층 내의 천연가스는 중요한 탐사개발 대상이 되고 있다. 치밀가스 저류층은 가스를 배태하고 있는 저류암으로서 투수율이 0.1 md 미만인 저류층을 말한다. 치밀가스 저류층은 광범위하게 두꺼운 층으로 산출되며, 재래형의 가스 집적체와는 달리 과대압력이나 저압력의 비정상적인 압력상태로 나타나는 것이 특징이다. 재래형 가스가 구조트랩이나 층서트랩에서 산출되는 것에 비하여 치밀가스는 이들 트랩들과는 무관하게 산출되고 있다. 치밀저류층에서 가스를 생산하기 위해서는 수압파쇄(hydraulic fracturing)와 같은 인공 자극법에 의해서만 가능하다. 치밀가스 저류층의 최적 생산지역을 스위트 스폿이라고 하며, 생산성을 높이기 위해서는 지질학적 자연균열 상태를 이해하여야 한다. 친환경 연료자원으로 주목을 받고 있는 치밀가스는 탐사기술과 회수방법이 발전함에 따라서 상업적으로 생산되고 있다. 자연균열대를 가로지르는 방향으로 수평시추나 경사시추를 수행할 때 생산성을 극대화할 수 있다. 실제로 미국과 캐나다 등에서는 치밀저류층에서 많은 양의 가스를 생산하고 있으며, 생산량은 해마다 증가하고 있다. 특히, 미국의 치밀사암층에서 생산되는 가스의 경우 1990년에 미국의 총 가스 생산량의 11.1%를 차지하였지만 2005년에는 총 가스 생산량의 24.1%를 차지하고 있다. 국내 대륙붕에서도 치밀가스의 존재 가능성이 제시되고 있으며 이를 개발하기 위해서는 기존의 재래형 가스자원의 탐사 및 개발의 파라다임을 완전히 바꾸는 것이 필요하다.

• 자원환경지질
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• 제47권4호
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• pp.381-393
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• 2014

이라크 북동부 지역 메소포타미아 분지 백악기 퇴적층의 층서, 구조지질 및 탄화수소 부존 가능성을 이해하기 위해 야외지질조사자료 및 탄성파 탐사자료를 병합하였다. 분지 내 백악기 지층은 크게 Qamchuqa 층, Kometan 층, Bekhme 층, Shiranish 층 등으로 구분되며, 대부분 천해 환경에서 형성된 탄산염암으로 구성되어 있다. 주요 지질구조는 크게 트러스트, 분리습곡, 단층 전파습곡, 단층 만곡습곡 등으로 구분될 수 있다. 또한 파쇄단열은 북서-남동으로 발달하는 지질구조를 따라 이와 평행 또는 수직 방향으로 규칙적인 분포양상을 보인다. 파쇄단열의 분포와 빈도는 이러한 습곡과 단층들의 발달에 의해 규제되어진다. 탄화수소 부존가능성 측면에서 분지 내 백악기 퇴적층들은 유기탄소함량의 부족과 파쇄단열의 발달로부터 각기 근원암이나 덮개암으로 제한된 능력을 가진다. 그러나 탄산염암들이 제한된 1차 공극을 가지고 있음에도 불구하고 파쇄단열에 의한 2차 공극의 발달은 암석의 저류능력을 증가시키는데 기여한다. 백악기 탄산염암의 저류 능력을 결정하는 가장 중요한 요인은 습곡 및 단층의 상대적 위치 등에 따른 파쇄단열의 발달 빈도와 연결성에 있는 것으로 보인다. 본 연구에서 도출된 결과는 이라크 북동부 지역 백악기 지층의 층서 및 지질구조를 이해하는데 참고로 사용될 수 있으며, 향후 이 지역의 백악기 퇴적층들의 탄화수소 부존가능성을 연구함에 있어 매우 유용한 정보를 제공 해 줄 수 있다.

• 한국석유지질학회지
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• 제11권1호
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• pp.1-8
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• 2005

울릉분지의 남쪽에 위치하는 VI-1 광구에서는 돌고래, 고래 구조들에서 총 17개 공이 시추되었다. 탐사 시추공 중에서 대부분의 시추공에서 가스 징후를 보였으며 일부 시추공에서는 가스 및 컨덴세이트가 발견된 바 있다. 특히 고래 5구조에서 발견된 가스와 컨덴세이트는 상업성이 확인되어 생산을 준비하고 있다. 울릉분지의 저류층 구간의 천연가스는 탄화수소 성분을 93% 이상 함유하고 메탄의 함량이 탄화수소의 96% 이하인 습성 가스로 주로 석유나 케로젠의 크랙킹에 의해서 생성된 것으로 해석된다. 고래 1, 돌고래 3, 고래 5, 5-3공의 저류층 가스는 석유생성 단계 후기 내지 습성가스 단계에서 생성되어 이동되었으며, 가스를 생성한 근원암이 서로 다를 가능성을 보인다. 고래 1공과 고래 5공의 저류층 구간의 컨덴세이트에 대한 생물표기화합물 분석결과에 의하면 이들의 근원암에는 육상 기원 유기물이 매우 우세하게 포함된 것으로 나타났으며 호성 기원 유기물의 영향은 미미한 것으로 석유 및 가스의 생성에 영향을 주지는 않았을 것으로 생각된다. 고래 5공에서는 해성 기원 유기물이 일부 포함된 특성을 보여준다. 저류층 가스 분석 견과에서 나타난 바와 같이 고래 1공과 고래 5공 컨덴세이트는 각기 다른 근원암에서 유래했을 가능성을 보인다. 컨덴세이트의 열적 성숙도는 고래 5공의 경우 주 석유생성단계 초기 내지는 중기에 해당하고 고래 1공은 석유생성단계 중기에 해당하는 것으로 나타났다. 시추시료의 생물표기화합물에 의한 열적성숙도 변화경향과 컨덴세이트의 열적성숙도를 비교하여 컨덴세이트의 생성구간을 추정하면 고래 5공에서는 심도 3,000 m 부근으로 생각되며 고래 1 공에서는 3,900 m 구간 부근으로 생각한다. 하지만 고래 5공은 예상 심도까지 시추가 되지 않았으며 고래 1 시추공에서는 공내 붕락이 매우 심하게 일어났기 때문에 시추공 시료에서 탄화수소를 생성한 증거를 포착하기가 매우 어렵다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제18권1호
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• pp.21-30
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• 2015

유발지진은 인류에 의한 수많은 영향 및 다양한 지질학적 조건과 연관되어서 지난 수십 년 동안 관측되어 왔다. 이 논문에서는 다양한 유발지진을 고찰하고 자연적인 조구조 지진뿐만 아니라 유발지진의 종류에 따라 서로 비교한다. 수압파쇄는 암석층에서 새로운 균열을 통해 투수성을 높이는데 보편적으로 사용된다. 이 과정에서 유발지진이 발생하는데, 이 지진은 단열망과 석유/가스의 이동에 관한 중요한 정보를 제공한다. 유사한 방식으로 탄화수소 생산과정이나, 댐 저수지, 채광 활동 또는 폐수 주입 등의 과정에서도 의도하지 않은 유발지진이 발생하며, 이를 이용하여 다양한 수리역학적인 과정과 다양한 규모에서 저류층 특성의 변화를 파악할 수 있다. 일반적인 결론으로 지금까지 알려진 유발지진에 대한 불확실성과 지식의 한계를 요약하고 향후 연구에서 다루어야 할 몇 가지 주제를 제시한다.

• 한국지구과학회:학술대회논문집
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• 한국지구과학회 2010년도 춘계학술발표회 논문집
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• pp.106-106
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• 2010

오일샌드는 비투멘(bitumen), 물, 점토, 모래의 혼합체로 이루어진 비재래형 탄화수소 자원으로 세계적인 고유가 시대에 큰 관심을 받고 있는 석유자원 중 하나이다. 오일샌드는 대부분이 캐나다 앨버타주에 분포하고 있으며 주요 저류층으로는 아스바스카(Athabasca), 콜드레이크(Cold Lake) 지역의 멕머레이층(McMurray Formation), 클리어워터층(Clearwater Formation), 그랜드래피드층(Grand Rapid Formation)과 피스리버(Peace River) 지역의 블루스카이층(Bluesky Formation), 게팅층(Gathing Formation)이 있다. 오일샌드 저류층은 고생대 탄산염 기반암 위에 하성-에스츄어리에 이르는 다양한 퇴적환경에서 형성되어 매우 복잡한 지질특성이 나타난다. 오일샌드 저류층의 효율적인 개발을 위해서는 저류층의 복잡한 지질학적 특성의 이해가 반드시 필요하다. 본 연구에서 캐나다 오일샌드 시추코어 분석 DB, 물리검층 자료, 현장 및 현생 시추코어를 통하여 오일샌드 저류층의 지질특성화 정보의 도출을 시도하였다. 우선 캐나다 앨버타 전역에 분포하는 시추공의 기본 정보(표고, 위경도, 층서별 최상부 심도, 생산광구명, 광구개발업체)를 제공하는 AccuMap DB 프로그램을 이용하여 광역적인 오일샌드 저류층의 분포 특성을 이해하고자 주요층서에 대한 고지형도 및 층후도를 생산광구별로 도면화하여 분석하였다. 또한 캐나다 ENCANA사와 국제공동연구의 일환으로 확보된 크리스티나 레이크(Christina Lake)광구의 현장 시추코어를 이용하여 코어의 상세기재, 비파괴 물성측정, 입도/비투멘 함유량 분석과 같은 다양한 실내 시추코어분석 실험을 수행 중이다. 비파괴 물성측정은 현장 시추코어의 물리적/화학적 특성을 파악하고자 MSCL(Multi sensor core logger)과 XRF 코어 스캐너(X-ray fluorescence core scaner)를 통해 이루어지며, 분석결과로 시추코어의 감마밀도(gamma density), P파 속도(P-wave velocity), 전기비저항(resistivity), 대자율(magnetic susceptibility) 및 색지수의 물성과 정량적 화학조성을 측정한다. 현장 시추코어의 일부는 유기용매를 이용하여 퇴적물 내의 비투멘을 완전히 추출하고 퇴적물 입도와 저류층 비투멘 함유량 측정에 이용되었다. 현장 시료 분석 결과들은 물리검층 자료와 대비를 통하여 저류층의 지질특성을 규명하는 연구에 이용될 예정이다. 마지막으로 오일샌드의 현생 유사 퇴적환경으로 알려진 서해 경기만 조간대에서 시추코어 퇴적물을 획득하여 상세 기재하였으며, 이를 통해 오일샌드 저류층의 퇴적 모델을 제시하고자 퇴적층서 연구를 진행 중이다. 향후 오일샌드 관련 시추코어의 분석 결과들이 종합되면 기존 보다 비투멘 회수효율을 향상시킬 수 있는 정밀한 오일샌드 저류층 지질모델을 수립할 수 있을 것으로 기대된다.

• 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.