일반적인 가스 함유 지층을 위한 특수 코어링 기술

(1) 가스 수집 석탄층 메탄 코어링 시스템

석탄층 메탄(가스라고도 함) 시추 및 샘플링은 탄전 탐사에서 중요한 작업으로, 자연 환경에 가까운 방법이 필요합니다. 석탄층 메탄 함량 석탄층에 존재하는 석탄층 메탄의 함량과 특성을 파악하고, 탄전 채굴 및 환기 설계를 위한 원본 데이터를 제공하기 위해 석탄 코어와 석탄에서 배출되는 가스를 수집합니다. 일반적으로 사용되는 석탄층 메탄 샘플링 드릴에는 가스 수집 단동 이중 파이프 드릴링 도구와 가스 수집 복동 이중 파이프 드릴링 도구가 포함됩니다.

1. 가스 수집 단동 이중 튜브 드릴링 도구

가스 수집 단동 더블 튜브 드릴링 도구는 외부 튜브, 내부 튜브로 구성됩니다. 가스 포집실(시험부)과 완충기와의 연결부로 구성되어 있습니다. 드릴링 도구의 구조는 그림 4-26에 나와 있습니다.

작동원리: 드릴링 도구를 구멍 속으로 내려 미리 정해진 석탄층에 구멍을 뚫는다. 석탄 코어는 밀봉지를 뚫고 내부 파이프(28)로 들어간다. 석탄 코어에서 누출된 석탄층 메탄이 탄층은 내부관 조인트(25)를 통해 가스실로 모인다. 상부에서는 내부관과 가스포집실의 물이 배수관(23)과 밸브슬리브(22)를 거쳐 천공공구 외부로 배출되며, 재킹관(18), 지지봉(16), 내부 축소 조인트(7) 및 이젝터봉(3)의 물 복귀 구멍. 0.3m 정도 드릴링한 후 드릴을 들어 올리고, 테스트 부품의 씰을 제거한 후 분석을 위해 실험실로 보냅니다.

작동 주의 사항:

1) 그림 4-27과 같이 드릴링 전에 테스트 부품을 제거하고 공기 추출 조인트 3을 조인트 4(17)에 나사로 고정하십시오. 그런 다음 내부 드릴 비트가 수직으로 위쪽을 향하도록 부품을 거꾸로 뒤집습니다. 내부 튜브에 깨끗한 물을 붓고 짧은 막대를 사용하여 밸브 7(20)을 밀어 엽니다. 조인트 4(17)에서 물이 넘치면 내부 튜브의 공기가 모두 소진된 것입니다. 내부 튜브에 물을 채운 후 약 1mm 두께의 플라스틱 종이(31)를 사용하여 내부 드릴 비트 끝 부분을 덧대십시오. , 특수 고무 슬리브를 씌운 다음 플라스틱 종이 층을 밧줄로 단단히 묶어 드릴 때 물에 씻겨 나가지 않고 석탄 코어에 의해 부서질 수 있어야 합니다. 드릴 때. 물 주입 및 배기는 석탄 코어의 석탄층 메탄의 순도와 대표성을 보장하기 위한 것입니다. 물을 주입하고 내부 드릴 비트를 밀봉한 후 드릴용 외부 파이프를 조립합니다.

그림 4-26 가스 수집 단일 작용 이중 튜브 드릴링 도구

1 - 감소 조인트 2 - 보호 튜브 3 - 커넥터 5 - 플러그 라인 6 - 플러그 라인 글랜드; 8 - 충격 흡수 스프링; 12 - 짧은 튜브; 14 - 플러그 라인 - 짧은 파이프 조인트; 17 - 조인트; 19 - 너트; 21 - 밸브 케이싱; 24 - 가스 수집 챔버; 내부 파이프 조인트; 27- 외부 튜브; 29- 내부 드릴 비트 조인트; 32- 외부 드릴 비트; p>

그림 4-27 공기 추출 조인트 및 가스 수집 챔버 밸브의 구조 다이어그램

1 - 개폐 나사, 2 - 스위치 하우징, 4 - 커넥터( 17) ), 5 - 파이프 재킹(18), 7 - 밸브(20), 9 - 배수 파이프(23), 11 - 고무 패드, 12 - 와셔, 13 - 진공 고무 튜브. 괄호 안의 숫자는 그림 426의 부품 번호입니다.

2) 나사 조인트가 새지 않도록 절대적으로 보장하려면 면사를 감고 납유를 발라야합니다.

3) 드릴링 속도는 느려야 하며, 특히 드릴링 도구가 드릴링 유체에 들어갈 때 속도를 줄여 밀봉지가 부서지고 공기가 들어가 석탄층 메탄의 품질에 영향을 미치는 것을 방지해야 합니다. 추출.

4) 드릴 도구가 구멍 바닥에서 0.5m 정도 떨어져 있을 때 펌프를 켜고 5~10분 동안 구멍을 뚫은 다음 드릴 도구를 구멍 바닥까지 천천히 내립니다. 구멍을 뚫고 드릴링을 시작합니다. 이 드릴링 도구를 사용하여 구멍을 청소하는 것은 엄격히 금지되어 있으며 일반 드릴링 중에 드릴링 도구를 들어 올리는 것은 엄격히 금지되어 있습니다.

5) 라운드가 끝나면 물을 줄이고 50mm 정도 약간의 압력으로 드릴링하여 내부 드릴 비트의 석탄 코어를 압축하여 막힘을 방지하고 석탄 코어가 중간에 또는 도중에 떨어지는 것을 방지합니다. 드릴을 들어올릴 때 석탄층 메탄의 압력에 영향을 받습니다.

6) 드릴링 도구를 들어 올릴 때 특히 안정적이고 가벼워야 합니다.

7) 드릴 도구를 구멍에서 꺼낸 후 드릴 도구를 아래로 기울인 상태로 신속하게 외부 튜브를 제거한 후 내부 드릴 비트 하단을 즉시 밀봉 커버로 밀봉하십시오. 그런 다음 지지대(16)에서 테스트 부품을 제거하고 상단 파이프(18)를 꺼내고 플러그 나사(또는 공기 추출 조인트)를 빠르게 조인 다음 씰에 납유를 바르고 밀봉된 테스트 부품을 물에 약 10분 동안 가라앉힙니다. 분 공기 누출을 확인하십시오. 공기 누출이 있으면 다시 밀봉해야 합니다. 그런 다음 가능한 한 빨리 연구실로 보내십시오. 밀봉 후 테스트 부품은 그림 4-28에 나와 있습니다.

그림 4-28 밀봉 테스트 부분

1 - 플러그 나사, 2 - 배수관, 4 - 석탄층 메탄, 6 - 밀봉 덮개; ;7—겔 패드

8) 석탄층 메탄이 포함된 테스트 부품은 번호를 매기고 포장하여 적시에 운송해야 하며, 운송 중에 가스 누출이나 석탄층 메탄을 방지하기 위해 충격과 날카로운 진동을 피해야 합니다. 폭발.

9) 드릴링 도구를 사용한 후에는 반드시 세척하고 기름을 발라야 하며 세 부분은 별도로 보관해야 합니다. (테스트 부분의 내벽은 기름이 테스트의 정확성에 영향을 미치기 때문에 기름칠할 수 없습니다. ).

2. 가스 포집 더블 액션 더블 튜브 드릴링 도구

가스 포집 더블 액션 더블 튜브의 설계 아이디어(그림 4-29)는 배수 및 가스 수집 원리를 기반으로합니다. 샘플링 전 가스 수집실과 드릴링 도구의 내부 튜브는 액체로 채워져 있습니다. 샘플링 과정에서 내부 튜브에 들어가는 석탄 코어는 형성 응력을 잃고 드릴 비트에 의해 파괴되어 석탄층 메탄이 포함됩니다. 그 안에서 방출되어 가스 전도관의 중앙 구멍을 통과하여 11 플레넘 상단으로 떠오릅니다. 가스포집실 내의 액체는 석탄층메탄에 의해 배출되어 환수관(10), 물출수관(8), 환원조인트(1)의 환수공을 통해 배출된다. 따라서 가스 포집실의 액체 상부에 축적된 석탄층 메탄이 빠져나가지 않게 됩니다.

위의 원리를 보면 내부관이 너무 길거나 가스포집실이 너무 짧을 경우 석탄층 메탄이 다량 유입되어 환수관 하단이 노출되는 것을 알 수 있다. 액체 표면으로 석탄층 메탄이 환수관, 배출관 및 환원 조인트를 통과하게 됩니다. 물 환류 구멍이 이탈하여 샘플링 실패가 발생했습니다. 따라서 가스 포집실과 내부 파이프의 길이는 조사되는 석탄층 메탄 함량에 따라 결정되어야 합니다.

샘플링 작업은 준비, 샘플링, 밀봉의 세 가지 과정으로 나누어집니다.

(1) 준비 작업

샘플링 전 내부 튜브의 모든 부품을 분해하여 청소하고 실에 면사를 감고 납유를 바르고 밀봉 접착제를 한 겹 바르십시오. 튜브의 외부 조인트에 밀봉이 잘 되도록 하십시오. 연결된 내부 파이프는 5~10기압 또는 20~30기압의 압력 테스트를 통과해야 합니다.

그림 4-29 가스 수집 이중 작용 이중 튜브 드릴링 도구

1 - 리듀싱 조인트 2 - 외부 파이프 3 - 외부 파이프 드릴 비트; 드릴 비트, 6 - 호스, 7 - 물 배출 파이프, 9 - 리턴 파이프, 12 - 코어 14 - 다이어프램 보호 링, 16 - 씰링 고무 링, 18 - 중앙 파티션 플레이트, 21 - 내부 튜브, 22-플라스틱 종이 다이어프램

구멍을 뚫기 전에 내부 튜브에 액체를 채우고 그 안의 공기를 제거해야 합니다. 충전시에는 내부 튜브를 거꾸로 뒤집어 호스 클램프 5를 풀고 호스 6에서 액체가 흘러 나오는 것이 보이면 클램프를 조이고 석탄 코어 파이프를 채우십시오. 그런 다음 내부 튜브 드릴 비트를 다이어프램 보호 링, 오일 페이퍼 또는 플라스틱 필름으로 밀봉하고 내부 튜브에 나사로 고정하십시오. 마지막으로 내부 파이프를 평평하게 놓고 에어노즐(7)을 제거한 후 리듀싱 조인트와 외부 파이프를 연결하여 드릴링 공구를 낮춥니다.

(2) 샘플링 작업

앞서 언급한 싱글 액션 이중 파이프와 유사하게 드릴을 천천히 천공하여 다이어프램이 뚫고 들어가 진흙이 내부로 들어가는 것을 방지해야 합니다. 파이프. 구멍 바닥에 접근할 때 구멍 바닥이 깨끗한지 확인하기 위해 펀치와 드릴을 동시에 해야 합니다. 샘플링을 위해 석탄층을 천공하는 과정에서 영상의 길이는 일반적으로 약 0.5m로 제어되어야 합니다. 석탄 코어를 고정하고 드릴 비트 바닥을 밀봉하려면 큰 천공 중량을 사용해야 합니다. 드릴을 들어올리기 전에 2~3분 동안 건조 드릴링을 하십시오.

(3) 실링작업

드릴링 공구를 지면으로 들어 올린 후 수직 위치로 유지한 후 신속하게 외부 튜브를 풀고 드릴 비트를 나사로 고정해야 합니다. 밀봉커버. 호스로 에어 노즐을 나사로 고정하고 미리 클램프로 호스를 고정하십시오. 드릴 비트 바닥의 밀봉을 보장하려면 적절한 크기의 머드 볼을 드릴 비트 밀봉 캡에 넣은 다음 밀봉 캡을 조이십시오. 내부 튜브의 외벽을 깨끗이 문지른 후 각 연결부에 밀봉 접착제를 다시 바르고 물에 넣어 공기 누출 여부를 확인한 후 신속하게 연구실로 보냅니다.

(2) 셰일가스 폐쇄형 코어링 시스템

셰일가스는 여러 단계로 존재하며 주로 진흙 셰일과 일부 실트암층에 집중되어 있으며 주로 흡착되어 존재하는 천연가스의 축적입니다. 또는 자유 상태. 셰일가스 탐사 단계의 시추는 일반적인 지질 코어 시추와 다릅니다. 셰일 코어를 수집한 후에는 총 가스량과 다양한 매개변수에 대한 실험적 측정과 분석, 유정 결정을 수행해야 하기 때문입니다. 따라서 셰일 층의 밀봉 추출을 수행해야 합니다. 현재 밀봉 코어링 드릴 도구에는 기계적 가압형과 자동 잠금형의 두 가지 주요 유형이 있습니다.

1. 기계적으로 가압되는 폐쇄형 코어 드릴링 도구

폐쇄형 코어 드릴링 도구(그림 4-30)는 주로 폐쇄형 플러그, 코어링 비트, 코어 클로, 5개 부품: 내부 및 외부 코어 튜브 어셈블리 및 기계적 압력 조인트.

드릴링 도구는 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다. ① 전체 내부 튜브가 밀봉되어 밀봉 유체로 채워져 있으며 하단의 밀봉 플러그가 3개의 핀을 통해 드릴 비트 입구에 고정됩니다. ② 드릴링 도구는 "이중"으로 설계되었습니다. -튜브 더블액션' 구조; ③ 코어링 비트 물웅덩이가 우물벽을 향해 기울어져 있습니다.

그림 4-30 기계적으로 가압된 폐쇄형 코어링 드릴 도구의 구조 다이어그램

1 - 가압된 상부 조인트 2 - 강철 볼 3 - 가압된 로드 5 - 6 - 육각형 막대; 8 - 매달린 조인트; 10 - 강철 볼; 13 - 외부 튜브의 상부 조인트 플러그, 15 - 내부 파이프 조인트, 18 - 드릴 비트, 21 - 코어 클로, 23 - 핀 헤드

드릴링 도구의 작동 원리: 밀봉된 접촉 헤드가 드릴 비트 앞에 있으므로 드릴 비트가 우물 바닥에 닿기 전에 밀봉 헤드 고정 핀이 먼저 절단되고 씰링 헤드 전체가 위로 올라가고 튜브 안의 씰링 유체가 배수되기 시작하여 점차적으로 웰 바닥에 보호 영역을 형성하여 비밀 추출을 준비합니다. 코어가 계속 형성됨에 따라 밀봉 플러그를 위로 밀어 내관의 상단이 밀봉되므로 튜브 내의 밀봉 유체가 코어에 의해 압착되어 내관과 내부 튜브 사이의 환형 틈에서 동일한 부피로 아래쪽으로 배출됩니다. 코어 컬럼에 연속적이고 균일하게 도포되어 보호막을 형성하여 진흙이 없는 물에 의한 오염으로부터 코어를 보호합니다. 드릴링 과정에서 내부 코어 튜브와 외부 코어 튜브 사이에 상대적인 움직임이 없기 때문에 내부 튜브 어셈블리와 드릴 비트 결합 표면은 안정적인 정적 밀봉이 되어 내부 튜브에 진흙이 잠길 가능성을 효과적으로 극복합니다. 코어링 비트의 물 구멍은 우물 벽쪽으로 치우쳐 있어 제트가 코어의 뿌리를 직접 씻어내리지 않아 코어를 보호하는 데 도움이 됩니다. 코어링 후 드릴링 도구를 들어 올려 코어를 가압하고 절단합니다. 드릴링 도구의 중력으로 인해 매달린 강철 볼이 서스펜션 기능을 잃습니다. , 내부 튜브가 코어 클로를 누르고 코어 클로가 닫히고 코어를 고정하도록 한 다음 드릴 도구를 들어 코어를 잡아 당깁니다. 꺼낸 코어는 규정에 따라 샘플링되어 적시에 현장에서 분석됩니다. 코어가 진흙으로 오염되면 추적자는 필연적으로 코어에 침투하게 됩니다. 따라서 발색 시약을 사용하여 암석 샘플에 추적자의 존재를 식별할 수 있으며 코어에 침입하는 진흙이 없는 물의 양을 계산할 수 있습니다. 코어의 밀봉률 총 샘플 수에 대한 적격 샘플의 비율입니다.

2. 자동 잠금 밀봉 코어링 드릴 도구

대칭 드릴링 공정 기술 연구소에서 개발한 자동 잠금 밀봉 코어링 드릴 도구는 그림 4-31에 나와 있습니다. 드릴 공구의 직경은 Φ215mm이며 대형 조인트, 와이어 플러그, 외부 파이프의 상부 조인트, 내부 및 외부 코어 파이프, 외부 파이프의 하부 조인트, 내부 파이프 씰링 링, 클램프 코어 클로, 씰링 헤드, 전단 핀 및 코어링 비트는 더블 튜브 더블 액션 드릴링 도구입니다. 드릴링 도구의 특성은 다음과 같습니다. ① 중간 깊이 우물과 깊은 우물의 800-5500m 구간에서 폐쇄형 코어링에 적합합니다. ② 일체형 코어 클로는 드릴 비트 내부 공동의 원추형 표면에 단단히 고정되어 있으며 코어는 단단히 고정됩니다. ③ 내부 및 외부 튜브 서스펜션 장치는 조립 및 분해가 간단하고 볼 프레셔 방식의 복잡한 코어 절단 공정을 제거합니다. ④ 다양한 유형의 코어링 드릴 비트가 장착되어 있습니다.

그림 4-31 자동 잠금 폐쇄형 코어링 드릴의 구조 다이어그램

1 - 대형 조인트 2 - 와이어 플러그 3 - 조인트 5 - 내부 튜브; 파이프; 6-하부 조인트; 8-드릴 비트; 9-실링 헤드

드릴링 도구의 작동 원리: 코어링 드릴링 시 내부 및 외부 튜브가 동시에 회전합니다. 내부 튜브는 밀봉 유체로 채워져 있습니다. 씰링 헤드가 코어 클로를 통해 내부 튜브에 들어가면 씰링 유체가 틈새에서 흘러나와 코어 표면에 고르게 코팅되어 보호막을 형성하여 진흙이 코어에 침투하는 것을 방지합니다. 드릴링된 코어는 코어 클로의 마찰을 극복하고 내부 튜브로 들어갑니다. 코어를 절단할 때 드릴 도구를 들어 올리면 코어 클로가 드릴 비트의 내부 원뿔 표면을 따라 아래로 내려가 코어를 단단히 고정합니다. 리프팅 힘이 코어 섹션의 최대 파괴력에 도달하면 코어가 절단됩니다.

(3) 천연가스 하이드레이트 압력 유지 및 충실도 코어링 시스템

천연가스 하이드레이트(인화성 얼음이라고도 함)의 주성분은 메탄(CH4)으로, 다음과 같은 경우 빠르게 분해됩니다. 열에 노출됨. 1m3의 천연가스 수화물은 표준 온도와 압력에서 164m3의 메탄가스를 방출할 수 있습니다. 천연가스 수화물은 주로 고원 영구 동토층과 해저에서 발생하며, 지하 저장소에 고체 상태로 존재합니다. 기존의 시추 및 코어링 방법을 사용하면 천연가스 수화물은 시추 도구의 증가(온도 상승, 압력 감소)에 따라 고체에서 가스 및 액체로 변하므로 천연가스 수화물 저장소의 지질학적 데이터를 얻는 것이 불가능합니다. 따라서 천연가스 수화물 시추에는 특수한 단열 및 압력 유지 코어링 도구가 있어야 합니다.

최근 몇 년간 우리나라는 천연가스 수화물 탐사에 큰 중요성을 부여해 왔으며, 중국 석유대학(중국 동부)과 Sinopec Shengli 유전 시추 기술 연구소가 공동으로 개발한 "가스 수화물 심해 시추 코어링 시스템"을 실시했습니다. 다운홀 테스트를 거쳐 성공했습니다.

코어링 시스템(그림 4-32)은 드릴링 도구 서스펜션 어셈블리, 잠금 장치, 내부 코어링 튜브, 단열 및 압력 절연 튜브, 외부 코어링 튜브 볼 밸브 메커니즘, 코어링 드릴 비트 및 압력 보상 장치, 온도 및 압력 측정 기록 시스템 및 내부 튜브 복구 장치로 구성됩니다.

딥 코어 드릴링 기술 및 관리

1—오버슈팅 헤드, 2—제한 및 잠금 어셈블리, 3—외부 제한 본체, 5—회전 베어링, 압력 보상 장치 및 압력 완화 장치, 7 - 내부 튜브 교정 본체, 10 - 내부 튜브 슈, 13 - 볼 밸브 폐쇄 장치 14 - 열 보존 및 압력 기록 시스템 15 - 코어링 드릴 비트

시스템 작동 원리: 코어링 작업을 위해 특수 코어링 드릴 파이프를 사용하여 로프 코어링 내부 튜브 어셈블리를 해저로 보냅니다. 마지막으로 코어링 내부 튜브 어셈블리가 로프를 통해 들어 올려 피스톤을 위쪽으로 구동하고 부압을 발생시켜 볼 밸브를 닫아 코어링을 위한 보온 및 압력 보존을 달성합니다. 포괄적인 드릴링이 필요한 경우 코어링 비트의 포괄적인 드릴링을 달성하기 위해 유정에서 드릴 비트 플러그를 삽입하여 흐름 경로를 차단합니다. 연속 코어링 중에는 로프를 사용하여 드릴 비트와 플러그 어셈블리를 들어 올린 다음 코어링 내부 튜브 어셈블리를 넣어 코어링 작업을 완료합니다.

시스템의 구조적 특징:

1) 드릴링 공구의 외부 치수의 한계를 고려할 때 금속 진공 단열 파이프가 선호되며 플라즈마 단열재를 분사하는 수동 단열 방식이 사용됩니다. 내부 및 외부 표면의 재료는 그림 4-33과 같이 시스템 단열 파이프를 설계하는 데 사용됩니다.

그림 4-33 단열 파이프의 개략도

2) 볼 밸브 폐쇄 장치 근처에 압력 및 온도 기록기가 있습니다. 드릴링 후 단열재의 온도와 압력이 기록됩니다. 압력 파이프를 현장에서 측정할 수 있으며 압력 및 온도 기록계의 재생 값과 비교하여 코어링 시스템의 보온 및 압력 보존 결과를 얻을 수 있습니다.

3) 보온압력보존 코어링 튜브와 내부 구조는 단일 이동식으로 암석 시료와의 간섭을 방지하고 암석 시료 채취율 향상에 도움이 됩니다.

4) 드릴링 도구의 외부 튜브에는 원주 방향 잠금 메커니즘이 장착되어 있어 샘플링과 전체 구멍 드릴링 간의 전환을 실현할 수 있습니다.

5) 볼 밸브 메커니즘의 개폐 및 해제 메커니즘은 유압과 로프 메커니즘의 결합 작용으로 구현되어 안전하고 신뢰할 수 있습니다.

6) 코어 튜브는 저마찰 복합재료 또는 알루미늄 합금으로 제작되어 코어 진입에 유리합니다.

7) 코어링 비트에는 부드러움과 경도가 다른 지층에 적응할 수 있도록 다양한 절단 톱니가 장착되어 있으며, 로프는 암석 샘플이 우물 바닥에서 이동하는 시간을 단축하는 데 사용됩니다. 열과 압력을 유지하는 데 도움이 되는 표면에.

천연가스 수화물 심해 심공 시추 시스템은 산둥성 보하이만 천해 지역의 성리(Shengli) CB25GA-6 유정에서 현장 시추 테스트를 진행했으며 유정 사이에서 2차례의 작업을 진행했다. 수심 375~379.3m로 최종 결과를 얻었습니다. 코어 길이는 4.3m, 평균 코어 채취율은 95.35%입니다. 코어는 한 번에 최대 3.1m까지 채취할 수 있으며 수확률은 100%입니다. 드릴링 도구가 유정에서 나온 후 현장 신속 테스트 기술을 통해 압력 유지 조건을 테스트하고 테스트를 수행했습니다. 첫 번째 테스트 압력은 4.25MPa였으며 16.5h에서 압력은 4.213MPa로 0.037MPa 감소하여 좋은 결과를 얻었습니다.