(1. 중국 석유탐사개발연구원, 베이징100083; 중국 유씨 대학 (베이징), 베이징102249; 양쯔강 대학, 징 저우 434023)

고온 고압 암심 동적 손상 평가 시스템은 석유 탐사 개발에서 저장층 손상의 깊이와 정도를 평가하는 새로운 실험방법과 기구로, 암심이 우물 유체에 의해 손상되기 전에 각 세그먼트의 원시 침투율을 측정할 수 있다. 그런 다음 시뮬레이션된 저장층 온도, 압력, 유속 조건 하에서 암심을 제거하지 않고 진흙 펌프로 우물 유체를 고압 탱크로 직접 교체하여 암심 끝면을 동적으로 절단합니다. 손상 과정이 완료되면 코어를 제거할 필요가 없습니다. 대신 방향 밸브를 통해 유체의 흐름을 변경한 다음 액체를 이류 펌프로 교체하여 손상된 저장층 코어의 각 세그먼트의 침투율을 측정합니다. 암심의 각 세그먼트의 침투율 변화를 비교함으로써, 우물에 들어가는 유체가 암심에 손상을 입힌 깊이와 정도를 결정하여, 기름가스를 보호하는 데 필요한 시추 유체와 완성액을 선호할 수 있다. 현재' 평가 시스템' 과 관련 지능 소프트웨어는 이미 여러 유전 기업에 투입되어 좋은 응용 효과를 거두었다.

코어 저수지 보호 동적 손상 평가 시스템; 드릴링 유체 및 완성 유체

시추 완료액이 지층 손상을 평가하는 새로운 방법인 ——HTHP 암심 동적 손상 평가 테스트 시스템 연구.

위위-추 1, 2,3,-명나라 1,-연도 2

(1. 중석석유탐사개발연구원, 베이징100083; 2. 중국 석유대학, 베이징102249; 양쯔강 대학, 징 저우 434023)

HTHP 암심 동적 손상 평가 테스트 시스템은 최근 개발된 석유 탐사 개발 중 시추 완성액이 지층에 미치는 손상 정도를 평가하는 새로운 방법 및 새로운 기기입니다. 드릴링 유체 또는 완성 유체로 오염되기 전에 코어 샘플의 각 부분에 대한 원래 침투율을 측정하는 데 사용할 수 있습니다. 그런 다음 코어를 꺼낼 필요 없이 시뮬레이션된 지층 온도, 압력 및 흐름 조건 하에서 진흙 펌프를 드릴이나 완성액으로 씻어내면 동적 손상 과정을 직접 진행할 수 있습니다. 손상 과정이 완료된 후에도 코어는 홀더에 남아 있으며, 손상 후 코어 샘플의 각 부분의 침투율은 방향 전환 밸브로 흐름 방향을 변경하고 상수 흐름 펌프로 유체 (깨끗한 물 또는 등유) 를 씻어서 측정할 수 있습니다. 암심 샘플의 각 세그먼트의 침투율 데이터를 비교하여 손상 정도와 침입 깊이를 결정하고 보호 지층 요구 사항을 충족하는 시추 유체와 완성액을 선택할 수 있습니다. 현재 시추 유체와 완료액이 지층 손상에 대한 새로운 평가 방법, 테스트 시스템 및 보조 소프트웨어를 여러 유전에 광범위하게 적용해 좋은 효과를 거두고 있습니다.

암심 보호 동적 손상 테스트 시스템 시추 완료액

세계 석유 생산이 지속적으로 확대되고 발전함에 따라, 저장층 피해와 보호 문제는 세계 각국의 석유 엔지니어들의 주목을 받고 있다. 일단 저장층 손상이 발생하면, 그 구제책은 높은 대가를 치러야 한다. 이에 따라 1940 ~ 50 년대부터 해외에서 저수지 손상과 보호에 대한 실내 실험 연구가 시작됐다. 1970 년대와 1980 년대에 우리나라는 저장층 피해 문제를 연구하기 시작하여 상응하는 저장층 피해 평가 실험 방법 및 관련 기구를 건립하였다. 그러나 가스전 탐사 개발이 점차 깊어짐에 따라 기존 저장층 피해 평가 방법은 더 이상 적응할 수 없게 됐다. 따라서, 석유가스 보호 기술 분야의 돌파를 실현하려면, 암심 각 세그먼트의 원시 침투율과 피해 침투율을 측정할 수 있는 완벽한 저장층 피해 평가 방법 및 보완 평가 수단을 마련해야 하며, 저장층 온도, 압력, 진흙 반환 속도 등의 조건을 시뮬레이션하여 암심에 대한 동적 피해 평가를 실시할 수 있어야 한다.

이 문서에서는 설계 아이디어, 설계 원리, 기술 성능 지표, 실험 매개변수 계산 방법 및 응용에 대해 설명합니다.

1 "평가 시스템" 의 설계 아이디어 및 작동 원리

1..1의 디자인 아이디어

(1) "평가 시스템" 은 먼저 코어 세그먼트의 원래 투자율 (Koi) 과 손상 투자율 (Kdi) 을 측정할 수 있어야 합니다. 본 프로젝트 그룹 특허 기술 침투율 그라데이션기 (특허 번호: 9 1226407 438+0) 의 작동 원리와 설계 아이디어에 따라 달시 정리 공식을 사용하여 코어 각 세그먼트의 손상 전후의 침투율 매개변수를 쉽게 계산할 수 있습니다.

(2) 프로젝트 팀이 특허를 출원한 새로운 지능형 고온 고압 코어 동적 탈수기 (특허 번호: ZL2004200 17823.7

(3) 이 프로젝트 그룹 특허 기술 고온 고압 코어 동적 손상 평가 실험기 (특허 번호: 2004 10030637. 1, ZL200420047524.8) 에 따라 침투율 측정을 완료한 후 코어가 동적으로 손상되면 관련 밸브를 사용하여 코어 다중 세그먼트 침투율 측정 매커니즘을 닫고 전용 진흙 펌프를 사용하여 지층 온도, 압력 및 시추공 고리의 상승 속도를 시뮬레이션하는 조건 하에서 코어 끝면을 동적으로 전단하고 동적 오염은 끝면 순환 전단 구조를 사용합니다. 한 번의 로드 암심을 통해 우물 고리 공터층 온도, 압력, 진흙 복귀 속도를 시뮬레이션하는 조건 하에서 암심을 동적으로 오염시켜 오염 전후 암심의 여러 침투율 매개변수를 평가하는 실험 연구.

(4) 다단계 침투율 테스트 과정에서' 평가 시스템' 의 중요한 부분은 처음으로 본 프로젝트 팀의 고압 정밀 이류 펌프 특허 기술 (특허 번호: ZL02278357. 1) 을 사용하여 정전류, 정압, 무맥의 미량 액체 수송 기술을 실현했다.

(5)' 평가체계' 의 핵심 부분은 프로젝트 그룹 핵심 보유자 (특허 번호: ZL932 16048.4) 의 특허 기술을 채택하고 있다. 처음으로 금속 골격 황화 기술, O-링 기술 및 고무 자체 밀봉 원리를 채택하여 오래된 제품의 압착 밀봉 구조를 깨고 맨드릴을 따라 다측점 기술을 구축하는 데 성공했다.

이' 평가체계' 의 두드러진 특징 중 하나는 암심 손상 전후 각 단락의 침투율 변화 실험과 암심 끝면의 동적 오염 피해 기계를 유기적으로 결합하여 설계 목적을 성공적으로 달성했다는 것이다.

1.2 기기 구성 및 작동 원리

동일한 계기에서 암심의 다단계 침투율 테스트를 완료하기 위해 우물 아래 조건에서 암심에 대한 동적 손상을 시뮬레이션하여 시추 유체가 기름층을 보호하는 효과를 정확하고 효율적으로 평가하며, 시추 기술 요구 사항과 이러한 설계 아이디어에 따라 고온 고압 암심 동적 상해 평가 시스템의 설계 과정은 그림 1 에 나와 있습니다. 주로 정밀 이류 펌프, 진흙 펌프, 탱크, 동적 엔드 사이클 다중 압력 측정 포인트 코어 홀더, 유량계, 전자 저울, 공기 소스, 압력 센서, 온도 센서, 링 공기 압력 펌프, 압력 컨트롤러, 난방 시스템, 데이터 수집 처리 시스템 등으로 구성됩니다.

그림 1 고온 고압 코어 동적 손상 평가 시스템 프로세스

1- 공기 공급원; 2- 고압 안전 밸브; 3- 고압 액체 탱크; 4-진흙 펌프; 5-유량계; 6- 전자 저울; 7-배압 컨트롤러; 8-링 압력 펌프; 9-끝면 순환 다중 측정 포인트 코어 홀더; 10- 밸브; 1 1- 압력 센서 12- 정밀 이류 펌프; 13- 배수 밸브; 14- 데이터 수집기; 15-데이터 처리 시스템 (컴퓨터, 프린터); 16- 히터

주된 작동 원리는 진흙 펌프 및 관련 밸브가 닫힐 때 정밀 이류 펌프의 변위를 통해 코어 손상 전후의 침투율을 테스트할 수 있다는 것입니다. 진흙 펌프, 유체 파이프 라인 및 관련 밸브가 열리면 탱크의 드릴링 유체 또는 완료 유체가 실제 저수지 조건에서 순환되어 저수지 코어 끝의 동적 손상 시뮬레이션을 실현할 수 있습니다. 소프트웨어 인터페이스는 그림 2 의 오른쪽 위 모서리에 표시됩니다.

"평가 시스템" 은 시추 프로세스의 동적 손상 시뮬레이션 시스템과 다단계 침투 테스트 시스템으로 구성됩니다. 동적 상해 시뮬레이션 시스템 (그림 2 왼쪽 부분 참조) 에서 질소 실린더는 진흙 탱크에 압력을 가하고, 진흙 순환 펌프는 흐름을 제어하며, 시추 유체가 일정한 압력과 흐름으로 진흙 탱크에서 펌프되고, 코어 끝면이 코어 홀더와 접촉하고, 코어 끝면에서 고온 고압 동적 손상 평가 실험을 수행하고, 마지막으로 진흙 탱크로 되돌아가 폐쇄 루프를 형성합니다. 압력 하에서 진흙 속의 액체는 암심을 통해 여과되고, 그 동적 탈수는 파이프를 통해 전자 저울로 흘러가 무게를 재므로 암심의 동적 손실률 등 여러 가지 실험 매개변수를 측정할 수 있다.

침투율 테스트 부분 (그림 2 오른쪽 부분 참조) 은 정밀 이류 펌프가 실험 액체를 코어로 구동하여 코어를 통해 전자 저울로 흐릅니다. 또한 여러 압력 센서가 암심의 각 압력 측정 지점의 압력 값을 실시간으로 수집한 다음 달시 정리에 따라 암심 손상 전후의 각 세그먼트의 침투율 매개변수를 계산합니다.

그림 2 고온 및 고압 코어 동적 손상 평가 시스템 소프트웨어 인터페이스

1.3 데이터 수집 및 제어 원리

1.3. 1 에 대한 하드웨어 설계의 전반적인 아이디어

"평가 시스템" 제어 부분의 하드웨어 설계에는 다음과 같은 주요 기능이 있어야 합니다. 1 온도 제어, 다운 홀 고온 조건 시뮬레이션 2 흐름 제어, 설정된 유량 값에 따라 마그네틱 펌프의 변위를 정확하게 제어하여 코어 끝의 드릴링 유체 흐름을 제어하여 드릴링 작업 중 실제 진흙 링 반환 속도를 시뮬레이션할 수 있습니다. ③ 제한 압력 모니터링: 코어 홀더의 제한 압력은 스테퍼 모터에 의해 제어되며, 기기는 설정 값에 따라 압력을 자동으로 제어하고 모니터링하며 실시간으로 인간-기계 인터페이스에 표시됩니다. (4) 기기 작동 압력 모니터링, 진흙 순환 작동 압력은 공기원에 의해 조정되며, 동시에 진흙 온도의 영향을 받으며, 소프트웨어 기기는 압력 매개변수를 자동으로 감지합니다. ⑤ 동적 필터 손실량 측정, 드릴링 유체가 암심에 손상을 입혔는지 여부는 주로 동적 필터 손실량에 따라 결정된다. 손상이 충분하면 동적 필터 손실률 곡선이 균형으로 상승하여 더 이상 변하지 않거나 크게 변하지 않습니다. 이는 드릴링 유체가 코어에 대한 동적 손상 실험이 완료되었음을 나타냅니다. 일반적으로 150min 이 필요하며 필터지 동적 필터율도 마찬가지입니다.

1.3.2 소프트웨어 섹션

평가 시스템 제어 소프트웨어의 인간-컴퓨터 상호 작용, 데이터 처리 및 기타 기능은 PC 에 의해 수행되며, 강력한 드로잉 및 데이터 처리 기능을 통해 사용자에게 실시간, 안정성, 직관적이고 사용하기 쉬운 운영 관리 플랫폼을 제공합니다. 사용자는 컴퓨터 소프트웨어를 통해 전체 기기의 작동 상태를 명확하게 파악하고, 실험 과정의 매개변수를 적시에 조정하고, 데이터를 분석할 수 있습니다. 데이터 저장, 실험 곡선 그리기, 데이터 보고서 출력, 역사적 데이터 조회 등의 기능을 제공하는 편리하고 편리한 인간-컴퓨터 상호 작용 인터페이스 및 데이터 처리 환경을 연구원에게 제공합니다. 데이터 저장, 실험 곡선 그리기, 데이터 보고서 출력, 데이터 보고서 출력, 역사적 데이터 조회 등 유체가 코어를 통과하는 구멍 공간 볼륨 배수, 코어 세그먼트 침투율, 침투율 손상률, 침투율 복구율, 드릴링 유체 및 완료액이 코어를 통과하는 동적 필터율 등의 실험 매개 변수, 실험 데이터 보고서는 컴퓨터에 의해 직접 인쇄됩니다.

1.4 주요 사양

이 "평가 시스템" 의 주요 기술 성능 지표는 다음과 같습니다: (1) 시추 유체 및 완성 유체 오염 압력: 0 ~ 10 MPa, 측정 된 코어 투자율 최대 유압은 60MPA 입니다. 을 눌러 섹션을 인쇄할 수도 있습니다 (2) 작동 온도: 실내 온도 ~ 150℃ (최대 230℃); (3) 코어 엔드 유체의 라인 속도: 0 ~1.8m/s; (4) 실험 암심 사양: 인공 또는 천연 저장층 암심, 사이즈는 25× 25-90; (5) 압력 측정 정확도: 2 ‰; (6) 시추 유체의 양: 2 ~ 3L；; (7) 투자율 측정 범위: (1~ 5000) ×10-3 μ m 2; (8) 전원 공급 장치: 220V, 50Hz (레귤레이터 전원 필요).

평가 시스템은 다른 저장층 손상 평가 실험 장치에 비해 작동 압력과 온도, 암심 침투율 측정 범위 등에서 뚜렷한 장점을 가지고 있다. 다양한 침투성 및 비정상적인 고압 또는 비정상적인 저압 저수지, 바닥 온도가150 C 를 초과하는 깊은 우물에도 적용된다는 것을 쉽게 알 수 있습니다.

2 실험 매개 변수 및 계산 방법

2. 1 V 반환된 계산

드릴링 중 드릴 파이프와 드릴 칼라의 링 리턴 속도는 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다.

석유 및 가스 축적 이론 및 탐사 및 개발 기술

형식 중: q 는 시추 현장에서 진흙 펌프의 변위 (리터/초) 입니다. D 1, r 은 드릴 지름과 반지름 (in) 입니다. D2 와 R 은 각각 드릴 파이프 또는 드릴 칼라의 지름과 반지름 (in) 입니다. 링 공기 (m/s) 에서 진흙의 상향 속도입니다.

암심 끝면의 전단율은 변이기를 통해 진흙 펌프의 회전 속도를 조절하여 이루어지며, 변위가 합리적인 진흙 펌프를 선택하면 시추 현장의 진흙 펌프 배출량을 마음대로 시뮬레이션할 수 있다. 시추하는 동안 진흙 고리의 수력계산 결과에 따르면 드릴 파이프 또는 드릴 칼라의 고리공 진흙에 권장되는 상승 속도가 0.5 ~ 0.6m/s 인 경우에만 평평한 층류를 형성하여 시추 프로세스의 요구 사항 [4] 을 충족시킬 수 있습니다.

2.2 코어 실패율 계산

드릴링 유체 동적 필터 손실 방정식에 따라 드릴링 유체 또는 완료 유체가 코어를 통과하는 동적 필터 손실을 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

석유 및 가스 축적 이론 및 탐사 및 개발 기술

여기서 FD 는 동적 필터 속도 (밀리리터/센티미터 2 분) 입니다. δ θ는 δt 시간 내의 동적 여과 손실 (ml) 이다. δ t 는 침투 시간 (s) 입니다. A 는 코어 끝 면의 침투 영역 (cm2) 입니다.

2.3 동적 오염 피해 전후의 코어 단면 투자율 계산

일정한 압력 강하의 작용으로 유체는 다공성 매체에서 침투할 수 있다. 일반적으로 그 유동 법칙은 다시의 법칙으로 묘사할 수 있다. 따라서 달시의 법칙 공식을 적용하면 동적 오염 전후의 암심 각 세그먼트의 침투율 매개변수를 계산할 수 있습니다. 다 지점 테스트이기 때문에 Darcy 법칙의 공식은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

3 구현 효과

이 프로젝트의 기술 제품은 이미 장한, 장쑤, 대경, 대강, 길림, 중원, 남방탐사회사, 클라마이, 타림 등 유전 단위에서 보급되었다. 대량의 실험 연구에 따르면 응용 효과가 양호하다는 것을 알 수 있다. 그것은 암심의 길이 방향의 비균일성을 측정하고, 같은 암심이 드릴된 완성액 손상 전후의 침투율과 손상 깊이를 판단하며, 각종 증산 조치의 효과를 평가하고, 시추 완성을 최적화할 수 있다. 앞서 언급한 유전은' 평가체계' 를 통해 선별된 양질의 시추 완성액을 통해 기름층을 보호하고 생산비용을 낮추고 기름가스 생산량을 늘리는 역할을 하여 큰 경제적 사회적 효과를 거두었다. 이 성과의 보급 응용은 석유가스 보호 기술 연구와 가스전 평가를 위한 새로운 평가 수단과 방법을 제공하며 이론과 실험 기술에도 큰 돌파구를 마련했다. 실험 연구 성과는 가스전 탐사 개발 방안의 과학적 결정, 가스전 발견, 기름가스 우물 생산량 증가, 유전 개발주기의 연장, 기름가스 보호 분야의 과학 연구에 중요한 지도 역할을 할 것이다.

새로운 평가 방법 및 관련 기술 제품은 과학 연구 성과를 제때에 생산성으로 전환시켜 우리나라 관련 실험 기술 분야 장비 제조의 공백을 메우고 동종 기술의 국제 선진 수준을 갖추고 있다.

참고

이, 등등. JHDS- 고온 고압 동적 탈수기의 연구. 장한석유학원 학보 [J], 1988, 10 (1): 32 ~ 35.

우, 리, 등등. 침투율 그라데이션 테스터의 연구 제작. 석유 시추 기술 [J], 1995, 17 (5): 82 ~ 86.

범세충. 저수지 보호 및 평가 [M]. 베이징: 석유공업출판사 .. 1988.

[4] Bourgoyne A.T. 등, 시추 공사 적용. SPE 교재, 199 1.

[5] 암석 침투율 테스트 장치 CN2 188205Y 전문은 1995+0.25 입니다.

CN234237 1Y, 1999.38+00.6, 코어 물성 자동 감지 장치.

[7]Joseph Shen J S, Brea, ca, 자동 정상 상태 상대 투자율 측정 시스템 US4773254M 1988.9~27.

[8] 다공성 암석의 상대 침투율과 모세관 압력을 측정하는 장치와 방법. 미국 US5297420, 1994.3~29.