셰일저류층에서의 시추 문제 분석을 통한 장거리 수평정 설계 개선 연구

Abstract

최근 방향성 시추 기술의 비약적인 발전에 힘입어 셰일저류층을 대상으로 수평정 길이가 수직정 길이의 2배 이상에 달하는 장거리 수평 시추 작업의 수요가 가파르게 증가하고 있으나, 이와 함께 시추문제 발생빈도 또한 높아지고 있다. 장거리 시추 시 장시간 나공 상태 노출로 인한 시추공 불안정성 문제와 경사·수평정 구간에서 과도한 토크 및 드래그 발생으로 높은 마찰저항을 발생시키는 문제가 있고, 그 결과 목표 심도에 도달하지 못하는 등 심각한 시추 실패 문제를 초래할 수 있다. 이 연구에서는 캐나다 지역 장거리 수평 시추 실패 사례로부터 시추공 불안정성 주요 원인인 암석파괴 부분과 시추 시 과도한 마찰저항 영향 인자 분석을 통해 시추공 설계 개선 및 운영 개선방안을 제시하고자 하였다. 우선 시추공 안정성 확보를 위해 최적 이수밀도 산정과 더불어 시추공 응력보강 방법에 대한 분석으로 시추공 불안정성을 개선할 수 있었다. 또한 과도한 마찰저항 저감을 위해 유성이수, 방향성 시추 장비 및 케이싱 부상 방법들을 적용하여 높은 윤활성, 비틀림 현상 최소화 및 높은 부력 환경을 조성하여 마찰저항을 현저히 줄일 수 있었다. 그 결과, 시추공 안정성 확보와 낮은 마찰저항 환경을 조성하여 기존보다 개선된 장거리 수평 시추 운영 방안을 도출할 수 있었으며, 추가적으로 작업 하중이 줄어들어 기동성이 뛰어나며 경량화된 시추기 사용이 가능해져 궁극적으로 시추비용을 절감할 수 있을 것으로 판단된다.|With the rapid development of the geosteering technique, the number of Extremely long reach wells which could maximize the contact area in the shale reservoir has been increasing sharply so far. But the probability of drilling failure is also increasing as the number of wells being drilled increases. There are some major problems while drilling long horizontal interval such as a borehole instability due to exposure to bare holes for a long time as well as a problem of high frictional resistance due to excessive torque and drag in the inclined and horizontal interval. As a result, the target total depth may not be reached and drilling failure may occur as well. In this study, in order to suggest the improved well design through the identification with the analysis on failures from two ERD wells drilled in Canada, A study was conducted by analyzing the main causes of borehole instability and influencing factors that generate excessive frictional resistance during drilling operation. First of all, Borehole instability could be improved by designing the safe drilling mud window with the stress caging method applications as well as the stable drilling orientation to drill in long lateral interval under the characteristics of the faulting regime with strata in the study area. In addition, For excessive frictional resistance reduction, Applying the Oil Based Mud, RSS directional drilling assembly and Casing flotation method, could get much better result on better lubricity with high buoyancy environment, torsion minimization and which made the frictional resistance reduced significantly. Finally, It was possible to improve the ERD well design by making borehole condition stable on dynamic and static condition alike and creating a low frictional resistance environment. and could expect that high efficient results can be made even drilling with more lighter drilling rig by applying the optimal drilling parameters under same drilling condition.