KR100334395B1 - 저온의탄화수소를지하공동에저장하는방법및저온탄화수소저장장치 - Google Patents

Abstract

0℃ 이하의 극저온에서 액체 상태로 유지되는 탄화수소를 수용할 수 있는 구조로 이루어지고, 또한 지하 수면(5)의 범위 내에 형성되며 누설방지 내부 라이닝(2)을 갖는 지하 저장 공동(1)에 가스를 저장하는 방법은 공동(1)이 탄화수소를 수용하고 있지 않는 동안, 지하 수면(5)이 공동(1) 아래로 하강할 때까지 주변 암반에 함유된 물을 배수하는 단계와, 공동(1) 둘레의 배수된 암반(1)이 물을 결빙하기에 충분히 낮은 온도에 도달하도록, 물을 계속 배수하면서 공동(1)에 저온 상태의 액화 탄화수소를 주입하는 단계와, 얼음 장벽으로 형성된 바와 같이 실질적으로 물이 없는 주변 영역을 공동(1) 둘레에 형성시키기 위하여 배수를 중단하는 단계를 포함한다. 또한, 본 발명은 0℃ 이하의 극저온에서 액체 상태로 유지되는 탄화 수소를 수용할 수 있는 구조를 이루어지고, 또한 지하수면(5)의 범위 내에 형성되며 누설방지 내부 라이닝(2)을 갖는 공동(1)을 포함하며, 상기 누설방지 내부 라이닝(2)은 암반에 고정되고 또한 소로에 대하여 이동될 수 있는 독립적인 부소와(voussoir) 슬라브(22)로 구성된 하나 이상의 강성 부하 지지 구조체와, 지하수면이 다시 상승된 이후에도 내부 라이닝(2)이 극저온 상태로 탄화수소를 주입하므로써 발생된 응력과 변형을 수용할 수 있도록 공동(1)의 내측에 형성되고 또한 상기 구조체에 의하여 지지되는 변형가능한 누설방지 박막(24)을 구비한다.

Description

저온의 탄화수소를 지하 공동에 저장하는 방법 및 저온 탄화수소 저장 장치{METHOD FOR SETTING IN OPERATION AN UNDERGROUND STORAGE CAVITY FOR LOW TEMPERATURE HYDROCARBONS AND PLANT FOR STORING LOW TEMPERATURE HYDROCARBONS}

본 발명은 0℃ 이하의 저온에서 유체 형태로 유지되는 탄화수소를 지하 공동에 저장하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 대기압 상태에서 -162℃ 의 온도로 액화천연가스(LNG)를 저장하기 위해 이용될 수 있다. 그러나 예를 들어, 에틸렌과 같은 극저온에서 액화되는 기타 다른 탄화수소도 본 발명에 개시된 방법으로 저장 될 수 있다.

소위 저온 저장 기술에 의하여 물질을 대기압 상태에서 저장하는 것이 가능하게 되었다. 이러한 환경하에서 그 온도는 상압에서 LNG 의 경우에 -162℃ 인 기체/액체 평형 온도이다. 저장 설비는 기체를 추출하여, 응축시키고, 그리고 액체 상태로 재주입하므로써 일정한 온도로 유지될 수 있다.

액화 가스를 저온으로 유지하기 위한 방법은 이미 여러가지가 제안된 바 있다. 저장 공동(storage cavity)이 양호한 기밀성을 제공하는 점토질 지반에 형성 될 수 있음에도 불구하고, 대다수의 공지된 방법에서는 수분 함유 암반에 공동을 형성한다. 예를 들어, 상압에서 적당히 낮은 온도에서 액화될 수 있는 프로판의 경우에, 저장 공동은 어떤 특별한 사전 처리를 요하지 않는다. 공동의 내벽은 수분 함유 암반으로 구성된다. 0℃ 이하의 저온에서 액화가스를 주입하면, 공동의 내벽이 결빙되어 얼음으로 형성된 누설 방지 장벽을 형성한다. 또 다른 방법에 있어서, 내벽을 결빙시키기 위하여 초기에 질소를 공동에 주입한다. 그리고 누설방지가 완료된 공동에 프로판을 주입할 수 있다. 적당히 낮은 액화 온도 때문에, 공동의 내벽은 저장 공동의 기밀성을 손상시키지 않을 정도의 작은 응력만을 받는다. 응력은 매우 작아서 암반에 어떠한 균열도 발생시키지 않는다.

상압에서 매우 낮은 액화 온도를 갖는, 예를 들어 LNG 나 에틸렌과 같은 탄화 수소를 저장하는 경우에, 빙결수를 함유하는 암반과 탄화수소를 접촉 상태로 방치하는 것은 불가능하다. 암반에 부과된 응력은 상당하여, 공동이 형성되기 전에 암반에 이미 존재하는 균열을 확대시키거나, 저장 설비가 작동될 때 또는 그 후속 작동 중에 새로운 균열이 형성된다. 여하튼, 이러한 균열은 물의 유입을 초래하여, 온도 하강이 개시된 후 또는 지표로의 가스 누설이 초래될 때까지 나타나지 않으면 물의 유입을 중단시키는 것이 곤란하며, 또한 설비가 냉각되기 시작한 이후 또는 작동중일때까지는 물의 유입이 검출되지 않는다.

압력 증가에 의하여 발생되는 저장 온도의 상승은 프로판 저장의 경우에 존재하는 것과 유사한 저장 조건으로 복귀하는 결과를 초래할 수 있다. 그러나, 작동과 관련한 실제적인 이유로 인해 이러한 선택은 유용하지 않다.

암반의 균열과 관련된 문제를 해결하기 위하여, 공동에는 암반에 고정된 누설 방지 내부 라이닝이 제공될 수 있음이 공지되어 있다.

그럼에도 불구하고, 공동 둘레에 지하수면(water table)의 존재를 고려할 필요가 있다. 의도하는 저장 깊이 (50 미터 내지 100 미터)에서 이러한 지하 수면을발견할 가능성은 높다. 실제로, 결빙에 의하여 2차 누설 방지 장벽을 구성하기 때문에 이러한 물을 이용할 수 있다.

상기 방식으로 라이닝된 공동을 이용하면, 얼음이 내부 .라이닝과 직접 접촉하는 상태로 형성될 수 있으므로 유해하다. 라이닝은 볼트에 의하여 암반에 고정되는 것이 일반적이고, 얼음 광혈의 형성에 의하여 발생된 압력은 볼트를 추출하여 라이닝을 변형시킬 수 있다. 또한, 극저온으로 탄화수소를 주입하기 전의 초기 단계에서, 미처 결빙되지 않은 지하 수면의 물에 의하여 부과된 압력 또한 라이닝에 유해하다. 그 이유는 내부 라이닝과 얼음 장벽 사이에 불포화 영역을 유지하는 것이 필요하기 때문이다.

영국 특허출원 제2215023 호는 공동의 내측에 설치된 불투과성층과 암반과 접촉하는 투과성 콘크리트로 구성되는 내부 라이닝을 갖는 저장 공동을 형성하므로써 그 해결책을 제안하고 있다. 다공성 콘크리트층은 공동의 모든 둘레에 설치된 튜브 망상 조직을 구비한다. 지하수 압력보다 큰 압력으로 망상 조직을 이루는 튜브에 공기를 주입하면, 지하수는 암반의 기존에 존재하는 균열에 공기가 흡입되므로써 후방으로 밀려날 수 있다. 따라서, 지하수가 없는 영역이 공동 둘레에 형성된다. 따라서 탄화수소가 공동 내부에 존재할 수 있다. 소정 시간이 경과한 후, 저온 상태의 저장 때문에 물-공기 평형 영역에 서리가 발생한다. 그 결과 내부 라이닝으로부터 일정 거리에 얼음 장벽이 형성된다. 또한, 상기 영국 특허는 지하수의 압력을 감소시키기 위하여 공동 하부에 배수 터널을 형성할 것을 제안하고 있다. 이러한 공동에 공기 주입 망상 구조를 제공하는 것은 상당히 복잡하며 그 제조비가 상당히 높게 되는 것은 의심의 여지가 없다.

본 발명의 목적은 탄화수소를 극저온 상태로 저장하기 위하여 공동을 형성하는 단순하고 비교적 저렴한 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 탄화수소를 극저온 상태로 수용할 수 있는 저장설비, 즉 탄화수소의 주입과 관련된 응력을 견딜 수 있는 설비를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 극저온에서 액체 상태로 유지되는 탄화수소를 수용할 수 있는 구조로 이루어지고, 또한 지하 수면의 범위내에 형성되며 누설방지 내부 라이닝을 갖는 지하 저장 공동에 가스를 저장하는 방법에 있어서, 공동이 탄화수소를 수용하고 있지 않는 동안, 지하 수면이 공동 아래로 하강할 때까지 주변 암반에 함유된 물을 배수하는 단계와; 공동 둘레의 배수된 암반이 물을 결빙하기에 충분히 낮은 온도에 도달하도록, 물을 계속 배수하면서 공동에 저온 상태의 액화 탄화수소를 주입하는 단계와; 물이 없는 주변 영역이 얼음 장벽에 의해 경계지어진 공동(1) 둘레에 형성 되도록 배수를 중단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.

배수 단계는 침출과 과도 압력으로 인한 영향이 사라지기 때문에 공동을 굴착하면서 수행되는 것이 바람직하다. 이와 유사하게, 내부 라이닝을 설치하는 동안, 물에 의해 방해를 받을 수 있다. 공동에 가스를 저장하기 위하여 배수 시스템이 제공되기 때문에, 공동이 형성되는 동안 작업 조건을 편리하게 하는 것이 손쉽다. 영국 특허 GB-A-2 215 023 에 제안된 공동과 달리, 실질적으로 물이 없는 영역의 형성은 공동의 내부 라이닝의 구조와 무관하다. 따라서, 본 발명의 방법은 극저온 상태의 탄화수소와 사용하도록 고안된 어떠한 종류의 공동에도 사용될 수 있다.

일실시예에서, 배수 단계는 공동 인접부에 굴착된 배수정으로부터 지하수를 양수하는 단계를 포함한다.

상기 배수 단계에 의하여 지하 수면이 공동의 깊이 아래까지 하강할 뿐만 아니라 공동에 부과된 압력을 감소시키는 것으로 관찰되었다. 또한 배수정 착공 방법은 공동으로 하양 연장하는 배수 터널을 형성하는데 필요한 방법보다 상당히 저렴하다.

상기 배수 중단 단계는 배수량을 점진적으로 감소시켜 지하 수면이 상승하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

따라서 배수량이 급작스럽게 중단되는 것이 아니라 점진적으로 중단되므로, 공동 둘레의 물의 복귀를 적절히 조절할 수 있다. 배수량은 배수정 하부에 위치하는 펌프 또는 지표면으로부터 주입되는 공기량을 조절하므로써 조절될 수 있다.

또 다른 방법에 따르면, 상기 배수 중단 단계는 배수정을 냉동시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 방법은 탄화 수소가 -50℃ 이하, 보다 바람직하게는 -100℃ 이하의 온도로 공동에 저장될 때 특히 적합하다. 보다 고온에서 액화되는 탄화수소의 경우에 일반적으로 암반 균열 문제는 발생하지 않는다.

또한, 본 발명은 극저온에서 액체 상태로 유지되는 탄화수소를 수용할 수 있는 구조로 이루어지고, 또한 지하수면의 범위내에 형성되며 누설 방지 내부 라이닝을 갖는 공동을 포함하는 지하 저장 장치에 있어서, 상기 누설 방지 내부 라이닝은암반에 고정되고 또한 서로에 대하여 이동될 수 있는 독립적인 부소아(voussoir) 슬라브로 구성된 하나이상의 강성 부하 지지 구조체와, 지하 수면이 다시 상승된 이후에도 내부 라이닝이 극저온 상태로 탄화수소를 주입하므로써 발생된 응력과 변형을 수용할 수 있도록 공동의 내측에 형성되고 또한 상기 구조체에 의하여 지지되는 변형가능한 누설방지 박막을 구비하는 지하 저장 장치를 제공한다.

누설 방지 박막은 열적으로 그리고 역학적으로 응력을 받는다. 그 이유는 높은 열 응력을 제공하는 온도 변화와 암반의 블럭 이동 가능성 때문이다. 부소아 슬라브는 이동하는 암반의 블럭에 의해 개별적으로 응력을 받으면, 라이닝의 기밀성을 손상시키지 않고 박막을 국부적으로 변형시킬 수 있다.

지하 수면을 공동 아래로 하강시키기 위하여 공동의 인접부에는 상기 공동 보다 깊은 깊이로 하항 연장하는 배수정이 제공되는 것이 바람직하다. 지하 수면을 하강시키면, 공동 둘레에 실질적으로 물이 없는 영역을 형성할 수 있다. 이러한 배수정은 공동의 초기 사용 단계 동안에만 이용된다. 물이 없는 영역이 극저온의 탄화수소의 존재에 의하여 발생된 얼음 프론트에 의하여 안정되면, 배수정은 방치되거나 폐기된다. 공동의 인접부에 수직으로 굴착된 배수정은 공동의 근접부에 얼음 포켓의 형성을 방지하는 수단을 구비하지만, 상기 수단은 상당한 기술적 및 경제적 장점을 제공한다.

본 발명의 특징에 따르면, 상기 부소아 슬라브는 규칙적인 배열을 형성하도록 가장자리 대 가장자리로 나란히 위치하며, 상기 누설 방지 박막은 적어도 일부의 웨이브가 부소아 슬라브의 가장자리와 정렬되는 상태로 망상 구조의 직교하는웨이브를 갖는다.

직교하는 웨이브는 박막에 십자형 접지부를 갖는 와플형 외형을 제공한다. 이러한 접지부 박막이 지탱할 수 있는 변형에 대한 특별한 지점을 구성하며, 이것은 부소아 슬라브 사이의 경계와 정렬하는 것이 필수적이기 때문이다. 부소아 슬라브가 이동하면, 박막에 부과된 응력은 슬라브를 에워싸는 웨이브에 의하여 직접 흡수된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 라이닝은 박막과 부하 지지 구조체 사이에 부소아 슬라브의 배열과 중첩하는 관계로 일치하는 배열을 형성하는 중첩된 절연 판넬로 이루어진 층을 갖는다.

절연 판넬은 공동과 주변 토양간의 열 절연을 제공할 뿐만 아니라, 공동과 부소아 슬라브 간의 열 절연을 제공한다. 따라서 변형성의 특징은 부소아 슬라브와 절연 판넬의 배열의 중첩에 의하여 보장된다. 따라서, 각각의 절연 판넬은 단지 하나의 부소아 슬라브와 연결된다. 부소아 슬라브의 가장 자리와 절연 판넬의 가장자리는 박막에 있는 다수의 웨이브와 연속적으로 정렬된다.

본 발명의 기타 다른 목적과 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조한 하기의 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

제1도는 본 발명의 방법이 제공되는 저장 공동의 단면도.

제2도는 제1도의 공동을 차폐하는 내부 라이닝의 세부 구조의 확대도.

제3도는 부소아 슬라브(voussoir slab)가 설치되는 방법을 도시하는 본 발명에 따른 라이닝의 단면도.

제4도는 부소아 슬라브의 정면도.

제5도는 부소아 슬라브가 공동의 내벽상에 배치되는 방법을 도시하는 도면.

제6도는 본 발명의 라이닝의 단면도.

제7도는 제6도의 라이닝의 세부를 도시하는 확대도.

제8도는 본 발명의 와플형 누설 방지 박막이 코팅된 부소아 슬라브를 도시 하는 정면도.

제9도는 제8도의 선B-B를 따라 취한 단면도.

제10도는 제8도의 선A-A를 따라 취한 단면도.

제11도는 제1도에 도시된 것과 동일한 공동에 관한 방법의 여러 수행단계를도시하는 이론적인 다이어그램.

서술한 바와 같이, 본 발명의 방법은 LNG에 특히 적용가능하지만, 대기압에서 매우 낮은 액화 온도를 갖는 여러가지 종류의 탄화수소가 배제되는 것은 아니다. 하기의 설명에 있어서 LNG가 가장 적합하므로 이것을 참조한다.

제1도에 도시된 공동(1)은 지하 수면을 포함하는 지하 암반에 형성되며, 그 상부 구개(口蓋)(11)는 약 50미터의 깊이에 존재한다. 이것은 광정(well; 12)을 통하여 표면과 연결된다. 공동(1)은 플러그로 막혀 있으며 암반에 고정된 플러그(13)에 의하여 광정(12)과 결합한다. 플러그(13)는 통과하여 저장 설비를 작동시키는데 필요한 일련의 튜브를 갖는다.

공동(1)의 내벽에는 누설 방지 및 절연 라이닝(2)이 덮여 있다. 상기 라이닝(2)은 플러그(13)까지 공동 전체를 덮는다. 라이닝의 구조는 제2도 내지 제10도에 상세히 도시되어 있다.

제2도는 라이닝(2)의 단면도이며 제1도에 지시된 외형선에 대응한다. 제2도에서, 나암반(6)이 매끈한 표면을 갖는 것으로 도시되어 있다. 실제로, 제3도에 도시된 바와 같이 굴착된 나암반은 불규칙하다. 암반에는 미리 제조된 콘크리트 부소아 슬라브(22)가 타이(3)에 의하여 초기에 고정된다.

이러한 슬라브는 상호 역학적으로 독립하고 부소아 슬라브로 구성된 구조에 응력을 부과하지 않고 암반의 이동에 따르도록 느슨하다. 이러한 구조는 다른 라이닝 부재가 고정되어 있는 강성 부하 구조이다, 부소아 슬라브용으로 사용되는 콘크리트는 강철 로드로 보강되는 것이 바람직하다. 제3도에 도시된 바와 같이, 부소아 슬라브(22)는 원석(6)에 직접 제공되지 않았음을 알 수 있다. 암반이 매우 거칠면, 저밀도 콘크리트 포말(21)이 제2도 및 제3도에 도시된 바와 같이 부소아 슬라브가 설치되는 단계에서 주입된다. 그러나, 암반에서의 국부적 결함이 약 20cm를 초과하지 않으면, 부소아 슬라브(22)와 암반(6) 사이의 공간은 빈 상태로 남아 있다. 부소아 슬라브는 약 30cm 두께이며 3개의 타이에 의하여 적소에 유지되지만, 암반이 매우 거칠면, 부소아 슬라브는 약 15cm 두께이며 단지 두개의 타이에 의하여 유지된다. 콘크리트 포말(21)은 저장된 압력을 전달하는 작용을 한다. 부소아 슬라브(22)에 의하여 형성된 부하 지지 구조는 인접한 부소아 슬라브 사이에 배치된 가스켓(220)에 의하여 누설 방지된다. 각각의 부소아 슬라브(22) 주변은 계단형태로 구성된다. 제4도에 도시된 바와 같이, 부소아 슬라브는 단일의 콘크리트 부재 형태인 것으로서; 이러한 부재는 서로 중첩되고 또한 부소아 슬라브의 주변 둘레에 스텝부를 형성하도록 서로에 대해 대각선으로 옵셋된 동일한 크기의 두 콘크리트 판의 외형을 갖는다. 제4도의 부소아 슬라브는 단지 두개의 타이(3)용 설비를 갖고 있기 때문에, 거친 암반에 고정될 수 있는 구조로 되어 있다. 가스켓(220)은, 제3도에 도시된 바와 같이, 인접한 부소아 슬라브의 스텝부와 상보형을 이루는 형상을 갖는 스텝부의 중간 부분을 차지한다. 이러한 부소아 슬라브(22)의 배치에 의하여 슬라브는 상호 독립적으로 이동가능하므로, 가스켓(220)의 탄성에 유리하다. 예를 들어, 부소아 슬라브는 약 1 미터의 폭과 약 2 미터의 길이를 가질 수 있다. 부소아 슬라브는 제5도에 도시된 바와 같이 규칙적인 배열로 배치되는 것이 바람직하다. 이에 의하면 각각의 부소아 슬라브(22)가 4개의 다른 부소아 슬라브에 결합할 때 자유롭게 이동할 수 있다.

부소아 슬라브(22)의 내면은 두 성분의 에폭시 수지로 구성된 증발 방치층(221)으로 피복되어, 암벽으로부터 후속층(23)까지 습기가 침입하는 것을 방지한다. 이러한 종류의 증발 방지부는 개방 에어 탱크용으로 사용되는 것과 유사하다. 그러나, 슬라브가 사용되는 경우, 증발 방지부는 슬라브가 설치되기 전에 제공되는 것이 바람직하다.

또한, 부소아 슬라브(22)를 후속층을 이루는 절연 판넬(23)에 설치하기 위하여 핀 또는 스핏(Spit)이 제공된다.

절연 판넬(23)의 구조는 두면이 합판에 부착된 PVC 종류의 강성 셀룰러재료로 구성된다. 절연체의 두께는 약 30cm 이다. 본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 절연 판넬(23)의 치수는 부소아 슬라브(22)의 치수와 일치하며, 또한 절연 판넬은 각각의 부소아 슬라브(22)가 단일 절연 판넬(23)에 대응하는 방식으로 배치되기 때문에, 판넬은 제6도 및 제7도에 도시된 바와 같이 상호 정확하게 가로놓인다. 따라서 단지 하나의 절연 판넬(23)을 이동시키기 때문에, 부소아 슬라브를 용이하게 변위시킬 수 있다. 판넬은 그 내측면상에 피복된 유향수지에 의하여 슬라브(22)의 콘크리트에 부착된다. 압력의 유지 및 위치 설정은 슬라브(22) 상에 위치하는 핀에 의하여 달성된다. 마지막으로, 열적 연속성을 얻기 위하여 인접한 판넬(23) 사이의 공간에 글래스 울이 위치된다. 모든 경우에 절연층(23)을 사용하는 것이 필수적이지는 않다. 대부분의 경우에 라이닝은 절연 판넬(23)을 설치하지 않고서도 그 기능을 달성할 수 있다.

스테인레스 강철로 제조되고 이하, 페그(peg)로 언급되는 금속부재가 절연 판넬의 상부 합판에 삽입되어, 공동의 내측면을 구성하는 변형가능한 누설 방지 박막(24) 용의 고정점으로 작용한다. 상기 박막(24)은 약 1.2mm 두께의 스테인레스 강철로 제조되며, 볼록한 와플형 외형을 가지며, 또한 표면에 대해서 저장 설비로사용될 수 있도록 그리고 LNG 탱크 선박에 사용되기에 적합한 구조이다. 이러한 박막의 실시예가 프랑스 특허 FR-A-1 459 749에 개시되어 있다. 그것은 높은 변형율을 부과하는 십자형의 직교하는 웨이브 시스템을 갖는다. 이러한 변형성에 의하면 저 응력 레벨을 받으면서 -162℃에서 LNG에 의하여 발생된 열 수축을 수용할 수 있게 할 뿐만 아니라, 본 발명의 경우에 기밀성을 상실하지 않고 암반의 잠재적 변형을 수용할 수 있게 한다.

전체 내부 라이닝(2)에 대한 높은 변형율을 얻기 위하여, 부소아 슬라브(22)와 절연 판넬(23) 사이의 결합부는 라이닝(2)의 직교 단면을 도시하는 제9 도 및 제10도에 도시된 바와 같이 누설 방지 박막(24)의 웨이브(240)와 일치한다. 박막(24) 상의 웨이브 망상 구조는 제8도에 도시된 바와 같이 하나의 부소아 슬라브에 대해 다수의 웨이브를 갖는다. 중요한 특징으로는 부소아 슬라브(22) 및/또는 절연 판넬(23)이 가장자리에 퍼져있는 웨이브를 갖는다는 점이다. 이러한 웨이브는 특히 박막(24)이 변형을 수용할 수 있는 지점에 존재한다. 따라서, 박막(24)에 있는 적어도 다수의 웨이브와 일치하도록 부소아 슬라브(22)와 절연 판넬(23) 사이의 접합부에서는 매우 중요하게 작용한다.

조립시에, 박막(24)은 1 미터 정도 매설된 약 3 미터의 시이트 형태이며, 이것은 상호 용접 되어 배열의 각각의 망상 구조 중앙에서 페그에 용접되어 절연 판넬(23)에 부척된다.

또한 부소아 슬라브(22)는 나암과 같은 거친 지지체상에 장착될 수 있기 때문에 박막에 대하여 지지 구조체로 사용된다. 캐스트 콘크리트 층 대신에 부소아슬라브 구조체를 사용하면, 필요에 따라 박막(24)과 절연 판넬(23)을 통해 -162℃에서 LNG에 의하여 발생되는 것과 같은 열적 견인에 기인한 응력 수용이 가능하다다.

부유 지지 구조체와 조합하여 변형가능한 누선방지 박막을 사용하면 기밀성은 유지되지만, 그럼에도 불구하고 변형 가능하며, LNG 주입에 의하여 유발된 온도 변화로 인해 암반에서의 변이에 적응될 수 있는 내부 라이닝을 얻을 수 있다.

이하, 본 발명의 공동을 이용하는 방법을 상술된 바와 같은 공동을 참조하여 기술하기로 한다. 상술한 바와 다른 구조의 공동이 본 발명의 방법을 이용하여 처리될 수 있으나, 기술된 공동이 본 방법에 가장 적합하다.

제11도를 참조하면, 공동(1)에 인접하여 배수정(4)이 드릴 천공되며, 상기 배수정은 공동으로부터 2 미터 내지 20 미터의 거리에 위치되는 것이 바람직하다. 배수정(4)은 공동의 하부 보다 깊다. 각각의 배수정에는 공기 양수 작동을 수행하기 위하여 지표상에 콤프레서에 연결된 도관이나 다운홀 펌프가 제공된다. 본 발명에 따르면, 제1단계는 지하 수면이 공동의 하부 이하로 떨어질 때까지 지하 수면으로부터 물을 배수하는 단계로 구성된다. 원래 물로 에워싸여 있는 공동(1)은 실질적으로 물이 없는 지하 암반에서 적소를 얻는다. 실제로 암반에는 약간의 물이 항상 존재하며, 모세관 작용에 의하여 포획 유지된다. 의도하는 목적은 공동 둘레의 토양을 불포화시키는 것이 아니라 암반에 균열을 발생시킬 수 있는 내부에서의 과도하게 큰 결빙 포켓을 방지하기 위하여 물을 충분히 추출하는 것이다. 수면을 하강시키는 단계는 또한 공동을 형성하는 동안에 수행될 수 있다. 이것은 공동의 내벽에 내부 라이닝(2)을 설치하는 것을 보다 용이하게 한다.

배수 단계는 공동(1) 아래의 일정 수위로 지하 수면(5)을 유지하기 위하여 계속 수행되어야 한다. 펌핑 작동을 계속하는 동안, 제2 단계는 대기압에서 그리고 -162℃의 온도에서 공동(1)에 LNG를 주입하는 단계이다.

라이닝(2)의 열적 절연층(23)에도 불구하고, 공동을 에워싸는 토양은 암반에 잔류하는 어떠한 물도 결빙시키기에 충분히 낮은 온도에 도달한다. 따라서, 공동의 둘레에는 실질적으로 물이 없는 결빙 영역이 형성된다. 이 단계에서 결빙된 소량의 물은 공동의 라이닝(2)에 유해한 정도로 암반을 균열시키기에 불충분하다. 예를 들어, 상기 물이 없는 결빙 영역은 LNG가 공동(1) 내부에 제공된 이후 수 분 동안 약 2 미터의 두께가 될 수 있다. 액체 상태의 소량의 물은 결빙 영역 둘레의 배수 처리된 암반에 존재할 수 있다.

결빙 영역이 충분한 두께(약 2 미터)로 얻어지면, 배수처리가 정지될 수 있다. 상기 충분한 두께란, 첫째로 공동에 침입되는 어떠한 물도 결빙되고; 둘째로, 두꺼운 얼음 링이 외부로 부터 가해지는 유압을 흡수할 수 있는데 필요한 두께를 말한다. 배수량을 점진적으로 감소시키므로써, 수면이 공동 둘레에서 다시 상승하는 정도를 제어할 수 있다. 배수가 완전히 정지되면, 공동(1) 둘레에는 얼음의 프론트에 의하여 형성된 물이 없는 영역이 존재한다. 상기 얼음 프론트 뒤에는 지하 수면(5)이 액체 상태로 존재하고 있다.

비록 양호한 기법은 아니지만, 배수정(4)을 냉동시키는 방법이 적용될 수도 있다. 따라서, 수관(5)은 LNG에 의하여 발생된 결빙 영역이 배수정(4)을 냉동시킬때까지 양수된다. 상기 방법은 배수정(4)이 냉동된 이후에 물의 상승 제어를 방해하는 단점이 있다. 공동이 작동 중이고 LNG를 함유하는 한, 결빙 영역이 존재할 수 있다.

본 발명은 양호한 실시예를 참조로 서술되었기에 이에 한정되지 않으며, 본 기술분야의 숙련자라면 첨부된 청구범위로부터의 일탈없이 본 발명에 다양한 변형과 수정이 가해질 수 있음을 인식해야 한다.

Claims (8)

1. 0℃ 이하의 극저온에서 액체 상태로 유지되는 탄화수소를 수용할 수 있는 구조로 이루어지고, 또한 지하 수면(5)내에 형성되며 누설방지 내부 라이닝(2)을 갖는 지하 저장 공동(1)에 가스를 저장하는 방법에 있어서,

   공동(1)이 탄화수소를 수용하고 있지 않는 동안, 지하 수면(5)이 공동(1) 아래로 하강할 때까지 주변 암반에 함유된 물을 배수하는 단계와,

   공동(1) 둘레의 배수된 암반(1)이 물을 결빙하기에 충분히 낮은 온도에 도달하도록, 물을 계속 배수하면서 공동(1)에 저온 상태의 액화 탄화수소를 주입하는 단계와,

   물이 없는 주변 영역이 얼음 장벽에 의해 경계지어진 공동(1) 둘레에 형성되도록 배수를 중단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하 저장 공동에의 가스 저장 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 배수 단계는 공동(1)의 인접부에 형성되고 또한 공동 보다 깊은 깊이까지 연장하는 배수정(4)으로부터 지하수를 양수하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하 저장 공동에의 가스 정장 방법.

   상기 배수 중단 단계는 배수량을 점진적으로 감소시킴으로써 지하 수면(5)을 상승시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하 저장 공동에의 가스 정장 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 배수 중단 단계는 배수정(4)을 냉동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하 저장 공동에의 가스 정장 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 탄화수소는 -50℃ 이하의 온도로 공동(1)에 저장되는 것을 특징으로 하는 지하 저장 공동에의 가스 정장 방법.
5. 제1항 또는 제2항의 방법에 의해 작동되는 지하 저장 장치에 있어서,

   누설방지 내부 라이링(2)은 암반에 고정되고 또한 서로에 대하여 이동가능한 독립적인 부소아 슬라브(22)로 구성된 하나이상의 강성 부하 지지 구조체와, 지하 수면이 다시 상승된 이후에도 내부 라이닝(2)이 극저온에서 탄화수소를 주입하므로써 발생된 응력과 변형을 수용할 수 있도록 공동(1)의 내측에 형성되고 또한 상기 구조체에 의하여 지지되는 변형가능한 누설방지 박막(24)을 구비하는 것을 특징으로 하는 지하 저장 장치.
6. 제5항에 있어서,

   지하 수면을 공동 이래의 하강시키기 위하여 공동의 인접부을 특징으로 하는지하 저장 장치.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서,

   상기 부소아 슬라브(22)는 규칙적인 배열을 형성하도록 가장자리 대 가장자리로 나란히 위치하며, 상기 누설 방지 박막(24)은 적어도 일부의 웨이브가 부소아 슬라브의 가장자리와 정렬되는 상태로 망상 구조의 직교하는 웨이브를 가짐으로써, 탄화수소의 주입에 의해 유발되는 온도 변화로 인해 발생된 암반의 이동에 필요한 가요성을 제공하는 것을 특징으로 하는 지하 저장 장치.
8. 제5항 또는 제6항에 있어서,

   상기 라이닝은 박막(24)과 부하 지지 구조체 사이에 부소아 슬라브(22)의 배열과 중첩하여 일치되는 배열을 형성하는 중첩된 절연 패널로 이루어진 층을 갖는 것을 특징으로 하는 지하 저장 장치.