수압파쇄균열의 유동민감도와 앙상블칼만필터를 이용한 셰일가스 저류층의 인공균열대 특성화

Abstract

셰일가스는 장공수평시추와 다단계 수압파쇄의 적용으로 상업적인 생산이 가능하지만, 기존의 가스전에 비하여 회수율이 낮고 생산비용이 높다. 셰일가스 저류층에서 가스생산의 대부분은 인공균열과 자연균열로 형성된 균열망으로부터 이루어진다. 따라서 정확한 균열망의 분포와 속성값을 알아내는 것이 필요하다. 이를 위해 생산자료의 히스토리매칭을 통하여 저류층 특성화 및 생산거동에 대한 불확실성 평가가 수행되어야 한다. 이 연구에서는 셰일가스의 누적생산량을 예측하고 다단계 수압파쇄에 의한 인공균열대의 속성값을 찾는 특성화기법을 제안하였다. 셰일가스의 유동특성 반영을 위해 분리균열모델 기반의 저류층을 생성하고 이중공극?이중유체투과율 모델로 변환하였다. 시뮬레이션 시간을 줄이고 비선형성을 가진 문제에 대한 히스토리 매칭을 위해 앙상블칼만필터를 사용하였다. 수압파쇄를 위해 주입한 파쇄유체의 재생산자료도 앙상블칼만필터의 측정데이터로 사용하였다. 제안된 방법을 이용하여 단일속성인 인공균열대 길이에 대한 특성화를 수행하였다. 그 결과, 각 균열길이는 참조필드의 값을 효과적으로 추정하였으며, 불확실성도 초기앙상블 대비 10% 수준으로 감소하였다. 최종교정 후 예측된 5년 동안의 누적생산량의 불확실성은 초기앙상블에 비하여 최대 10% 정도로 나타나 제안된 방법이 효과적인 결과를 도출하였음을 확인하였다. 인공균열대의 균열길이, 유체전도도를 동시에 특성화하는 문제는 각 속성이 생산량에 함께 영향을 미치므로 해의 유일성 문제가 발생하여 신뢰할 수 있는 결과를 얻기 어렵다. 이 문제를 해결하기 위해 교정시기, 균열위치, 교정전의 균열길이와 유체전도도에 따른 각 균열의 생산량에 대한 민감도를 계산하고, 이를 기반으로 선택적인 교정을 수행하였다. 그 결과, 단일 속성에 대한 특성화 결과와 유사하게 예측된 속성값 및 누적생산량의 오차와 불확실성이 최대 12% 수준으로 감소하였다. 다양한 패턴의 기하적구조를 가진 균열대에 대하여 위의 방법을 적용하여 그 유효성을 입증하였다. 따라서 제안된 기법은 빠르고 신뢰할 수 있는 인공균열대 특성화와 생산량예측이 가능하므로 셰일가스 개발을 위한 의사결정의 도구로서 활용될 수 있다.