시추 중 드릴 스트링 걸림(비트 하중 손실)을 방지하는 방법은 무엇일까요?

"비트 하중 손실(Lost Weight on Bit, LWB)"이란 시추 작업 중 설계된 비트 하중(Design Weight on Bit, WOB)이 드릴 비트에 제대로 작용하지 못하는 상황을 말합니다. 드릴 스트링과 시추공 벽 사이의 과도한 마찰로 인해, 가해지는 모든 하중이 드릴 스트링에 흡수되는 것입니다.

WOB를 적용할 때, 시추공 수축으로 인해 무게가 한쪽으로 완전히 쏠리는 경우가 종종 발생합니다.드릴 스트링또는 안정 장치를 사용할 수 있습니다. 이 방법은 지속적인 하중 적용이 필요하지만, 드릴 스트링의 압축 강도를 고려해야 합니다. 하중을 한 번 증가시킬 때마다 드릴 스트링이 약간 아래로 움직일 수 있습니다. 하중을 반복적으로 적용하면 드릴 스트링이 수축된 시추공 구간을 지나갈 수 있습니다. 드릴 스트링이 이 구간을 빠져나오는 순간, 드릴 비트가 시추공 바닥에 빠르게 닿게 됩니다. 이 지점에서의 하중 부담(WOB)은 정상 시추 시보다 높기 때문에 비트가 지층을 더 깊이 관통하게 되고, 이로 인해 토크가 갑자기 증가합니다. 이로 인해 로터리 테이블이나 탑 드라이브가 멈출 수 있습니다. 멈춤 현상이 발생하면 드릴 스트링을 갑자기 들어 올리지 말고 먼저 토크를 해제하십시오. 반복적인 조정을 거치면 정상 시추를 재개할 수 있습니다.

비트 하중 손실(Lost Weight on Bit, WOB)은 일반적으로 수직정의 방향 시추, 백리밍(back-reaming)을 동반한 방향 시추, 여러 차례 백리밍 작업을 수행하는 방향 시추, 윈도우 밀링(window milling) 및 사이드트래킹(sidetracking) 방향 시추, 그리고 수평정 방향 시추에서 발생합니다. 시추공 궤적 및 다양한 저항 요인으로 인해 드릴 스트링에 가해지는 압력이 드릴 비트로 제대로 전달되지 못합니다. 종합적인 머드 로깅 장비와 중량 지시기를 통해 이를 확인할 수 있는데, WOB가 지속적으로 증가함에도 불구하고 드릴 비트의 위치는 변하지 않고 시추 깊이가 증가하지 않으며, 펌프 압력도 상승하지 않고 펌프 막힘도 발생하지 않습니다. 그러나 WOB를 더욱 증가시키면 갑작스러운 펌프 막힘이 발생할 수 있습니다. 방향 시추에서 비트 하중 손실은 정상적인 방향 시추 작업을 방해할 뿐만 아니라, 작업이 부적절할 경우 파이프 걸림의 위험을 초래할 수 있습니다.

1. 시추공 궤적 제어 강화 및 드릴 스트링 구성 최적화

잘못된 시추 궤적 때문에 발생하는 비트 하중 손실을 해결하기 위한 주요 공학적 조치는 궤적 제어를 강화하는 것입니다. 고각 및 장거리 경사 시추공의 경우, 설계에 따른 시추공 편향 및 방위각을 유지하고 설계 편차로 인한 백리밍을 방지하기 위해 전륜 유도 제어를 도입해야 합니다.

잘못된 시추공 궤적 때문에 발생하는 드릴 비트 중량 손실 문제를 해결하는 가장 효과적인 방법은 드릴 스트링 구성을 단순화하는 것입니다. 즉, 드릴 칼라의 수를 줄이고 중량 드릴 파이프(HWDP)의 수를 늘리는 것입니다. 이렇게 하면 드릴 스트링의 강성이 낮아지고 드릴 스트링과 머드 케이크 사이의 접촉 면적이 줄어들어 드릴 비트 중량 손실과 차압 고착 현상을 모두 방지할 수 있습니다.

수평정 시추에서 비트의 무게 손실이 발생하는 경우, 시추공 청소, 윤활 및 시추 작업자의 작업 기술에 중점을 두어야 합니다.

2. 청소 기능 강화

세척력 향상에는 시추공 세척 및 표면 고형물 제어 장비를 사용한 표면 진흙 정화가 포함됩니다.

진흙의 절삭물 운반 능력을 향상시키세요

최근의 방향성 시추 프로젝트에서는 조향 가능한 모터 기술과 결합된 PDC 비트가 일반적으로 사용되는데, 이는 비교적 빠른 시추 속도를 달성하고 절삭물을 미세한 입자로 분쇄하여 시추공 청소에 certain 어려움을 야기합니다.

각 시추공 구간별 변위 요구 사항:직경 311mm 유정 구간의 경우, 배출량은 3.4m³/min보다 높아야 하며, 직경 216mm 유정 구간의 경우, 배출량은 1.1m³/min보다 높아야 합니다.

시추공 절삭물 반환량을 기반으로 진흙 유동학적 매개변수를 조정합니다.저고형분 폴리머 시추액의 경우, 절삭물 운반 효과를 높이기 위해 동적 가소성비는 0.42~0.50 사이로 조절해야 합니다. 시추액의 점도 및 겔 강도와 관련하여, 고각 경사정의 경우 점도는 48초 이상으로 유지해야 합니다. 높은 점도와 겔 강도는 절삭물의 수직 침전을 방지하는 데 도움이 됩니다.

한 시추 프로젝트에서 시추공 경사각이 50~60도일 때, 유기질 양성 겔을 첨가하자 머드 점도가 약 42초로 감소하여 시추공 하부 절삭물 회수율이 저하되고 방향 시추 중 비트 하중이 감소하는 문제가 발생했습니다. 머드 점도를 50초로 높인 후에는 시추공 하부 조건이 정상으로 회복되었습니다.

깊이가 200~300미터를 초과하는 유정의 경우, 수평 시추공을 20~30도 경사로 시추 구간까지 끌어올릴 수 있습니다. 방향 시추를 위한 드릴 스트링 구성에는 일반적으로 여러 개의 드릴 칼라가 포함됩니다. 새로 시추된 유정에서는 드릴 칼라의 존재로 인해 환형 진흙 회수 속도가 증가하여 절삭물이 기존 유정에 침전되는 경우가 많습니다. 따라서 일부 시추팀은 새로 시추된 유정 구간만 끌어올리는데, 이는 절삭물 침전물 파쇄에 큰 효과가 없습니다.

3. 머드 윤활성 및 머드 케이크 품질 개선

진흙의 윤활성 향상

진흙의 윤활성을 향상시키기 위한 구체적인 조치로는 첫째, 윤활제 투입량을 늘리는 것과 둘째, 여러 종류의 윤활제를 조합하여 사용하는 것이 있습니다.

방향 시추 작업 시 일반적으로 원유를 시추액에 혼합합니다. 원유는 윤활성이 좋지만, 첨가 시 시추액의 품질이 저하됩니다. 따라서 방향 시추 작업에서는 원유를 수성 윤활제와 함께 사용해야 합니다. 이는 윤활 문제를 해결할 뿐만 아니라 원유 과다 투입으로 인한 두꺼운 시추액 형성을 방지합니다.

미끄럼 마찰은 마찰 계수가 증가함에 따라 증가합니다. 이를 해결하기 위해 약 3~5톤의 원유를 진흙에 혼합할 수 있으며, 원유 함량은 9~10%를 넘지 않아야 합니다.

머드 케이크 품질 개선

머드 케이크 품질을 향상시키기 위해 설폰화 아스팔트 및 페놀 수지와 같은 머드 재료를 첨가할 수 있습니다. 고품질 머드 케이크는 비트의 무게 손실로 인한 차동 점착 위험을 줄여줍니다.

액체 윤활제 외에도 고체 윤활제 및 극압 윤활제는 비트 중량 손실을 줄이는 데 효과적입니다. 경질 지층에서 방향 시추 중 비트 중량 손실이 발생할 경우, 팽창 흑연 200~300kg을 한 번에 첨가하면 윤활성 부족으로 인한 비트 중량 손실 문제를 해결하는 데 좋은 효과를 보입니다.

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