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셰일 저류층에서 케로젠, GOR 변화에 따른 속도 변화 및 AVO 반응 분석
Analysis of Seismic Velocity Change and AVO Response Depending on Saturation of Kerogen and GOR in Shale Reservoirs 원문보기

지구물리와 물리탐사 = Geophysics and geophysical exploration, v.19 no.1, 2016년, pp.29 - 36  

최준환 (한양대학교 자원환경공학과) ,  이재욱 (한양대학교 자원환경공학과) ,  변중무 (한양대학교 자원환경공학과) ,  김보나 (한양대학교 자원환경공학과) ,  김소영 (한양대학교 자원환경공학과)

초록
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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.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, the studies about rock physics model (RPM) in shale reservoir are widely performed. In shale reservoir, the degree of the maturity can be estimated by kerogen and GOR (Gas-Oil Ratio). The researches on the rock physics model of shale reservoir with the amount of kerogen have been actively ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 이 논문에서는 숙성도를 결정하는 요소로 케로젠뿐만 아니라 GOR이 오일을 함유하는 셰일 저류층의 속도 및 밀도를 어떻게 변화시키는 가에 대해 살펴보고자 하였다. 숙성도를 결정하는 것뿐만 아니라 속도에 따른 GOR을 구분할 수 있다면 중질오일과 경질오일을 구분하는데에 유용하다.

가설 설정

  • 셰일층은 암석입자와 공극 내 유체 및 케로젠 혼합물로 구성되는데, 이 때 두 구성물들은 판상구조를 이루면서 존재하고 있다고 가정한다. Backus averaging 기법을 이용하면 수직 가로 등방성을 띠는 층에서의 각 방향에 대한 대표적인 stiffness (#)를 구할 수 있다.
  • Backus averaging 기법을 이용하기 위해서는 암석입자와 물, 공극을 점유하는 유체(오일, 가스)와 케로젠 각각의 stiffness 값들이 필요하다. 이 때 암석입자는 이방성으로, 공극 내 유체 및 케로젠 혼합물은 등방성이라고 가정하였다. 오일과 가스의 체적탄성률(K) 및 밀도(ρ)는 Batzle & Wang’s Equation (Batzle and Wang, 1992)을 이용하여 구하였으며 오일의 체적탄성률 및 밀도는 GOR에 따라 달라진다.
  • 779 g/cm³으로 설정하였다. 전체 매질 중 케로젠-오일-가스가 차지하는 부피비는 0.4, 암석입자에 속박되어 있는 물이 차지하는 전체 매질에 대한 부피비는 0.05로 고정하였다. GOR 값은 40, 80, 120, 180, 240, 300 (Litre/Litre), 케로젠 함량은 5%, 15%, 25%, 35% 로 두고 계산하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
GOR란 무엇을 결정하는 요인인가? 케로젠이란 유기물들이 바다나 호수에 퇴적된 후에 물리적, 화학적 작용을 받아 생성되는 탄화 수소 화합물을 일컫는데 고온, 고압을 받아 숙성되면 오일 또는 가스로 변형된다. 다음으로 GOR이란 가스와 오일의 부피비를 나타내는 것으로써 투과율이 낮은 셰일에서는 생산방법에 있어서 점성도가 매우 중요한데 이 때 점성도를 결정하는 요인이 바로 GOR이다(Fig. 1).
Backus averaging 기법이란 무엇인가? 이를 고려하여 암석물리학적 모델을 수립하는 기법으로 Backus averaging 기법(Schoenberg and Muir, 1989)을 이용하였다. Backus averaging 기법은 케로젠의 함량을 고려한 여러 개의 얇은 판상구조로 이루어진 매질의 stiffness를 구하는 방법이며 저 주파수이고 파장이 층들의 두께보다 길 때에 유효하다고 알려져 있다. 특히 정확한 값을 측정할 수는 없지만 속도의 상한과 하한에 대한 정보는 비교적 정확하게 제시해주므로 이 기법을 사용하였다 (Carcione et al.
셰일 저류층의 암석물리학적 모델을 설계할 때 고려하는 이방성은 무엇이 있는가? 셰일 저류층의 암석물리학적 모델을 설계할 때에는 이방성을 고려해주어야 한다. 셰일 저류층의 이방성은 크게 여러 개의 얇은 수평층으로 인해 수평방향으로는 동일한 값을 가지나 수직방향으로는 다른 값을 가지는 수직 가로등방성(Vertical Transverse Isotropy; VTI)과 자연균열대에 의해 수직방향으로는 동일한 값을 가지나 수평방향으로는 다른 값을 가지는 수평 가로 등방성(Horizontal Transverse Isotropy; HTI)이 있다. 이 중에서 분석하고자 하는 셰일 저류층인 Bakken Shale은 여러 개의 얇은 수평층으로 이루어져 있는 수직 가로 등방성을 띤다.
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참고문헌 (18)

  1. Aki, K., and Richards, P. G., 1980, Quantitative Seismology: Theory and Methods, WH Freeman and Co. 

  2. Avseth, P., Mukerji, T., and Mavko, G., 2005, Quantitative seismic interpretation, Cambridge University Press. 

  3. Batzle, M. L., and Wang, Z., 1992, Seismic properties of pore fluids, Geophysics, 57, 1396-1408. 

  4. Canada Society for Unconventional Resources, Understanding tight oil, Available from http://www.csur.com/resources/understanding-booklets [accessed 01.09.15] 

  5. Cander, H., 2013, Finding Sweet Spots in Shale Liquids and Gas Plays with Lessons from the Eagle Ford Shale, AAPG Geoscience Technology Workshop. 

  6. Carcione, J. M., 2001, AVO effects of a hydrocarbon sourcerock layer, Geophysics, 66, 419-427. 

  7. Carcione, J. M., Helle, H. B., and Avseth, P., 2011, Source-rock seismic-velocity models Gassmann versus Backus, Geophysics, 76, N37-N45. 

  8. Carcione, J. M., and Avseth, P., 2014, Rock-physics templates for hydrocarbon source rocks, Geophysics, 80(5), D481-D500. 

  9. Castagna, J. P., Batzle, M. L., and Han, D.-H., 1995, Fluid effects on bright spot and AVO analysis, SEG Technical Program Expanded Abstracts, 1119-1121. 

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  14. Ruger, A., 2002, Reflection coefficients and azimuthal AVO analysis in anisotropic media, Society of Exploration Geophysicists, 10, 39-62. 

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  16. Schoenberg, M., and F. Muir, 1989, A calculus for finely layered media, Geophysics, 54, 582-590. 

  17. Thomsen, L., Castagna, J., and Backus, M., 1993, Weak anisotropic reflections, in Offset dependent reflectivity, Eds, Soc. Expl. Geophys, 103-114. 

  18. Yenugu, M., and Han, D.-H., 2013, Seismic characterization of kerogen maturity, An example from Bakken shale, SEG Technical Program Expanded Abstracts. 

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