바이오를 이용한 새로운 시추이수 개발

Nov 26, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 12080(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

지층 손상은 석유 및 가스 산업 상류 부문의 탐사 및 생산 단계에서 발생하는 잘 알려진 문제입니다. 본 연구에서는 친환경 바이오 폴리머, 특히 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC)와 나노구조 소재 및 일반적인 계면활성제인 도데실황산나트륨(SDS)을 활용하여 새로운 시추이수 제제를 개발하는 것을 목표로 했습니다. 굴착 유체의 유변학적 특성과 그 특성에 대한 첨가제의 영향은 20mL/h의 유속을 사용하여 마이크로모델 규모에서 조사되었습니다. 폴리머 농도와 나노클레이 농도는 각각 0.5wt%, 1wt% 두 가지 수준으로 설정하였고, 계면활성제 함량은 0.1wt%, 0.4wt%, 0.8wt% 세 가지 수준으로 변화시켰다. 계면장력(IFT) 분석 결과, SDS 농도가 증가함에 따라 오일과 물 사이의 계면장력이 크게 감소하는 것으로 나타났습니다. 또한 API 표준에 따라 진흙의 겔 강도 및 요변성 특성을 포함한 굴착 유체의 유변학적 거동을 온도 변화와 관련하여 평가했습니다. 이는 진흙의 고유한 유변학적 안정성을 보장하는 데 중요하기 때문입니다. 유변학적 분석에 따르면 나노입자가 포함된 진흙 제형의 점도는 전단 속도가 증가함에 따라 최대 10배까지 감소한 반면, 다른 제형은 100배 감소한 것으로 나타났습니다. 특히, Agar 표본의 유변학적 특성은 물에 대한 완전한 용해성으로 인해 150°F에서 개선된 반면, 다른 제제는 이 온도에서 점도가 더 크게 떨어졌습니다. 온도가 증가함에 따라 나노구조 물질을 함유한 굴착유체의 점도가 높아졌습니다.

지층 손상은 생산 유체의 절대 투자율 감소 또는 상대 투자율 감소를 의미합니다. 적절한 드릴링 유체를 사용하면 이러한 손상을 최소화할 수 있습니다. 유성 굴착 이수(OBDM), 수성 굴착 이수(WBDM), 가스 기반 굴착 이수(GBDM) 및 해당 첨가제를 포함한 다양한 유형의 굴착 유체가 적합한 점토 첨가제와 함께 사용됩니다1.

기본 드릴링 유체의 선택은 드릴링 작업 중 동작에 큰 영향을 미칩니다. OBDM은 윤활 특성으로 인해 우수한 시스템으로 널리 인식되고 있습니다2. 이 시스템은 유정 안정성, 낮은 토크 및 항력, 탁월한 유체 손실 제어 및 필터 케이크 품질, 구멍 청소에 적합한 유변학적 특성 및 온도 안정성을 제공합니다3,4. 셰일층은 수성 굴착유체(WBDF)에 의해 침투되면 부풀어 오르는 경향이 있어 유정 벽이 불안정해집니다. 부풀어오르는 것을 방지하기 위해 오일과 셰일 사이에는 상호 작용이 없기 때문에 OBDM이 선호되는 경우가 많습니다. 그러나 환경 문제를 해결하기 위해 수성 진흙(WBM)을 활용할 수도 있습니다. 따라서 시추 유체는 석유 및 가스 산업에서 중요한 역할을 합니다5,6.

시추 유체는 유정 청소, 지층 압력 제어, 절단 현탁, 투과성 지층 밀봉, 유정 안정성, 지층 손상 감소, 냉각, 윤활, 비트 및 시추 어셈블리 지원, 도구로의 유압 에너지 전달 및 드릴링 작업을 포함하여 시추 작업에서 다양한 기능을 수행합니다. 비트, 적절한 형성 평가, 부식 억제, 환경 영향 감소를 보장하고 접합 및 드릴링 머드 완성을 단순화합니다7,8,9. 이러한 굴착 유체 기능은 첨가제를 기반으로 한 복잡한 화학을 사용하여 달성됩니다. 첨가제는 밀도, 유변학, 유체 손실, 알칼리도, 염분 함량, 고형분 함량, 오일-물 비율, 모래 함량, 전기적 안정성 및 기타 관련 특성과 같은 굴착 유체의 특성을 향상시키는 데 사용됩니다. 굴착 유체의 밀도는 특히 중요합니다. 과도한 증가는 형성 실패10,11로 이어질 수 있기 때문입니다. 겉보기 점도(AP), 소성 점도(PV) 및 항복점(YP)을 포함한 유변학적 특성은 드릴링 작업 중 중요한 특성입니다12,13. 다양한 유변학적 특성 중에서 겔 강도(GS)는 진흙 입자를 부유 상태로 유지하는 진흙의 능력으로 정의됩니다. 진흙의 강도 특성은 수평 및 다중 가지 유정을 시추하는 데 중요한 역할을 합니다.