셰일가스전에서 유동영역 분석을 통한 다단계 수압파쇄 다중 수평정의 최적화에 의한 생산성 분석 연구

Abstract

최근 주목받는 비전통 에너지 자원인 셰일가스는 저류층의 매우 낮은 공극률과 투과도로 인하여 상업적 개발과 생산을 위해서는 수평정 시추와 저류층의 수압파쇄가 필수적으로 요구되고 있다. 이러한 수평정의 수압파쇄 시 파쇄 균열 간격과 다중 수평정일 때의 수평정간 거리의 최적 설계를 통한 저류층에서의 균열자극면적(SRV: Stimulated Reservoir Volume) 최대화가 상업적 개발과 생산의 중요 요소이다. 다단계 수압파쇄 시 파쇄 균열 간격과 다중 수평정간 거리 변화에 따라 저류층 내 균열자극면적의 변화가 발생하여 생산정 주변에 다양한 유체의 유동영역(Flow regime) 형태가 발생한다. 특히 수압파쇄 균열 간격에 따라 압력간섭현상이 발생하는 경우가 있는데 이때를 준준정상유동(PPSS: Pseudo Pseudo Steady State)이라고 하는 특징적인 유동영역이 발생하고 이 특징으로부터 수압파쇄 균열의 적정 간격을 산출할 수 있다. 본 연구에서는 다단계 다중 수평정에 의한 압력간섭현상에 의한 유동영역의 변화 특성을 분석하여 최적 균열 간격과 수평정 간의 간격을 도출하였다. 저류층의 투과도가 0.0001 md 일 때 적정 수압파쇄 균열 간격은 600 ft로 나타났으며 수압파쇄 균열 수평정의 수평정 간 적정 간격은 1,400 ft로 나타났다. 이런 결과를 통해 적정 수압파쇄 균열과 적정 수평정 간격으로 대상 저류층의 전 영역에 걸쳐 수평정을 시추하였을 때 총 14개의 수평정 시추가 이루어질 수 있음을 알 수 있었다. 그리고 파쇄 균열 간격과 수평정 간격에 의해 발생할 수 있는 각각의 균열자극면적을 산출하고 이로부터 상업적 생산이 가능한 시점까지의 추정궁극매장량(EUR)을 산출하였다. 수압파쇄 균열 간격이 600 ft인 균열 8개의 수평정 하나로 계산된 추정궁극매장량은 1.375 Bcf로 원시 가스 부존량(OGIP: Original Gas In Place) 대비 1.57 %이며, 수평정 간격이 1,400 ft인 수평정 두개로 계산된 추정궁극매장량은 2.0 Bcf로 원시 가스 부존량 대비 2.28 %이다. 대상 저류층 전 영역에 14개의 수압파쇄 균열 수평정을 시추한 결과 이것으로 계산된 추정궁극매장량은 17.995 Bcf로 원시 가스 부존량 대비 20.53 %으로 나타났다.