KR101197211B1

KR101197211B1 - 초임계 이산화탄소의 지층 내 주입효율 향상을 위한 유체온도 제어 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101197211B1
Application number: KR1020100119847A
Authority: KR
Inventors: 김구영; 김태희; 김정찬
Original assignee: 한국지질자원연구원
Priority date: 2010-11-29
Filing date: 2010-11-29
Publication date: 2012-11-02
Also published as: KR20120058181A; US9074456B2; US20120132425A1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 초임계 이산화탄소의 지층 내 주입효율 향상을 위한 유체온도 제어 시스템은 초임계 상태의 이산화탄소를 지중의 주입대상지층에 주입하기 위하여 지표부터 주입대상지층까지 형성되는 관정홀에 설치되는 케이싱부; 상기 케이싱부와 상기 관정홀의 공벽 사이에 형성되는 그라우팅부; 상기 케이싱부의 상측을 덮는 뚜껑; 상기 뚜껑을 관통하여 상기 케이싱부 내부에 삽입 설치되고, 상기 이산화탄소가 주입되는 주입관; 상기 이산화탄소가 상기 주입관으로부터 상기 주입대상지층으로 유동할 수 있도록 통로 역할을 하는 퍼포레이션부; 상기 주입관과 상기 케이싱부 내부 사이에 형성되는 패킹부; 상기 주입관을 감싸도록 형성되는 히트코일부; 및 상기 히트코일부의 온도를 제어하는 온도조절장치를 포함한다.

Description

초임계 이산화탄소의 지층 내 주입효율 향상을 위한 유체온도 제어 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING TEMPERATURE OF FLUID FOR IMPROVING INJECTIVITY IN STRATUM OF SUPERCRITICAL CARBON DIOXIDE}

본 발명의 실시예들은 초임계 이산화탄소의 지층 내 주입효율(injectivity) 향상을 위한 유체온도 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.

이산화탄소 지중저장 기술은 대기중으로 배출되는 이산화탄소를 지중에 주입하여 대기와 격리시키는 기술로써 일부 국가에서는 이미 실증 및 상용화 단계에 있다. 일반적으로 이산화탄소의 저장소가 선정이 되면 이산화탄소의 지중저장을 위해 주입관정 시스템을 설치하게 된다. 먼저 시추기를 이용하여 이산화탄소가 초임계 상태로 존재할 수 있는 지하 심부의 주입대상 심도(약 800m 이상)까지 시추한 다음, 관정홀이 형성되면 그 내부에 케이싱을 설치하고 케이싱과 공벽사이의 주변공간을 전구간에 걸쳐 시멘트로 그라우팅하여 주입한 이산화탄소가 지표로 누출되는 경로를 차단한다. 이후 이산화탄소 주입대상 구간에 대해 perforating gun을 이용하여 케이싱과 시멘트에 여러개의 작은 구멍을 뚫어 주입관정과 주변 지층과의 연결통로를 만들게 된다. 관정을 통해 주입된 초임계 이산화탄소는 이 연결통로를 통해 지층에 주입되면서 지중저장이 된다. 이산화탄소의 지중저장에 있어 주요 고려 대상은 주입효율, 저장능력, 그리고 주입된 이산화탄소가 지표로 누출되지 않도록 하는 무결성(integrity)이 중요하다.

이산화탄소 주입시스템이 완성되면 관정 상부에서 지중저장에 적합한 온도와 압력을 결정하여 주입하게 된다. 그러나 주입시 이산화탄소의 온도와 압력은 지층을 통과해 저장심도로 내려감에 따라 지온구배와 hydrostatic pressure gradient에 따라 변화하게 된다.

일반적으로 주입심도에서의 압력은 다음 수식에 의해 결정된다.

위 식에서

는 주입관정 하부의 주입심도에서의 압력,

는 주입관정 상부에서의 압력,

는 중력가속도,

는 심도

에서의 이산화탄소의 밀도이다. 즉, 지중 온도 및 압력에 따라 이산화탄소의 밀도가 변화하게 되고 결국 주입심도에서의 주입압에 영향을 미치게 된다. 또한 저장소에서의 이산화탄소의 밀도는 유동성(mobility)에 영향을 미치게 되어 염수로 채워진 공극내에서 2-상(two-phase) 유동에 영향을 미치게 된다.

종래의 주입관정 시스템을 이용하여 초임계 이산화탄소를 주입하게 되면 주입관정 상부에서는 온도와 압력을 조절할 수 있지만, 주입된 이산화탄소가 지층을 통과하면서 변화하는 온도와 압력에 대해서는 조절할 수 없으며, 결국 효과적인 주입을 할 수 없게 된다.

일반적으로 주입효율은 다음 수식에 의해 결정된다.

위 식에서

는 이산화탄소 주입량,

는 주입관정 하부의 주입심도에서의 압력,

는 주입대상지층에서의 압력이다. 즉, 주입량이 일정할 때 주입관정 하부의 주입심도에서의 압력이 감소하면 주입효율이 증가한다는 뜻이다.

주입효율이 감소하게 되면, 많은 수의 주입관정을 필요로 하게 되어 경제적으로 손실이 발생한다. 또한 저장대상 지층내 압력 상승은 주입관정 주변 지층에 응력변화를 일으켜 미세한 균열이 발생하게 되어 이러한 균열을 통해 주입된 이산화탄소가 지표로 누출될 가능성이 있다. 즉, 이산화탄소의 주입으로 인한 과도한 압력상승은 주입효율과 누출문제에 동시에 악영향을 미치게 되며, 주입대상지층의 압력상승을 해소할 수 있는 방안이 요구된다.

이산화탄소의 지중저장은 일반적으로 음용으로 사용할 수 없는 염수로 포화된 사암층에 주입하게 되는데, 초임계 이산화탄소를 염수로 포화된 지층에 주입하게 되면 초임계 이산화탄소가 염수를 밀어내면서 공극내에 저장된다. 이때 소량의 염수는 공극내에 잔류포화도값 만큼 남아있게 되는데, 이 잔류 염수 중 물이 초임계 이산화탄소에 증발되면서 공극이 완전히 초임계 이산화탄소로 포화되는 드라이-아웃 지역(dry-out zone)이 발생한다. 이 지역내의 공극내에 잔류하던 염수 중 물이 초임계 이산화탄소에 증발하게 되면 염(salt)이 침전하게 된다. 이렇게 침전된 염은 공극을 메우게 되어 공극률과 투과계수를 감소시키며 결과적으로 압력상승이 발생하고 주입효율의 감소를 유발시키는 문제점이 있다.

본 발명의 일 실시예는 이산화탄소의 주입관을 히트코일로 감싸고 지상의 온도조절시스템을 통해 히트코일의 온도를 제어할 수 있도록 하고, 이산화탄소가 지중에 주입될 때의 온도와 압력을 기록할 수 있는 온도센서와 압력센서를 설치하여 주입효율을 극대화할 수 있도록 이산화탄소의 주입온도를 제어함으로써 이산화탄소 지중주입 시스템의 경제성을 향상시키도록 하는 초임계 이산화탄소의 지층내 주입효율 향상을 위한 주입관정 시스템을 제공한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 초임계 이산화탄소의 지층 내 주입효율 향상을 위한 유체온도 제어 시스템은 상기 주입관 내에 설치되는 온도센서; 및 상기 온도센서로부터 획득되는 온도 측정 자료를 저장하는 온도기록장치를 더 포함하고, 상기 온도조절장치는 상기 온도기록장치에 저장된 상기 온도 측정 자료를 이용하여 상기 히트코일부의 온도를 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 초임계 이산화탄소의 지층 내 주입효율 향상을 위한 유체온도 제어 시스템은 상기 주입관 내에 설치되는 압력센서; 상기 압력센서로부터 획득되는 압력 측정 자료를 저장하는 압력기록장치; 및 상기 온도기록장치의 온도 측정 자료와 상기 압력기록장치의 압력 측정 자료를 이용하여, 최적의 주입 효율을 낼 수 있는 온도 값을 산출하고, 상기 산출된 온도 값을 상기 온도조절장치에 전달하여 상기 히트코일부가 상기 온도 값에 대응하여 발열되도록 하는 온도제어시스템을 더 포함할 수 있다.

상기 온도센서는 상기 주입관을 통해 상기 주입대상지층에 주입되는 상기 이산화탄소의 온도를 측정하고, 상기 압력센서는 상기 주입관을 통해 상기 주입대상지층에 주입되는 상기 이산화탄소의 압력을 측정할 수 있다.

상기 히트코일부는 열전도성 재질로 형성되고, 상기 주입관의 상단부에서부터 하단부까지 감싸도록 형성될 수 있다.

상기 히트코일부는 상기 이산화탄소가 상기 주입관 내부를 통과하는 동안, 상기 온도조절장치를 통해 전달받은 온도 값에 대응하는 열을 발산하여 상기 이산화탄소의 온도를 조절할 수 있다.

상기 퍼포레이션부는 상기 주입대상지층 구간에 위치하는 케이싱부 및 그라우팅부에 다수개의 구멍이 천공되어 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 초임계 이산화탄소의 지층 내 주입효율 향상을 위한 유체온도 제어 방법은 초임계 상태의 이산화탄소가 주입되는 주입관 내에 설치되는 온도센서에서, 상기 주입관을 통과하는 상기 이산화탄소의 온도를 측정하는 단계; 온도기록장치에서, 상기 온도센서로부터 획득되는 온도 측정 자료를 저장하는 단계; 및 온도조절장치에서, 상기 온도기록장치에 저장된 상기 온도 측정 자료를 이용하여, 상기 주입관을 감싸고 있는 히트코일부의 온도를 제어하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 초임계 이산화탄소의 지층 내 주입효율 향상을 위한 유체온도 제어 방법은 상기 주입관 내에 설치되는 압력센서에서, 상기 주입관을 통과하는 상기 이산화탄소의 압력을 측정하는 단계; 압력기록장치에서, 상기 압력센서로부터 획득되는 압력 측정 자료를 저장하는 단계; 온도제어시스템에서, 상기 온도기록장치의 온도 측정 자료와 상기 압력기록장치의 압력 측정 자료를 이용하여, 최적의 주입 효율을 낼 수 있는 온도 값을 산출하는 단계; 및 상기 온도제어시스템에서, 상기 산출된 온도 값을 상기 온도조절장치에 전달하여 상기 히트코일부가 상기 온도 값에 대응하여 발열되도록 하는 단계를 더 포함할 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 이산화탄소의 주입관을 히트코일로 감싸고 지상의 온도조절시스템을 통해 지하 800m 이하의 심부에서 이산화탄소가 지중에 주입될때의 온도를 제어함으로써 관정내 이산화탄소의 밀도를 조절하게 되고, 결국 관정내 주입지점에서의 유체의 주입압을 조절할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 온도제어를 통해 변화하는 이산화탄소의 밀도는 지중에서의 유체의 유동성(mobility)이 변화하게 되어 결과적으로 주입효율을 제어할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초임계 이산화탄소의 지층 내 주입효율 향상을 위한 유체온도 제어 시스템의 전체 구성을 나타낸 단면도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 초임계 이산화탄소를 주입했을 때 주입온도에 따른 관정 내에서의 밀도 변화를 도시한 그래프이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 초임계 이산화탄소를 주입했을 때 주입관정 주변의 드라이-아웃 지역에서 발생하는 염침전 프로파일을 도시한 그래프이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 초임계 이산화탄소를 주입했을 때 주입온도에 따른 관정 내 주입지점에서의 압력 변화를 도시한 그래프이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초임계 이산화탄소의 지층 내 주입효율 향상을 위한 유체온도 제어 시스템의 전체 구성을 나타낸 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초임계 이산화탄소의 지층 내 주입효율 향상을 위한 유체온도 제어 시스템은 케이싱부(10), 그라우팅(grouting)부(20), 퍼포레이션(perforation)부(30), 뚜껑(130), 주입관(40), 패킹부(60), 히트코일부(50), 온도조절장치(90), 온도센서(70), 온도기록장치(80), 압력센서(100), 압력기록장치와(110), 및 온도제어시스템(120)을 포함한다.

상기 케이싱부(10)는 초임계 상태의 이산화탄소를 지중의 주입대상지층(1)에 주입하기 위하여 지표면(4)부터 주입대상지층(1)까지 형성되는 관정홀에 삽입 설치된다. 즉, 상기 케이싱부(10)는 상기 관정홀을 통해 지표면(4)으로부터 주입대상지층(1)까지 설치된다.

여기서, 상기 주입대상지층(1)은 이산화탄소의 저장능력이 비교적 양호한 사암층으로 구성되며, 사람이 마실 수 없는 염수가 공극을 채우고 있으며, 초임계 이산화탄소가 가스 상태로 저장되거나 혹은 공극 내에 존재하는 염수에 용해되어 저장되어진다.

상기 그라우팅부(20)는 상기 케이싱부(10)와 상기 관정홀의 공벽 사이에 형성된다. 상기 그라우팅부(20)는 지표면(4)에서 주입대상지층(1)까지 관통하여 형성된다. 상기 그라우팅부(20)는 콘크리트 재질로 구성되어 그라우팅공법으로 형성될 수 있다.

상기 퍼포레이션부(30)는 초임계 이산화탄소가 상기 주입관(40)으로부터 주입대상지층(1)으로 유동할 수 있도록 통로 역할을 한다. 상기 퍼포레이션부(30)는 초임계 이산화탄소가 상기 주입관(40)으로부터 주입대상지층(1)으로 유동할 수 있도록, 상기 케이싱부(10)와 상기 그라우팅부(20)에 인위적으로 작게 뚫린 투과홀로서 형성될 수 있다.

상기 퍼포레이션부(20)를 형성하는 방법으로는, 예를 들어 퍼포레이팅 건(perforating gun)을 이용하여 주입대상지층(1) 구간에 위치하는 케이싱부(10)와 그라우팅부(20)에 작은 구멍을 뚫는 방법이 있다. 이러한 방법으로 형성된 퍼포레이션부(20)는 주입대상지층(1)으로 초임계 이산화탄소를 이동시킬 수 있다.

상기 뚜껑(130)은 상기 케이싱부(10)의 상측을 덮으며, 상기 케이싱부(10) 및 상기 주입관(40)에 이물질 등이 유입되는 것을 방지하는 역할을 한다.

상기 주입관(40)은 상기 뚜껑(130)을 관통하여 설치된다. 구체적으로, 상기 주입관(40)은 상기 케이싱부(10)의 상측을 덮는 뚜껑(130)의 중심에 형성된 홀을 관통하여 주입심도까지 삽입된다. 이러한 주입관(40)은 상측단에 초임계 이산화탄소 주입장치가 연결되어, 초임계 이산화탄소가 주입대상지층(1)으로 주입되도록 한다.

상기 패킹부(60)는 상기 주입관(40)과 상기 케이싱부(10) 내부 사이에 형성된다. 상기 패킹부(60)는 상기 주입관(40)으로 주입된 초임계 이산화탄소가 상기 케이싱부(10) 상부로 역류하지 않고 주입대상지층(1)으로 주입될 수 있도록 한다.

상기 히트코일부(50)는 상기 주입관(40)을 감싸도록 형성된다. 즉, 상기 히트코일부(50)는 열전도성이 높은 재질로 상기 주입관(40) 상단에서부터 최하부까지 감싸도록 형성된다.

상기 히트코일부(50)는 초임계 이산화탄소가 주입관(40) 내부를 통과하는 동안, 지상의 온도조절장치(90)를 통해 전달받은 온도 값에 대응하는 열을 발산하여 초임계 이산화탄소의 온도를 조절할 수 있다.

상기 온도조절장치(90)는 상기 히트코일부(50)의 온도를 제어한다.

본 발명의 일 실시예에서는 상기 주입관(40)을 통해 초임계 이산화탄소가 주입심도까지 이동하는 동안 주입관(40)을 감싸고 있는 히트코일부(50)와 온도조절장치(90)에 의해 이산화탄소를 원하는 온도로 유지시킬 수 있게 된다.

상기 온도센서(70)는 상기 주입관(40) 내 하단부에 설치된다. 상기 온도센서(70)는 심부의 이산화탄소 주입지점에서의 온도를 측정한다. 상기 온도센서(70)는 온도 측정 결과(자료)를 상기 온도기록장치(80)에 전달하여, 실시간으로 온도 데이터를 모니터링 할 수 있도록 한다.

상기 온도기록장치(80)는 상기 온도센서(70)로부터 획득되어지는 온도 측정 자료를 저장한다.

상기 압력센서(100)는 상기 주입관(40) 내에 설치된다. 상기 압력센서(100)는 심부의 이산화탄소 주입지점에서의 압력을 측정한다. 상기 압력센서(100)는 압력 측정 결과(자료)를 상기 압력기록장치(110)에 전달하여, 실시간으로 압력 데이터를 모니터링 할 수 있도록 한다.

상기 압력기록장치(110)는 상기 압력센서(100)로부터 획득되어지는 압력 측정 자료를 저장한다.

상기 온도제어시스템(120)은 상기 온도기록장치(80)와 상기 압력기록장치(110)를 연계하여 최적의 주입효율을 낼 수 있도록 자동으로 온도를 조절한다. 즉, 상기 온도제어시스템(120)은 심부의 이산화탄소 주입지점에서의 온도와 압력 데이터를 분석하여 최소의 주입압력으로 최대의 주입량을 유지시켜, 전체 이산화탄소 주입시스템이 최적의 주입효율을 낼 수 있도록 주입 온도값을 산정하며, 이를 상기 온도조절장치(90)에 명령하여 상기 히트코일부(50)의 온도를 조절하게 된다.

즉, 상기 온도제어시스템(120)은 온도센서(70)와 압력센서(100)로부터 읽어들이는 값(온도 데이터, 압력 데이터)을 통해 최대의 주입효율을 낼 수 있도록 계속적인 피드백을 수행하게 된다.

참고로, 미 설명된 도면부호 2, 3은 각각 차단지층, 지표층을 가리킨다.

도 2 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체온도 제어 시스템을 통해 주입관정에서 이산화탄소의 온도변화가 주입구간에서의 유체의 밀도, 드라이-아웃 범위, 주입구간에서의 주입압에 미치는 영향을 살펴보기 위해 다상-다성분 유체유동 시뮬레이터를 이용하여 수치실험을 실시한 결과를 나타낸 도면이다. 본 실험은 지하 1,000m 하부에 염수로 포화된 100m 두께의 균질한 사암층에 초임계 이산화탄소를 30kg/sec의 주입율로 3년동안 주입하였을 때를 가정한 것이다.

도 2 내지 도 4는 이산화탄소의 주입대상지층의 온도가 35℃일 때 주입관정의 온도를 각각 35℃, 45℃, 60℃로 설정하였을 때 주입대상지층에서의 관정내 밀도변화를 도시한 것이다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 주입관정의 온도를 35℃로 설정하였을 때 밀도가 770-783 kg/m³의 값을 보인 반면, 주입관정의 온도를 60℃로 설정하였을 때 밀도가 450-485 kg/m³의 값을 보여 유체의 유동성(mobility)이 증가하였음을 알 수 있다.

도 5 내지 도 7은 주입관정을 통해 이산화탄소를 주입대상지층에 주입시, 주입관정 주변에 형성되는 드라이-아웃 지역(dry-out zone)에서 염침전이 발생하는 정도를 도시한 것이다.

도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 주입관정의 온도를 35℃로 설정하였을 때 드라이-아웃 지역은 관정으로부터 약 20m 범위까지 형성되며 염침전은 공극의 약 3%를 차지하게 된다. 반면 주입관정의 온도를 45℃로 설정하였을 때 드라이-아웃 지역은 관정으로부터 약 22m 범위까지 형성되며 염침전은 공극의 약 3%를 차지하게 된다.

주입관정의 온도를 60℃로 설정하였을 때 드라이-아웃 지역은 관정으로부터 약 19m 범위까지 형성되며 Buckley-Leverett 프론트에서 염침전은 공극의 약 6% 까지 차지하게 된다. 즉, 이산화탄소의 주입온도가 상승하면 유체의 유동성이 상승하는 반면, 드라이-아웃 지역이 넓어지며, 경우에 따라서는 염침전 정도가 증가하여 주입효율에 악영향을 미치게 된다.

도 8 내지 도 10은 상기한 세가지 케이스에 대해 이산화탄소의 주입구간에서의 주입압의 변화를 도시한 그림이다.

위 실험결과로부터 주입관정에서의 이산화탄소의 온도는 지중에서 다상-다성분 유체의 유동성에 영향을 미치며, 동시에 지질층에서의 물리, 화학적 반응에 영향을 미치게 되므로, 이산화탄소의 지중저장에 있어서 유체온도 제어 시스템이 주입효율을 높이는데 매우 중요함을 알 수 있다.

지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

1 : 주입대상지층
2 : 차단지층
3 : 지표층
4 : 지표면
10 : 케이싱부
20 : 그라우팅부
30 : peforation부
40 : 주입관
50 : 히트코일부
60 : 패커
70 : 온도센서
80 : 온도기록장치부
90 : 온도조절장치
100 : 압력센서
110 : 압력기록장치
120 : 온도제어시스템
130 : 뚜껑

Claims

초임계 상태의 이산화탄소를 지중의 주입대상지층에 주입하기 위하여 지표부터 주입대상지층까지 형성되는 관정홀에 설치되는 케이싱부;
상기 케이싱부와 상기 관정홀의 공벽 사이에 형성되는 그라우팅부;
상기 케이싱부의 상측을 덮는 뚜껑;
상기 뚜껑을 관통하여 상기 케이싱부 내부에 삽입 설치되고, 상기 이산화탄소가 주입되는 주입관;
상기 이산화탄소가 상기 주입관으로부터 상기 주입대상지층으로 유동할 수 있도록 통로 역할을 하는 퍼포레이션부;
상기 주입관과 상기 케이싱부 내부 사이에 형성되는 패킹부;
상기 주입관을 감싸도록 형성되는 히트코일부; 및
상기 히트코일부의 온도를 제어하는 온도조절장치
를 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소의 지층 내 주입효율 향상을 위한 유체온도 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 주입관 내에 설치되는 온도센서; 및
상기 온도센서로부터 획득되는 온도 측정 자료를 저장하는 온도기록장치
를 더 포함하고,
상기 온도조절장치는
상기 온도기록장치에 저장된 상기 온도 측정 자료를 이용하여 상기 히트코일부의 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소의 지층 내 주입효율 향상을 위한 유체온도 제어 시스템.
제2항에 있어서,
상기 주입관 내에 설치되는 압력센서;
상기 압력센서로부터 획득되는 압력 측정 자료를 저장하는 압력기록장치; 및
상기 온도기록장치의 온도 측정 자료와 상기 압력기록장치의 압력 측정 자료를 이용하여, 최적의 주입 효율을 낼 수 있는 온도 값을 산출하고, 상기 산출된 온도 값을 상기 온도조절장치에 전달하여 상기 히트코일부가 상기 온도 값에 대응하여 발열되도록 하는 온도제어시스템
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소의 지층 내 주입효율 향상을 위한 유체온도 제어 시스템.
제3항에 있어서,
상기 온도센서는
상기 주입관을 통해 상기 주입대상지층에 주입되는 상기 이산화탄소의 온도를 측정하고,
상기 압력센서는
상기 주입관을 통해 상기 주입대상지층에 주입되는 상기 이산화탄소의 압력을 측정하는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소의 지층 내 주입효율 향상을 위한 유체온도 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 히트코일부는
열전도성 재질로 형성되고, 상기 주입관의 상단부에서부터 하단부까지 감싸도록 형성되는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소의 지층 내 주입효율 향상을 위한 유체온도 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 히트코일부는
상기 이산화탄소가 상기 주입관 내부를 통과하는 동안, 상기 온도조절장치를 통해 전달받은 온도 값에 대응하는 열을 발산하여 상기 이산화탄소의 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소의 지층 내 주입효율 향상을 위한 유체온도 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 퍼포레이션부는
상기 주입대상지층 구간에 위치하는 케이싱부 및 그라우팅부에 다수개의 구멍이 천공되어 형성되는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소의 지층 내 주입효율 향상을 위한 유체온도 제어 시스템.
초임계 상태의 이산화탄소가 주입되는 주입관 내에 설치되는 온도센서에서, 상기 주입관을 통과하는 상기 이산화탄소의 온도를 측정하는 단계;
온도기록장치에서, 상기 온도센서로부터 획득되는 온도 측정 자료를 저장하는 단계; 및
온도조절장치에서, 상기 온도기록장치에 저장된 상기 온도 측정 자료를 이용하여, 상기 주입관을 감싸고 있는 히트코일부의 온도를 제어하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소의 지층 내 주입효율 향상을 위한 유체온도 제어 방법.
제8항에 있어서,
상기 주입관 내에 설치되는 압력센서에서, 상기 주입관을 통과하는 상기 이산화탄소의 압력을 측정하는 단계;
압력기록장치에서, 상기 압력센서로부터 획득되는 압력 측정 자료를 저장하는 단계;
온도제어시스템에서, 상기 온도기록장치의 온도 측정 자료와 상기 압력기록장치의 압력 측정 자료를 이용하여, 최적의 주입 효율을 낼 수 있는 온도 값을 산출하는 단계; 및
상기 온도제어시스템에서, 상기 산출된 온도 값을 상기 온도조절장치에 전달하여 상기 히트코일부가 상기 온도 값에 대응하여 발열되도록 하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소의 지층 내 주입효율 향상을 위한 유체온도 제어 방법.
제8항에 있어서,
상기 히트코일부는
열전도성 재질로 형성되고, 상기 주입관의 상단부에서부터 하단부까지 감싸도록 형성되는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소의 지층 내 주입효율 향상을 위한 유체온도 제어 방법.
제8항에 있어서,
상기 히트코일부는
상기 이산화탄소가 상기 주입관 내부를 통과하는 동안, 상기 온도조절장치를 통해 전달받은 온도 값에 대응하는 열을 발산하여 상기 이산화탄소의 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소의 지층 내 주입효율 향상을 위한 유체온도 제어 방법.
제8항에 있어서,
상기 이산화탄소의 주입대상지층 구간에 위치하는 케이싱부 및 그라우팅부에 다수개의 구멍이 천공되어 형성되는 퍼포레이션부를 통해, 상기 이산화탄소가 상기 주입관으로부터 상기 주입대상지층으로 유동할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소의 지층 내 주입효율 향상을 위한 유체온도 제어 방법.