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Estimation of in situ permeability using a leak-off test
( Quach Quoc Nghiep ),( Yeonguk Jo ),( Chandong Chang ) 대한지질공학회 2016 대한지질공학회 학술발표회논문집 Vol.2016 No.1
Permeability plays a key role in reservoir flow characteristic assessment and reservoir description (Wong et al., 1999; Luijendijk et al., 2014; Yang et al., 2007). In this study, we attempt to determine permeability using a leak-off test (LOT) often routinely conducted to assess borehole/casing integrity as well as fracture gradient to predict in situ least principal stress magnitude (Gjønnes et al., 1998; Raaen et al., 2006; Lin et al., 2008; White et al., 2002; Allerstrofer, 2011; Addis et al., 1998). The LOT is normally conducted by injecting water at a constant rate into an open well-bore interval below casing shoe and measuring the well-bore pressures, from which we can estimate some important pressures such as leak-off pressure. It will be beneficial if we can estimate in situ permeability from this routinely conducted LOT. Thus, we derived a new theoretical equation based on Darcy``s law that gives permeability value from the pressure (P) versus time (t) as well as injected water volume versus time curves. The theoretical equation is expressed in terms of permeability as a function of various parameters such as open-hole dimensions, flowrate, porosity, pressure change and injected water volume. We applied this equation to the LOT conducted in offshore Pohang where CO2 injection test is ongoing. In this LOT, we used hydraulic pump to inject water at an approximately constant flowrate into the bottom interval through the casing, during which pressure and flowrate were recorded. Based on calculations using our permeability equation, the permeability was determined to be about 4.6E-18 m2. The comparison between the theoretical permeability, the permeability extracted from core measurement and the permeability of natural mudstones (Yang et al., 2007) gives approximately similar values. The permeability estimation from LOT can be utilized further to compare with the k values extracted from well testing such as short-term testing (DST and IMPULSE Testing and TRAP testing), conventional testing (injection test and falloff test) and advanced test (layered reservoir testing, vertical interference testing and multiwell interference testing) (Ahmed et al., 1991) to enhance the reliability and the quality of formation characteristic evaluation.
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조영욱,( Quoc Nghiep Quach ),장찬동,송인선,신영재,권이균 대한지질공학회 2016 대한지질공학회 학술발표회논문집 Vol.2016 No.1
이산화탄소 지중저장 기술개발을 위한 해상 주입실증 프로젝트가 영일만에서 수행되고 있다. 본 연구에서는 영일만 지역 포항분지에 대한 CO2 저장소로서의 지질조건을 층서/구조/역학적으로 특성화하고 유망 저류층으로서의 가능성을 평가하였다. 포항신항 방파제 전면해상에서 수행된 3차원 탄성파 탐사 결과 예상 저장심도에 두 개의 완만한 배사구조가 존재함을 파악하였으며 다수의 북동-남서 주향과 고각(50°-70°)을 갖는 단층들이 분포하고 있음을 관찰하였다. 보다 자세한 층서와 암질을 파악하기 위해 해상에 굴착한 탐사시추공과 전 구간 회수된 시추코어로부터 770-830 mbsf(meter below sea floor)에 사암/역암의 조립질 퇴적층이 존재하고 있음을 확인하였다. 코어에 대한 측정 결과 이 퇴적층은 20%의 공극률, 30 mD에 이르는 투수율을 보여 이산화탄소 저장층으로서의 가능성을 보였다. 이 퇴적층은 해저면부터 740 mbsf 심도에 이르는 두꺼운 이암으로 피복되어 있다. 이러한 층서적 구조는 지중저장 후보지로서의 유망한 층서트랩을 잘 보여준다. 영일만 저류층 및 주변 단층의 지질역학적 특성화를 위해 탐사시추공에서 수행한 시추공 영상검층과 Leak-off Test(LOT), 그리고 일련의 시추코어 강도측정 시험 결과를 바탕으로 저류층 응력상태를 분석하였다. 실시된 공내영상검층 전 구간에 거쳐 관찰된 일관된 방향(북동-남서)의 시추공벽 압축파쇄대는 영일만 저류층의 최대수평주응력(SHmax)이 남동-북서 방향으로 작용하고 있음을 지시한다. 시추공 700 mbsf의 케이싱 슈에서 실시된 LOT로 측정된 최소수평주응력(Shmin)의 크기는 약 12 MPa, 해당 심도에서 상재하중으로 계산된 연직응력(Sv)의 크기는 13.7MPa이며, 관찰된 시추공벽 압축파쇄대의 폭과 암석강도 상관성을 이용해 규명한 최대수평주응력의(SHmax)의 크기는 약 19.4 MPa로 규명되어 영일만 저류층은 세 주응력 간의 상대적 크기가 Shmin < Sv < SHmax인 주향이동단층에 유리한 응력체계 하에 있음을 지시한다. 규명된 응력 상태를 활용하여 관찰된 단층들의 자세에 따른 전단성향(slip tendency)을 분석한 결과 다수의 북동-남서의 단층들은 비교적 낮은 전단성향을 가짐을 보인다. 이는 저류층 주변 단층의 지질역학적문제점(단층 전단 재활성 및 미소지진) 발생 가능성이 비교적 낮음을 시사한다. 추가로 Leak-Off 시험의 압력-시간 곡선을 통해 유추한 700 mbsf 심도의 이암 투수율은 0.02 mD로 얻어져 저류층 상부 덮개암으로서의 역할을 충분히 할 수 있을 것으로 예상된다. 본 연구 결과는 영일만 이산화탄소 주입실증 사이트의 층서/구조/지질역학 특성이 이산화탄소 지중저장 시험을 위한 유망한 사이트임을 시사한다.
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