시추 유체 고형물 제어 시스템의 현재 상태 및 개선 조치

시추 과정에서 우수한 시추 유체 성능은 시추 속도 향상, 시추 비용 절감, 다운홀 사고 예방, 석유 및 가스 생산층 보호의 전제 조건입니다. 시추 유체 고형물 제어 시스템은 시추 유체 성능을 유지하기 위한 보증입니다.

석유 탐사 산업의 발전과 함께 시추 깊이는 끊임없이 증가하고 있으며, 만나는 지층은 점점 더 복잡해지고 있습니다. 심정, 초심정, 수평정, 저압정 등 특수정은 더욱 보편화되고 있으며, 시추 유체 고형물 제어 시스템에 대한 요구 사항이 높아지고 있습니다.

최근 몇 년 동안 고형물 제어 시스템은 시추 유체 순환 탱크에서 고형물 제어 장비에 이르기까지 기술적으로 상당한 발전을 이루었으며, 공정 흐름은 더욱 합리적으로 되었습니다. 그러나 고형물 제어 시스템의 매칭에 관해서는 여전히 많은 오해가 존재합니다.

1. 시추 유체 순환 탱크.

시추 유체 순환 탱크의 유효 용량은 시추 중 최대 시추 유체 순환 용량을 수용하기에 충분해야 하며 적절한 예비 용량을 갖추어야 합니다. 또한 비상 시 순환 및 유정 제어에 쉽게 참여할 수 있어야 합니다. 최근 몇 년 동안 해외 시장의 지속적인 확장과 시추 유체 고형물 제어 시스템에 대한 시추 기술의 요구 사항 증가로 인해 시추 유체 순환 탱크의 부피를 맹목적으로 확장하는 현상이 나타나고 있습니다.

고형물 제어 시스템의 과도한 부피는 시추 장비 이동 비용과 시추 유체 비용을 증가시킵니다. 따라서 합리적인 부피는 사용자가 추구하는 목표입니다.

고형물 제어 시스템의 단일 탱크 크기와 순환 탱크 수는 일반적으로 드릴링 베이스 높이, 현지 운송 조건, 시추 장비에 필요한 유효 용량과 같은 요소를 기반으로 결정됩니다. 순환 탱크 표면에는 고형물 제어 장비, 교반기 및 시추 유체 이송 펌프를 수용할 수 있는 충분한 공간이 제공되어야 합니다. 또한 연결 파이프, 머드 탱크, 액세서리, 펌프 흡입 및 배출 파이프, 물 파이프 및 기타 장비를 위한 공간을 고려해야 합니다. 각 구획의 부피는 주로 진동 스크린, 샌드 제거기, 실트 제거기 및 원심 분리기와 같은 고형물 제어 장비 및 보조 장비의 설치 공간에 의해 결정됩니다.

2. 고형물 제어 시스템 공정 흐름 및 장비 매칭.

전체 고형물 제어 시스템의 공정 흐름은 시추 유체의 5단계 고형물 제어(스크리닝—탈기—샌드 제거—실트 제거—원심 분리) 및 머드 중량 조절 요구 사항을 충족해야 합니다. 고형물 제어 장비의 최적화된 매칭이 중요합니다. 고형물 제어 장비의 1-5단계 처리 용량은 상호 매칭되어야 하며, 분리된 입자 크기 사이에 적절한 간격과 어느 정도의 중첩이 있어야 하며, 이전 단계에서 완전히 처리되지 않은 더 작은 입자도 다음 단계에서 처리될 수 있도록 해야 합니다.

2.1 시추 유체 정제 및 순환 공정.

파이프라인을 통해 반환된 유정구 머드는 개별적으로 또는 동시에 다양한 진동 스크린으로 이송될 수 있습니다. 진동 스크린에서 처리된 후 모래 침강실로 들어갑니다. 모래 침강실에서 넘쳐흐르는 머드는 머드 탱크를 통해 샌딩실로 들어갑니다(머드 가스 침입이 발생하면 진공 탈기기를 활성화하여 탈기실에서 머드를 끌어내어 샌딩실로 들어가기 전에 탈기할 수 있습니다).

샌드 제거기에서 처리된 머드는 실트 제거실로 들어갑니다. 실트 제거기에서 처리된 머드는 머드 탱크를 통해 원심 분리실로 들어갑니다. 원심 분리기에서 처리된 머드는 머드 탱크를 통해 시추 유체 흡입실로 들어갑니다. 그런 다음 시추 펌프에서 재사용하기 위해 반복적으로 유정으로 펌핑됩니다. 시추 유체 고형물 제어 시스템에 대한 보다 합리적인 흐름도는 아래 그림에 나와 있습니다.

2.2 진동 스크린의 공정 흐름 및 선택.

시추 중 유정 바닥에서 생성된 드릴 커팅은 시추 유체에 의해 표면으로 운반됩니다. 진동 스크린은 드릴 커팅을 제거하는 첫 번째, 가장 빠르고 가장 큰 용량의 고형물 제어 장비이며, 시추를 위한 필수적인 1단계 처리 장치입니다.

진동 스크린의 기술 수준은 주로 처리 용량(처리량 및 분리 입자), 작동 신뢰성, 수명, 작동 및 유지 보수의 용이성에 반영됩니다. 시추 유체 고체 입자의 크기, 함량 및 점도가 일정하게 유지될 때, 고체 입자에 대한 동적 전단 응력이 클수록 입자 이동에 대한 초기 저항이 커지고 입자 이동 속도가 느려집니다.

해외 진동 스크린에 대한 이론 연구는 이 점을 완전히 인식했습니다. 시추 유체가 분배기에서 진동 스크린으로 흐르기 전에, 시추 유체의 직접적인 스크린 침식을 피하기 위해 시추 유체 충격 트로프가 설치되어 유정구에서 돌아오는 시추 유체에 대한 동적 전단 응력을 최소화합니다.

고체 입자의 힘과 움직임이 더 합리적일 뿐만 아니라 시추 유체 누출을 줄이고 시추 유체 처리량을 늘려 스크린의 수명을 연장합니다. 그러나 제조업체 간의 재료, 가공 기술, 가공 정밀도 및 호환되는 일반 장비의 차이로 인해 제품의 실제 기술 성능은 크게 다릅니다.

따라서 진동 스크린을 선택할 때는 명시된 기술 매개변수에만 의존하는 대신 재료, 가공 기술, 가공 정밀도 및 호환되는 일반 장비에 대한 자세한 내용을 이해하는 것이 중요합니다. 고체 입자 크기 분포에 따라 적합한 스크린을 선택하는 것 외에도, 진동 스크린을 선택할 때 고려해야 할 또 다른 중요한 요소는 허용 처리량입니다. 진동 스크린의 처리 용량은 시추 중 최대 배출 속도를 수용할 수 있어야 합니다.

진동 스크린의 처리량에 영향을 미치는 요인에는 자체 운동 매개변수, 시추 유체 유형, 밀도, 점도, 고체 입자 크기 분포 및 함량, 스크린 크기가 포함됩니다. 대량 배출 속도의 요구 사항을 충족하기 위해 때로는 2-3개의 진동 스크린을 병렬로 사용해야 합니다.

2.3 사이클론 작동 공정 및 장비.

우리나라 대부분의 고형물 제어 장비 제조업체는 사이클론, 즉 샌드 제거기와 실트 제거기를 생산할 수 있습니다. 사이클론의 주요 품질 지표는 내마모성이며, 성능은 주로 분리 입자 크기, D50에 의해 결정됩니다. D50이 낮을수록 분리 효율이 좋습니다.

샌드 제거기와 실트 제거기를 구성할 때 입자 분리 범위에 충분한 간격과 중첩이 모두 있는지 확인하는 것이 중요합니다. 사이클론의 분류 표준 및 분리 입자 크기에 따르면, 원통형 볼류트 내경이 Φ150–300mm이고 분리 입자 크기가 44–74 μm인 사이클론은 샌드 제거기로 분류됩니다.

원통형 볼류트 내경이 Φ100–125mm이고 분리 입자 크기가 15–44 μm인 사이클론은 실트 제거기로 분류됩니다. 그러나 현장에서 실제로 사용되는 많은 샌드 제거기와 실트 제거기는 유사한 크기의 입자를 분리합니다(샌드 제거기는 20–50 μm, 실트 제거기는 15–45 μm). 샌드 제거기에서 처리된 시추 유체는 실트 제거기에서 처리되며, 실트 제거기는 고체 입자 제거에 효과적이지 않습니다. 주된 이유는 많은 사이클론이 제조 품질이 낮아 시추 공정 요구 사항을 충족하지 못하기 때문입니다. 따라서 많은 사용자는 단일 샌드 제거기와 실트 제거기 대신 2개의 샌드 제거기 구성을 선택합니다.

일부 사용자는 공정 흐름을 변경하지 않고 단순히 원래 실트 제거기 위치에 두 번째 샌드 제거기를 설치합니다. 두 샌드 제거기 모두 동일한 성능 매개변수를 가지므로 이 접근 방식은 권장되지 않습니다. 병렬 공정 흐름을 사용해야 하며, 서로 백업 역할을 하거나 빠른 시추 중 시추 유체 처리량을 늘려야 합니다.

시추 유체 성능 요구 사항이 높은 특수정의 경우, 하나의 샌드 제거기와 하나의 실트 제거기를 직렬로 구성하는 것이 합리적입니다. 그러나 샌드 제거기와 실트 제거기를 선택할 때, 서로 다른 입자 크기 범위를 가진 제품을 선택해야 합니다. 예를 들어, 분리 입자 크기가 47–76 μm인 샌드 제거기와 분리 입자 크기가 15–47 μm인 실트 제거기를 사용하면 더 나은 처리 효과를 얻을 수 있습니다.

2.4 원심 분리기 공정 흐름.

시추 산업 전문가들은 일반적으로 고형물 제어 시스템에서 원심 분리기의 중요한 역할에 동의합니다. 중국의 대부분의 시추 팀은 주 장치 동력이 18.5, 22, 37 또는 45kW이고 회전 속도가 1300–2200 r/min인 중속 원심 분리기를 갖추고 있습니다. 현재 원심 분리기는 주로 중속 원심 분리기와 고속 원심 분리기의 두 가지 유형으로 나뉩니다.

중속 원심 분리기는 회전 속도가 1300–2200 r/min인 원심 분리기를 말하며, 중력의 약 800배에 해당하는 원심력을 생성하고 처리 용량은 40–60 m³/h입니다. 이 원심 분리기는 5–7 μm의 고체 입자를 제거하는 데 사용됩니다. 고속 원심 분리기는 회전 속도가 2500–3300 r/min인 원심 분리기를 말하며, 중력의 약 1200–2100배에 해당하는 원심력을 생성하고 2–5 μm 크기의 입자를 분리할 수 있습니다.

고속 원심 분리기는 두 가지 유형으로 나뉩니다. 하나는 완전 가변 주파수 제어 고속 원심 분리기입니다. 이 원심 분리기의 처리 용량은 시추 유체 특성에 따라 자동으로 조정될 수 있으며, 실시간 부하 모니터링 및 전체 주파수 변환 자동 폐쇄 루프 제어 기술을 통해 시추 유체 특성을 효과적으로 제어할 수 있습니다. 특수 공정 요구 사항이 있는 심정 및 수평정 시추를 위한 이상적인 고상 정제 장치입니다.

다른 유형은 고정 속도 고속 원심 분리기입니다. 이 원심 분리기는 일반적으로 일반 원심 분리기보다 2-3배 높은 속도를 가집니다. 작업자는 시추 유체의 특성을 평가하고 원심 분리기 속도를 수동으로 조정하여 더 나은 시추 유체 처리 결과를 얻습니다. 원심 분리기는 시추 유체 처리에서 점점 더 중요한 역할을 해왔습니다. 많은 시추 팀이 두 개의 원심 분리기를 갖추고 있습니다. 동일한 기술 사양(일반적으로 중속 원심 분리기, 때로는 처리 용량이 다른 경우)을 가진 두 개의 원심 분리기를 사용할 때, 백업을 위해 병렬 공정을 사용하거나 빠른 시추 중 시추 유체 처리 용량을 늘리는 것이 중요합니다.

현재 Derrick 및 Swaco와 같은 외국 회사들은 완전 가변 주파수 제어 고속 원심 분리기를 생산했습니다. 이러한 고속 원심 분리기는 가격이 비싸고 고도로 숙련된 작업자가 필요하므로 전문 전기 엔지니어의 작동 및 유지 보수가 필요합니다. 현재 해외에서 운영되는 국내 시추 팀 중 일부만이 이 유형의 고속 원심 분리기를 갖추고 있습니다.

중국에서는 시추 유체 성능 요구 사항이 높은 특수정의 경우, 중속 원심 분리기와 국내 생산 고속 원심 분리기를 직렬로 연결하는 공정을 사용하는 것이 좋습니다. 중속 원심 분리기로 처리된 시추 유체는 고속 원심 분리기의 공급 탱크로 들어갑니다. 고속 원심 분리기로 추가 처리된 후 순환 시스템으로 들어가 재사용됩니다.

이 시점에서 시추 유체의 고상은 효과적으로 정제되어 다운스트림 장비(시추 펌프, 시추 도구, 다운홀 장비 등)의 수명을 연장하고, 머드 재료 소비를 절약하며, 기계적 시추 속도를 높이는 데 유리합니다.

3. 결론.

1) 성능이 좋고 설계가 합리적인 진동 스크린을 선택하고, 시추 유체의 특성에 따라 필요한 진동 스크린의 수와 크기를 선택하십시오.

2) 성능이 좋고 매칭 매개변수가 합리적인 샌드 제거기와 실트 제거기를 선택하고, 직렬 공정 흐름을 채택하여 더 나은 샌드 제거 및 실트 제거 효과를 얻으십시오.

3) 중속 및 고속 원심 분리기의 직렬 공정 흐름을 사용하여 다운스트림 장비(시추 펌프, 시추 도구, 다운홀 장비 등)의 수명을 연장하고, 머드 재료 소비를 절약하며, 기계적 시추 속도를 높이십시오.

통계 분석 결과에 따르면 시추 중 시추 유체의 일일 유지 보수 비용의 약 90%가 고형물 제어와 관련이 있습니다. 시추 유체의 중량제인 바라이트의 비용은 시추 유체 총 재료 비용의 약 75%를 차지합니다.

따라서 고형물 제어 시스템 및 장비를 올바르게 선택하고 사용하면 드릴 커팅을 크게 제거하고 시추 유체 및 관련 재료 및 처리제의 소비를 줄여 더 나은 경제적 이익을 얻을 수 있습니다.