시추깊이와 총비용의 시대에 따른 변화 연구

이경북,최종근 한국자원공학회 2009 한국자원공학회지 Vol.46 No.2

본 연구에서는 시추깊이와 총비용(total upstream costs)의 시대별 변화에 대하여 조사하였다. 최대시추깊이는 40,000 ft를 넘었고 평균시추깊이는 7,000 ft 내외로 꾸준히 증가하는 추세이다. 평균시추깊이는 1990년대 이후 심해시추 빈도증가, 다양한 지역에서의 시추, 한계유전시추 등의 이유로 변화폭이 크게 나타났다. 총비용은 생산비용(lifting or production costs)과 부존확인비용(finding costs)의 합이다. 생산비용은 원유를 지표까지 끌어올리는 데 소요되는 유지, 운영 비용을 말한다. 부존확인비용은 탐사, 개발활동을 통해 확인매장량을 추가하는 데 드는 비용을 말한다. 총비용은 1980년대 중반 이후부터 배럴당 $10로 유지되었으나, 2004년 이후 증가하는 추세를 보이고 있다. 부존확인비용은 생산비용에 비해 절대적인 수치가 클 뿐 아니라 최근 급격한 증가를 보이며 총비용증가의 주요인이 되고 있다. 유럽지역의 경우 부존확인비용이 2003~2005년에서 2004~2006년에 걸쳐 122.1%의 증가를 보이며 총비용의 증가로 이어졌다. 중동지역에서는 생산비용을 구성하는 생산세금의 가격이 2005년에서 2006년에 걸쳐 약 67배나 올랐다. 이는 최근 구매자시장에서 판매자시장으로 변하고 있는 석유시장의 흐름을 잘 보여주고 있다. 심해의 경우 탐사 및 개발단계에서는 큰 비용이 들지만 이후 생산단계로 들어가면 육상과 큰 차이가 없다. This study is about the historical trend of drilling depth and total upstream costs. The average drilling depth is more or less 7,000 ft with a steady increase throughout years, but the deepest drilling depth records over 40,000 ft onshore in 2008. After 1990s the average drilling depth has fluctuated roughly because of drilling in various regions, increasing drilling numbers for deep subsea, and marginal oil fields. Total upstream costs are the sum of production costs and finding costs. Production costs are the costs to operate and maintain wells that are extracting a barrel of oil to the surface. Finding costs are the costs to add proved reserves through exploration and development. After mid 1980s total upstream costs showed stable trend around $10/bbl, but there was a upward trend since 2004. It was caused mainly by the increase of finding costs that were about two times bigger than lifting costs. In Europe, finding costs showed steep rise about 122.1% (from 2003~2005 to 2004~2006) resulting in increased total upstream costs. Production taxes which are elements of lifting costs increased about 67 times in Middle East (2004~2006). This trend reflects that world-wide oil market is changing from the buyer market to the seller market. Finding costs show a wide gap between onshore and offshore wells, but lifting costs are almost the same ranges between them.

Improvement of Ensemble Kalman Filter for Improper Initial Ensembles

이경북,최종근,조경남 한국자원공학회 2011 Geosystem engineering Vol.14 No.2

Ensemble Kalman filter(EnKF) has been widely researched in petroleum industry due to uncertainty analyses and convenience to couple with commercial simulators. However, the EnKF has shown overshooting and filter divergence problems when ensemble size becomes smaller or initial ensembles are quite different from the true. These problems of the EnKF result from unified covariance between model parameters and dynamic variables. Since all ensemble members have different model parameters, especially initial ensembles are improper, it is difficult to calculate representative covariance. We introduce the concept of clustered covariance into the standard EnKF. On the assimilation step, each ensemble members can be updated using more appropriate Kalman gain rather than the unified one. From the comparison of the performances using a 2-dimensional synthetic reservoir model, the EnKF shows that root mean square(RMS) error of the logarithm of permeability increases as ensemble size becomes smaller. Furthermore, it cannot estimate the uncertainty due to incorrect dynamic prediction. It is also fluctuating with an increasing trend when assimilation time interval becomes longer. The proposed method overcomes the typical problems mentioned. It is insensitive to ensemble size and assimilation time interval,even for improper initial ensemble design cases. The RMS error is below 1 over all the cases examined including 50ensemble size case and 100 days of assimilation time interval case. The dynamic prediction in small ensemble size is reliable with covering true performance trend despite the prediction band of initial ensemble member is failed to do so.

셰일자원량 평가기법의 분류 및 적용사례

이경북,손병국,이원석,이현석,최지영,홍성경 한국자원공학회 2017 한국자원공학회지 Vol.54 No.2

This paper compares assessment methodologies for shale resources to understand the amount of shale resources, which are estimated from various organizations. The ARI and BGS methods, which are a typical bottom-up approach, estimate shale gas and oil resources by a volumetric method using fundamental geology and engineering data. However, it introduces subjective success factors and recovery factor to convert the amount of originally in-place into risked technically recoverable resources. On the other hand, the USGS method adapts a top-down approach. Rather than focusing on the basic data, production-based data such as drainage area and estimated ultimate recovery are utilized to directly assess productivity of concerned shale resources. This method uses analogue data from US database when available production data are limited. Therefore, we have to figure out features in the methodologies and to choose an appropriate assessment method according to given data. 본 해설에서는 여러 기관에서 발표되는 셰일자원량에 대한 이해를 돕기 위해 평가기법을 비교하였다. 평가방식에 따라 상향식 접근법과 하향식 접근법으로 나눌 수 있다. 대표적인 상향식 접근법인 ARI 및 영국지질조사서 방법론은 기초 지질 및 공학 자료를 이용해 부피법을 근간으로 하여 셰일 가스 및 오일 자원량을 평가한다. 하지만 ARI 방법론은 부피법으로 부존량을 구한 후, 주관성이 큰 성공률과 회수율 인자를 통해 회수가능위험자원량을 계산하는문제점이 있다. 이에 반해 미국지질조사서 방법론은 하향식 접근법을 사용한다. 기초자료보다는 개별 유정의 배수구역과 궁극가채매장량과 같은 생산기반 자료를 이용하여 자원량을 산정한다. 생산자료가 없는 지역은 미국지역의 생산량정보를 유추하여 사용한다. 따라서 각 평가기법의 특징을 파악하고 평가하려는 셰일자원지역의 확보된 자료에따라 적합한 방법론을 선정해야한다.

거리기반 앙상블스무더를 이용한 채널저류층 불확실성평가

이경북,정승필,최종근 한국자원공학회 2015 한국자원공학회지 Vol.52 No.2

This paper suggests a new method of ensemble smoother(ES) for reliable uncertainty quantification. The method uses several Kalman gains rather than one representative Kalman gain. When the proposed method is applied to channelized reservoirs, the results manage typical overshooting and filter divergence problems. Also, they conserve channel connectivity and bimodal distribution of the model parameter. The proposed method can keep history matching time short since there are no modifications in the standard ES. Therefore, the time of the proposed method reduces more than 97% of that of ensemble Kalman filter(EnKF) with 45 assimilation steps and 200 total ensembles. The ES with a distance-based method provides reliable productions with reasonable uncertainty ranges. Also, prediction time of future performances can be reduced since the representative ensembles from each group estimate similar uncertainty ranges over all ensembles. Therefore, the proposed method can be applied for decision making because it gives fast and reliable uncertainty quantification for channelized reservoirs. 본 연구에서는 앙상블스무더의 불확실성평가 신뢰도를 향상하기 위해 초기앙상블을 잘 대표하는 다수의 칼만게인을 이용하는 기법을 제안하였다. 제안된 거리기반 앙상블스무더를 채널저류층에 적용한 결과, 기존의 오버슈팅과 필터발산 문제를 해결하였고 채널연결성과 이봉분포의 특징을 잘 보존하였다. 제안된 기법은앙상블스무더의 수식과 교정방식을 수정없이 사용하므로 계산속도가 빠르다. 따라서 200개의 앙상블로 45번의교정을 수행한 경우, 앙상블칼만필터의 소요시간보다 97% 이상 감소시켰다. 거리기반 앙상블스무더의 경우 유정별 생산량뿐만 아니라 누적 오일 및 물 생산량을 성공적으로 예측하였고 편향없는 불확실성을 제공하였다. 또한 군집별 대표앙상블만으로 전체앙상블과 비슷한 수준의 불확실성평가가 가능하므로 군집수에 반비례하여소요시간이 줄어든다. 따라서 제안된 기법은 빠르고 신뢰할 수 있는 불확실성평가가 가능하므로 채널저류층개발 시 의사결정을 위한 도구로 활용될 수 있다.

지질자원분야 기계학습 알고리즘 연구사례

이경북(Kyungbook Lee),김성일(Sungil Kim),박선영(Sunyoung Park),손병국(Byeong -Kook Son),김광현(Kwang Hyun Kim) 대한지질학회 2020 대한지질학회 학술대회 Vol.2020 No.10

순환신경망을 이용한 캐나다 셰일가스 생산량 예측 연구

이경북(Kyungbook Lee),임정택(Jungtek Lim),윤대웅(Daeung Yoon) 한국가스학회 2020 한국가스학회 학술대회논문집 Vol.2020 No.10

유정제어 작업시간이 시추공 내 킥 유입량 및 압력변화에 미치는 영향

홍시찬,이경북,안재우,김현태,박용찬 한국자원공학회 2016 한국자원공학회지 Vol.53 No.3

Gas kick during drilling operation threatens the wellbore stability by causing additional pressure increase. It can be worsen when kick influx increases caused by inadequate kick detecting capability in relevant equipments and additional well control time. Previous researches had common limitations of not considering operation time in variety of drilling environments up to sufficient extent. The purpose of this study is to examine the effects of operation time on the kick influx and pressure behaviors. In this study, supplementary operation time for kick detection, control, and removal was considered as the main input for an well control simulator, then analyzed for the required time in every well control step. Also, allowable time for kill mud mixing which could keep the wellbore stability was estimated when removing gas kick by using the Engineer’s method. 시추 중 지층으로부터 가스 킥(gas kick)이 유입되면 시추공 내 압력상승을 일으켜 시추공의 안정성을위협한다. 관련 장비의 킥 감지 능력과 유정제어 작업시간에 따라 킥 유입량이 늘어날수록 더 위험한 상황이된다. 기존의 연구들은 다양한 조건의 시추현장에서 벌어지는 작업시간을 충분히 고려하지 않은 한계를 가지고있다. 본 연구에서는 작업시간이 킥 유입량과 압력변화에 어떤 영향을 미치는지 검토하는 것이 목적이다. 이를위해 유정제어 과정을 킥의 탐지, 제한, 제거 세부분으로 나누어 발생할 수 있는 작업시간을 적용하였다. 또한킥 제거 시 공학자방법(engineer’s method)을 이용할 때 시추공의 안정성을 유지할 수 있는 허용 가능한 이수혼합시간을 추정하였다.

압축공기저장시설의 국내적용을 위한 지하공동의 기밀성 분석

박완문,이경북,정훈영,송원경,류동우,김형목,최종근 한국자원공학회 2010 한국자원공학회지 Vol.47 No.1

Most of renewable energies have disadvantage of uneven electric-power generation depending on time and weather conditions. CAES (Compressed Air Energy Storage) system stores compressed air in an underground cavern using surplus power. Then, the compressed air is used to produce electric-power when power-supply is needed. The core of CAES applicability is guarantee of airtightness of the storage. In this study, the effectiveness of a cavern for CAES in Korea is analyzed. In a standard case studied, 6.9% cavern pressure loss is observed after 24 hours. Through sensitivity analyses, to have less than 5% of pressure loss after 1 day, permeability of lining should be lower than 10-9 cm/s or rock depth be deeper than 100 m or permeability of rock be lower than 10-6 cm/s. The results of cross sensitivity analyses show that there is a relationship between rock depth and groundwater level for hydrostatic pressure. Even if rock depth becomes deeper, it does not provide sufficient pressure conservation, so permeability of rock is set lower than 10-5 cm/s. Although thickness of lining becomes thicker, its permeability should be lower than 10-9 cm/s for less than 5% pressure loss. 대부분의 재생에너지는 계절별, 시간대별 공급편차가 큰 단점이 있다. 대규모 에너지저장시스템인 압축공기저장시설(Compressed Air Energy Storage, CAES)은 잉여전력으로 공기를 압축하여 지하에 저장하고 전력공급이 필요할 때 압축공기로 전력을 생산한다. CAES의 핵심은 압축공기가 손실되지 않게 기밀성을 확보하는 것이다. 본 연구에서는 CAES의 국내도입을 위해 지하공동에 복공재(lining) 설치시, 기밀성확보가 가능한지를 공학적으로 분석하였다. 표준사례의 경우 1일이 지났을 때 6.9%의 압력손실률을 보였다. 민감도분석 결과 1일 후 5% 이내의 압력손실률을 확보하기 위해서는 복공재 투수계수가 표준사례의 0.1배인 10-9 cm/s 이하이어야 한다. 심도(암반두께)가 100 m 이상인 경우, 암반투수계수가 표준사례의 0.1배인 10-6 cm/s 이하이거나 지하수층의 위치가 지표부터 존재해야함을 알 수 있다. 교차민감도분석을 수행한 결과, 심도와 지하수층 위치가 상호보완관계에 있으며 5% 이내의 압력손실률을 확보하기 위해서는 심도가 깊어지더라도 암반투수계수가 표준사례인 10-5 cm/s 이하로 설정되야한다. 또한 복공재의 두께가 두꺼워지더라도 그 투수계수는 표준사례의 0.1배인 10-9 cm/s 이하로 설정해야한다.

다양한 시추궤도에서의 유성이수 유정제어 모델링

이태엽,최종근,이경북,성국주 한국자원공학회 2013 한국자원공학회지 Vol.50 No.4

A kick is unscheduled flow of formation fluids into the wellbore. Well control includes the whole process of kick prevention, kick detection, kick control, and kick removal. Well control may occur in a variety of drilling conditions. It is essential to understand kick behaviors for safe drilling. In this study, an oil based mud well control model is developed and it considers mud types, well trajectories, formation conditions and thermal effects of mud. When the gas kick occurs with oil based mud, it goes into solution resulting very small initial pit gain and choke pressure, which compensates hydrostatic pressure loss in the wellbore. These effects make kick detection more difficult and become remarkable as horizontal sections of well trajectories are long. However, if early kick detection is made in oil based mud, the kick removal in oil based mud can be much easier than that in water based mud, because low choke pressure is needed. 킥(kick)이란 의도하지 않은 상황에서 지층의 유체가 유정으로 유입되는 현상이다. 이러한 킥의 발생을 방지하며 킥이 유입된 경우 빠르게 감지하고 제어하여 안전하게 제거하는 과정을 유정제어(well control)라 한다. 유정제어는 다양한 시추상황에서 발생할 수 있어 킥의 거동을 파악하고 숙지하는 것은 안전한 시추를 위해 필수적이다. 본 연구에서 이수의 종류, 시추궤도, 지층조건, 열전달 효과를 고려한 유성이수 유정제어 모델을 개발하였다. 유성이수에서는 수성이수와 비교하여 가스킥의 용해현상 때문에 유성이수의 이수부피 증가와 이를 보상해 주기 위한 초크압력이 낮다. 따라서 킥감지가 어려우며 특히 이러한 현상은 시추궤도의 수평구간이 길수록 두드러진다. 하지만 만약 유성이수에서 킥을 빠른 시간에 감지할 수 있으면 수성이수에 비해 지표에서 가해주어야 할 초크압력이 낮으므로 킥을 제거하는 것이 더욱 용이할 수 있다.

머신러닝을 이용한 이미지로그의 압축파쇄대 깊이 검출모델 개발

염주열,김하영,이경북,장찬동,조영욱 한국자원공학회 2023 한국자원공학회지 Vol.60 No.4

This study developed a classification model for the detection of borehole breakout depths in image logs using machine learning algorithms. Approximately 1 km of image log data acquired in Gyeongju was preprocessed to make it suitable for applying machine learning algorithms. This included removing missing values and data within casing intervals and aligning the resolution among image log data — that is, vertical and horizontal resolutions were set at 0.01 m and 2.5°, respectively. Decision tree-based algorithms, random forest, and XGBoost were then applied to the preprocessed 99,090 data entries, which was divided into training (80%) and testing (20%) groups. The trained models were evaluated based on the false negative (FN) of the confusion matrix. The XGBoost model showed a superior predictive performance with 87 FNs when compared to the random forest model’s 162 FNs. The developed model can enable experts to perform detailed reviews of detected depths via the model. 본 연구는 머신러닝을 이용해 이미지로그의 압축파쇄대 깊이를 검출하는 분류모델을 개발하여 전문가 분석효율을 높이는 것이 목적이다. 경주지역 내 시추공에서 취득된 약 1 km 이미지로그에 대해 케이싱 구간 및 결측치를 제거하고 이미지로그 자료간 해상도(수직 및 수평 해상도가 각각 0.01 m와 2.5°)를 일치시키는 전처리과정을 수행하였다. 이를 통해 얻어진 총 99,090개 자료를 8:2 비율로 학습과 테스트 자료로 설정한 후, 의사결정나무 기반의 랜덤포레스트와 XGBoost를 적용하였다. 모델평가는 테스트자료에 대한 혼동행렬의 false negative(FN)를 통해 이뤄졌으며, XGBoost 모델은 FN이 87개로 랜덤포레스트 모델의 FN 162개에 비해 향상된 예측성능을 보였다. 이렇게 개발된 모델은 전문가의 압축파쇄대 상세 검출을 도와 분석 효율성을 제고할 수 있을 것으로 기대된다.