시추 이수 첨가제: 종류, 기능, 시추 효율을 높이는 방법

시추 유체 첨가제는 유정에 필요한 특성을 부여하기 위해 시추 이수에 혼합하는 화학물질과 재료입니다. 주요 그룹은 가중제, 증점제, 여과 손실(유체 손실) 제어제, 희석제 및 분산제, 셰일 억제제, 윤활제, 이수 손실(로스트 서큘레이션) 방지재, pH 및 알칼리도 조절제, 그리고 살생물제, 소포제, 스캐빈저 같은 특수 화학약품입니다.

중국의 셀룰로오스 및 전분 에테르 제조업체인 Sentai는 이 중 폴리머 그룹, 즉 여과 손실 제어와 점도 형성에 쓰이는 폴리음이온성 셀룰로오스(PAC), 시추용 CMC 및 카르복시메틸 전분(CMS)을 생산합니다.

시추 유체의 역할

시추 유체, 즉 이수는 드릴 스트링을 따라 내려가 비트를 통해 나온 뒤 환형 공간(애뉼러스)을 따라 지표로 다시 올라옵니다. 이 과정에서 이수는 여러 역할을 동시에 수행해야 합니다:

• 이수의 정수압으로 지층압과 균형을 이루어 석유, 가스 및 물이 암석 속에 머물도록 합니다.
• 굴착된 커팅스를 지표로 운반하고, 펌프가 멈추면 커팅스를 현탁 상태로 유지합니다.
• 비트와 드릴 스트링을 냉각하고 윤활합니다.
• 투과성 지층에 얇고 투과성이 낮은 필터 케이크를 형성하여 지층으로 들어가는 여과액을 제한합니다.
• 특히 반응성 셰일에서 공벽을 안정적으로 유지합니다.
• 비트에 수력 동력을 전달하고 검층과 지층 평가를 가능하게 합니다.

수계 이수는 담수, 해수 또는 염수를 연속상으로 사용합니다. 유계 이수와 합성계 이수는 오일 또는 합성 기유에 염수를 유화시켜 사용합니다. 아래 첨가제 대부분은 수계 이수에 사용되며, 셀룰로오스 및 전분 폴리머도 수계 이수에서 작용합니다.

시추 유체 첨가제의 주요 종류

PAC, CMC 및 CMS의 쓰임새

셀룰로오스 에테르와 전분 에테르는 수계 이수의 주력 폴리머입니다. 물에 녹고 음전하를 띠며, 재생 가능한 셀룰로오스와 전분으로 만듭니다. 폴리음이온성 셀룰로오스(PAC)는 치환도가 더 높고 균일한 카르복시메틸셀룰로오스로, 이 덕분에 염과 경도에 대한 내성이 더 우수합니다. 공업용 시추 CMC는 담수에서 같은 역할을 더 낮은 비용으로 수행합니다. 카르복시메틸 전분(CMS)은 주로 여과 손실 제어에 사용되는 저비용 전분 에테르입니다.

PAC와 CMC의 일반적인 현장 처리량은 약 1–6 kg/m³, 대략 0.35–2.1 lb/bbl이며, 최종 농도는 귀사 이수에 대한 파일럿 시험으로 정하십시오. 노출 시간, pH 및 산소에 따라 셀룰로오스 폴리머는 일반적으로 공저 온도 약 120–150 °C까지, 전분 유도체는 약 120 °C까지 사용됩니다. 이보다 고온의 유정에는 보통 합성 고온용 여과 손실 저감 폴리머가 필요합니다.

• 시추 유체에서의 PAC-LV vs PAC-HV vs 공업용 CMC
• CMC vs CMS: 비용과 성능
• 시추용 PAC 및 CMC 등급
• 카르복시메틸 전분(CMS) 등급

시추 유체 첨가제가 시추 효율을 높이는 방법

• 홀 클리닝: 증점제가 커팅스를 계속 이동시키고 현탁 상태로 유지하므로, 비트가 커팅스를 다시 분쇄하는 대신 새로운 암석을 굴착하고 팩오프(pack-off) 위험이 줄어듭니다.
• 여과 제어: PAC, CMC 또는 전분으로 형성한 얇고 매끄러운 필터 케이크는 토크와 드래그를 낮추고, 가장 비용이 큰 파이프 고착 사고 중 하나인 차압 고착의 위험을 줄입니다.
• 공벽 안정성: 셰일 억제제가 팽윤과 붕락을 억제하므로 협착 구간, 공벽 세굴(워시아웃) 및 리밍 트립이 줄어듭니다.
• 마찰 감소: 윤활제가 토크와 드래그를 줄이며, 이는 경사정과 수평정에서 특히 중요합니다.
• 유변 특성 제어: 희석제가 점도와 겔 강도를 충분히 낮게 유지하여 펌프 압력과 등가 순환 밀도(ECD)를 억제합니다.
• 이수 손실 방지: 이수 손실 방지재가 균열과 투과성 구간을 밀봉하여 이수와 리그 작업 시간을 절약합니다.

이러한 효과의 대부분은 시추 중 고형분, 염 및 온도가 변하더라도 이수를 설계 물성 범위 안에 유지하는 데서 나옵니다. 정기적인 이수 점검과 새 첨가제 로트마다의 파일럿 시험은 첨가제 선택만큼 중요합니다.

환경적으로 더 안전한 시추 유체 첨가제

배출 규제가 엄격한 지역에서 운영사는 수계 이수와 독성이 낮고 생분해성이 좋은 첨가제를 선호합니다. 천연 셀룰로오스와 전분에서 유래한 폴리머는 잔탄검과 함께 이러한 시스템에 널리 사용됩니다. 그 밖의 일반적인 선택으로는 유계 이수 대신 칼륨계 억제, 무크롬 리그노설포네이트 및 리그나이트, 광유 대신 에스테르 또는 식물성 오일 윤활제가 있습니다.

북동대서양에서는 OSPAR 위원회가 해상 배출 시 환경에 위험이 거의 또는 전혀 없다고 간주되는 물질의 PLONOR 목록을 관리하며, 잔탄검이 그 한 예입니다. 목록과 승인 사항은 지역마다 다르므로, 배출 전에 각 제품에 대해 최신 목록과 관할 규제 기관의 요구 사항을 확인하십시오. 최근의 개발 사례로는 150 °C 이상에서도 여과 제어 성능을 유지하는 합성 폴리머, 미세 균열 셰일용 밀봉 첨가제, 생분해성 윤활제 및 억제제가 있습니다.

Sentai의 지원 내용

Sentai는 첨가제 목록 중 폴리머 부분을 생산합니다: PAC-LV, PAC-HV, 공업용 LV-CMC 및 HV-CMC, 고점도 CMC-5000 ~ CMC-7000, 그리고 5,000 톤/년 전용 라인에서 생산하는 카르복시메틸 전분. 이수 시스템, 염도, 경도 및 공저 온도를 알려 주시면 응용팀이 파일럿 시험용 출발 등급과 첨가량을 제안해 드립니다. 100–300 g 무료 샘플을 제공하며, 산업용 등급은 최소 주문 수량 1 t부터 모든 배치에 COA를 첨부하여 출하합니다.