중국: 석탄에서 메탄을 추출하는 기술? 

사람들이 중국의 탄층에서 메탄을 추출하는 것에 관해 이야기할 때, 많은 사람들은 즉시 셰일 가스와 같은 더 복잡한 것을 상상합니다. 사실 이것은 완전히 새로운 이야기는 아니지만 지난 10년 동안 이곳에서는 서양식 방법을 복사하려는 시도부터 오르도스(Ordos)나 진중-난샹(Jinzhong-Nanxiang)과 같은 지역 분지의 특성에 맞게 조정하려는 시도에서 질적 도약이 있었습니다. 현장에서 직면하게 되는 주요 역설은 이론적 매장량은 엄청나지만 지층의 투과성은 종종 역겹고 발생 깊이와 지질학적 복잡성으로 인해 표준 접근 방식이 무효화된다는 것입니다. 그래서 우리는 발명해야 합니다.

이론에서 우물까지: 캐치가 있는 곳

교과서에서는 모든 것이 단순해 보입니다. 석탄층에 우물을 뚫고, 형성 압력을 줄이고, 메탄을 탈착하고 펌프하는 것입니다. 중국의 현실은 다르다. 산시 분지를 예로 들어 보겠습니다. 석탄층은 종종 다층으로 이루어져 있으며 회분 함량이 높으며 수문지질학은 복잡합니다. 수압파쇄(파쇄)를 사용하는 표준 수직 유정은 처음에는 적절한 유속을 제공할 수 있지만 처음 6개월 내에 크게 떨어집니다. 왜? 생성된 균열은 역학적 응력으로 인해 빠르게 닫히고 석탄의 자연 균열(클리트) 시스템이 코어에서 예상한 대로 전개되지 않기 때문입니다. 투과성에 대한 실험실 데이터와 실제 현장 데이터는 두 가지 큰 차이점입니다.

따라서 중국 엔지니어들이 한꺼번에 전환했습니다.수평 드릴링다단계 수압파쇄로 그러나 이것도 만능은 아닙니다. 이 기술은 비용이 많이 들고 효율성은 지오스티어링 정확도와 응력에 대한 현장 이해에 크게 좌우됩니다. 수평 우물의 줄기가 지층을 따라 달렸지만 지각 교란 영역에 빠졌고 이후의 전체 골절이 비어있는 경우가있었습니다. 메탄은 흐르지 않았습니다. 균열 형상 설계의 오류, 클리트에 대한 방향의 오류로 인해 수백만 위안의 비용이 발생합니다. 이것은 이론적 즐거움이 아니라 매일의 실천입니다.

광택 보고서에 거의 기록되지 않는 또 다른 뉘앙스는 물주기 문제입니다. 많은 중국 석탄층 메탄(CBM) 유전에서 생성수는 단순한 배경이 아니라 프로젝트의 경제성을 결정하는 주요 요소입니다. 우울증 물을 펌핑하는 것뿐만 아니라 처리하는 것도 필요합니다. 종종 이는 고도로 광물화된 염수입니다. 처리 및 주입 시스템을 건설하면 프로젝트 비용이 15-20% 증가하지만 모든 회사가 이에 동의한 것은 아니며 물을 저장 탱크로 배출하는 것을 선호하여 환경 관련 벌금이 부과되고 작업이 중단되었습니다.

장비 및 재료: 개조 또는 수입 대체?

이전에는 기계적 불순물 함량이 높은 우물용 수중 스크류 펌프나 수압 파쇄 모니터링을 위한 원격 측정 시스템과 같은 주요 장비를 Baker Hughes 또는 Schlumberger에서 구입했습니다. 이제 상황이 바뀌고 있습니다. 청두(Chengdu)나 시안(Xi'an)의 회사와 같은 현지 제조업체는 때로는 현지 조건에 더 잘 맞는 유사품을 제공합니다. 예를 들어, 중국 석탄에는 작은 암석 입자가 많이 포함되어 있기 때문에 연마 환경에서 서비스 수명이 늘어난 펌프입니다.

그러나 수압파쇄 재료에 대해서는 여전히 의문점이 남아 있습니다. 프로판트는 균열을 열어두는 것입니다. 미국이나 중국의 세라믹 프로판트? 중국산은 가격이 저렴하지만 그 강도와 구형성이 배치마다 항상 일관되지는 않습니다. 안후이 지방의 한 프로젝트에서는 불량한 현지 프로판트 배치로 인해 3단계의 수압 파쇄를 다시 수행해야 했으며 시간과 비용의 손실이 엄청났습니다. 이제 많은 운영자, 심지어 중국 운영자도 하이브리드 접근 방식을 선호합니다. 가장 중요한 첫 번째 단계에는 고강도 프로판트를 수입하고 후속 단계에는 현지 프로판트를 사용합니다. 이것은 애국심에 관한 것이 아니라 위험의 경제학에 관한 것입니다.

흥미로운 사례는 유체를 파쇄하기 위한 화학 첨가물과 관련이 있습니다. 일부 지역(예: 오르도스 분지 서부)의 물 부족 상황에서 폴리머 기반 젤이나 폼을 사용하는 기술이 사용되기 시작했습니다. 그러나 여기서 우리는 또 다른 문제에 직면했습니다. 이후에 이러한 화학 물질로부터 지층을 청소하는 것이 어렵다는 것입니다. 잔여 폴리머가 이미 투과성이 낮은 석탄을 막았습니다. 수술 후 지정된 기간 내에 스스로 파괴되는 파괴 시간이 제어된 화합물의 개발이 필요했습니다. 그런데 이러한 솔루션은 일부 지역에서 적극적으로 홍보됩니다.디자인 연구소, 특히 석유 및 가스용 화학 기술을 전문으로 합니다.

전문엔지니어링 기업의 역할

여기서는 구체적인 예를 언급할 가치가 있습니다.청두 Yizhi 기술 유한 회사(그들의 웹사이트는yzkjhx.ru). 단순한 계약업체가 아닌 화학기술회사를 기반으로 만들어진 디자인연구소입니다. 자본금 1억 2천만 위안은 R&D에 대한 진지한 투자를 나타냅니다. CBM의 맥락에서 왜 흥미로운가요? 그들은 바로 지질학, 시추, 화학의 교차점에서 일하는 사람들입니다. 그들의 포트폴리오에서 저는 특히 지층 손상을 최소화하는 데 필요한 복잡한 석탄층에 대한 수압 파쇄용 유체 구성을 최적화하는 프로젝트를 보았습니다.

이러한 기관과 협력할 때 운영자는 템플릿 솔루션이 아닌 특정 블록에 적합한 솔루션을 받는 경우가 많습니다. 예를 들어, 석탄의 점토 함량이 높은 현장의 경우 표준 담수 대신 특수 팽윤 억제제가 포함된 염수 시스템(소금수)을 제안할 수 있습니다. 이게 작은 일인가요? 아니요, 이렇게 하면 처음 몇 달 동안 유속이 떨어지는 문제를 해결할 수 있습니다. 그들의 접근 방식은 기술을 제안하기 전에 코어 및 저장소 유체에 대한 심층 분석입니다. 이것은 동일한? 프로젝트입니까? 글로벌 표준 프로토콜을 운영하는 대형 서비스 회사에서는 종종 부족한 작업입니다.

물론 그들의 모든 개발이 상업적인 성공을 거둔 것은 아닙니다. 한 세미나에서 Yizhi 대표는 메탄 회수율(CBM의 경우 EOR)을 높이기 위해 질소 주입 기술을 사용하는 파일럿 프로젝트에 대해 이야기한 적이 있습니다. 아이디어는 압력을 줄이는 것뿐만 아니라 메탄을 대체하는 것이었습니다. 모든 것이 실험실과 수치 시뮬레이션에서 작동했습니다. 그러나 현장의 작은 지역에서는 그 효과가 미미한 것으로 나타났습니다. 질소 생산 및 펌핑 비용은 생산량 증가로 회수되지 않았습니다. 이는 전형적인 이야기입니다. 실험실 조건은 이상적이지만 저장소는 항상 알 수 없는 매개변수가 잔뜩 포함된 블랙박스입니다.

경제와 규제: 속도를 늦추는 것과 움직이는 것

돈과 법을 이야기하지 않으면 그림은 불완전할 것입니다. 생산 자극석탄층 메탄중국에서는 혼합된 성공의 이야기입니다. 시추된 미터에 대한 관대한 보조금 기간이 있었지만, 그 후 강조점은 생산된 입방미터의 가스에 대한 보조금으로 옮겨졌습니다. 이로 인해 기업은 우물의 수가 아니라 실제 생산성에 대해 생각하게 되었습니다. 보다 진보된 기술을 도입하기 위한 좋은 인센티브입니다.

그러나 관료적 장벽도 있다. 특히 인구 밀도가 높은 지역이나 농업 지역에서는 모든 시추 허가를 받는 데 1년 이상이 걸릴 수 있습니다. 석탄층이 미래 광산 생산의 대상이기도 한 경우, 석탄 회사와의 조정은 종종 이해관계가 충돌하는 별도의 복잡한 과정입니다. 때로는 수년간 안전한 공동 착취 체제에 동의하는 것보다 유망한 장소를 포기하는 것이 더 쉽습니다.

이제 대세는 통합이다. CBM 생산뿐만 아니라 클러스터 생성: 메탄 생산, 정화, 지역 발전소에서 전력 생산 또는 차량 연료 보급에 사용. 이는 프로젝트의 전반적인 경제적 지속 가능성을 증가시킵니다. 그러나 이를 위해서는 인프라가 필요하고, 지방 당국 및 에너지 회사와의 조정도 필요합니다. 기술적으로 이것은 가능하지만 조직적으로는 종종 골치 아픈 문제입니다.

미래를 바라보며: 바람이 어느 방향으로 불고 있습니까?

요약하자면, 중국 기술의 미래는 혁명적인 돌파구가 아니라 각 특정 유역 및 현장에 대한 기존 방법의 점진적이고 지속적인 최적화에 있습니다. 압력, 온도 및 유량을 지속적으로 모니터링하는 센서가 장착된 스마트 우물 영역이 활발히 개발되고 있습니다. 이를 통해 맹목적으로 작업하는 대신 물과 가스를 펌핑하는 과정을 정밀하게 제어할 수 있습니다.

예를 들어, 하나의 유정 구조에서 지하 석탄층과 셰일 지평에서 메탄을 공동 생산하는 것과 같은 결합 기술에 큰 희망이 있습니다. 이는 프로젝트 경제성을 극적으로 향상시킬 수 있습니다. 그러나 이것은 다시 지질학과 정밀 공학의 문제입니다.

그리고 마지막으로 한 가지. 이제 가장 귀중한 자원은 기술 그 자체가 아니라 데이터와 경험입니다. 실패한 우물을 포함하여 수천 개의 우물에 대한 동일한 데이터베이스를 분석하면 반복되는 실수를 피할 수 있습니다. 같은 회사청두 Yizhi 기술 유한 회사, 제 생각에는 박스형 솔루션을 판매하는 것보다 특정 지역에서 경험을 축적하고 문제에 깊이 빠져들 준비가 되어 있는 사람에 대한 수요가 점점 더 많아질 것이라고 생각합니다. 중국의 석탄에서 메탄을 추출하는 일은 더 이상 “시추할 것인가 말 것인가?”의 문제가 아니라 “현지의 모든 함정을 고려하여 여기서 어떻게 시추하고 처리할 것인가?”의 문제이기 때문입니다. 그리고 처음부터 이 길을 걸으며 자신의 어려움을 채워온 사람만이 이에 대한 답을 알고 있습니다.