$CO_2$-EOR ($CO_2$-Enhanced Oil Recovery)은 석유회수증진법 중 하나로, 석유 생산량을 증대시키는 동시에 이산화 탄소를 지중에 격리시킬 수 있는 기술이다. 하지만 이산화탄소 주입 시, 지층 내 균열이 발생하는 경우 저류층 내에 이산화탄소의 영구저장이 어려워지고, 지하수 및 토양의 오염을 야기할 수 있다. 따라서 이 연구에서는 인도네시아 머루압 유전에 이산화탄소 주입 시, 미소진동 모니터링을 수행하여 저류층 내 균열의 발생여부를 파악하고자 하였다. 미소진동 초동 발췌에는 Improved MER (Modified Energy Ratio) 방법을 이용하였다. 초동 발췌 후에는 이벤트의 방위각을 계산하기 위하여 다성분 지오폰에서 기록된 트레이스를 이용해 호도그램 분석을 수행하였다. 최종적으로 초동 발췌 결과와 호도그램 분석 결과를 이용하여 미소진동 위치결정을 수행하였다. 미소진동 위치결정 결과를 통해 저류층 주변에 균열의 발생여부를 확인해 본 결과, 미소진동 발생 위치는 모두 지표에서 나타나고 있으며 저류층 내 균열은 확인되지 않았다. 또한 잡음의 특성을 분석하여 초동 발췌된 이벤트가 대부분 규칙적인 기계적 잡음에 의한 것임을 확인할 수 있었다.
$CO_2$-EOR ($CO_2$-Enhanced Oil Recovery)은 석유회수증진법 중 하나로, 석유 생산량을 증대시키는 동시에 이산화 탄소를 지중에 격리시킬 수 있는 기술이다. 하지만 이산화탄소 주입 시, 지층 내 균열이 발생하는 경우 저류층 내에 이산화탄소의 영구저장이 어려워지고, 지하수 및 토양의 오염을 야기할 수 있다. 따라서 이 연구에서는 인도네시아 머루압 유전에 이산화탄소 주입 시, 미소진동 모니터링을 수행하여 저류층 내 균열의 발생여부를 파악하고자 하였다. 미소진동 초동 발췌에는 Improved MER (Modified Energy Ratio) 방법을 이용하였다. 초동 발췌 후에는 이벤트의 방위각을 계산하기 위하여 다성분 지오폰에서 기록된 트레이스를 이용해 호도그램 분석을 수행하였다. 최종적으로 초동 발췌 결과와 호도그램 분석 결과를 이용하여 미소진동 위치결정을 수행하였다. 미소진동 위치결정 결과를 통해 저류층 주변에 균열의 발생여부를 확인해 본 결과, 미소진동 발생 위치는 모두 지표에서 나타나고 있으며 저류층 내 균열은 확인되지 않았다. 또한 잡음의 특성을 분석하여 초동 발췌된 이벤트가 대부분 규칙적인 기계적 잡음에 의한 것임을 확인할 수 있었다.
$CO_2$-EOR (Carbon Dioxide-Enhanced Oil Recovery), one of the enhanced oil recovery methods, helps to not only enhance the production of oil, but also store carbon dioxide in underground. However, if micro fractures occur when during the injection of $CO_2$, it is difficult to ...
$CO_2$-EOR (Carbon Dioxide-Enhanced Oil Recovery), one of the enhanced oil recovery methods, helps to not only enhance the production of oil, but also store carbon dioxide in underground. However, if micro fractures occur when during the injection of $CO_2$, it is difficult to make permanent storage of $CO_2$ in reservoir and can cause contamination of groundwater and soil. Therefore, in this study, we performed microseismic monitoring to investigate the occurrence of fractures during the $CO_2$ injection at the Meruap oil reservoir, Indonesia. To pick the first arrivals of microseismic events, Improved MER (Modified Energy Ratio) method was used. After picking the first arrivals, hodogram analysis was carried out by using the data recorded at three component geophones to calculate the back azimuth of events. Finally, locations of microseismic events were decided by using the results of first arrival picking and hodogram analysis. Estimated locations showed that all microseismic events were occurred at surface and any fracture did not occur around the reservoir. Moreover, by analyzing noise characteristic, we confirmed that almost of picked first arrivals were due to the repetitive mechanical noise.
$CO_2$-EOR (Carbon Dioxide-Enhanced Oil Recovery), one of the enhanced oil recovery methods, helps to not only enhance the production of oil, but also store carbon dioxide in underground. However, if micro fractures occur when during the injection of $CO_2$, it is difficult to make permanent storage of $CO_2$ in reservoir and can cause contamination of groundwater and soil. Therefore, in this study, we performed microseismic monitoring to investigate the occurrence of fractures during the $CO_2$ injection at the Meruap oil reservoir, Indonesia. To pick the first arrivals of microseismic events, Improved MER (Modified Energy Ratio) method was used. After picking the first arrivals, hodogram analysis was carried out by using the data recorded at three component geophones to calculate the back azimuth of events. Finally, locations of microseismic events were decided by using the results of first arrival picking and hodogram analysis. Estimated locations showed that all microseismic events were occurred at surface and any fracture did not occur around the reservoir. Moreover, by analyzing noise characteristic, we confirmed that almost of picked first arrivals were due to the repetitive mechanical noise.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
따라서 결론의 타당성을 더욱 확보하기 위해 잡음의 특성을 분석하였다. 그 첫 단계로 각각의 수신기에서 기록된 트레이스 들에 자기상관을 적용하여 규칙적인 잡음의 존재를 확인하고자 하였다.
미소진동 이벤트의 위치결정은 초동 발췌, 호도그램 분석결과를 이용하여 격자탐색법을 통해 수행되었다. 또한 주변 잡음이 많은 지역 특성상, 미소진동 이벤트의 위치결정 이후 잡음의 특성을 분석하여 위치결정 결과의 타당성을 확인해보고자 하였다.
이 연구에서는 인도네시아 머루압 사로나운 유전지대에서 이산화탄소 주입 시 미소진동 위치결정 기술을 사용하여 저류층 내 파쇄여부를 파악하였다. 위치역산을 통해 결정된 이벤트들은 모두 지표에서 위치결정되었고, xy평면 상에서 대부분의 이벤트들이 가시적으로 일정한 선상에 위치결정되는 것을 확인할 수 있었다.
이 연구에서는 인도네시아 머루압 유전지대에서 이산화탄소 주입 시 취득된 미소진동 모니터링 자료를 자료처리하여 미소진동 이벤트 위치결정이 수행되었다. 미소진동 이벤트의 위치결정은 초동 발췌, 호도그램 분석결과를 이용하여 격자탐색법을 통해 수행되었다.
제안 방법
첫 번째로 각각의 수신기에서 기록된 트레이스들에 자기상관을 적용하여 반복적인 잡음이 지속적으로 나타나고 있음을 확인하였다. 두 번째로 이산화탄소 주입이 이루어지지 않을 때에도 해당 잡음 특성이 나타나는지 확인해 보기 위하여 이산화탄소 주입 종료 후 수일이 지난 후 동일한 모니터링 과정을 반복하였다. 이를 통해 잡음은 이산화탄소 주입과 관계없이 나타남을 확인할 수 있었다.
이 연구에서 수행된 미소진동 이벤트 위치결정을 통해서 저류층 내 균열에 의한 미소진동 이벤트가 발견되지 않았으며 지속적인 잡음원이 존재한다는 결론을 얻을 수 있었다. 따라서 결론의 타당성을 더욱 확보하기 위해 잡음의 특성을 분석하였다. 그 첫 단계로 각각의 수신기에서 기록된 트레이스 들에 자기상관을 적용하여 규칙적인 잡음의 존재를 확인하고자 하였다.
미소진동 초동 발췌 결과와 호도그램 분석 결과를 이용하여 미소진동 이벤트 위치결정을 수행하였다. 위치결정에는 Kim et al.
위치결정 이후, 해당지역 잡음의 특성을 분석하였다. 첫 번째로 각각의 수신기에서 기록된 트레이스들에 자기상관을 적용하여 반복적인 잡음이 지속적으로 나타나고 있음을 확인하였다.
8톤의 이산화탄소가 주입되었으며, 이 중 6월 9일부터 7월 6일까지 중 19일 동안 미소진동 모니터링이 이루어졌다. 이 논문에서는 그 중 가장 주입이 많이 이루어진 6월 20일, 30일과 7월 1일, 3일의 관측자료를 이용하여 미소진동 이벤트 위치결정을 수행하였다.
따라서 IMER 방법을 이용하게 되면 하나의 이벤트 뿐만 아니라 여러 개의 연속적인 이벤트에 대해서도 초동 발췌가 모두 가능하다. 이 연구에서는 IMER을 적용 시, 좀 더 잡음에 엄격한 초동 발췌를 위하여 IMER의 평균의 2배를 기준값으로 사용하였다.
1a에 도시된 바와 같다. 제공된 좌표정보는 위경도 좌표로 기록되어있으나 위경도 좌표로 위치결정시 작은 위경도 오차도 큰 거리오차로 작용할 수 있기 때문에 본 용역에서는 직교 좌표로 환산하여 위치결정을 수행하였다(Fig. 1b).
5 sec 까지의 영역을 확대하여 도시한 그림이다. 초동 발췌된 시간으로부터 90 ms의 윈도우를 설정하여 호도그램 분석 하였으며, 이를 Fig. 4d에 도시하였다. 가중 최소자승근사법을 적용하여 신호의 추세를 잘 따르는 것을 확인할 수 있다.
해당 지역의 잡음 특성을 파악하기 위한 두 번째 단계로, 이산화탄소 주입 종료 후 동일한 모니터링 과정을 수행하여 이산화탄소 주입 시의 모니터링 결과와 비교하였다. 모니터링은 이산화탄소의 주입이 끝나고 수 일 후인 2015년 8월 29일부터 9월 1일까지 나흘 동안 이루어졌다.
대상 데이터
이산화탄소 주입 및 미소지동 모니터링이 수행된 대상지역은 인도네시아 사로나운 내 위치한 머루압 유전지대로, 이산화탄소 주입정으로의 진입로 1개의 측선상에 15 m 간격으로 8개의 다성분 지오폰이 설치되었다. 이산화탄소 주입정과, 지오폰의 위치는 Fig.
이론/모형
는 각각 i 번째 수신기의 x, y 좌표를 의미하고 nr은 수신기의 개수를 의미한다. 두 번째로 이벤트의 x, y 좌표가 결정된 후에는 식 (14)를 최소화하는 z좌표를 격자탐색법을 이용하여 결정하였다.
이 연구에서는 인도네시아 머루압 유전지대에서 이산화탄소 주입 시 취득된 미소진동 모니터링 자료를 자료처리하여 미소진동 이벤트 위치결정이 수행되었다. 미소진동 이벤트의 위치결정은 초동 발췌, 호도그램 분석결과를 이용하여 격자탐색법을 통해 수행되었다. 또한 주변 잡음이 많은 지역 특성상, 미소진동 이벤트의 위치결정 이후 잡음의 특성을 분석하여 위치결정 결과의 타당성을 확인해보고자 하였다.
미소진동 초동 발췌 결과와 호도그램 분석 결과를 이용하여 미소진동 이벤트 위치결정을 수행하였다. 위치결정에는 Kim et al. (2015)이 개발한 위치역산 모듈이 사용되었다. 미소진동 이벤트 위치결정은 총 두 단계에 걸쳐서 이루어졌다.
첫 번째로는 앞서 결정된 방위각의 정보를 이용하여 x, y좌표를 결정하는 과정이다. 이 과정을 수식으로 나타내면 식 (13)을 최소화하는 x, y좌표를 결정하는 것과 같아 지며, 이 연구에서는 격자탐색법을 이용하여 결정하였다.
성능/효과
4d에 도시하였다. 가중 최소자승근사법을 적용하여 신호의 추세를 잘 따르는 것을 확인할 수 있다.
3b에는 계산된 IMER을 도시하였다. 계산된 IMER은 잡음영역에서는 작은 값을 갖고, 신호가 들어오는 부분에서 큰 값을 가져 초동발췌에 용이함을 알 수 있다.
6을 보면 모든 위치역산 결과가 이산화탄소 주입이 이루어진 심도가 아닌 지표에서 위치결정 되는 것을 확인할 수 있다. 따라서 이 연구에서 수행한 미소진동 위치결정을 통해, 균열에 의한 미소진동 이벤트는 관측되지 않았으며 초동 발췌된 신호들은 모두 잡음원으로부터 발생한 것으로 해석된다.
이 연구에서는 인도네시아 머루압 사로나운 유전지대에서 이산화탄소 주입 시 미소진동 위치결정 기술을 사용하여 저류층 내 파쇄여부를 파악하였다. 위치역산을 통해 결정된 이벤트들은 모두 지표에서 위치결정되었고, xy평면 상에서 대부분의 이벤트들이 가시적으로 일정한 선상에 위치결정되는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과가 나온 이유는 모니터링에 단일 측선상에 존재하는 소량의 수신기만이 사용되어 정확한 위치결정 결과를 얻기 힘들었기 때문이다.
이 연구에서 수행된 미소진동 이벤트 위치결정을 통해서 저류층 내 균열에 의한 미소진동 이벤트가 발견되지 않았으며 지속적인 잡음원이 존재한다는 결론을 얻을 수 있었다. 따라서 결론의 타당성을 더욱 확보하기 위해 잡음의 특성을 분석하였다.
위치결정 이후, 해당지역 잡음의 특성을 분석하였다. 첫 번째로 각각의 수신기에서 기록된 트레이스들에 자기상관을 적용하여 반복적인 잡음이 지속적으로 나타나고 있음을 확인하였다. 두 번째로 이산화탄소 주입이 이루어지지 않을 때에도 해당 잡음 특성이 나타나는지 확인해 보기 위하여 이산화탄소 주입 종료 후 수일이 지난 후 동일한 모니터링 과정을 반복하였다.
후속연구
이 연구에서는 수신기가 풍화된 지표 위에 설치되었으며, 단일 측선상 소량 존재하여 정확한 위치결정에는 어려움이 있었다. 하지만 실제 CO2-EOR 현장에 적용 시 효과적인 수신기 배열에 대한 고려가 앞서 이루어 진다면 보다 정확하게 파쇄 정보를 획득할 수 있을 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
최근에 관심이 높아진 석유, 가스 저류층 내 잔존 석유자원의 회수율을 증진시키는 방법은?
최근 석유·가스 저류층 내 잔존 석유자원의 회수율을 증진시키기 위한 석유회수증진법(Enhanced Oil Recovery)에 대한 관심이 높아짐에 따라 국내외에서 관련기술 개발을 위해 활발한 연구가 진행 중이다. 이러한 석유회수증진법 중 하나인 CO2-EOR은 고압의 이산화탄소를 주입하여 저류층내 원유의 점성도를 낮춰 석유자원의 회수율을 높이는 방법이다.
석유회수증진법 중 하나인 CO2-EOR 란 무엇인가요?
최근 석유·가스 저류층 내 잔존 석유자원의 회수율을 증진시키기 위한 석유회수증진법(Enhanced Oil Recovery)에 대한 관심이 높아짐에 따라 국내외에서 관련기술 개발을 위해 활발한 연구가 진행 중이다. 이러한 석유회수증진법 중 하나인 CO2-EOR은 고압의 이산화탄소를 주입하여 저류층내 원유의 점성도를 낮춰 석유자원의 회수율을 높이는 방법이다. 또한 CO2-EOR 공법은 석유 생산량을 증대시키는 동시에 이산화탄소를 지중에 영구적으로 격리시킬 수 있는 기술로, 온실가스에 대한 관심이 높아짐에 따라 CCS (Carbon Capture and Sequestration) 측면에서도 주목 받고 있다(Kim and Bae, 2013).
CO2-EOR 공법의 문제점으로는 어떤 것이 있습니까?
하지만 이산화탄소 주입 시, 이산화탄소를 고압으로 주입하기 때문에 저류층 내 균열이 발생할 수 있으며, 이렇게 발생된 균열을 따라 이산화탄소의 누출이 발생할 수 있다. 이산화탄소가 저류층 밖으로 누출되는 경우 이산화탄소의 지중저장이 어려워지고, 누출된 이산화탄소로 인하여 지하수 및 토양의 오염이 야기될 수 있다. 따라서 이산화탄소 주입 시 저류층 내 균열의 발생여부를 파악하는 것이 매우 중요하며, 이는 미소진동 모니터링 기술을 이용하여 알아낼 수 있다.
참고문헌 (8)
Albright, J. N., and Pearson, C. F., 1982, Acoustic emissions as a tool for hydraulic fracture location: Experience at the Fenton Hill Hot Dry Rock Site, Society of Petroleum Engineers Journal, 22, 523-530.
Earle, P. S., and Shearer, P. M., 1994, Characterization of global seismograms using an automated picking algorithm, Bulletin of the Seismological Society of America, 84, 366-376.
Han, L., Wong, J., and Bancroft, J. C., 2010, Back propagation analysis for hypocenter location, CREWES Research Report.
Jones, G. A., Kendall, J. M., Bastow, I. D., and Raymer, D. G., 2014, Locating microseismic events using borehole data, Geophysical Prospecting, 62, 34-49.
Kim, D., Kim, M., Byun, J., and Seol, S, J., 2015, Locating Microseismic Events using a Single Vertical Well Data, Geophysics and Geophysical Exploration, 18, 64-73.
Kim, H. M., and Bae, W., 2013, Enhanced Oil Recovery (EOR) Technology Coupled with Underground Carbon Dioxide Sequestration, Tunnel and Underground Space, 23, 175-184.
Lee, M., Kim, D., Choi, J., Kim, M., and Byun, J., 2013, Improved MER method for accurate first arrival picking, KSGE 101st conference, Expanded Abstracts, 95-97.
Wong, J., Han, L., Bancroft, J. C., and Stewart, R. R., 2009, Automatic time-picking of first arrivals on noisy microseismic data, CREWES Research Report.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.