유전용 화학 첨가제 적용 사례

2022년, 코로나19 팬데믹의 영향 속에서도 서북유전 유정 완공 관리센터는 유정 제어 장비 및 중질유 막힘 파이프 청소 등 24개 프로젝트를 완료하여 1,368만 3천 위안의 구매 비용을 절감했습니다.

석유 파이프를 사용하는 동안 왁스, 폴리머, 염분 등의 영향으로 파이프 직경이 점차 좁아져 원유 흐름이 감소하고 원유 생산량에 영향을 미칩니다. 따라서 시추 회사들은 일반적으로 1년에 한 번씩 파이프를 청소합니다. 파이프 이음매의 용접 부위를 처리한 후에는 파이프 전체를 청소해야 합니다.

일반적으로 석유 시추에 사용되는 강관은 내외부 표면에 녹이 슬어 있습니다. 녹을 제거하지 않으면 사용 후 유압유를 오염시켜 유압 장치의 정상적인 작동에 영향을 미칩니다. 따라서 파이프 내면의 녹은 산세척을 통해 제거해야 합니다. 산세척은 파이프 외면의 녹도 제거할 수 있어 외면에 방청 페인트를 도포하는 데 도움이 되며, 장기적인 부식 방지 효과를 제공합니다. 산세척은 일반적으로 0%~15% 농도의 산 용액을 사용하여 수행합니다. 유주(Youzhu)사는 유전용 고온 내성 산성 부식 억제제인 ​​UZ CI-180을 제공합니다. 산세척 또는 산세척 과정에서 산은 강철을 부식시키는데, 고온에서는 부식 속도와 범위가 크게 증가합니다. 따라서 유전 생산에서 고온 배관의 부식 방지는 특히 중요하며, 이는 유전 개발의 이익뿐 아니라 생산 안전과도 밀접한 관련이 있습니다. 파이프라인 및 장비에 대한 산 부식 정도는 접촉 시간, 산 농도, 온도 조건 등에 따라 달라집니다. UZ CI-180은 우수한 고온 저항성을 가지고 있으며, 최대 180°C(350°F)의 온도에서도 산 혼합물에 UZ CI-180을 첨가하면 시추공 바닥의 고온 환경에서 산에 의한 강철 부식 효과를 크게 줄일 수 있습니다. 유주는 배관 세척, 시추액 배합 및 장비 유지 보수 분야에서 수행한 프로젝트로 서북 유전 관리 센터로부터 높은 평가를 받았습니다.

둥잉시 둥산로에 위치한 풍예 1-10HF 유정은 20일 시추 주기의 장벽을 돌파한 최초의 셰일 오일 수평 시추공으로, 예정보다 24일 앞당겨 완공되었습니다. 이 유정은 국가에너지국이 승인한 3개의 국가 셰일 오일 시범 구역 중 하나이자 중국 최초의 대륙 단층 분지 셰일 오일 국가 시범 구역입니다. 24일 조기 완공으로 1천만 위안 이상의 비용을 절감했습니다.

인근 400미터 지점에서 파쇄 작업이 진행 중인 유정의 근접성과 자갈 암반 경계와의 근접성으로 인해, 펑예 1-10HF 유정은 물 침투, 유출 및 유체 손실의 위험에 직면했습니다. 또한, 유정 바닥의 고온은 다양한 계측 장비에 어려움을 초래했습니다. 프로젝트 팀은 엔지니어링 기술 지원과 핵심 기술적 문제 해결에 집중했습니다. 그 결과, 강한 불균질성 환경에서 최적의 시추 지점을 예측하기 어려운 점, 고온 고압 환경에서 계측 장비의 한계, 시추 유체 손실과 유입의 동시 발생 등의 제약 조건을 순차적으로 해결해 나갔습니다.

그들은 유동성을 향상시키기 위해 합성 기반 머드 시스템을 개발하고 적용했습니다. 그중에서도 유주(Youzhu)에서 개발한 현재의 시추액 첨가제인 TF FL WH-1 시멘트 유체 손실 방지 첨가제는 셰일 시추공 표면에 고품질의 막을 형성하여 시추액 여과액이 지층으로 침투하는 것을 방지합니다. TF FL WH-1은 시추공 바닥 순환 온도(BHCT)가 60℉(15.6℃)에서 400℉(204℃) 사이인 유정에서 사용하도록 설계되었습니다.

TF FL WH-1은 API 유체 손실률을 36cc/30min 미만으로 제어하는 ​​동시에 지층으로부터의 가스 이동을 억제합니다. 일반적으로 대부분의 슬러리에는 0.6%~2.0%의 BWOC가 필요하지만, TF FL WH-1은 보통 0.8% BWOC 미만의 투입량으로 사용되어 저류층을 보호하고 시추공을 안정화합니다. 이는 셰일 공극과 미세 균열을 효과적으로 밀봉하여 시추액 여과액의 침투를 방지하고 공극압 전달을 감소시켜 시추액의 부식 억제 효과를 크게 향상시킵니다.

현장 적용 결과에 따르면 고성능 수성 시추액은 부식 억제력이 뛰어나고, 기계적 시추 속도를 높이며, 고온에서도 안정적이고, 저류층을 보호하며, 환경 친화적입니다.

2022년 2월, 시노펙(Sinopec)의 바중 1HF 유정은 쥐라기 하천 사암 석유 및 가스 저류층에 위치하며, "파쇄, 함침 및 유정 폐쇄 통합"이라는 혁신적인 파쇄 설계 개념을 제안했습니다. 이 접근 방식은 밀도가 높은 하천 사암 저류층의 특성과 높은 지층 압력 계수를 해결하기 위해 개발되었습니다. "밀착 절삭 + 임시 폐쇄 및 전환 + 고강도 모래 주입 + 함침을 통한 석유 증진"을 포함하는 최적화된 파쇄 기술은 지하 석유 및 가스의 유동 능력을 크게 향상시켰으며, 새로운 파쇄 모델을 제시하여 대규모 수평정 파쇄에 대한 참고 자료를 제공했습니다.

유주오의 고온 유체 손실 방지 첨가제, 고온 붕괴 방지 플러깅제, 고온 유동 조절제는 파쇄 유체에 첨가되어 지층 공극압, 시추공 응력, 암석 강도로 인한 압력 및 유체 손실 문제를 해결합니다. 남서석유대학에서 개발한 특수 겔 플러깅 기술은 특수 겔이 손실층에 진입한 후 자동으로 흐름을 멈추고 균열과 공극을 채워 "겔 플러그"를 형성함으로써 지층 내부 유체와 시추공 유체를 차단합니다. 이 기술은 유체 손실이 크고 회수량이 적은 균열, 다공성, 파쇄된 지층에서 심각한 누출에 매우 효과적입니다.

2023년 5월 30일 오전 11시 46분, 중국석유공사(CNPC) 타림 유전의 선디테케 1호 시추공에서 시추가 시작되면서 최대 1만 미터 깊이의 초심부 지질 및 공학 탐사 여정이 시작되었습니다. 이는 중국 심부 토목 공학 역사에 한 획을 그은 순간으로, 중국의 심부 탐사 기술에 있어 중대한 돌파구를 마련하고 '1만 미터 시대'의 시작을 알리는 것입니다.

션디 테케 1 유정은 신장 위구르 자치구 악쑤현 샤야현, 타클라마칸 사막 한가운데에 위치해 있습니다. 이 유정은 중국석유공사(CNPC)가 타림 유전에서 진행하는 중요한 심층 시추 프로젝트로, 매장량 10억 톤에 달하는 푸만 초심층 석유·가스 매장지와 인접해 있습니다. 션디 테케 1 유정의 설계 심도는 11,100미터이며, 시추 및 완공 기간은 457일로 계획되었습니다. 2024년 3월 4일, 션디 테케 1 유정의 시추 심도가 10,000미터를 돌파하여 세계에서 두 번째, 아시아 최초로 이 깊이를 넘어선 수직 유정이 되었습니다. 이 이정표는 중국이 이처럼 대규모의 초심층 유정 시추와 관련된 기술적 난제를 독자적으로 극복했음을 보여줍니다.

수심 10,000미터에 달하는 심해 시추는 수많은 기술적 난관이 존재하는 석유 및 가스 엔지니어링 기술 분야에서 가장 어려운 과제 중 하나입니다. 또한 이는 한 국가의 엔지니어링 기술 및 장비 역량을 가늠하는 중요한 지표이기도 합니다. 극한의 시추공 온도와 압력 조건에 직면하여 고온 시추액, 고온 내성 모터, 그리고 방향 시추 기술 분야에서 상당한 발전이 이루어졌습니다. 코어 샘플링 및 케이블 로깅 장비, 175MPa 용량의 초고압 파쇄 트럭, 그리고 현장 시험을 성공적으로 마친 파쇄액 장비 분야에서도 획기적인 발전이 달성되었습니다. 이러한 개발은 초심해 유정의 안전하고 효율적인 시추 및 완공을 위한 여러 핵심 기술의 탄생으로 이어졌습니다.

본 프로젝트에 사용된 시추 유체 시스템은 고온·고압 환경이라는 특수한 조건에 맞춰 개발되었으며, 고온에서도 우수한 유동학적 특성을 유지하면서도 조절 및 유지 관리가 용이한 탁월한 유체 손실 저감제와 부식 억제제를 포함하고 있습니다. 또한, 점토 제어 첨가제는 초고온 조건에서 점토 입자의 탈수 능력을 향상시켜 시추 유체의 적응성과 안정성을 개선합니다.

지무사르 셰일 오일은 중국 최초의 국가 육상 셰일 오일 시범 지역으로, 준가르 분지 동부에 위치해 있습니다. 면적은 1,278㎢이며, 추정 매장량은 11억 1,200만 톤에 달합니다. 2018년 지무사르 셰일 오일의 대규모 개발이 시작되었으며, 1분기에는 신장 지무사르 국가 육상 셰일 오일 시범 지역에서 31만 5천 톤의 셰일 오일을 생산하여 사상 최고 기록을 세웠습니다. 시범 지역은 셰일 오일 매장량과 생산량 증대를 위해 2024년까지 시추공 100개와 수압 파쇄공 110개를 완공할 계획으로 개발에 박차를 가하고 있습니다.

셰일 오일은 셰일 암석에 붙어 있거나 균열 속에 존재하는 석유로, 추출하기 가장 어려운 석유 유형 중 하나입니다. 신장 지역은 탐사 및 개발 가능성이 넓은 풍부한 셰일 오일 자원을 보유하고 있습니다. 중국은 셰일 오일 자원을 미래 석유 대체재의 핵심 분야로 인식하고 있습니다. 신장 유전 지시 유전 운영 지역 지질 연구 센터의 우청메이(Wu Chengmei) 2차 엔지니어는 지무사르 셰일 오일이 일반적으로 지하 3,800미터 이상 깊이에 매장되어 있다고 설명합니다. 깊은 매장과 특히 낮은 투수성 때문에 추출은 숫돌에서 기름을 추출하는 것만큼이나 어렵습니다.

중국의 육상 셰일 오일 개발은 일반적으로 네 가지 주요 과제에 직면해 있습니다. 첫째, 오일이 비교적 무거워 유동성이 떨어집니다. 둘째, 유망한 지역(sweet spot)이 작고 예측하기 어렵습니다. 셋째, 점토 함량이 높아 파쇄 작업이 어렵습니다. 넷째, 분포가 불균일하여 작업이 복잡합니다. 이러한 요인들은 오랫동안 중국의 대규모 및 효율적인 육상 셰일 오일 개발을 저해해 왔습니다. 본 프로젝트에서는 파쇄 유출수를 처리하기 위해 오염을 줄이고 유출수를 재활용하여 파쇄액으로 재사용할 수 있도록 하는 새로운 첨가제를 사용합니다. 이 방법은 2023년에 9개 유정에서 시험되었으며 매우 우수한 결과를 얻었습니다. 본 프로젝트는 2024년 6월부터 재구성된 파쇄액을 대규모 파쇄 작업에 적용할 계획입니다.

본 프로젝트의 주요 지층은 석탄층, 회백색 및 갈색 이암층으로 구성되어 있으며, 이들은 수분에 민감한 지층입니다. 지무사르 셰일 오일 블록의 두 번째 시추공은 개방 구간이 길어 지층 침투 시간이 길어집니다. 수성 시추액을 사용할 경우 붕괴 및 불안정성이 발생할 가능성이 높지만, 유성 시추액은 수화 효과를 일으키지 않습니다. 유중수 에멀젼 시추액 또한 안정적일 경우 수화 효과를 일으키지 않으므로, 유성 시추액은 수화 팽창 압력을 발생시키지 않습니다. 연구 결과, 다음과 같은 붕괴 방지 원칙 및 조치를 적용한 유성 시추액 시스템을 채택하게 되었습니다. 1. 화학적 억제: 유수 비율을 80:20 이상으로 유지하여 지층으로의 수분 침투를 줄이고, 석탄층 및 수분에 매우 민감한 지층의 팽창 및 붕괴를 효과적으로 방지합니다. 2. 물리적 차단: 약한 지층에 칼슘 물질과 같은 증량제를 사전에 첨가하여 지층의 내압성을 향상시키고 유정 누출을 방지합니다. 3. 기계적 지지: 밀도를 1.52g/cm³ 이상으로 제어하고, 적층 구간에서 밀도를 설계 한계인 1.58g/cm³까지 점진적으로 증가시킵니다. 유주(Youzhu)사에서 생산하는 증량제를 사용하면 원하는 효과를 얻을 수 있으며, 시추 및 유정 완공 프로젝트를 원활하고 성공적으로 완료할 수 있습니다.