수압파쇄를 통한 컨덴세이트 축적 완화 가능성 파악을 위해 Figure 3.4와 같이 수평 구간에 3 가지 수직균열을 가정하였으며, 균열 반길이 xf (fracture half-length)와 균열 수에 대한 민감도 분석을 수행하였다. 균열 반길이는 20, 30, 그리고 50 m인 경우를 고려하였으며 균열 전도도는 3,280 md-ft로 가정하였다. 일 반적으로 균열전도도가 10,000 md-ft 이하이면 유한 전도도를, 그 이상이면 무한 전도도로 간주된다. 따라서, 본 연구에서는 3,280 md-ft는 유한 균열전도도(finite fracture conductivity)에 해당한다.
Figure 3.4 Hydraulic fracture at Toe, Center and Heel(High Case Model).
제4장 시뮬레이션 결과
제1절 컨덴세이트 생성 결과 분석
High Case Model 시뮬레이션 결과 생산 시작과 동시에 압력이 이슬점 압력 이 하로 감소하면서 수평정 주변에 컨덴세이트가 형성되는 현상을 확인하였다. Figure 4.1(a)는 생산이 진행됨에 따른 오일 포화율을 나타낸 것으로 수평정 주변에 생성된 오 일 포화율이 점자 저류층 방향으로 확대 되는 것을 확인하였다. 그리고 오일 포화율 분 포를 분석한 결과 수평정 주변에 균일하게 잔류 오일이 형성되는 것이 아닌 지역에 따 라 더 넓게 또는 좁게 오일이 형성되는 현상을 파악하였다. 이는 수평정 주변 해당 영역 으로 유동한 가스의 유량과 관계가 있는 것이다. 즉, 수평정을 따라 유체 투과도의 변동 이 있으며 이 중 유체 투과도가 높은 영역으로 저류층의 가스가 더 많이 통과하게 된다.
Figure 4.1(b)는 시간에 따른 저류층 압력분포를 나타낸 것으로 생산이 진행됨에 따른 압력 감소가 생산정 주변부터 모델 전체에 빠르게 퍼져나가는 것을 확인할 수 있다.
(a) oil saturation (b) pressure distribution
Figure 4.1 Condensate banking phenomenon near horizontal well section of High Case Model.
Figure 4.2는 High Case Model에서 발생하는 오일 포화율을 나타내었으며 생산 진행에 따른 오일 포화율 증대를 파악하기 위해 생산정의 수평구간을 직교로 자른 단면을 보여준다. 이 단면을 관찰하면 생산시간이 지남에 따라 컨덴세이트 포화율 이 최대 30% 이상 증가하지만(2016년 7월 1일) 이후 압력이 더 낮아지면서 컨덴세 이트 일부가 가스로 변하는 retrograde 현상이 나타났다. 생산정 주변에 컨덴세이 트가 형성되는 반경은 약 5 m 이내인 것으로 분석되었다. 결과적으로 이러한 생산 정 주변의 컨덴세이트는 가스로 채워졌던 공극을 채우게 되어 가스의 유동을 방해 하게 된다.
Figure 4.2 Condensate banking phenomenon near production well cross section of High Case Model.
Mid Case와 Low Case에서 또한 컨덴세이트 생성 여부를 판단하고 완화 방안 적용 이후 결과를 비교하기 위해 High Case와 동일한 방법으로 시뮬레이션을 수행 하였다. 세 가지 시뮬레이션 결과는 Table 4.1에 나타내었다. High Case와 Mid Case에 대한 시뮬레이션 결과 Plateau 기간은 각각 약 1.3년(483일), 약 0.42(153일) 이며, 이 기간에는 일정 유량조건으로 생산되며 이후 정두에서 일정압력 조건으로 바뀌어 생산이 줄어들게 된다. 하지만 Low Case의 경우 현저히 낮은 투과도로 인 해 가스 생산이 Plateau를 이루지 못하고 감소하는 것으로 확인되었다.
Table 4.1 Simulation results for three case model
구분 High Case
Model
Mid Case Model
Low Case Model Cumulative gas
production [Bscf] 16.3 12.4 3.1
Cumulative condensate
production [Mstb] 137 99 37
Plateau time [Year] 1.3 0.4
-제2절 화학처리 효과 분석
1. 화학처리 적용 효과에 따른 결과 분석
가스 및 오일 잔류 포화율과 상대 투과도 값을 각각 30%, 20% 그리고 10% 향 상하여 화학처리 효과에 대해 분석하였다. Figure 4.3은 High Case Model에 화학 처리를 통한 30% 향상 효과를 적용한 시뮬레이션 결과이다. 생산정에서부터 화학 처리 효과가 적용된 반경이 커짐에 따라 Plateau time이 증가하는 경향이 나타났 다. 따라서 누적 가스생산량도 증가하는 결과를 보였다. 그러나 Figure 4.3(a)에서 Plateau time이 연장된 경우일수록 그 후 일일 생산량 감소는 더 급히 발생하여 특 정 시점에서 생산량의 역전현상이 나타났다. 이것은 Plateau time이 증가하면서 더 많은 가스가 저류층에서 초반에 생산되어 저류층의 압력이 낮아지고 유체가 고갈 되기 때문이다. 그리고 화학처리에 따라 저류층 평균압력이 더 낮아지는 현상을 보 이는데 이는 비유동 외부경계조건 하에서 가스생산량이 증가하여 저류층에 남아있 는 가스의 양이 적기 때문이다.
(a) Gas production rate and cumulative production
(b) Reservoir average pressure and oil production
Figure 4.3 Simulation results for the chemical treatment case with 30%
improvement(High Case Model).
Figure 4.4는 4.5 m 반경에 대한 화학처리 전⋅후 생산정 주변에서 발생하는 컨 덴세이트 축적 정도를 비교하여 나타낸 것이다. Figure 4.4(a)에서는 생산정 주변의 컨덴세이트 포화율이 0.32에 가까운 값을 나타내지만 동일한 시간에 Figure 4.4(b) 는 화학처리를 통한 향상 효과로 인해 0.26의 낮은 포화율을 유지하고 있다.
(a) Before Treatment (b) After Treatment
Figure 4.4 Comparison of oil saturation between before- and after-treatment with 30% improvement(High Case Model).
Table 4.2 및 Figure 4.5과 4.6은 화학처리 적용 반경에 따른 시뮬레이션 결과를 분석한 것이다. 화학처리 반경이 0.5 m일 때 가스 생산량은 0.43 Bcf 만큼 증가하 여 2.64%의 증가율을 보였으며 처리반경이 증가함에 따라 생산량도 증가하는 것을 확인하였다. 반경이 4.5 m인 경우 누적 가스 생산량은 약 1.34 Bcf, 즉 8.21% 증가 하였으며 Plateau time은 0.78년 더 연장되었다. 화학처리 적용 반경이 0.5 m와 1.5 m인 경우 누적가스 생산량과 Plateau time에서 높은 증가율이 나타났지만 1.5 m 이상에서는 증가율이 둔화된다. 따라서 화학처리의 효율측면에서 화학처리를 위한 최적 반경은 1.5 m로 결정할 수 있다.
생산된 오일은 0.5 m의 경우에는 기존보다 낮은 누적생산량을 보인 반면, 반경이 1.5 m 이상인 경우에는 다시 증가하는 현상을 보였다. 이는 저류층의 압력과 컨덴 세이트의 retrograde 현상 등 복합적인 작용의 결과로 판단된다. 그러나 시뮬레이 션 결과 대체로 가스 생산량이 많아질수록 컨덴세이트의 생산량도 많아지는 경향 을 보인다.
Table 4.2 Simulation results for the chemical treatment case with 30% improvement(High Case Model)
구 분 (High Case
Model)
before treat
treated cases(m)
0.5 1.5 2.5 3.5 4.5
가스 생산량
(Bcf)
누적량 16.31 16.74 17.52 17.60 17.63 17.64
증감 - 0.43 1.21 1.30 1.32 1.34
비율(%) - 2.64 7.43 7.95 8.11 8.21
Plateau time (yr)
기간 1.32 1.58 2.02 2.08 2.09 2.10
증감 - 0.26 0.70 0.76 0.77 0.78
비율(%) - 19.7 53.0 57.6 58.3 59.1
오일 생산량
(stb)
누적량 136,959 136,930 137,563 138,020 138,269 138,473
증감 - -29 604 1,061 1,310 1,514
비율(%) - -0.02 0.44 0.77 0.96 1.11
Figure 4.5 Comparison of cumulative gas production according to the treatment radius with 30% improvement(High Case Model).
Figure 4.6 Comparison of plateau time according to the treatment radius with 30% improvement(High Case Model).
화학처리에 의해 가스 및 오일 잔류 포화율과 상대투과도 값을 20% 향상시킬 경우에 대한 시뮬레이션 결과를 Table 4.3에 요약하였다. 화학처리를 1.5 m 적용한 결과, 처리 이전에 비해 누적 가스 생산량은 약 6.31%, Plateau time은 약 45% 증 가하였다. 화학처리에 의한 30% 향상 결과와 유사하게 이 경우에서도 반경 0.5 m 와 1.5 m에서는 화학처리로 인해 높은 향상율을 나타내었지만 1.5 m 이상에서는 크게 향상되지 않음을 확인하였다(Figure 4.7 ∼ Figure 4.8).
Table 4.3 Simulation results for the chemical treatment case with 20%
improvement(High Case Model) 구 분
(High Case Model)
before treat
treated cases(m)
0.5 1.5 2.5 3.5 4.5
가스 생산량
(Bcf)
누적량 16.306 16.669 17.335 17.408 17.431 17.442
증감 - 0.363 1.029 1.102 1.125 1.136
비율(%) - 2.23 6.31 6.76 6.90 6.97
Plateau time
(yr)
기간 1.32 1.53 1.91 1.95 1.96 1.96
증감 - 0.21 0.59 0.63 0.64 0.64
비율(%) - 15.9 44.7 47.7 48.5 48.5
오일 생산량
(stb)
누적량 136,959 136,922 137,222 137,489 137,667 137,813
증감 - -37 263 530 708 854
비율(%) - -0.03 0.19 0.39 0.52 0.62
Figure 4.7 Comparison of cumulative gas production according to the treatment radius with 20% improvement(High Case Model).
Figure 4.8 Comparison of plateau time according to the treatment radius with 20% improvement(High Case Model).
앞서 적용한 두 시뮬레이션과 동일한 방법으로 가스 및 오일의 잔류 포화율과 상대 투과도 값의 10% 향상을 통해 화학처리 효과를 분석하였다(Figure 4.9). 분석 결과 화학처리 적용 반경이 증가함에 따라 누적 가스 생산량 증대 및 Plateau time 의 연장이 나타나며, 이 결과는 앞의 30%와 20% 향상에 대한 결과와 유사한 증가 경향을 나타낸다(Table 4.4). 반경 1.5 m에 화학처리를 적용한 경우 누적 가스생산 량은 앞의 30%와 20% 향상 효과에 비해 비교적 낮은 4.3% 증가율을 나타내었다.
화학처리 반경이 1.5 m 이상에서는 누적 가스 생산량 및 Plateau time의 증가율이 크게 증가 하지 않았다. 분석결과 화학처리 효과가 낮아지므로 생산능력은 감소하 는 경향을 보였다.
(a) Gas production rate and cumulative production
(b) Reservoir average pressure and oil production
Figure 4.9 Simulation results for the chemical treatment case with 10%
improvement(High Case Model).
Table 4.4 Simulation results for the chemical treatment case with 10%
improvement(High Case Model) 구 분
(High Case Model)
before treat
treated cases(m)
0.5 1.5 2.5 3.5 4.5
가스 생산량
(Bcf)
누적량 16.306 16.55 17.009 17.06 17.077 17.084
증감 0 0.244 0.703 0.754 0.771 0.778
비율(%) 0 1.50 4.31 4.62 4.73 4.77
Plateau time (yr)
기간 1.32 1.46 1.71 1.75 1.75 1.75
증감 0 0.14 0.39 0.43 0.43 0.43
비율(%) 0 10.6 29.5 32.6 32.6 32.6
오일 생산량
(stb)
누적량 136,959 136,915 136,973 137,089 137,183 137,261
증감 0 -44 14 130 224 302
비율(%) 0 -0.03 0.01 0.09 0.16 0.22
Figure 4.10은 High Case Model에 화학처리 효과를 각각 30%, 20% 그리고 10%
향상 시킨 모델의 화학처리 적용 반경에 따른 생산량 및 Plateau time을 비교하였다.
Table 4.5와 4.6을 보면 화학처리 효과 10%, 20% 그리고 30%를 1.5 m까지 적용한 경우 누적 가스생산량은 4.3%, 6.31%, 그리고 7.4%까지 증가하는 변화를 보였다. 즉 0.7, 1.0, 그리고 1.2 Bcf의 가스가 더 생산되는 것이다. Plateau time은 30%, 45%, 그 리고 53%로 증가하였다. 화학처리 효과를 1.5 m 이상에 대해 적용한 경우는 이보다 조금 더 좋은 결과를 나타내지만 증가율은 크게 증가하지 않는 것을 파악하였다. 이 러한 결과는 Figure 4.2에서 보듯이 컨덴세이트의 생성이 생산정으로부터 반경 1.5 m 이내에서 극심하기 때문에 이에 대한 처리효과가 가장 좋게 나타난 것이다.
실제 화학처리를 저류층에 적용할 경우 주입해야하는 화학 처리제의 부피는 유정 반경의 제곱에 비례해서 증가한다. 따라서 화학처리를 사용하여 1.5 m 이내의 영역 에 대해 가스유동 능력을 개선하는 것이 경제적인 측면에서 가장 효율적일 것으로 판단된다.
(a) Cumulative gas production
(b) Plateau time
Figure 4.10 Comparison of before- and after-chemical treatment on cumulative gas production and plateau time(High Case Model).
Table 4.5 Comparison of before- and after-chemical treatment on cumulative gas production(High Case Model)
구 분 (High Case Model)
before treat
treated cases(m)
0.5 1.5 2.5 3.5 4.5
향상율 30%
누적량 16.31 16.74 17.52 17.60 17.63 17.64
증감 - 0.43 1.21 1.30 1.32 1.34
비율(%) - 2.64 7.43 7.95 8.11 8.21
향상율 20%
누적량 16.306 16.669 17.335 17.408 17.431 17.442
증감 - 0.363 1.029 1.102 1.125 1.136
비율(%) - 2.23 6.31 6.76 6.90 6.97
향상율 10%
누적량 16.306 16.55 17.009 17.06 17.077 17.084
증감 - 0.244 0.703 0.754 0.771 0.778
비율(%) - 1.50 4.31 4.62 4.73 4.77
Table 4.6 Comparison of before- and after-chemical treatment on plateau time(High Case Model)
구 분 before
treat
treated cases(m)
0.5 1.5 2.5 3.5 4.5
향상율 30%
기간 1.32 1.58 2.02 2.08 2.09 2.10
증감 - 0.26 0.70 0.76 0.77 0.78
비율(%) - 19.7 53.0 57.6 58.3 59.1
향상율 20%
기간 1.32 1.53 1.91 1.95 1.96 1.96
증감 - 0.21 0.59 0.63 0.64 0.64
비율(%) - 15.9 44.7 47.7 48.5 48.5
향상율 10%
기간 1.32 1.46 1.71 1.75 1.75 1.75
증감 - 0.14 0.39 0.43 0.43 0.43
비율(%) - 10.6 29.5 32.6 32.6 32.6