KR100442115B1 - Holding equipment of core for measuring reservoir properties of unconsolidated sediment - Google Patents
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Abstract
본 발명은 일반적인 쓰레기 매립층이나 국내 무연탄과 같이 고결이 되지 아니한 상태로 존재하는 미고결시료를 고결시료와 같이 유동되지 아니하고 고정된 상태로 존재할 수 있도록 하여서 저류물성(공극률, 투과도)을 유효하게 측정할 수 있도록 하는 미고결시료의 저류물성 측정을 위한 코아 고정장치에 관한 것으로서, 미고결 시료가 고결된 것과 같은 환경을 조성할 수 있는 구조를 가지고, 미고결시료가 유입되는 가스에 의하여 유동하여 가스관을 막지 않도록 하며, 삼축압을 가하여 지하 지층과 동일한 환경을 조성할 수 있도록 하여 효율적으로 저류물성을 측정할 수 있도록 하기 위하여 미고결 코아 시료가 마련되고, 이 코아의 양측으로 구성되는 엔드플러그, 상기 코아를 둘러싸는 고무슬리브, 이 고무슬리브를 감싸는 보호관 및 외부관으로 이루어진 종축압발생부;The present invention can effectively measure the retention properties (porosity, permeability) by allowing the uncoagulated sample, which is present in an unsolidified state such as a general waste landfill layer or domestic anthracite coal, to remain in a fixed state without being flowed like a solidified sample. The present invention relates to a core fixing device for measuring the storage property of an unsolidified sample, which has a structure capable of creating an environment in which an unsolidified sample is solidified, and flows by a gas into which the unsolidified sample is introduced. The unplugged core sample is prepared to measure the retention property efficiently by applying triaxial pressure to create the same environment as the subterranean strata, and the end plug composed of both sides of the core, the core With rubber sleeve enclosing, protective tube and outer tube enclosing this rubber sleeve Luer binary longitudinal axis voltage generation section;
상기 종축압발생부의 양단에 구성되는 플랜지형 고정구, 하나의 고정구에 형성된 유압입력구 및 유압단속구, 상기 엔드플러그에 압력을 가감하는 피스톤으로 이루어진 횡축압발생부가 마련된 코아 고정장치로서 이루어 질 수 있다.It can be made as a core fixing device provided with a transverse pressure generating unit consisting of a flange-type fasteners configured at both ends of the longitudinal pressure generating unit, a hydraulic input port and a hydraulic interruption opening formed in one fastener, a piston for applying pressure to the end plug. .
Description
본 발명은 미고결시료의 저류물성 측정을 위한 코아 고정장치에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 일반적인 쓰레기 매립층이나 국내 무연탄과 같이 고결이 되지 아니한 상태로 존재하는 미고결시료를 고결시료와 같이 유동되지 아니하고 고정된 상태로 존재할 수 있도록 하여서 저류물성(공극률, 투과도)을 유효하게 측정할 수 있도록 하는 고정장치에 관한 것이다.The present invention relates to a core fixing device for measuring the storage properties of uncoated samples, and more particularly, uncoated samples existing in a state where they are not solidified, such as a general landfill layer or anthracite coal, are not flowed together with the solidified sample. The present invention relates to a fixing device capable of effectively measuring the storage properties (porosity, transmittance) by allowing it to exist in a fixed state.
일반적인 석유, 가스 저류층의 저류물성(reservoir property)인 공극률과 투과도를 측정하기 위한 고정장치를 도 1에 도시하였는 바, 도 1은 고결시료의 저류물성을 측정하기 위한 코아고정장치의 단면도이다.A fixing device for measuring the porosity and permeability, which is a reservoir property of a general oil and gas storage layer, is shown in FIG. 1, which is a cross-sectional view of a core fixing device for measuring storage properties of a solid sample.
고결(consolidate)시료의 저류물성을 측정하기 위한 코아고정장치(10)는 전체적으로는 서스(SUS)로 제작이 되어 있으며, 중앙부에 고결시료가 플러그형으로 마련되는 코아(12)가 위치하고, 이 코아(12)의 양 측면으로 원기둥형상의 엔드플러그(20, 22)가 구성이 되어 있으며, 상기 엔드플러그(20, 22)의 중심으로는 가스가 유입 또는 유출할 수 있는 관이 형성이 되어 있으며, 플랜지형으로 형성되면서 가스가 유입 또는 유출되는 관이 형성된 좌우고정구(24, 26)는 상기 엔드플러그(20, 22)에 연접하여 밀착될 수 있도록 마련되고, 상기한 가스 유입관과 유출관은 외부에 마련된 차압트랜스듀서(70)에서 발생하는 가스가 주입되는 가스주입관(30)과 가스가 유출되는 가스유출관(32)과 연결되어 가스주입관(30)으로부터 유입되는 가스가 상기 코아(12)를 통과한 후 가스유출관(32)으로 빠져나갈 수 있도록 구성이 되어 있다.The core fixing device 10 for measuring the retention property of the solidified sample is made of sus as a whole, and the core 12 having the solidified sample is provided as a plug in the center is located. The end plugs 20 and 22 having cylindrical shapes are formed at both sides of the 12, and the center of the end plugs 20 and 22 is formed with a tube through which gas can be introduced or discharged. The left and right fixtures 24 and 26 formed in a flange shape and formed with a tube into or out of the gas are provided to be in close contact with the end plugs 20 and 22, and the gas inlet pipe and the outlet pipe are externally formed. The gas introduced from the gas injection pipe 30 is connected to the gas injection pipe 30 through which the gas generated by the differential pressure transducer 70 is injected and the gas outlet pipe 32 through which the gas is discharged. After passing through) It is configured so that it can exit to (32).
상기한 코아(12)와 엔드플러그(20, 22)는 고무슬리브(40)로 둘러싸여 있으며, 이 고무슬리브(40)와는 일정한 공간부(50)를 두고서 외부관(60)을 구성하여 이루어 진다.The core 12 and the end plugs 20 and 22 are surrounded by a rubber sleeve 40, and the rubber sleeve 40 is formed by forming an outer tube 60 with a predetermined space 50.
상기 외부관(60)의 상하 끝단에는 고압수가 유입되는 수압입력구(62)와 유입된 고압수를 유출시키고 단속하는 수압단속구(64)를 형성하고, 상기의 좌우고정구(24, 26)의 일정부를 외부에서 감싸면서 고정할 수 있도록 한다.The upper and lower ends of the outer tube 60 are formed with a hydraulic pressure input port 62 into which high pressure water flows in and a hydraulic pressure control port 64 that discharges and regulates the introduced high pressure water. It can be fixed while wrapping a certain part from the outside.
상기와 같이 구성된 고결코아 고정장치(10)는 코아(12)를 엔드플러그(20, 22)에 밀착이 되게 한 후, 수압입력구(62)에서 고압수를 공간부(50)로 유입시키고 수압단속구(64)에서 일정압력에 도달할 수 있도록 고압수를 단속하게 된다.The coarse core fixing device 10 configured as described above has the core 12 in close contact with the end plugs 20 and 22, and then the high pressure water is introduced into the space 50 from the water pressure input port 62, and the water pressure is increased. Intermittent high-pressure water is intermittent to reach a certain pressure at the intermittent port (64).
이렇게 일정압력에 도달하게 되면 고무슬리브(40)가 엔드플러그(20, 22)와 코아(12)를 긴밀하게 압박을 하게 되고, 차압트랜스듀서(70)로부터 발생하여 가스주입관(30)을 통하여 코아(12)로 유입되는 가스가 외부로 누출이 되지 아니하고 코아(12)에 형성이 되어 있는 공극을 통과하여 가스유출관(32)으로 빠져 나갈 수 있도록 하는 것이다.When the predetermined pressure is reached, the rubber sleeve 40 tightly presses the end plugs 20 and 22 and the core 12, and is generated from the differential pressure transducer 70 to generate gas through the gas injection pipe 30. The gas flowing into the core 12 does not leak to the outside and passes through the pores formed in the core 12 so that the gas exits into the gas outlet pipe 32.
이와 같이 주입된 가스와 유출되는 가스의 압력차를 이용하여 코아(12)의 저류물성을 측정할 수가 있는 것이다.The storage physical properties of the cores 12 can be measured using the pressure difference between the injected gas and the outflow gas.
압력차를 이용하여 측정되는 저류물성(공극률, 투과도)은 하기에서 상세하게 설명을 한다.The storage properties (porosity, transmittance) measured using the pressure difference will be described in detail below.
지층에서 채취된 고결시료에서 측정된 공극률과 투과도는 지층의 공극률과 투과도와 동일하므로 상기한 고정장치를 이용하여 고결시료의 저류물성을 측정하여 지층의 저류물성을 판단할 수가 있는 것이다.Since the porosity and permeability measured in the solidified sample collected from the strata are the same as the porosity and permeability of the strata, it is possible to determine the storage physical properties of the strata by measuring the storage physical properties of the solidified sample using the fixing device described above.
이러한 지층 또는 지층의 시료에는 입자와 입자 사이에 임의의 공간이 형성되어 있으며 이것을 공극(孔隙)이라 하는데, 일반적으로 이러한 공극에는 물이나 가스가 채워져 있다. 이러한 공극에는 메탄가스 등의 유용한 자원이 부존하고 있으며, 이 메탄가스 등의 유용 자원의 매장량을 예측하기 위해서는 공극률(porosity)을 정확히 측정해야 한다.In such a layer or a sample of the layer, an arbitrary space is formed between the particles and the particles, which are called voids. Generally, these voids are filled with water or gas. These pores have useful resources such as methane gas, and the porosity must be accurately measured to predict the reserves of the useful resources such as methane gas.
일반적으로 지층의 공극률은 지층의 총 부피를 공극부피가 차지하는 비율을 말한다. 이를 수식으로 나타내면 아래와 같이 표현된다.In general, the porosity of a strata is the ratio of the pore volume to the total volume of the strata. If this is expressed as an expression, it is expressed as follows.
여기서 φ는 공극률, V는 지층의 총 부피, VV는 공극만의 부피이며, VS는 지층입자만의 부피이다. 이때 공극률은 수학식(1)의 두 번째 항에서 시료의 전체부피V와 VS를 구하거나 마지막 항에서 중량 WS와 밀도 ρs를 측정함으로써 계산된다.Where φ is the porosity, V is the total volume of the strata, V V is the volume of the voids only, and V S is the volume of the strata particles only. In this case, the porosity is calculated by obtaining the total volume V and V S of the sample in the second term of Equation (1) or by measuring the weight W S and the density ρ s in the last term.
상기와 같이 형성된 지층의 공극은 홀로 고립되어 있거나 서로 연결되어 하나의 네트워크를 형성하게 된다. 이러한 네트워크는 가스 생산 시에 가스가 이동하는 통로가 된다. 이와 같은 통로는 크기에 따라 유체가 유동할 수 있는 용이도로 정의되는데, 이것을 지층의 투과도라 한다.The pores of the strata formed as described above are isolated alone or connected to each other to form a network. This network becomes the passage through which gas moves during gas production. Such a passage is defined as the ease with which the fluid can flow, depending on its size, which is called permeability of the strata.
지층의 투과도는 다음과 같은 Darcy의 일반공식에 의해 정의된다.The permeability of the strata is defined by Darcy's general formula:
여기서 q는 유체의 유동률, k는 절대투과도, A는 유체가 유동하는 지층의 단면적, μ는 유체의 점도, P는 유체의 압력, ρ는 유체의 밀도, g는 중력가속도이고 z는 지층의 심도 (아래쪽 방향이 "+")이다.Where q is the flow rate of the fluid, k is the absolute permeability, A is the cross-sectional area of the strata where the fluid flows, μ is the viscosity of the fluid, P is the pressure of the fluid, ρ is the density of the fluid, g is gravity acceleration, and z is the depth of the strata. (Downward is "+").
가스 투과도의 경우 수학식(2)를 이용하여 다음과 같이 표현할 수 있다.In the case of gas permeability, it can be expressed as follows using Equation (2).
여기서 P1는 주입압력(atm), P2는 대기압(atm), q는 가스 생산율(㎤/sec), μ는 가스의 점성도(cp), ℓ은 시료의 길이(㎝), A는 시료의 단면적(㎠)이고, kg는 가스의 투과도(md)다. 여기서 가스 투과도는 각 실험에서 구한 매개변수들을 수학식(3)에 대입함으로써 계산된다.Where P 1 is the injection pressure (atm), P 2 is the atmospheric pressure (atm), q is the gas production rate (cm 3 / sec), μ is the viscosity of the gas (cp), l is the length of the sample (cm), and A is the The cross-sectional area (cm 2), and k g is the gas permeability (md). Here, the gas permeability is calculated by substituting the parameters obtained in each experiment into Equation (3).
상기와 같은 수학식들과 코아고정장치에 의하여 고결시료의 공극률(φ)과 가스 투과도(kg)를 측정하여 시료로서 지층의 저류물성을 측정할 수가 있는 것이다.By measuring the porosity (φ) and the gas permeability (k g ) of the solidified sample by the above equations and the core fixing device it is possible to measure the retention properties of the ground layer as a sample.
그러나, 이러한 코아고정장치는 고결인 코아를 대상으로 저류물성을 측정할 수 있는 것이므로, 재래에너지원의 대체할 수 있는 비재래에너지원인 메탄가스가 다량 부존하는 쓰레기매립층이나 분탄형상으로 채굴되는 석탄층과 같은 미고결인 시료가 채취되는 지층의 저류물성을 효율적으로 측정하기가 곤란하다는 단점이 있다.However, since the core fixing device is capable of measuring the storage properties of the core, the coal bed which is mined in the landfill layer or the coal-coated form, which has a large amount of methane gas, which is an alternative non-traditional energy source of the conventional energy source, There is a disadvantage that it is difficult to efficiently measure the retention properties of the strata where the same unconsolidated sample is collected.
즉, 고결된 코아 시료는 지하 지층에서 채취하여 지상에서 저류물성을 측정하더라도 그 형상을 유지하고 있으며, 하중압하에서도 역시 형상을 유지하고 있으므로 유효하게 저류물성을 측정할 수가 있으나, 미고결시료는 지하에서는 일정한 형상을 유지하고 있으나, 이를 채취하여 지상으로 가져온 경우에는 지하 지층에 존재하는 것과 같은 일정한 형상을 유지할 수가 없으므로 종래의 코아 고정장치로서는 저류물성을 측정할 수가 없는 것이다.In other words, the solid core sample is collected from the underground strata and maintains its shape even when the storage properties are measured from the ground. The storage properties can be effectively measured because the shape is maintained even under load pressure. In the case of maintaining a constant shape, but when it is taken to the ground and can not maintain a constant shape, such as existing in the underground strata, it is impossible to measure the retention properties with the conventional core fixing device.
상기한 바와 같이 종래의 고결시료를 고정하는 코아고정장치로는 미고결시료의 저류물성(공극률, 투과도)을 측정할 수 없다는 단점을 극복하기 위하여, 본 발명은 미고결 시료가 고결된 것과 같은 환경을 조성할 수 있는 구조를 가지고, 미고결시료가 유입되는 가스에 의하여 유동하여 가스관을 막지 않도록 하며, 삼축압을 가하여 지하 지층과 동일한 환경을 조성할 수 있도록 하여 효율적으로 저류물성을 측정할 수 있도록 하는 것을 기술적 과제로 한다.As described above, in order to overcome the disadvantage that the core fixing device for fixing the solidified sample of the related art cannot measure the storage property (porosity, transmittance) of the unsolidified sample, the present invention provides an environment in which the unsolidified sample is solidified. It has a structure that can make the unsettled sample flows by the gas flowing in to prevent the gas pipe, and by applying triaxial pressure to create the same environment as the underground layers so that the storage property can be measured efficiently. It is technical problem to do.
도 1은 고결시료의 저류물성을 측정하기 위한 코아고정장치의 단면도.1 is a cross-sectional view of the core fixing device for measuring the storage properties of the solidified sample.
도 2는 본 발명 코아 고정장치의 단면도.Figure 2 is a cross-sectional view of the core fixing device of the present invention.
도 3a는 본 발명 코아 고정장치의 종축압발생부를 도시한 단면도 및 측단면도.Figure 3a is a cross-sectional view and a sectional side view showing the longitudinal pressure generating portion of the core fixing device of the present invention.
도 3b는 본 발명 코아 고정장치의 횡축압발생부의 확대도.Figure 3b is an enlarged view of the horizontal pressure generating portion of the core fixing device of the present invention.
도 4는 본 발명 엔드플러그의 확대단면도 및 가스퍼짐부의 측면도.Figure 4 is an enlarged cross-sectional view and side view of the gas spreader of the end plug of the present invention.
도 5는 본 발명을 이용한 저류물성 측정시스템의 개요도.5 is a schematic diagram of a storage property measurement system using the present invention.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※※ Explanation of code about main part of drawing ※
100 : 코아 고정장치 110 : 미고결 시료100: core fixing device 110: unfreeze sample
112, 114 : 엔드플러그 116 : 고무슬리브112, 114: end plug 116: rubber sleeve
118 : 보호관 120 : 외부관118: protective tube 120: outer tube
122 : 수압입력구 124 : 수압단속구122: hydraulic pressure input port 124: hydraulic pressure control port
130, 132 : 고정구 134 : 미세공간부130, 132: fixture 134: microcavity part
136 : 유압입력구 138 : 유압단속구136: hydraulic input port 138: hydraulic intermittent port
140, 142 : 피스톤 144 : 유체봉압공간부140, 142: piston 144: fluid pressure space
146 : 환형링 410 : 필터146: annular ring 410: filter
420 : 가스퍼짐부 422 : 방사형 요홈420: gas spreading section 422: radial groove
본 발명의 상기한 기술적 과제는The technical problem of the present invention is
미고결 코아 시료를 마련하여 충진하고, 이 코아의 양측으로 구성되는 엔드플러그, 상기 코아를 둘러싸는 고무슬리브, 이 고무슬리브를 감싸는 보호관 및 외부관으로 이루어진 종축압발생부;Prepare and fill an unfixed core sample, the longitudinal plug generating portion consisting of an end plug consisting of both sides of the core, a rubber sleeve surrounding the core, a protective tube and an outer tube surrounding the rubber sleeve;
상기 종축압발생부의 양단에 구성되는 플랜지형 고정구, 하나의 고정구에 형성된 유압입력구 및 유압단속구, 상기 엔드플러그에 압력을 가감하는 피스톤으로 이루어진 횡축압발생부가 마련된 코아 고정장치로서 이루어 질 수 있다.It can be made as a core fixing device provided with a transverse pressure generating unit consisting of a flange-type fasteners configured at both ends of the longitudinal pressure generating unit, a hydraulic input port and a hydraulic interruption opening formed in one fastener, a piston for applying pressure to the end plug. .
상기 엔드플러그는 원기둥형상으로 이루어져 있으며 내부에는 가스가 통과할 수 있는 가스관이 형성이 되어 있으며; 상기 보호관은 경질재로 구성이 되며, 상기 고무슬리브를 감싸면서 양측의 상기 고정구와는 측면에 공간이 형성되도록 구성하고; 상기 외부관의 상하에는 수압입력구 및 수압단속구를 형성하고; 상기의 피스톤의 외주연 중간부에는 환형의 링이 일체로 구성되어 유압입력구에서 유입되는 유압의 힘으로 이동할 수 있도록 하고; 미고결 코아를 통과하는 가스가 원활하게 통과할 수 있도록 고정구와 피스톤의 내부에 가스관이 형성되어 있다. 그리고, 상기보호관과 외부관의 사이에는 일정한 공간이 형성되어 고압수가 차여있을 수 있도록 구성하며, 상기의 수압단속구 및 유압단속구에는 체크밸브와 압력계가 마련되어 있다.The end plug has a cylindrical shape and a gas pipe through which gas can pass is formed therein; The protective tube is made of a hard material, while surrounding the rubber sleeve is configured to form a space on the side with the fasteners on both sides; A hydraulic pressure input port and a hydraulic pressure control port are formed above and below the outer tube; An annular ring is integrally formed in the outer peripheral middle portion of the piston to move by the hydraulic force flowing from the hydraulic input port; A gas pipe is formed inside the fixture and the piston so that the gas passing through the unfixed core can pass smoothly. In addition, a constant space is formed between the protective tube and the outer tube so that the high pressure water is filled, and the check valve and the pressure gauge are provided at the hydraulic pressure inlet and the hydraulic inlet.
한편으로 부가적으로 상기의 엔드플러그의 미고결 시료와 연접하여 있는 부분에는 고압가스에 의하여 미고결시료가 가스관으로 유입되는 것을 방지하기 위한 필터를 마련하되, 동(copper)으로 구성된 망체형의 필터를 마련하고, 이 필터와 연접하는 엔드플러그의 끝단부에는 방사상의 요홈을 형성하여 가스관을 통과한 가스가 미고결시료의 단면부로 잘 퍼질 수 있도록 하는 가스퍼짐부를 마련하는 것을 부가할 수가 있다.On the other hand, in addition to the unconnected sample of the end plug in the unconnected sample is provided with a filter for preventing the unfixed sample from flowing into the gas pipe by the high pressure gas, a mesh-type filter composed of copper (copper) It is possible to provide a gas spreading portion that forms a radial groove at the end of the end plug that is in contact with the filter so that the gas passing through the gas pipe can spread to the end face of the unfixed sample.
상기와 같이 구성된 코아 고정장치를 이용하여 미고결시료의 저류물성을 측정하기 위해서는 먼저 미고결시료를 상기 고무슬리브에 충진하여 장착한다.In order to measure the retention properties of the unfixed sample using the core fixing device configured as described above, the unfixed sample is first filled with the rubber sleeve and mounted.
종축압을 가하기 위하여 수압입력구에서 고압수를 유입시키면서 수압단속구에서 적정압력을 체크하면서 고압수를 단속하게 되면, 고압수는 상기 보호관의 양단에 형성되는 공간을 통하여 고무슬리브를 종방향으로 압축하게 되어 종압을 가하게 되고, 이때 경질의 보호관에 의하여 미고결시료의 형상을 유지할 수가 있는 것이다.When high pressure water is interrupted while checking the proper pressure at the hydraulic pressure inlet while introducing high pressure water from the hydraulic pressure input port to apply the longitudinal pressure, the high pressure water compresses the rubber sleeve longitudinally through the spaces formed at both ends of the protective tube. The vertical pressure is applied, and at this time, the shape of the uncoated sample can be maintained by the hard protective tube.
상기와 같이 종축압을 가한 후 또는 이와 동시에 횡축압을 가하기 위하여 유압입력구에 유압을 유입시키면서 유압단속구에서 적정압력을 체크하면서 유압을 단속하게 되면, 유압이 상기 우측 피스톤에 형성된 환형링의 측벽에 압력을 가하여 우측 피스톤이 이동하여 우측 엔드플러그를 밀어주게 되고 이렇게 함으로써 미고결시료에 횡축압을 가하게 된다.When the hydraulic pressure is interrupted while applying the hydraulic pressure to the hydraulic input port while applying the hydraulic pressure to the hydraulic input port to apply the longitudinal pressure as described above or at the same time, the hydraulic pressure is the side wall of the annular ring formed on the right piston. The piston is applied to the right side of the piston to move the right end plug, thereby applying transverse pressure to the unfixed sample.
이와 같이 종축압 및 횡축압을 가하여 삼축압이 미고결시료에 가해지면, 외부에서 가스를 주입시켜 미고결시료를 통과시키고, 이렇게 통과되는 가스의 압력차를 이용하여 미고결시료의 저류물성(투과도, 공극률)을 측정할 수가 있는 것이다.In this way, when the triaxial pressure is applied to the unfinished sample by applying longitudinal and transverse pressures, gas is injected from the outside to pass the unfixed sample, and the storage properties of the unfinished sample (permeability) are made by using the pressure difference of the gas that passes. , Porosity) can be measured.
이하에서는 상기와 같이 구성된 코아 고정장치의 일실시예를 첨부한 도면을 참고로 상세히 설명한다. 하기하는 일실시예가 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니므로 당업자의 측면에서 보았을 때 본 발명의 기술적 사상의 동일성을 벗어나지 아니하는 변형된 실시는 본 발명의 권리범위에 벗어나지 못하는 것이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, an embodiment of a core fixing device configured as described above will be described in detail. Since the following embodiments do not limit the scope of the present invention, modified embodiments without departing from the technical spirit of the present invention from the viewpoint of those skilled in the art will not depart from the scope of the present invention.
도 2는 본 발명 코아 고정장치의 단면도이고, 도 3a는 본 발명 코아 고정장치의 종축압발생부를 도시한 단면도 및 측단면도이며, 도 3b는 본 발명 코아 고정장치의 횡축압발생부의 확대도이고, 도 4는 본 발명 엔드플러그의 엔드플러그의 확대단면도 및 가스퍼짐부의 측면도이고, 도 5는 본 발명을 이용한 저류물성 측정시스템의 개요도이다.Figure 2 is a cross-sectional view of the core fixing device of the present invention, Figure 3a is a cross-sectional view and a cross-sectional side view showing the longitudinal pressure generating portion of the core fixing device of the present invention, Figure 3b is an enlarged view of the horizontal pressure generating portion of the core fixing device of the present invention, 4 is an enlarged cross-sectional view of the end plug of the end plug of the present invention and a side view of the gas spreading portion, and FIG. 5 is a schematic view of a storage property measuring system using the present invention.
본 발명 미고결시료의 저류물성 측정을 위한 코아 고정장치(100)는 미고결 시료(110)를 중앙부에 충진하여 장착을 하고;The core fixing device 100 for the storage property measurement of the unsolved sample of the present invention is mounted by filling the unfixed sample 110 in the center portion;
미고결시료(110)의 양쪽에는 중앙에 가스관이 형성된 좌우 엔드플러그(112, 114)가 구성되며, 미고결시료(110)를 감싸는 고무슬리브(116)를 구성하고, 이 고무슬리브(116)의 외주연으로 경질의 보호관(118)을 마련하고, 이 보호관(118)의 외주연과는 공간부(119)를 두고서 외부관(120)을 구성한 종축압발생부;Both left and right end plugs 112 and 114 having gas pipes formed at the center of the uncoated sample 110 constitute a rubber sleeve 116 surrounding the uncoated sample 110, and the rubber sleeve 116 A longitudinal pressure generating unit providing a hard protective tube 118 with an outer circumference and having an outer tube 120 with a space 119 at an outer circumferential edge of the protective tube 118;
상기 외부관(120) 양단의 일정부 내주연에 밀착되어 형성되는 플랜지 형상의좌우 고정구(130, 132)를 형성하고, 이 고정구(130, 132)의 내부로는 좌우 피스톤(140, 142)을 구성하여 이루어지는 횡축압발생부로서 본 발명의 코아 고정장치(100)가 구성이 된다.Flange-shaped left and right fasteners 130 and 132 are formed to be in close contact with the inner circumferential edges of both ends of the outer tube 120, and the left and right pistons 140 and 142 inside the fasteners 130 and 132. The core fixing device 100 of the present invention is configured as a horizontal accumulator.
상기 종축압발생부의 외부관(120)의 하부에는 수압입력구(122), 상부에는 수압단속구(124)를 구성하여 수압입력구(122)로는 고압수가 유입될 수 있도록 하고, 수압단속구(124)에는 압력게이지와 단속밸브를 마련하여 유입되는 고압수를 일정압력으로 유지할 수 있도록 하고; 상기의 보호관은 상기 고정구(130, 132)의 내측부와는 미세한 공간이 형성되는 미세공간부(134)가 형성이 되도록 그 길이를 짧게 하여 마련하여 이 공간부(134)를 통하여 고압수가 이동할 수 있도록 한다.The hydraulic pressure input port 122 is formed in the lower portion of the outer tube 120 of the vertical pressure generating unit, and the hydraulic pressure control port 124 is configured in the upper portion to allow the high pressure water to flow into the hydraulic pressure input port 122, and the hydraulic pressure control port ( 124) is provided with a pressure gauge and an intermittent valve to maintain the high pressure water flowing at a constant pressure; The protective tube is provided so as to shorten the length so that the microcavity 134 is formed with the inner portion of the fasteners 130, 132 so that the high-pressure water can move through the space 134 do.
한편으로 횡축압발생부로서 우측 고정구(132)와 우측 피스톤(142)에 있어서, 우측 고정구(132)의 하부에는 고압수가 유입되는 유압입력구(136)를 마련하고, 상부에 형성된 유압단속구(138)에는 압력게이지와 단속밸브를 마련하여 유입되는 고압수를 일정압력으로 유지할 수 있도록 하고, 그 내주연은 우측 피스톤(142)과의 사이에 일정공간인 유체공압공간부(144)가 형성이 되도록 하고; 우측 피스톤(142)의 중간의 외주연에는 환형링(146)을 일체로 형성하여 이 피스톤(142)이 유체공압공간부(144)에 유입되는 유압에 의하여 환형링(146)의 측면을 밀어주어 이동시킴으로써 미고결시료(110)를 횡축으로 압축할 수 있도록 한다.On the other hand, in the right fixture 132 and the right piston 142 as the horizontal pressure generating unit, a hydraulic input port 136 into which the high pressure water flows is provided in the lower portion of the right fixture 132, and the hydraulic interrupter formed in the upper portion ( 138 to provide a pressure gauge and an intermittent valve to maintain the high-pressure water flowing at a constant pressure, the inner circumference of the fluid pneumatic space 144 is formed between the right piston 142 and a certain space To make it possible; An annular ring 146 is integrally formed on the outer periphery of the middle of the right piston 142 so that the piston 142 pushes the side surface of the annular ring 146 by the hydraulic pressure flowing into the fluid pneumatic space 144. By moving the uncoated sample 110 to the horizontal axis can be compressed.
또한, 상기의 엔드플러그(112, 114)의 미고결 시료(110)와 연접하여 있는 부분에는 고압가스에 의하여 미고결시료(110)가 가스관(400)으로 유입되는 것을 방지하기 위한 필터(410)를 마련하고, 이 필터(410)와 엔드플러그(112, 114)가 연접하는 끝단부에는 방사상의 요홈(422)이 형성된 가스퍼짐부(420)를 부가적으로 구비하여 가스관(400)을 통과한 가스가 좌측 엔드플러그(112)에서 퍼지면서 미고결시료(110)의 단면부 전체로 잘 퍼질 수 있도록 하며, 우측 엔드플러그(114)에서는 시료(110)를 통과한 가스가 잘 모여질 수 있도록 한다.In addition, a filter 410 for preventing the unfixed sample 110 from being introduced into the gas pipe 400 by the high pressure gas in a portion that is in contact with the unfixed sample 110 of the end plugs 112 and 114. And a gas spreading part 420 having radial grooves 422 formed at the end portions of the filter 410 and the end plugs 112 and 114 that pass through the gas pipe 400. The gas is spread from the left end plug 112 to spread well throughout the cross section of the unfixed sample 110, and the right end plug 114 allows the gas passed through the sample 110 to be well collected. .
상기에서 필터(410)는 동(copper) 재질로 이루어진 망체인 것이 바람직하다.The filter 410 is preferably a mesh made of a copper material.
상기와 같이 구성된 본 발명 코아 고정장치를 이용한 미고결시료의 저류물성 측정 시스템을 도 5에 도시하였는 바, 본 발명 고정장치(100), 가스발생기(510), 가스단속밸브(512), 가스유동측정기(520), 유압펌프(530), 유압단속밸브(532) 및 자료취득기(540)로 구성이 되어 있으며, 가스발생기(510)에서 발생한 가스는 가스주입관(513)을 통하여 고정장치(100)로 주입이 되고, 내부의 미고결시료(110)를 통과하여 가스유출관(514)으로 빠져나가고, 이렇게 유출되는 가스는 가스유동측정기(520)에 의하여 가스압력차가 측정이 되고, 자료취득기(540)에 의하여 자료를 취득하여 저류물성(투과도, 공극률)을 측정을 할 수가 있으며, 미고결시료(110)에 가해지는 삼축압은 유압펌프(530)와 유압단속밸브(532)에 의하여 수압입력구(122) 및 유압입력구(136)로 압력이 유입되고, 수압단속구(124) 및 유압단속구(138)에 의하여 지하 지층과 동일한 조건의 삼축압을 조절하게 된다.5 shows the storage property measurement system of the unsolidified sample using the core fixing device of the present invention configured as described above, the present invention fixing device 100, gas generator 510, gas control valve 512, and gas flow. The measuring device 520, the hydraulic pump 530, the hydraulic control valve 532 and the data acquisition unit 540, the gas generated in the gas generator 510 is fixed through the gas injection pipe 513 ( 100 is injected into the tube, and passes through the unresolved sample 110 therein, and exits to the gas outlet pipe 514. The gas pressure difference is measured by the gas flow meter 520, and data is obtained. It is possible to measure the storage properties (permeability, porosity) by acquiring the data by the instrument 540, and the triaxial pressure applied to the unfixed sample 110 is controlled by the hydraulic pump 530 and the hydraulic control valve 532. Pressure is introduced into the hydraulic pressure input port 122 and the hydraulic pressure input port 136, By 124 and the hydraulic pressure intermittent opening (138) is a three-axis control voltage of the same conditions as in underground strata.
이하에서는 상기와 같이 구성된 본 발명 고정장치 및 이에 연결된 시스템을 이용하여 미고결시료의 저류물성을 측정하는 방법을 설명한다.Hereinafter will be described a method for measuring the storage properties of the unfixed sample using the present invention fixed device and a system connected thereto.
먼저 미고결형태로 존재하는 쓰레기 매립층이나 석탄층의 지하매질에서 플러그형 코아를 채취하고, 채취한 코아를 고무슬리브(116)의 내부로 충진한다.First, plug-type cores are collected from a landfill layer or an underground medium of coal beds that are in an unconsolidated form, and the collected cores are filled into the rubber sleeve 116.
이렇게 충진이 되고 나면 펌프(530)로서 유압을 가하여 종축압과 횡축압을 코아형 미고결시료(110)에 가하게 된다. 이때 종축압은 수압입력구(122)를 통하여 유입되는 압력에 의하여 고무슬리브(116)를 가압하여 이루어지고, 횡축압은 유압입력구(136)를 통하여 유입되는 압력에 의하여 가압할 수가 있는 데, 이는 우측 피스톤(142)에 형성된 환형링(146)에 유압이 가압되면 우측 피스톤(142)이 좌측으로 이동하면서 우측 엔드플러그(114)를 가압하여 미고결시료(110)에 횡축압을 가할 수가 있는 것이다.After this filling, the hydraulic pressure is applied to the pump 530 to apply the vertical and horizontal pressures to the core-type uncoated sample 110. At this time, the longitudinal pressure is made by pressing the rubber sleeve 116 by the pressure introduced through the hydraulic pressure input port 122, the horizontal pressure can be pressurized by the pressure introduced through the hydraulic input port 136, This means that when the hydraulic pressure is applied to the annular ring 146 formed on the right piston 142, the right piston 142 moves to the left side and presses the right end plug 114 to apply a transverse pressure to the unfixed sample 110. will be.
이렇게 가압이 되면 미고결시료(110)가 부분적으로 팽창을 할 수도 있는 데 이 부분적인 팽창은 경질의 보호관(118)에 의하여 그 형상을 유지할 수가 있는 것이다.When pressurized in this way, the unfixed sample 110 may partially expand, and the partial expansion may maintain its shape by the hard protective tube 118.
상기와 같이 삼축압을 미고결시료에 가하여 채취한 코아가 존재하던 지층과 유사한 압력상태가 조성이 되면 유압펌프(530), 유압단속밸브(532), 수압단속구(124) 및 유압단속구(138)에 의한 압력 조절을 중단한다.As described above, when a triaxial pressure is applied to an unsolidified sample and a pressure state similar to that in which the core was collected is formed, the hydraulic pump 530, the hydraulic control valve 532, the hydraulic control device 124, and the hydraulic control device ( 138) stop the pressure regulation.
적정한 압력상태를 유지하면서 가스발생기(510)에서 가스를 발생시키게 되면, 가스유동측정기(520)와 자료취득기(540)에서 발생하는 압력을 측정하게 되고, 발생된 가스는 가스주입관(513)을 지나서, 가스관(400)을 통과하고, 방사형 요홈(422)이 형성된 가스퍼짐부(420)를 통하여 방사형으로 가스가 퍼지게 되고, 이렇게 방사형으로 퍼진 가스는 필터(410)를 통하여 미고결시료(110)를 통과하고, 우측 엔드플러그(114)에 마련된 다른 필터를 통과하고 다시 좌측의 가스퍼짐부(420)에서와는 반대로 가스가 모아지면서 가스유출관(514)을 통하여 가스가 빠져나가게된다.When gas is generated in the gas generator 510 while maintaining an appropriate pressure state, the pressure generated by the gas flow meter 520 and the data acquirer 540 is measured, and the generated gas is a gas injection pipe 513. After passing through the gas pipe 400, the gas is radially spread through the gas spreading part 420 in which the radial groove 422 is formed, and the gas thus radially spread is unresolved sample 110 through the filter 410. ), Through the other filter provided in the right end plug 114, and the gas is collected through the gas outlet pipe 514 as opposed to the gas spreading part 420 on the left side again.
이때 가스유동측정기(520)와 자료취득기(540)는 가스가 주입될 때의 압력과 가스가 유출될 때의 압력차를 측정할 수 있게 된다.At this time, the gas flow meter 520 and the data acquirer 540 can measure the pressure difference when the gas is injected and the pressure difference when the gas flows out.
상기에서 측정된 압력차와 미고결시료의 길이, 단면적 또는 점성도 등을 자료로서 상기한 수학식들을 이용하여 미고결시료의 저류물성(투과도, 공극률)을 측정할 수가 있는 것이다.The storage property (permeability, porosity) of the uncoated sample can be measured using the above equations as the data of the pressure difference measured above and the uncoated sample length, cross-sectional area or viscosity.
이와 같이 함으로써 지층에서 미고결 상태로 존재하는 퇴적물 또는 기타 광석의 저류물성을 측정할 수가 있는 것이므로, 공극률 및 투과도로서 지하매질에 부존하는 메탄가스 등의 자원의 부존량을 산정할 수가 있는 것이다.In this way, it is possible to measure the storage properties of sediments or other ores existing in the unconsolidated state in the strata, so that the amount of resources such as methane gas present in the underground medium can be estimated in terms of porosity and permeability.
이하에서는 상기와 같이 구성된 본 발명의 코아 고정장치를 이용한 미고결시료의 저류물성을 측정시스템의 현장적용성을 검토하고, 분탄상태의 미고결인 상태로 지하에 존재하는 석탄층과 미고결로 퇴적되어 있는 쓰레기 매립층의 공극률 및 투과도를 측정한 결과를 상술한다.In the following, the storage properties of the unsolidified sample using the core fixing device of the present invention configured as described above are examined for the field applicability of the measurement system, and coal deposits and unsolidified in the basement in the uncoated state of coal dust are deposited. The result of having measured the porosity and permeability of a refuse landfill layer is explained in full detail.
현장적용성은 이미 공극률과 투과도를 알고 있는 동일한 크기의 모래입자를 사용하여 그 저류물성을 측정하고 현장적용성을 검토하는 것이다.Field applicability is the use of sand particles of the same size, which already know porosity and permeability, to measure their storage properties and to examine the field applicability.
여기서 사용한 모래 입자는 그 크기가 1,180 ㎛ ~ 600 ㎛이며, 300psi의 압력조건하에서 측정을 한 것이며, 그 공극률은 35.40％, 35.12％ 및 35.26％로 측정이 되었으며, 투과도는 9,236md, 9,581md 및 9,073md로 측정되었다.The sand particles used here were 1,180 µm to 600 µm in size and were measured under a pressure condition of 300 psi. The porosities were measured to be 35.40%, 35.12% and 35.26%, and the permeabilities were 9,236md, 9,581md and 9,073. measured in md.
상기한 측정값은 모두 실험오차를 허용할 수 있는 약 5％내외의 값이므로 이는 본 발명에 의한 코아 고정장치의 현장적용성이 우수하다는 것을 알 수 있는 것이다.Since all of the above measured values are about 5%, which can tolerate an experimental error, it can be seen that the field applicability of the core fixing device according to the present invention is excellent.
그 다음으로 미고결 석탄층을 대상으로 한 공극률 및 투과도를 측정한 결과를 표 1에 나타내었으며, 쓰레기 매립층의 공극률 및 투과도를 표 2에 나타내었다.Next, the results of measuring the porosity and the permeability of the unsolidified coal seam are shown in Table 1, and the porosity and the permeability of the landfill layer are shown in Table 2.
상기에서 본 바와 같이 미고결인 상태의 코아 시료를 지하 지층과 같은 하중압을 가하여 그 공극률 및 투과도를 효율적으로 측정할 수가 있음을 알 수가 있다.As seen above, it can be seen that the core sample in the unconsolidated state can be subjected to the same load pressure as that of the underground layer to efficiently measure its porosity and transmittance.
상기에서 본 바와 같이 본 발명에 의한 코아 고정장치를 이용함으로써, 미고결인 상태의 지하매질을 그 형상을 유지할 수 있도록 하여 고결인 시료와 동일하게 취급할 수 있도록 하여 저류물성을 효과적으로 측정할 수가 있으며; 경질의 보호관에 의하여 미고결시료를 충진하거나 삼축압을 가할 시에 이 시료를 덮고 있는 고무 슬리브가 팽창하면서 변형이 되는 것을 방지할 수가 있으며; 종축압을 가할 때 고무 슬리브와 보호관사이에 형성되는 좌우 공간부에 고압수 또는 공기압이 스며들 수 있도록 하여 미 고결시료를 지하 지층과 동일한 조건으로 가압할 수 있도록 하며, 횡축압을 가할 때에는 우측 피스톤의 외주연에 일체로 형성된 환형링에 의하여 횡압을 가할 수가 있으므로 삼축압을 원하는 조건으로 가할 수가 있어 지하 매질의 조건과 동일한 조건을 조성할 수가 있으므로 미고결시료의 저류물성을 유효하게 측정할 수가 있는 것이며; 부가되는 가스퍼짐부의 방사형 요홈에 의하여 가스가 방사형으로 퍼지면서 미고결시료를 통과할 수 있도록 하여 시료전체를 가스가 통과할 수 있도록 하여 통과하는 가스가 일부분에 집중되지 않도록 할 수가 있으며; 필터를 마련함으로써 가스의 통과에 의하여 미고결시료의 일부 입자가 가스관을 폐색시키지 않도록 걸러주는 효과가 있는 것이다.As described above, by using the core fixing device according to the present invention, it is possible to maintain the shape of the undiluted underground medium so that it can be treated in the same way as the undiluted sample so that the retention property can be effectively measured. ; The hard protective tube can prevent the rubber sleeve covering the sample from expanding and deforming when the unsolidified sample is filled or triaxially applied; When vertical pressure is applied, high pressure water or air pressure can penetrate into the left and right spaces formed between the rubber sleeve and the protective tube to pressurize the unfinished sample under the same conditions as the underground layers. Since the lateral pressure can be applied by the annular ring integrally formed at the outer periphery, the triaxial pressure can be applied to the desired conditions, and the same conditions as those of the underground medium can be established. Therefore, the storage property of the unfinished sample can be effectively measured. Will; By the radial grooves of the gas spreading portion to be added, the gas can be radially spread and pass through the unfinished sample so that the gas can pass through the entire sample so that the gas passing through is not concentrated in a part; By providing a filter, it is effective to filter out some particles of the unsolidified sample by the passage of gas so as not to block the gas pipe.
상기한 바와 같이 미고결시료의 저류물성을 효율적으로 측정할 수 있기 때문에, 쓰레기 매립층에 존재하는 메탄가스의 부존량을 산정할 수가 있으며, 분탄으로 존재하는 석탄의 매장량을 산정할 수가 있고, 이러한 에너지원의 생산 및 개발에 활용할 수가 있으므로 비재래 에너지원을 확보하는 계획 수립에 많은 활용을 할 수가 있는 것이다.As described above, since the storage properties of the unsolidified sample can be measured efficiently, the amount of methane gas present in the landfill layer can be estimated, and the amount of coal present in powdered coal can be estimated. As it can be used for production and development, it can be used for planning to secure non-conventional energy sources.
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