[논문]셰일 가스 자원의 지화학적 평가 및 특성화

이영주

doi:10.9719/eeg.2013.46.4.359

셰일 가스 자원의 지화학적 평가 및 특성화
Geochemical Evaluation and Characterization of the Shale Gas Resources 원문보기

자원환경지질 = Economic and environmental geology, v.46 no.4, 2013년, pp.359 - 373

초록
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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.

Abstract ▼ AI-Helper

Shale is considered as a source rock for conventional oil and gas exploration and development because shale is fine-grained detrital sedimentary rock which can preserve the organic matter better. Shale has a good sealing capacity for the petroleum trap due to its low permeability. Commercial recoveries of gas from shale in the North America based on the development of technologies of horizontal drilling and hydraulic fracturing reveal that shale also function as a effective reservoir rock. Geochemical techniques to evaluate generation potential of the hydrocarbons from organic matter in the source rocks can be applied for the exploration of the shale gas resources. To evaluate shale gas resources, it is important to understand various geochemical processes and shale characteristics controlling generation, storage and estimation of shale gas reserves. In this paper, the generation mechanism of the oil and gas from organic matter is reviewed, and geochemical techniques which can be applied for the evaluation and characterization of shale gas are introduced.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 셰일층에서 유기물이 석유와 가스를 생성하고 저장하는 과정을 고찰하였고 셰일 저류층 특성화와 셰일 가스 탐사에 활용되는 지화학적 분석 및 기술에 대해서 소개하고자 한다.

가설 설정

만일 다른 조건에 영향을 받지 않는다고 가정한다면 시료의 초기의 유기물(TOC_o)은 유기물은 매몰 심도가 깊어지고 열적인 성숙단계가 높아지면서 탄화수소 성분(S₀, S₁)을 생성하고 탄화수소 생성 능력을 나타내는 S₂는 감소하게 된다(Fig. 10). 따라서 셰일층내의 현재의 유기물양(TOC_pd)은 초기 유기물(TOC_o)에서 생성된 탄화수소와 잔류 유기물 성분을 제외한 성분이다.

성능/효과

2) 케로젠의 현미경 관찰 결과를 이용하여 초기의 유기물의 함량을 계산하는 계산식이 개발되었다(Eqs. 1 and 2; Fig. 11). 분석 기술은 셰일층에서 케로젠을 추출하여 현미경 관찰을 통해서 케로젠 타이프의 분포비를 정하여 초기 수소지수(HIo)를 계산하고 변환지수(transform ratio, TR_HI)를 이용해서 초기의 유기물의 양을 계산하는 것이다(Eqs.
3) 케로젠의 현미경 관찰 자료가 없는 경우에는 초기의 수소 지수값을 알아내기 위해서는 전세계의 셰일 분석치 데이터베이스를 참고하여 수치를 예측해야 한다. 셰일층 가스 형성에 가장 적합한 것으로 알려져 있는 해성 셰일의 경우 원래의 수소지수(HIo) 값은 300-700 mg HC/g TOC으로 지역에 따른 데이터베이스를 활용해야 한다(Jarvie 2012a).
17). 비트리나이트 반사도의 값이 높은 유기물일수록 열적으로 성숙이 진행된 것으로 유기물의 타이프에 따라 다소간의 차이가 있으나 비트리나이트 반사도(VRo) 0.60%은 석유생성단계 진입 단계이고 비트리나이트 반사도 1.00%은 습성가스 생성 단계에 도달한 것으로 해석된다. 비트리나이트 반사도 1.
시추공 자료와 주변의 미성숙 셰일층의 분석을 통해서 구한 바넷 셰일의 초기 유기물 함량(TOC_o)은 6.41%인데 이중에 탄화수소로 전환되는 탄화수소 전환 가능 탄소(Cc; convertible carbon)는 2.32%이고 탄화수소로 변환되지 못하는 잔류 탄질 탄소(CR; residual organic carbon)은 4.09%이다. 시추공에서 생산된 탄화수소의 양과 종류를 케로젠의 타이프를 고려하여 계산하면 탄화수소로 변환된 유기물 중에서 60%인 1.
09%이다. 시추공에서 생산된 탄화수소의 양과 종류를 케로젠의 타이프를 고려하여 계산하면 탄화수소로 변환된 유기물 중에서 60%인 1.39%의 유기물(Ccex; carbon expelled hydrocarbons)에서 생성된 탄화수소는 근원암에서 저류층으로 배출된 것으로 계산되었다. 케로젠의 타이프 및 특성에 의하면 배출된 탄화수소는 70%는 석유이고 30%는 가스인 것으로 계산되어 생성된 탄화수소를 계산하면 배출된 탄화수소는 0.
Modica and Lapierre(2012)에 의하면 케로젠이탄화수소를 생성하면서 만드는 미세 유기공극은 기존의 기질공극 혹은 균열공극과 밀접하게 연관성을 갖지는 않지만 셰일층에서 가스의 저장에 매우 중요한 역할을 하는 것으로 밝혀졌다. 와이오밍 파우더 리버(Powder River) 분지의 모우리(Mowry) 셰일층을 대상으로 실험을 한 결과 카타제네시스 동안에 형성되는 이 공극은 현지의 초기 유기물(TOC_o)의 양과 비례하여 형성되는 것으로 나타났다. 즉, 2%의 초기 유기물은 갖는 셰일층의 경우 열적 진화단계에 따른 유기 공극은 1.
와이오밍 파우더 리버(Powder River) 분지의 모우리(Mowry) 셰일층을 대상으로 실험을 한 결과 카타제네시스 동안에 형성되는 이 공극은 현지의 초기 유기물(TOC_o)의 양과 비례하여 형성되는 것으로 나타났다. 즉, 2%의 초기 유기물은 갖는 셰일층의 경우 열적 진화단계에 따른 유기 공극은 1.68%가 생성될 수 있고 4%의 초기 유기물을 함유하는 경우에는 3.35%가 최대의 케로젠 공극이며 6%의 초기 유기물을 함유하는 셰일층은 열적 진화 단계를 거치면서 최대 5%의 케로젠 유기공극을 만들어 내는 것으로 밝혀졌다(Fig. 21).

후속연구

셰일 시료의 Rock-Eval 열분석을 통해서 나온 결과를 통해서 현재의 유기물의 열적 진화단계와 유기물 성분의 특성을 파악할 수 있고 유기물의 특성에 따라서 향후에 생성될 탄화수소의 종류와 양도 계산할 수 있다. 하지만 셰일 자원시스템에서 생성된 탄화수소의 양을 정확하게 평가하기 위해서는 초기 유기물의 양(TOC_o)을 정확하게 알아내는 것이 매우 중요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	셰일층의 지화학 평가 기술은 어떤 기술인가?	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.
	셰일층 내의 유기물은 어떻게 구분되는가?	셰일층 내의 유기물은 다음과 같이 크게 세 가지로 구분된다. 첫 번째는 암석 내의 유리 가스(free gas, S0) 및 비투멘(S1)으로 유기물로부터 유래한 성분이거나 혹은 셰일층 내에서 생성된 탄화수소 성분이고 두번째는 유기물중에서 탄화수소로 변환될 수 있는 유기탄소(convertible carbon, S2), 그리고 세 번째는 탄화수소를 생성할 능력을 갖지 못하는 잔류 유기물(residual carbon, dead carbon, S3)이다(Fig. 7; Javie et al.
	셰일의 어떤 특성 때문에 전통적으로 석유나 가스의 탐사 및 개발에서 탄화수소를 생성하는 근원암의 역할을 했는가?	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.

참고문헌 (33)

Baek, M. (2011) Unconventional Gas Resources & KOGAS's Projects Journal of Korean Society For Geosystem Engineering, v.48, n.4, p.524-538.
Bend S. L. (2008) Petroleum Geology eTextbook. ver. 1.1, AAPG/Datapages
Blatt, H. (1982) Sedimentary Petrology. Freeman, W. H. and Company, 564p.
Cooles, G. P., Mackenzie, A. S. and Quigley, T. M. (1986) Calculation of petroleum masses generated and expelled from source rocks. Organic Geochemistry, v.10, p.235-245.

상세보기
Curtis, J. B. (2006) Fractured Shale-Gas Systems, American Association of Petroleum Geologists Bulletin, v.86, n.11, p.1921-1938.
Curtis, M. E., Carl H., Sondergeld, R., Ambrose, J. and Rai, C. S. (2012) Microstructural investigation of gas shales in two and three dimensions using nanometerscale resolution imaging; AAPG Bulletin, v.96, p.665-677.

상세보기
Durand B. (1980) Kerogen, EDITIONS TECHNIP, 519p.
Espitalie, J., Madec, M. and Tissot, B. (1984) Geochemical logging, in K. J. Voorhees, ed., Analytical pyrolysis: Techniques and applications: London, Butterworths, p.276-304.
Gihm, Y.-S., Hwang, I.-G., Kim, H.-T., Lee, H.-S. and Lee D.-S. (2011) Geological Characteristics and Development Strategy of the Marcellus Shale, Journal of Korean Society For Geosystem Engineering, v.48, n.3, p.371-382.
Huang, J., Zou, C., Li, J., Dong, D., Wang, S., Cheng, K. (2012) Shale gas generation and potentail of the Lower Cambrian Qiongzhusi Formation in the South Sichuan Basin, China, Petroleum Exploration and Development, v.39, p.75-81.

상세보기
Hunt, J. M. (1996) Petroleum geochemistry and geology, second edition, Freeman, W. H. and Company, 741p.
Hwang, S. and Jin, G. (2012) Unconventional Reservoirs: Review on Geophysical Well Logging for Shale Plays, Journal of Korean Society For Geosystem Engineering, v.49, p.248-260.
Jarvie, D. M. (2004) Evaluation of hydrocarbon generation and storage in the Barnette shale, Ft. Worth Basin, Texas, Special BEG/PTTC presentation
Jarvie, D. M. (2012a) Shale resource systems for oil and gas: Part 1. Shale-gas resource systems, in J. A. Breyer, ed., Shale reservoirs. Giant resources for the 21st century: AAPG Memoir 97, p.69-87.
Jarvie, D. M. (2012b) Shale resource systems for oil and gas: Part 2.Shale-oil resource systems, in J. A. Breyer, ed., Shale reservoirs. Giant resources for the 21st century: AAPG Memoir 97, p.89-119.
Jarvie, D. M. and Lundell, L. L. (2001) Amount, type, and kinetics of thermal transformation of organic matter in the Miocene Monterey Formation, in Isaacs, C. M. and Rullkotter, J. eds., The Monterey Formation: From rocks to molecules: New York, Columbia University Press, p.268-295.
Jarvie, D. M., Hill, R. J., Ruble, T. E. and Pollastro, R. M. (2007) Unconventional Shale-Gas Systems: The Mississippian Barnett Shale of North-Central Texas as One Model for Thermogenic Shale-Gas Assessment, American Association of Petroleum Geologists Bulletin, v.91, p.475-499.
Ko, J. (2007) Barnett Shale Gas System in the Fort Worth Basin, Texas, U. S. A., Journal of Korean Society For Geosystem Engineering, v.44, n.5, p.455-473.
Loucks, R. G., Reed, R. M., Ruppel, S. C. and Jarvie, D.M. (2009) Morphology, genesis, and distribution of nanometer scale pores in siliceous mudstones of the Mississippian Barnett Shale: Journal of Sedimentary Research, v.79, p.848-861.

상세보기
Mahlstedt, N. and Horsfield, B. (2012) Metagenetic methane generation in gas shales I. Screening protocols using immature samples, Marine and Petroleum Geology, v.31, p.27-42.

상세보기
Milliken, K. L., Rudnicki, M., Awwiller, D. N. and Zhang, T. (2013) Organic matter-hosted pore system, Marcellus Formation(Devonian), Pennsylvania; American Association of Petroleum Geologists Bulletin, v.97, p.177-200.
Modica, C. J. and Lapierre, S. G. (2012) Estimation of kerogen porosity in source rocks as a function of thermal transformation; Example from the Mowry shale in the Powder River of Wyoming. American Association of Petroleum Geologists Bulletin, v.96, n.1, p.87-108.
Peters, K. E., and Casa, M. R. (1994) Applied source rock geochemistry, in L. B. Magoon and W. G. Dow, eds., The petroleum system: From source to trap: AAPG Memoir v.60, p.93-117.
Rodriguez, N. D. and Philp, R. P. (2010) Geochemical characterization of gases from the Mississippian Barnett Shale, Fort Worth Basin, Texas Norelis, AAPG Bulletin, v.94, p.1641-1656.
Romero A. M. and Philp, R. P. (2012) Organic geochemistry of the Woodford Shale, southeastern Oklahoma: How variable can shales be. AAPG Bulletin, v.96, p.493-517.

상세보기
Selley, R. C. (1998) Elements of petroleum geology, second edition, Academic Press, 470p.
Shin, C., Lee, S., Kwon, S., Park, D., and Lee, Y. (2012) A Classification and a Survey on the Core Technology for Shale Gas Development, Journal of Korean Society For Geosystem Engineering, v.49, n.3, p.395-410.
Shurr, G. W. and Ridgley, J. L. (2002) Unconventional shallow biogenic gas systems, AAPG Bulletin, v.86, p.1939-1969.

상세보기
Slatt, R. M. and O'Brien, N. R. (2011) Pore types in the Barnett and Woodford gas shales: Contribution to understanding gas storage and migration pathways in fine-grained rocks: AAPG Bulletin, v.95, p.2017-2030.

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Slatt, R. M., Philp, R. P., Abousleiman, Y., Singh, P., Perez, R., Portas, R., Marfurt, K. J., Madrid-Arroyo, S., O'Brien, N., Eslinger, E. V. and Baruch, E. T. (2012) Pore-to-regional-scale integrated characterization work flow for unconventional gas shales, in Breyer, J. A. ed., Shale reservoirs. Giant resources for the 21st century: AAPG Memoir, v.97, p.127-150.
Tissot, B. P. and Welte, D. H. (1984) Petroleum Formation and Occurrence, Springer-Verlag, 699p.
Waples, D. W. (2000) The kinetics of in-reservoir oil destruction and gas formation : Constraints from experimental and empirical data, and from thermodynamics, Organic Geochemistry, v.31, p.553-575.

상세보기
Zou, C., Dong, D., Wang, S., Li, J., Li, X., Wang, Y., Li, D., Cheng, K. (2010) Geological characteristics and resource potential of shale gas in China, Petroleum exploration and Development, v.37, p.641-653.

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