알래스카 북부 경사면에서 가스 하이드레이트 함유 사암 저류층의 감압 기반 가스 생산을 이해하기 위한 10개월간의 생산 시험이 성공적으로 수행되었다. 본 연구는 JOGMEC-DOE-USGS 협력 가스 하이드레이트 R&D 프로젝트의 일환으로, 25년 이상 지속된 공동 연구의 연장선상에서 진행되었다.
2018년 시추된 '층서 시험정'의 결과를 바탕으로, 두 개의 생산정과 하나의 지질과학 데이터 수집정을 포함하는 시험 프로그램이 설계되었으며, 이를 위해 맞춤형 지상 생산 시험 시설이 구축되었다. 과거 일본, 미국, 캐나다의 현장 시험에서 얻은 교훈을 바탕으로 샌드 컨트롤, 인공 양수, 센서(온도, 압력, 변형률, 음향) 설치 등 핵심 시스템 설계가 이루어졌다.
2023년 9월 19일 생산 시험이 시작되었으며, 인공 양수 시스템 문제로 인한 주기적인 중단에도 불구하고 총 216일 동안 감압이 진행되었다. 초기 1250psi에서 약 400psi의 안정적인 시추공 압력 강하가 두 달 이상 유지되어 지속적인 데이터 수집이 가능했다. 시험 마지막 단계에서는 더 낮은 시추공 저부 압력을 달성하기 위해 대체 인공 양수 시스템이 설치되었다.
일정한 시추공 저부 압력에서 두 달간 연속 생산된 기간의 주요 결과는 다음과 같다. 첫째, 생산율의 증가나 감소 없이 안정적인 생산이 이루어졌다. 둘째, 모든 모니터링정에서 압력 및 온도 변화가 관찰되어, 이는 저류층 내에서의 유체 흐름과 열 전달이 광범위하게 발생했음을 시사한다.
알래스카 북사면 프루도만에서 2023-2024년 동안 감압을 통한 가스 하이드레이트층 장기 가스 생산 현장 시험이 수행되었다. 이 프로젝트는 JOGMEC, DOE/NETL, USGS의 협력으로 진행되었으며, 장기 가스 생산 시 저류층의 반응을 조사하고 향후 산업화 및 상업화를 위한 기술적 통찰력을 제공하는 것을 목표로 했다.
총 운영 기간은 315일이었으나, 표면 시설 및 시추공 장비 문제, 문제 해결, 펌프 교체 등으로 인한 중단 기간을 제외한 순수 가스 생산 기간은 216일이었다. 예상보다 높은 가스-물 생산 비율로 인한 ESP의 잦은 가스 잠김 현상으로 안정적인 펌프 작동에 어려움이 있었으나, 약 850 psi (약 5.9 MPa)의 유동정저압(FBHP)에서 약 2개월간 지속적인 가스 생산이 유지되었다.
이 기간 동안 가스 생산량은 약 60 Mscf/일 (1,700 m3/일), 물 생산량은 약 17 bbl/일 (2.7 m3/일)을 기록했다. ESP를 사용한 생산 운영의 마지막 단계에서는 샌드 컨트롤 장치를 통한 압력 전달이 크게 감소했다. ESP를 제트 펌프로 교체하여 FBHP를 대폭 낮췄음에도 불구하고, 충분한 저류층 압력 감소를 달성하지 못했다.
다수의 게이지와 센서 케이블을 설치하여 가스 하이드레이트 해리에 따른 저류층 압력, 온도, 변형률의 시간적, 공간적 변화를 성공적으로 모니터링했다. 이 연구는 가스 하이드레이트 개발의 기술적 난제를 이해하고, 향후 상업적 생산 전략 수립에 중요한 기반을 제공한다.
알래스카에서 JOGMEC-DOE-USGS 협력 프로젝트의 일환으로 가스 하이드레이트의 장기 생산 거동을 파악하기 위한 생산 시험이 수행되었다. 2023년 9월 전기 수중 펌프(ESP)를 이용한 시험이 시작되었으나, 가스 생산량 급증으로 인한 펌프 기능 정지(가스 잠김) 문제로 850 psi 이하의 감압은 어려웠다. 이에 가스 잠김 방지를 위해 850 psi의 일정 저류층 압력(BHP)에서 두 달간 연속 운전이 진행되었다.
연속 운전 기간 동안 가스 또는 물 생산량에 유의미한 변화 없이 가스는 70 mcf/d, 물은 약 10 bbl/d의 안정적인 속도로 60일간 생산되었다. 이 결과는 장기 생산 거동에 대한 통찰을 제공했지만, 생산량의 증감 추세는 관찰되지 않아 장기 생산 특성 이해를 위한 추가 연구의 필요성을 시사한다.
ESP 운전 후 가스 잠김 완화를 위해 제트 펌프(JP)로 교체되었다. JP 운전 시 BHP를 200 psi까지 낮추었으나, 샌드 제어 시스템과 관련된 스킨 효과(저투과성 미립층 형성)로 인해 지층 압력에는 제한적인 영향만 미쳤다. 스킨 효과 제거를 위한 화학 물질 주입도 성공적이지 못해 높은 차압과 낮은 생산성으로 이어졌다.
결과적으로 2023년 9월부터 2024년 7월까지 10개월간 시험 시설이 성공적으로 운영되었으며, 총 315일의 운전 일수를 기록했다. 본 연구는 가스 하이드레이트의 장기 생산 기술 개발에 중요한 기초 자료를 제공한다.
