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시추공 케이싱을 고려한 인공송신원 전자탐사 반응 고찰
A Study on the Controlled-source Electromagnetic Responses Incorporating the Steel Casing 원문보기

지구물리와 물리탐사 = Geophysics and geophysical exploration, v.20 no.4, 2017년, pp.216 - 225  

오석민 (한양대학교 자원환경공학과) ,  노규보 (한양대학교 자원환경공학과) ,  설순지 (한양대학교 자원환경공학과) ,  변중무 (한양대학교 자원환경공학과)

초록
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최근 인공송신원 전자탐사 분야에서 시추공 케이싱의 영향에 대한 연구가 큰 주목을 받고 있다. 이 연구에서는 케이싱을 전기 쌍극자 송신원의 집합으로 근사하는 방법에 기초하여 시추공 케이싱을 고려한 전자탐사 모델링 알고리듬을 개발하고 그 타당성을 검증하였다. 개발된 알고리듬을 이용해 시추공 케이싱이 측정되는 전자기반응에 미치는 영향을 확인하기 위해, 지열 저류층을 모사하는 합성모델을 구성하였으며 이를 통해 케이싱으로 인한 전자기반응의 변화 양상을 확인하였다. 시추공 케이싱에 의한 전자기반응의 변화는 케이싱 주변부에서 지배적으로 나타나며 송신원이 케이싱에 가까워짐에 따라 크게 나타나는 것이 확인되었다. 또한, 청수의 주입으로 인한 파쇄영역 형성에 따른 반응 분석을 통해, 송신원과 케이싱이 충분히 멀 때에는 주입 후의 자료를 케이싱에 대한 고려 없이 역산하여 파쇄영역을 영상화할 수 있다고 판단하였다. 하지만 송신원과 케이싱이 가까울 때에는 시추공 케이싱에 의한 영향이 커지므로 이러한 접근이 불가능 하지만 이 경우에는 주입 전과 후의 자료의 차이를 이용하면 케이싱을 고려하지 않는 해석이 가능함을 보여주었다. 이러한 다양한 연구는 모니터링 환경에 대한 정밀한 분석이 선행될 때 가능하며, 이 연구에서 소개된 접근법 및 알고리듬이 이러한 분석을 수행하는 데에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, steel casing became an interesting issue when applying controlled-source electromagnetic (EM) method to various fields because effects of steel casing on EM responses are not negligible. This study employed an approach that approximates the steel casing as a series of electric dipole sourc...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 또한, 개발된 알고리듬을 사용하여 시추공 케이싱이 전자기반응에 미치는 영향을 확인하고자 하였으며, 이를 위해 지열 저류층을 모사한 합성모델을 구성하여 시추공 케이싱이 존재하는 환경에서의 전자기반응을 분석하였다. 그리고 수압파쇄를 위해 청수를 주입함에 따른 전자기반응의 변화 양상 분석을 통해 모니터링 환경에서 시추공 케이싱이 전자탐사 자료의 획득과 해석에 미치는 영향에 대해 고찰해 보았다.
  • 이 연구에서는 주변 매질에 비해 높은 전기전도도와 작은 크기로 인해 수치모델링에서 많은 문제를 야기할 수 있는 시추공 케이싱을 고려할 수 있는 접근법을 소개하였고, 이를 바탕으로 개발된 알고리듬을 사용하여 케이싱이 존재하는 환경에서의 전자탐사 반응을 계산하고 분석하였다. 먼저 사용된 알고리듬은 케이싱을 균질한 수직 전류 밀도를 가지는 전기 쌍극자 송신원의 조합으로 대체하여 케이싱에 의한 효과를 모사하므로 유한차분법, 유한요소법 등과 같은 방법을 통해 직접적으로 케이싱을 고려하는 접근법보다 전자기장 계산 시에 효율적이고 빠르다는 장점이 있다.
  • 지금까지 케이싱의 유무에 따른 지하 매질내의 전체적인 전기장의 변화를 살펴보았고, 다음으로 케이싱이 없는 모니터링 시추공에서 측정한 자기장에 대한 고찰을 통해 주입이 이루어지는 시추공에 존재하는 케이싱의 영향에 대해 알아보고자 한다. 이를 위해 주입 시추공으로부터 수평적으로 300 m 떨어진 위치(300 m, 0 m, 0 m)에 섬유유리 케이싱으로 구성된 모니터링 시추공을 가정하였고, 상업용 센서를 사용할 시 센서의 민감도가 약 8·10-8 A/m로 나타나므로(Schlumberger, 2008) 그이하를 센서의 잡음으로 설정하였다.

가설 설정

  • m)에 섬유유리 케이싱으로 구성된 모니터링 시추공을 가정하였고, 상업용 센서를 사용할 시 센서의 민감도가 약 8·10-8 A/m로 나타나므로(Schlumberger, 2008) 그이하를 센서의 잡음으로 설정하였다.
  • 상부퇴적암과 기반암의 전기비저항은 각각 100, 1000 ohm·m이고, 청수 주입으로 인해 형성된 파쇄영역의 전기비저항은 200 ohm·m를 가정하였다.
  • 상부퇴적암과 기반암의 전기비저항은 각각 100, 1000 ohm·m이고, 청수 주입으로 인해 형성된 파쇄영역의 전기비저항은 200 ohm·m를 가정하였다. 시추공 케이싱의 경우 지표에서부터 지하 1100 m까지 연장되어 있으며, 지표부터 900 m까지는 탄소강 재질을 가정하여 전기전도도를 107 S/m로 설정하였고, 900~ 1100 m는 주입이 되는 구간으로서 섬유유리 재질을 가정하여 실제 수치모델링에서는 케이싱이 없는 것으로 설정하였다. 이는 케이싱을 수직 전류 밀도만을 가지는 부분들의 집합으로 근사하는 알고리듬의 특성상 케이싱으로부터 매우 가까운 위치(주파수에 따라 달라지지만 약 수십 미터 이내)에서는 근사의 오차로 인해 전기장이 정확히 계산되지 못하기 때문이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
최근 인공송신원 전자탐사에서 시추공 케이싱이 주목받는 이유는? 최근 인공송신원 전자탐사에서 주목을 받고 있는 연구 분야중 하나는 시추공 케이싱과 관련된 분야이다. 이는 유가스전의 탐사, 석유회수증진 모니터링, 이산화탄소 지중저장 모니터링 등을 위해 전자탐사가 활용되는 경우에, 전기전도도가 매우 큰 (106-107 S/m) 시추공 케이싱이 관심이 되는 영역에 매우 근접하여 존재하기 때문이다. 이렇게 큰 전기전도도를 가지는 시추공 케이싱은 전자기반응을 변화시키며, 때로는 대상 이상체로부터 발생된 반응을 왜곡시키기도 한다.
미소진동 자료는 한계점은 무엇인가? 이와 같은 방법들을 통해 시추공 케이싱을 고려한 전자탐사는 다양한 분야에 활용되고 있다. 한 예시로, 미소진동 자료는 저류층의 수압파쇄로 자극된 저류층 부피(stimulated reservoir volume, SRV)를 예측하기 위해 사용되고 있는데, 미소진동 자료의 경우 주입된 프로판트(proppant)의 분포 및 균열의 연결성을 직접적으로 알려줄 수 없다. 이러한 단점을 극복하기 위해 Hoversten et al.
시추공 케이싱을 정확히 고려한 수치모델링 및 해석을 위해선 많은 문제를 해결해야하는데 이러한 문제들을 해결하기 위한 방법에는 무엇이 있는가? 그러나 시추공 케이싱을 정확히 고려한 수치모델링 및 해석을 수행하기 위해서는 많은 문제를 해결해야 하며, 이러한 문제들은 앞서 언급된 바와 같이 케이싱의 전기전도도가 일반적인 지하매질의 전기전도도(10−3-101 S/m)와 비교하여 매우 큰 값을 보이며 크기는 전체 계산영역에 비해 매우 작기 때문에 발생한다. 이러한 문제들을 해결하기 위해 유한차분법 (Commer et al., 2015), 유한요소법(Um et al., 2015), 유한체적법(Haber et al., 2016) 등의 수치모델링 방법을 이용해 케이싱을 직접적으로 고려하는 연구가 진행되어 왔다. 그러나 이러한 접근법은 큰 전기전도도 및 얇은 두께를 다루기 위해 매우 작은 크기의 격자를 필요로 하므로 수치적 계산비용이 매우 커진다는 한계가 있다.
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참고문헌 (15)

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