셰일저류층의 다단계 수압파쇄에서 응력그림자 효과를 고려한 균열형태 분석

Abstract

투과성이 낮은 셰일층에서의 다단계 수압파쇄 시, 파쇄단계 간의 서로 근접한 균열로 인해 지층 간 응력간섭이 발생하는 ‘응력그림자효과’가 나타날 수 있다. 이로 인해 균열의 전파 방향성이 변화하거나 비정형적인형태의 균열이 발생하게 된다. 본 연구에서는 응력그림자효과의 영향에 따른 수압파쇄 균열형태와 생산성을분석하고자 상용 수압파쇄 시뮬레이터 full-3D모델인 ‘GOHFER’를 사용하였다. 균질한 저류층 모델에서 응력그림자효과 고려 유무에 따른 분석을 수행하였다. 또한 지력학적 물성이 다른 두 셰일층에서 수압파쇄 모델링을 수행하여 영률과 포아송비에 따른 응력그림자효과를 분석하였다. 선행 파쇄단계의 균열로 인한 응력변화는 최대/최소 주응력을 역전시켜 T-방향보다는 생산성이 미비한 L-방향 균열이 주로 형성되었다. 또한Marcellus 셰일의 경우 연성 특성을 갖는 Eagle Ford 셰일에 비해 높은 취성으로 인해 균열의 폭이 더 두껍게형성되어 균열 체적이 더욱 크게 산출되었다. Marcellus 셰일지층의 영률이 Eagle Ford 셰일에 비해 크게 낮기때문에 stage 2에서 응력그림자효과의 영향을 적게 받는 것을 확인할 수 있었다. 이처럼 응력그림자효과는균열 간의 간격 뿐만 아니라 지력학적 물성에 따라서도 크게 달라진다. 그러므로 좀 더 정확한 균열 형태와현실성 있는 생산성 예측하기 위해 응력그림자효과는 고려되어야 한다.

During multi-stage fracturing in a low permeable shale formation, stress interfer�ence occurs between the stages which is called the “stress shadow effect(SSE)”. The effect may alter the fracture propagation direction and induce ununiform geometry. In this study, the stress shadow effect on the hydraulic fracture geometry and the well productivity were inves�tigated by the commercial full-3D fracture model, GOHFER. In a homogeneous reservoir mod�el, a multi-stage fracturing process was performed with or without the SSE. In addition, the fracturing was performed on two shale reservoirs with different geomechanical proper�ties(Young’s modulus and Poisson’s ratio) to analyze the stress shadow effect. In the simulation results, the stress change caused by the fracture created in the previous stage switched the maximum/minimum horizontal stress and the lower productivity L-direction fracture was more dominating over the T-direction fracture. Since the Marcellus shale is more brittle than more dominating over the T-direction fracture. Since the Marcellus shale is more brittle than the relatively ductile Eagle Ford shale, the fracture width in the former was developed thicker, resulting in the larger fracture volume. And the Marcellus shale’s Young’s modulus is low, the stress effect is less significant than the Eagle Ford shale in the stage 2. The stress shadow effect strongly depends on not only the spacing between fractures but also the geomechanical properties. Therefore, the stress shad�ow effect needs to be taken into account for more accurate analysis of the fracture geometry and for more reliable prediction of the well productivity.