업스트림 프로세스: 드릴링

시추 장비(Drilling Rig)

시추 장비는 크기가 매우 다양하며 형 이동식 장치부터 고층 빌딩 크기의 영구 구조물에 이르기까지 매우 다양하며 해상 또는 육상에 위치할 수 있습니다. 회전 테이블 또는 상단 드라이브는 드릴 비트가 드릴 스트링의 하단에 위치하도록 전체 드릴 스트링을 회전시킵니다. 굴착 장비의 크기, 위치 또는 유형에 관계없이 이러한 장비는 탄화수소를 추출하기 위해 유전의 저류층을 깊숙이 시추하는 한 가지 목적을 가지고 있습니다.

안전하고 효율적인 작업을 위해 모든 시추 장비에는 무수히 많은 센서가 필요합니다. 이러한 센서에는 크라운 블록 어셈블리의 온도 보정 장력/압축 힘 변환기부터 시추 유체 장비의 레벨 및 압력 센서까지 포함됩니다. 얇은 필름 기술을 갖춘 저항 온도계는 강한 진동과 맥동을 견딜 수 있어, 우물 시추를 가능하게 하는 많은 펌프와 모터의 상태를 모니터링하는 데 도움을 줍니다.

머드 펌프(Mud Pump)

드릴 비트와 드릴 파이프가 땅을 뚫을 때 하나 이상의 머드 펌프가 심공 시추에서 7,000psi(483bar) 이상의 매우 높은 압력으로 슬러리를 시추공 아래로 내보냅니다. 이 드릴링 머드는 여러 가지 기능을 수행합니다:

• 드릴 비트 윤활 및 냉각
• 우물에서 드릴 절단물 세척
• 이퀄라이제이션 압력을 제공하여 포메이션 액이 홀에 유입되는 것을 방지

이 시추 유체는 고리, 즉 드릴 스트링과 시추공 사이의 공간을 통해 표면으로 돌아갑니다.

머드 펌프에는 모터가 달린 파워 엔드와 포트가 달린 유체 앤드로 구성됩니다. 두꺼운 부식 방지 측정 요소가 있는 해머 유니온 압력 트랜스미터는 흡입 및 배출 포트의 공정 압력을 모니터링하기 위해 IS(본질 안전) 배리어와 결합됩니다. 또한 다이어프램 씰이 있는 압력 게이지를 통해 펌프의 토출 압력을 국부적으로 표시할 수 있습니다. 일부 머드 펌프 구성에서는 기계의 베어링과 씰을 윤활하는 오일의 압력을 모니터링하기 위해 압력 게이지를 사용합니다.

블로우 아웃 방지 장치 및 BOP 폐쇄 장치

폭발은 인화성이 높은 탄화수소를 포함한 지층 유체가 유정 밖으로 통제되지 않고 흘러나오는 상황을 말합니다. 폭발 방지 장치(BOP)와 BOP 폐쇄 장치는 이러한 위험한 상황을 방지합니다.

유정 상단에 단단히 장착된 BOP는 킥(유정에 예기치 않은 유체 유입)이 발생할 경우 석유 및 가스 유정을 제어하고 필요한 경우 밀봉하도록 설계된 밸브 스택입니다. 압력 게이지는 본질 안전 또는 방폭형 압력 트랜스미터와 함께 이 유정 제어 시스템의 핵심 부품입니다.

폐쇄 장치는 사전 충전된 질소 블래더 축전기, 유압 유체, 전기 및 공기 기반 펌프를 사용하여 BOP 스택의 여러 기능을 작동하기 위한 압력을 생성합니다. 압력 게이지, 압력 트랜스미터 및 레벨 센서를 보완하여 필요할 때 이 안전 메커니즘이 제대로 작동하도록 보장합니다.

시멘팅 유닛(Cementing Unit)

시멘팅은 드릴링에서 중요한 역할을 합니다. 원하는 깊이에 도달하면 드릴 스트링을 제거하고 케이싱 스트링을 삽입합니다. 1차 시멘팅은 시추공에서 석유, 가스, 물 등 다양한 지층을 밀봉합니다. 또한 고리를 채워 케이스를 제자리에 단단히 고정하고 부식을 방지하며 지하 압력으로부터 케이스를 보호합니다. 2차 시멘팅은 1차 시멘팅 작업을 수리 또는 수정하거나 고갈된 우물을 막는 작업입니다.

드릴링 리그의 시멘팅 장치는 스키드나 반트레일러에 장착되어 있으며, 저장 탱크에서 물, 건조 시멘트, 점토, 특수 첨가제를 공급받습니다. 그런 다음 구성 요소를 리드 슬러리와 테일 슬러리로 혼합한 다음 케이싱에 주입하고 고리 밖으로 배출합니다. 시멘팅 장치의 제어 패널을 통해 작업자는 슬러리의 흐름과 밀도를 조절하고 압력을 모니터링하며 기타 매개 변수를 제어할 수 있습니다. 압력 모니터링에 필수적인 해머 유니온 압력 트랜스미터는 매우 높은 압력용으로 설계되어 시멘트 혼합물의 마모성을 견딜 수 있습니다.

머드 탱크(Mud Tank)

머드 탱크는 시추 중에 머드 펌프가 유정 안팎으로 순환하는 맞춤형 유체를 처리, 혼합 및 저장하기 위한 대형 다중 세그먼트 용기입니다. 수면으로 돌아온 후 사용한 진흙은 활성 탱크의 다양한 구획을 통해 펌핑됩니다:

• 1. 흡입 탱크: 필터링 대기
• 2. 고형물 제어 시스템: 드릴 절삭물(암석 조각, 모래 등) 분리
• 3. 탈기기: 공기와 천연 가스 제거
• 4. 화학 탱크: 필요한 경우 추가 처리
• 5. 교반기: 혼합물 재균질화

청소 후, 드릴링 머드를 재사용할 수 있습니다. 예비 탱크에는 여분의 머드와 킥 및 기타 비상 상황에 대비한 무거운 머드를 저장합니다.

레벨 센서를 통해 작업자는 각 구획의 유체를 모니터링할 수 있습니다. 하지만 더 중요한 것은 레벨 측정을 통해 드릴링 작업 중 문제를 발견할 수 있다는 점입니다:

• 부피 증가: 물이나 지층 유체(석유, 가스)가 유정에 유입되고 있음을 나타냄
• 부피 감소: 시추 머드가 균열을 통해 지층으로 유입되고 있음을 나타냄

머드 탱크에 사용되는 모든 레벨 센서는 위험 구역에 적합해야 합니다. 드릴링 머드는 부식성, 점성이 높으며 부유물이 있는 연마성이 있는 경우가 많으므로 장비는 견고해야 합니다. 머드 탱크에는 여러 유형의 레벨 센서를 사용할 수 있지만, 가장 견고하고 유지보수가 필요 없는 옵션은 유체 밀도와 정수압을 모두 측정하는 데 사용할 수 있는 본질적으로 안전한 수중 압력 트랜스미터입니다. 막힘 방지 부착물은 슬러지, 난기류 및 물리적 손상으로부터 안정성과 추가적인 보호 기능을 제공합니다.

물 탱크

시추 현장에서 머드 펌프는 시추공에 유체를 주입하여 드릴 비트를 윤활 및 냉각하고, 드릴 절단부의 유정을 세척하며, 지층 유체가 유정에 유입되는 것을 방지하는 균등 압력을 제공합니다. 이 특수 혼합물은 지질 구조, 경제적 고려 사항, 환경 규제, 원하는 머드의 용도 및 기타 요인에 따라 수성 또는 유성으로 만들어집니다.

연속 상으로 사용되는 액체에 관계없이, 드릴링 머드에는 거의 항상 일정 비율의 물이 포함됩니다. 물은 거대한 탱크에 저장되어 머드 탱크로 배관되어 다른 구성 요소와 혼합될 준비가 되어 있습니다.

수중 압력 센서는 시추 현장의 물 탱크 수위를 정확하고 안정적으로 측정하여 물이 넘치지 않고 탱크가 마르지 않도록 보장합니다. WIKA 레벨가드^TM 는 압력 센서에 추가적인 안정성을 제공하고 난기류와 변형으로부터 기기를 더욱 안전하게 보호합니다.

초크 매니폴드(Choke Manifold)

초크 매니폴드는 시추 장비의 유정 제어 시스템에서 중요한 부분을 차지합니다. 킥이 발생할 때, 파열 방지기(BOP)가 닫히고 고리에서 흐르는 지층 유체와 드릴링 머드가 초크 라인과 매니폴드의 파이프, 피팅 및 밸브 어셈블리를 통해 우회합니다. 초크 매니폴드는 가벼운 시추 머드를 배출하여 MAASP(최대 허용 고리 표면 압력) 이하로 유지하고, 예비 머드 탱크의 무거운 머드를 구멍 아래로 펌핑하여 유정을 다시 제어합니다. 초크 매니폴드의 대체 경로를 통해 작업자는 필요에 따라 밸브를 닫고 열어 흐름을 재지정할 수 있습니다. 일부 초크는 수동으로 작동하는 반면, 다른 초크는 유압식(원격)으로 제어합니다.

초크 매니폴드 시스템의 필수 부품인 압력 게이지와 압력 트랜스미터는 다음과 같은 여러 위치에 있습니다:

• 초크 라인이 매니폴드와 만나는 지점(하나의 라인)
• 매니폴드가 피트 및/또는 머드 탱크로 유체를 배출하는 경우(여러 라인)

신뢰성과 안전성을 보장하기 위해 초크 매니폴드에 장착된 압력 센서는 다음 요구 사항을 충족해야 합니다:

• 높은 정확도 및 최소 응답 시간
• 부식 및 내마모성
• 높은 내후성(IP 등급)
• 위험 지역 승인(본질 안전, 방폭 등)