• Geomechanics and Engineering
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• 제7권4호
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• pp.403-430
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• 2014

Shale gas formations exhibit strong mechanical and strength anisotropies. Thus, it is necessary to study the effect of anisotropy on the hydraulic fracture initiation pressure. The calculation model for the in-situ stress of the bedding formation is improved according to the effective stress theory. An analytical model of the stresses around wellbore in shale gas reservoirs, in consideration of stratum dip direction, dip angle, and in-situ stress azimuth, has been built. Besides, this work established a calculation model for the stress around the perforation holes. In combination with the tensile failure criterion, a prediction model for the hydraulic fracture initiation pressure in the shale gas reservoirs is put forward. The error between the prediction result and the measured value for the shale gas reservoir in the southern Sichuan Province is only 3.5%. Specifically, effects of factors including elasticity modulus, Poisson's ratio, in-situ stress ratio, tensile strength, perforation angle (the angle between perforation direction and the maximum principal stress) of anisotropic formations on hydraulic fracture initiation pressure have been investigated. The perforation angle has the largest effect on the fracture initiation pressure, followed by the in-situ stress ratio, ratio of tensile strength to pore pressure, and the anisotropy ratio of elasticity moduli as the last. The effect of the anisotropy ratio of the Poisson's ratio on the fracture initiation pressure can be ignored. This study provides a reference for the hydraulic fracturing design in shale gas wells.

• 한국가스학회지
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• 제21권2호
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• pp.50-57
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• 2017

셰일 저류층은 매우 미세한 입자로 구성되어 있으며, 공극의 크기가 나노미터에 불과하다. 본 연구에서는 셰일 암체에서의 크누센 확산영향, 균열대 및 암체에서 상대투과도, 셰일가스 생산에 따른 균열투과도 변화를 적용하여 그 영향을 분석하였다. 이를 위해 캐나다 혼리버 셰일 저류층 모델을 구축하였으며, 장기간 생산을 하는 셰일 저류층에서의 확산 및 선행연구에서 제안된 균열대 상대투과도를 적용하여 생산성에 미치는 영향을 분석하였다. 그리고 암체와 균열대에서 동생수가 생산성에 미치는 영향과 저류층 생산에 따른 균열투과도 변화를 적용하여 생산성을 평가하였다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제13권1호
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• pp.99-117
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• 2017

Rock physics modeling of sandstone reservoir from gas fields of Krishna-Godavari basin represents the link between reservoir parameters and seismic properties. The rock physics diagnostic models such as contact cement, constant cement and friable sand are chosen to characterize reservoir sands of two wells in this basin. Cementation is affected by the grain sorting and cement coating on the surface of the grain. The models show that the reservoir sands in two wells under examination have varying cementation from 2 to more than 6%. Distinct and separate velocity-porosity and elastic moduli-porosity trends are observed for reservoir zones of two wells. A methodology is adopted for generation of Rock Physics Template (RPT) based on fluid replacement modeling for Raghavapuram Shale and Gollapalli Sandstones of Early Cretaceous. The ratio of P-wave velocity to S-wave velocity (Vp/Vs) and P-impedance template, generated for this above formations is able to detect shale, brine sand and gas sand with varying water saturation and porosity from wells in the Endamuru and Suryaraopeta gas fields having same shallow marine depositional characters. This RPT predicted detection of water and gas sands are matched well with conventional neutron-density cross plot analysis.

• 한국가스학회지
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• 제24권4호
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• pp.62-72
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• 2020

본 연구에서는 캐나다 혼리버(Horn-River) 분지를 대상으로 셰일가스 저류층의 신뢰성 있는 생산성 평가와 미래 생산량 예측을 위한 효율적인 이력검증(history matching) 방법을 제안하였다. 이를 위해 셰일가스 저류층의 물성인자가 생산성에 미치는 영향을 분석하기 위한 민감도 분석을 수행하였으며, 그 결과를 바탕으로 저류층 물성인자를 4가지 case로 분류하여 이력검증의 목적함수로 활용하였다. 이력검증 이후 추가 취득된 약 3년간의 생산 자료를 포함하여 맹검시험(blind test)을 수행한 결과, Case 1(모든 물성인자)은 7.67%, Case 2(생산 영향인자)는 7.13%, Case 3(제어 가능 물성인자)는 17.54%, Case 4(제어 불가능 물성인자)는 10.04%의 생산량 오차율이 나타났다. 이는 이력검증을 수행한 초기 4년간의 생산 자료의 경우에는 모든 물성인자를 고려한 생산예측이 효과적이나, 향후 생산량 예측을 함에 있어 Case 2와 같이 생산성에 대해 민감도가 높은 물성인자를 고려할 때 가장 높은 신뢰도가 나타남을 의미한다. 가장 높은 신뢰도를 갖는 Case 2 모델을 이용해서 예측한 셰일가스 저류층 생산정의 긍극가채매장량은 2030년 12월 기준 약 17.24 Bcf이며, 원시부존량 대비 회수율은 약 32.2%이다.

• 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.

• 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.

• Geomechanics and Engineering
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• 제9권5호
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• pp.645-667
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• 2015

Single treatment and staged treatments in vertical wells are widely applied in sandstone and mudstone thin interbedded (SMTI) reservoir to stimulate the reservoir. The keys and difficulties of stimulating this category of formations are to avoid hydraulic fracture propagating through the interface between shale and sand as well as control the fracture height. In this paper, the cohesive zone method was utilized to build the 3-dimensional fracture dynamic propagation model in shale and sand interbedded formation based on the cohesive damage element. Staged treatments and single treatment were simulated by single fracture propagation model and double fractures propagation model respectively. Study on the changes of fracture vicinity stress field during propagation is to compare and analyze the parameters which influence the interfacial induced stresses between two different fracturing methods. As a result, we can prejudge how difficult it is that the fracture propagates along its height direction. The induced stress increases as the pumping rate increasing and it changes as a parabolic function of the fluid viscosity. The optimized pump rate is $4.8m^3/min$ and fluid viscosity is $0.1Pa{\cdot}s$ to avoid the over extending of hydraulic fracture in height direction. The simulation outcomes were applied in the field to optimize the treatment parameters and the staged treatments was suggested to get a better production than single treatment.

• 한국가스학회지
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• 제21권3호
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• pp.61-69
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• 2017

생산성을 증대시키는 기술의 발달로 상업적인 생산이 가능해진 비전통 가스에 대한 개발이 북미를 중심으로 진행되고 있다. 셰일 저류층은 유체투과도가 낮으며, 일반적인 석유자원과 달리 수압파쇄로부터 생성된 균열을 통해 가스 생산이 이루어지므로 초기의 생산 감퇴율이 큰 반면 후반부에서는 감퇴하는 변화율이 매우 작은 특징을 나타낸다. 이러한 셰일가스의 생산량 변동성으로 인해 단일 예측값을 산출하는 생산감퇴곡선분석기법을 생산량 자료 분석에 적용할 경우 불확실성을 고려하기 어렵다. 이 연구에서는 미국 Eagle Ford 지역의 생산정 자료에 대하여 확률론적 기법 중 하나인 몬테카를로 시뮬레이션을 적용하였으며, 생산감퇴곡선인자에 대한 난수발생 시 핵밀도 함수를 활용하여 분포에 대한 가정 없이 자료의 특성을 반영한 확률분포를 도출하였다. 또한, 일반적으로 사용되고 있는 Arps 쌍곡선함수와 치밀/셰일층의 특성을 고려하여 생산량 예측이 가능한 Modified SEPD 적용에 있어 단일값이 아닌 확률에 따른 궁극가채량을 예측함으로써 불확실성을 최소화하고자 하였다.

• 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.

• 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.