평균-회귀 유가예측과 몬테카를로 기법에 의한 최적참여지분결정

박창협,강주명,이호영 한국자원공학회 2009 한국자원공학회지 Vol.46 No.1

A Monte Carlo method was developed that included mean-reverting trend of oil price to analyze a working interest of uncertain upstream business. Previous works have been considered deterministic net present value, statistical distribution, and unique price trend. They are incapable of producing proper feasible solutions according to variable price effect and fiscal term. The strategies for farming in and out are introduced by using discounted present value, rate of return, and working interest under production sharing contract. Although the project expects a large profit, the decision should be held back occasionally due to various price trend, low probability of success, small risk-adjusted value and optimum working interest. The former represents the bright side while the latter does the risk of project. The result confirms the necessity of considering both risky and unrisky evaluating values to achieve reliable decision for uncertain E&P project. 불확실성이 큰 석유개발 사업에서 유가는 경제성평가의 중요한 인자이다. 기존 경제성 평가법은 결정론적 또는 단순한 통계 확률함수와 하나의 유가변동만을 가정하였기 때문에 위험도가 큰 석유사업 경제성 평가에서 가능해 도출에는 적합하지 못하였다. 이 문제를 극복하기 위해 생산물 분배석유계약과 평균회귀 유가 예측법에 근거한 유변학적 평가모델을 개발하였다. 개발모델을 이용하여 순현가, 내부수익률을 산정할 뿐만 아니라 유가변동율, 사업성공율, 위험 감수액 등의 위험도를 위험조정가치를 통하여 고려하였다. 광권보유자의 최적지분 및 지분매입자의 최소매입지분을 통해 사업의 위험도를 평가하였다. 높은 순현가와 내부수익률을 가지는 사업이라 할지라도 유가변동, 사업 성공율에 따라 참여를 보류하거나 매입에 신중하여야 하는 경우를 확인하였다. 순현가와 내부수익률은 사업의 긍정적 평가지표인 반면, 위험도를 고려한 참여지분, 위험조정가치는 부정적면을 평가하는 기준으로 제안될 수 있다.

3차원 분리균열모델 기반의 유동모델링 연구동향

박창협,정승필 한국자원공학회 2012 한국자원공학회지 Vol.49 No.2

Discrete fracture network (DFN) has been widely applied to characterize fluid flow occurred in a heterogeneous fractured reservoir since it is able to consider fracture’s topological distribution as well as aperture statistics. A typical limitation of reservoir characterization using 3D DFN is that it is difficult to obtain accurate geological and hydraulic data affecting fluid transport. Thus, the modeling failed to simulate realistic flow in a reservoir scale and limited at observing fluid transport near wellbore. Current methodological problems of 3D random DFN are meshing, mass transfer between matrix and fracture, and inverse approach, respectively. They have not been announced actively in opposite to the researches based on forward simulation. The future possible researches can be related to automatic meshing in random DFN, multi-phase flow modeling, history matching incorporating with dynamic data, and flow transport integrated with geomechanic characteristics. 분리균열모델은 시추공 조사에서 획득한 균열의 분포, 간극자료를 활용할 수 있어 균열저류층 유동모델링에 폭 넓게 적용되고 있다. 3차원 분리균열모델 기반 저류층 모델링의 대표적인 문제점은 1차원 코어자료를 3차원 공간에 분포시키면서 발생하는 정적자료의 부족과 부정확성이다. 그 결과 시추공 주변 균열대의 유체 거동분석은 가능하지만 저류층 단위의 유동모사에는 제한적이다. 현재 3차원 분리균열모델 기반 저류층 모델링은 격자화, 다공성 암체-균열 사이의 물질이동, 역산기법의 미개발 등의 기법적 한계에 직면하고 있다. 최근 딜로니 삼각형법, 자동사각격자법을 이용한 격자화가 이루어지면서 전위모델링은 활발하나 현장단위 물질이동의 해석해, 역산모델 개발은 미흡하다. 향후 연구주제로는 무작위 균열모델의 균열-암체 격자화, 다상유체 거동해석, 동적자료 기반의 히스토리매칭, 석유-암반공학 통합 저류층 모델링을 대표적으로 제안할 수 있다.

다중 프랙탈 균열매질에서의 압력천이거동 분석

박창협,장일식,강주명,최종근 한국자원공학회 2003 한국자원공학회지 Vol.40 No.3

In naturally fractured media, topological characteristics of fracture networks show fractal geometry. Several geological surveys have shown that fractal dimensions of fracture networks have different values with length scale and fractured media have randomness. In this study, we investigated pressure transient behaviors in fractured media with multi-fractal characteristics. After generating random fracture networks following a power-law length distribution, we extract infinite clusters that affect fluid flow in the networks. When the length exponent is between 2 and 3, the fracture networks have two different fractal dimensions separated by a critical radius. As the results of numerical flow simulations, pressure transient behavior shows two distinguished fractal characteristics due to the multi-fractal geometry. Fractal diffusion slowdown is small within the critical radius because the behavior of fluid flow is governed by a few long fractures only. On the contrary, it becomes large over the critical radius because the fracture networks in megascopic scale have more complexity by the combined effects of all the fractures. As length exponent increases, both of fractal dimension and diffusion slowdown increase. 실제 자연계에 존재하는 균열매질에서는 프랙탈 특징이 나타난다. 최근의 여러 현장 지질조사 결과, 다중 프랙탈 특징과 함께 무작위성을 보이는 것으로 알려져 있다. 따라서, 이 연구에서는 다중 프랙탈 특징과 무작위성을 가지는 균열모델을 구성한 후 프랙탈 변수에 따른 압력거동과 확산경향을 파악하였다. 이 연구에 사용된 균열모델의 길이분포는 멱급수를 따른다. 구성한 균열모델에서 유체유동이 가능한 균열더미인 무한송이(infinite cluster)를 추출한 후 물질평형방정식을 이용한 전산유동모사를 실시하였다. 그 결과 구성된 무한송이는 길이 분포 지수가 2와 3사이의 값일 경우 임계반경에 따라 2개의 서로 다른 프랙탈 차원을 가졌다. 전산모사 결과 확인한 압력거동은 각각의 프랙탈 차원에 따라 다르게 나타났다. 프랙탈 확산지연정도를 살펴보면 임계반경보다 작은 구간에서는 긴 균열이 프랙탈 차원에 영향을 끼쳐 확산지연이 작아진다. 반면, 임계반경을 넘어가면서 거대규모의 균열망은 긴 균열과 짧은 균열이 혼재되어 구성된다. 이런 균열들로 인해 균열매질은 복잡해지고 확산이 지연되었다. 공간적인 측면에서 길이 분포 지수값이 증가할수록 프랙탈 차원은 증가하고, 시간적으로는 확산지연 효과가 증폭되었다.

비정규격자망 유선모사법을 이용한 3차원 불균질 균열 저류층의 비정상이동 해석

박창협,강주명 한국자원공학회 2005 한국자원공학회지 Vol.42 No.3

Anomalous transport taking place in a heterogeneous reservoir is shown to skewed breakthrough curve. The conventional streamline simulation, which can examine anomalous transport in 2D approach, is incapable in extending to 3D discrete fractured media due to a meshing problem and a local heterogeneity of apertures.A new streamline simulator with incomplete mixing model was developed for the mass transport on quadrilateral grids generated automatically. Breakthrough curve in 3D discrete fractured reservoir has a positively skewed characteristic, which confirms that the anomalous transport is influenced by not only geological heterogeneity, but also pressure distribution and variable apertures. Inter-well tracer test shows that the tracer moves selectively along intersection lines or fracture planes in the direction of decreasing pressure gradient in relatively realistic manner. These results are supported by a trajectory of streamlines and a distribution of pressure. 불균질 저류층의 물질이동 거동분석에서 주로 발견되는 비정상이동은 왜곡된 돌파곡선으로 대표된다. 기존의 유선모사법은 2차원 불균질 매질에서는 수치해석적으로 비정상이동을 묘사할수 있었으나 3차원 분리균열매질에서는 격자구성 문제와 간극 불균질도를 분석 대상체에 가미하지 못하기 때문에 적용할 수 없었다.3차원 불균질 균열매질에서 물질이동을 통해 비정상이동을 해석하기 위해 비평형 혼합모델을 포함한 유선모사법을 개발하였다. 유선추적의 도메인은 자동으로 사각 격자화된 3차원 공간에 존재하는 균열면이다. 3차원 분리균열 저류층에서 획득한 돌파곡선은 양의 왜곡도를 보이는 비정상이동의 특징을 보여주었으며 이 결과는 비정상이동이 기하학적 불균질도의 영향뿐 아니라 압력분포와 가변간극에 의한 지엽적 불균질도에도 영향을 받는다는 것을 보여준다. 시추공 사이의 추적자모사결과, 현장실험결과와 유사하게 추적자는 압력구배가 큰 방향을 따라 균열면과 균열 교차선의 일부를 따라 선택적으로 이동하였다. 이는 유선의 괘적과 압력장의 분포를 통해 증명된다.

균열저류층의 FEM분석을 위한 직접 사각 격자 생성법

박창협(Changhyup Park),노재승(Jaeseung Noh),장일식(Ilsik jang),강주명(Joo-Myung Kang) 한국에너지학회 2004 한국에너지공학회 학술발표회 Vol.2004 No.-

균열면 간극 비균질도를 고려한 물질이동 특성해석

박창협(Changhyup Park),강주명(Joe M. Kang),윤진오(Jino Yoon) 한국가스학회 2005 한국가스학회 학술대회논문집 Vol.2005 No.5

다격자유량보정과 유선기반 격자생성법을 결합한 불균질 저류층 업스케일링 기법

김장학,박창협,강주명 한국자원공학회 2010 한국자원공학회지 Vol.47 No.2

A new upscaling approach by integrating MPFA (Multi-Point Flux Approximation) into a streamline-based mesh generator is presented to characterize flow transport accurately in a heterogeneous reservoir. Previous mesh generations have tended to cover the topological features rather than hydraulic ones and thereby they might result in a biased pressure distribution in an irregular grid-system. The upscaling schemes for more efficient simulation reduced the accuracy so that it was difficult to get both effects of efficiency and accuracy with one mesh generation. The method, developed in the study, incorporated streamline tracing in original structured grids, MPFA (Multi-Point Flux Approximation) for accurate flux-calculation and Delaunay triangular meshing for fast re-meshing. The aspect ratio examined the accuracy of pressure distribution and the upscaling coefficient investigated the effectiveness of the proposed scheme. Its applicability was verified in a homogeneous case to show the improved accuracy close to the result of fine grids with comparatively small number of nodes. The statistical properties like mean, standard deviation and coefficient of variation were conserved relatively well after upscaling a heterogeneous reservoir with unstructured quadrilateral meshes. The proposed method was able to combine different types of topological and hydraulic information, and offered effective means for generating subsurface flow models from highly detailed geological descriptions. 불균질 저류층의 유체 거동 특성을 정확하게 분석할 수 있는 다격자유량보정법(MPFA; Multi-Point Flux Approximation)과 유선기반 격자생성법을 결합한 업스케일링 기법을 개발하였다. 기존 격자생성법은 저류층의 수리학적 물성보다는 기하학적 특성에 초점을 맞춤으로써 비정규격자망에서 편향된 압력분포를 보일 위험이 있었다. 업스케일링법은 효율적 전산모사를 위해 도입되었으나 업스케일링 정도에 따라 유동모사의 정확도를 감소시키는 문제점이 있어, 유동모사의 효율성과 정확성을 모두 확보하는 격자생성법의 연구가 필요하다. 이 연구에서 개발한 격자생성법은 정규격자망에서 정확한 유동특징을 파악하기 위해 다격자유량보정법 조력 유선추적법과 빠른 비정규격자 재구성을 위해 딜로니(Delaunay) 삼각격자법을 통합하였다. 압력분포종횡비를 통해 압력계산의 정확도를 파악하고, 업스케일링 상수를 통해 업스케일링 효율성을 분석하였다. 균질 저류층의 경우 350개의 노드만으로 10,000개 노드를 가진 미세격자망의 수치정확도와 유사한 결과를 보였으며, 업스케일링 상수도 0.475로 기존 방법에 비해 효과적이었다. 비정규격자망 불균질 저류층의 경우, 압력값의 변동없이 업스케일링이 이루어졌을 뿐만 아니라 유체투과도의 평균, 표준편차, 변동계수 등의 통계변수가 비교적 잘 보존되었다. 이 연구의 격자생성법은 다양한 규모의 수리학적, 구조학적 특징을 결합할 수 있을 뿐만 아니라, 고해상도 저류층 모델의 업스케일링 효율성을 확보할 수 있을 것으로 기대된다.

수소경제를 위한 에너지자원공학의 역할

김기현,박창협 한국자원공학회 2023 한국자원공학회지 Vol.60 No.4

This paper discusses the roles of energy resources engineering in the hydrogen economy. The hydrogen economy uses hydrogen as commercial fuel and feedstock for the decarbonization of economic sectors to deliver a substantial fraction of the nation’s clean energy and services. The domestic production of hydrogen has been limited to byproduct hydrogen, and the technical maturity for transportation and storage is not high. A substantial amount needs to be imported to meet the hydrogen demand by 2050. Energy resources engineering has gained valuable experience in the natural gas value chain as well as overseas resources development. Typical energy resources engineering plays an important role in building the hydrogen value chain. As the overseas hydrogen business must be expanded into overseas energy development, it is essential to design future interdisciplinary research in the energy sector. 이 연구에서는 수소경제 시대의 도래에 따른 에너지자원공학의 역할을 서술하였다. 수소경제는 생산, 운송, 저장 및 활용까지 수소중심의 에너지시장을 의미한다. 현재 국내 수소생산은 부생수소 중심으로 한정되어 있으며 운송 및 저장분야의 기술 성숙도가 높지 않다. 해외 수소도입은 2050년 수소공급량의 82%를 차지할만큼 중요한 부분이다. 국내 천연가스산업은 수소경제산업과 밀접한 연관성을 갖고 있으며 해외자원개발을 통해 많은 경험을 축적하여 왔다. 수소가치사슬의 각 부문에서 전통 에너지자원공학의 활용도는 매우 높기 때문에, 해외 수소도입을 해외에너지개발로 확장하고, 보다 적극적인 에너지공학의 융복합연구를 통해 발전적 미래를 설계할 시점이다.

다중정 개별 생산거동 예측을 위한 다목적함수 기반 히스토리 매칭

한유미,박창협,강주명 한국자원공학회 2010 한국자원공학회지 Vol.47 No.5

The paper presents a multi-objective history matching to reduce the performance uncertainties and forecast it reliably in a heterogeneous reservoir with multiple production wells. Individualized well performance is optimized separately using a genetic algorithm coupled with non-dominated sorting and diversity preservation. The fitness is sorted along to the proximity and then the diversity is added by examining the crowding distance as the approach to arrive at the global optimum. Individual watercut trajectory is observed in a heterogeneous oil reservoir with three production wells. The model depicts the effect of unexpected shut-in/out more accurately than the conventional history matching based on linearly weighted objective function. The prediction accuracy is improved up to around 25 to 85% compare to the former. Each performance shows stable prediction regardless of weights. Without extra sensitivity analysis and intuitive selection of weights, it can find out another feasible solution on Pareto front. 불균질 저류층에서 불규칙한 생산폐쇄가 존재할 때 개별 생산정의 생산추이를 정확하게 예측할 수 있는 다목적함수 기반의 히스토리 매칭법을 개발하였다. 개별정의 생산추이는 비지배정렬과 밀집도거리를 결합한 유전 알고리즘을 통해 최적화하였다. 최적치는 낮은 오차순으로 순위를 평가하고, 밀집도거리를 통해 다음 세대 유전자 추출의 다양성을 제공함으로써 광역 최적해에 도달하게 하였다. 각기 다른 원유 생산량을 가진 3개의 유정에서 개별정 물생산비를 관찰하였다. 개발 모델은 오차가중합법을 사용한 기존의 히스토리 매칭에 비해 불규칙한 생산폐쇄에도 25-85% 가량 향상된 예측성능을 보였다. 또한 다수 최적해를 공간적으로 분포시킨 파레토면을 통해 추가적인 민감도 분석 없이 최적해의 신뢰도를 평가할 수 있었다. 또한, 가중치를 임의로 설정하지 않아도 안정적인 예측성능을 보임으로써 가중치 설정에 따른 예측민감도를 극복하였다. 이 연구에서 개발한 유전 알고리즘 기반의 다목적 히스토리 매칭법은 다양한 생산거동을 보이는 다중정의 생산량 예측에 유용하며 추가 생산정 설계 및 생산효율성 평가에 활용 가능하다.

다층 저류층에서의 층간유동 및 생산특성 연구동향

남상구,박창협,정승필 한국자원공학회 2013 한국자원공학회지 Vol.50 No.2

This paper presents research reviews for flow behaviors occurred in multi-layered reservoir. According to geological formation and flow regime, the production characteristics are divided into three parts; interlayer cross-flow, commingled, and wellbore cross-flow system. Most heterogeneous reservoirs show interlayer cross-flow communicating fluids between interconnected formations but the conventional production systems have considered commingled-flow. The unaccurate estimation of reservoir pressure could result in wellbore cross-flow within a production tubing after well completion. Recent researches have focused on characterizing the effects of cross-flow with relation to production optimization. The works integrating skin factor with comparison of reservoir properties have been done to detect cross-flow on the surface. Production allocation in multi-layered reservoirs and uncertainty quantification affecting the system design are actively investigated to accomplish production optimization as well as the robust design of petroleum production system. 이 연구에서는 다층 저류층에서 발생하는 유동특성을 구분하고, 각 유동특성에 따른 저류층 분석기술과 연구동향을 살펴보았다. 생산 가능한 저류층의 구조가 점점 복잡해지면서 불균질 다층 저류층의 유동 특성화 구는 복합적인 해석을 요구하고 있다. 다층 저류층은 유동특성에 따라 매질 층간유동(interlayer cross-flow), 합생산(commingled), 시추정 층간유동(wellbore cross-flow) 시스템으로 구분할 수 있다. 대부분의 불균질 다층저류층은 매질 층간유동 시스템의 특징을 갖고 있으나 생산 시스템은 층간유동을 무시한 혼합유동 양상을 가정하는 경우가 많다. 유정완결 시 생산층 압력예측의 부정확성으로 생산정 내에서 층간유동이 발생하기도 한다. 근에는 분석결과의 정확성과 유체의 생산성을 향상시키기 위해 층간유동이 생산특성에 미치는 영향을 분석하는 연구가 주를 이루고 있다. 층별 생산량 할당과 층간유동 예측 모델 구축을 기반한 생산최적화 연구는 층간유동 및 다중 유정 시스템의 효과를 고려한 통합적인 분석과 영향인자의 정량화 연구를 바탕으로 수행 중이다.