탄산염암유전에서 열공법 적용시 암체 공극내 모세관 흡입 convective 유동이 오일생산에 미치는 영향분석

Abstract

탄산염암 저류층은 97~98% 오일이 투과도가 매우 낮은 치밀한 암체 내에 존재할 뿐만 아니라, 탄산염암의 84% 이상이 친유성의 특성을 띄고 있기 때문에 자연압 상태에서는 경질오일일지라도 거의 유동이 일어나지 못한다. 일반적으로 친수성 암체 내에서 모세관 흡입은 매우 효과적인 유동메커니즘이나 오일의 높은 점성도와 암체의 낮은 투과도, 높은 계면장력 등은 모세관 흡입에 의한 생산을 저해하게 된다. 특히 탄산염암과 같이 암체의 대부분이 친유성 특성을 보이는 경우, 모세관압 곡선이 음의 값을 가지므로 물은 균열에서 암체 내로 흡입되지 못하고 암체 내에 오일이 그대로 잔존하게 된다. 친유성 상태의 탄산염암의 경우 실험연구를 통해 온도가 상승하면 암석 표면의 젖음성이 친유성에서 친수성 상태로 변한다는 사실이 규명된 바 있다.

또한, 대표적인 2차 회수공법인 수공법 적용 시, 물은 암체 내로 흡입되지 못하고 균열로만 유동하기 때문에 물 주입효과 없이 아주 낮은 오일 회수율을 보인다. 하지만 탄산염암 저류층에 열공법 적용 시 온도가 증가함에 따라 친유성의 암체가 친수성으로 바뀜에 따라 모세관 흡입 (Capillary imbibition)에 의한 탄산염암 치밀 암체내 오일의 생산이 가능하게 된다. 균열에서 암체로의 열전달은 대류 (Convection)와 전도 (Conduction)를 통해 이루어지지만, 이전 연구들에서는 투과도가 1 md 이하의 암체에서는 전도에 의한 열전달만이 존재한다고 가정되었다. 이에 본 연구에서는 1 md 이하의 치밀한 탄산염암 암체내에서 젖음성 변화에 의한 모세관압 흡입과정을 분석하고, 모세관압 흡입에 의한 암체내로의 대류효과를 통해 효과적인 열전달 메커니즘을 분석하였다.