KR20200000995A - 오일 생산정에서의 산 처리 공정 - Google Patents
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Abstract
유정의 생산성 향상을 위한 산 처리 공정에 있어서, 상기 유정의 지질 자료, 생산 유체, 생산 시설을 분석하여 공정 방법을 설계하는 사전 설계 단계; 상기 유정에 내부에 설치된 관과, 로드 스트링(rod string)과, BHA(bottom hole assembly)을 모두 제거하는 사전 제거 단계; 상기 사전 설계 공정에 의해 설계된 제1 산을 설계된 제1 압력으로 유정에 주입하여, 저류층 공극 내의 광물질을 용해시키는 주입 단계; 및 상기 주입 단계 후, 상기 유정에 물을 주입하여 저류층에 상기 제1 산을 침투시키는 동시에 상기 제1 산을 희석하는 희석 공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 산 처리 공정을 개시하여, 생산성을 향상시키는 동시에, 부식 가능성을 최소화하고, 환경친화적인 산 처리 공정을 제공하는 것을 목적으로 한다.
Description
본 발명은 산 처리 공정에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유정(oil well)의 생산량 향상을 위해 유정 내에 산을 주입하는 공정에 관한 것이다.
최근 신규 오일/가스의 개발은 점차 고온 고압환경, 예를 들어 심해, 사막 극지 등 열악한 환경으로 이동하고 있다. 이러한 신규 개발은 초기 투자비용 및 탐사 개발과정에서의 리스크가 크기 때문에 최근에는 기존 개발된 생산정을 대상으로 생산효율을 향상시킬 수 있는 기술의 개발 및 활용하는데 관심이 모아지고 있는 추세이다.
도 1은 오일/가스가 생산되는 과정을 도시한 도면이다. 구체적으로 도 1은 가장 기본이 되는 생산 펌프인 sucker rod pump로 오일/ 가스가 생산되는 과정을 도시한 도면이다.
다만, 일반적으로 생산중인 생산정은 시간이 지남에 따라 유정 내부 및 저류층 내에 생산방해 물질이 침전되어 점차 생산량이 감소하게 된다. 이때 비교적 간단하고 경제적으로 해결할 수 있는 대표적인 방법이 산을 주입하는 것이다.
하지만 잘못 된 산을 처리하게 되면, 지층 손상이 발생하거나 유체 주입에 따라 지층에 균열이 발생하여 오히려 생산량이 감소될 수 있으며, 산과 같은 화학물질의 주입으로 인해 주변 환경 오염이 발생하는 문제점이 있었다.
본 발명의 실시 예는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 각 유정에 적합한 산을 설계하여 생산성을 향상시키는 동시에, 부식 가능성을 최소화하고, 환경친화적인 산 처리 공정을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시 예는 상기와 같은 과제를 해결하고자, 상기 유정의 지질 자료, 생산 유체, 생산 시설을 분석하여 공정 방법을 설계하는 사전 설계 단계; 상기 유정의 내부에 설치된 관과, 로드 스트링(rod string)과, BHA(bottom hole assembly)을 모두 제거하는 사전 제거 단계; 상기 사전 설계 단계에 의해 설계된 제1 산을 설계된 제1 압력으로 유정에 주입하여, 저류층 공극 내의 광물질을 용해시키는 주입 단계; 및 상기 주입 단계 후, 상기 유정에 물을 주입하여 저류층에 상기 제1 산을 침투시키는 동시에 상기 제1 산을 희석하는 희석 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 산 처리 공정을 제공한다.
상기 사전 제거 단계 전, 100℃ 미만의 고온의 물을 상기 유정에 주입하여 불순물을 용해시키는 용해 단계;를 더 포함할 수 있으며, 상기 용해 단계는 고온의 물에 스케일 방지제와 파라핀 왁스 억제제를 첨가하여 주입할 수 있다.
이때 상기 용해 단계는 70℃ 이상 90℃ 이하, Ph 6 이상 Ph 8 이하의 고온의 물을 튜빙(tubing)-애뉼러스(annulus) 순환 방법인 역순환법(reverse circulation)에 의해 주입하는 것이 바람직하다.
상기 희석 단계 이후, 설계된 제2 압력으로 상기 유정에 상기 제1 산을 추가로 주입하는 추가 주입 단계; 및 상기 추가 주입 공정 후, 상기 유정에 물을 주입하여 저류층에 상기 제1 산을 침투시키는 동시에 상기 제1 산을 희석하는 추가 희석 단계;를 포함할 수 있으며, 상기 제2 압력은 상기 제1 압력보다 큰 것이 바람직하다.
상기 사전 설계 단계는 상기 유정에서 생산되는 유체의 음이온의 염화물과 나트륨, 양이온의 마그네슘과 칼슘이온 및 적정 분석에 의한 알칼리성 통해, 상기 제1 산의 종류, 밀도, 주입 부피, 첨가물 및 주입 방법을 특정할 수 있으며, 상기 제1 압력은 장비의 최대 운영 압력, 케이싱 허용 압력 및 지층 파쇄 압력을 고려하여 설계되는 압력 중 최소값으로 특정할 수 있다.
상기 첨가물은 철용해 유지제, 거품 방지제, 슬러지 방지제, 및 부식 방지제 중 필요에 따라 선택할 수 있다.
이상 살펴 본 바와 같이 본 발명의 과제해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만, 본 발명이 하기와 같은 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다.
본 발명의 산 처리 공정은 용해 산을 주입하는 주입 단계 전, 고온의 물로 불순물을 용해시키는 용해 단계를 실시하여 구성의 부식을 감소시켜 주는 동시에 생산성을 보다 향상시키는 효과를 갖는다.
또한 사전 설계 단계를 거쳐 특정 유정에 적합한 산 및 주입 압력 등을 설계하여 보다 생산성 향상 효과를 증대시키며, 보다 친환경적인 산 처리 공정을 제공한다.
추가 주입 단계 및 추가 희석 단계를 실시하고, 이때 제2 압력이 제1 압력보다 크도록 설정하여 상기한 효과들을 극대화한다.
도 1은 오일/가스가 생산되는 과정을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시 예의 순서도.
도 3은 도 2의 사전 설계 단계의 적정 분석의 일 예를 도시한 도면.
도 4는 도 2의 제1 산에 첨가되는 첨가제의 일 예를 도시한 도면.
도 5는 도 2의 주입 단계, 희석 단계, 추가 주입 단계 및 추가 희석 단계의 압력 그래프의 일 예의 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시 예의 순서도.
도 3은 도 2의 사전 설계 단계의 적정 분석의 일 예를 도시한 도면.
도 4는 도 2의 제1 산에 첨가되는 첨가제의 일 예를 도시한 도면.
도 5는 도 2의 주입 단계, 희석 단계, 추가 주입 단계 및 추가 희석 단계의 압력 그래프의 일 예의 도시한 도면.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시 예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예의 순서도이고, 도 3은 도 2의 사전 설계 단계의 적정 분석의 일 예를 도시한 도면이며, 도 4는 도 2의 제1 산에 첨가되는 첨가제의 일 예를 도시한 도면이고, 도 5는 도 2의 주입 단계, 희석 단계, 추가 주입 단계 및 추가 희석 단계의 압력 그래프의 일 예의 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 유정의 생산성 향상을 위한 산 처리 공정은 상기 유정의 지질 자료, 생산 유체, 생산 시설을 분석하여 공정 방법을 설계하는 사전 설계 단계(S10), 100 ℃ 미만의 고온의 물을 상기 유정에 주입하여 불순물을 용해시키는 용해 단계(S20), 상기 유정에 내부에 설치된 관과, 로드 스트링(rod string)과, BHA(bottom hole assembly)을 모두 제거하는 사전 제거 단계(S30), 상기 사전 설계 공정에 의해 설계된 제1 산을 설계된 제1 압력으로 유정에 주입하여, 저류층 공극 내의 광물질을 용해시키는 주입 단계(S40) 및 주입 단계 후(S40), 상기 유정에 물을 주입하여 저류층에 상기 제1 산을 침투시키는 동시에 상기 제1 산을 희석하는 희석 단계(S50)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
산 처리 공정은 오일/가스 생산하는 유정에 반복되는 생산에 의해 유정 내부 또는 저류층에 침전된 생산방해물질을 산을 주입하여 제거하는 공정으로, 오일/가스 생산정의 생산성을 향상시키는 비교적 간단하고 경제적인 방법이다.
이하 본 발명의 설명함에 있어서, 요지를 흩트리지 않도록 하기 위해 잘 알려진 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
사전 설계 단계(S10)는 해당 유정의 지질 자료, 생산 유체, 생산 시설을 분석하여 공정 방법을 설계하는 단계이다. 지질 자료 분석은 저류층을 구성하는 지질의 종류, 두께, 온도 및 전체 코어의 공극률 등을 의미한다.
생산 유체 분석은 해당 유정에서 생산되는 유체의 음이온과 양이온 및 적정 분석에 의한 알칼리성으로 구분된다. 구체적으로는 음이온 중 염화물을 분석하여 케이싱이나 패커(packer)의 부식 여부를 판단하고, 염화물과 나트륨을 함께 분석하여 염수 판단을 하고 저류층에서 생산되는 물의 비저항 값을 판단하여 매장량을 예측한다.
또한 양이온의 마그네슘을 분석하여 백운석 스케일 침전 양상을 파악할 수 있고, 칼슘이온을 분석하여 중탄산염, 탄산염, 황산염과 반응하여 탄산칼슘 및 황산칼슘 스케일 생성을 정도를 판단한다. 적정 분석에 의한 알칼리성으로 정량적으로 반응하는 중탄산염의 부피 변화를 분석하여 탄산칼슘 스케일의 침전 정도를 판단한다.
생산 시설 분석은 해당 유정의 케이싱과 지상 수송 파이프를 대상으로 허용압력 및 부식 가능성 정도를 판단한다. 부식 가능성은 온도, 산의 농도, 접촉 시간 및 부식방지제 사용여부에 영향을 미친다.
사전 분석 단계(S10)는 상기한 분석 이외에도 다른 기타 분석을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 해당 유정의 과거 분석 자료 주변 인접 유정의 사례 조사 등이 있다. 해당 유전의 과거 분석 자료로 해당 유정 저류층의 특성 변화 가능성 및 장비의 손상 가능성을 판단하고, 인접 유정의 자료는 이를 판단하는데 기초가 될 수 있다.
이와 같은 사전 분석 단계(S10)를 통해 용해 단계(S20)에서 주입되는 물의 온도와 스케일 방지제 및 왁스 억제제 등의 첨가 여부를 설계한다. 또한 주입 단계(S30)에서 주입되는 제1 압력 및 제1 산의 산의 종류, 밀도, 주입 부피, 첨가물 및 주입 방법을 설계한다.
제1 압력은 모든 지상 장비의 최대 운영 압력, 케이싱의 허용 압력, 지층 파쇄 압력 등을 고려하여 설계한다. 단 이 세가지 압력 중 가장 작은 압력을 고려한다. 예를 들어 지상 장비의 최대 운영 압력이 15.0 MPa, 케이싱의 허용 압력이 약 20 MPa, 지층 파쇄 압력의 경우 파쇄구배가 17.0 KPa/m이므로 가장 깊은 천공 심도가 975 m로 가정하면 16.6 MPa이다. 이 경우, 이 중 안전을 위해 설계되는 허용 압력의 최소값을 기준으로 설계된다. 따라서 15.0 MPa을 고려하여 설계된다.
제1 산에 첨가되는 첨가물은 철용해 유지제, 거품 방지제, 슬러지 방지제, 및 부식 방지제 중 필요에 따라 선택될 수 있다. 철용해 유지제는 생산물의 분석을 통해 저류층내에 철물질이 존재하는 경우, 산에 의해 반응될 철물질의 침전을 억제하여 지상으로 배출하기 위해 사용된다. 거품 방지제는 저류층 내에 세일이 확인되는 경우, 부피가 팽창되는 스웰링(swelling)을 방지하기 위해 사용된다. 슬러지 방지제는 일반적으로 염산(HCl)을 사용하는 겨우 산 처리 동안 발생 가능한 슬러지로 인해 생산량이 감소되는 것을 방지하기 위해 사용되며, 부식 방지제는 산에 의해 유정 또는 배출 시 접촉되는 파이프 등의 부식을 방지하기 위해 사용된다.
주입 방법은 크게 패커 시스템(packer system), 볼 실러(ball sealers) 및 CT(coiled tubing) 방법이 있으며, 복합적으로도 사용 가능하다.
따라서 본원발명의 산 처리 공정은 해당 유정의 상기와 같은 다양한 자료를 분석하는 사전 설계 단계(S10)를 실시하여, 해당 유정에 적합한 공정 방법을 설계할 수 있도록 하여, 보다 친환경적인 산 처리 공정을 제공할 수 있도록 한다.
또한 잘못된 산 처리로 인해 발생될 수 있는 지층 손상 및 지층 균열에 의한 생산량 등을 방지하여 생산성 향상 효과를 극대화한다.
용해 단계(S20)는, 주입 단계(S40) 이전에, 해당 유정을 클리닝(cleaning)하는 단계이다. 구체적으로 물을 가열함과 동시에 유정에 주입하여, 스케일과 파라핀 왁스 등을 녹여 주입 단계의 효과를 향상시킨다.
이때 물은 수증기가 발생하지 않는 온도를 갖으며, 70 ℃ 이상 90 ℃ 이하의 온도를 갖는 것이 바람직하다. 또한 물의 반응성을 최소화하고, 주변 환경에 미치는 영향을 최소화하기 위하여 PH 6 이상 PH 8 이하를 갖는 것이 바람직하며, 해당 유정에서 생산되는 물을 사용하는 것이 바람직하다.
이때 케이싱이 파손되는 것을 막기위해 유정 내부에 압력 시험 장치를 통해 안전점검을 하는 것이 바람직하다.
물은 튜빙(tubing)-애뉼러스(annulus) 순환 방법인 역순환법(reverse circulation)에 의해 주입된다. 이는 튜빙과 케이싱 사이 공간으로 오일/가스가 생산되는 방향과 반대방향으로 물을 유정으로 주입하는 방법을 의미한다.
이때 측정되는 주입 압력으로 유정 내부 침전 두게를 예측할 수 있으며, 내부 침전물이 많을수록 압력이 높아진다. 따라서 본원발명은 용해 단계(S20)를 실시하여, 주입 단계의 효과를 증대 시키는 동시에, 침전물의 침전 정도를 판단하여 생산성 향상에 기여한다.
사전 제거 단계(S30)는 해당 유정의 내부에 설치되어 있는 관과, 로드 스트링(rod string)과, BHA(bottom hole assembly)을 모두 제거하는 단계이다. 이는 산을 주입하기 이전에 부식 가능성이 있는 장치를 제거하여 부식을 방지하고, 필요에 따라 장치를 수리 및 교체를 할 수 있도록 한다. 제거 후에는, 지층에서의 고압에 의해 유체가 지상으로 역류되어 분출되는 킥(kick)현상을 방지하기 위하여 BOP(blow out preventor)가 설치될 수 있으며, 주입 단계는 용해 단계에서 보다 높은 주입 압력을 요구하기 때문에 지상의 주입 밸브를 master valve로 교체할 수 있다.
주입 단계(S40)는 장치가 모두 제거된 후, 해당 유정에 제1 압력으로 제1 산을 주입하여, 저류층 공극 내에 광물질을 용해시켜 제거하는 단계이다. 이때 제1 압력과 제1 산은 사전 설계 단계에 통해 설계된다.
따라서 본원발명은 공극 내에 광물질을 제거하여 공극을 통해 오일/가스가 보다 원활하게 지상으로 배출될 수 있도록 하여, 유정의 생산성을 향상시킨다.
희석 단계(S50)는, 주입 단계(S40) 후, 유정에 물을 주입하여 저류층에 제1 산의 침투시키는 동시에 제1 산을 희석하는 단계이다. 이때 희석되는 산은 주입되는 물에 의해 지상을 배출되어, 주변 환경에 미치는 영향을 최소화하는 동시에 내부 장치의 부식을 최소화한다.
이 때, 사용되는 물은 물의 반응성을 최소화하고, 주변 환경에 미치는 영향을 최소화하기 위하여 해당 유정에서 생산되는 물을 사용하는 것이 바람직하다.
희석 단계(S50) 이후에는 설계된 제2 압력으로 유정에 제1 산을 추가로 주입하는 추가 주입 단계(S140) 및 추가 주입 단계(S140) 이후, 유정에 물을 주입하여 저류층에 제1 산을 침투시키는 동시에 제1 산을 희석하는 추가 희석 공정(S150)을 포함할 수 있다.
따라서 본원발명은 추가 주입 공정(S140)과 추가 희석 공정(S150)을 추가하여 사용할 수 있으며, 이는 산 처리 공정의 효율을 높이는 동시에, 주변 환경의 영향을 최소화하기 위함이다.
이때 제2 압력은 제1 압력보다 크게 설계된다. 이는 희석 단계(S20)에 의해 저류층 내 주입된 유체로 인해 저류층 자체의 압력이 높아져, 원활한 주입 효과를 위해 추가 주입 단계(S140)는 주입 단계(S40)보다 더 큰 압력으로 주입되어야 한다. 예를 들어 주입 단계에서 약 12 분간 약4.4 MPa의 압력으로 주입한 경우, 추가 주입 단계는 약 55분간 약8.3 MPa의 압력을 유지하여 주입하여야 한다.
따라서 본원발명은 생산성 향상의 효과를 증대시킬 수 있는 동시에, 종래 보다 친환경적인 산 처리 공정을 제시함으로써, 비교적 간단한 기술을 통해 경제적, 환경적 측면을 모두 고려한 생산성을 복원/증진 방법으로 활용할 수 있다는 것에 그 의미가 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시 예에만 한정되는 것을 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것은 본 발명의 보호범위에 해당한다.
S10 사전 설계 단계
S20 용해 단계
S30 사전 제거 단계 S40 주입 단계
S50 희석 단계 S140 추가 주입 단계
S150 추가 희석 단계
S30 사전 제거 단계 S40 주입 단계
S50 희석 단계 S140 추가 주입 단계
S150 추가 희석 단계
Claims (7)
- 유정의 생산성 향상을 위한 산 처리 공정에 있어서,
상기 유정의 지질 자료, 생산 유체, 생산 시설을 분석하여 공정 방법을 설계하는 사전 설계 단계;
상기 유정의 내부에 설치된 관과, 로드 스트링(rod string)과, BHA(bottom hole assembly)을 모두 제거하는 사전 제거 단계;
상기 사전 설계 공정에 의해 설계된 제1 산을 설계된 제1 압력으로 유정에 주입하여, 저류층 공극 내의 광물질을 용해시키는 주입 단계; 및
상기 주입 단계 후, 상기 유정에 물을 주입하여 저류층에 상기 제1 산을 침투시키는 동시에 상기 제1 산을 희석하는 희석 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 산 처리 공정.
- 제1항에 있어서,
상기 사전 제거 단계 전, 100 ℃ 미만의 고온의 물을 상기 유정에 주입하여 불순물을 용해시키는 용해 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산 처리 공정.
- 제2항에 있어서,
상기 용해 단계는
고온의 물에 스케일 방지제와 파라핀 왁스 억제제를 첨가하여 주입하는 것을 특징으로 하는 산 처리 공정.
- 제3항에 있어서,
상기 용해 단계는
70 ℃ 이상 90 ℃ 이하, PH 6 이상 PH 8 이하의 고온의 물을 튜빙(tubing)-애뉼러스(annulus) 순환 방법인 역순환법(reverse circulation)에 의해 주입하는 것을 특징으로 하는 산 처리 공정.
- 제1항에 있어서,
상기 희석 단계 이후,
설계된 제2 압력으로 상기 유정에 상기 제1 산을 추가로 주입하는 추가 주입 단계; 및
상기 추가 주입 단계 후, 상기 유정에 물을 주입하여 저류층에 상기 제1 산을 침투시키는 동시에 상기 제1 산을 희석하는 추가 희석 단계;을 포함하고,
상기 제2 압력은 상기 제1 압력보다 큰 것을 특징으로 하는 산 처리 공정.
- 제1항에 있어서,
상기 사전 설계 단계는
상기 유정에서 생산되는 유체의 음이온의 염화물과 나트륨, 양이온의 마그네슘과 칼슘이온 및 적정 분석에 의한 알칼리성 통해, 상기 제1 산의 종류, 밀도, 주입 부피, 첨가물 및 주입 방법을 특정하고,
상기 제1 압력은
장비의 최대 운영 압력, 케이싱 허용 압력 및 지층 파쇄 압력을 고려하여 설계되는 압력 중 최솟값으로 특정하는 것을 특징으로 하는 산 처리 공정.
- 제6항에 있어서,
상기 첨가물은 철용해 유지제, 거품 방지제, 슬러지 방지제, 및 부식 방지제 중 필요에 따라 선택할 수 있는 것을 특징으로 하는 산 처리 공정.
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| KR1020180073383A KR102266474B1 (ko) | 2018-06-26 | 2018-06-26 | 오일 생산정에서의 산 처리 공정 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021137401A1 (ko) | 2020-01-03 | 2021-07-08 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 개선된 결합 구조를 갖는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차 |
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2018
- 2018-06-26 KR KR1020180073383A patent/KR102266474B1/ko active IP Right Grant
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