반응표면법을 이용한 셰일가스 생산 모델링

Abstract

셰일가스는 유체투과율이 낮은 셰일층에 부존하는 천연가스이다. 최근 수평시추 및 다단계 수압파쇄를 적용하여 경제적으로 회수가 가능해졌으나, 회수율이 5~15%로 낮고 개발 및 생산비용이 높다. 효율적인 수압파쇄 작업을 설계하기 위하여 생산예측을 기반으로 한 의사결정이 필요하다. 기존의 연구는 초기 생산자료를 이용하여 누적생산량을 예측하여 작업 전 의사결정에 활용되기 어렵거나 많은 입력자료를 필요로 한다는 한계점이 있었다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 저류층 혼합모델을 반응표면법에 적용하고 생산예측 모델을 도출하였다. 분리균열모델과 이중공극 · 이중유체투과율모델을 함께 적용한 혼합모델은 불균일한 균열저류층의 이방성을 반영하며 흡착, 확산, 비정상흐름 등 셰일 저류층의 유동특성을 반영할 수 있다. 반응표면은 실험설계에 규칙성이 있어 최소한의 입력자료를 이용한다. 반응표면의 설명변수를 선별하기 위하여 저류층물성 및 수압파쇄 설계의 인자에 대한 민감도를 분석하였다. 수압파쇄 간격, 길이, 높이 등의 인자가 생산량에 미치는 영향이 컸으며 세 인자를 통해 생산을 예측하는 반응표면을 구축하였다. 반응표면법의 실험설계 중 3수준의 요인설계의 R2 값이 0.9828으로 높고 오차가 1.34%로 적으므로 이를 기반으로 한 신뢰도 높은 예측 기법을 개발하였다.