막음 및 폐기(P&A)는 석유 및 가스 산업에서 유정 폐공 과정의 일부입니다. 유정을 더 이상 생산에 사용하지 않거나 경제성이 없다고 판단되면 유정을 막고 봉인하여 추가 누출을 막습니다. P&A는 메탄과 같은 온실가스 및 기타 유해한 원유 제품이 환경으로 누출되는 것을 방지하여 생태계와 해양 생물을 모두 보호합니다.
Traditionally, cement has been the primary material used for plugging and sealing wellbores. However, cement is not completely impermeable and will deteriorate over time due to factors such as temperature fluctuations, chemical reactions, and mechanical stresses. Unfortunately, several instances of cement plugs leaking and releasing harmful substances into the environment have been reported. To ensure the long-term integrity and stability of these abandoned wells (the plug should last up to 3,000 years to qualify for deployment in North Sea, as stated by OGUK), bismuth alloys have recently emerged as groundbreaking plugging material.
비스무트 합금을 사용하는 이유는?
응고 시 팽창: 비스무트 합금은 일반적인 시멘트에서 관찰되는 수축 및 그에 따른 원주 골절과 달리 응고 시 3~6% 정도 약간 팽창하도록 설계할 수 있습니다. 따라서 웰보어 케이싱과 케이싱 외부의 환형 내부에 기계적 결합이 단단히 이루어지므로 씰의 효율성이 향상됩니다.
녹는점: 다양한 조성의 비스무트 기반 합금의 녹는점은 124°C에서 330°C까지 다양합니다. 이러한 특성 덕분에 유정 케이스에 영향을 주지 않으면서 합금을 보다 효율적이고 제어된 방식으로 배치할 수 있으며, 임시 막힘 및 유지보수도 가능합니다. 적절한 융점을 가진 특정 합금의 선택은 시추공 온도, 케이싱 재질 및 사용된 가열 기술에 따라 달라질 수 있습니다.
조성 가변성: 비스무트 합금은 구성 측면에서 유연성을 제공합니다. 주석, 은, 안티몬, 인듐과 같은 개별 금속의 비율을 조정하여 다양한 비스무트 합금을 만들 수 있습니다. 이를 통해 다양한 웰보어 특성에 맞게 합금의 물리적, 기계적, 화학적 특성을 맞춤화할 수 있습니다.
투과성: 비스무트 합금은 벌크 투과성이 제로이므로 벌크 전체에 걸쳐 완벽한 밀봉을 보장합니다.
장기적인 내구성: 비스무트 합금은 부식, 염수,CO2, 원유에 대한 내성을 지니고 있으며 고온에서도 구조적 무결성을 유지합니다. 이러한 특성은 플러그 재료의 수명과 효율성을 보장합니다.
고밀도 및 저점도: 고밀도와 낮은 점도의 조합으로 용융 합금은 펌프 없이도 유정의 좁고 접근하기 어려운 영역에 침투할 수 있습니다. 시추공 내의 공극, 요철 및 균열은 시멘트보다 용융 합금으로 더 효과적으로 채워집니다.
무독성: 비스무트 합금은 토양 및 지하수 오염을 유발할 수 있는 첨가제 및 화학물질이 포함된 시멘트와 달리 무독성이며 환경 친화적입니다.
경제성: 유정 해체 비용은 육상 유정당 10만 달러에서 해상 유정당 100만~1,000만 달러에 이릅니다. 시멘트와 장비 비용만 해도 해양 유정의 총 해체 비용의 25% 이상을 차지합니다. 시멘트에 대한 합금의 높은 비용은 시멘트와 리그 비용을 제거하면 가려집니다.
또한 비스무트 기반 합금의 낮은 열팽창성, 열 피로 개선, 높은 기계적 강도, 압력 등급 및 크리프 저항성은 최근 몇 년 동안 가스정 막힘 및 폐기에 대한 잠재력과 가장 많이 찾는 재료로 제시되었습니다. 비스무트 합금 개발에 자금을 지원하는 석유 및 가스 회사의 리더들은 이 소재가 P&A 프로세스의 미래에 얼마나 중요한지 잘 보여주고 있습니다.
Indium Corporation has carried out a huge amount of in-house research on fusible alloys. We have the ability and expertise to fine-tune the characteristic of bismuth-based alloys as per customer and industry needs. If you are interested in working with the application of bismuth-based alloys in P&A and any other industry, please share with us your needs, and problems if you are facing any. Let’s plug the wells together.
