다양한 시추궤도에서의 유성이수 유정제어 모델링

Abstract

킥(kick)이란 의도하지 않은 상황에서 지층의 유체가 유정으로 유입되는 현상이다. 이러한 킥의 발생을 방지하고 유입된 킥을 빠르게 감지하고 제어하여 안전하게 제거하는 과정을 유정제어(well control)라 한다. 유성이수에서 킥이 발생하면 주어진 온도, 압력에서 킥의 용해도에 따라 이수의 밀도와 부피가 변화하므로 안전한 유정제어를 위해 정확한 거동분석이 필요하다. 본 연구에서는 킥과 이수의 혼합구간은 이상으로 나머지구간은 단상으로 모델링하는 대체이상모델을 이용하여 유성이수에 대한 유정제어 모델링을 수행하였다. 개발된 유정제어모델을 이수종류, 시추궤도, 지층조건, 유정제어방법, 열전달 효과, 기저유 종류, 초크조작방법의 변화에 따른 다양한 유정제어상황에 적용하여 그 특징을 분석하였다. 유성이수의 경우 유입된 가스킥이 이수에 녹으므로 이수부피증가가 낮아 수성이수에 비해 킥감지가 늦다. 이러한 현상은 시추궤도의 수평구간이 길어질수록 더욱 두드러진다. 지층의 유체투과율이 높을수록 유입되는 가스킥의 양이 많아 그 결과 이수속에 용해된 가스킥이 방출되는 유정깊이는 더 깊어진다. 유성이수를 구성하는 기저유에 가벼운 탄소성분이 많을수록 가스와의 혼합성이 높아 더 높은 용해도 값을 가진다. 따라서 기저유 조성은 시간에 따른 이수부피증가에 영향을 미친다. 본 연구에서는 요구되는 일정한 공저압력을 유지하는 자동초크제어와 사용자에 의한 수동초크제어를 모델링 하였다. 이를 통해 시추공 내의 실제적인 킥의 거동을 파악할 수 있으며 향후 교육․훈련용 유정제어시스템의 분석모듈로 적용될 수 있다.

A kick is unscheduled flow of formation fluids into the wellbore. Well control includes the whole process as kick prevention, kick detection, kick control, and kick removal. In case of gas kicks in oil based mud(OBM), it is important to analyze kick behaviors accurately because volume and density of OBM are changing due to gas kick dissolution. In this study, OBM well control model is developed using an alternative two phase model, which models two phase as layers of gas-mud mixture. Various well control situations are considered such as mud types, well trajectories, formation conditions, well control methods, thermal effects of mud, base oil types, and choke control methods. The gas kick goes into solution in OBM resulting in small initial pit gain and late kick detection when the same amount of gas kick occurs. These effects become remarkable as horizontal sections of well trajectories are long. High formation permeability causes large amount of gas influx and consequently the dissolved gas is released at deeper wellbore section during kick circulating out. More lighter components in the base oil cause higher gas solubility, therefore pit gains with time are different according to base oil compositions. In addition, automatic and manual choke controls are considered in this study. Using the manual control, it helps to understand realistic kick behavior in the wellbore and could be applied to an educational-training well control system.