시추 중 지층 연결성 테스트 방법{Method for connectivity test between vertical formations while drilling}
본 발명은 지반을 시추하는 과정에서 지층 사이의 연결성을 테스트하는 방법에 관한 것으로서, 특히 유체가 투과할 수 있는 투과성 지층과 투과할 수 없는 비투과성 지층이 교대로 배치된 지층구조에서 시추 과정에서 지층들 사이의 연결성을 함께 테스트하는 방법에 관한 것이다.
지구온난화를 일으키는 온실가스는 메탄, 프레온가스, 이산화탄소 등 그 종류가 다양하지만, 전체 온실가스에서 이산화탄소가 차지하는 비중이 80%로 가장 클 뿐만 아니라 규제가능한 가스라는 점에서 온실가스 문제는 주로 이산화탄소에 초점이 맞춰져 있다. 이산화탄소 감축기술의 하나로서 최근 CCS(Carbon Capture & Storage)에 대한 기대가 증대되고 있다. 특히 국제에너지기구(IEA)에 의하면 2050년에는 이산화탄소 감축량 중 19%인 년간 약 92억톤의 이산화탄소를 CCS 기술에 의해 처리해야 하는 것으로 분석되었다. 실증 또는 상용화 규모라 부를 수 있는 CCS 프로젝트가 전세계적으로 4개 정도만 가동되고 있지만, 현재 계획 중인 프로젝트가 약 300개 정도이며, 2050년에는 3500개 이상의 프로젝트가 필요하다는 예측도 나와 있다. CCS의 저장분야인 지중저장기술은 발전소 등에서 포집된 이산화탄소를 육상 또는 해저 지하의 심부에 반영구적으로 저장시키는 기술로서 지질학적 환경에 따라 유전, 가스전, 대수층, 석탄층 등이 주요 저장소이다. 저장소를 결정할 때 가장 중요한 조건으로는 적어도 800미터 이상 심부 지역이어야 하며, 저류암(resoirvoir rock)의 공극률과 투과율이 높아야 하며, 저류암 상부에는 주입된 이산화탄소가 지상으로 누출되지 않는 덮개암(cap rock)이 존재해야 한다. 또한 덮개암의 밀폐성이 보장되어야 한다. 덮개암에 균열이 발달해 있다면, 저류암에 저장된 이산화탄소는 덮개암의 균열을 통해 상부 지층으로 유출되기 때문이다. 이산화탄소 저장은 지질조사를 통해 대상지역을 일차적으로 선정하고, 시추정을 형성한 후, 시추정의 덮개암층에 균열이 있는지를 확인하는 과정으로 이루어진다. 본 출원인에 의해 출원 및 등록된 특허 제0999030호에서는 시추 후 이산화탄소 포집설비로부터 주입장소까지의 모든 수송 및 주입설비가 완료된 상태에서 주입 중 압력변화를 모니터링 하는 방법이 개시되어 있다. 즉, 종래에는 시추정을 굴착하는 과정과 지층의 균열을 탐지하는 과정이 분리되어 있어 주입과정에서 압력변화를 모니터링 하여 상부층으로의 누출 가능성을 파악하고 이에 따라 주입을 중단하게 된다면 그 이전까지의 모든 기설과 소요된 시간은 무의미해질 수 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 드릴링을 통해 시추정을 형성하는 과정에서 지층들 사이의 연결성을 함께 테스트할 수 있는 시추 중 지층 연결성 테스트 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 시추 중 지층 연결성 테스트 방법은, 유체가 통과하지 못하는 불투과성의 암질로 형성된 덮개암층과, 상기 덮개암층의 상부와 하부에 각각 배치되며 유체가 통과할 수 있는 투과성(permeable)의 암질로 형성된 상부 저류층 및 하부 저류층을 포함하는 지층구조에서 시추와 함께 지층 사이의 연결성을 테스트하기 위한 것으로서, 내부관 및 상기 내부관을 감싸며 배치되는 외부관으로 이루어진 이중관과, 상기 이중관의 하단부에 회전가능하게 결합되어 지층에 구멍을 형성하는 비트와, 상기 비트로부터 상방으로 이격되어 상기 이중관의 외주면에 고정되게 설치되어 팽창가능한 제1팩커와, 상기 이중관에 설치되어 상기 이중관의 외주면과 시추공의 내벽 사이를 밀폐시키는 제2팩커 및 상기 제1팩커와 제2팩커 사이에 상기 이중관에 설치되는 압력센서를 포함하여 이루어진 시추관을 준비하는 장비준비단계; 상기 시추관의 하단부와 상기 제1팩커가 각각 상기 하부 저류층과 덮개암층에 배치되도록 상기 시추관을 굴진시켜 시추공을 형성하되, 상기 시추관 굴진시 상기 외부관을 통해 이수를 공급하고 상기 내부관을 통해 상기 이수와 암편을 회수하는 시추단계; 상기 시추관의 굴진을 멈춘 상태에서, 상기 제1팩커와 제2팩커를 팽창시켜 상기 압력센서가 배치된 측정공간을 밀폐시키는 밀폐단계; 및 상기 내부관의 입구부를 폐쇄시킨 상태에서, 상기 외부관을 통해 유체를 상기 하부 저류층에 주입하고 상기 압력센서를 통해 상기 측정공간의 압력변화를 센싱하는 측정단계;를 포함하는 것에 특징이 있다. 그리고 상기 압력센서는 상기 상부 저류층과 동일한 심도에 배치되는 것이 바람직하다. 또한 시추 과정에서 사용되는 이수는 머드(mud)이며, 측정단계에서 사용되는 유체는 머드 이외에 물 또는 가스이다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 제2팩커는 상기 이중관을 따라 상하로 이동가능하게 설치되는 것이 바람직하다. 특히, 상기 제2팩커는 상기 이중관의 외면과 상기 시추공벽 사이에 밀착되게 끼워지는 피스톤으로서, 상기 피스톤의 상부에서 상기 이중관의 외주면과 상기 시추공의 내벽 사이에 인가되는 유압에 의해 상하방향으로 이동가능하다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 하부 저류층에 유체를 주입한 후 상기 측정공간의 압력이 상승하는 경우, 상기 하부 저류층에 유체가 주입되기 시작한 시점으로부터 상기 측정공간의 압력이 상승한 시점까지의 시간을 이용하여 유체가 유출되는 영역을 탐지할 수 있다. 그리고 상기 하부 저류층에 유체의 주입을 중단한 후 상기 측정공간의 압력이 하강하는 경우 상기 하부 저류층에 유체의 주입을 중단한 시점으로부터 상기 상부 저류층의 압력이 하강한 시점까지의 시간을 이용하여 유체가 유출되는 영역을 추정한다. 또한 상기 상부 저류층의 압력변화의 크기를 이용하여 상기 압력센서로부터 유체가 유출되는 영역까지의 거리를 탐지한다. 지층구조에서는 저류층과 덮개암층이 교대로 반복적으로 나타나며, 본 발명에서는 상기한 바와 같은 교대로 반복되는 지층구조에서, 상기 측정단계 후 상기 시추관을 다시 굴진시키면서 상기 시추단계, 밀폐단계 및 측정단계를 반복하여 원하는 심도까지 모든 지층에서 연결성을 테스트할 수 있다.
본 발명을 통해 시추와 함께 지층 사이의 연결성을 테스트할 수 있으므로, 이산화탄소 저장 기술에서 중요한 기술적 요소인 덮개암층의 밀폐성 여부를 정확하게 측정할 수 있다. 기존에는 시추가 완료된 후 주입단계에서 덮개암층에 대한 연결성 테스트를 수행함으로써 사업추진에 불확실성이 남아 있었으나, 본 발명을 통해 CCS 기술의 경제성을 제고할 수 있다. 본 발명에서는 시추 중 지층의 연결성 테스트를 함께 수행함으로써 대상 시추정이 가스 저장층으로 사용할 수 있는지 여부를 즉각적으로 확인할 수 있으므로, 추후 이산화탄소 유출의 문제에 신뢰성있는 해답을 제시할 수 있다. 또한, 유체주입시점 또는 유체주입의 중단시점으로부터 상부 저류층에서 압력변화가 나타나는 시간 간격을 이용하거나, 상부 저류층의 압력변화 크기를 이용하여 덮개암층에서 밀폐성이 보장되지 않는 영역을 추정할 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시추 중 지층 연결성 테스트 방법의 개략적 공정 흐름도이다.
도 2는 본 발명에서 사용하는 시추관을 이용하여 지반에 시추정을 형성하고 지층의 연결성을 테스트하는 방법을 설명하기 위한 개략적 단면도이다.
도 3은 도 2의 A부분의 개략적 확대도이다.
본 발명에 따른 시추 중 지층 연결성 테스트 방법은 주로 이산화탄소 저장 시스템인 CCS에서 가스 주입정(시추정)을 드릴링하는 과정에서 덮개암층의 밀폐성을 함께 테스트하는데 적용하는 것을 주목적으로 한다. 그러나, 본 발명이 CCS 분야에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 압축공기 저장(CAES), 석유, 지하수 생산 등과 관련한 시추방법에도 모두 적용가능하다는 점을 밝혀둔다. 이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 CCS 분야의 지중 저장기술 분야에 대하여 예를 들어 본 발명의 일 실시예에 따른 시추 중 지층 연결성 테스트 방법에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시추 중 지층 연결성 테스트 방법의 개략적 공정 흐름도이며, 도 2는 도 1에 도시된 실시예에 따라 시추 중 지층 연결성을 테스트하는 방법을 설명하기 위한 개략적 도면이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 시추 중 지층 연결성 테스트 방법은 육상 또는 해양 지중에 이산화탄소 등의 가스를 저장하기 위하여 시추정을 형성하는 과정에서 지층들 사이의 연결성을 테스트하기 위한 것으로서, 특정한 패턴의 지층 구조가 요구된다. 즉, 본 발명은 저류층(11,12)과 덮개암층(20)이 교대로 배치되는 지층 구조에 적용되는 것이다. 저류층과 덮개암층이 교대로 반복되지 않더라도, 적어도 하나의 덮개암층과, 이 덮개암층의 상부와 하부에 각각 저류층이 배치되어 있는 지층 구조에 대해서 본 발명이 적용된다. 우선 저류층(11,12)과 덮개암층(20)에 대하여 설명한다. 저류층(11,12)은 다공성 및 투수성을 가지는 암질로 이루어져 있는 지층을 말하며, 모래, 사암, 장석질 사암 등의 퇴적암층이 이에 해당된다. 저류층에는 공극이 발달되어 있기 때문에 석유, 천연가스 또는 지하수가 공극에 충진되어 있으며, 압력이 가해짐에 따라 저류층을 따라 이동될 수 있다. CCS 저장기술과 관련해서는 저류층은 이산화탄소를 주입 및 저장되는 장소를 제공한다. 저류층은 새롭게 개발될 수도 있지만, 이미 개발이 완료된 유전이나 가스전을 활용할 수도 있다. 또한 지하수가 암석의 공극을 채우고 있는 대수층도 저류층으로 사용될 수 있다. 이산화탄소 저장의 원리를 보다 구체적으로 설명하면, 다공성 암질로 이루어진 저류층(11,12) 내의 미세한 공극들은 석유나 천연가스 같은 탄화수소 또는 물과 같은 유체로 포화되어 있는데, 이산화탄소 등의 가스를 고압으로 저류층(11,12)에 주입하면 가스가 공극 내의 유체를 밀어내면서 저류층의 공극에 충전되면서 저장되는 것이다. 또한 저류층(11,12)은 지하의 심부, 대략 800m 정도의 심도를 가지고 있어야 고압으로 가스를 주입 및 저장할 수 있다. 덮개암층(20)은 저류층(11,12)의 상부에 또는 상부와 하부에 배치되어 유체를 저류층(11,12) 내에 가두는 역할을 한다. 따라서 덮개암층(20)은 공극률과 투수율이 극히 낮은 불투과성 암질로 이루어지는 것이 일반적이다. 일반적으로 셰일층이 덮개암층(20)으로 작용하는 경우가 많다. 본 발명은 이산화탄소 주입을 위한 시추정을 형성하는 과정에서 지층 사이의 연결성을 함께 테스트하는 방법을 제공한다. 본 발명을 수행하기 위해서는 우선 특수한 형태의 시추관이 요구된다. 도 2를 참고하면, 본 발명에서 사용하는 시추관(100)은 이중관(60)과 비트(70)를 구비한다. 기존의 시추관은 단일관 형태로서 하단부에 비트가 결합되어 있는 형태인데 반하여, 본 발명에서는 단일관이 아니라 이중관 형태가 채용된다는 점에서 차이가 있다. 이중관(60)은 내부관(40) 및 외부관(50)으로 이루어진다. 내부관(40)은 외부관(50)에 삽입되어 전체적으로 이중의 관을 형성한다. 즉, 내부관(40)의 내측은 유체가 유동되는 제1유동로(61)가 기능하며, 외부관(50)의 내주면과 내부관(40)의 외주면 사이에도 유체가 유동될 수 있는 제2유동로(62)가 형성된다. 그리고 이중관(60)의 하단부에는 비트(70)가 회전가능하게 결합된다. 비트(80)는 기존의 시추관과 마찬가지로 회전하면서 지반의 암석을 파쇄하여 시추관이 굴진하게 한다. 또한 본 발명에서 사용하는 시추관(100)에는 제1팩커(80) 및 제2팩커(90)가 마련된다. 제1팩커(80)는 비트(70)가 결합되어 있는 이중관(60)의 하단부로부터 일정 거리만큼 상방으로 이격되어 이중관(60)의 외주면에 고정되게 결합된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제1팩커(80)는 본체부(81)와 팽창부(82)로 이루어진다. 본체부(81)는 관 형상으로 이루어져 상단부와 하단부가 외부관(50)에 관 이음된다. 본 실시예에서는 제1팩커(80)의 본체부(81)는 나사결합되는 것으로 도시하였다. 팽창부(82)는 탄성적으로 팽창 가능한 소재로 이루어지며, 본체부(81)의 외주면에 결합된다. 팽창부(82)의 내주면과 본체부(81)의 외주면 사이에는 공간부(83)가 형서되며, 이 공간부(83)로 유체를 주입할 수 있도록 본체부(81)에는 유입공(84)이 마련된다. 유입공(84)에는 이중관(60)의 내측을 따라 배치되는 유체주입관(85)이 연결되어 있어, 공간부(83)로 유체를 유입 및 유출시킬 수 있다. 유체가 주입되면 팽창부(82)는 팽창하여 시추정(w)의 내벽에 밀착된다. 제2팩커(90)는 제1팩커(80)의 상단부에 배치되며, 이중관(60)을 따라 상하방향으로 이동가능하다. 본 실시예에서, 제2팩커(90)는 피스톤 형태로 이루어지는 점에 특징이 있다. 제2팩커(90)는 고리형으로 형성되어 이중관(60)의 외주면에 끼워져서 시추정(w)의 내벽에 밀착되며, 상하방향으로 슬라이딩 가능하다. 본 실시예에서, 시추정(w)의 상부에는 케이싱(c)이 설치되는데, 제2팩커(90)는 케이싱(c)이 설치된 범위 내에서 이동될 수 있다. 다만, 제2팩커(90)가 반드시 케이싱(c) 범위 내에서만 이동가능한 것은 아니며, 시추정(w)의 하측으로 이동될 수도 있다. 본 실시예에서는 제2팩커(90)를 이동시키기 위해서는 유압 방식을 사용한다. 즉, 시추정(w)의 상부는 덮개(s)에 의하여 막혀 있으므로, 제2팩커(90)와 덮개(s) 사이에는 밀폐된 공간(31)이 형성되는데, 이 공간(31)이 실린더 내부의 역할을 수행한다. 제2팩커(90)의 하측 공간(외주관과 시추공벽 사이의 공간)에는 시추 과정에서 공급된 이수가 충전되어 있는 상태에서, 펌프(91)를 작동시켜 유체주입라인(91)을 통해 유체를 공간(31)에 주입하여 유압을 인가하면, 제2팩커(90)는 하방으로 슬라이딩된다. 역으로 유체를 회수하여 유압을 해제하면 제2팩커(90)는 상방으로 이동된다. 제1팩커(80)와 제2팩커(90)의 사이에는 제1압력센서(41)가 이중관(60)의 외벽에 설치된다. 그리고 제1팩커(80)의 하측에도 이중관(60)의 외벽에 제2압력센서가 설치된다. 도 2에서 미설명한 참조번호 r은 시추 중 이중관(60)을 통해 이수를 공급하고, 회수된 이수와 암편을 분리하여 순환시키는 이수 순환 시스템이다. 상기한 구성으로 이루어진 시추관(100)을 마련한 후(장비마련단계), 본 발명에 따라 시추와 테스트를 함께 수행한다. 시추단계에서는 시추관(100)을 수직하게 세운 상태에서 비트(70)를 회전시켜 지반(g)을 굴착함으로써 시추정(w)을 수직 하방으로 형성해 간다. 이수 순환 시스템(r)에서는 이수(mud)를 제2유동로(62)를 통해 비트(70)의 하단부로 공급한다. 이수가 공급되면서 비트가 암석을 파쇄하면 암편이 발생되는데, 이수와 암편은 제1유동로(61)를 통해 이수 순환 시스템(r)으로 회수된다. 이수와 암편은 이중관(60)과 시추정(w) 내벽 사이의 공간으로도 유입될 수 있지만, 시추정(w)의 상부에는 제2팩커(90)가 시추정(w)과 이중관(60) 사이의 유출로를 폐쇄하고 있으므로, 이수와 암편은 모두 제1유동로(61)를 통해 이수 순환 시스템(r)으로 회수된다. 이수 순환 시스템(r)에서는 암편과 이수를 상호 분리한 후, 이수를 다시 시추정(w) 내부로 공급한다. 시추단계에서는 제2팩커(90)는 시추정(w)과 이중관(60) 사이를 밀폐시키지만, 제1팩커(80)는 팽창되지 않은 상태를 유지한다. 시추단계에 시추관(100)이 상부 저류층(11)과 덮개암층(20)을 통과하여 하부 저류층(12)까지 도달하면 일단 시추를 중지한다. 시추가 중단된 상태에서, 비트(70)는 하부 저류층(12)에 배치되며, 제1팩커(80)는 덮개암층(20)에 배치된다. 다만, 제1팩커(80)는 덮개암층(20)과 하부 저류층(12)의 경계에 배치될 수도 있다. 중요한 점은 제1팩커(80)의 상부의 공간, 보다 엄밀하게는 제1팩커(80)와 제2팩커(90) 사이에 밀폐된 테스트 공간(t)이 하부 저류층(12)과 상호 연결되어 있지 않아야 한다는 것이다. 그리고 제1압력센서(41)는 테스트 공간(t) 내에 배치되면 된다. 테스트 공간(t)은 밀폐되어 동일한 압력으로 형성되므로 제1압력센서(41)의 위치에 따라 압력이 다르게 나타나지는 않지만, 상부 저류층(11)과 동일한 심도에 배치되는 것이 바람직하다. 상기한 바와 같이, 시추단계를 일시적으로 중단한 상태에서, 테스트를 위한 밀폐단계를 수행한다. 제1팩커(80)를 팽창시켜 시추정(w)의 내벽과 이중관(60)의 외주면 사이를 완전히 밀폐시킨다. 제2팩커(90)는 시추정(w)의 상부에서 이미 이중관(60)과 시추정(w) 내벽 사이를 밀폐하고 있으므로, 제1팩커(80)와 제2팩커(90) 사이에는 밀폐된 테스트 공간(t)이 형성된다. 그리고 내부관(40)의 상측을 밀폐시켜 제1유동로(61)를 폐쇄시킨다. 상기한 바와 같이 밀폐단계가 완료되면 측정단계를 수행한다. 측정단계에서는 이수의 공급을 중단한 상태에서 제2유동로(62)를 통해 유체를 주입한다. 유체는 지하 환경에 악영향을 미치지 않는 물이 사용될 수 있다. 유체는 시추관(100)의 하단부로 배출된 후 하부 저류층(12)으로 유입된다. 이 때 제2압력센서(42)에서는 제1팩커(80) 하측 공간(b)의 압력을 측정한다. 하부 저류층(12) 위에 배치되는 덮개암층(20)에 균열이 없거나, 균열이 있더라도 하부 저류층(12)과 상부 저류층(11)을 상호 연결하지 않는 경우라면, 제1팩커(80) 상부의 테스트 공간(t)에서는 유체의 주입에 따른 압력변화가 나타나지 않을 것이다. 그러나 덮개암층(20)에 균열(21)이 발달되어 있거나, 공극률이 높은 경우라면 덮개암층(20)이 하부 저류층(12)을 밀폐시키지 못한다. 이런 경우라면 하부 저류층(12)으로 고압으로 주입된 유체에 의하여 압력이 덮개암층(20)을 통해 상부 저류층(11)으로 전달된다. 보다 구체적으로 설명하면, 상부 저류층(11)과 하부 저류층(12)의 공극, 덮개암층(20) 내의 공극 또는 균열에는 물이나 가스 등에 의하여 포화되어 있는데, 이 상태에서 하부 저류층(12)으로 고압의 유체가 주입되면 공극 내의 기존 유체들이 순차적으로 압력을 전달받으므로 최종적으로는 상부 저류층(12)에도 압력이 상승된다. 제1압력센서(80)에서는 유체를 주입한 시점으로부터 일정 시간 경과 후 테스트 공간(t)의 압력 변화를 측정함으로써, 덮개암층(20)의 밀폐성을 테스트할 수 있다. 압력이 유의미한 범위에서 변화하는 경우라면 덮개암층(20)이 하부 저류층(12)과 상부 저류층(11) 사이를 연결하고 있는 것으로 파악할 수 있으며, 압력 변화가 없거나 미미한 겨우라면 덮개암층(20)의 밀폐성을 검증할 수 있다. 덮개암층(20)의 밀폐성이 보장되지 않는다면, 하부 저류층(12)에 이산화탄소를 주입하여 저장하기에 적합하지 않은 것이므로 시추 과정에서 해당 지층이 이산화탄소를 저장하기에 적합한지를 미리 판단할 수 있다. 상기한 바와 같이, 유체의 주입에 따른 압력의 변화를 측정하는 방식은 테스트 결과를 즉시 확인할 수 있으므로 유익하다. 즉, 압력은 유체(주입된 가스 또는 공극 내 포화되어 있던 탄화수소나 물 등의 유체)의 실질적 이동 없이도 상부 저류층(11) 전체에 빠른 속도로 전파되는 특성이 있다. 즉, 유체의 유입에 따른 상부저류층(11)의 압력변화는 유체의 실질적 이동 시간에 비하면 거의 즉각적으로 탐지가 가능하므로 지층의 연결성 테스트 수단으로 매우 유용하다. 상기한 바와 같이, 덮개암층(20)의 밀폐성 또는 연결성을 테스트 한 후에는 다시 시추단계를 반복한다. 즉, 제1팩커(80)를 수축시킨 후, 제1유동로(61)를 개방하고, 제2유동로(62)를 통해 다시 이수를 공급하면서 시추관(100)을 현 위치보다 하방에 배치된 하류 저류층까지 굴진한다. 그리고 상기한 바와 같은 밀폐단계 및 측정단계를 수행한다. 상기한 방식으로, 기초 지질조사에서 결정된 심도까지 시추와 테스트를 함께 수행할 수 있다. 이하, 본 발명에 따른 시추 중 지층 연결성 테스트 방법의 운용예에 대하여 설명한다. 우선, 유체 주입에 따른 상부 저류층(11)에서의 압력변화 사이의 상관성을 통해 본 발명에서는 덮개암층(20)에서 가스가 유출되는 영역 또는 밀폐성이 유지되지 않는 영역을 측정할 수 있다. 즉, 가스가 유출된 영역이 제1압력센서(41)와 근거리에 있는 경우 원거리에 있는 경우에 비하여 압력전달시간이 짧다. 역으로 가스유출영역이 압력센서로부터 원거리에 있으면 압력전달시간이 상대적으로 길다. 이러한 점에 착안하여, 본 발명에서는 가스를 하부 저류층(12)에 주입하는 시점으로부터 상부 저류층(11)의 압력이 상승하는 시점까지의 시간을 측정하여 이 시간을 이용하여 유출이 발생된 거리를 역추할 수 있다. 대략 제1압력센서(41)을 중심점으로 동심원을 따라 유출발생지역을 추정할 수 있다. 다만, 제1팩커(80)가 시추정(w)의 내벽과 이중관(60) 사이를 완전하게 밀폐하지 못했다면, 유체를 하부 저류층(12)에 주입한 이후 즉각적으로 테스트 공간(t)의 압력상승이 측정될 수 있다. 이러한 경우에는 덮개암층(20)의 밀폐성이 문제되는 것은 아니므로 제1팩커(80)를 수축 후 다시 팽창시킨 후에 다시 압력측정을 시도해 볼 수 있다. 그러나 일반적으로는 유체 주입시점으로부터 상부 저류층(11)의 압력이 상승하는 시점까지의 시간을 통해 밀폐성이 보장되지 않는 영역을 예측한다. 거리와 압력변화시점 사이의 상관성을 정량화하기에는 많은 변수가 있다. 상부 저류층(11)의 공극률, 투수율, 지층들 사이의 경계조건, 유체 주입압력 등에 따라 압력변화시점이 달라질 수 있다. 한편, 유체를 주입하기 시작한 후 일정 시간이 경과하면 시간에 따라 압력의 변화가 없는 정상상태에 이르게 된다. 즉, 덮개암층(20)에 균열이 있는 경우라고 하더라도 유체를 주입하기 시작한 시점에 상부 저류층(11)의 압력상승이 발생하고 나면 시간의 경과에 따라 압력변화가 없이 일정하게 유지된다. 이렇게 정상상태를 유지하는 가운데에 갑자기 상부 저류층(11)의 압력이 상승한다면 이는 새롭게 유체의 유출이 발생된 것으로 판단할 수 있다. 정상상태가 해제되는 것은 덮개암층(20)에 새롭게 균열이 발생하였다고 볼 수 있기 때문이다. 다만, 하부 저류층(12)에 유체 주입을 시작한 후 정상상태를 유지하고 있는 경우라도 일정 범위 내에서는 압력변화가 있을 수 있으므로, 본 발명에서는 일정한 범위 내에서의 압력변화는 필터링하고 일정 범위를 초과하는 압력상승시에만 새롭게 균열이 발생한 것으로 판단한다. 또한, 하부 저류층(12)에 유체 주입을 중단하게 되면 정상상태가 해제되면서 상부투수층(30)으로의 유체유입도 줄어들게 된다. 이에 가스주입을 중단한 시점으로부터 상부투수층(30)의 압력이 하강한 시점까지의 시간 사이의 상관성을 이용하여 가스유출 발생지역을 유추할 수 있다. 압력하강이 탐지된 시간과 제1압력센서(41)로부터 유체의 유출이 발생한 지점까지의 거리는 비례관계에 있으므로, 시간이 길어짐에 따라 제1압력센서(41)를 중심점으로 하여 반경을 넓혀가며 동심원 영역으로 유출지역을 예측할 수 있다. 한편, 압력변화가 탐지되는 시점이 아니라 압력변화의 크기로도 유체 유출 지역을 예측할 수 있다. 즉, 동일한 압력으로 유체를 주입함에도 유체유출 발생지역이 제1압력센서(41)로부터 근거리인 경우가 원거리인 경우에 비해서 상부 저류층(11)의 압력변화가 크게 일어난다. 압력은 전방위적으로 전달되므로 원거리에서 압력이 전달되면 근거리인 경우에 비하여 압력의 손실이 커지며, 그 전달 경로상에서 주변의 조건에 영향을 받아 압력의 손실이 수반되기 때문이다. 본 발명에서는 상기한 바와 같이 상부 저류층(11)에서 압력변화가 탐지되는 시간 및 압력변화의 크기를 이용하여 유체의 유출이 발생된 지점(덮개암층의 밀폐성이 밀폐성이 깨진 영역)을 예측 및 판단할 수 있다. 다만, 정확히 정량적으로 위치와 거리를 판단하는 것은 주변의 조건들이 고려되어야 가능하겠지만, 본 발명을 통해 정량적 측정의 기초가 마련될 수 있다. 지금까지, 제2팩커는 케이싱과 시추관 사이에 끼워져서 유압에 의해 상하로 움직이는 것으로 설명 및 도시하였으나, 제2팩커의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며 제1팩커와 동일한 구성으로 이루어질 수도 있다. 또한 시추관의 상부에 수직하게 레일을 구성하고, 고리형의 제2팩커가 이 레일에 결합되고, 모터의 회전운동을 직선운동으로 바꾸는 기어에 의해서 레일을 따라 상하 이동하는 방식으로도 구성할 수도 있음을 첨언한다.
100 ... 시추관 11 ... 상부 저류층
12 ... 하부 저류층 20 ... 덮개암층
40 ... 내부관 41 ... 제1압력센서
42 ... 제2압력센서 50 ... 외부관
60 ... 이중관 61 ... 제1유동로
62 ... 제2유동로 70 ... 비트
80 ... 제1팩커 90 ... 제2팩커 |
