중국 오르도스 분지 셰일오일 개발 생산 시스템 최적화

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 6515(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

본 논문에서는 생산 데이터와 코어 및 유체 테스트를 포함한 실내 실험에 따라 셰일 오일의 생산 시스템(PS)을 최적화합니다. 결과는 다음과 같습니다. ① 유정의 압력 강하율은 파손 후 폐쇄 기간(PFSID) 결정을 위한 합리적인 기준입니다. 수평 우물의 수원 압력이 비교적 안정적이고 압력 강하가 3일 연속 하루 0.1MPa 미만인 경우 PFSID가 종료됩니다. ② 파쇄유체의 환류강도는 지하 프로판트의 유효성에 영향을 미치므로 환류강도는 각 프로판트의 임계유량과 안전계수에 의해 결정될 수 있다. ③ 환류 강도는 다양한 개발 단계에서 다양해야 하며, 이는 셰일 오일 수평 유정의 생산 가스 및 오일 비율(GOR)에 따라 낮음, 중간-높음, 높음 및 높음-낮음 생산 GOR의 네 가지로 나눌 수 있습니다. 낮은 생산량 GOR 단계에서는 유동압력과 포화압력의 비율이 1.0 이상으로 유지되어야 하며, 수평 유정에서 100m 석유를 담는 측면 길이에 대한 초기 일일 액체 생산성은 2.4~2.9m3/d입니다. 중간-높은 생산 GOR, 높은 생산 GOR 및 높은-낮은 생산 GOR 단계 동안 반응 초기 일일 유동성 생산성은 각각 0.8 ~ 1.0 또는 0.8 미만으로 유지되어야 합니다.

중국의 대륙 셰일 오일 저장소는 분지 크기, 지각 환경 및 퇴적 조건 측면에서 북미와 크게 다릅니다. 북미의 석유 함유층은 두껍고 연속성이 좋으며 셰일 오일은 경유-응축 창에 있으며 경유 비율이 높고 형성 에너지가 충분합니다. 수평 유정은 일반적으로 파쇄 및 산업화 운영 이후 높은 초기 및 누적 생산량을 달성합니다. 그러나 중국의 대륙 셰일 오일 매장지는 평면 분포가 빠르게 변하고 동시에 "좋은" 지점 선택이 어렵습니다. 낮은 수준의 열 발생 및 형성 에너지로 인해 단일 유정 생산량은 상대적으로 낮습니다. 중국의 대륙 셰일 지층은 석유 자원이 풍부하며 중간층, 하이브리드 퇴적물 및 셰일의 세 가지 범주로 구분됩니다1. 오르도스 분지의 대륙 유기물이 풍부한 셰일 지층에 축적되거나 보유된 액체 탄화수소는 전형적인 유입원 비전통 자원이며, 저장소는 층간 및 셰일2,3,4,5입니다. 오르도스 분지는 중국의 동부와 서부 구조 영역의 교차점에 위치하고 있습니다. 고생대 시대에는 중국 북부 분지의 일부였습니다. 트라이아스기 후기에 진행된 인도시니안 운동으로 인해 장강판이 북중국판과 북쪽으로 압박되어 충돌하게 되었고, 동시에 서진릉 조산대가 융기하여 북동쪽은 넓고 완만한 비대칭 내륙 함몰호 분지를 형성하였다. 남서쪽은 가파르고 좁다6. 셰일 오일의 층간 저장소는 물리적 특성이 열악하고 미세 기공 구조가 복잡한 대륙 쇄설성 퇴적층입니다7,8,9. 기름을 함유한 지층의 다공성은 4.0~12.9%, 평균 7.4%이고, 투과도는 (0.01~1.55) × 10−3 μm2, 평균 0.1 × 10−3 μm210,11,12입니다. 오르도스 분지에서 수십 년간의 셰일 오일 탐사 및 개발 관행을 거쳐 칭청 유전은 2018~2021년에 대규모 상업용 셰일 오일 개발을 위한 실증 지역으로 건설되었으며, 600개 이상의 수평 유정이 완성되었습니다. 2021년 말까지 생산 예정이며 유정 간격은 300~450m, 평균 측면 길이는 1650m이다. 층간 셰일 오일 저장소의 연간 석유 생산량은 백만 톤 수준에 도달했습니다.

셰일오일의 대규모 상업개발은 빠른 투자수익 보장을 목표로 하며, 주요 방식은 체적파쇄(VF, 다량의 유체를 이용한 수압파쇄)와 프로판트를 '절단'한 후 '준자연' 에너지를 이용하는 것이다. 저수지를 매우 작은 조각으로) 수평 우물에 놓습니다. 이들 유정은 초기 회수 단계(수평 유정의 회수 수명 주기 중 처음 3개월)에서 생산율이 높고 감소율이 높은 특성을 나타냅니다. 회수율이 상대적으로 낮아 고유가 하에서는 경제적 이익을 얻을 수 있는 반면, 저유가 하에서는 개발이 거의 유지되지 않는다. 따라서 저유가 상황에서 셰일오일 개발을 위해서는 '스위트 스팟(Sweet Spot)' 선택, 유정 레이아웃 및 엔지니어링 기술 최적화, 투자 절감 외에 더 높은 회수율 달성을 목표로 하는 합리적인 PS가 필수적이다. 수평 유정의 합리적인 PS는 다양한 구동 에너지의 원활한 전환을 달성하는 동시에 액체 파쇄로 인한 형성 손상을 줄여야 합니다13. 전반적인 셰일오일 개발 과정은 파쇄 후 폐쇄 단계, 배수 단계, 회수 단계의 세 단계로 나눌 수 있습니다. 따라서 합리적인 PS는 여러 단계에 적합해야 합니다. PFSID를 최적화하여 수압 파쇄로 인한 에너지 해방을 최대화하는 동시에 지층 손상을 줄입니다. 부적합한 흐름 역류 강도는 부서진 저장소에서 모래 침을 유발할 수 있기 때문에 파쇄 액체의 합리적인 역류 강도를 인증하는 반면, 적절한 강도는 부서진 균열을 닫는 데 도움이 되고 이후 오일 회수 단계에서 에너지 유지에 중요하며 감소를 줄이는 데 중요합니다. 수평 우물의 비율; 회복 단계에서 유체 회복 강도를 최적화합니다. 이 동안 형성 에너지의 효과적인 사용은 초기 단계의 감소율을 감소시킵니다. 액체를 파쇄함으로써 부여된 탄성 에너지는 생산 단계에서 방출되고, 이 단계에서 높은 액체 생산성은 용존 가스의 방출로 이어지고 이 단계에서는 용존 가스 구동이 나타나 오일과 가스의 2상 흐름과 높은 감소율. 따라서 수평 유정의 합리적인 생산성은 지하에서 세 가지 종류의 탄성 에너지, 즉 펌핑된 액체의 파쇄에 의해 부여된 에너지, 지층 암석 및 액체의 변형에 의해 부여된 에너지, 용해된 가스에 의해 부여된 에너지의 질서 있는 방출을 보장합니다. 중국의 대륙 셰일오일 개발은 이론연구보다 현장실습이 앞서는데, 본 논문에서는 위에서 언급한 셰일오일 개발 과정에서 직면하게 되는 문제점에 대한 해결책을 찾는 것을 목표로 한다. 그리고 다음 세 섹션은 위의 각 문제에 대한 해결책입니다. 본 논문에서는 초기 단계 및 추정 최종 회수율(EUR) 동안 개별 유정 생산성을 향상시키는 것을 목표로 이론적 분석과 현장 실습을 기반으로 수평 유정에 대한 일련의 합리적인 PS를 결정했습니다.