오일샌드 채굴에 널리 이용되고 있는 증기 주입식 중력 배수(Steam-Assisted Gravity Drainage, SAGD) 공법은 지표의 변형을 야기하며, 이는 오일샌드 플랜트의 안정성에 영향을 미칠 뿐만 아니라 다양한 지질 재해의 원인이 되므로 지속적인 모니터링이 필요하다. 이 연구에서는 캐나다 앨버타의 Athabasca 오일샌드 지역에 대해 2016년부터 2021년까지 획득된 Sentinel-1 시계열 영상레이더(synthetic aperture radar, SAR) 자료에 고정산란체 간섭기법(Permanent Scatterer Interferometric SAR, PSInSAR)을 적용하여 SAGD 운용에 의한 지표변위를 관측하였다. 그리고 SAGD의 건설 및 확장을 Landsat-7/8 시계열 영상으로부터 파악하고, 이를 통해 SAGD의 원유 생산성에 따른 지표변위의 특성을 분석하였다. Athabasca 오일샌드 지역의 SAGD 및 그 주변에서는 레이더 관측방향으로 0.3-2.5 cm/yr의 지반융기가 관측된 반면, SAGD에서 수 km 이상 떨어져 있고 오일샌드 채굴의 영향이 없는 지역에서는 -0.3--0.6 cm/yr의 침하가 관측되었다. Landsat-7/8 시계열 영상 분석을 통해 2012년 이후에 건설되어 높은 생산성을 보이는 SAGD는 증기의 주입으로 인해 1.6 cm/yr 이상의 지반융기를 야기하는 반면에 더 오랜 기간 동안 운용되어 생산성이 상대적으로 낮은 SAGD에서는 증기 주입에도 불구하고 지속적인 원유 회수에 따른 사암의 압축 때문에 연간 수 mm의 매우 작은 융기가 발생함을 추정할 수 있었다. SAGD 및 그 주변을 제외한 대부분의 지역에서 관측된 침하는 동토층의 융해에 의한 점진적 지반침하로 추정되었다. 동토층의 침하를 고려할 때 SAGD 운용에 기인하는 지반의 융기는 관측된 것보다 더 클 것이라고 예상되었다. 이 연구의 결과를 통해 PSInSAR 기법이 극한지 오일샌드 SAGD의 생산성과 안정성 평가에 유용한 수단으로 활용될 수 있음을 확인할 수 있었다.
SAGD (Steam-Assisted Gravity Drainage) method is widely used for oil recovery in oil sands regions. The SAGD operation causes surface displacement, which can affect the stability of oil recovery plants and trigger various geological disasters. Therefore, it is important to monitor the surface displacement due to SAGD in the oil sands region. In this study, the surface displacement due to SAGD operations of the Athabasca oil sands region in Alberta, Canada, was observed by applying Permanent Scatterer Interferometric Synthetic Aperture Radar (PSInSAR) technique to the Sentinel-1 time series SAR data acquired from 2016 to 2021. We also investigated the construction and expansion of SAGD facilities from Landsat-7/8 time series images, from which the characteristics of the surface displacement according to the oil production activity of SAGD were analyzed. Uplift rates of 0.3-2.5 cm/yr in the direction of line of sight were observed over the SAGDs and their vicinity, whereas subsidence rates of -0.3--0.6 cm/yr were observed in areas more than several kilometers away from the SAGDs and not affected by oil recovery activities. Through the analysis of Landsat-7/8 images, we could confirm that the SAGDs operating after 2012 and showing high oil production activity caused uplift rates greater than 1.6 cm/yr due to the subsurface steam injection. Meanwhile, very small uplift rates of several mm per year occurred over SAGDs which have been operated for a longer period of time and show relatively low oil production activity. This was probably due to the compression of reservoir sandstone due to continuous oil recovery. The subsidence observed in areas except for the SAGDs and their vicinity estimated to be a gradual land subsidence caused by melting of the permafrost. Considering the subsidence, it was expected that the uplift due to SAGD operation would be greater than that observed by the PSInSAR. The results of this study confirm that the PSInSAR can be used as an effective means for evaluating productivity and stability of SAGD in the extreme cold regions.
