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셰일가스는 투과도와 공극률이 낮은 근원암에 부존되어 있는 비전통 자원으로 상업적 생산을 위해 장공수평시추와 인위적인 균열을 만들어 주는 수압파쇄기법이 필요하며, 파쇄된 균열내에서의 복잡한 유체의 유동을 이해하는 것이 셰일가스 개발에 중요한 과제이다. 본 연구에서는 미소지진신호를 이용하여 파쇄 균열대를 묘사하였고, 생산에 따른 파쇄균열에 작용하는 유효응력의 변화와 이로 인한 기하학적 구조 변화 관계를 고려한 ...

셰일가스는 투과도와 공극률이 낮은 근원암에 부존되어 있는 비전통 자원으로 상업적 생산을 위해 장공수평시추와 인위적인 균열을 만들어 주는 수압파쇄기법이 필요하며, 파쇄된 균열내에서의 복잡한 유체의 유동을 이해하는 것이 셰일가스 개발에 중요한 과제이다. 본 연구에서는 미소지진신호를 이용하여 파쇄 균열대를 묘사하였고, 생산에 따른 파쇄균열에 작용하는 유효응력의 변화와 이로 인한 기하학적 구조 변화 관계를 고려한 시뮬레이션 모델을 구축하고 생산이력매칭 및 생산예측을 수행하였다.
수압파쇄에 의해 지하 심부에서 발생되는 미소지진 신호를 분석하여 지층내 수압파쇄 균열의 길이, 간극, 높이 등에 대한 정보를 취득함으로써 파쇄 균열의 형상을 유추할 수 있다. 본 연구에서는 Petrel S/W를 활용하여 이미 구축된 지질모델에 대하여 미소지진 신호를 적용한 파쇄균열의 위치와 범위를 산출하였다. 다음으로 암체와 자연균열, 파쇄균열 간의 다성분 가스 유동 분석을 위하여 compositional simulator인 GEM S/W를 통해 저류 유동 모델을 구축하고, 지역격자세분법(Local Grid Refinement)을 적용한 이원투과도(Dual-permeability)모델을 적용하여 셰일가스 저류층에 대한 시뮬레이션 모델을 구성하였다. Duliman등(2013)은 SRV(Stimulated Reservoir Volume)의 개념을 통해 위치에 따른 파쇄 정도를 구분하는 방법을 제안하였고, 본 연구에서는 미소지진신호의 개수를 이용하여 위치별 파쇄정도를 3가지 형태의 SRV격자 시스템으로 구현하였다. 수압파쇄균열을 묘사한 최종모델을 통해 생산이력매칭을 수행한 결과, 생산에 따라 수압파쇄 균열 내 유체의 압력이 감소하므로 균열에 작용하는 유효응력이 시간에 따라 증가하는 것을 확인했다. 이는 결국 균열 간극크기와 파쇄균열대의 형상이 변화함을 의미한다. 따라서 시간에 따른 격자별 공극압력의 변화를 계산하고 이를 유효응력으로 변환하여, 응력 변화에 따른 파쇄균열의 두께, 투과도 감소 양상을 시뮬레이션에 고려한 결과 실제 생산량과 시뮬레이션 결과와의 오차가 감소함을 확인하였다.
본 연구에서는 미소지진신호를 분석하여 파쇄부피를 구분하고, 수압파쇄균열의 특성을 모델에 반영하기 위하여 지역격자세분법을 이용해서 유동모델을 구축하였다. 또한 생산에 따라 균열에 작용하는 유효응력과 이로 인한 균열의 두께 및 투과도의 변화 관계를 모델에 반영하여 보다 정확한 생산이력 매칭 기법을 제안하고 이를 활용한 생산예측을 수행하였다.

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