KR101731221B1 - 탄층 메탄가스 저류층의 퇴적상 분석방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄층 메탄가스 저류층의 퇴적상을 분석하기 위한 방법에 관한 것이다.
본 발명에서는 퇴적환경의 유사성, 등고선의 근접성 및 공업분석 시추공과의 거리적 인접성을 기준으로 개발대상지역을 복수의 영역으로 분할하여 각 영역별로 퇴적상을 별도로 분석한다. 또한, 본 발명에서는 기존에 퇴적상을 이분법으로 분류하던 것을 극복하여, 적어도 3개 이상으로 퇴적상을 세분하여 석탄 또는 가스의 함량을 보다 정교하게 추정할 수 있는 토대를 만든다. 특히 본 발명에서는 공업분석 데이터와 물리검층 데이터의 차이를 보정하여 퇴적상을 결정함에 있어서 기준이 되는 밀도와 회분량을 정확하게 확정한다.

Description

탄층 메탄가스 저류층의 퇴적상 분석방법{METHOD FOR ESTIMATING FACIES OF CBM RESERVOIR ROCKS}
본 발명은 에너지, 자원분야의 기술로서, 특히 탄층 메탄가스 저류층의 퇴적상을 분석 및 결정하기 위한 방법에 관한 것이다.
세계 에너지 자원의 패러다임은 현재의 전통 에너지 자원에서 비전통 에너지 자원으로 이행되고 있다. 특히 비전통 가스(UG; unconventional gas) 에너지 자원은 현재의 석탄/석유 에너지자원을 대체할 차세대 에너지원으로 평가되고 있다. 대표적인 비전통 가스에너지 자원은 셰일가스, 치밀가스, 탄층메탄(CBM, Coalbed methane)이다.
CBM은 셰일가스보다 개발이 비교적 쉽다. 셰일가스는 지하 2,000~3,000미터에 부존하지만 CBM은 그보다 얕은 곳에 존재하므로, 개발도 그만큼 쉽다. 반대로 매장량은 셰일가스보다 풍부하다는 이점이 있다.
또한 CBM은 독성이 없고 재를 배출하지 않을 뿐만 아니라 석탄이나 석유 그리고 목재보다도 CO2를 적게 방출한다는 이점도 있다. 이러한 이점 때문에 CBM 개발은 에너지 수요 증가에 대한 대응책으로 자리매김하고 있다.
도 1은 탄층메탄의 생산 구조를 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 탄층메탄의 가스흡착구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 메탄가스는 석탄층, 즉저류층에서 메트릭스로 이루어진 석탄에 흡착되어 있다. 메트릭스들 사이의 균열에는 일반적으로 물이 채워져 있다. 지상으로부터 저류층까지 생산정을 시추하면, 저류층의 압력이 개방되면서 석탄에 흡착되어 있는 메탄가스가 탈착된다. 메탄가스는 석탄층의 균열을 따라 이동하여 생산정을 통해 배출된다.
위에서 설명한 바와 같이, 메탄가스는 석탄에만 흡착되어 존재한다. 그리고 석탄이 매장된 저류층은 도 2에 나타난 바와 같이 석탄(휘발성 물질 포함) 이외에 물과 회분(ash)이 공존한다. 따라서 저류층 내 애쉬와 물을 제외한 석탄의 함량이 어느 정도인지를 정확하게 파악하는 것이 무엇보다 중요하다. 석탄의 함량이 높다는 것은 그만큼 메탄가스의 부존량도 크다는 것을 의미하기 때문이다.
이에 CBM 개발은 먼저 저류층의 석탄 함량을 분석하는 것으로부터 시작되며, 이를 CBM 퇴적상 분석이라 한다. 저류층의 심도별로 분포하는 지층들은 퇴적조건과 환경이 서로 다르기 때문에 지층의 구성성분도 다르며, 당연히 석탄의 함량 또한 다를 수 밖에 없다.
도 3은 시추공을 형성하고 물리검층(well logging)을 수행한 결과 자료이다. 심도에 따라 셰일, 실트 및 샌드스톤층이 존재하며, 중간에 석탄층(coal)이 존재함을 알 수 있다. 퇴적상 분석을 위해서는 각 지층의 석탄함량을 정교하게 분석할 필요가 있다.
그러나 국내에는 CBM 개발조건에 맞는 필드(field)가 없어서 연구가 지속적으로 진행되지 않았다. 또한 에너지자원 산업의 특성상 슐럼버저와 같은 글로벌 메이저 기업이 시장을 거의 독점적으로 장악하고 있는데, 메이저 기업들은 자원개발에 관한 기술을 영업비밀 또는 노하우로 관리하고 있는 바, 해외의 자료들을 이용하여 연구를 진행하는 것도 한계가 있다. 이에 국내에서는 CBM 개발과 관련한 연구와 기술이 매우 부족한 실정이다.
전통가스와 비전통가스는 부존특성이 매우 상이하다. 전통가스는 특수한 지형구조(저류암과 덮개암, 배사구조 등)에 의해 특정 지역에 집중적으로 부존되어 있지만, 탄층메탄은 석탄층을 따라 넓게 분포하고 있고 단위 볼륨당 메탄가스의 밀도도 낮다. 따라서 전통가스와 비교하면, 메탄가스가 부존되어 있는 저류층은 퇴적상이 매우 다양하며 불균질하게 나타나는 특징이 있다. 따라서 전통가스 개발에 사용하는 퇴적상 분석방법을 CBM 퇴적상 평가에 그대로 이용할 경우 정교한 분석은 불가능하며, CBM 개발의 경제성을 악화시키는 결과로 이어진다.
종래의 CBM 퇴적상 분석방법에서는 시추를 통해 저류층의 심도별로 코어샘플을 획득하고, 공업분석을 통해 코어의 밀도와 석탄-회분 함량을 파악하였다. 그리고 코어의 회분 함량과 밀도를 상호 대응시킨 후, 회분 함량 50% 지점에서의 코어의 밀도를 결정한다. 회분 함량이 50% 지점에서의 코어의 밀도보다, 더 높은 밀도로 형성된 영역은 비석탄층(non-coal)으로 분류하고, 밀도가 낮은 지역은 석탄층(coal)으로 단순하게 분류하였다.
종래의 CBM 퇴적상 분석방법에 대하여 좀 더 자세히 설명한다. 도 4는 CBM 개발지역을 평면도로 모식화한 것이다. 도 4에서 A~E의 5개의 시추정을 형성하였고, 이 중에서 A, E 2개 시추정에서 코어샘플을 획득하고, 물리검층을 통해 심도별 밀도도 측정하였다. 나머지 3개의 시추정에서는 물리검층을 통해 심도별 밀도만 측정한다. A,E 시추정에서 획득한 코어 샘플에 대하여 회분 함량과 밀도를 측정한 후, 도 5의 그래프에 도시된 바와 같이, 회분함량과 밀도를 상호 대응시킨다. 도 5의 그래프에서 포인트들은 코어의 공업분석을 통해 나온 밀도와 회분함량이며, 검은색 선은 포인트 데이터들의 추세선으로 함수로 나타낸다. 도 5의 그래프에서 회분 함량이 50% 지점에서의 코어의 기준 밀도값을 알게 된다. 이후, 5개 시추정 각각에서 물리검층을 통해 확보한 밀도 데이터가 위의 기준 밀도값보다 높으면 비석탄층으로, 낮으면 석탄층으로 분류하였다.
위와 같은 종래의 방법은 CBM 퇴적상을 석탄층과 비석탄층의 단순 이분법으로 나누어 퇴적상을 정교하게 반영하지 못하는 문제점이 있었다.
더욱이, 물리검층을 통한 밀도값과 공업분석을 통해 측정한 밀도값은 동일한 심도에서도 서로 다르게 나타나므로, 퇴적상 분석이 정교하게 이루어지지 못했다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 보다 정교하게 저류층의 CBM 퇴적상을 분석할 수 있는 방법을 제공하는데 목적이 있다.
한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.
위 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 탄층 메탄가스 저류층 퇴적상 분석방법은, (a)탄층메탄(CBM) 개발지역에 대하여 적어도 하나의 시추공을 형성하여 저류층 심도별로 코어 샘플을 획득하는 단계; (b)공업분석을 통해 상기 코어 샘플의 각 포인트마다 회분량과 밀도를 측정 및 플로팅하여, 밀도와 회분량 사이의 상관관계에 대한 추세함수를 결정하는 단계; (c)회분량을 기준으로 상기 저류층을 적어도 2개의 퇴적상으로 구분하는 단계; (d)상기 각 퇴적상의 사전에 설정된 기준회분값(예컨대 유럽경제위원회의 기준)과, 상기 추세함수에서 상기 각 기준회분값에 대응되는 기준밀도값을 산출한 후, 상기 기준회분값과 기준밀도값을 경계로 상기 퇴적상을 회분량과 밀도값에 따른 구간으로 정의하는 단계; (e)상기 구간 내 포인트들에 대하여 공업분석상의 밀도값과 물리검층상의 밀도값의 차이를 반영하여, 각 포인트의 상기 공업분석상에서 측정된 회분량을 재조정한 후, 재조정된 회분량을 기준으로 상기 기준회분값을 재결정하고, 재결정된 기준회분값에 대응하는 상기 추세함수상의 밀도값을 기준밀도값으로 재결정하는 단계; 및 (f)상기 재결정된 기준밀도값을 기준으로 상기 저류층의 물리검층 밀도 데이터를 이용하여 상기 저류층의 각 영역별로 퇴적상을 결정하는 것에 특징이 있다.
본 발명에 있어서, 상기 탄층메탄 저류층의 퇴적상은 정탄(clean coal), 석탄(coal), 탄질셰일(coaly shale)의 세가지로 분류할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 (e)단계에서 상기 각 포인트별로 재조정된 회분량 중에서 최고값 또는 최저값을 기준회분값으로 재결정할 수 있다.
또는 상기 (e)단계에서 회분량을 재조정할 때, 상기 (d)단계에서 결정된 각 구간의 기준회분값과 기준밀도값의 경계선 인근에 배치된 복수의 포인트들에 대해서만 상기 (e)단계를 수행하고, 상기 복수의 포인트별로 재조정된 회분량 중에서 최고값 또는 최저값을 기준회분값으로 재결정할 수 있다.
또는 상기 (e)단계에서 회분량을 재조정할 때, 상기 (d)단계에서 결정된 각 구간의 기준회분값과 기준밀도값의 경계선 인근에 배치된 복수의 포인트들에 대해서만 상기 (e)단계를 수행하고, 상기 복수의 포인트별로 재조정된 회분량을 평균하여 기준회분값으로 재결정할 수도 있다.
특히, 본 발명의 일 실시예에서, 상호 인접해 있는 2개의 상기 구간들에 대하여 상기 (e)단계에서 각각 상기 기준밀도값을 재결정한 후, 상기 각 구간의 기준밀도값이 상호 불일치할 경우, 어느 한 구간의 기준밀도값을 상호 인접하는 2개의 구간의 경계값, 즉 기준밀도값으로 최종 결정할 수도 있다.
또는, 상호 인접해 있는 2개의 상기 구간들에 대하여 상기 (e)단계에서 각각 상기 기준밀도값을 재결정한 후, 상기 각 구간의 기준밀도값이 상호 불일치할 경우, 상기 2개의 기준밀도값을 평균하여 상호 인접하는 2개의 구간의 경계값, 즉 기준밀도값으로 최종 결정할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 개발지역을 평면방향에서 복수의 영역으로 분할하여, 각 영역별로 상기 시추정들을 그룹핑하여 상기 (a)~(e)단계를 수행하는 것이 바람직하다.
이 때, 상기 개발지역의 분할은 상기 코어 샘플을 취득한 시추정과의 인접한 거리를 기준으로 수행할 수 있다.
또는 상기 개발지역의 분할은 지형도에서 등고선 상의 높이를 기준으로 수행할 수도 있다.
또는 상기 개발지역의 지층의 퇴적환경에 대한 조사를 선수행한 후, 상기 개발지역의 분할은 퇴적환경의 동일성을 기준으로 수행할 수도 있다. 여기서, 상기 퇴적환경은 하도(channel)가 존재했던 영역, 옴브로트로픽 마이어(ombrotrophic mire) 및 레오트로픽 마이어(rheotrophic)를 포함할 수 있다.
그리고, 지역을 분할하기 위한 위 3가지 방법, 즉 코어 샘플을 획득한 시추정과의 인접성, 등고선의 유사성 및 퇴적환경의 유사성 중 적어도 2개를 조합하여 분할을 수행할 수도 있을 것이다.
본 발명에 따르면 공업분석상의 측정값을 기초로 물리검층상의 측정값 오차를 보정함으로써, 기준회분량과 기준밀도값을 보다 정교하게 결정할 수 있다는 이점이 있다.
또한 기존에 퇴적상을 석탄과 비석탄으로 단순하게 2분하던 것을 적어도 3개 이상의 퇴적상으로 세분화하여 CBM 퇴적환경을 보다 정교하게 반영할 수 있다는 이점이 있다.
개발대상지역 전체를 하나의 분석대상으로 하지 않고, 퇴적환경의 유사성, 등고선의 유사성 및 거리적 인접성에 따라 영역을 분할함으로써 퇴적상 분석이 실제를 보다 잘 반영할 수 있도록 하였다.
본 발명의 이러한 이점들에 의하여, CBM 개발의 첫 단추인 퇴적상 분류를 보다 신뢰성있게 수행할 수 있을 것으로 기대한다.
한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.
도 1은 탄층메탄의 생산 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 탄층메탄의 가스흡착구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 시추공의 물리검층(well logging) 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 CBM 개발지역을 평면도로 모식화한 것이다.
도 5는 코어 샘플에 대한 공업분석 결과에서 밀도와 회분량을 대응시킨 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄층 메탄가스 저류층 퇴적상 분석방법의 개략적 흐름도이다.
도 7은 석탄에 함유한 회분 함유량에 따른 유럽경제위원회에서 제작한 석탄 품질기준표이다
도 8은 공업분석 결과의 밀도와 회분량의 교차도시를 통한 CBM 퇴적상 분류 기준표이다.
도 9는 도 8의 퇴적상 분류표에서 기준회분량과 기준밀도값을 재결정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 70m 간격의 2개의 시추공에 대한 지질주상도 결과를 나타낸 것이다.
도 11은 석탄층 위에 하도가 지나간 지질환경을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 12는 CBM 개발지역의 각 영역별 가스 함량을 나타낸 분포도이다.
도 13은 도 12에서 원, 세모, 네모로 표시된 지역에서 압력에 따른 가스 흡착량을 나타낸 그래프이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 퇴적상 분석방법의 개략적 흐름도이다.
도 15는 개발대상지역을 복수의 영역으로 분할하고, 시추공을 그룹핑하는 예를 나타내는 도면이다.
도 16은 석탄이 퇴적되는 환경을 분류한 도표이다.
도 17은 옴브로트로픽 마이어(ombrotrophic mire) 환경과, 레오트로픽 마이어(rheotrophic mire, 또는 minerotrophic) 환경 모델을 나타낸 것이다.
도 18은 옴브로트로픽 마이어의 bog 환경을 단면으로 나타낸 것이다.
도 19는 레오트로픽 마이어의 fen 환경을 단면으로 나타낸 것이다.
※ 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 탄층 메탄가스 저류층 퇴적상 분석방법에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄층 메탄가스 저류층 퇴적상 분석방법의 개략적 흐름도이다.
도 6을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄층 메탄가스 저류층 퇴적상 분석방법(이하, 저류층 퇴적상 분석방법)에서는 먼저 개발지역에 대하여 복수의 시추공을 형성한다. 시추공은 짧게는 수 백 미터에서 길게는 수 킬로미터까지 연장될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 시추공은 개발지역의 어느 일부에 집중되게 형성하지 않고, 넓게 분포하는 것이 바람직하다. 특히, 대상지역에 대한 고지질환경 또는 퇴적환경이 미리 조사되어 있는 경우라면, 퇴적환경이 서로 다른 지역에 대하여 시추정을 각각 형성하는 것이 바람직하다. 또는 개발지역 내의 등고선의 높이에 따라 시추정을 개별적으로 형성하는 것이 바람직하다. 퇴적환경이나 등고선의 높이에 따라 지층의 구성이 서로 다르게 나타날 수 있기 때문이다. 이 부분에 대해서는 뒤에서 개발 영역을 분할하고 개별적으로 퇴적상을 분류할 필요성에 대해서 설명할 때 다시 언급하기로 한다.
결국 본 발명의 첫 번째 과정인 시추공을 형성할 때에는 퇴적환경의 차이, 등고성의 차이 등을 고려할 필요가 있으며, 이러한 선행 조사가 수행되지 않은 경우에도 되도록 시추공을 넓은 영역에 고르게 분포시켜서 다양한 지질환경을 반영할 필요가 있다.
시추공을 형성한 후에는 이들 중 일부 시추공에 대하여 코어 샘플을 심도별로 획득하여 공업분석을 실시한다. 공업분석에서는 코어 샘플을 심도별로 소량을 취하여 수분량, 회분량, 밀도, 가스함량 등을 각각 측정한다. 본 발명에서는 특히 회분량과 밀도를 반드시 측정한다.
심도별로 회분량과 밀도가 측정되면, 앞의 도 5에 도시된 바와 같이, X축을 밀도로, Y축을 회분량으로 하여 그래프상에서 플로팅(plotting) 한다. 그래프상에 찍힌 점들은 공업분석의 결과이며, 심도와는 상관없이 회분량과 밀도와의 관계로만 나타낸 것이다. 물론 각 포인트는 식별가호를 부여하여 어느 심도에서 획득된 것인지가 파악되어 있다.
이렇게 밀도와 회분량을 플로팅한 후, 최소자승법 등의 수학적 기법을 이용하여 이들 데이터의 추세를 반영하는 추세함수를 설정할 수 있다. 추세함수는 밀도와 회분량 사이의 관계로 나타난다.
본 발명에서는 회분량을 기준으로 퇴적상을 적어도 2개, 본 실시예에서는 4개로 구분한다. 크게 보면 종래와 마찬가지로 석탄(coal)과 비석탄(non coal)로 구분하며, 석탄을 다시 회분량 20% 이하의 정탄(clean coal), 회분량 20~40%의 석탄(coal) 및 회분량 40~80%의 탄질 셰일(coaly shale)로 나눈다. 탄질 셰일은 탄소질 암(carboneous rock)으로 명칭할 수도 있다. 석탄에 대한 3개 분류와, 비석탄을 포함하면 총 4개의 분류로 이루어진다. 이러한 분류는 도 7에 도시된 바와 같이 유럽경제위원회의 기준표인데, 반드시 이 분류를 택해야 하는 것은 아니며, 국가별 기준표, 지질환경이나 퇴적환경 또는 개발규모 및 경제성을 고려하여 다르게 분류할 수도 있다. 어떤 분류를 택하더라도 회분량이 기준이된다.
상기한 바와 같이 석탄 퇴적상에 대하여 구간을 설정하고, 여기서 정해진 회분량을 기준으로 밀도-회분량 그래프(도 8, 공업분석 결과)에 나타내어 퇴적상 구간을 설정할 수 있다. 즉, 추세함수에서 기준회분량에 대응되는 밀도값, 즉 기본밀도값이 확정된다.
도 8에는 기준회분량과 기준밀도값에 의하여 정탄(A), 석탄(B), 탄소질 암(C)이 각각 구간으로 설정된 결과를 나타내었다.
도 8의 그래프에서는 A와 B구간사이 및 B와 C구간 사이가 하나의 경계선으로 설정되어 있다. 즉, B구간의 하부 기준밀도값이 A구간의 상부 기준밀도값과 일치한다. 또한 B구간의 상부 기준밀도값이 C구간의 하부 기준밀도값과 동일하다.
이제 공업분석상의 밀도값과 밀도검층상의 밀도값을 상호 비교한다. 공업분석은 코어 샘플의 밀도, 회분량, 수분량 및 가스 함량을 실험실에서 측정하는 것이기 때문에 센서를 이용하여 밀도를 측정하는 물리검층에 비하여 실제값을 보다 정확하게 반영할 수 있다. 그렇다고 해서 모든 시추공에 대해서 코어 샘플을 획득하고 공업분석을 실시하는 것은 비경제적이다. 따라서 전체 시추공에 대해서는 물리검층을 수행하고, 일부 시추공에 대해서만 물리검층 및 공업분석을 함께 실시한다. 공업분석과 물리검층을 함께 수행한 시추정에서의 공업분석상의 결과를 물리검층상의 결과에 반영한다. 그리고 그 차이를 물리검층을 수행한 모든 시추공에 대한 물리검층값에 적용함으로써 물리검층값을 실제와 근사하게 만들 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 공업분석으로 측정한 각 포인트들(도 8의 그래프에서 포인트 데이터)은 식별번호가 부여되어 있으므로, 어떤 시추공의 어느 심도에 위치한 것인지를 알 수 있다. 마찬가지로 물리검층에서 획득된 밀도 데이터도 해당 심도가 파악된다. 즉, 동일한 포인트에 대해서 공업분석상의 밀도값과 물리검층상의 밀도값을 상호 비교하여 회분량을 다시 조정한다. 예컨대 아래의 비례식을 사용할 수 있다.
밀도 : 회분량 = 밀도(물리검층) : X …… 비례식
즉, 공업분석상의 밀도와 회분량 사이의 관계에 비례하여 물리검층상의 밀도에 대응하는 회분량(X)을 구하는 것이다. 공업분석상의 밀도가 물리검층상의 밀도보다 작게 나왔다면 조정된 회분량(X)은 공업분석보다 크게 나올 것이며, 거꾸로 공업분석상의 밀도가 물리검층 밀도보다 크다면 조정된 회분량(X)은 공업분석보다 작게 나올 것이다.
회분량의 조절은 도 8에 도시된 퇴적상 구간(A,B,C)별로 각각 실시한다. 예컨대, 도 8의 A구간 내에 포함되어 있는 모든 포인트들에 대한 밀도값을 물리검층상의 밀도값과 비교한 후 조정된 회분량을 산출한다. A구간은 상부 기준값만 존재하므로, A 구간에서 조정된 회분량 중 가장 높은 함량을 기준회분량으로 재결정할 수 있다. 그리고 재결정된 기준회분량에 대응되는 추세함수상의 밀도값을 기준밀도값으로 정한다. 이렇게 되면 도 9와 같이 원래의 빨간색 기준선이 초록색 기준선으로 변경될 수 있다. 도 9에서는 기준선이 상향된 경우이며, 거꾸로 기준선이 하향될 수도 있다. 도 9의 경우라면 기준선이 변경됨에 따라 클린콜(A) 구간이 확대된다.
이렇게 공업분석과 물리검층상의 데이터를 상호 비교하여 기준회분량을 재조정하는 것은 퇴적상 구간을 확정하는데 의미가 있다. 기준회분량만 재조정하면 되므로 앞에서처럼 굳이 A구간의 모든 포인트들에 대하여 회분량을 조절할 필요가 없을 수도 있다. 즉, 도 9의 A 구간에서 예컨대 밀도가 1.3 정도 되는 지점의 경우 재조정을 해도 A구간 내에 있을 것이 거의 자명하다. 물리검층과 공업분석상의 측정값이 전혀 다르게 나타나지는 않기 때문이다. 그렇다면, 기준회분량 근처의 영역에 위치한 포인트들에 대해서만 회분량을 조절해도 기준회분량을 재결정하는 데에는 문제가 없다. 따라서, 도 9에서 노란색 박스 내의 포인트들, 즉 A구간의 경계선 근처의 포인트들에 대해서만 회분량을 재조정하여, 재조정된 회분량 중 최고 함량을 기준회분량으로 재결정할 수도 있을 것이다.
그리고, 앞의 예에서는 노란색 박스 내의 포인트들 중 재조정된 회분량이 가장 높은 것을 기준회분값으로 하였지만, 다른 예에서는 노란색 박스 내의 포인트들의 조정된 회분량의 평균값을 기준회분량으로 재결정할 수도 있을 것이다.
즉, A구간 내의 모든 포인트들에 대하여 회분량을 재조정한 후 최고값으로 기준회분량을 결정하거나, 또는 경계선 근처의 일부 포인트들에 대하여 재조정한 후 최고값 또는 평균값을 기준회분량으로 결정할 수 있다.
그리고 기준회분량의 조절은 각 구간별로 진행한다. 예컨대 도 9에서 C구간의 하부 기준회분량/기준밀도값이 원래의 빨간색에서 초록색 라인으로 재결정되었다고 가정한다. 그리고 C구간과 별도로 B구간의 상부 기준값에 대해서 조정을 수행한 결과, 빨간색에서 노란색 라인으로 재결정되었다고 가정한다. B구간과 C구간의 경계가 일치하지 않는다. 이러한 경우에는 초록색 라인 또는 노란색 라인을 2개 구간의 경계선으로 결정할 수 있다. 이는 퇴적환경이나 지질조건에 대한 분석을 기초로 할 수도 있으며, 개발사업에서의 생산량이나 경제성을 기준으로 할 수도 있다. 경제성보다 양을 중요하게 생각하는 경우라면 석탄 영역(B)을 확장할 것이고, 반대의 경우라면 C구간을 확장할 것이다. 또는 중간을 택하여 노란색 라인과 초록색 라인의 평균을 취할 수도 있다.
위의 경우는 기준선이 모두 상향된 경우인데, 거꾸로 B구간은 상향되지만, C구간은 하향되어 초록색 라인과 노란색 라인의 위치가 상호 바뀔 수도 있다. 이러한 경우에도 어느 하나의 라인을 선택하여 경계로 삼을 수 있지만, 2개의 라인의 평균값을 이용하는 것이 보다 합리적이다.
이렇게 하여 각 구간별로 기준회분량/기준밀도값을 재결정하고, 구간들 사이의 경계값을 조정함으로써 최종적으로 기준회분량과 기준밀도값이 정해진다. 이 값에 의하여 정해진 구간을 최종적인 퇴적상으로 결정한다.
최종적으로 퇴적상마다의 기준밀도값이 정해지면 이제 이 기준값을 물리검층이 수행된 모든 시추정에 대하여 적용한다. 물리검층을 통해 시추정마다 심도별로 획득된 밀도값이 속하는 구간을 파악하여 퇴적상을 결정한다.
앞에서 심도별로 퇴적상을 결정한다고 하였는데, 실제 저류층 퇴적상을 분석할 때에는 모델링을 수행하는 바 "심도별"은 "셀(cell)별"을 의미한다. 즉, 모델링을 위해서는 먼저 개발 대상지역을 3차원의 격자로 구획하여 복수의 셀을 형성한다. 그리고 앞에서의 과정을 거쳐 시추정이 지나가는 셀들(셀들이 수직하게 배열된 라인) 마다의 퇴적상이 결정된다. 그리고 시추정이 지나가지 않는 영역들에 대해서는 지질분야 또는 에너지/자원분야에서 사용하는 통계적 기법을 사용하여 퇴적상을 추정하게 된다. 즉, 물리검층을 통해 획득된 데이터들을 샘플로 하여 전체 저류층의 각 셀별로 퇴적상을 결정함으로써 저류층 전체에 대한 퇴적상이 최종적으로 완수된다.
한편, 지금까지는 CBM 개발지역 전체를 대상으로 위의 과정을 수행하는 것으로 설명하였다. 그러나, 개발지역을 복수의 영역으로 분할한 후, 각 영역별로 위의 과정을 수행할 수도 있다. 이에 대하여 보다 자세하게 설명한다.
CBM은 전통가스와 달리 어느 한 곳에 집중적으로 부존되어 있는 것이 아니라, 넓은 지역에 분포하기 때문에 동일한 개발지역 내에서도 지질환경 또는 퇴적환경이 서로 다르게 나타난다.
도 10에는 70m 간격의 2개의 시추공에 대한 물리검층 결과가 나타나 있다. 지질학적 관점에서 70m는 매우 짧은 거리임에도 불구하고 심도별 지질조건은 매우 다르다는 것을 알 수 있다.
앞에서도 언급했지만, 개발 대상지역의 고지질환경이나 퇴적환경은 석탄 퇴적상에 매우 큰 영향을 미친다. 예컨대, 고지질환경 또는 퇴적환경에서 하도(channel)가 지나간 영역의 경우에는 퇴적상의 변화가 매우 극명하게 나타난다. 도 11은 석탄층 위에 하도가 지나간 지질환경을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 11에 도시한 지층 구조는 도 10의 물리검층을 수행한 지역에 대한 것이다. 도 11을 참고하면, 탄층(검은색)이 퇴적된 이후에 상측에 하도가 발달하였던 것을 알 수 있다. 하도 지역은 주로 사암이 퇴적되고, 사암은 도 11에 노란색으로 표시되어 있다. 하도가 발달하면 물의 흐름으로 인하여 하부 지층을 깊게 침식하는 현상이 나타난다. 도 10에서 70m를 사이에 두고 동일 심도에서 석탄층의 두께가 전혀 다르게 나타나는 것은 하도의 석탄층 침식 영향을 반영한 것이다.
도 12는 CBM 개발지역의 각 영역별 가스 함량을 나타낸 분포도이다. 도 12에 표시된 영역은 매우 넓으므로 가스 함량이 영역별로 매우 다르게 나타남을 알 수 있다. 즉, 도 12에서 원, 세모, 네모로 표시된 영역의 시추공에서 코어 샘플을 획득한 후 랭마이어(Langmuir) 실험을 수행한 결과, 도 13에 나타난 바와 같이, 동일한 압력에 대해서도 코어 샘플의 단위 유닛당 가스가 흡착될 수 있는 양의 최고값이 매우 다르게 나타난다. 즉, 석탄 함량이 매우 크게 차이가 있다는 것이다.
이렇게 고지질환경 또는 퇴적환경이 CBM 퇴적상에 미치는 영향은 매우 크기 때문에, 개발 대상지역의 석탄 퇴적상을 분석할 때에도 이러한 점을 감안할 필요가 있다.
따라서 본 발명의 다른 실시예에서는, 도 14의 플로우 챠트에 도시된 바와 같이, 먼저 개발 대상지역을 복수의 영역으로 분할한 후 각 영역별로 위의 과정을 수행하여 퇴적상을 각각 결정할 수 있다. 물론 도 6에 도시된 실시예에서도 시추공 형성 후에 영역별 분할 과정을 추가한 후 그 아래의 과정을 영역별로 수행할 수 있다.
영역의 분할하는 기준은 아래와 같다.
먼저 시추공들 중에서 코어 샘플을 획득하여 공업분석을 수행한 시추공을 기준으로 거리가 가까운 시추공들을 그룹핑하는 방식이다. 대상지역이 넓게 분포하기 때문에 영역별로 퇴적조건이 다를 수 있다. 그러나 시추공에 대하여 공업분석을 수행하면 지질 구조를 명확하게 파악할 수 있고, 그 시추공과 거리가 가까우면 비슷한 지질구조가 형성되었을 가능성이 높다. 도 15에는 개발대상지역 전체에서 시추공을 형성한 지점들이 표시되어 있고, 붉은색으로 칠해진 상대적으로 큰 원은 공업분석을 실시한 시추공이다. 공업분석이 수행된 시추정을 기준으로 그룹핑하여 시추공들의 색을 달리하여 표시하였다.
등고선을 기준으로 할 수도 있다. 도 15의 중간부터 우측 영역에 걸쳐 등고선을 표현하였다. 동일한 등고선상 또는 해당 등고선과 가까운 거리에 있는 시추공들을 그룹핑하여 영역을 분할할 수 있다. 동일한 등고선 상에 위치한 시추공들은 심도에 따른 퇴적환경이 유사할 가능성이 높기 때문이다.
마지막으로 개발 대상지역의 고지질환경 또는 퇴적환경이 미리 조사되어 있는 경우라면, 퇴적환경의 동일성을 기준으로 시추공들을 그룹핑하고 영역을 분할할 수 있다.
도 16은 석탄이 퇴적되는 환경을 분류한 도표이며, 도 17은 옴브로트로픽 마이어(ombrotrophic mire) 환경과, 레오트로픽 마이어(rheotrophic mire, 또는 minerotrophic) 환경을 나타낸 것이다. 또한 도 18은 옴브로트로픽 마이어의 bog 환경을 단면으로 나타낸 것이며, 도 19는 레오트로픽 마이어의 fen 환경을 단면으로 나타낸 것이다.
도 16 내지 도 19에 나타난 석탄 퇴적환경, 그리고 앞에서 설명한 바와 같이 하도의 존재 여부에 대하여 선행조사가 수행된 경우라면, 퇴적환경을 기준으로 개발대상지역의 영역을 분할하는 것이 가장 합리적이라고 할 것이다. 지층의 퇴적 환경에 따라 영역을 분할하면 실제의 퇴적상을 가장 잘 반영할 수 있을 것이다. 그리고, 앞에서 언급한 3가지의 기준을 각각 적용할 수도 있지만, 이들을 상호 조합하여 적용할 수도 있다.
도 14에 도시된 실시예와 도 6에 도시된 실시예에서 한 가지 다른점은 미리 퇴적상을 구분하지 않는 다는 것이다. 도 6에 도시된 실시예에서는 도 7의 기준들을 근거로 먼저 퇴적상에 대한 기준회분량/기준밀도값을 일단 정한 후, 이들을 재조정하는 과정을 거친다. 그러나 도 14에 도시된 예에서는 먼저 퇴적상을 결정하지 않고, 공업분석상의 밀도와 물리검층상의 밀도를 비교하여 모든 데이터들을 먼저 재조정해 놓은 상태에서, 바로 퇴적상에 대한 기준회분량과 기준밀도값을 정할 수도 있다. 나머지 과정은 도 6에 도시된 예와 동일하므로 설명을 생략하기로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 종래기술과 비교하여 몇 가지 점에서 보다 진보한 분석방법을 보여준다.
먼저 공업분석상의 측정값을 기초로 물리검층상의 측정값 오차를 보정함으로써, 물리검층을 기초로 하는 퇴적상 결정방법에 있어서 기준회분량과 기준밀도값을 보다 정교하게 결정할 수 있게 하였다. 보다 신뢰성있게 퇴적상을 결정할 수 있다.
또한 기존에 퇴적상을 석탄과 비석탄으로 단순하게 2분하던 것을 적어도 3개 이상의 퇴적상으로 세분화하여 CBM 퇴적환경을 보다 정교하게 반영할 수 있도록 하였다.
그리고 개발대상지역 전체를 하나의 분석대상으로 하지 않고, 퇴적환경의 유사성, 등고선의 유사성 및 거리적 인접성에 따라 영역을 분할함으로써 퇴적상 분석이 실제를 보다 잘 반영할 수 있도록 하였다.
본 발명에 의하여 CBM 개발의 첫 단추인 퇴적상 분류가 신뢰성있게 수행될 수 있을 것으로 기대된다.
본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

Claims (17)

  1. (a)탄층메탄(CBM) 개발지역에 대하여 적어도 하나의 시추공을 형성하여 저류층 심도별로 코어 샘플을 획득하고, 물리검층을 통해 심도별로 밀도값을 측정하는 단계;
    (b)공업분석을 통해 상기 코어 샘플의 각 포인트마다 회분량과 밀도를 측정 및 플로팅하여, 밀도와 회분량 사이의 상관관계에 대한 추세함수를 결정하는 단계;
    (c)회분량을 기준으로 상기 저류층을 적어도 2개의 퇴적상으로 구분하는 단계;
    (d)상기 각 퇴적상의 사전에 설정된 기준회분값과, 상기 추세함수에서 상기 각 기준회분값에 대응되는 기준밀도값을 산출한 후, 상기 기준회분값과 기준밀도값을 경계로 상기 퇴적상을 회분량과 밀도값에 따른 구간으로 정의하는 단계;
    (e)상기 구간 내 포인트들에 대하여 공업분석상의 밀도값과 물리검층상의 밀도값의 차이를 반영하여, 각 포인트의 상기 공업분석상에서 측정된 회분량을 재조정한 후, 재조정된 회분량을 기준으로 상기 기준회분값을 재결정하고, 재결정된 기준회분값에 대응하는 상기 추세함수상의 밀도값을 기준밀도값으로 재결정하는 단계; 및
    (f)상기 재결정된 기준밀도값을 기준으로 상기 저류층의 물리검층 밀도 데이터를 이용하여 상기 저류층의 각 영역별로 퇴적상을 결정하는 것을 특징으로 하는 탄층 메탄가스 저류층 퇴적상 분석방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탄층메탄 저류층의 퇴적상은 정탄(clean coal), 석탄(coal), 탄질셰일(coaly shale)의 세가지로 분류하는 것을 특징으로 하는 탄층 메탄가스 저류층 퇴적상 분석방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (e)단계에서 상기 각 포인트별로 재조정된 회분량 중에서 최고값 또는 최저값을 기준회분값으로 재결정하는 것을 특징으로 하는 탄층 메탄가스 저류층 퇴적상 분석방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (e)단계에서 회분량을 재조정할 때,
    상기 (d)단계에서 결정된 각 구간의 기준회분값과 기준밀도값의 경계선의 사전에 설정된 인근 범위에 배치된 복수의 포인트들에 대해서만 상기 (e)단계를 수행하고,
    상기 복수의 포인트별로 재조정된 회분량 중에서 최고값 또는 최저값을 기준회분값으로 재결정하는 것을 특징으로 하는 탄층 메탄가스 저류층 퇴적상 분석방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (e)단계에서 회분량을 재조정할 때,
    상기 (d)단계에서 결정된 각 구간의 기준회분값과 기준밀도값의 경계선의 사전에 설정된 인근 범위에 배치된 복수의 포인트들에 대해서만 상기 (e)단계를 수행하고,
    상기 복수의 포인트별로 재조정된 회분량을 평균하여 기준회분값으로 재결정하는 것을 특징으로 하는 탄층 메탄가스 저류층 퇴적상 분석방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상호 인접해 있는 2개의 상기 구간들에 대하여 상기 (e)단계에서 각각 상기 기준밀도값을 재결정한 후, 상기 각 구간의 기준밀도값이 상호 불일치할 경우, 어느 한 구간의 기준밀도값을 상호 인접하는 2개의 구간의 경계값, 즉 기준밀도값으로 최종 결정하는 것을 특징으로 하는 탄층 메탄가스 저류층 퇴적상 분석방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상호 인접해 있는 2개의 상기 구간들에 대하여 상기 (e)단계에서 각각 상기 기준밀도값을 재결정한 후, 상기 각 구간의 기준밀도값이 상호 불일치할 경우,
    상기 2개의 기준밀도값을 평균하여 상호 인접하는 2개의 구간의 경계값, 즉 기준밀도값으로 최종 결정하는 것을 특징으로 하는 탄층 메탄가스 저류층 퇴적상 분석방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 개발지역을 평면방향에서 복수의 영역으로 분할하여,
    각 영역별로 상기 시추공들을 그룹핑하여 상기 (a)~(e)단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 탄층 메탄가스 저류층 퇴적상 분석방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 개발지역의 분할은 상기 코어 샘플을 취득한 시추공과의 인접한 거리를 기준으로 수행하는 것을 특징으로 하는 탄층 메탄가스 저류층 퇴적상 분석방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 개발지역의 분할은 지형도에서 등고선 상의 높이를 기준으로 수행하는 것을 특징으로 하는 탄층 메탄가스 저류층 퇴적상 분석방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 개발지역의 지층의 퇴적환경에 대한 조사를 선수행한 후,
    상기 개발지역의 분할은 퇴적환경의 동일성을 기준으로 수행하는 것을 특징으로 하는 탄층 메탄가스 저류층 퇴적상 분석방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 퇴적환경은, 하도(channel)가 존재했던 영역, 옴브로트로픽 마이어(ombrotrophic mire) 및 레오트로픽 마이어(rheotrophic)를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄층 메탄가스 저류층 퇴적상 분석방법.
  13. (a)탄층메탄(CBM) 개발지역에 대하여 적어도 하나의 시추공을 형성하여 저류층 심도별로 코어 샘플을 획득하고, 물리검층을 통해 심도별로 밀도값을 측정하는 단계;
    (b)상기 개발지역을 평면방향에서 복수의 영역으로 분할하여, 각 영역별로 상기 시추공들을 그룹핑하는 단계;
    (c)공업분석을 통해 상기 코어 샘플의 각 포인트마다 회분량과 밀도를 측정 및 플로팅하여, 밀도와 회분량 사이의 상관관계에 대한 추세함수를 결정하는 단계;
    (d)상기 공업분석을 수행한 포인트들에 대하여 공업분석상의 밀도값과 물리검층상의 밀도값의 차이를 반영하여, 각 포인트의 상기 공업분석상에서 측정된 회분량을 재조정한 후, 재조정된 회분량을 기준으로 퇴적상을 구분할 수 있는 기준회분값을 결정하고, 재결정된 기준회분값에 대응하는 상기 추세함수상의 밀도값을 퇴적상의 기준밀도값으로 결정하는 단계; 및
    (f)상기 기준밀도값을 기준으로 상기 저류층의 물리검층 밀도 데이터를 이용하여 상기 저류층의 각 영역별로 퇴적상을 결정하며,
    퇴적상 결정은 상기 (b)단계에서 분할했던 영역별로 개별적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 탄층 메탄가스 저류층 퇴적상 분석방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 개발지역의 분할은 상기 코어 샘플을 취득한 시추공과의 인접한 거리를 기준으로 수행하는 것을 특징으로 하는 탄층 메탄가스 저류층 퇴적상 분석방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 개발지역의 분할은 지형도에서 등고선 상의 높이를 기준으로 수행하는 것을 특징으로 하는 탄층 메탄가스 저류층 퇴적상 분석방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 개발지역의 지층의 퇴적환경에 대한 조사를 선수행한 후,
    상기 개발지역의 분할은 퇴적환경의 동일성을 기준으로 수행하는 것을 특징으로 하는 탄층 메탄가스 저류층 퇴적상 분석방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 퇴적환경은, 하도(channel)가 존재했던 영역, 옴브로트로픽 마이어(ombrotrophic mire) 및 레오트로픽 마이어(rheotrophic)를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄층 메탄가스 저류층 퇴적상 분석방법.
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