석유 시추유란 무엇인가요?

시추 유체는 시추 및 완성 프로젝트의 요구 사항을 충족하는 다기능 순환 유체를 의미합니다. 대부분의 액체는 회전식 드릴링에 사용되며 소량의 가스 또는 폼이 사용되므로 드릴링 유체를 "드릴링 유체"라고합니다. 현재 가장 널리 사용되고 가장 심도 있는 연구는 수성 굴착 유체이기 때문에 굴착 유체를 머드(옛 이름)라고도 부르기도 합니다. 우리나라의 굴착유체 기술은 급속도로 발전했습니다. 칼슘 기반 굴착 유체는 1953년경에 사용되기 시작하여 거칠게 분산된 시스템의 역사를 만들었습니다. 1960년대 CMC와 FCLS 처리제의 성공적인 개발과 1970년대 7,000m에 달하는 초심유 시추로 우리나라의 시추유체 기술은 큰 진전을 이루었다. 비분산형 시스템 굴착 유체의 개발 및 사용은 1973년경에 시작되어 현재 기본적으로 완료되었습니다. 양이온성 굴착 유체의 개발은 1980년대에 시작되었습니다.

1. 드릴링 유체의 기능 및 구성 드릴링 엔지니어링에서 드릴링 유체의 주요 기능은 다음과 같습니다. (1) 우물 바닥 청소 및 절단물 운반 (2) 드릴 비트 및 드릴 냉각 및 윤활 (3) 우물 벽을 보호하기 위해 진흙 케이크를 형성합니다. (4) 지층 압력을 제어하고 균형을 유지합니다. (5) 절단 및 가중제를 정지합니다. (6) 굴착되는 지층에 대한 관련 정보를 제공합니다. 드릴 비트에 수력을 공급합니다. (8) 드릴링 도구 부식을 방지합니다.

시추 유체의 주요 구성 요소는 다음과 같습니다. (1) 물(담수, 소금물, 포화 염수 등) (2) 벤토나이트(나트륨 벤토나이트, 칼슘 벤토나이트, 유기 토양, 내염성) (3) 화학처리제(무기, 유기, 계면활성제, 고분자, 바이오폴리머 등) (4) 석유(경유, 원유 등); 질소, 천연가스 등) 잠깐만요). 이러한 구성 요소는 다양한 굴착 유체에서 다양한 분산 시스템을 형성하므로 서로 다른 역할을 합니다. 물리적, 화학적 관점에서 드릴링 유체는 현탁액(예: 중정석 분말, 드릴 절단, 점토 분말 등), 콜로이드(예: 고분자, 벤토나이트 수용액 등)를 포함하는 다상 불안정 시스템입니다. ) 및 진용액(예: 염화나트륨, 탄산나트륨 수용액 등) 중 콜로이드 성분이 중요한 역할을 합니다.

굴착 공학의 요구 사항을 충족하고 굴착 유체의 성능을 향상시키기 위해서는 다양한 굴착 유체에 처리제를 첨가해야 합니다. 처리제는 그 기능에 따라 알칼리도 조절제, 탈회제, 소포제, 발포제, 증점제, 증점제, 응집제, 윤활제, 살균제, 유화제, 누출 방지제, 증량제, 부식 억제제, 계면 활성제, 셰일 수화 억제제로 구분됩니다. , 필터 손실 감소제, 걸림 완화제, 고온 안정제 등 18개 품목으로 약 100~150종 중 20여종이 일반적으로 사용된다. 처리제를 연구하고 개발하는 것은 굴착유체의 기술 수준을 향상시키는 중요한 부분입니다.

2. 굴착유체의 성능 굴착유체를 올바르게 사용하기 위해서는 먼저 굴착유체의 기본 성질에 대한 올바른 이해가 필요합니다. 일반적으로 밀도, 점도, 전단력, 수분 손실, 진흙 케이크, pH 값, 안정성, 콜로이드 비율, 염분 함량 및 모래 함량과 같은 지표가 굴착 유체의 성능을 나타내는 데 사용됩니다. 이러한 지표는 드릴링 품질과 드릴링 속도에 직접적인 영향을 미칩니다. 고품질 유정을 신속하게 시추하려면 다양한 시추 조건 및 요구 사항에 따라 시추 유체의 성능 지표를 조정해야 합니다. 일반 유정의 경우 시추 속도를 높이고 안전하게 시추하는 것이 중요하며, 깊은 유정의 경우 생산 유정의 경우 석유 및 가스층을 완전히 노출시키는 것도 필요하며, 석유 및 가스층을 보호하고 생산량을 늘리는 것도 필요합니다. . 이러한 요구 사항은 합리적인 시추 유체 성능 지표를 공식화하여 달성해야 합니다.

1. 밀도 굴착 유체 밀도는 굴착 유체의 단위 부피에 대한 질량을 말하며 일반적으로 기호 ρ로 표시되며 단위는 관례적으로 g/cm3입니다. 우물 벽과 바닥의 시추 유체 기둥에 의해 생성된 압력은 형성 압력의 균형을 맞추고 분출을 방지하며 우물 벽을 안정화 및 보호하는 동시에 고압 오일, 가스 및 물이 시추에 침입하는 것을 방지할 수 있습니다. 성능을 파괴하고 다운홀 상황을 복잡하게 만드는 유체입니다. 굴착 유체의 밀도를 조정하면 유체 기둥에서 생성되는 압력을 제어할 수 있습니다. 과도한 드릴링 유체 밀도는 전력 소비를 증가시키고, 드릴링 속도를 감소시키며, 블록 형성, 손상 또는 심지어 오일 및 가스 층을 분쇄하므로 드릴링 유체 밀도가 너무 높을 수 없습니다. 유사한 조건에서 밀도는 0.1~0.2g/cm3 감소하고 드릴링 속도는 10% 이상 증가할 수 있습니다. 따라서 외국에서는 현재 시추에 저밀도 시추 유체를 사용하려고 노력하고 있습니다.

2. 점도, 요변성 및 전단력 1) 점도 드릴링 유체 점도는 드릴링 유체가 흐르는 동안 고체 입자 사이, 고체 입자와 액체 사이, 액체 분자 사이의 내부 마찰을 반영합니다. 측정 방법이 다르기 때문에 점도 값이 다릅니다. 오늘날 가장 일반적으로 사용되는 것은 플라스틱 점도입니다.

플라스틱 점도는 굴착 유체의 고체 입자 사이, 고체와 액체 분자 사이의 내부 마찰과 층류 흐름 조건에서 액체 자체의 전단으로 인한 흐름 저항의 합을 나타냅니다. 회전점도계로 측정하며 단위는 mPa·s로 표시한다.

소성 점도에 영향을 미치는 주요 요인은 굴착액에 포함된 고체 입자의 수와 크기, 점토 광물의 종류입니다. 고체 입자가 많고 입자 크기가 미세하여 비표면적이 증가하고 내부 마찰이 증가하며 플라스틱 점도가 필연적으로 증가합니다. 플라스틱 제품의 점도를 낮추는 가장 효과적인 방법은 물로 희석하거나 기계적 모래환원을 통해 고형분 함량을 줄이는 것입니다.

굴착유체의 점도가 적절해야 합니다. 점도가 너무 낮으면 절단물을 운반하는 데 도움이 되지 않습니다. 점도가 너무 높으면 다음과 같은 많은 문제가 발생합니다. (1) 흐름 저항 증가, 펌프 압력 증가, 변위 감소 및 바닥 구멍 불량 청소 효과로 인해 드릴링 속도가 심각해집니다. (2) 모래청소 및 가스저감 작업이 어렵다. (3) 드릴 비트가 진흙투성이가 되어 "피스톤 당김" 또는 드릴 고착이 발생하기 쉽습니다. (4) 드릴링 후 펌프 시동이 어렵고 순환 압력이 높으며 형성을 차단하기 쉽습니다. 따라서 드릴링 속도, 동력 장비 및 드릴링되는 지층의 실제 조건을 기반으로 적절한 점도를 선택해야 합니다.

2) 요변성 및 전단 시추 유체의 요변성은 시추 유체가 휘저으면 묽어지고 방치되면 걸쭉해지는 특성을 말합니다. 시추유체가 교반을 멈춘 후에는 점토 입자의 불규칙한 모양과 불균일한 성질로 인해 점토 입자 사이에 망상구조가 형성될 수 있으며, 이는 서서히 유동성을 잃으며, 휴지시간이 길어질수록 구조적 강도가 증가한다. 격렬한 교반은 네트워크 구조를 파괴하고 시추 유체의 유동성을 복원할 수 있습니다. 이것이 요변성의 일반적인 메커니즘입니다. 이러한 상황은 드릴링 중에 자주 발생합니다. 예를 들어 드릴링 시 드릴링 유체가 계속 순환하고 점도가 낮습니다. 그러나 드릴링 시 드릴링 유체가 순환을 멈추면 점도가 증가합니다.

굴착 유체의 요변성은 정적 전단력으로 표현할 수 있습니다. 정적 전단력은 평방 센티미터당 굴착 유체의 네트워크 구조를 파괴하는 데 필요한 최소 힘을 말하며 단위는 mg/cm2입니다. 굴착 유체의 정적 전단력은 전단력 측정기로 측정할 수 있습니다.

굴착 유체는 요변성이므로 휴지 시간이 다르며 정적 전단력도 다릅니다. 일반적으로 전단력은 두 번의 휴식 시간에 측정됩니다. 1분 휴식 후 측정된 전단력 값은 초기 전단력 값이고, 10분 휴식 후 측정된 전단력 값은 최종 전단력입니다. 1분과 10분에서의 전단력 값의 차이는 요변성에 의해 결정되므로 이 차이는 굴착 유체의 요변성을 설명할 수 있습니다.

굴착 유체가 흐르면 네트워크 구조의 일부가 파괴되고, 네트워크 구조의 다른 부분은 복원되어 궁극적으로 동적 균형을 형성합니다. 네트워크 구조의 존재는 드릴링 유체에 특정 겔화 강도를 제공합니다. 동적 평형 상태에서 네트워크 구조의 강도를 측정하는 양을 동적 전단력이라고 합니다. 동적 전단력은 층류 상태에서 드릴링 유체의 매우 중요한 성능 매개변수이며 흐름 저항과 절삭물 운반 능력에 가장 큰 영향을 미칩니다. 동적 전단력은 점토 입자 표면 특성, 고상 농도 및 고상 표면 충전 특성과 같은 요인의 영향을 받습니다. 일반적으로 사용되는 회전 점도계 측정 단위는 g/cm2입니다.

3. 물 손실 및 진흙 케이크 시추 과정 중 굴착 유체의 물 손실은 정적 물 손실과 동적 물 손실로 나눌 수 있습니다. 일반적으로 동적 수분 손실은 굴착 유체의 흐름 및 순환 중 수분 손실을 의미합니다. 진흙 케이크는 형성부터 농축, 평형까지의 주기 동안 형성 과정을 거치게 됩니다. 이 단계에서의 수분 손실은 동적 수분 손실입니다. 정적 수분 손실량은 정적 상태에서의 수분 손실량을 말하며, 지상에서 측정한 수분 손실량은 정적 수분 손실량이다. 트립 시 시추 유체 순환이 중단되고, 물 손실이 증가함에 따라 진흙 케이크가 두꺼워지고, 진흙 케이크가 두꺼워짐에 따라 물 손실이 감소합니다. 이 단계는 정적 물 손실입니다. 드릴링 과정은 실제로 정적 수분 손실과 동적 수분 손실을 번갈아 가며 수행하는 과정입니다.

1) 물 손실 시추 시 발생하는 진흙 덩어리와 자갈층, 사암층 및 파쇄층은 모두 기공과 균열이 있어 이들 암석층이 투과성이 있음을 의미합니다. 굴착 유체 기둥에 의해 생성된 압력이 지층 압력보다 크면 굴착 유체는 암석층의 틈새를 따라 지층으로 침투합니다. 처음에는 드릴링 유체의 더 큰 고체 입자가 먼저 더 큰 구멍을 막고 다음으로 가장 큰 입자가 더 작은 구멍을 막습니다.

고체 입자가 지속적으로 축적되면 기공이 점점 작아지고 결국 진흙 덩어리가 형성됩니다. 진흙 케이크의 형성 과정은 그림 5-7과 같다.

그림 5-7 굴착 유체의 물 손실에 대한 개략도

동시에 굴착 유체의 자유수는 지층으로 침투합니다. 지층으로 스며드는 물을 굴착 유체의 수분 손실이라고 합니다. 진흙 케이크가 형성되는 동안 굴착 유체의 자유수가 지층에 침투하는 저항이 점차 증가하고 물 손실이 점차 감소합니다. 진흙 케이크가 형성된 후 수분 손실은 주로 진흙 케이크 자체의 투과성에 따라 달라지며, 형성 투과성이 수분 손실에 미치는 영향은 매우 작습니다. 따라서 굴착 유체의 수분 손실과 머드 케이크 형성이 동시에 발생하며 서로 영향을 미칩니다. 수분 손실로 인해 진흙 덩어리가 형성되기 시작하고, 차례로 형성된 진흙 덩어리가 추가 수분 손실을 방지합니다. 굴착유체와 진흙 케이크의 수분 손실은 수분 손실 측정기로 측정할 수 있습니다.

2) 진흙 케이크, 물 손실 및 굴착 사이의 관계는 물 손실 과정에서 진흙 케이크가 형성될 수 있으며, 형성된 진흙 케이크는 우물 벽을 강화하고 추가 유체 손실을 방지할 수 있습니다. 과도한 수분 손실은 유층의 점토 팽창, 유류 및 가스층의 투과성을 손상시키는 등 지하 합병증을 유발하므로 수분 손실은 가능한 한 낮아야 합니다.

머드케이크의 기능은 주로 다음과 같은 측면을 포함합니다:

(1) 머드케이크는 수분 손실을 조절할 수 있습니다.

(2) 머드 케이크는 윤활 효과가 있어 드릴링 도구 회전의 전력 소비를 줄이는 동시에 드릴이 달라붙는 것을 방지할 수도 있습니다.

(3) 머드 케이크는 접착력이 좋고 우물 벽을 강화하는 데 강력한 효과가 있어 느슨한 형성물이 벗겨지거나 붕괴되는 것을 방지할 수 있습니다.

(4) 진흙 케이크는 압축 가능하므로 물 손실을 더욱 줄이고 깊은 우물 부분의 우물 벽을 통합할 수 있습니다.

위 분석을 보면 수분 손실이 적을수록 좋다는 것을 알 수 있지만, 실제 상황을 토대로 구체적인 분석이 이루어져야 한다. 빠른 드릴링이나 붕괴되기 쉽지 않은 구조물의 드릴링에는 깨끗한 물을 사용할 수 있습니다. 이때 물 손실은 크지만 천공 속도를 크게 높일 수 있고 처리제의 양을 절약할 수 있습니다. 또한 다양한 굴착 유체 유형에는 다양한 물 손실 범위가 필요합니다. 비록 폴리머 굴착유체와 염수 굴착유체가 담수 굴착유체보다 더 많은 물을 잃더라도 폴리머와 염수 굴착유체는 진흙 셰일을 억제할 수 있기 때문에 여전히 유정 안정성을 유지할 수 있습니다.

4. pH 값 굴착 유체의 pH 값, 즉 산성도와 알칼리도는 굴착 유체의 수소 이온 농도의 음의 로그입니다. pH 값이 7보다 작으면 굴착 유체는 산성입니다. pH 값이 작을수록 산성도가 강해집니다. pH가 7이면 시추 유체는 중성입니다. pH 값이 7보다 크면 드릴링 유체는 알칼리성입니다. pH 값이 클수록 알칼리성이 강해집니다. 고알칼리성 굴착 유체(예: 석회 굴착 유체)의 pH 값은 12~14입니다. 비분산성 저고형 굴착 유체의 pH 값은 8~9입니다. 약산성 굴착 유체(예: 포화 염수)의 pH 값은 8~9입니다. 드릴링 유체)는 6 대 7입니다. 저알칼리성 드릴링 유체는 현대 드릴링에 일반적으로 사용됩니다.

5. 모래 함량 시추액의 모래 함량은 시추액 전체 부피 중 200호 체(체 구멍 측 길이 74μm)를 통과하지 못하는 모래의 비율을 나타냅니다. 드릴링 유체.

굴착 유체의 모래 함량이 너무 높으면 굴착 도구 및 펌프 부품이 쉽게 마모됩니다. 모래의 함량이 증가할수록 머드케이크는 거칠어지고 두꺼워지며 마찰계수는 증가하고 밀도도 증가하여 심한 경우 드릴이 들러붙는 현상이 발생할 수 있습니다. 따라서 굴착유체의 모래 함량은 일반적으로 1보다 작아야 합니다.

모래 함량을 측정하는 데는 일반적으로 모래 함량 병 및 특수 도구가 사용됩니다.

6. 염분 함량 굴착 유체의 염분 함량은 굴착 유체 여과액에 포함된 수용성 염분(나트륨염, 칼슘염 등)의 양을 말하며 용액 1리터당 염의 밀리그램으로 표시됩니다. . 표현하다.

염분 함량은 적정이나 굴착 유체의 전도도를 측정하여 결정할 수 있습니다.

7. 안정성 굴착 유체의 안정성은 두 가지 측면에서 분석할 수 있습니다.

(1) 굴착 유체의 고체상이 가라앉기 쉬운지 여부와 침전 속도가 얼마나 빠른지( 안정적인 정착) 섹스라고 함).

(2) 굴착 유체의 점토 입자가 결합하기 쉽고 커지는지 여부(응집 안정성이라고 함).

일반적으로 정착 안정성만 현장에서 측정됩니다. 침전 안정성의 품질은 응집 안정성의 품질을 어느 정도 반영할 수도 있습니다. 또한 응집 안정성은 수분 손실, 전단력, 침전량 등에 기초하여 간접적으로 측정할 수도 있습니다.