표준곡선을 이용한 셰일가스전 다단파쇄 수평정의 압력천이분석

Abstract

Horizontal drilling and hydraulic fracturing are necessary to reach economically success in shale gas reservoirs. Pressure transient analysis (PTA) for shale gas reservoirs requires comprehensive understanding related to nonlinear gas flow process as well as hydraulic fracture properties. Even though significant progress has been made in the past few years, there appears to be a lack of information regarding PTA of shale gas formations. A major purpose of this study is to demonstrate how this issue may be addressed by type curves for multi-fractured horizontal wells in shale gas reservoirs. To simplify the mechanism, PTA of horizontal wells in shale gas reservoirs was implemented first. Extensive numerical simulations were conducted to model transient pressure behavior of both horizontal and multi-fractured horizontal wells and applied the results to well test analysis in shale gas reservoirs. The horizontal wells part presents the impacts of well geometries and flow parameters as well as shale gas reservoir system on production behavior and flow regime on PTA. For the multi-fractured horizontal wells, a comprehensive reservoir simulation has been applied to investigate the characteristics of pressure transient responses under the influences of hydraulic fracture properties and nonlinear gas flow mechanism. Results from numerical simulations provided various type curves in terms of dimensionless pseudopressure and time for transient pressure responses in horizontal wells and multi-fractured horizontal wells. Type curve matching for synthetic pressure data in shale gas reservoirs demonstrates that the conventional analysis approach may still be applicable for the analysis of shale gas reservoirs. The results were shown to be a useful tool for the quantitative analysis on the transient gas flow behavior and determination of formation properties.; Horizontal drilling and hydraulic fracturing are necessary to reach economically success in shale gas reservoirs. Pressure transient analysis (PTA) for shale gas reservoirs requires comprehensive understanding related to nonlinear gas flow process as well as hydraulic fracture properties. Even though significant progress has been made in the past few years, there appears to be a lack of information regarding PTA of shale gas formations. A major purpose of this study is to demonstrate how this issue may be addressed by type curves for multi-fractured horizontal wells in shale gas reservoirs. To simplify the mechanism, PTA of horizontal wells in shale gas reservoirs was implemented first. Extensive numerical simulations were conducted to model transient pressure behavior of both horizontal and multi-fractured horizontal wells and applied the results to well test analysis in shale gas reservoirs. The horizontal wells part presents the impacts of well geometries and flow parameters as well as shale gas reservoir system on production behavior and flow regime on PTA. For the multi-fractured horizontal wells, a comprehensive reservoir simulation has been applied to investigate the characteristics of pressure transient responses under the influences of hydraulic fracture properties and nonlinear gas flow mechanism. Results from numerical simulations provided various type curves in terms of dimensionless pseudopressure and time for transient pressure responses in horizontal wells and multi-fractured horizontal wells. Type curve matching for synthetic pressure data in shale gas reservoirs demonstrates that the conventional analysis approach may still be applicable for the analysis of shale gas reservoirs. The results were shown to be a useful tool for the quantitative analysis on the transient gas flow behavior and determination of formation properties. |셰일가스는 수평시추기술 및 수압파쇄 기법의 발달을 통해 최근 상업적 생산이 가능해졌다. 셰일가스 저류층의 압력천이분석을 위해서는 수압파쇄 설계인자를 비롯해 비선형적 가스유동 메커니즘에 대한 이해가 필요하다. 근래에 셰일가스 개발 붐으로 인해 셰일가스에 관한 다양한 연구가 수행되고 있지만 셰일가스 저류층의 특성을 반영한 압력천이분석에 관한 연구는 아직 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 셰일가스 저류층의 특성, 가스 유동 특성을 비롯한 여러 인자들을 고려하여 보다 현실적인 셰일가스전의 압력천이분석을 수행하고자 하였다. 셰일가스전에서 수압파쇄된 수평정의 압력천이분석은 암체 및 자연균열로 이루어진 저류층 시스템과 복잡한 가스 유동 메커니즘을 비롯해 수압파쇄 주요인자 등의 영향이 고려되어야 하므로 매우 복잡하고 난해하다. 이를 단순화시키기 위해 수압파쇄로 인한 영향을 제외한 수평정 모델의 압력천이분석을 수행하였고 이를 발전시켜 다단파쇄 수평정 모델에 적용하였다. 다양한 수치해석 시뮬레이션을 통해 셰일가스전 수평정 및 다단파쇄 수평정의 압력천이 데이터를 생성하였고 이를 이용하여 가스정 시험법을 수행하였다. 수평정 부분에서는 수평정의 기하학적 구조, 가스 유동 인자 그리고 셰일가스 저류층의 특성들이 유동기 및 압력 천이데이터에 어떠한 영향을 미치는지를 분석하였다. 다단파쇄 수평정 부분에서는 다양한 시뮬레이션을 통해 수압파쇄 주요인자들과 가스 유동의 특성들이 압력천이거동에 미치는 영향을 분석하였다. 수치해석 시뮬레이션을 통해 얻은 수평정 및 다단파쇄 수평정의 시간•압력 데이터를 무차원 시간•무차원 유사압력으로 변환하여 다양한 표준곡선들을 생성하였다. 생성된 표준곡선들을 이용하여 가상의 셰일가스 생산이력 데이터에 대한 압력천이분석을 수행한 결과 신뢰할 수 있는 저류층 물성치를 도출해내었다. 이는 셰일가스전에서도 전통적인 표준곡선 일치법을 통해 천이거동의 양적 분석 및 저류층의 주요 물성치 도출이 가능하다는 것을 의미한다.