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석유가스생산을 위한 수압파쇄기술 설계 이론과 실제
Theoretical Background and Design of Hydraulic Fracturing in Oil and Gas Production 원문보기

터널과 지하공간: 한국암반공학회지 = Tunnel and underground space, v.23 no.6, 2013년, pp.538 - 546  

천대성 (한국지질자원연구원 지구환경연구본부) ,  이태종 (한국지질자원연구원 지열자원연구팀)

초록
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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.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper deals with a hydraulic fracturing technique, which is one of the methods to maximize the recovery rate and productivity of oil and gas in the petroleum industry. In the hydraulic fracturing, typically water mixed with sand and chemicals is injected into a wellbore in order to create artif...

주제어

#수압파쇄기술   #저류층 암반역학   #수압파쇄 설계   #석유가스  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 수압 파쇄를 수행하는 이유는 유정인근지역에 수압파쇄로 생성된 균열을 통해 효율적인 유체유입경로를 확보하기 위한 것이다. 또한 시추과정에서 이수에 의한 유정 인근 저류층의 손상을 복구함으로써 저류층의 생산지 수를 극대화 할 목적도 있다. 최근에는 셰일가스나 오일셰일과 같은 비전통 유전에서 수압파쇄가 널리 사용되고 있다(Jung, 2011).
  • 본 기술보고에서는 석유산업에서 사용되고 있는 수압 파쇄기술에 대하여 상업적으로 시작되었던 역사적 사례, 수압파쇄의 과정과 설계 그리고 평가방법 등에 대하여 문헌조사를 토대로 기술하였다. 또한 셰일가스와 EGS 지열발전에서의 차이점 등에 대해서도 일부 다루 었다.

가설 설정

  • 11) 파쇄유체압력(fracturing fluid pressure, Pf): 다양한 조건에서 사용되지만 엄밀하게 표현하여 파쇄 유체압력은 균열유체가 천공된 구멍과 굴곡을 통과한 후, 균열 본체 내부의 유체 압력이다. 파쇄유 체압력은 마찰효과로 인해 전체 균열에 대해 일정하지 않을 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
수압파쇄과정은 무엇인가? 첫 번째 단계인 pad stage는 균열지지제를 사용하지 않고 균열을 생성하고 전파시키며, 균열의 폭을 확장시킨다. 그리고 지층에 유입되는 유체를 제공한다. 두 번째 단계인 slurry stage에서는 유체와 균열지지제를 모두 사용하여 균열 내에 균열지지제를 위치시키며, 균열의 전 구간에서 일정한 균열지지제 밀도를 유지시킨다. 마지막으로 flush stage에서는 많은 양의 유체를 유정으로 펌핑하여 유정에 남아있는 균열지지제를 지층의 먼 곳까지 보내는 작업이 수행된다. 비록 수압파쇄 작업이 최적의 성과를 낼 수 있도록 설계된다고 하더라도, 수압파쇄의 성공은 종종 설계자나 작업하는 공학자의 한계 밖의 영역이다.
수압파쇄기술은 무엇인가? 석유가스생산에 있어 수압파쇄기술(hydraulic fracturing)은 저류층(reservoir)에 인위적인 균열을 발생시켜, 발생된 균열을 통해 저류층 유체의 유정 내 유입을 용이하게 하여 석유가스의 생산을 증대시키는 방법이다. 수압 파쇄를 수행하는 이유는 유정인근지역에 수압파쇄로 생성된 균열을 통해 효율적인 유체유입경로를 확보하기 위한 것이다.
수압파쇄 설계의 가장 큰 목적은 무엇인가? 수압파쇄 설계의 가장 큰 목적은 생산성과 회수율을 극대화할 수 있는 양호한 유체투과도를 가지면서도 기하학적 변화가 적은 안정적 균열을 생성하고 유지하는 것이다. 효율적인 수압파쇄 설계를 위해서는 저류층과 투과도의 균열변수, 균열의 반길이(fracture half-length), 균열전도도에 대한 관계를 이해해야 한다.
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참고문헌 (16)

  1. Jung, S., 2011, Post-fracturing evaluation of a hydraulicfractured well using well testing interpretation, Journal of the Korean society of for geosystem engineering 48.4, 493-498. 

  2. Choe, J., 2011, offshore drilling engineering, CIR, Seoul, 368p. 

  3. KIGAM, 2010, Technical report - Hydraulic fracturing. 

  4. Cipolla, C.L. and Wright, C.A., 2000, State-of-the-Art in hydraulic fracture diagnostics, SPE Asia Pacific Oil and Gas Conference and Exhibition, Brisbane, Australia, SPE 64434. 

  5. Dusseault, M.B., 1998, Course note of shale gas fracturing. 

  6. Economides, M. J. and Martin, T., 2007, Modern fracturing. Houston, Energy Tribune Publishing, 507p. 

  7. Fjaer, E., Holt, R.M., Horsrud, P., Raaen, A.M. and Risnes, R., 2008, Petroleum related rock mechanics, 2nd edition, Elsevier, Amsterdam, 491p. 

  8. Gaarenstroom, L., Tromp, R.A.J., de Jong, M.C. and Brandenburg, A.M., 1993, Overpressures in the Central North Sea: implication for trap integrity and drilling safety, Proc. of the 4th Conference, London, UK, 397-406. 

  9. GMI, 2010, Short course of oilfield geomechanics. 

  10. Geerstma, J. and de Klerk, F.A., 1969, Rapid method of predicting width and extent of hydraulically induced fractures, JPT, 1571-1581. 

  11. Jahn, F., Cook, M. and Graham, M., 2008, Hydrocarbon exploration and production, 2nd edition, Elsevier, Amsterdam, 444p. 

  12. Jeffrey, R.G., Zhang, X., and Bunger, A.P., 2010, Hydraulic fracturing of naturally fractured reservoirs, Proc. 35th workshop on Geothermal Reservoir Engineering, Stanford, USA, SGP-TR-188. 

  13. Jones, J. and Britt, L.K., 2009, Design and appraisal of hydraulic fractures, Richardson, Society of Petroleum Engineers. 

  14. Nolte, K.G. and Smith, M.B., 1981, Interpretation of fracturing pressures, SEP 8297. 

  15. Perkins, T.K. and Kern, L.R., 1961, Widths of hydraulic fractures, JPT, 937-949. 

  16. Zoback, M.D., Reservoir geomechanics, Cambridge, New york, 449p. 

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