• 한국가스학회지
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• 제25권1호
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• pp.20-29
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• 2021

투과성이 낮은 셰일층에서의 다단계 수압파쇄 시, 파쇄단계 간의 서로 근접한 균열로 인해 지층 간 응력간섭이 발생하는 '응력그림자효과'가 나타날 수 있다. 이로 인해 균열의 전파 방향성이 변화하거나 비정형적인 형태의 균열이 발생하게 된다. 본 연구에서는 응력그림자효과의 영향에 따른 수압파쇄 균열형태와 생산성을 분석하고자 상용 수압파쇄 시뮬레이터 full-3D모델인 'GOHFER'를 사용하였다. 균질한 저류층 모델에서 응력그림자효과 고려 유무에 따른 분석을 수행하였다. 또한 지력학적 물성이 다른 두 셰일층에서 수압파쇄 모델링을 수행하여 영률과 포아송비에 따른 응력그림자효과를 분석하였다. 선행 파쇄단계의 균열로 인한 응력변화는 최대/최소 주응력을 역전시켜 T-방향보다는 생산성이 미비한 L-방향 균열이 주로 형성되었다. 또한 Marcellus 셰일의 경우 연성 특성을 갖는 Eagle Ford 셰일에 비해 높은 취성으로 인해 균열의 폭이 더 두껍게 형성되어 균열 체적이 더욱 크게 산출되었다. Marcellus 셰일지층의 영률이 Eagle Ford 셰일에 비해 크게 낮기 때문에 stage 2에서 응력그림자효과의 영향을 적게 받는 것을 확인할 수 있었다. 이처럼 응력그림자효과는 균열 간의 간격 뿐만 아니라 지력학적 물성에 따라서도 크게 달라진다. 그러므로 좀 더 정확한 균열 형태와 현실성 있는 생산성 예측하기 위해 응력그림자효과는 고려되어야 한다.

• 한국가스학회지
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• 제20권1호
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• pp.13-22
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• 2016

본 연구에서는 다단계 수압파쇄와 수평시추가 적용된 셰일가스정에서 생산자료의 유동형태에 따라 적절한 분석 방법과 궁극가채량을 산출하는 기법을 결정하는 방법을 정리한 흐름도를 제안하였다. 또한 1차 천이유동만이 나타나는 현장자료에 대해 생산천이유동 분석을 수행할 때 고려해야 하는 사항들을 제안하였다. log-log 그래프와 시간제곱근 그래프 분석을 통해 생산자료의 유동 특성을 분류할 수 있고, 이 결과, 1차 천이유동만이 나타나는 생산자료는 이 유동이 종료되는 시점을 정확히 예측하여 이 시점을 기준으로 생산성을 각각 예측하여야 한다. 이 시점은 미세탄성파 탐사자료 해석을 통해 균열자극부피의 면적을 계산함으로써 산출할 수 있다. 공저압력자료나 미세탄성파 탐사자료가 없다면 셰일가스정에 적절한 경험적 방법을 활용하여 생산성을 예측할 수 있다. 생산기간이 짧은 자료는 상대적으로 생산기간이 긴 인접 생산정의 자료를 활용하여 생산기간의 적절성을 평가한 후 필요하다면 생산초기 자료를 제외하고 분석하는 것이 정확도를 향상시킬 수 있다. 또한 미세탄성파 탐사자료 해석에 의해 산출된 SRV는 분석방법이나 분석자의 주관에 의해 과대, 과소 평가될 수 있기 때문에 파쇄 단계, 파쇄유체 주입량, 생산성 분석을 통한 적절성평가를 수행하여 필요한 경우, 저류층 시뮬레이션, 균열모델링, 생산천이분석을 통해 재산정하는 것이 필요하다.

• 광물과 암석
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• 제34권4호
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• pp.209-218
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• 2021

비전통(unconventional) 에너지 자원 중 최근 각광받고 있는 셰일 가스의 회수율을 높이기 위해서는 저류층의 공극 구조 연구가 필수적이다. 본 연구에서는 대면적으로 입자나 형상 분포를 확인 할 수 있도록 개발된 분석 장치인 대면적 자동화 입자 분석 시스템(Scanning Electron Microscope Particle Analysis, SELPA)을 활용하여 셰일 가스 저류층 시료의 공극 분포를 관찰하였다. 본 연구에서는 리아드 분지에서 시추된 A-068 시추공 시료 중 방해석이 주 구성 광물인 시료를 대상으로 연구를 수행하였다. SELPA를 이용하여 시료 내 수십 나노에서 수백 마이크로미터 크기의 공극을 관찰하였고 각 공극의 크기 별 비율을 확인하였다. 같은 영역의 표면을 대상으로 각각 1000배, 3000배, 5000배의 배율로 이미지를 관찰하여 공극의 분포를 확인한 결과 최소 3000배 이상의 배율에서 관찰해야 100 nm 이하의 공극까지 관찰되어 작은 스케일의 공극 분포까지 분석할 수 있는 것이 확인되었다. 본 연구에서 소개된 방법론을 통해 셰일 가스 저류층을 포함한 비전통 자원의 저류층 내공극의 분포를 단시간에 파악할 수 있는 방법론이 확인되었으며 향후 비전통 저류층 내 공극 구조 파악에 활용할 수 있을 것이 기대된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2008년도 추계학술대회 논문집
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• pp.188-191
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• 2008

There have been many methods for producing natural gas from gas hydrate reservoirs in permafrost and sea floor sediments. It is well knownthat the depressurization should be a best option for Class 1 gas hydrate deposit, which is composed of tow layers: hydrate bearing layer and an underlying free gas. However many of gas hydrate reservoirs in sea floor sediments are classified as Class 2 that is composed of gas hydrate layer and mobile water, and Class 3 that is a single gas hydrate layer. The most appropriate production methods among the present methods such as thermal stimulation, inhibitor injection, and controlled oxidation are still under development with considering the gas hydrate reservoir characteristics. In East Sea of Korea, it is presumed that the thick fractured shale deposits could be Class 2 or 3, which is similar to the gas hydrate discovered offshore India. Therefore it is needed to evaluate the possible production methods for economic production of natural gas from gas hydrate reservoir. Here we would like to present the production of natural gas from gas hydrate deposit in East Sea with industrial flue gases from steel company, refineries, and other sources. The existing industrial complex in Gyeongbuk province is not far from gas hydrate reservoir of East Sea, thus the carbon dioxide in flue gas could be used to replace methane in gas hydrate. This approach is attractive due to the suggestion of natural gas productionby use of industrial flue gas, which contribute to the reduction of carbon dioxide emission in industrial complex. As a feasibility study, we did the NMR experiments to study the replacement reaction of carbon dioxide with methane in gas hydrate cages. The in-situ NMR measurement suggeststhat 42% of methane in hydrate cages have been replaced by carbon dioxide and nitrogen in preliminary test. Further studies are presented to evaluate the replacement ratio of methane hydrate at corresponding flue gas concentration.

• 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.

• 한국가스학회지
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• 제17권4호
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• pp.58-69
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• 2013

본 연구에서는 캐나다 셰일가스전에 위치한 2개의 생산정에 대해 생산특성에 따라 적절한 생산자료 분석기법을 이용하여 분석을 수행하였다. Case A 생산정의 경우 생산자료가 매우 가변적으로 나타나 시간과 중첩시간을 적용하여 비교분석을 실시하였다. 유동영역을 구분하기 위해 생산자료를 로그-로그 그래프에 도시한 결과 천이유동구간만 나타났다. 시간과 중첩시간을 적용하여 자극을 받은 저류층 면적이 각각 180, 240 acres로 산출되었고, 원시가스부존량은 15, 20 Bscf로 계산되었다. 그러나 산출된 저류층 면적은 경계영향유동자료로부터 산출된 것이 아니기 때문에 최소 값으로 판단된다. 이에 저류층 면적과 감퇴지수에 대한 생산성 예측을 수행하였다. 그 결과 감퇴지수가 0.5, 1로 커질수록 궁극가채량이 1.2배와 1.4배로 증가하였다. 또한 저류층 면적이 240에서 360 acres로 커지면 궁극가채량이 1.3배 증가되는 것을 확인할 수 있었다. Case B의 고압 저류층에 위치한 생산정은 상부지층압에 따른 지층압축률과 투과도를 적용하여 분석하였다. 지역학적 영향을 적용한 경우와 아닌 경우를 비교한 결과, 저류층 면적은 1.4배, 원시가스부존량이 1.5배로 증가하였다. 셰일 가스전 현장자료에 대한 분석 결과, 분석 방법에 따라 원시가스부존량, 궁극가채량 등 향후 생산성 예측이 크게 달라지므로 생산자료에 따라 유사시간, 중첩시간, 지역학적 분석 등의 적절한 분석방법을 적용하여야 정확한 생산자료 분석이 가능할 것으로 판단된다.

• 터널과지하공간
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• 제31권1호
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• pp.41-51
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• 2021

치밀 저류층의 투과도 증진을 위해 개발된 수압파쇄 기술은 셰일가스와 같은 비전통자원과 심부지열 개발에 필수적인 기술 중 하나이다. 파쇄형태가 단순하고 파쇄효율이 좋지 않은 수압파쇄를 개선하기 위해 다양한 파쇄유체를 이용한 실험적 연구가 진행되었다. 물, N2, CO2 가스를 파쇄유체로 사용하여 치밀 암석에 대한 파쇄형태와 효율성을 분석하였다. 파쇄유체로 물을 일정 주입속도로 주입한 경우 순간적으로 압력이 상승하여 파쇄가 발생하였으나, 파쇄유체로 가스를 주입한 경우 서서히 압력이 증가되면서 물보다 낮은 파쇄압력을 보였다. 3D 단층촬영 기법을 이용하여 물과 가스 주입으로 생성된 균열을 관찰한 결과는 기존 공극부피 대비 파쇄 자극부피가 각각 5.71%(물), 12.72%(N2), 43.82%(CO2) 증가되었다. 또한 파쇄유체의 파쇄 효율성을 검정하기 위한 파쇄 전후 투과도 변화 실험에서는 가스 파쇄에 의해 증가되는 투과도 증가 값이 물을 이용한 파쇄보다 훨씬 높게 측정되었다. 파쇄 이후 인공균열의 생성과 주변응력에 의해 다시 균열이 닫히는 현상을 고려하여 생성된 인공균열에 구속압을 단계별로 증가시켜 투과도 변화를 측정하였다. 구속압이 2MPa에서 10MPa로 증가시켰을 경우 초기 투과도 대비 각각 89%(N2), 50%(CO2) 감소하였다. 본 연구는 가스파쇄기술이 수압파쇄보다 투과도 증진 효과가 크고 이후 주변 응력에 의한 투과도 감소가 적은 것으로 나타났다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제17권4호
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• pp.343-354
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• 2019

The present study demonstrates the application of seismic petrophysics and amplitude versus angle (AVA) forward modeling to identify the reservoir fluids, discriminate their saturation levels and natural gas composition. Two case studies of the Lumshiwal Formation (mainly sandstone) of the Lower Cretaceous age have been studied from the Kohat Sub-basin and the Middle Indus Basin of Pakistan. The conventional angle-dependent reflection amplitudes such as P converted P ($R_{PP}$) and S ($R_{PS}$), S converted S ($R_{SS}$) and P ($R_{SP}$) and newly developed AVA attributes (${\Delta}R_{PP}$, ${\Delta}R_{PS}$, ${\Delta}R_{SS}$ and ${\Delta}R_{SP}$) are analyzed at different gas saturation levels in the reservoir rock. These attributes are generated by taking the differences between the water wet reflection coefficient and the reflection coefficient at unknown gas saturation. Intercept (A) and gradient (B) attributes are also computed and cross-plotted at different gas compositions and gas/water scenarios to define the AVO class of reservoir sands. The numerical simulation reveals that ${\Delta}R_{PP}$, ${\Delta}R_{PS}$, ${\Delta}R_{SS}$ and ${\Delta}R_{SP}$ are good indicators and able to distinguish low and high gas saturation with a high level of confidence as compared to conventional reflection amplitudes such as P-P, P-S, S-S and S-P. In A-B cross-plots, the gas lines move towards the fluid (wet) lines as the proportion of heavier gases increase in the Lumshiwal Sands. Because of the upper contacts with different sedimentary rocks (Shale/Limestone) in both wells, the same reservoir sand exhibits different response similar to AVO classes like class I and class IV. This study will help to analyze gas sands by using amplitude based attributes as direct gas indicators in further gas drilling wells in clastic successions.

• 터널과지하공간
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• 제23권3호
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• pp.169-179
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• 2013

치밀 또는 셰일가스층과 같은 비전통 저류층에서 물성을 구할 때 기존의 전통 가스정 시험법을 적용하면 올바른 결과값을 얻을 수 없다. 일반적으로 셰일가스 저류층에서는 지층의 저투과성으로 인해 유동 속도가 느려 방사형 유동 구간이 나타나기까지의 시간이 매우 오래 걸리며 수압파쇄 후에는 방사형 유동 구간이 전혀 나타나지 않을 수도 있다. 이로 인해 시험 비용이 많이 들 뿐만 아니라 결과값의 정확도 또한 매우 낮다. 이러한 이유로 셰일가스 저류층 물성 분석법으로 DFIT(diagnostic fracture injection test)이 새롭게 주목받고 있다. 수압파쇄 전에 수행되는 DFIT은 셰일가스의 중요성이 커져감에 따라 저류층의 물성을 얻기 위한 가장 실용적인 방법 중의 하나로 알려져 있다. DFIT 데이터를 분석하는 방법에는 여러 가지가 있으며 한 가지 방법으로는 데이터를 잘못 분석할 수 있기 때문에 다양한 방법을 통해서 종합적으로 물성을 분석하는 것이 매우 중요하다. 본 연구에서는 이러한 다양한 DFIT 분석법들에 대해 설명하고 이를 통해 3개 저류층의 DFIT 데이터에서 여러 가지 분석법들이 어떻게 적용되는지 비교, 분석하여 정확한 저류층 물성을 얻고자 하였다.

• 터널과지하공간
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• 제24권6호
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• pp.418-429
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• 2014

지열에너지, 원유회수증진을 포함한 석유/가스개발, 셰일가스 개발과 이산화탄소 지하저장(CCS)의 네가지 에너지개발기술에서 시추공 유체주입 및 배출과정에서 발생하는 유발지진에 관하여 문헌조사를 통하여 사례를 분석 하였다. 기술문헌에 보고된 가장 큰 유발지진은 지하 저류층으로 큰 부피의 유체가 주입 된데 비하여 배출은 적어 평형이 취해지지 않았던 프로젝트와 관련이 있다. 자료의 통계적 분석 결과, 주입되고 배출된 유체의 순주입량의 정도가 지하의 응력조건, 공극유압 등 유발지진을 일으키는 여러 요인들을 포함하여 표현하는 단일변수 역할 을 할 수도 있다는 것을 보여주고 있다. 따라서 지열개발과 대부분의 석유, 가스개발과 같은 에너지 개발프로젝트는 총 주입량과 총 배출량의 평형을 유지하도록 설계 함으로서 유발지진이 일어날 확률을 대폭 줄일 수도 있다. 반면에 장기간에 걸쳐 많은 양을 주입하는 폐수 처리정이나 CCS 프로젝트가 보다 큰 유발지진을 일으킬 개연성이 있는 것으로 나타났다.