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셰일가스저류층의 취성평가에서 가스포화도 효과 보정의 필요성과 유기물에 의한 취성도 감소 영향 분석
박은영(Eunyoung Park),김영석(Youngseuk Keehm) 대한지질학회 2021 대한지질학회 학술대회 Vol.2021 No.10
취성(Brittleness)은 광물, 공극률과 유기물이 배열되어 만들어진 암석의 골격(frame)이 급격히 깨지는 성질을 말한다. 검층자료로 취성을 평가할 때에는 취성광물과 전체광물의 무게비로 계산된 취성도(BIC)로 평균적인 취성을 분석하고, 탄성계수로 구한 취성도(BIE)로부터 공극률, 유기물 및 배열에 의한 세부적인 취성 변화를 분석한다. 셰일가스저류층에 포함된 가스는 암석의 취성에는 거의 영향을 미치지 않지만 BIE를 왜곡시킨다. 그래서 본 논문에서는 Exshaw층을 대상으로 가스포화도(Sg) 효과를 보정한 후에 유기물에 의한 취성도의 변화를 분석하였다. BIE는 상대적인 취성을 알려주므로 유체치환을 통해 Sg가 동일한 경우의 탄성계수를 계산하는 방법으로 효과를 제거하였다. Sg의 효과가 보정되면서 BIC가 증가하면 BIE도 증가하는 관계가 명확 해졌으며 두 취성도의 분포도 좁아졌다. 그리고 이전에는 관찰하기 어려웠던 유기물에 의한 BIE의 감소도 확인할 수 있었다. 이는 Sg에 의한 BIE의 왜곡이 커서 취성 변화를 분석하기 위해서는 Sg의 보정이 중요하다는 것을 지시한다. 다음으로 취성도와 유기물의 관계를 분석하였다. Exshaw층은 취성광물이 많으면 유기물도 많아서 BIC가 커지면 유기물도 증가하였다. 유기물과 BIE의 관계를 분석한 결과, 유기물은 BIE를 감소시켰고 이 효과는 취성광물이 많은 딱딱한(stiff) 암상에서 더 크게 나타났다. 유기물의 효과를 제거한 BIE를 계산해서 두 취성도를 비교해보니 BIC의 증가하면 BIE가 민감하게 커졌지만, 원래의 자료에서는 이 민감도가 줄어들어서 BIE의 증가폭이 확연히 작아짐을 확인할 수 있었다. 이러한 민감도의 감소는 BIC가 크면 취성광물이 많아서 유기물의 효과가 크고, 더불어서 유기물의 함량도 많아서 나타난 현상으로 해석된다. 일반적으로 셰일가스저류층에는 가스와 유기물이 존재하기 때문에 Exshaw층과 동일한 현상이 관찰될 것으로 추정된다. Sg는 BIE를 크게 왜곡시켜서 상대적인 취성 평가 및 유기물에 의한 취성 변화를 파악하기 어렵게 만들기 때문에 반드시 Sg의 효과를 제거하고 취성을 평가해야 된다. 그리고 Exshaw층과 같이 유기물의 외골격이 취성광물로 구성된 저류층에서는 BIC가 클수록 유기물이 취성에 미치는 효과도 크고 유기물의 함량도 많기 때문에 이를 고려하지 않으면 저류층의 취성을 과대평가할 수 있으므로 유의해야 한다.