정상유동법에 의한 암석의 상대투과도 측정

소개글

정상유동법에 의한 암석의 상대투과도 측정에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 이론
2. 실험장비
3. 실험순서
4. 결과분석
5. 결론 및 토의
6. 참고문헌

본문내용

건조된 코아의 무게
⑧
⑨
2. 계산과정
구분
Qwater
[cc/min]
Qgas
[cc/min]
ΔP
[psi]
core 무게
[g]
Qwater
[cc/sec]
Qgas
[cc/sec]
ΔP
[atm]
①
4
0
27
144.07
(물 포화시)
0.0667
0
1.8367
②
2
60
55
142.57
0.0333
1
3.7415
③
1
80
32.4
142.80
0.0167
1.333
2.2041
④
0.5
100
32
142.44
0.0083
1.667
2.1769
⑤
0
1ft3/199.8s
40
140.13
0
141.64
2.7211
① 물 4cc/min
② 물 2cc/min, 가스 60cc/min
③ 물 1cc/min, 가스 80cc/min
④ 물 0.5cc/min, 가스 100cc/min
⑤ 가스 141.64cc/sec
구 분
Sw [%]
krw
krg
①
100
1
0
②
85.24
0.2455
0.1301
③
87.5
0.2088
0.2949
④
83.96
0.1049
0.3736
⑤
61.22
0
25.4029
Krw
Sw
<물의 상대투과도>
Krg
Sw
<질소가스의 상대투과도>
■ 결론 및 토의
실험결과
부분적으로 첫 번째 실험과 마찬가지로 오차가 크게 나타났다. 우선 가장 큰 오차 부분은 ②번과 ③번 과정에서 물의 포화도가 낮아져야 함에도 불구하고 높아졌다는데 있다. 일반적으로 생각해 봤을 때 맨 처음 시료가 물에 거의 100% 포화되어 있는 상태(Sw = 100%)라 가정할 수 있었고(물에 미리 담가 두었기 때문에), ②번 과정에서 가스를 주입함으로 인해 물의 포화도가 줄고, ③번 과정에서 더 많은 가스를 주입함으로 인해 물의 포화도가 줄어야 하는 것이 어찌보면 당연한 결과임에도 그렇지 않게 나온 것이 문제이다.
오차의 원인을 하나하나 생각해보면, 제일 먼저 steady state 상태를 만족시켜주지 못했을 가능성이 있다. 이를 위해서는 가스를 충분한 시간 흘려보내 주어야 하는데 가스를 주입하는 syring 펌프의 용량이 500ml밖에 되지 않기 때문에 각 과정당 5분 정도의 시간만이 가스를 주입하는 시간이 된다. 이는 유입된 가스가 시간이 짧았기 때문에 충분히 유출되지 못했을 수도 있고, 그에 따라 steady state 상태를 만족하지 못했을 수 있다.
또 다른 원인으로는 압력차이도 생각해 볼 필요가 있다. ②번 과정에서의 ΔP는 약 3.74atm이었음에 반해 ③번 과정에서는 2.20atm이였다. ②번 과정이 ③번 과정에 비해 가스의 유입량은 적었지만 유입된 압력이 높았으므로 약간이라도 더 많은 물을 밀어냈을 수 있다.
이 외에도 간단하게 생각해보면 ②와 ③번 과정의 코어무게 차이가 0.36g 정도밖에 차이가 나지 않았다. 이는 코어 내부에 포함된 물의 양이 0.36cc(1g=1cc)밖에 차이가 나지 않았다고 이야기 할 수 있다. 0.36cc면 굉장히 작은 양이고 이 정도의 수치면 코어홀더에서 저울로 옮기는 과정에서 한방울의 물이라도 떨어지거나 더 흡수됨에 따라 차이가 날 수 있는 양이다. 코어홀더에서 암석을 빼는 과정이 매끄럽지 못하고 더딘 과정이 있었으므로 이에 따른 작은 차이가 충분히 일어날 수 있다고 본다.
Sw 감소폭이 적은 이유?
Sw는 암석 내 물의 포화도이다. 처음에는 물에 담가 두었으므로 100%로 가정할 수 있다(실제로는 100% 암석 내 공극이 모두 물로 포화될 수 없으므로 100%는 아니다). 실험 과정상 물의 비율에 비해 가스의 비율을 점점 늘려가므로 물이 압력차에 의해 밀려 나가게 되어 Sw는 그에 비례하여 낮아지게 될 것이다. 하지만 실험 상에서는 그 폭이 매우 적음을 알 수 있다.
그 이유는 가스를 주입하는 펌프의 용량이 500ml이므로 충분한 양의 가스를 주입해주지 못했기 때문에 Sw가 충분히 감소하지 못했을 것이다. 또한 가스는 비압축성이므로 압력이 굉장히 크지 않는 한 물을 효과적으로 밀어내지 못하게 된다. 물의 점성도 또한 고려해야 하는데 물의 점성도는 질소가스에 비해 50배 이상 크다. 암석 공극 사이에 물이 붙어 있는데 이를 그보다 점성도가 낮은 가스로 밀어내려 하니 효과적으로 밀어내지 못했을 것이다. 또한 암석이 대부분 gas-wet이 아니라 water-wet이므로 gas를 충분한 양과 압력을 주입하지 못한다면 Sw를 감소시키기 힘들 것이다. 이로 인해 최종적인 Swr(residual water saturation) 측정값은 61%라는 높은 값이 측정됨을 볼 수 있다.
Klinkenberg effect
기체를 사용하여 투과도를 측정할 때에 모세관에서 일어나는 가스분자의 미끄러짐 현상이 발생한다. 기체 분자의 평균 유동거리가 압력이 감소함에 따라 공극의 크기와 비슷하게 되면 기체분자의 미끄러짐이 일어나게 된다. 따라서 압력이 낮을수록 미끄러짐 효과가 현저하게 나타난다. 이러한 이유로 인해 기체를 사용하여 측정된 상대투과도는 실제 값보다 높아지게 된다. 이 klinkenberg effect 때문에 마지막 가스만 주입한 ⑤번 과정에서의 상대투과도가 25라는 값이 나오게 된다.
실험을 마치며
오차가 역시 치명적으로 존재한 실험이었다. 실험을 통해 그래프를 그리는 것이 주 목적인데 그 그래프에서 오차가 심하게 나타난 것이다. 위와 같은 오차 원인을 생각해보더라도 다른조와 비교해봤을때 약간 실망스러운 결과임에 틀림없다.
그래도 이번 실험을 통해 알게 된 것은 일반적으로 달시식을 통해 나타난 투과도(k)가 달시식에서와는 관계가 없는 유체포화도에 관련된 함수라는 것이다. 즉 유체의 포화도에 비례하여 상대투과도가 증가하거나 감소하게 되는 것이다.
또 가스의 상대투과도가 물에 비해 굉장히 크다는 것을 알게 되었다. 이는 클린켄버그 effect로 인한 결과로서 압력을 충분히 증가시키지 않는다면(300psi 이상) 우리가 일반적으로 생각할 수 없는 1 이상의 가스의 상대투과도가 나오게 된다.
■ 참고문헌
- 석유저류층 모델개발 연구, Ⅲ(과학기술처)
- 석유 저류층 시뮬레이션 전산모델 개발기술, 1단계 최종보고서(과학기술부)
- 정상·비정상유동법에 의한 상대유체투과율 측정에 관한 연구(이원석)

키워드

상댙투과도,   darcy,   투과도,   정상유동법,   절대투과도,   permeability,   달시 방정식