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셰일 가스 근원암/저류암의 열적 성숙도 평가 기법

- 서캐나다 퇴적 분지 데본기 셰일층에 관한 사례 연구

Methods for thermal maturity estimation in shale gas source/reservoir rocks : A case study of a Devonian shale in Western Canadian Sedimentary Basin
지질학회지 제54권 제1호, 2018.2, 61-74 (14 pages)
DOI :10.14770/jgsk.2018.54.1.61
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초록
셰일층의 열적 성숙도는 다양한 기법으로 평가 가능하나 셰일층에 잔류하는 유기물 특성에 따라 평가 정확도가 달라지기 때문에 열적 성숙도 평가 시 주의가 요구된다. Horn River 분지의 과성숙한 데본기 셰일층은 케로젠의 함량이 매우 낮고 비트리나이트가 부재하여 일반적으로 사용되는 비트리나이트 반사도와 Rock-Eval 열분석 기법을 통해 열적 성숙도를 평가하기 어렵다. 셰일층에 다량 포함된 고형 비투멘(solid bitumen)의 반사도는 열적 성숙도 평가의 대안으로 사용되어 왔으나 열적 성숙도 이외의 요인에 의해 영향을 받는 단점이 있다. Horn River 분지의 고형 비투멘 반사도에서 변환한 비트리나이트 반사도는 유기화합물 지시자(MPI-1)로부터 변환된 비트리나이트 반사도와 유사하다. 따라서 이 연구에서는 고형 비투멘 반사도를 Horn River 분지 데본기셰일층의 열적 성숙도 평가 지시자로 활용하였다. Horn River 분지 데본기 셰일층의 변환된 비트리나이트 반사도는 평균 1.9%로 가스 생성단계에 도달하였음을 지시한다. 총유기탄소(total organic carbon, TOC)의 함량은 1.5-6.8(평균: 3.8) wt%로 높은 값을 보이며 TOC에 포함된 잔류 유기탄소(residual carbon, RC)의 비율이 90% 이상이다. 이는 대부분의 열분해 유기탄소(pyrolysable carbon, PC)가 탄화수소로 변환되었고 유기공극이 발달하였음을 지시한다. 따라서 Horn River 분지의 데본기 셰일층은 가스 생성 및 저장 잠재성이 높은 셰일가스 근원암/저류암으로 판단된다.

Thermal maturity has been estimated from various methods. Because residual organic matters in shales possibly cause erroneous maturity assessment, the methods need to be applied with caution. The Devonian shales in the Horn River Basin contain little vitrinite and show too low S2 value to obtain reliable Tmax. Thus, it is difficult to estimate reliable thermal maturity from the Rock-Eval pyrolysis and vitrinite reflectance analysis. These Devonian shales contain abundant solid bitumen. The reflectance of solid bitumen has been used as an alternative for maturity estimation, but it could be affected by other factors rather than thermal maturity. In this study, the vitrinite reflectance converted from the solid bitumen reflectance is in good agreement with the vitrinite reflectance from MPI-1(Methylphenantrene Index-1) values. This result suggests that the reflectance of solid bitumen is alternative maturity indicator of the Devonian shales in the Horn River Basin. The converted vitrinite reflectance (av. 1.9%) shows that the shale samples are within the gas window. TOC (total organic carbon) values range from 1.5 to 6.8 (a.v. 3.8) wt% and RC (residual carbon) contents represent up to 90% of TOC. The results indicate that most of PCs (pyrolysable carbons) have already been converted to hydrocarbon and organic pores have been developed. Thus, the Devonian shales in the Horn River Basin would have good potential of gas generation and storage.

목차
요약
ABSTRACT
1. 서론
2. 열적 성숙도 평가기법
3. 일반지질
4. 연구방법
5. 연구결과 및 토의
6. 결론
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