KR101197648B1 - 지층수 차단을 위한 폴리머 순차적 주입 공정 시뮬레이션 장치 및 방법 - Google Patents

지층수 차단을 위한 폴리머 순차적 주입 공정 시뮬레이션 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지층수 차단을 위한 폴리머 순차적 주입 공정 시뮬레이션 장치 및 방법에 관한 것으로, 폴리머의 주입에 따른 암석 공극 표면의 폴리머의 흡착 등 정체에 의한 물과 오일의 유체투과도 및 공극률 변화를 통해 오일과 물의 생산성 변화를 확인함을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 지층수 차단을 위한 폴리머 순차적 주입 공정 시뮬레이션 장치는, 오일을 포함하는 유체가 흐르는 유동통로가 구비된 입체 구조의 코어(1)가 내부에 밀폐 수용되는 코어 홀더(10)와; 상기 코어 홀더 내부의 압력과 온도를 조절하여 상기 코어 홀더의 내부에 수용된 코어를 실제 유전지대의 환경으로 모사하는 압력조절수단 및 온도조절수단과; 상기 코어 홀더의 내부에 수용된 코어의 압력과 온도를 검출하는 압력센서 및 온도센서와; 상기 코어의 축방향 양측에 각각 연결되며 상기 코어 홀더의 내부에 수용된 코어에 오일, 물, 서로 다른 농도와 분자량의 폴리머를 주입하는 주입수단과; 상기 주입수단을 통해 상기 코어의 유동통로를 통과한 오일과 물의 유체투과율을 검출하는 컨트롤러(60)를 포함하며, 이에 의하여, 상기 코어에 오일과 물을 주입하여 실제 유전지대와 모사하고 서로 다른 농도와 분자량의 폴리머를 다단주입한 후 상기 코어에 있는 오일과 물을 생산하여 상기 폴리머의 주입 전후의 유체투과율을 비교 분석 및 디스플레이(70)를 통해 디스플레이하는 것을 특징으로 한다.

Description

지층수 차단을 위한 폴리머 순차적 주입 공정 시뮬레이션 장치 및 방법{DEVELOPMENT OF SEQUENTIAL POLYMER INJECTION SYSTEM FOR CONFORMANCE CONTROL}
본 발명은 지층수 차단을 위한 폴리머 순차적 주입 공정 시뮬레이션 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 오일과 지층수의 유동통로에 폴리머의 흡착 등의 정체에 의해 오일과 지층수의 유체투과율 변화에 따른 생산율의 변화를 확인할 수 있는 지층수 차단을 위한 폴리머 순차적 주입 공정 시뮬레이션 장치 및 방법에 관한 것이다.
수년간 고유가가 지속되면서 석유뿐만 아니라 유,가스전의 생산성 향상과 1차 생산 이후 저류층에 잔존하는 오일 및 가스의 회수율을 증진시키기 위한 기술개발의 관심이 높아지고 있다. 이와 더불어, 기성숙 유,가스전의 지층수의 과도한 생산에 의한 오일의 생산 효율감소에 따른 경제성 감소는 전세계적으로 이미 생산이 성숙기에 접어든 유전의 큰 문제로 대두되고 있다. 이러한 문제를 극복하기 위한 방법으로, 지층수의 생산량이 과도한 지층을 대상으로 젤의 주입을 통한 선택적인 플러깅 및 생산정에서의 유정완결의 변화 등을 통해 지층수를 차단하여 유전의 경제성을 유지하기 위한 방법이 그간 많은 시행착오를 겪으며 현재까지 사용되어 왔다. 또한, 단일의 폴리머의 주입을 통한 지층수 차단 방법이 시도 되었다. 하지만, 이러한 기존의 공법은 정확한 지층수 생산 구간의 확인, 이를 통한 정확한 공법의 적용 및 장기간의 지층수 생산 제어의 어려움 등의 비용적, 기술적인 측면에서 어려움이 존재하였다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 지층수의 과도한 생산에 의해 경제성이 떨어지는 생산정을 대상으로, 다양한 분자량과 농도를 지니는 폴리머의 순차적 주입을 통한 제어 공법이 최근에 연구되고 있다.
지층의 유동통로에 폴리머를 순차적으로 주입하면 상기 유동통로의 내벽면에 폴리머층이 형성되며, 상기 폴리머층에 의해 유동통로의 공극 크기를 감소시키거나 혹은 막아 지층수의 유동을 구속하여 유체투과율의 감소를 유도, 생산정을 통한 물의 생산을 감소시킴과 동시에 상대적으로 오일의 생산율을 증대하는 공법이다.
그러나, 기존 이론은 이론적 가치만 있을 뿐 실제 오일 생산율의 변화를 확인하지 못하여 오일 생산에 적용되지 못하고 있는 실정이다. 또한, 폴리머의 농도와 분자량 및 주입량 등에 따라 물과 오일의 유체투과도가 달라질 것으로 추정되지만, 구체적인 수치를 제시하지 못하여 폴리머를 실제로 주입한다 하여도 최적 농도, 주입부피 및 어느 정도의 분자량의 폴리머를 사용한 것인지를 확인 조차할 수 없으므로 부적절한 폴리머를 사용할 수도 있고 과도한 양의 폴리머를 사용할 수도 있는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 폴리머의 주입에 따른 물과 오일의 유효 유체투과도와 유효 공극률 변화를 통해 오일과 물의 생산성 변화를 확인하고, 폴리머의 효율적 사용이 가능하도록 한 지층수 차단을 위한 폴리머 순차적 주입 공정 시뮬레이션 장치 및 방법을 제공하려는데 목적이 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 지층수 차단을 위한 폴리머 순차적 주입 공정 시뮬레이션 장치는, 오일을 포함하는 유체가 흐르는 유동통로가 구비된 입체 구조의 코어가 내부에 밀폐 수용되는 코어 홀더와; 상기 코어 홀더 내부의 압력과 온도를 조절하여 상기 코어 홀더의 내부에 수용된 코어를 실제 유전지대의 환경으로 모사하는 압력조절수단 및 온도조절수단과; 상기 코어 홀더의 내부에 수용된 코어의 압력과 온도를 검출하는 압력센서 및 온도센서와; 상기 코어의 축방향 양측에 각각 연결되며 상기 코어 홀더의 내부에 수용된 코어에 오일, 물, 서로 다른 농도와 분자량의 폴리머를 주입하는 주입수단과; 상기 주입수단을 통해 상기 코어의 유동통로를 통과한 오일과 물의 혼합비율을 검출 및 제어하는 컨트롤러를 포함하며, 이에 의하여, 상기 코어에 오일과 물을 주입하여 실제 유전지대를 모사하고 서로 다른 농도와 분자량의 폴리머를 다단주입한 후 상기 코어에 있는 오일과 물의 유체투과도를 측정하여 상기 폴리머의 주입 전후의 유체투과도의 변화 비율을 비교 분석 및 디스플레이를 통해 디스플레이하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 지층수 차단을 위한 폴리머 순차적 주입 공정 시뮬레이션 장치 및 방법에 의하면, 실제 유전지대와 동일한 조건의 코어에 서로 다른 농도와 분자량의 폴리머를 다단 주입한 후 폴리머의 정체에 의해 오일과 물의 유체투과율 및 유효공극률 변화를 통해 궁극적으로 물과 오일의 생산성을 확인할 수 있으며, 나아가서는 최적 농도와 분자량의 폴리머의 종류 및 최적의 폴리머 사용량을 제안하여 물의 생산성 저감과 동시에 오일의 생산성을 높이는 효과를 도출한다.
도 1은 본 발명에 의한 지층수 차단을 위한 폴리머 순차적 주입 공정 시뮬레이션 장치의 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 지층수 차단을 위한 폴리머 순차적 주입 공정 시뮬레이션 장치에 적용된 제1,2엔드 플러그의 사시도.
도 1에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 의한 지층수 차단을 위한 폴리머 순차적 주입 공정 시뮬레이션 장치는, 오일과 물(지층수)의 유동통로가 구비된 구조이며 유전의 지층을 모사하는 코어(1), 코어(1)가 내부에 수용되는 코어 홀더(10), 코어 홀더(10)에 수용된 코어(1)를 실제 지층과 동일한 조건으로 구현하기 위한 것으로 압력조절수단 및 온도조절수단, 코어(1)에 오일과 물을 공급함과 아울러 폴리머를 주입하는 주입수단을 포함한다.
코어(1)는 실제 유전의 오일과 지층수가 공존 및 유동하는 실제 지층과 동일한 조건을 모사하는 다공성의 사암일 수 있으며, 형태는 원기둥 등 다양한 입체형상으로 구성될 수 있다.
코어 홀더(10)는 코어(1)가 내부에 수용되는 통 구조이며, 코어(1)의 삽입을 위하여 일측 이상에 개방부가 구비되고, 물론, 상기 개방부는 캡 등을 통해 밀봉된다.
코어 홀더(10)는 저류층의 높은 압력조건에도 파손되지 않는 강한 재질의 금속(예컨대 sus 316)으로 제작되며, 고결코어와 미고결코어 모두가 사용될 수 있다.
상기 압력조절수단은 유체를 매개로 하여 코어(1)를 가압하는 것으로, 봉압용 펌프, 상기 봉압용 펌프와 상기 코어 홀더를 유체 연통 가능하게 연결하며 상기 봉압용 펌프에 의해 펌핑되는 유체를 매개로 하여 코어(1)를 가압(제1,2엔드 플러그(40-1,40-2)를 매개로 하여 코어(1)의 축방향을 가압)하도록 하는 가압관으로 구성된다. 여기서, 유체가 코어(1)의 통로에 유입되지 않도록 함과 아울러 상기 유체의 압력을 코어(1)에 전달할 수 있도록 신축성 내지 탄성력이 있는 가압 슬리브(20)를 포함한다. 가압 슬리브(20)는 관형으로서 코어 홀더(10)의 내부에 결합되면서 자신의 내부에 코어(1)가 수용된다. 가압 슬리브(20)는 예를 들어 물에 의해 신축 변형되면서 코어(1)를 가압한다. 가압 슬리브(20)는 코어(1)의 축방향 양측을 가압하지 못하는 구성이므로 코어(1)의 축방향 양측을 가압할 수 있도록 한 쌍 즉, 제1,2엔드 플러그(40-1,40-2)가 갖추어진다. 제1,2엔드 플러그(40-1,40-2)는 코어 홀더(10)의 축방향 양측에 각각 설치되며 유체를 코어(1)의 축방향으로 공급할 수 있도록 구성되며, 도 2에서 보이는 바와 같이, 코어 홀더(10) 내부를 밀봉하며 내부에 유로가 형성된 피스톤부(41) 및 피스톤부(41)의 유로에 유체(물, 오일, 폴리더 등)를 공급하는 튜브(42)로 구성된다. 피스톤부(41)는 유체를 모든 부분에 걸쳐 균일하게 공급할 수 있도록 전면에 동심원 형태 및 방사형의 홀(43)이 형성된다. 홀(43)은 전방향을 향해 개방되는 홈의 형태일 수 있다.
제1,2엔드 플러그(40-1,40-2)가 축방향 양측에 각각 배치됨에 따라 오일의 생산시에는 오일과 물이 도 1기준 우측에서 좌측으로 흐르고, 폴리머는 좌측에서 우측으로 흐르도록 할 수 있다.
상기 온도조절수단은, 코어 홀더(10)를 감싸는 히팅 재킷(30), 히팅 재킷(30)에 열을 가하는 열원으로 구성된다.
상기 압력조절수단과 온도조절수단을 통해 조절된 코어(1)의 압력과 온도를 검출하기 위하여 압력센서와 온도센서가 각각 갖추어진다. 상기 압력센서는 코어(1)의 1개소의 압력만을 검출할 수도 있으나, 코어(1)의 압력 다변화를 감안하여 다수개(도면에서는 5개를 예로 들어 도시함)의 압력센서(P1 내지 P5)가 사용될 수 있다.
온도센서(T1)는 1개만 사용된 것으로 도시되었으나 상기 압력센서와 마찬가지로 다수개가 사용될 수 있다.
본 발명은 저류층의 압력을 모사하기 위하여 배출압력의 제어를 통해 전단의 압력(유입압력)을 조절하기 위한 제1,2역압력조절기(50-1,50-2)가 갖추어진다. 제1,2역압력조절기(50-1,50-2)는 각각 밸브 타입으로서 유로의 개도를 조절하는 방식을 통해 압력을 조절한다.
본 발명은 코어(1)를 유전 지층으로 구현하기 위하여 오일과 물을 주입하고, 코어(1)에 분자량과 농도가 다른 다종의 폴리머(설명의 편의를 위해 3개의 폴리머로 예를 들어 설명한다)를 주입한다. 또한, 폴리머의 흡착 등 정체에 따른 오일과 물의 유체투과율 변화를 확인하기 위하여 오일과 물을 코어(1) 외부로 토출(생산)시키며, 이는 주입수단에 의해 이루어진다.
상기 주입수단은 예를 들어, 오일, 물, 제1 내지 제3폴리머가 각각 저장되는 탱크(2,3,4,5,6) 및 탱크(2,3,4,5,6)에 저장된 유체를 각각 공급하는 펌프로 구성된다. 물론, 탱크(2,3,4,5,6)에 저장된 유체를 각각의 펌프로 펌핑할 수도 있지만, 탱크(2,3,4,5,6)와 제1,2엔드 플러그(40-1,40-2)를 밸브로 제어함으로서 하나의 펌프를 통해 유체(오일, 물, 폴리머)를 펌핑할 수도 있다. 도면은 하나의 펌프(7)를 통해 유체를 공급하는 것으로 도시되었다.
또한, 오일과 물 및 폴리머를 제1,2엔드 플러그(40-1,40-2)를 통해 코어 홀더(10)에 주입하거나 오일과 물의 생산을 위하여 저장할 수 있도록 제1,2밸브(3-way valve)(V-1,V-2)가 각각 갖추어진다.
본 발명은 폴리머 주입 전후의 공극감소의 변화율을 정량적으로 측정하기 위한 목적으로 분광광도계(UV-Vis Spectrophotometer)(80)가 포함될 수 있다. 분광광도계(80)는 추적자 실험(tracer test) 수행 시 오일에 용해되는 물질로 예컨대 stilbene을 오일과 교반, 코어 실험 수행 전 표준샘플의 농도증가 (최대 15ppm)에 따른 흡광도의 변화율을 측정하여 직선상의 검량선을 작성 한다. 15ppm이상의 농도에서는 분광광도계의 특성상 검량곡선이 직선의 형태를 띄지 않아 보다 복잡한 형태의 회귀곡선이 그려지는 바, 단순한 모형의 제작을 통한 분석의 효율성을 증대하기 위해 15ppm의 농도를 실험에 이용하게 된다.
이후 코어 주입 수행 실험 시 폴리머 주입 전,후 총 2회에 걸쳐 15ppm의 stilbene을 코어에 주입하여 시간에 따라 공극을 통해 배출되는 stilbene의 흡광도를 측정하여 검량선에 대입, 농도를 추론하게 된다. 폴리머의 정체에 의해 공극의 유동통로가 감소, 주입 시 설정한 stilbene의 농도가 배출부에서 검출되는 시간은 폴리머 주입전의 시간보다 줄어드는 바, 이러한 폴리머 주입 전,후의 시간 차이를 이용하여 코어(1) 내 유동통로의 공극감소 변화율을 정량적으로 분석한다.
본 발명은 구성요소들을 제어하기 위한 컨트롤러(60), 구성요소들을 조작하기 위한 조작패드, 코어(1)의 압력과 온도 조건, 오일과 물의 주입량, 제1 내지 제3폴리머의 주입량, 오일과 물의 생산량 등의 데이터를 보이기 위한 디스플레이(70)가 갖추어진다.
컨트롤러(60)는 전술한 구성요소들을 제어하여 코어(1)를 설정한 환경으로 유지하고, 오일과 물의 생산량 등을 분석 및 비교하여 데이터를 디스플레이(70)에 표시한다.
본 발명에 의한 지층수 차단을 위한 폴리머 순차적 주입 공정 시뮬레이션 방법은 다음과 같다.
1. 코어(1)의 공극률 확인.
본 발명에 의한 폴리머의 흡착 등의 정체에 따른 물과 오일의 유체투과율의 변화를 확인하기 위해서는 먼저 코어(1)의 유효 공극률을 확인할 필요가 있으며, 이는 공지된 장비와 기술을 통해 확인 가능하므로 구체적인 확인 방법에 대해서는 생략하기로 한다. 예를 들어, 3wt% NaCl 염수를 이용하여 코어(1)를 100% 포화 후 건조기에 넣어 공극률 측정하였고, 3wt% NaCl 염수로 재차 코어(1)를 포화시킨 후 절대유체투과율을 측정하였다.
코어(1)의 유효 공극률을 컨트롤러(60)에 입력하며, 컨트롤러(60)는 입력값을 저장한다.
코어(1)는 공극에 물을 충진시켜 준비한다. 왜냐하면, 하기에서 오일을 주입하기 전에 지층을 모사하기 위함이다.
2. 코어(1) 거치.
코어 홀더(10)의 제1,2엔드 플러그(40-1,40-2) 중 어느 하나 또는 모두를 코어 홀더(10)에서 분리한 후, 코어(1)를 코어 홀더(10) 내부에 삽입한다. 코어(1)는 제1 내지 제5압력센서(P1,P2,P3,P4,P5)에 의해 감지된 압력값의 신뢰도를 위하여 설정 위치에 삽입되어야 하며, 제1,2엔드 플러그(40-1,40-2)의 위치 조절 등을 통해 코어(1)를 설정 위치에 셋팅한다. 코어(1)의 삽입 시 가압 슬리브(20)는 탄성 변형되어 코어(1)의 둘레부에 기밀 및 수밀하게 밀착되며, 따라서, 오일과 물 및 폴리머는 코어 홀더(10) 외부로 누출되지 않고 유동통로를 따라 축방향으로만 유동하게 된다.
3. 코어 셋팅.
코어(1)의 셋팅이 완료되면 코어 홀더(10) 내부 즉 코어(1)의 압력과 온도를 실제 지층과 동일한 조건으로 셋팅하며, 도면에 도시되지는 않았지만 코어 홀더(10) 내부와 연통하는 물공급관을 통해 코어 홀더(10) 내부에 물을 공급한다. 물이 공급되면 가압 슬리브(20)가 탄성 변형되면서 코어(1)를 가압하게 되어 코어(1)를 지층과 동일한 압력으로 셋팅할 수 있고, 또한 축방향 양측의 제1,2엔드 플러그(40-1,40-2)측도 봉압펌프에 의해 가압되어 코어(1)를 지층과 동일한 압력으로 셋팅한다. 제1 내지 제5압력센서(P1,P2,P3,P4,P5)는 실시간으로 압력을 검출하며, 조작패드를 통해 압력을 미리 설정하여 설정 압력이 유지되도록 할 수 있다.
또한, 히팅재킷(30)을 가열하여 코어 홀더(10)를 통해 코어(1)의 온도를 지층과 동일한 온도로 모사한다. 온도센서(T1)는 실시간으로 온도를 검출하며, 온도를 설정함으로써 코어(1)의 온도가 설정 온도를 유지하도록 한다.
지금까지는 코어(1)의 압력과 온도 조건만을 지층과 동일한 환경으로 셋팅한 것이며, 코어(1)의 유통통로에 오일과 물을 주입하여 오일과 물이 공존하는 지층을 구현한다.
펌프(7)를 이용하여 오일 탱크(2)와 물 탱크(3)에 저장된 오일과 물을 주입한다. 오일과 물의 주입 방법은 다양하며, 예를 들어 오일과 물을 혼합한 혼합체를 주입하는 방법, 오일과 물을 각각 정해진 비율로 주입하는 방법이 가능하고, 또한, 오일 탱크(2)와 물 탱크(3)에 정해진 양의 오일과 물을 저장하고 오일 탱크(2)의 오일을 펌핑하여 오일이 물 탱크(3)를 경유함으로써 물 탱크(3)에 저장된 물을 밀고 코어(1)에 주입되도록 하는 방법 등도 가능하다.
하나의 펌프를 이용하여 오일, 물, 폴리머를 주입하도록 구성된 경우, 오일과 물의 주입 시에는 펌프(7)와 제1 내지 제3폴리머 탱크(4,5,6)를 연결하는 배관을 폐쇄하고, 폴리머의 주입 시에는 오일 탱크(2)와 물 탱크(3)를 폐쇄하고, 오일과 물의 생산시에는 코어 홀더(10)와 제1 내지 제3폴리머 탱크(4,5,6)를 폐쇄한다.
오일과 물은 예를 들어 제1엔드 플러그(40-1)를 통해 코어(1)에 주입되며, 제2역압력 조절기(50-2)의 개도를 조절하여 오일과 물의 주입 압력을 조절한다.
오일과 물이 코어(1)에 주입됨으로써 코어(1)가 실제 지층과 동일한 조건으로 셋팅된다.
본 공정은 코어(1)에 오일과 물을 주입하는 방법을 설명한 것이며, 하기의 4. 물과 오일의 유체투과도 측정 공정을 통해 오일과 물의 주입은 명확해진다.
4. 물과 오일의 유체투과도 측정.
물과 오일의 유체투과율의 측정을 위해 오일과 물을 순서대로 제1엔드 플러그(40-1)를 통해 코어(1)에 주입하면, 코어(1) 내부에 100% 채워져 있는 물이 오일의 주입에 의해 밀려 나가 도면 기준 좌측에서 우측으로 유동하여 제2엔드 플러그(40-2)를 통해 배출된다. 이에 따라 물이 더 이상 흐르지 않는 공극의 최소한도의 물만 포화된 정상상태에서 오일의 유효 유체투과율을 측정 하게 된다. 이후 반대로 오일로 대부분이 포화되어 있는 코어에 물만 주입하여 오일이 최소한으로 포화되어 있는 상태를 만든 후 물의 유효 유체 투과율을 측정하게 된다. 여기서 측정된 물과 오일의 유체투과도는 폴리머 주입 이후 다시 측정하게 될 물과 오일의 측정값과 비교하게 되며, 결과적으로 물과 오일의 생산성을 추론하게 된다.
오일과 물의 생산 시에는 제1역압력 조절기(50-1)를 통해 생산 압력을 조절할 수 있다.
오일과 물의 유체투과도는 각각 하기의 식을 통해 구할 수 있다.
물의 유체투과도
[수학식 1]
Figure 112010084595736-pat00001
(Qw : 물의 유량, Kw : 물의 유체투과도, Mw : 물의 점성도, ΔP : 코어의 입구측 압력(P1)과 출구측 압력(P2)의 차이, A : 코어의 단면적, L : 코어의 길이)
오일의 유체투과도
[수학식 2]
Figure 112010084595736-pat00002
(Qo : 오일 유량, Ko : 오일의 유체투과도, Mo : 오일의 점성도, ΔP : 코어의 입구측 압력(P1)과 출구측 압력(P2)의 차이, A : 코어의 단면적, L : 코어의 길이)
5. 폴리머 주입.
폴리머의 주입에 따른 흡착 등의 정체에 의한 물생산성 감소 및 이에 따른 오일생산성 증가 등의 효과를 검증하기 위하여 코어(1)에 폴리머를 주입한다. 펌프(7)를 통해 제1 내지 제3폴리머 탱크(4,5,6)에 저장된 제1 내지 제3폴리머를 주입하되, 농도가 낮고 분자량이 작은 제1폴리머를 먼저 주입하고 제2폴리머와 제3폴리머를 순차적으로 주입한다. 제1 내지 제3폴리머의 농도와 분자량 및 주입량을 다양하게 변화하여 다양한 조건 하에서 물과 오일의 유체투과도 변화 및 폴리머의 정체를 확인할 수 있으므로 분자량과 농도 및 주입량에 대해서는 구체적인 수치로 한정하지 않는다.
제1 내지 제3폴리머가 순차적으로 주입됨에 따라 코어(1)의 유동통로(공극)의 내면에는 제1폴리머층 - 제2폴리머층 -제3폴리머층이 차례로 형성된다. 제1 내지 제3폴리머층이 층상구조인 것으로 설명하였으나 유동통로의 특성상 제1폴리머에 의해 막히는 단면적, 제2폴리머에 의해 막히는 단면적, 제3폴리머에 의해 막히는 단면적이 있으며, 따라서, 유동통로의 단면적에 따라 제1폴리머층만 형성되거나 제1,2폴리머층이 형성되거나 제1 내지 제3폴리머층 모두가 형성될 수 있다. 이 과정에서 제1 내지 제3폴리머의 분자의 크기보다 작은 단면적의 유동통로는 막히게 된다.
6. 물과 오일의 유체투과도 측정.
전술한 4. 물과 오일의 유체투과도 측정 시와 동일한 방법으로 물과 오일을 코어(1)에 주입하여 코어(1)에 있는 오일과 물의 생산을 통해 유체투과도를 측정한다. 여기서 유체의 흐름의 방향은 전술한 4. 의 물과 오일을 주입방향과 반대방향에서 제2엔드 플러그(40-2)를 통해 코어(1)에 주입하면, 코어(1) 내부에 있는 오일과 물이 도면 기준 우측에서 좌측으로 유동하여 제1엔드 플러그(40-1)를 통해 배출된다.
컨트롤러(60)는 측정된 오일과 물의 유체투과도를 검출하여 폴리머를 주입하지 않을 때의 유체투과도와 비교함으로써 폴리머의 정체에 의한 물생산성 및 오일생산성의 변화를 확인할 수 있다.
<실시예>
1. 코어
하나의 코어에 단일 폴리머를 주입하고, 폴리머를 순차 주입하여 오일과 물의 유체투과도를 구할 수도 있으나, 단일 폴리머를 주입한 후 폴리머를 순차 주입하기 위하여 코어를 초기화하는 것이 어려울 수 있고, 시험 결과치의 신뢰도가 떨어질 수 있으므로 분자량과 농도가 서로 다른 단일 폴리머 2개와 3개의 폴리머를 순차주입하기 위한 코어를 각각 다른 것으로 선택하였다.
코어(1)의 유체투과도는 682.15md, 822.56md, 893.11md인 것을 선택하였다.
2. 폴리머.
분자량 500,000인 Alcoflood 254S, 분자량이 4,500,000인 Alcoflood 955를 사용하되, 3개의 폴리머를 순차 주입하기 위하여 2개의 폴리머의 농도를 다음과 같이 달리하여 3개의 폴리머를 만들었다.
- 2,000 ppm Alcoflood 254S
- 2,000 ppm Alcoflood 955
- 4,000 ppm Alcoflood 955
하기의 표 1에서 보이는 바와 같이, 3개의 폴리머를 순차 주입하는 코어는 유체투과도가 682.15인 것을, 단일 폴리머(4,000 ppm Alcoflood 955, 2,000 ppm Alcoflood 955)를 주입하는 코어는 유체투과도가 각각 822.56, 893.11인 것을 사용하였다.
본 실시예에 의한 공정을 먼저 간략히 설명하면 다음과 같다.
1. 공극률 측정
3wt% NaCl 염수를 이용하여 100% 포화 후 건조기에 넣어 공극률 측정.
2. 절대유체투과율 측정
3wt% NaCl 염수로 재차 포화 시킨 후 정상상태에서 절대유체투과율 측정.
3. 오일주입.
정상 상태시까지 오일을 주입하며 10공극부피(pore volume) 이상 주입 후 원시수포화도에서의 오일의 유효유체투과율 측정.
4. Stilbene을 이용한 추적자 실험 수행.
지용성 화학제인 Stilbene을 포함하지 않은 오일이 공극에 채워져 있으므로, 이후 stilbene (15 ppm)을 포함한 오일을 2공극부피 주입 후 배출구를 통해 나오는 오일을 분광광도계를 이용하여 흡광도 측정 후 검량곡선을 이용하여 농도 계산.
실험 수행 전 Stilbene의 표준샘플을 활용하여 Calibration curve를 그린 후 실험 수행 시 적용.
5. 염수주입.
정상상태시 까지 3wt% NaCl 염수주입하며 10공극부피 이상 주입 후 잔류오일포화도에서의 물의 유효유체투과율 측정.
6. 폴리머 주입.
가. 순차적주입법의 경우
2,000 ppm Alcoflood 254s(분자량: 50만)를 1.2공극부피 주입 - 2,000 ppm Alcoflood 955(분자량: 450만)를 0.8공극부피 주입 - 4,000 ppm Alcoflood 955(분자량: 450만)를 0.5공극부피를 순차적으로 단일의 코아에 대하여 주입.
나. 단일주입법의 경우
하기의 폴리머를 이용하여 각각의 단독 실험에 대하여 적용
- 2,000 ppm Alcoflood 955(Mw: 450만)을 2.5PV 주입
- 4,000 ppm Alcoflood 955(Mw: 450만)을 2.5PV 주입
7. 염수 주입.
폴리머주입 이후 염수의 유효 유체투과율 측정
주입(inlet)과 토출(outlet)을 바꾸어 지층유체의 생산정으로의 유동을 모사 정상 상태시까지 주입하며 10공극부피 이상 주입이후 물의 유효유체투과율 측정.
8. 오일 주입.
폴리머주입 이후 오일의 유효 유체투과율 관찰
10공극부피 이상 오일을 주입하여 정상상태에서의 오일의 유효유체투과도 측정
9. Stilbene을 이용한 추적자 실험 수행.
stilbene (15 ppm)을 포함한 오일을 2공극부피 주입 후 배출구를 통해 나오는 오일을 분광광도계를 이용하여 흡광도 측정 후 검량곡선을 이용하여 농도 계산
폴리머 주입 전에 수행하였던 추적자실험의 결과와 비교하여 유효공극률의 변화율 측정.
이하는 2차에 걸친 테스트를 하기 위한 것이다.
10. 염수 주입.
폴리머주입 이후 염수의 유효유체투과율 측정
정상 상태시까지 주입하며 10공극부피 이상 주입이후 물의 유효유체투과율 측정
11. 오일 주입.
10공극부피 이상 오일을 주입하여 정상상태에서의 오일의 유효유체투과율 측정
하기의 [표1]은 순차적 주입법과 비교실험을 한 결과 표이다.
[표1]
Figure 112010084595736-pat00003
Abs.Perm.(md)는 코어의 절대 유체투과도이며, Oil Perm.(md)는 오일의 유체투과도이고, Water Perm.(md)는 물의 유체 투과도이다.
폴리머 주입 이후 총 2차례에 걸쳐 오일과 물의 주입 시험을 통해 유체투과도를 측정 하였으며, 이는 공극 내부에 흡착 등의 정체에 의한 폴리머의 지속성을 통한 공법의 적합성을 확인하기 위함이다. 표 1에서 보이는 것처럼, 폴리머의 주입 전후에서 오일과 물의 유체투과도가 달라진 것을 확인할 수 있고, 또한, 1차 주입과 2차 주입에 따른 오일과 물의 유체투과도도 달라진 것을 확인하였다.
하기의 [표2]는 순차적 주입법 및 단일 주입법 이용 시 Residual Resistance Factor 변화 표이다.
[표1]은 유체투과도가 서로 다른 코어를 사용함에 따라 단일 폴리머를 주입하는 것과 다수의 폴리머를 순차 주입하는 것을 비교하는 것이 어려울 것이며, 하기의 [표2]를 통해 폴리머의 순차 주입이 단일 폴리머 주입보다 효과적임을 확인하였다.
[표2]
Figure 112010084595736-pat00004
Frrw=Kbefore,water/Kafter,water 이며, Frro=Kbefore,oil/Kafter,oil 이다.
Residual Resistance Factor의 숫자 1,2 는 각각 폴리머 주입 이후 물과 오일 주입 사이클을 의미한다.
하기의 [표3]은 순차적 주입법 및 단일 주입법 이용 시 각 공법의 효과를 비교한 것이다.
Figure 112010084595736-pat00005
표 2와 표 3을 통해서 알 수 있듯이, 3개의 폴리머를 순차 주입하는 것이 단일 폴리머를 주입하는 것보다 오일과 물의 유체투과율 면에서 효율적인 것을 알 수 있다.
이상의 실시예를 통해 폴리머의 주입 전후, 단일 폴리머 주입과 분자량과 농도가 다른 폴리머의 순차적 주입에 오일과 물의 유체 투과도를 확인함으로써 순차적 주입 방법이 효과적인 것을 확인하였으며, 이를 뒷받침하는 다른 근거로서 추적자 시험을 하였다.
하기의 [표4]는 순차적 주입법 및 단일 주입법 이용 시 추적자 실험을 통한 유효 공극률 변화율을 정량화 한 것이다. 추적자 시험은 단일 폴리머와 순차적 폴리머를 각각 주입하기 전에 추적자를 통과시켜 얻은 시간 데이터를 근거로 하여 유효공극률을 산출하고, 단일 폴리머와 순차적 폴리머를 각각 주입한 후 추적자를 통과시켜 얻은 시간 데이터를 근거로 하여 유효공극률을 산출하여, 폴리머 주입 전후 유효공극률의 변화율을 보인 것이다.
[표4]
Figure 112010084595736-pat00006
표 4에서 알 수 있듯이 단일 폴리머를 주입할 때보다 서로 다른 분자량과 농도의 폴리머를 순차 주입할 때 코어의 유효공극률이 더 크게 감소하였음을 확인하였다.
1 : 코어, 10 : 코어 홀더
20 : 가압슬리브, 30 : 히팅재킷
40-1,40-2 : 제1,2엔드플러그, 50-1,50-2 : 제1,2역압력조절기
60 : 컨트롤러, 70 : 디스플레이
80 : 분광광도계,

Claims (11)

  1. 오일을 포함하는 유체가 흐르는 유동통로가 구비된 입체 구조의 코어(1)가 내부에 밀폐 수용되는 코어 홀더(10)와;
    상기 코어 홀더의 내부에 수용된 코어의 압력과 온도를 조절하는 압력조절수단 및 온도조절수단과;
    상기 코어 홀더의 내부에 수용된 코어의 압력과 온도를 검출하는 압력센서 및 온도센서와;
    상기 코어의 축방향 양측에 각각 연결되며 상기 코어 홀더의 내부에 수용된 코어에 오일, 물, 서로 다른 농도와 분자량의 폴리머를 주입하는 주입수단과;
    상기 주입수단을 통해 상기 코어의 유동통로를 통과한 오일과 물의 유체투과도를 검출 하는 컨트롤러(60)를 포함하며, 이에 의하여, 상기 코어에 오일과 물을 주입하여 실제 유전지대를 모사하고 서로 다른 농도와 분자량의 폴리머를 다단주입한 후 상기 코어에 있는 오일과 물을 생산하여 상기 폴리머의 주입 전후의 유체투과도를 비교 분석 및 디스플레이(70)를 통해 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 지층수 차단을 위한 폴리머 순차적 주입 공정 시뮬레이션 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 코어 홀더는 축방향의 양측이 제1,2엔드플러그(40-1,40-2)를 통해 밀폐되며, 상기 제1,2엔드플러그는 상기 주입수단과 유체 연통 가능하게 연결되어 상기 오일과 물 및 서로 다른 농도와 분자량의 폴리머가 축방향을 따라 유동하도록 안내하는 것을 특징으로 하는 지층수 차단을 위한 폴리머 순차적 주입 공정 시뮬레이션 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 코어 홀더의 내부에 삽입되며 외력에 의해 탄성 변형하면서 상기 코어의 둘레부에 밀착되어 상기 코어를 고정 및 밀폐하는 가압 슬리브(20)를 포함하는 것을 특징으로 하는 지층수 차단을 위한 폴리머 순차적 주입 공정 시뮬레이션 장치.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 압력조절수단은 봉압용 펌프, 상기 봉압용 펌프와 상기 코어 홀더를 유체 연통 가능하게 연결하며 상기 봉압용 펌프에 의해 펌핑되는 유체를 매개로 하여 상기 가압 슬리브를 가압하도록 하는 가압관을 포함하는 것을 특징으로 하는 지층수 차단을 위한 폴리머 순차적 주입 공정 시뮬레이션 장치.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 온도조절수단은, 열원, 상기 코어 홀더의 둘레부에 결합되며 상기 열원의 열을 통해 상기 코어 홀더의 온도를 조절하는 히팅재킷(30)을 포함하는 것을 특징으로 하는 지층수 차단을 위한 폴리머 순차적 주입 공정 시뮬레이션 장치.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 제1,2엔드플러그에 각각 설치되며 상기 코어를 따라 흐르는 오일과 물 및 폴리머의 압력을 조절하는 역압력조절기(50-1,50-2)가 포함되는 것을 특징으로 하는 지층수 차단을 위한 폴리머 순차적 주입 공정 시뮬레이션 장치.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 오일에 용해되는 추적자를 상기 오일에 혼합하여 상기 코어에 주입하고, 배출되는 추적자의 농도 변화를 검출하여 상기 폴리머 주입 전후의 공극감소의 변화율을 측정하는 분광광도계(UV-Vis Spectrophotometer)(80)가 포함되는 것을 특징으로 하는 지층수 차단을 위한 폴리머 순차적 주입 공정 시뮬레이션 장치.
  8. 청구항 6에 있어서, 상기 주입수단은, 각각 오일과 물 및 서로 다른 농도와 분자량의 폴리머가 저장되며 상기 제1,2엔드플러그와 각각 유체 연통 가능하게 연결되는 탱크(2,3,4,5,6), 상기 탱크에 저장된 오일과 물 및 서로 다른 농도와 분자량의 폴리머를 상기 코어 홀더에 주입하는 펌프를 포함하는 특징으로 하는 지층수 차단을 위한 폴리머 순차적 주입 공정 시뮬레이션 장치.
  9. 내부에 공극이 형성된 코어의 유효공극률을 검출하고, 상기 코어를 외부와 밀폐 및 온도와 압력을 지층 조건으로 조성하는 제1단계와;
    상기 제1단계를 통해 준비한 코어에 주입할 오일, 물, 폴리머를 각각 준비하는 제2단계와;
    상기 제1단계에서 준비한 코어에 오일과 물을 순차적으로 주입하여 오일의 유체투과도와 물의 유체투과도를 각각 산출하는 제3단계와;
    상기 제3단계 이후 상기 코어에 폴리머를 주입하는 제4단계와;
    상기 제4단계에 의해 공극에 폴리머가 흡착된 코어에 물과 오일을 순차적으로 주입하여 물의 유체투과도와 오일의 유체투과도를 각각 산출하는 제5단계와;
    상기 제3단계와 제5단계를 통해 각각 산출한 오일의 유체투과도와 물의 유체투과도를 비교하는 제6단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지층수 차단을 위한 폴리머 순차적 주입 공정 시뮬레이션 방법.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 제3단계와 제5단계에서는 오일의 유체투과도를 각각 산출한 후 상기 코어에 지용성 추적자를 통과시켜 폴리머 주입 전후에서 추적자의 통과시간을 근거로 하여 유효공극률을 각각 산출하여 유효공극률의 변화를 측정하는 것을 특징으로 하는 지층수 차단을 위한 폴리머 순차적 주입 공정 시뮬레이션 방법.
  11. 청구항 9 또는 청구항 10에 있어서, 상기 제4단계에서는 단일 폴리머를 주입하고, 분자량과 농도가 서로 다르며 분자량이 작고 농도가 낮은 폴리머를 분자량이 크고 농도가 높은 순으로 순차적으로 주입하고, 상기 제5단계에서는 폴리머의 단일 주입과 순차적 주입에 따른 물과 오일의 유체투과도를 각각 산출하는 것을 특징으로 하는 지층수 차단을 위한 폴리머 순차적 주입 공정 시뮬레이션 방법.
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