KR20200027264A - A method for selecting a sweet spot in shale gas - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for predicting a sweet spot in shale gas, and more specifically, to a method for predicting a sweet spot in shale gas by constructing an integrated model from a stratigraphic structure model, a rock model, a physical property model, and a natural crack model.

Description

셰일가스 스윗 스팟 도출 방법{A method for selecting a sweet spot in shale gas}A method for selecting a sweet spot in shale gas}

본 발명은 셰일가스 스윗 스팟을 예측하는 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 층서 구조 모델, 암상 모델, 물성 모델, 자연 균열 모델로부터 통합 모델을 구축하여 셰일가스의 스윗 스팟을 예측하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for predicting a shale gas sweet spot, and more specifically, to a method for predicting a sweet spot of a shale gas by constructing an integrated model from a stratigraphic structure model, a rock model, a physical property model, and a natural crack model. will be.

일반적으로, 셰일가스 저류층은 투수율이 매우 낮아서 상업적인 가스 생산을 위해서는 수평정 시추 및 수압파쇄 등의 인위적인 회수 증진기술이 필요하며 상당한 개발비가 소요된다. 셰일가스 개발의 경제성은 셰일층의 총 유기탄소 함량, 취성도, 이방성 등에 의해 발생되는 지역 또는 지층별 생산량 편차에 대한 예측, 즉 스윗 스팟(sweet spot) 분석을 통해 개선이 가능하다. In general, the shale gas reservoir has a very low permeability, which requires artificial recovery enhancement techniques such as horizontal well drilling and hydraulic fracturing for commercial gas production and requires significant development costs. The economic feasibility of shale gas development can be improved by predicting production variation by region or geological layer caused by total organic carbon content, brittleness, anisotropy, etc. of the shale layer, that is, through sweet spot analysis.

셰일가스의 스윗 스팟은 가스함유량이 높고 수압파쇄 유망성이 확보된 곳으로서, 플레이(play) 또는 저류층 내 최대 생산량 또는 생산량의 잠재성이 높은 지역 또는 위치를 의미한다. 스윗 스팟 개념이 셰일광구 개발에 적용되기 전에는 대부분 광구 전체를 개발하는 일괄 개발 방식이었으나, 비전통 자원의 생산성이 저류층의 지질, 지화학 및 암석역학적 특성에 기인한다는 사실을 발견한 이후로는 셰일광구 개발에 스윗 스팟 개념을 적용하는 사례가 늘고 있다.The sweet spot of shale gas is a place having high gas content and a prospect of hydraulic crushing, and refers to an area or location where the maximum yield or potential of production in the play or reservoir is high. Before the Sweet Spot concept was applied to the development of shale blocks, it was mostly a batch development method to develop the entire block, but after discovering that productivity of non-traditional resources is due to the geological, geochemical, and petrochemical properties of the reservoir, shale blocks were developed. There are more and more cases where the concept of sweet spot is applied.

셰일 저류층의 스윗 스팟 예측 기술에서, 코어분석, 시추공 및 탄성파 자료를 활용하여 광구에 적합한 가스 함량(reservoir quality), 파쇄 효율(completion quality) 요소를 선정하여 유망성을 분석한다. 가스 함량은 저류층의 유망성을 지시하는 석유물리학 관점의 탄화수소 물성들에 의하여 정의되며, 공극률, 가스포화율, 투수율, 총 유기 탄소함유량(TOC), 두께, 열적성숙도 등이 포함된다. 파쇄 효율은 수압파쇄의 생성, 전파, 억제와 프로판트의 균열 내 안착 및 균열 개방상태 유지에 유리한 환경을 의미하는 암석역학적 특성으로 정의되며, 취성도, 폐쇄응력, 자연균열, 응력장, 공극압력, 영률, 프와송 비, 비압축률, 강성률 등이 포함된다.In the sweet spot prediction technology of the shale reservoir, the probabilities of the gas content (reservoir quality) and crushing efficiency (completion quality) suitable for the mine are analyzed using core analysis, borehole and seismic data. Gas content is defined by hydrocarbon properties from a petrophysical point of view indicating the prospect of the reservoir, and includes porosity, gas saturation, permeability, total organic carbon content (TOC), thickness, and thermal maturity. The crushing efficiency is defined as petrochemical properties that mean an environment favorable for the creation, propagation, suppression of hydraulic crushing, and the propant to settle in cracks and maintain the crack open state. Brittleness, closed stress, natural crack, stress field, void pressure, Young's modulus, Poisson's ratio, incompressibility, and stiffness.

자원 개발 사업은 개발자금 조달, 현장 인프라와 인력 조달, 석유 가스 가격 등 다양한 요인에 의하여 사업 개발 시 높은 불확실성을 가진다. 따라서, 원활한 사업의 진행을 위해서는, 사업의 경제성 확보가 요구된다. 보통 사업의 경제성은 탄화수소의 생산성에 좌우되며 셰일가스 광구 개발의 사업성 확보를 위해서는 셰일가스가 최대로 생산 가능한 지역을 예측하는 탐사 기술이 요구된다.The resource development project has high uncertainty in the development of the project due to various factors, such as procurement of developer funds, on-site infrastructure and manpower, and oil and gas prices. Therefore, in order to proceed smoothly, it is required to secure economic feasibility. In general, the economics of a business depends on the productivity of hydrocarbons, and in order to secure the business feasibility of shale gas mine development, exploration technology is needed to predict the region where shale gas can be produced the most.

본 발명에 따른 셰일가스 저류층의 스윗 스팟(sweet spot)을 도출하는 방법에 있어서:In the method for deriving the sweet spot of the shale gas reservoir according to the present invention:

개별 모델을 구축하는 단계(S100);Building individual models (S100);

상기 개별 모델로부터 통합 모델을 구축하여 스윗 스팟을 예측하는 단계(S200);Predicting a sweet spot by constructing an integrated model from the individual models (S200);

상기 예측된 스윗 스팟을 검증하는 단계(S300); 및 Verifying the predicted sweet spot (S300); And

검증 결과를 기초로 셰일 저류층의 스윗 스팟을 최종적으로 결정하는 단계(S400)를 포함한다.And finally determining a sweet spot of the shale reservoir based on the verification result (S400).

본 발명에 의하여, 셰일가스가 최대로 생산될 수 있는 지역(스윗 스팟; sweet spot)을 예측할 수 있으며, 셰일가스 광구 개발의 사업성 확보를 위한 탐사를 할 수 있는 장점이 있다. According to the present invention, it is possible to predict a region (sweet spot) in which shale gas can be maximally produced, and has the advantage of being able to perform exploration to secure business feasibility of shale gas mine development.

도 1은 본 발명에 따른 셰일가스 저류층의 스윗 스팟(sweet spot)을 도출하는 방법의 개략적인 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 층서 구조 모델의 예시이다.
도 3 및 4는 본 발명에 따른 가스함량 모델의 예시이다.
도 5 내지 7은 본 발명에 따른 파쇄효율 모델의 예시이다.
도 8은 본 발명에 따른 물성 모델의 예시이다.
도 9 및 10은 본 발명에 따른 자연 균열 모델의 예시이다.
도 11은 본 발명에 따른 물성 모델에 자연 균열 모델을 통합하여 구축된 통합 모델을 예시적으로 보여준다.
도 12는 본 발명에 따른 통합모델 중 파쇄효율 요소인 취성도 모델의 검증 예시이다.
1 is a schematic flowchart of a method for deriving a sweet spot of a shale gas reservoir according to the present invention.
2 is an illustration of a stratified structural model according to the present invention.
3 and 4 are examples of gas content models according to the present invention.
5 to 7 are examples of the crushing efficiency model according to the present invention.
8 is an example of a physical property model according to the present invention.
9 and 10 are examples of natural crack models according to the present invention.
11 exemplarily shows an integrated model constructed by integrating a natural crack model into a physical property model according to the present invention.
12 is an example of verification of a brittleness model, which is an element of crushing efficiency, among the integrated models according to the present invention.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 셰일 저류층의 스윗 스팟 예측 방법을 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, a method for predicting sweet spots in a shale reservoir according to an embodiment of the present invention will be described in detail. The accompanying drawings show exemplary forms of the present invention, which are provided to explain the present invention in more detail, and the technical scope of the present invention is not limited thereto.

또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.In addition, irrespective of the reference numerals, the same or corresponding components will be given the same reference numerals, and redundant description thereof will be omitted, and the size and shape of each illustrated member may be exaggerated or reduced for convenience of description. have.

본 발명에 따른, 셰일 저류층의 스윗 스팟 예측 방법은 크게, 개별 모델 구축 단계(S100), 개별 모델로부터 통합 모델 구축하여 스윗 스팟을 예측하는 단계(S200), 예측된 스윗 스팟을 검증하는 단계(S300), 및 검증 결과를 기초로 셰일 저류층의 스윗 스팟을 최종적으로 결정하는 단계(S400)로 이루어진다.According to the present invention, the method for predicting sweet spots in the shale reservoir is largely based on an individual model building step (S100), an integrated model building from individual models to predict the sweet spot (S200), and a step of verifying the predicted sweet spot (S300). ), And finally determining the sweet spot of the shale reservoir based on the verification result (S400).

개별 모델 구축 단계(S100)는 층서 구조 모델 구축 단계(S110), 암상 모델 구축 단계(S120), 물성 모델 구축 단계(S130), 자연 균열 모델 구축 단계(S140)를 포함한다.The individual model building step (S100) includes a stratified structure model building step (S110), a rock image model building step (S120), a physical property model building step (S130), and a natural crack model building step (S140).

먼저, 층서 구조 모델 구축 단계(S110)를 수행한다. 층서 구조 모델 구축 단계(S110)는 층서 구조 모델은 과거에 어떻게 퇴적이 되었고, 그 지각적 특성이 어떻게 변화하는지 시대적인 구분을 하기 위한 단계이다. 즉, 시대적인 구분을 통하여 지층의 경계를 규명하기 위한 단계이다. 이를 위하여 현장에서 자료를 취득하는 방식에 관하여 크게 두 가지를 거치게 된다. 하나는, 직접 탐사법으로, 시추공을 통하여 시추를 하여 시추공 공벽을 스캔하여 얻은 결과를 분석을 하는 시추공 분석법이다. 다른 하나는, 간접 탐사법으로, 지표에서 신호를 지하로 보내어 해당 층에서 반사되는 파를 송신받아 측정하는 탄성파 탐사법이다. First, a stratified structure model construction step (S110) is performed. The stratified structure model construction step (S110) is a step for distinguishing how the stratified structure model was deposited in the past and how its perceptual characteristics change. In other words, it is a step to identify the boundary of the strata through periodic division. To do this, there are two major ways to acquire data in the field. One is a borehole analysis method that analyzes the results obtained by drilling a borehole wall by drilling through a borehole as a direct exploration method. The other is an indirect sensing method, which is an elastic wave sensing method that transmits a signal from the surface to the basement and receives and measures a wave reflected from the layer.

정리하면, 특정 위치에서 시추공으로 획득한 자료를 바탕으로 시대를 구분하고, 시추공으로 획득한 자료는 특정 위치에 관한 정보만을 담고 있기 때문에, 탄성파 탐사를 통하여 획득한 자료를 연결하여, 지층의 구조적인 프레임을 파악하여 지층의 구조를 모델링한다. In summary, the times are classified based on the data obtained by boreholes at a specific location, and since the data obtained by boreholes contain only information about a specific location, the data obtained through seismic exploration are connected to the structural structure of the strata. Model the structure of the strata by grasping the frame.

이 때, 각 지층 전체에 걸쳐, 예를 들면 100km2 전체에 걸쳐 물성이 동일하지는 않으므로, 층서 구조 모델에서 얻어진 지층에 대하여 격자화를 수행하여, 각 격자에 대하여 물성을 입력할 수 있게 된다.At this time, since the physical properties are not the same across the entire strata, for example, over 100 km 2 , it is possible to enter the physical properties for each lattice by performing lattice on the strata obtained in the stratigraphic structure model.

층서 구조 모델 구축 단계(S110)에서는 예를 들면, 지질 모델링 소프트웨어인 Petrel(Schlumberger 社)을 사용하여 층서 구조 모델을 구축할 수 있고, 도 2에서는 층서 구조 모델 구축 단계(S110)에서 구축되는 층서 구조를 예시적으로 도시한다. “Top”, “badheart”, … “top_Upper_montney”, “top_lower_montney”, …”Base”로 도시된 부분들은 각 지층들을 구분하여 나타낸 것이다. 또한, 상술한 바와 같이, 이러한 각 지층에 대하여 격자화하여, 해당 격자에 물성(property) 정보를 입력한다. 입력되는 물성 정보로서는, 예를 들면, 취성도(BI), 폐쇄 응력(CSS), 밀도(density), P-임피던스(P-impedence), S-임피던스(S-impedence) 정보 등이 있다. In the stratified structure model construction step (S110), for example, a stratified structural model can be built using Petrel (Schlumberger Co.), which is geological modeling software, and in FIG. 2, the stratified structure is constructed in the stratified structure model construction step (S110). Illustratively. “Top”, “badheart”,… “Top_Upper_montney”, “top_lower_montney”,… The parts shown as “Base” represent each strata separately. In addition, as described above, grids are generated for each of these layers, and property information is input to the grids. Examples of the input property information include brittleness (BI), closed stress (CSS), density (P-impedence), and S-impedence (S-impedence) information.

다음, 암상 모델 구축 단계(S120)를 수행한다. 단계 S110에서 얻어진 층서 구조 모델에 대하여, 탄성파와 시추공 암석 정보를 이용하여 공간적인 암석정보를 예측한다. 공간적인 암석 정보로서는 예를 들면, 고함량 규산질(more siliceous), 규산질(siliceous), 점토질(argillaceous), 탄소질(carbonaceous), 혼합(Mixed) 등이 있다. Next, a phase model building step (S120) is performed. For the stratigraphic structural model obtained in step S110, spatial rock information is predicted using seismic waves and borehole rock information. Spatial rock information includes, for example, high content more siliceous, siliceous, argillaceous, carbonaceous, and mixed.

탄성파 자료로부터 다양한 지질 특성을 유추해낼 수 있다. 이렇게 탄성파 자료로부터 얻어지는 정보와 시추공 자료를 조합하여, 모델링을 하여 3차원적으로, 암석 분포가 가시화되게 된다. 이를 위하여, 시추공 물리검층에서 계산된 임피던스, 탄성학적 정보(영률, 프와송비, 비압축률, 강성률, 등), 암석정보와 탄성파 역산에서 도출된 3차원 임피던스와 탄성학적 정보가 필요하다. 분석 절차는 시추공의 임피던스와 탄성학적 정보의 대비도표(crossplot)에 암석정보를 도시하여 각각의 암석이 어떠한 분포를 가지는지 분석한 후, 각 암석의 확률밀도함수(probability density function)를 선정한다. 그리고, 탄성파 역산에서 도출된 임피던스와 탄성학적 정보를 시추공에서 계산된 각 암석의 확률분포에 연계하여 3차원 암석 분포를 얻을 수 있다. Various geological properties can be inferred from seismic data. In this way, the information obtained from the seismic data and the borehole data are combined and modeled to make the rock distribution visible in three dimensions. To this end, it is necessary to calculate the impedance, elasticity information (Young's modulus, Poisson's ratio, incompressibility, stiffness, etc.) calculated from the borehole physics layer, rock information, and three-dimensional impedance and elasticity information derived from seismic inversion. The analysis procedure shows the rock information in the crossplot of the borehole impedance and elastic information, analyzes the distribution of each rock, and selects the probability density function of each rock. Then, the 3D rock distribution can be obtained by linking the impedance and elastic information derived from the seismic inversion to the probability distribution of each rock calculated in the borehole.

다음, 물성 모델 구축 단계(S130)를 수행한다. 물성 모델 구축 단계(S130)는 크게 가스함량(Reservoir Quality: RQ) 모델을 구축하는 단계(S131)와 파쇄효율(Completion Quality: CQ) 모델을 구축하는 단계(S132)를 포함한다. 가스함량 모델을 구축하는 단계(S131)와 파쇄효율 모델을 구축하는 단계(S132)는, 둘 중 어느 하나가 먼저 수행되어도 무방하고, 아니면 동시에 수행될 수도 있다. Next, a physical property model construction step (S130) is performed. The physical property model construction step (S130) largely includes a step of building a gas content (Reservoir Quality: RQ) model (S131) and a step of building a completion quality (CQ) model (S132). The step of constructing the gas content model (S131) and the step of constructing the crushing efficiency model (S132) may be performed either of them, or may be performed simultaneously.

첫째로, 물성 모델 구축 단계(S130)는 가스함량 모델을 구축하는 단계(S131)를 포함한다. 가스함량 모델을 구축하는 단계(S131)에서는, 가스함유량과 연관이 있는 총유기탄소함량(TOC, Total Organic Carbon), 가스포화율, 공극률 및 투수율 4가지 요소를 아래와 같이 주요 저류층별로 구분하여 개별적으로 모델을 구축한 다음, 4가지 요소를 통합한다. 이 때, RQ 인자 예측에 활용된 탄성파 속성으로는, 진폭, 주파수, 주파수필터, 위상, 지층밀도, MuRho, 영률, 균열밀도, Vp/Vs Ratio, 공극률(투수율 예측시 활용)이 있다.First, the step of building a physical property model (S130) includes a step of building a gas content model (S131). In the step of constructing the gas content model (S131), the four main factors related to gas content, total organic carbon (TOC), gas saturation rate, porosity, and water permeability, are divided into the main reservoirs as follows: After building the model, we integrate the four elements. At this time, the properties of the seismic wave used for RQ factor prediction include amplitude, frequency, frequency filter, phase, geological density, MuRho, Young's modulus, crack density, Vp / Vs Ratio, and porosity (used when predicting permeability).

먼저, 개별 요소로서, 총유기탄소함량(TOC, Total Organic Carbon) 모델을 구축하는 단계(S131-1)는 다음과 같다. 셰일가스 광구는 전통적인 유·가스전 광구와는 달리 근원암과 저류암이 동일하기 때문에 총유기탄소 함량이 저류층의 가스함유량과 상관도가 높으며, 저류층의 유기물 탄화수소 양을 파악하기 위해서는 코어자료를 활용하여 분석하여야 한다. 총유기탄소함량(TOC) 예측을 위한 기법으로는 크게 세가지의 기법이 있다. 첫번째 방식으로, 코어시료 실험에서 측정된 코어 총 유기물 탄소함유량과 비저항 검층의 상관성을 이용하여 총 유기물 탄소함유량을 계산한다. 두번째 방식으로, 코어시료 실험에서 측정된 총 유기물 탄소함유량과 중성자-밀도 검층 차이에 대한 상관성을 이용하여 총 유기물 탄소함유량을 계산한다. 세번째 방식으로, Passey et al. (1990)이 제안한 음향검층과 비저항검층간의 차이를 총유기탄소함량으로 환산하는 ?log? 방식으로, 비저항 검층(resistivity log), 음향 검층(sonic log), 열적성숙도(LOM: level of maturity) 변수들을 이용하여 시추공의 총유기탄소함량을 계산한다. 이를 코어에서 측정된 총유기탄소함량으로 검증할 수 있고, 공간적 가시화로 RQ 탄성파 속성들과 학습을 수행하는 인공신경망 기법을 적용하여 총유기탄소함량 예측오차를 최소화할 수 있다. First, as an individual element, the step of constructing a total organic carbon (TOC) model (S131-1) is as follows. Since the shale gas mine has the same source and reservoir rocks as the traditional oil and gas field, the total organic carbon content has a high correlation with the gas content of the reservoir, and core data is used to determine the amount of organic hydrocarbons in the reservoir. Should be analyzed. There are three main methods for the prediction of total organic carbon content (TOC). In the first method, the total organic carbon content is calculated using the correlation between the core total organic carbon content measured in the core sample experiment and the resistivity sample layer. In the second method, the total organic carbon content is calculated using the correlation between the total organic carbon content measured in the core sample experiment and the neutron-density sample layer difference. In the third way, Passey et al . (1990)? Log ?, which converts the difference between the acoustic and non-resistive samples proposed in terms of total organic carbon content? As a method, the total organic carbon content of the borehole is calculated using the resistivity log, sonic log, and level of maturity (LOM) parameters. This can be verified with the total organic carbon content measured at the core, and the prediction error of the total organic carbon content can be minimized by applying the artificial neural network technique that performs RQ seismic properties and learning by spatial visualization.

다음, 개별 요소로서, 가스포화율(Gas Saturation) 모델을 구축하는 단계(S131-2)는 다음과 같다. Waxman-smits 식(Waxman and Smits, 1968)을 이용하여 시추공별로 가스포화율을 계산하고 코어자료로 검증한 후, 가스포화율 예측오차를 최소화하는 RQ 탄성파 속성들과 학습을 수행하는 인공신경망 기법을 적용하여 가스포화율을 공간적으로 가시화한다. 가스포화율은 수포화율과 역관계에 있으므로, 수포화율이 낮은 지역이 가스포화율과 가스함유량이 높게 나타난다.Next, as an individual element, the step of constructing a gas saturation model (S131-2) is as follows. After calculating the gas saturation rate for each borehole using the Waxman-smits equation (Waxman and Smits, 1968) and verifying it with the core data, an artificial neural network technique that performs learning and RQ seismic properties that minimize the prediction error of the gas saturation rate By applying, the gas saturation rate is visualized spatially. Since the gas saturation rate is inversely related to the water saturation rate, regions with low water saturation rates show high gas saturation rates and gas content.

다음, 개별 요소로서, 공극률(Porosity) 모델을 구축하는 단계(S131-3)는 다음과 같다. 밀도(bulk density)에서 계산된 공극률을 코어에서 측정된 공극률로 검증한 후, RQ 탄성파 속성들과 다속성 선형회귀기법의 학습을 통해 공극률 예측오차를 최소화한 후 공간적으로 가시화한다. 공극률이 높은 곳이 가스를 많이 함유할 수 있는 공간을 제공할 수 있기 때문에, 공극률이 높은 곳이 가스함유량이 높게 나타난다.Next, as an individual element, the step of constructing a porosity model (S131-3) is as follows. After verifying the porosity calculated from the bulk density with the porosity measured at the core, the prediction of the porosity is minimized and spatially visualized through learning of RQ seismic properties and multi-property linear regression technique. Since a place having a high porosity can provide a space for containing a lot of gas, a place having a high porosity appears to have a high gas content.

다음, 개별 요소로서, 투수율(Permeability) 모델을 구축하는 단계(S131-4)는 다음과 같다. 코어의 공극율과 투수율간의 관계식을 도출하고, 코어가 존재하지 않는 다른 시추공에 적용하여 투수율을 예측하였다. 투수율의 공간적 가시화에는 RQ 탄성파 속성들과 각 시추공에서 계산된 투수율을 바탕으로 학습을 수행하고 투수율 예측오차를 최소화하는 인공신경망 기법이 활용된다. 모델링에서 도출된 투수율은 공극률과 매우 유사한 경향을 보였다. 이러한 현상은 코어 실험에서 도출된 공극률-투수율간의 선형 관계, 즉 공극률이 양호한 지역에서 투수율도 양호하게 나타나는 특성과 유사하다.Next, as an individual element, the step of constructing a permeability model (S131-4) is as follows. The relationship between the porosity and permeability of the core was derived, and the permeability was predicted by applying it to another borehole without a core. The spatial visualization of the permeability is based on RQ seismic properties and the artificial neural network technique that performs learning based on the permeability calculated at each borehole and minimizes the predicted permeability. The permeability derived from modeling tended to be very similar to the porosity. This phenomenon is similar to the linear relationship between porosity and permeability derived from the core experiment, i.e., the characteristics of good permeability in areas with good porosity.

다음, 상기 4가지의 개별 요소(즉, 총유기탄소함량(TOC, Total Organic Carbon), 가스포화율, 공극률 및 투수율)별로 가스 생산성이 높은 곳을 선정하기 위한 분석을 위하여 상술한 바와 같이 개별 요소를 구축한 후, 어느 개별 요소가 가스 생산성과 가장 높은 상관성이 있는지를 파악하기 위해서, 상기 단계 S131-1 내지 S131-4에서 얻어지는 4가지 요소를 통합하여 가스함량 모델을 구축하는 단계(S131-5)를 수행한다. 우선, 4가지 요소를 각 요소별로 정규화한다. Next, the individual elements as described above for analysis to select a place with high gas productivity for each of the four individual elements (that is, total organic carbon (TOC, Total Organic Carbon), gas saturation rate, porosity and permeability) After constructing, in order to determine which individual element has the highest correlation with gas productivity, the step of constructing a gas content model by integrating the four elements obtained in steps S131-1 to S131-4 (S131-5) ). First, the four elements are normalized for each element.

우선적으로는 개별적인 요소에 가중치를 부여한 결과와의 비교를 위하여 4개 요소에 동일하게 25%씩의 가중치를 부여하여 가스함량 모델을 구축할 수 있다(도 3 참조).First of all, for comparison with the results of weighting individual elements, the gas content model can be constructed by assigning the same 25% weight to 4 elements (see FIG. 3).

또는, 가중치를 달리하여 통합 모델을 구축한 후 생산 자료와의 일치성 여부를 파악하기 위하여, 4가지 요소 별로 다른 가중치를 부여하여 분석할 수도 있다. 예를 들어, 셰일가스는 전통가스전 광구와 달리 근원암에서 가스가 생성 된 후 저류층 내에 존재하고 있기 때문에 TOC에 40%의 가중치를 부여하고, 나머지 3개의 요소에는 20%씩의 가중치를 부여할 수 있다(도 4 참조). Alternatively, after constructing an integrated model with different weights, different weights may be assigned and analyzed for each of the four factors in order to determine whether there is consistency with production data. For example, unlike traditional gas fields, shale gas can be assigned a weight of 40% to the TOC and 20% to the other 3 elements because it exists in the reservoir after gas is generated from the source rock. Yes (see Figure 4).

둘째로, 물성 모델 구축 단계(S130)는 파쇄효율 모델을 구축하는 단계(S132)를 포함한다. 우선, 셰일가스 광구를 개발하여 가스를 생산하기 위해서는 전통적인 가스전 광구와는 달리 저류층의 가스 유동경로를 확장시키기 위하여 수압파쇄를 수행해야 하므로(Kim et al., 2014), 수압파쇄 효율이 양호한 곳을 파악하기 위해서는 저류층에 수압을 가했을 때에 파쇄의 전파범위가 넓고 파쇄가 된 이후에도 확보된 유동경로가 오랜 시간동안 유지될 수 있는 조건들을 만족하는 구간을 찾아야 한다. 이를 위해서, CQ 모델을 구축하는 단계(S132)에서는, 저류층 수압파쇄와 연관된 암석역학 특성 중 취성도, 자연균열대 밀도, 공극압력 세 가지 요소를 해당광구 분석에 활용한다. 코어, 물리검층, 탄성파 속성을 기반으로 다속성 선형회귀 기법과 확률론적 인공신경망 기법을 활용하여 3차원 모델링을 수행한다. 수압파쇄와 연관이 있는 3가지 인자에 대하여 아래와 같이 주요 저류층별로 구분하여 RQ(Reservoir Quality)와 동일한 방법으로 우선 개별적으로 모델을 구축한 다음, CQ 통합 모델을 구축한다. CQ 인자 예측에 활용된 탄성파 속성으로는, 진폭, 주파수, 주파수필터, 미분연산자(Derivative), 위상, 지층밀도, 프와송비, P-impedance, 균열밀도, 투수율(공극압력 예측시 활용)이 있다. Second, the step of building a physical property model (S130) includes a step of building a crushing efficiency model (S132). First, in order to develop a shale gas mine and produce gas, hydraulic crushing must be performed to expand the gas flow path of the reservoir, unlike traditional gas field mines (Kim et al., 2014). In order to grasp, it is necessary to find a section that satisfies the conditions that the propagation range of crushing is wide when water pressure is applied to the reservoir and the flow path secured after crushing can be maintained for a long time. To this end, in the step of constructing a CQ model (S132), three factors among the characteristics of rock mechanics associated with the hydraulic crushing of the reservoir, such as brittleness, natural cracking zone density, and pore pressure, are used for the corresponding photosphere analysis. 3D modeling is performed using multi-attributive linear regression and stochastic artificial neural network techniques based on core, physical layer, and seismic properties. The three factors related to hydraulic fracturing are classified into major reservoirs as follows, and the model is first constructed individually in the same way as the RQ (Reservoir Quality), and then the CQ integrated model is constructed. Seismic properties used for predicting CQ factors include amplitude, frequency, frequency filter, differential operator, phase, geological density, Poisson's ratio, P-impedance, crack density, and permeability (used when predicting void pressure). .

먼저, 개별 요소로서, 취성도(Brittleness Index) 모델을 구축하는 단계(S132-1)는 다음과 같다. 취성도 모델링은 종파(p-sonic)과 횡파(s-sonic) 음향 검층을 이용하여 프와송비(poisson's ratio)와 영률(young's modulus)을 도출하고 두 인자를 조합하여 계산한다. 공간적 가시화는 시추공 취성도와 CQ 탄성파 속성들과의 학습을 수행하여 취성도 예측오차를 최소화하는 다속성 선형회귀 기법을 적용하여 이루어졌다. 해당 셰일가스 광구는 코어분석결과, 이암(Mudstone), 석영(Quartz)과 탄산염암(Carbonate) 성분이 주를 이루고 있으므로, 석영 및 탄산염암이 많이 있는 곳을 선정할 필요가 있으며 특히 이암중에서도 수압파쇄 후 수분을 흡수하여 가스유동경로를 차단시키는 녹점토(Smectite) 성분이 적은 곳을 선정한다.First, as an individual element, a step (S132-1) of building a brittleness index model is as follows. Brittleness modeling is performed by deriving the Poisson's ratio and Young's modulus using p-sonic and transverse (s-sonic) acoustic samples and combining the two factors. Spatial visualization was achieved by applying a multi-attributive linear regression technique that minimizes the predictability of brittleness by performing learning with borehole brittleness and CQ seismic properties. As the result of core analysis, the shale gas mine is mainly composed of mudstone, quartz, and carbonate, so it is necessary to select a place with a lot of quartz and carbonate rocks. After that, select a place with few components of green clay (Smectite) that absorb moisture and block the gas flow path.

다음, 개별 요소로서, 자연균열대 밀도(Natural Fracture Intensity) 모델을 구축하는 단계(S132-2)는 다음과 같다. 자연균열대(Natural Fracture)는 수압파쇄시 가스의 유동경로를 확장시켜줌으로써 가스생산성에 도움을 주므로 자연균열대가 많이 분포한 곳을 선정할 필요성이 있다(Taylor et al., 2013). 그리고, 균열밀도가 단일방향으로 분포하기 보다는 유기적으로 연결되면서 다각도로 분포하는게 수압파쇄 효율성을 증진시키는데 도움이 된다(Sayers and Le Calvez, 2010). 자연균열대 밀도 모델을 구축하는 단계에서, 방향각별 속도차이에 의한 이방성 정도를 자연균열의 밀도로 산정할 수 있다. Next, as an individual element, the step (S132-2) of constructing a natural fracture intensity model is as follows. Natural Fracture helps to increase gas flow by expanding the gas flow path during hydraulic fracturing, so it is necessary to select a place where many natural cracks are distributed (Taylor et al., 2013). In addition, the distribution of multiple angles as the crack density is organically connected rather than distributed in a single direction helps to improve the hydraulic crushing efficiency (Sayers and Le Calvez, 2010). In the step of constructing the natural cracking zone density model, the degree of anisotropy due to the speed difference in each direction angle can be calculated as the density of the natural crack.

다음, 개별 요소로서, 공극압력(Pore Pressure) 모델을 구축하는 단계(S132-3)는 다음과 같다. 수압파쇄 시 또 하나 중요한 요인은 공극압력이다. 공극압력이 높은 곳일수록 수압파쇄 후에 가스가 지상으로 이동할 수 있는 에너지가 강하므로 공극압력이 높은 곳이 가스생산성이 높다. 공극압력(Pore Pressure) 모델을 구축하는 단계는 Eaton(1972, 1975)이 제시한 음향검층(p-sonic)을 활용한 공극압력 예측법을 이용하여 시추공의 공극압력을 계산하여, 공극압력을 공간적으로 가시화할 수 있다. 공극압력 예측법으로서, 구체적으로, 먼저, 저류층 상부에 측정되지 않은 밀도자료를 외삽(extrapolation) 기법을 통해 연결한다. 다음, 정수압력(hydrostatic pressure)과 overburden 압력을 계산한다. 다음, 음향검층 자료를 이용하여 공급압력 계산에 사용되는 기준선(baseline)을 정한다. 다음, 계산된 공극압력이 정수압력과 하중 압력범위 내에서 변동하는지 여부를 확인한다. 다음, 예측된 공극압력을 시추공 DFIT 압력 자료와 비교하는 과정을 추가적으로 수행할 수 있다. Next, as an individual element, the step (S132-3) of constructing a pore pressure model is as follows. Another important factor in hydraulic fracturing is the pore pressure. The higher the pore pressure, the stronger the energy that the gas can move to the ground after hydraulic crushing, so the higher the pore pressure, the higher the gas productivity. The step of constructing the pore pressure model is to calculate the pore pressure of the borehole by using the pore pressure prediction method using the p-sonic proposed by Eaton (1972, 1975), to determine the pore pressure spatially. Can be visualized. As a method for predicting the void pressure, specifically, first, density data not measured at the top of the reservoir are connected through an extrapolation technique. Next, hydrostatic pressure and overburden pressure are calculated. Next, the baseline used for calculating the supply pressure is determined using the acoustic sample data. Next, check whether the calculated void pressure fluctuates within the range of the hydrostatic pressure and the load pressure. Next, a process of comparing the predicted pore pressure with borehole DFIT pressure data may be additionally performed.

다음, 상기 3가지의 개별 요소(즉, 취성도, 자연균열대 밀도, 공극압력)별로 수압파쇄 효율성이 높은 곳을 선정하기 위한 분석을 위하여 상술한 바와 같이 개별 요소를 구축한 후, 어느 개별 요소가 수압파쇄와 상관성이 높은지를 파악하기 위해서, 상기 단계 S132-1 내지 S132-3에서 얻어지는 3가지 요소를 통합하여 CQ 모델을 구축하는 단계(S131-4)를 수행한다. 우선, 3가지 요소를 각 요소별로 정규화한다. 각 요소들의 정규화는 히스토그램에서 1% 이상의 비율을 차지하는 최대값(평균)을 기준으로 이루어지고, 값의 범위는 최소 0이고 최대 1이다. 이러한 과정을 거치는 이유는 통합모델 구축 후에 각 물성들의 가중치 비교 및 스윗 스팟 선정을 위한 정량화 작업이 용이하기 때문이다. Next, after constructing the individual elements as described above for the analysis for selecting a place where the hydraulic crushing efficiency is high for each of the three individual elements (ie brittleness, natural crack density, pore pressure), any individual element In order to determine whether the correlation with the hydraulic fracturing is high, a step (S131-4) of building a CQ model by integrating the three elements obtained in steps S132-1 to S132-3 is performed. First, three elements are normalized for each element. The normalization of each element is based on the maximum value (average), which accounts for a ratio of 1% or more in the histogram, and the range of values is minimum 0 and maximum 1. The reason for this process is that it is easy to quantify the weight comparison of each property and the selection of sweet spots after building the integrated model.

3가지 요소를 정규화한 후에 RQ 분석의 경우와 마찬가지로, 개별적인 요소에 가중치를 부여하지 않고 3개 요소에 동일하게 33%씩의 가중치를 동일하게 부여하여 파쇄효율 모델을 구축할 수 있다(도 5 참조).After normalizing the three elements, as in the case of RQ analysis, the crushing efficiency model can be constructed by assigning the same 33% weight to the three elements without assigning weights to individual elements (see FIG. 5). ).

또한, 3개 요소 별로 다른 가중치를 부여하여 분석할 수 있다. 예를 들어, 3개 개별 요소 모델에서 얻어진 맵에 미소지진(Microseismic)을 도시하고 각 요소 값 증감과 미소지진 발달 분포/방향과 일치 정도를 고려하여(도 6 참조), 취성도는 가중치 50%, 자연균열 밀도는 가중치 30%, 공극압력은 가중치 20%를 부여할 수 있다(도 7). 미소지진 이벤트는 파쇄효율(CQ) 요소들의 특성에 따라 발생된 결과물이므로 CQ 요소에 따른 영향 특성을 파악할 수 있다. 취성도(BI)가 높은 값을 보이는 지역에서 미소지진 이벤트들이 많이 나타나며 낮은 값을 보이는 지역에서는 미소지진 이벤트들의 발생수가 적게 나타난다. 미소지진 이벤트들은 취성도와 높은 상관성을, 자연균열밀도와 보통의 상관성을, 공극압력(PP)과는 낮은 상관성을 보인다. 따라서, 상술한 바와 같이, 취성도는 가중치 50%, 자연균열 밀도는 가중치 30%, 공극압력은 가중치 20%를 부여하여 CQ 모델을 구축할 수도 있다. In addition, it can be analyzed by assigning different weights to each of the three elements. For example, the map obtained from the three individual element models shows microroseismic, taking into account the increase and decrease in the value of each element and the degree of coincidence with the distribution / direction of the development (see FIG. 6), the brittleness is 50% by weight. , Natural crack density can be assigned a weight of 30%, and the pore pressure can be assigned a weight of 20% (Fig. 7). Since the micro-earthquake event is a result generated according to the characteristics of the crushing efficiency (CQ) factors, it is possible to grasp the influence characteristics of the CQ factors. In the region where the brittleness (BI) has a high value, many microscopic events occur, and in the region having a low value, the number of microscopic earthquake events is low. Micro Earthquake events show high correlation with brittleness, moderate correlation with natural crack density, and low correlation with void pressure (PP). Therefore, as described above, the CQ model may be constructed by assigning a 50% weight to the brittleness, a 30% weight to the natural crack density, and a 20% weight to the pore pressure.

예를 들어, 도 5과 도 7을 참조하면, 가중치를 부여한 경우에는 A층이 B층에 비해 양호하며, 가중치를 미부여 한 경우에는 B층이 A층에 비해 양호한 것으로 나타난다. 반면에 C층의 양호성은 동일하게 나타난다. For example, referring to FIGS. 5 and 7, when weight is given, layer A is better than layer B, and when weight is not applied, layer B is better than layer A. On the other hand, the goodness of the C layer is the same.

가스함량 모델 및 파쇄효율 모델을 통합하여 물성 모델을 구축하는 단계(S133)를 수행한다. 가스함유량이 높으면서 수압파쇄 효율이 동시에 양호한 곳을 선정하기 위하여 물성 모델을 구축한다(도 8 참조). 구체적으로, 상술한 바와 같이, 가스함량 모델은 총 유기물 탄소함유량, 공극률, 가스포화율, 투수율을 포함하며, 각 요소에 동일한 가중치를 부여한 후 통합한다. 또한, CQ 모델은 취성도, 자연균열밀도, 공급압력을 포함하며, 미소지진 이벤트 자료에 기반하여 각 요소에 다른 가중치를 부여하고 통합한다.The step (S133) of building a physical property model by integrating a gas content model and a crushing efficiency model is performed. A physical property model is constructed to select a place where the gas content is high and the hydraulic crushing efficiency is good at the same time (see FIG. 8). Specifically, as described above, the gas content model includes the total organic carbon content, the porosity, the gas saturation rate, and the water permeability, and is integrated after giving the same weight to each element. In addition, the CQ model includes brittleness, natural crack density, supply pressure, and assigns and weights different weights to each element based on the micro earthquake event data.

예를 들어, 물성모델 구축 시 RQ 및 CQ 개별 요소에서 분석한 결과를 바탕으로 가스함유량과 관련된 RQ모델에는 가중치를 부여하지 않은 4가지 요소를(TOC 25% + 가스함량 25% + 공극률 25% + 투수율 25%), 수압파쇄 효율성과 관련된 CQ모델에는 가중치를 부여한 3가지 요소를(취성도 50% + 자연균열대 밀도 30% + 공극압력 20%) 활용한다.For example, based on the analysis results of RQ and CQ individual elements when constructing a physical property model, four factors that are not weighted to the RQ model related to gas content (TOC 25% + gas content 25% + porosity 25% + The permeability rate of 25%) and the weighted crushing efficiency CQ model use three weighted factors (50% brittleness + 30% natural crack stand density + 20% void pressure).

다음, 4개의 물성요소를 포함하는 가스함량과 3개의 물성요소를 포함하는 파쇄효율 통합에는 가스함량 모델과 파쇄효율 모델이 동일비율의 가중치(50%)를 적용하여 통합(합산)한다.Next, the gas content model and the crushing efficiency model, which include the gas content including four physical properties and the three physical properties, are integrated (added) by applying a weight (50%) of the same ratio.

또는, 가스함량 모델과 파쇄효율 모델에 각각 상이한 가중치를 부여하여 통합(합산)할 수도 있다. 예를 들면, 가스함량 모델에 60%의 가중치를, 파쇄효율 모델에 40%의 가중치를 부여할 수 있다. 또는 가스함량 모델에 40%의 가중치를, 파쇄효율 모델에 60%의 가중치를 부여할 수 있다. 이러한 가중치 부여방식은 가스함량 및 파쇄효율 모델이 생산성에 미치는 영향을 파악하기 쉽다. 즉, 셰일가스의 생산성이 2개 인자(가스함량, 파쇄효율) 중 어떤 인자에 더 많은 영향을 받는지 가늠해 볼 수 있다. 예를 들어, 캐나다 혼리버(Hornriver) 분지 키위가나(kiwigana) 광구는 파쇄효율이 가스함량에 비해 생산성에 영향을 더 주는 것으로 확인되었다.Alternatively, the gas content model and the crushing efficiency model may be combined (added) by assigning different weights. For example, it is possible to assign a weight of 60% to the gas content model and a weight of 40% to the crushing efficiency model. Alternatively, a weight of 40% may be assigned to the gas content model, and a weight of 60% may be assigned to the crushing efficiency model. This weighting method is easy to grasp the effect of gas content and crushing efficiency model on productivity. That is, it can be determined which factor among the two factors (gas content, crushing efficiency) is more affected by the productivity of shale gas. For example, the kiwigana mine in the Hornriver Basin, Canada, has been found to have more impact on crushing efficiency than gas content.

다음, 자연 균열 모델을 구축하는 단계(S140)를 수행한다. 우선, 자연 균열 모델을 구축하기 위해서는, 시추공 자료도 있어야 하고, 탄성파 자료도 있어야 한다. 그래야 3차원 분포를 예측할 수 있다. 탄성파 자료를 크게 분류하면, 지하의 구조자체가 볼록하게 나타나는데, 그러한 곡률(curvature, 볼록함의 정도)를 가지고 어느 정도 균열이 나타난다라고 할 수 있다. 방향각(방위각) 자료로서는, 위에서 지표를 360도 전체로 바라봤을 때의 탄성파를 취득할 수 있다. 취득한 방향별로 신호가 전파(반사)되어 나오면, 방향각 별로 예를 들어, 45도, 145도와 같이 탄성파에서 보여지는 진폭의 차이가 생기는데, 이는 균열에 의하여 그러한 진폭의 차이가 생기는 것이다. 또한, 속도에도 차이가 발생하는데, 균열이 많게 되면, 신호가 전파되는 방향과 균열의 방향이 수직(orthogonal)이면, 속도가 느려진다. 반대로, 속도와 균열의 방향이 같으면, 속도가 훨씬 빨라진다. 속도가 느린 것과 빠른 것의 차이를 통하여 균열이 많이 분포된 것인지 적게 분포된 것인지 확인할 수 있다. 이러한 탄성파 자료와 함께, 시추공 자료도 같이 자연 모델 구축에 활용하게 되는데, 시추공의 인입으로 나온 자료(즉, 시추공에 기기를 넣어 벽을 스캔하여 영상화한 자료)를 보고 균열이 어떠한 방향으로 있는지를 해석한다. 균열의 방향, 크기(가로와 세로 크기), 높이와 폭, 유체가 흘러갈 때 유체의 점성도, 유동의 두께 등을 입력하여 균열들을 도시하고, 이를 층서 구조 모델의 각 격자에 대응시켜 준다. 그에 따라, 각 격자별로, 균열에 대한 정보가 표시된다. 즉, 자연 균열 모델을 획득하게 된다. Next, a step (S140) of building a natural crack model is performed. First, in order to build a natural crack model, there must be borehole data and seismic data. Only then can the 3D distribution be predicted. If the seismic data is largely classified, the underground structure itself appears convex, and it can be said that a crack appears to some extent with such curvature. As the direction angle (azimuth angle) data, seismic waves when the surface of the earth is viewed from 360 degrees as a whole can be obtained. When the signal is propagated (reflected) for each acquired direction, there is a difference in amplitude seen in the acoustic waves such as 45 degrees and 145 degrees for each direction angle, which is the difference in amplitude due to cracking. In addition, there is a difference in speed, but if there are many cracks, if the direction in which the signal propagates and the direction of the cracks are orthogonal, the speed becomes slow. Conversely, if the speed and crack direction are the same, the speed is much faster. The difference between the slow speed and the fast speed can be determined whether the cracks are distributed more or less. In addition to these seismic data, borehole data are also used to build a natural model. Analysis of the direction of the crack by looking at the data from the borehole's inlet (ie, the image of the borehole being scanned by scanning the wall) do. Cracks are plotted by entering the direction, size (horizontal and vertical) of the crack, height and width, the viscosity of the fluid as the fluid flows, and the thickness of the flow, and correspond to each grid of the stratified structural model. Accordingly, for each grid, information on cracks is displayed. That is, a natural crack model is obtained.

다시 말하면, 자연 균열 모델 구축 시에 지하에 존재하는 자연 균열의 밀도, 방향, 등에 대한 특성은 OBMI 또는 FMI 검층을 통해 측정된다. 이를 통하여 취득된 이미지 검층 정보를 활용하여 자연 균열 모델을 구축할 수 있다.In other words, when constructing a natural crack model, the characteristics of the density, direction, etc. of natural cracks existing underground are measured through OBMI or FMI samples. Through this, it is possible to construct a natural crack model using the acquired image layer information.

한편, 자연 균열 검층은 보통 측정 비용, 활용도 등에 의하여 소수의 시추공에서만 이루어지며, 검층이 이루어진 지역에서 자연 균열의 존재를 가정하기가 쉽지 않다. 이러한 이유로 탄성파 자료에서 자연 균열과 연계된 탄성파 속성을 추출하여 공간적인 모델링에 활용할 수도 있다. 탄성파 속성으로는 예를 들면, 곡률(curvature), 일관성(coherence), 불연속성(discontinuity), 방향각(azimuth; VVAZ/AVAZ)이 있다. 이러한 탄성파 속성 중에서, 탄성파 방향각(azimuth) 속도 차이를 이용하여 예측되는 자연 균열 분포 모델을 구축하는 경우에 있어서, 자연 균열 모델 구축을 위한 파라미터로는 균열 형태(shape), 균열 길이(length), 평균 경사(mean dip), 평균 경사 방향각(mean dip azimuth), 균열 분포 집중도(concentration), 균열 두께(aperture), 균열 투수율(permeability) 등이 있다. 균열의 형태는 면이 4개, 가로와 세로의 길이가 절반의 비율을 가진다고 가정한다. 균열의 길이는 공간적 가이딩으로 활용된 탄성파 속성에서 감지되는 길이(예를 들어, 최소 40ft, 최대 2000ft)를 사용한다. 평균경사 및 평균 경사 방향각은 피셔 모델(Fisher model)을 사용하고, 예를 들어 OBMI 검층에서 얻은 35.5°, 315°/45°를 입력하고, 균열의 분포집중도는 약 70°를 사용할 수 있다. 균열의 두께는 예를 들어 0 내지 0.005ft의 범위에서 평균 0.000075ft, 표준편차 0.0000015ft의 log-normal 함수 형태를 따르는 것으로 가정할 수 있다. 균열 투수율은 균열의 두께와 투수율이 상관성을 갖는다는 cubic-law를 따르는 것으로 할 수 있다. 도 9 및 도 10은 그에 따른, 자연 균열 모델의 예시를 보여준다. 도 9는 상기 균열 모델링 파라미터들과 VVAZ 역산을 통해 예측된 315°, 45°방향의 자연균열 밀도를 이용하여 구축된 A, B, C 지층을 포함하는 자연 균열 모델 결과를 예시적으로 도시한다. 도 10의 균열 모델링 변수 설정과 곡률(curvature) 탄성파 속성을 활용하여 구축된 모델 결과를 예시적으로 보여준다. 구축된 모델에서 A 지층이 자연균열의 수가 가장 많고, B, C 지층은 자연균열의 수가 점차적으로 감소하는 것임을 알 수 있다.On the other hand, natural cracks are usually made only in a small number of boreholes due to measurement cost, utilization, etc., and it is not easy to assume the existence of natural cracks in the area where the cracks are made. For this reason, seismic properties associated with natural cracks can be extracted from seismic data and used for spatial modeling. Seismic properties include, for example, curvature, coherence, discontinuity, and azimuth (VVAZ / AVAZ). Among the properties of the seismic wave, in the case of constructing a natural crack distribution model predicted using a seismic direction azimuth velocity difference, the parameters for the natural crack model construction are the shape of the crack, the length of the crack, There are mean dip, mean dip azimuth, crack distribution concentration, crack thickness, and crack permeability. The shape of the crack is assumed to have four faces and half the length of the width and length. The length of the crack is the length detected by the seismic properties utilized as spatial guiding (eg, minimum 40 ft, maximum 2000 ft). The average inclination and the average inclination direction angle may use a Fisher model, for example, 35.5 °, 315 ° / 45 ° obtained from an OBMI specimen, and the distribution concentration of cracks may be about 70 °. It can be assumed that the thickness of the crack follows a log-normal function form with an average of 0.000075ft and a standard deviation of 0.0000015ft in the range of 0 to 0.005ft, for example. The crack permeability can be regarded as following the cubic-law that the crack thickness and permeability are correlated. 9 and 10 show examples of the natural crack model accordingly. FIG. 9 exemplarily shows the results of a natural crack model including A, B, and C strata constructed using natural crack densities in the 315 ° and 45 ° directions predicted through the crack modeling parameters and VVAZ inversion. The model results constructed by setting the crack modeling parameters in FIG. 10 and the curvature seismic properties are exemplarily shown. In the constructed model, it can be seen that the A layer has the largest number of natural cracks, and the B and C layers gradually decrease the number of natural cracks.

다음, 개별 모델로부터 통합 모델을 구축하여 스윗 스팟을 예측하는 단계(S200)를 수행한다. 우선, 이전 단계인 물성 모델 구축 단계(S130)에서 도출된 가스함량 모델과 파쇄효율 모델의 값들은 상술한 바와 같이 정규화가 이루어진 값이다. 각 요소들은 히스토그램에서 1% 이상의 비율을 차지하는 최대값(평균)을 기준으로 이루어지고, 값의 범위는 최소 0이고 최대 1로 정규화된 값이다. 이는, 통합모델 구축 후에 각 물성들의 가중치 비교 및 스윗 스팟 선정을 위한 정량화 작업이 용이하기 때문이다. Next, a step (S200) of predicting sweet spots by building an integrated model from individual models is performed. First, the values of the gas content model and the crushing efficiency model derived in the previous step of building a physical property model (S130) are normalized values as described above. Each element is based on the maximum value (average) that accounts for a ratio of 1% or more in the histogram, and the range of values is a minimum of 0 and a value normalized to a maximum of 1. This is because it is easy to quantify for comparing weights and selecting sweet spots for each property after building an integrated model.

개별 모델로부터 통합 모델을 구축하여 스윗 스팟을 예측하는 단계(S200)는 물성 모델에 자연 균열 모델을 통합하여 통합 모델을 구축하는 단계(S210)를 포함한다. 물성 모델을 구축하는 단계(S130)에서 얻어진 3차원 상의 물성 모델과 자연 균열 모델(S140)에서 얻어진 3차원 상의 자연 균열 모델을 합쳐서 통합 모델을 구축한다. 도 11은 물성 모델에 자연 균열 모델을 통합하여 구축된 통합 모델을 예시적으로 보여준다. The step of constructing an integrated model from individual models to predict the sweet spot (S200) includes the step of constructing an integrated model by integrating a natural crack model into the physical property model (S210). The integrated model is constructed by combining the 3D physical property model obtained in step S130 of building the physical property model and the 3D natural crack model obtained in natural crack model S140. 11 exemplarily shows an integrated model constructed by integrating a natural crack model into a physical property model.

다음, 통합 모델로부터 스윗 스팟을 예측하는 단계(S220)를 수행한다. 구체적으로는, 통합 모델을 구축하는 단계(S210)에서 정량화된 물성결과를 바탕으로 값이 가장 높은 영역이 선정되는데, 셰일가스 저류층 유망성은 저류층별로 모델의 평균값을 비교하여 순위를 산정하며 광구 내 지역적 유망성은 저류층별 평균 맵(map)을 이용하여 높은 값을 도시하는 영역을 선정한다. 이 때, 앞서 구축된 자연균열 모델은 자연균열 밀도요소로 포함되어 스윗 스팟 평가에 부분적으로 활용되며, 저류층의 유동 시뮬레이션과 수압파쇄 시뮬레이션에서 유동경로(flow path)를 제공하는 필수 인자로 적용되어 셰일가스 생산량 예측과 궁극가채매장량(EUR; estimated ultimate recovery) 산정에 활용된다.Next, a step (S220) of predicting a sweet spot from the integrated model is performed. Specifically, in the step of constructing the integrated model (S210), the region having the highest value is selected based on the result of quantified physical properties, and the promising shale gas reservoir is calculated by comparing the average values of the models for each reservoir and calculating the ranking and regionally within the mine area. The promising area is selected using the average map for each reservoir layer. At this time, the previously built natural crack model is included as a natural crack density factor, which is partially used for sweet spot evaluation, and is applied as an essential factor to provide a flow path in the reservoir simulation and hydraulic fracture simulation. It is used to estimate gas production and to estimate the ultimate ultimate recovery (EUR).

다음, 예측된 스윗 스팟을 검증하는 단계(S300)를 수행한다. 예측된 스윗 스팟을 검증하는 단계(S300)는 예측된 스윗 스팟에 대하여 시뮬레이션으로 예측되는 생산량과 실제 생산량을 비교하는 단계(S310)를 포함한다. 통합모델에 대한 적합성 여부를 판단하기 위해서는, 각 지역(패드) 및 저류층 구간별 생산 자료와의 일치성 여부를 시행한다. 예를 들어, 예측된 스윗 스팟에 대하여 GEM, Eclipse 등의 시뮬레이션으로 예를 들어 90일간의 생산량을 예측하고, 실제 초기 90일간의 생산 자료를 활용하여 생산성과 통합모델과의 일치성 여부를 분석할 수 있다. 또한, 예측된 스윗 스팟을 검증하는 단계(S300)는 통합모델 내 파쇄효율 요소인 취성도 모델을 X선 형광분석(XRF) 자료를 통해 검증하는 단계(S320)를 포함한다. 즉, 생산성을 통한 통합모델 검증 외에도 통합모델의 파쇄효율 (Completion Quality; CQ) 모델은 취득된 암편 기반의 X선 형광분석(XRF) 자료를 통해 검증이 가능하다. 부연하면, 스윗 스팟의 검증은 소정기간 동안의 실제 생산량과 예측 생산량의 비교를 통해서 가능한 것이고, 시추공에서 취득된 코어 기반의 X선 형광분석(XRF) 자료는 통합모델의 파쇄효율 모델인 취성도 단일 모델을 검증하는 것이다. 즉, 도출된 스윗 스팟을 대상으로 시추 후 셰일가스 저류층의 취득된 코어 시편을 이용하여 X선 형광분석이 이루어지고, 여기에서 측정된 취성도 값을 취성도 모델 값과 비교하는 것이다. 즉, 스윗 스팟 지역의 시추 결과(코어 시편)에서 얻은 결과를 모델과 비교하는 방식이다. 물리검층에서 계산된 물성(공극률, TOC, 취성도 등)보다 코어 시편에서 실험을 통해 측정된 물성(공극률, TOC, 취성도 등)이 정확하고 신뢰도가 높다.Next, a step (S300) of verifying the predicted sweet spot is performed. The step of verifying the predicted sweet spot (S300) includes comparing the predicted yield and the actual production amount by simulation with respect to the predicted sweet spot (S310). In order to determine the suitability of the integrated model, it is necessary to check whether it is consistent with production data for each region (pad) and reservoir section. For example, for the predicted sweet spot, GEM, Eclipse, etc. can be used to predict the production of 90 days, for example, and analyze the productivity and consistency of the integrated model by using production data from the initial 90 days. You can. In addition, the step of verifying the predicted sweet spot (S300) includes a step of verifying the brittleness model, which is an element of crushing efficiency in the integrated model, through X-ray fluorescence analysis (XRF) data (S320). That is, in addition to verifying the integrated model through productivity, the integrating model's completion quality (CQ) model can be verified through the obtained cancer piece-based X-ray fluorescence analysis (XRF) data. In other words, verification of sweet spots is possible through comparison of actual and predicted production over a period of time, and core-based X-ray fluorescence analysis (XRF) data obtained from boreholes has a single brittleness, which is a crushing efficiency model of the integrated model. It is to verify the model. That is, X-ray fluorescence analysis is performed using the obtained core specimen of the shale gas reservoir after drilling on the derived sweet spot, and the measured brittleness value is compared with the brittleness model value. That is, the results obtained from drilling results (core specimens) in the sweet spot area are compared with the model. The physical properties (porosity, TOC, brittleness, etc.) measured through experiments on the core specimen are more accurate and reliable than the physical properties (porosity, TOC, brittleness, etc.) calculated from the physical specimen.

도 12는 본 발명에 따른 통합모델 중 파쇄효율 요소인 취성도 모델의 검증 예시로서, 통합모델 중 파쇄효율(CQ) 모델을 취득된 암편을 기반으로 X선 형광분석 (XRF)을 수행하여 얻은 영률과 프와송 비를 취성도로 변환하여 파쇄효율 모델의 취성도와 비교한 예시이다. 12 is an example of verification of the brittleness model, which is an element of crushing efficiency among the integrated models according to the present invention, and the Young's modulus obtained by performing X-ray fluorescence analysis (XRF) based on the obtained cancer specimens of the crushing efficiency (CQ) model among the integrated models. This is an example of converting the Poisson's ratio to brittleness and comparing it with the brittleness of the crushing efficiency model.

다음, 검증 결과를 기초로 셰일 저류층의 스윗 스팟을 최종적으로 결정하는 단계(S400)로 이루어진다. 단계 S300에서 해당 스윗 스팟에서의 시뮬레이션으로 예측되는 소정 기간 동안의 생산량과 실제 초기 소정 기간 동안의 생산량의 차이가 유효 범위 이내이면, 해당 스윗 스팟을 최종적으로 확정한다. 본 단계에서는 자연균열의 부존특성에 해당하는 균열 형태(shape), 균열 길이(length), 평균 경사(mean dip), 평균 경사 방향각(mean dip azimuth), 균열 분포 집중도(concentration), 균열 두께(aperture), 균열 투수율(permeability)이 셰일가스의 유동성에 직접적인 영향을 미치므로 수압파쇄에서 생성된 인공균열을 동시에 고려하여 생산성에 대한 평가가 이루어진다. 균열 형태(shape), 균열 길이(length), 평균 경사(mean dip), 평균 경사 방향각(mean dip azimuth), 균열 분포 집중도(concentration), 균열 두께(aperture), 균열 투수율(permeability) 값의 조정을 통해 시뮬레이션 예측 생산량과 실제 생산량의 차이를 보정한다. Next, a step (S400) of finally determining the sweet spot of the shale reservoir based on the verification result. In step S300, if the difference between the production during the predetermined period and the production during the actual initial predetermined period predicted by the simulation at the corresponding sweet spot is within an effective range, the corresponding sweet spot is finally determined. In this step, the crack shape (shape), crack length (length), mean dip, mean dip azimuth, crack distribution concentration, and crack thickness (corresponding to the natural cracking characteristics) Since aperture and crack permeability directly affect the flowability of shale gas, productivity is evaluated by considering artificial cracks generated by hydraulic fracturing at the same time. Adjustment of crack shape, crack length, mean dip, mean dip azimuth, crack distribution concentration, crack thickness, and crack permeability values Through this, the difference between the predicted simulation output and the actual output is corrected.

상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야에서의 통상의 기술자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기의 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구 범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.It will be appreciated that the technical configuration of the present invention described above may be implemented in other specific forms by those skilled in the art without changing the technical spirit or essential features of the present invention. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. In addition, the scope of the present invention is shown by the claims below, rather than the above detailed description. In addition, all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention.

S100: 개별 모델을 구축하는 단계
S200: 상기 개별 모델로부터 통합 모델을 구축하여 스윗 스팟을 예측하는 단계
S300: 상기 예측된 스윗 스팟을 검증하는 단계
S400: 검증 결과를 기초로 셰일 저류층의 스윗 스팟을 최종적으로 결정하는 단계
S100: steps to build individual models
S200: Step to predict sweet spot by building an integrated model from the individual models
S300: verifying the predicted sweet spot
S400: Final determination of the sweet spot of the shale reservoir based on the verification result

Claims (21)

셰일가스 저류층의 스윗 스팟(sweet spot)을 도출하는 방법에 있어서:
개별 모델을 구축하는 단계(S100);
상기 개별 모델로부터 통합 모델을 구축하여 스윗 스팟을 예측하는 단계(S200);
상기 예측된 스윗 스팟을 검증하는 단계(S300); 및
검증 결과를 기초로 셰일 저류층의 스윗 스팟을 최종적으로 결정하는 단계(S400)를 포함하는, 스윗 스팟 도출 방법.
In the method of deriving the sweet spot of the shale gas reservoir:
Building individual models (S100);
Predicting a sweet spot by constructing an integrated model from the individual models (S200);
Verifying the predicted sweet spot (S300); And
And finally determining a sweet spot of the shale reservoir based on the verification result (S400).
제 1 항에 있어서,
상기 개별 모델을 구축하는 단계(S100)는:
층서 구조 모델을 구축하는 단계(S110);
암상 모델을 구축하는 단계(S120);
물성 모델을 구축하는 단계(S130); 및
자연 균열 모델을 구축하는 단계(S140)를 포함하는, 스윗 스팟 도출 방법.
The method of claim 1,
Step of building the individual model (S100):
Building a stratified structural model (S110);
Building a rock image model (S120);
Building a physical property model (S130); And
A method of deriving a sweet spot, comprising the step of building a natural crack model (S140).
제 2 항에 있어서,
상기 개별 모델로부터 통합 모델을 구축하여 스윗 스팟을 예측하는 단계(S200)는:
상기 층서 구조 모델 및 상기 암상 모델을 기초로, 상기 물성 모델에 상기 자연 균열 모델을 통합하여 통합 모델을 구축하는 단계(S210); 및
상기 통합 모델로부터 스윗 스팟을 예측하는 단계(S220)를 포함하는, 스윗 스팟 도출 방법.
According to claim 2,
The step of predicting the sweet spot by constructing an integrated model from the individual models (S200):
Building an integrated model by integrating the natural crack model into the physical property model based on the stratigraphic structure model and the rock image model (S210); And
And predicting a sweet spot from the integrated model (S220).
제 2 항에 있어서,
상기 층서 구조 모델을 구축하는 단계(S110)는, 시추공을 통하여 시추를 하여 시추공 공벽을 스캔하여 얻은 결과를 분석을 하는 시추공 분석과 신호를 지하로 보내어 해당 층에서 지층의 구조적인 프레임을 파악하여 지층의 구조를 모델링하고 격자화하는 것인, 스윗 스팟 도출 방법.
According to claim 2,
In the step of constructing the stratigraphic structural model (S110), a borehole analysis and a signal that analyzes the results obtained by drilling a borehole wall by drilling through a borehole and sends a signal to the basement to grasp the structural frame of the stratum in the layer to identify the strata The method of deriving sweet spots is to model and lattice the structure.
제 3 항에 있어서,
상기 암상 모델을 구축하는 단계(S120)는, 상기 층서 구조 모델에 대하여, 탄성파와 시추공 암석 정보를 이용하여 공간적인 암석정보를 예측하는 것이고, 상기 공간적인 암석 정보는 고함량 규산질(more siliceous), 저함량 규산질 (siliceous), 점토질(argillaceous), 혼합(mixed) 및 탄소질(carbonaceous)를 포함하는 것인, 스윗 스팟 도출 방법.
The method of claim 3,
The step of constructing the rock image model (S120) is to predict spatial rock information by using seismic waves and borehole rock information with respect to the stratigraphic structural model, and the spatial rock information is high siliceous, A method for deriving sweet spots comprising low content siliceous, argillaceous, mixed and carbonaceous.
제 2 항에 있어서,
상기 물성 모델을 구축하는 단계(S130)는:
총유기탄소함량(TOC, Total Organic Carbon), 가스포화율, 공극률 및 투수율 값을 각각 정규화한 후 통합하여 가스함량 모델을 구축하는 단계(S131);
취성도, 자연균열 밀도, 및 공극압력 값을 각각 정규화한 후 통합하여 파쇄효율 모델을 구축하는 단계(S132); 및
상기 가스함량 모델 및 상기 파쇄효율 모델을 통합하는 단계를 포함하는, 스윗 스팟 도출 방법.
According to claim 2,
The step of building the physical property model (S130) is:
Constructing a gas content model by normalizing the total organic carbon content (TOC, total saturation rate, porosity and permeability), and then integrating them (S131);
Normalizing the brittleness, natural crack density, and pore pressure values, and then integrating them to construct a crushing efficiency model (S132); And
And integrating the gas content model and the crushing efficiency model.
제 6 항에 있어서,
총유기탄소함량(TOC, Total Organic Carbon), 가스포화율, 공극률 및 투수율 각각에 동일한 가중치가 부여되는, 스윗 스팟 도출 방법.
The method of claim 6,
A method for deriving sweet spots in which total weight of organic carbon (TOC), gas saturation rate, porosity, and water permeability are each given the same weight.
제 6 항에 있어서,
총유기탄소함량(TOC, Total Organic Carbon), 가스포화율, 공극률 및 투수율 각각에 상이한 가중치가 부여되는, 스윗 스팟 도출 방법.
The method of claim 6,
A method for deriving sweet spots in which a total weight is given to each of total organic carbon (TOC), gas saturation rate, porosity and permeability.
제 6 항에 있어서,
취성도, 자연균열 밀도, 및 공극압력 각각에 동일한 가중치가 부여되는, 스윗 스팟 도출 방법.
The method of claim 6,
A method for deriving sweet spots, wherein the same weight is given to each of the brittleness, the natural crack density, and the pore pressure.
제 6 항에 있어서,
취성도, 자연균열 밀도, 및 공극압력 각각에 상이한 가중치가 부여되는, 스윗 스팟 도출 방법.
The method of claim 6,
A method for deriving sweet spots wherein different weights are given to each of the brittleness, the natural crack density, and the pore pressure.
제 8 항에 있어서,
총유기탄소함량(TOC, Total Organic Carbon), 가스포화율, 공극률 및 투수율 각각에 40%, 20%, 20%, 및 20%의 가중치가 부여되는, 스윗 스팟 도출 방법.
The method of claim 8,
A method for deriving sweet spots in which total organic carbon (TOC), gas saturation, porosity, and permeability are weighted by 40%, 20%, 20%, and 20%, respectively.
제 8 항에 있어서,
총유기탄소함량(TOC, Total Organic Carbon), 가스포화율, 공극률 및 투수율 각각에 0%, 40%, 60%, 및 0%의 가중치가 부여되는, 스윗 스팟 도출 방법.
The method of claim 8,
A method for deriving sweet spots in which total organic carbon (TOC), gas saturation, porosity, and permeability are weighted by 0%, 40%, 60%, and 0%, respectively.
제 10 항에 있어서,
취성도, 자연균열 밀도, 및 공극압력 각각에 50%, 30%, 및 20%의 가중치가 부여되는, 스윗 스팟 도출 방법.
The method of claim 10,
A method for deriving sweet spots in which the brittleness, natural crack density, and pore pressure are weighted by 50%, 30%, and 20%, respectively.
제 6 항에 있어서,
물성 모델 구축 시에, 가스함량 모델 및 파쇄효율 모델 각각에 동일한 가중치가 부여되는, 스윗 스팟 도출 방법.
The method of claim 6,
The method of deriving a sweet spot in the construction of the physical property model, the same weight is given to each of the gas content model and the crushing efficiency model.
제 6 항에 있어서,
물성 모델 구축 시에, 가스함량 모델 및 파쇄효율 모델 각각에 상이한 가중치가 부여되는, 스윗 스팟 도출 방법.
The method of claim 6,
A method for deriving sweet spots in which a weight value is assigned to each of the gas content model and the crushing efficiency model when constructing a physical property model.
제 15 항에 있어서,
물성 모델 구축 시에, 가스함량 모델 및 파쇄효율 모델 각각에 40% 및 60%의 가중치가 부여되는, 스윗 스팟 도출 방법.
The method of claim 15,
When constructing a physical property model, a sweet spot derivation method in which a gas content model and a crushing efficiency model are weighted by 40% and 60%, respectively.
제 15 항에 있어서,
물성 모델 구축 시에, 가스함량 모델 및 파쇄효율 모델 각각에 60% 및 40%의 가중치가 부여되는, 스윗 스팟 도출 방법.
The method of claim 15,
When constructing a physical property model, a sweet spot derivation method in which the gas content model and the crushing efficiency model are weighted by 60% and 40%, respectively.
제 3 항에 있어서,
상기 자연 균열 모델을 구축하는 단계(S140)는 탄성파의 방향각 자료에서의 탄성파의 진폭의 차이 및 탄성파의 속도의 차이로부터 자연 균열 모델이 구축되는 것인, 스윗 스팟 도출 방법.
The method of claim 3,
The step of constructing the natural crack model (S140) is a method for deriving a sweet spot from which a natural crack model is built from a difference in amplitude of an elastic wave and a difference in velocity of an elastic wave in the direction angle data of the elastic wave.
제 17 항에 있어서,
상기 자연 균열 모델을 구축하는 단계(S140)는 균열 형태(shape), 균열 길이(length), 평균 경사(mean dip), 평균 경사 방향각(mean dip azimuth), 균열 분포 집중도(concentration), 균열 두께(aperture), 및 균열 투수율(permeability)의 파라미터로 자연 균열 모델이 구축되는 것인, 스윗 스팟 도출 방법.
The method of claim 17,
The step of constructing the natural crack model (S140) includes crack shape, crack length, mean dip, mean dip azimuth, crack distribution concentration, and crack thickness. (aperture), and a method for deriving a sweet spot, wherein a natural crack model is constructed with parameters of crack permeability.
제 1 항에 있어서,
상기 예측된 스윗 스팟을 검증하는 단계(S300)는, 상기 예측된 스윗 스팟에 대하여 예상되는 소정의 기간 동안의 생산량과 실제 소정의 기간 동안의 생산량을 비교하여 이루어지고, 통합모델 내 파쇄효율 요소인 취성도 모델을 X선 형광분석(XRF) 자료를 통해 검증하는, 스윗 스팟 도출 방법.
The method of claim 1,
The step of verifying the predicted sweet spot (S300) is performed by comparing the production amount for a predetermined period and an actual predetermined period for the predicted sweet spot, which is an element of crushing efficiency in the integrated model. A method for deriving sweet spots, which verifies brittleness models through X-ray fluorescence analysis (XRF) data.
제 20 항에 있어서,
상기 소정의 기간은 90일인, 스윗 스팟 도출 방법.
The method of claim 20,
The predetermined period is 90 days, sweet spot derivation method.
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