Cbm 저밀도 시추 유체 기술 연구

기금 프로젝트: 국가 과학기술 중대 전문' 대형 가스전 및 석탄층가스 개발' 프로젝트 60' 산수분지 남부 석탄층가스 직정 개발 시범공사' (프로젝트 번호: 2006/2007) 의 지원을 받는다. : 2009ZX05060).

저자 소개: 좌정백, 여자, 엔지니어, 현재 중련 석탄층가스유한책임회사 통신주소: 베이징시 동성구 안딩문외가 88 번지 우편 번호: 1000 1. 사서함: zuojingluan @ hotmail.com.

(1. 중국 연합석탄층가스유한책임회사 베이징100011; 2. 중국 유씨대학교 석유공학대학, 산둥 동영 25706 1)

요약: 석탄 저장층의 우물 벽이 무너지기 쉽고, 시추 유체가 석탄 저장층을 오염시키기 쉬운 문제에 대해 빈 유리 마이크로구슬 저밀도 시추 유체체계를 개발하였다. 드릴링 유체는 우수한 레올 로지와 여과성을 가지고 있으며, 진흙 떡은 얇고 촘촘하다. 또한 내온, 오염 방지, 붕괴 방지, 침하 안정성 및 저장층 보호 성능이 우수합니다. 진남 시범지역에서 1 우물의 현장 실험을 성공적으로 실시하여 액체에 의한 석탄 저장층의 오염을 효과적으로 방지했다.

키워드: 석탄 저장층 오염 저밀도 시추 유체 유변 여과성 현장 실험 석탄층가스 경량 시추 유체 연구.

Cbm 저밀도 시추 유체 연구

좌경용 1, 손한슨 1, 여개강 2

(1. 중국 연합석탄층가스유한공사, 베이징100011; 2. 중국 석유대학 석유공학대학, 산둥 동영 25706 1)

초록: 시추 유체로 인한 시추공 붕괴 및 석탄층 오염에 대해 중공 유리 비드를 추가하여 밀도를 낮추는 저밀도 시추 유체를 연구했다. 연구에 따르면 저밀도 시추 유체는 유동성과 여과성이 우수하고 흙떡이 얇고 촘촘한 것으로 나타났다. 또한 이 시추 유체는 온도, 오염 방지, 붕괴 방지, 침하 안정, 지층 보호 등의 우수한 성능을 갖추고 있습니다. 이런 저밀도 시추 유체는 이미 진북 시범구의 한 우물에서 현장 실험을 실시하여 성공을 거두었다. 석탄 형성을 오염으로부터 보호하는 좋은 성능이 관찰되었다.

키워드: 석탄의 형성; 오염; 경량 드릴링 유체 레올 로지 특성 필터링 성능 현장 실험

중국 석탄 저장층은 일반적으로 구멍 압력이 낮고, 침투성이 나쁘며, 균열 발육의 특징을 가지고 있다. 시추 유체의 침입은 석탄층 오염을 초래하여 석탄층 메탄의 생산에 영향을 미치기 쉽다. 시추 공사에서는 서로 다른 요구 사항과 지층에 따라 비용 절감, 우물 아래 안전 보장, 대상 석탄층의 원래 구조를 파괴로부터 보호하는 원칙에 따라 적절한 시추 순환 매체를 선택해야 합니다.

이 글은 우물 벽의 안정을 보호하고 저장층 오염을 줄이는 저밀도 시추 유체 체계를 개발하여 현장 응용 실험을 성공적으로 진행했다.

1 석탄 저수지 손상의 원인과 메커니즘에 관한 연구

진남 시범구에서 채취한 석탄샘플에 대한 물성 매개변수, X 선 회절 분석 및 스캔글라스 분석을 실시했다. 그 결과 석탄 저장층은 저공, 저침투, 균열 발육의 특징을 가지고 있는 것으로 나타났다. 동시에, 석탄 저장층은 저압, 저수포화도의 특징을 가지고 있다. 이러한 특징들은 시추 완료 과정에서 효과적인 조치를 취하지 않으면 저장층이 크게 손상되어 침투율과 생산량이 감소할 수 있다는 것을 결정한다. 시추 과정에서 저장층 손상의 원인은 주로 다음과 같은 측면을 포함한다.

응력 민감성 상해1..1

응력이 탄암 침투율에 미치는 영향은 표 1 에 나와 있습니다. 표 1 에서 볼 수 있듯이, 유효 응력이 증가하면 탄암 침투율이 급격히 감소하여 응력 민감도가 높다는 것을 알 수 있습니다.

표 1 탄암 응력 민감성 실험 결과

1.2 속도 민감성 상해

1% 표준 생리염수로 유동실험을 했는데, 실험 결과는 표 2 에 나와 있다. 표 2 에서 볼 수 있듯이 석탄 샘플에서 표준 소금물의 속도가 증가하면 침투율은 낮아지지 않을 뿐만 아니라 오히려 증가하여 속도에 민감하지 않다는 것을 알 수 있다. 유속이 비교적 클 때, 실험에서 미세한 석탄 유출이 관찰되었다. 입자가 너무 작아서 침투 통로를 막을 수 없어 탄암의 침투성을 증가시켰다.

표 2 속도 감도 실험 결과

1.3 물 잠금 장치 손상

석탄층의 미공은 무수한 구불한 모세관으로 볼 수 있지만, 석탄층은 일반적으로 약한 친수이며, 외래액체가 석탄층에 닿으면 강한 흡수성이 발생한다. 액체의 침입은 저수지 침투율에 매우 해롭다. 실험에 따르면 액체 채도가 10% 에 도달하면 기체 침투율이 50% 손상되고 액체 채도가 30% 이면 기체 침투율이 거의 0 으로 떨어지는 것으로 나타났다.

1.4 고체 침입

탄암에 미세한 균열이 있어 작업 시 고체상과 액상이 쉽게 침입한다. 효과적인 조치를 취하지 않으면 고체상과 액상이 대량으로 저장층에 침입하고 후속 작업에 따라 침입량과 깊이가 계속 늘어나면 저장층의 침투율을 크게 낮추고 저장층을 심각하게 오염시킬 수 있다.

석탄 저장층의 압력이 낮고, 균열과 층리 발육, 시추 유체가 저장층에 침투하는 것이 주된 손상 메커니즘이기 때문에 저밀도 시추 체계를 최대한 사용하여 시추 유체가 대량으로 저장층에 침입하는 것을 방지해야 한다.

석탄 저수지 보호를위한 저밀도 시추 유체 연구

2. 1 저밀도제 선택

석탄 저장고 손상의 원인과 기계 분석을 통해 볼 수 있듯이, 차압은 석탄 저장층 손상에 영향을 미치는 중요한 요소이며, 차압이 클수록 석탄 저장층 피해가 더 심해진다.

중공 유리 마이크로구슬은 단포알칼리 칼슘 붕규산염 소재로 외관은 흰색 분말, 화학적 타성, 고온 고압이다. 드릴링 유체의 실제 밀도는 낮아 0.6~ 1.0g/cm3 으로 떨어질 수 있습니다. 이 공예는 간단하고 위험도가 낮으며 저장층 보호 효과가 좋아 저압 석탄층 메탄 우물과 일부 불균형한 우물의 시추 완료 시공을 충분히 만족시킬 수 있다. 이 기술의 연구와 응용은 저압 석탄 저장층 시추 유체의 종류를 풍부하게 하여 석탄 저장층 피해가 심각한 현황을 바꿀 것이다.

2.2 중공 유리 미소 구의 성능 평가

(1) 속이 빈 유리 미소 구의 밀도

실험실에서 여러 차례 테스트한 결과, 빈 유리 구슬의 진밀도는 0.37 ~ 0.45G/CM3 였다.

(2) 중공 유리 미소 구의 입자 크기 및 분포 범위

레이저 입자계로 속이 빈 유리 마이크로구의 입자 크기를 분석한 결과, 90% 의 속이 빈 유리 마이크로구의 입자 크기가 123 μ m 보다 작은 것으로 나타났다.

(3) 중공 유리 미소 구의 기계적 파괴 강도 및 압축 강도

기계적 파열 강도는 단위 부피의 빈 유리 마이크로볼이 기계 압력 장치 아래에서 직접 압축되는 최대 압력이며, 압축 강도는 일정한 농도의 빈 유리 마이크로볼이 서로 다른 온온온수의 물에서 파열되지 않는 최대 압력입니다. 드릴링 유체의 경우 후자의 성능은 재료의 안정성을 반영하며 더 중요합니다. 중공 유리 마이크로 스피어 강도의 실험 결과는 표 3 에 나와 있습니다.

표 3 중공 유리 미소 구의 강도

표 3 에서 볼 수 있듯이 빈 유리 마이크로볼은 압축 성능이 뛰어나 30MPa 압력 하에서 깨지지 않습니다.

(4) 중공 유리 비드 함량과 밀도 사이의 관계.

수돗물에 서로 다른 양의 빈 유리 마이크로볼을 넣고 액체를 넣는 밀도를 측정한다. 중공 유리 마이크로구슬 함량이 증가하면 액체 밀도가 낮아지고 함량이 40% 이면 밀도가 0.75g/cm3 으로 떨어집니다.

2.3 드릴링 유체 성능에 대한 중공 유리 비드의 영향 평가

(1) 벤토나이트 슬러리의 제조

400ml 물+12g 벤토나이트 +0.06g 소다회, 20min 교반, 24h 노화.

(2) 중공 유리 비드가 시추 유체의 성능에 미치는 영향

그림 1 은 빈 유리 구슬을 추가한 후 드릴링 유체의 필터 손실률이 떨어지는 것을 보여줍니다. 여과 속도는 10% 함량보다 가장 빠르게 떨어지고 10%~30% 함량일 때 느려집니다.

그림 1 드릴링 유체 API 수분 손실과 중공 유리 비드 함량의 관계

그림 2 에서 볼 수 있듯이 드릴링 유체의 소성 점도는 중공 유리 비드 함량이 증가함에 따라 증가하지만, 가산량이 30% 미만이면 소성 점도가 많이 증가하지 않고 30% 보다 크면 소성 점도가 현저히 증가한다.

그림 3 에서 볼 수 있듯이 드릴링 유체의 동적 전단력은 빈 유리 비드 함량이 증가함에 따라 증가합니다. 함량이 40% 이면 동적 전단력이 3Pa 에서 거의 5. 1Pa 로 증가합니다.

중공 유리 마이크로구를 함유한 수계 시추 유체로 오염된 암심의 최종 침투율 회복률은 95% 에 달하고, 빈 유리 마이크로구가 없는 시추 유체로 오염된 암심의 최종 침투율 회복률은 60% 미만이다. 따라서 빈 유리 마이크로구슬 드릴은 저장층을 보호하는 데 도움이 되며, 형성된 진흙 떡은 쉽게 제거할 수 있다.

2.4 중공 유리 비드 저밀도 드릴링 유체 연구

(1) 단일 선량 검사

기초펄프에 일정량의 점착제를 넣고 20min 을 고속으로 섞은 후 실온 성능을 측정한다. 그런 다음120 C 와150 C 시효 16h 에서 실온으로 식힌 후 성능을 측정합니다. 평가된 각종 점착제 중 DSP-2 는 내온성이 우수하고 점도와 전단력을 높일 수 있으며, 여과 손실 효과도 우수하므로 DSP-2 를 시추 유체 체계의 점착제로 선택하였다. LY- 1 실온이나 고온에서 노화한 후 필터 손실 효과가 뛰어나 내온성이 뛰어나 드릴링 유체 체계의 필터 감소제로 사용할 수 있음을 보여준다. 아미노폴리올 AP- 1, 규산나트륨, 규산칼륨, 고농도 메틸산나트륨은 모두 억제작용이 좋고, 아미노폴리올 AP- 1 일부 소금류와 배합하면 억제효과가 좋다. 폐쇄방지제 FF-2 는 양호한 폐쇄방지 효과를 가지고 있다. 몇 가지 표면활성제는 인터페이스 장력을 낮출 수 있는데, 그 중 SP-80 이 가장 효과적이며 SP-80 의 표면장력은 온도에 따라 크게 변하지 않아 내온성이 좋다는 것을 보여준다.

(2) 시추 유체 공식 연구

(1) 드릴링 유체 공식 및 성능 최적화

점착제, 여과제, 억제제, 계면활성제를 파악한 후 각종 처리제의 특성을 이용하여 그 사용량을 최적화함으로써 시추 공사 요구 사항을 충족하고 저장층을 보호하는 데 도움이 되는 시추 유체 레시피를 얻을 수 있다. 대량의 실험을 거쳐 선별된 시추 유체 배합 및 성능은 표 4 에 나와 있다.

그림 2 드릴링 유체의 소성 점도와 중공 유리 비드 함량의 관계

그림 3 드릴링 유체의 동적 전단력과 중공 유리 비드 함량의 관계

표 4 최고의 드릴링 유체 공식 및 성능

표 4 에서 볼 수 있듯이, 선호 드릴링 유체는 우수한 레올 로지 및 필터 성능, 진흙 팬케이크 얇고 촘촘함, API 필터 손실 5ml 미만, 고온 고압 필터 손실 15ml 미만. 120 C 노화 16h 이후 시추 유체가 안정적이어서 내온 성능이 우수하다는 것을 알 수 있습니다.

최적화 배합표에 다양한 양의 저질 토분을 첨가하여 최적화된 시추 유체오염 전후의 성능이 안정적이며 오염 방지 성능이 우수합니다.

최적화 배합표의 회수율은 맑은 물보다 훨씬 높고, 선 팽창은 맑은 물보다 훨씬 작으며, 최적화 배합표가 셰일의 수화 팽창과 분산을 효과적으로 억제하여 좋은 붕괴 방지 성능을 가지고 있음을 보여준다.

(2) 차단 성능 평가

표 5 에서 볼 수 있듯이, 최적화된 배합표는 서로 다른 침투율의 모래층에 좋은 차단 효과를 가지고 있습니다.

표 5 모래 차단 실험 데이터

(3) 정착 안정성 평가

실험 결과 최적화 배합표의 고온 침하 안정성이 매우 좋다는 것을 알 수 있다. 48 시간 동안 방치한 후 시추 유체의 상하밀도 차이는 0.02g/cm3 에 불과했다.

(4) 보호 저수지 시추 유체의 성능 평가.

표 6 에서 볼 수 있듯이 암심의 침투율 회복률이 높다는 것은 선호 시추 유체가 저장층에 좋은 보호 작용을 한다는 것을 보여준다.

표 6 투자율 회복 실험

3 드릴링 유체 현장 시험 연구

실내 이론과 실험 연구를 기초로 진남 시범지역에서 1 구정을 실험했다.

3. 1 시험정 기본 상황

이 탐사정 시추 깊이는 690.00 미터이고, 시추층은 석탄계 태원조로, 목적탄층은 하층통 산서조 3# 석탄층 (639.00 ~ 645.00 미터) 이다.

3.2 현장 테스트

현장 실험에서 준비한 시추 유체 밀도는 0.95g/cm3, 점도는 55Pa·s, pH 값은 8 입니다. 우물 깊이가 590 미터로 인해 시추 유체는 줄곧 시추까지 사용되어 공사가 순조롭게 진행되었다.

현장 실험 결과 빈 유리 마이크로구슬이 시추 유체의 밀도를 낮추는 역할을 하는 것으로 나타났다. 드릴링 유체 밀도는 0.95g/입방 센티미터이며 드릴링 유체는 물 손실이 적습니다. 입자 크기가 작은 유리 마이크로구슬도 좋은 차단 효과를 가지고 있어 석탄층의 울부짖는 통로를 일시적으로 막고 보호막을 형성하여 액체가 석탄층에 오염되는 것을 방지하는 데 효과적이다.

참고

펭, 후홍하. 2008. 석탄층가스 시추 중 저수지 손상과 보호 [J]. 중국 석탄층가스 5 (3):16 ~19,92.

한보산. 2002. 언밸런스 시추 기술과 석탄층가스 개발 [J]. 탄전 지질과 탐사, 30(4):6 1~62

라이 샤오 청, 루 이순신 산, 노래, 등 2009. 중국 석탄층가스 개발 시추 유체 기술 적용 현황 및 발전 사고 [J]. 석유 및 가스 학보, 3 1(5):326~328

유, 양봉해, 등 2007. 석탄층 메탄 시추 유체 기술 현황 [J]. 외국 유전 공사, (8):27~33

양루우, 손무원. 2002. 중국 석탄층가스 저장고의 특수성과 개발 기술 요구 사항 [J]. 천연가스 산업, 22(6): 17~ 19.

주일범, 왕들리, 류리. 석탄층 메탄 시추에 의한 저수지 손상 메커니즘 분석 [J]. 석탄,19 (7): 87 ~ 88,92.