KR101217735B1 - Apparatus for formation of solid matter from oil - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 석유 생산의 효율성 제고를 위한 연구장치로서, 특히 저류층으로부터 생산된 석유가 유동하는 파이프 라인의 유동성 저하를 일으키는 고형물 생성과 관련된 연구를 수행할 수 있는 고형물생성유도장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a solids production induction device capable of conducting a study related to solids that causes a decrease in the fluidity of a pipeline through which petroleum produced from a reservoir flows.
최근 석유, 천연가스의 생산 영역이 육상이나 천해로부터 극지나 심해로까지 확장되면서 석유의 생산 환경에 많은 변화가 나타났으며, 특히 석유의 생산성과 관련하여 유동안정성 문제가 중요한 문제로 대두되고 있다. Recently, as the production area of petroleum and natural gas has expanded from the land or the shallow sea to the polar or deep sea, many changes have occurred in the production environment of petroleum.
즉, 석유 생산시설에서는 저류층으로부터 지상(또는 해상)까지 석유를 펌핑 및 이송하기 위한 파이프라인이 설치되는데, 심해나 극지의 경우 이 파이프라인이 저온의 환경에 노출된다. 이에 저류층으로부터 생산된 석유는 저온의 파이프라인을 통과하면서 석유 중의 파라핀 성분 등이 고형물로 석출되어 파이프라인의 내벽에 집적된다. 이렇게 고형물이 파이프라인의 내면에 집적되게 되면, 석유의 유동 단면적이 좁아지므로 생산성이 저하되는 문제점이 발생한다. In other words, in oil production facilities, pipelines are installed for pumping and transporting oil from the reservoir to the ground (or offshore). In deep seas and in the polar regions, these pipelines are exposed to low temperatures. As a result, the petroleum produced from the reservoir layer passes through the low temperature pipeline, and the paraffin component of the petroleum precipitates as a solid and is accumulated on the inner wall of the pipeline. When the solids are accumulated on the inner surface of the pipeline, the flow cross-sectional area of the petroleum narrows, which causes a problem of lowering productivity.
이에 따라, 파이프라인의 고형물을 제거하기 위해서 왁스억제제를 파이프라인에 주입하거나 피깅(pigging)을 하여 파이프라인 내 집적된 고형물을 직접 제거하거나, 고온의 유체를 주입하는 등의 유지관리를 수행해야 하므로 많은 손실이 발생하게 된다.Accordingly, in order to remove the solids of the pipeline, it is necessary to perform maintenance such as directly injecting a wax inhibitor into the pipeline or pigging to remove the solids accumulated in the pipeline, or injecting a high temperature fluid. There will be a lot of losses.
더욱이, 상기한 바와 같이 고형물을 제거하는 작업을 수행하기 위해서는 석유의 생산을 중단하여야 하므로 석유생산에 있어서 막대한 손실이 발생할 수밖에 없다. Moreover, since the production of petroleum must be stopped in order to perform the operation of removing the solids as described above, there is inevitably enormous loss in petroleum production.
이에 석유생산시설이 극지나 심해와 같이 기존의 환경과 다른 다양한 환경에 설치되었을 때 파이프라인의 유동성에 대한 연구, 특히 다양한 조건 및 환경에 따라 석유로부터 고형물이 석출되는 거동에 대한 연구가 정량적으로 이루어질 필요가 있다. 그러나 이러한 연구를 뒷받침할 수 있는 실험장비 또는 연구장비에 대한 개발은 아직 미비한 실정이다. Therefore, when oil production facilities are installed in various environments different from the existing ones, such as the polar and deep seas, research on the fluidity of pipelines, in particular, the behavior of precipitation of solids from petroleum under various conditions and environments is quantitative. There is a need. However, the development of experimental equipment or research equipment that can support such research is still inadequate.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 다양한 조건과 환경에서 석유생산시설의 파이프라인의 유동성, 특히 다양한 조건에 따라 석유로부터 고형물이 생성되는 양을 정량적으로 연구할 수 있는 고형물생성유도장치를 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been made to solve the above problems, a solid production induction apparatus that can quantitatively study the fluidity of the pipeline of the petroleum production facility under various conditions and environments, in particular the amount of solids generated from the oil according to various conditions The purpose is to provide.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고형물생성유도장치는, 석유를 포함하는 실험유체를 밀폐하여 수용할 수 있도록 수용부가 형성되어 있는 실험조, 상기 실험조를 가열하여 상기 실험조 내의 실험유체의 온도를 조절하기 위한 가열유닛, 상기 실험조 내의 실험유체와 접촉하도록 설치되며, 상기 실험조 내의 실험유체로부터 고형물이 석출될 수 있도록 상기 실험유체의 온도보다 상대적으로 낮은 온도로 유지되는 석출봉 및 상기 석출봉의 온도를 조절하기 위한 냉각유닛을 구비하는 것에 특징이 있다. Solid production induction device according to the present invention for achieving the above object, the experimental tank in which the receiving portion is formed to be sealed to accommodate the experimental fluid containing petroleum, by heating the experimental tank of the experimental fluid in the experimental tank Heating unit for adjusting the temperature, and installed to contact with the experimental fluid in the experimental tank, the precipitation rod and the temperature that is maintained at a temperature relatively lower than the temperature of the experimental fluid so that the solid precipitates from the experimental fluid in the experimental tank and the It is characterized by including a cooling unit for controlling the temperature of the precipitation rod.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 가열유닛은, 상기 실험조를 감싸며 배치되며 가열유체가 유입될 수 있는 유입구와 상기 가열유체가 배출될 수 있는 유출구가 형성되어 있는 가열조와, 상기 유입구와 유출구에 각각 연결되는 유입라인 및 유출라인을 구비하여,상기 유입구를 통해 상기 가열조로 유입된 가열유체와 상기 실험조와의 열교환을 통해 상기 실험조의 온도가 조절된다. In one embodiment of the present invention, the heating unit is disposed surrounding the test tank, the heating tank is formed with an inlet through which a heating fluid can be introduced and an outlet through which the heating fluid can be discharged, and the inlet and the outlet. Each having an inlet line and an outlet line connected to each other, the temperature of the test tank is controlled through heat exchange between the heating fluid and the test tank introduced into the heating tank through the inlet.
또한, 상기 실험조는 상기 수용부가 형성되어 있는 본체부와, 상기 본체부의 상단으로부터 평면방향으로 연장되어 상기 가열조의 개방된 상단을 폐쇄시키는 덮개부를 포함하여 이루어진다. In addition, the test tank includes a main body portion in which the accommodation portion is formed, and a cover portion extending in a planar direction from an upper end of the main body portion to close the open top of the heating bath.
또한, 상기 실험조와 가열조를 결합시키기 위하여 조임캡을 구비하는데, 이 조입캡은 원호형으로 형성되는 제1캡과, 원호형으로 형성되어 일단부는 상기 제1캡의 일단부에 힌지가능하게 결합되며 타단부는 상기 제1캡의 타단부에 분리가능하게 결합된다. 즉, 상기 제1캡과 제2캡이 결합되어 고리형으로 형성되는 상기 조임캡은 상기 가열조의 상부와 상기 덮개부를 함께 감싸며 설치되어 상기 가열조와 상기 실험조가 결합되게 한다. In addition, a coupling cap is provided to couple the experiment tank and the heating tank, and the insertion cap has a first cap formed in an arc shape, and is formed in an arc shape so that one end is hingedly coupled to one end of the first cap. And the other end is detachably coupled to the other end of the first cap. In other words, the first cap and the second cap is coupled to the cap is formed in an annular shape is wrapped around the upper portion of the heating tank and the cover portion is installed so that the heating tank and the test tank is combined.
한편, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 석출봉은 중공형으로 하단부는 막혀 있으며, 상기 냉각유닛은 상기 석출봉에 끼워지며 상기 석출봉의 온도를 유지하기 위한 냉각유체를 상기 석출봉의 내부로 주입시키기 위한 주입관과, 상기 석출봉과 연통되어 상기 냉각유체를 배출시키는 배출관을 구비한다. On the other hand, in one embodiment of the present invention, the precipitation rod is hollow and the lower end is blocked, the cooling unit is fitted to the precipitation rod and for injecting a cooling fluid to maintain the temperature of the precipitation rod into the inside of the precipitation rod And a discharge pipe communicating with the precipitation rod and discharging the cooling fluid.
그리고 상기 주입관은 상기 석출봉에 끼워지되, 하단부는 상기 석출봉의 하부에 배치되며, 상기 배출관은 상기 석출봉의 상부에 배치되어, 상기 냉각유체는 상기 석출봉의 하부로 유입된 후 상기 석출봉의 상부로 배출된다. And the injection tube is fitted to the precipitation rod, the lower end is disposed below the precipitation rod, the discharge pipe is disposed above the precipitation rod, the cooling fluid flows into the lower portion of the precipitation rod to the top of the precipitation rod Discharged.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 실험조 내의 실험유체를 교반하기 위한 교반유닛을 더 구비하며, 상기 교반유닛은 상기 실험조 내에 배치되는 자석체와, 상기 실험조의 하단에 배치되며 자력을 이용하여 상기 자석체를 유동시키는 마그네틱 교반기를 포함하여 이루어질 수 있다. In addition, in one embodiment of the present invention, further provided with a stirring unit for stirring the experimental fluid in the test tank, the stirring unit is a magnet body disposed in the test tank, the lower end of the test tank and the magnetic force It can be made by including a magnetic stirrer to flow the magnet body by using.
본 발명에서는 오일의 온도, 파이프라인의 온도 및 교반속도를 다양하게 변화시켜 가면서 각각의 조건에 따라 오일로부터 고형물이 석출되는 량은 물론 석출되는 왁스의 굳기 등을 정량적으로 파악할 수 있다는 이점이 있다. In the present invention, while varying the temperature of the oil, the temperature of the pipeline and the stirring speed in various ways, there is an advantage in that the amount of solids precipitated from the oil as well as the firmness of the precipitated wax can be quantitatively determined according to the respective conditions.
이러한 정량적 연구에 기초하여 실제 석유생산시설에서 파이프라인의 유동성 문제를 해결할 수 있는 실험적 기초를 제공할 수 있으며, 파이프라인의 유동성 문제를 해결할 수 있는 방안을 제시할 수 있을 것으로 기대된다. Based on these quantitative studies, it is expected to provide an experimental basis for solving the liquidity problems of pipelines in actual oil production facilities and to suggest ways to solve the liquidity problems of pipelines.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고형물생성유도장치의 개략적 분리사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 고형물생성유도장치의 결합된 상태의 사시도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선 개략적 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 고형물생성유도장치가 설치된 사진이다.
도 5는 도 1에 도시된 고형물생성유도장치에서 형성된 고형물이 나타나 있는 사진이다.
도 6 내지 도 9는 도 1에 도시된 고형물생성유도장치를 통한 실험결과가 나타나 있는 표이다. 1 is a schematic exploded perspective view of a solid product induction device according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a perspective view of the combined state of the solid product induction apparatus shown in FIG.
3 is a schematic cross-sectional view taken along line III-III of FIG. 2.
4 is a photograph in which the solid product induction apparatus shown in FIG. 1 is installed.
FIG. 5 is a photograph showing a solid formed in the solid product induction apparatus shown in FIG. 1.
6 to 9 is a table showing the results of the experiment through the solid product induction apparatus shown in FIG.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 고형물생성유도장치에 대하여 더욱 상세히 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in more detail with respect to the solids production apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고형물생성유도장치의 개략적 분리사시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 고형물생성유도장치의 결합된 상태의 사시도이고, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선 개략적 단면도이다. 1 is a schematic exploded perspective view of a solid product induction device according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a perspective view of the combined state of the solid product induction device shown in Figure 1, Figure 3 is a III-III of FIG. Line schematic cross section.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고형물생성유도장치(100)는 오일로부터 고형물이 석출되는 거동을 정량적으로 연구하기 위한 것이다. 1 to 3, the solids
종래기술에서도 설명한 바와 같이, 저류층에서 생산된 석유는 파이프라인을 통해 펌핑되는데, 심해나 극지대와 같이 저온의 환경에서는 석유로부터 고형물이 석출되어 파이프라인의 유동 단면적을 감소시킨다. 파이프라인 단면적의 손실은 생산효율의 저하로 이어지며, 파이프라인의 유지관리에 있어서도 막대한 경제적 손실이 발생하게 된다. As described in the prior art, petroleum produced in the reservoir is pumped through pipelines, where solids are precipitated from petroleum in low temperature environments, such as in deep seas and polar regions, to reduce the flow cross-sectional area of the pipeline. Loss of pipeline cross-sectional area leads to deterioration of production efficiency, and enormous economic loss in the maintenance of pipeline.
석유로부터 석출되는 고형물은 왁스(wax), 아스팔텐(asphaltene), 하이드레이트(hydrate), 스케일(scale) 등이 있다. 이들 중에 왁스는 탄소수가 18~65인 n-alkane, i-alkane, cyclo-alkane으로 구성된 복합체로서 저류층에서는 액체 상태로 있다가 일정 온도(왁스생성온도) 이하의 온도에 노출되면 alkane 일부가 결정화되어 고형물 형태로 석출된다. Solids precipitated from petroleum include waxes, asphaltenes, hydrates, scales, and the like. Among them, wax is a complex composed of n-alkane, i-alkane, cyclo-alkane having 18 to 65 carbon atoms. In the storage layer, it is liquid, but alkane is partially crystallized when exposed to a temperature below a certain temperature (wax forming temperature). Precipitates in solid form.
지금까지 석유로부터 석출되는 왁스 등과 같은 고형물의 생성에는 온도(보다 상세하게는 석유와 파이프라인 사이의 온도구배)와 전단율이 가장 직접적인 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. To date, it is known that temperature (more specifically, the temperature gradient between petroleum and pipeline) and shear rate have the most direct influence on the generation of solids such as waxes precipitated from petroleum.
이에 본 발명에서는 오일로부터 고형물이 석출되는 거동을 정량적으로 파악하기 위해서 온도와 전단율 조건을 다양하게 변화시키면서 오일로부터 고형물이 석출되는 양을 측정할 수 있는 고형물생성유도장치(100)를 개발하였다. Accordingly, in the present invention, in order to quantitatively grasp the behavior of solids precipitated from oil, a solid
상기한 바와 같은 목적으로 개발된 고형물생성유도장치(100)는 실험조(10), 가열유닛, 석출봉(30) 및 냉각유닛을 구비한다. The solid
실험조(10)는 고형물이 석출될 수 있는 실험유체, 즉 오일을 수용하기 위한 것이다. 본 실시예에서 실험조(10)는 본체부(12)와 덮개부(13)를 구비한다. 본체부(12)는 실험유체를 담는 용기로서 그 내측에는 실험유체가 수용되는 수용부(11)가 형성된다. 그리고, 덮개부(13)는 후술할 가열조(21)의 상단을 폐쇄시키기 위한것으로서 본체부(12)의 상단으로부터 평면방향으로 연장형성된다. The
또한 실험조(10)의 수용부(11)를 개폐하기 위한 커버(15)가 마련된다. 커버(15)는 수용부(11)에 끼워져 결합되어 수용부(11)를 밀폐시킨다. 커버(15)의 중앙부에는 후술할 석출봉이 끼워지는 관통공(16)이 형성된다. In addition, a
가열유닛은 실험조(10)에 수용되어 있는 실험유체의 온도를 조절하기 위한 것이다. 즉, 석유생산시설은 그 위치와 조건에 따라 석유가 생산되는 온도도 다양하므로, 실제의 다양한 온도 조건을 재현할 수 있도록 가열유닛은 실험조(10)를 가열한다. 일반적으로는 특정한 온도가 계속적으로 유지되도록 한다. 본 실시예에서는 대략 실험조(10)가 80℃로 항온유지되도록 한다. The heating unit is for controlling the temperature of the experimental fluid contained in the experiment tank (10). That is, since the oil production facilities vary in temperature at which the oil is produced according to its location and conditions, the heating unit heats the
실험조(10)를 가열하기 위한 구체적인 구성은 다양할 수 있는데, 본 실시예에서는 가열유체를 이용한다. 즉, 본 실시예에서 가열유닛은 가열조(21), 유입라인(25) 및 유출라인(26)을 구비한다. Specific configurations for heating the
가열조(21)는 실험조(10) 보다 규격이 큰 용기로서 실험조(10)가 가열조(21) 내에 수용된다. 실험조(10)의 덮개부(13)는 가열조(21)의 개방된 상단부를 막아서 폐쇄시킨다. The
그리고 가열조(21) 내에 수용된 가열유체가 유출되는 것을 방지하도록 실험조(10)의 덮개부(13)와 가열조(21)를 결합시키기 위한 조임캡(50)이 마련된다. 조임캡(50)은 제1캡(51)과 제2캡(52)을 구비한다. 제1캡(51)과 제2캡(52)은 모두 원호형으로 대칭되게 형성되며, 회동핀(53)에 의하여 상호 회동가능하게 결합된다. 즉, 제1캡(51)의 일단부와 제2캡(52)의 일단부는 상호 겹쳐진 상태에서 회동핀(53)에 함께 끼워져 회동가능하다. 그리고 제1캡(51)과 제2캡(52)의 각 자유단부는 상호 접근 및 이격가능하며, 이들이 상호 접근되는 경우 조임캡(50)이 고리형으로 형성된다. In addition, a tightening
제2캡(52)에는 수평방향을 따라 회전가능한 나사봉이 결합되며, 이 나사봉에는 너트(55)가 체결된다. 제1캡(51)과 제2캡에는 나사봉이 일측으로 회전시 끼워질 수 있는 끼움부(56,57)가 마련된다. A screw rod rotatable along the horizontal direction is coupled to the
제1캡(51)과 제2캡(52)이 가열조(21)와 실험조(10)의 덮개부(13)를 함께 감싸고 있는 상태에서, 나사봉이 제1캡(51)과 제2캡(52)의 끼움부(56,57)에 끼워지고 너트(55)를 체결하면 제1캡(51)과 제2캡(52)은 조임캡(50)에 의하여 견고하게 결합된다. 역으로 너트(55)를 풀고 나사봉을 끼움부(56,57)로부터 이탈시키면 제1캡(51)과 제2캡(52)은 상호 분리됨에 따라, 실험조(10)와 가열조(21)도 상호 분리될 수 있다. In the state in which the
그리고 가열조(21)의 상단부와 덮개부(13) 사이에는 오링(17)이 개재되어 가열조와 덮개부 사이를 실링함으로써 가열유체가 유출되는 것을 방지한다. The O-
한편, 가열조(21)에는 내부로 가열유체를 유입시키기 위한 유입구(22)와 가열유체를 가열조(21)로부터 배출시키기 위한 유출구(22)가 형성된다. 유입구(22)가 유출구(23)에 비하여 상부에 배치된다. On the other hand, the
유입구(22)에는 유입라인(25)이 연결되며, 유출구(23)에는 유출라인(26)이 연결된다. 그리고 유입라인(25)과 유출라인(26)은 가열유체를 저장하는 탱크(미도시) 및 펌프(미도시) 등과 연결되어 가열유체가 가열조(21)와 탱크 사이를 순환하도록 구성된다. 물론 가열유체가 저장되는 탱크에는 히터(미도시)가 설치되어 가열유체가 일정한 온도를 유지할 수 있다. 본 실시예에서 가열유체로는 물이 사용된다. 즉, 가열조(21)에 수용되는 가열유체에 의하여 중탕 방식으로 실험조(10) 내의 실험유체가 일정한 온도를 유지한다. An
석출봉(30)은 석유생산시설의 파이프라인을 재현한 것으로서 석출봉(30)은 실험조(10) 내의 오일과 접촉되도록 배치된다. 본 실시예에서 석출봉(30)은 봉 형상으로 이루어져, 'ㅏ'자 형상의 분기관(32)의 하단에 결합되어 커버(15)의 관통공(16)에 삽입된다. 석출봉(30)의 하단부는 실험조(10) 수용부(11)의 하부에 배치된다. The
석출봉(30)의 온도를 왁스생성온도로 유지하기 위하여 냉각유닛이 마련된다. 냉각유닛은 석출봉(30)의 온도를 오일의 온도보다 상대적으로 저온, 본 실시예에서는 대략-20 ~ 25℃ 정도로 유지되게 한다. A cooling unit is provided to maintain the temperature of the
석출봉(30)을 저온으로 유지하기 위한 냉각유닛의 구성은 다양할 수 있으며, 본 실시예에서는 냉각유체를 이용한다. 석출봉(30)은 중공형으로 내부가 비어 있으며, 하단부는 막혀 있다. 주입관(31)은 분기관(32)의 상부로부터 끼워져서 석출봉(30)의 내측으로 삽입된다. 주입관(31)의 하단부는 석출봉(30)의 하부에 위치한다. The configuration of the cooling unit for maintaining the
주입관(31)에는 냉각유체를 공급하기 위한 주입라인(36)이 연결되어 주입관(31)을 통해 냉각유체를 석출봉(30)의 내부로 공급한다. 그리고 주입관(31)의 외주면과 석출봉(30)의 내주면 사이에는 냉각유체가 유동할 수 있는 유로(37)가 형성되며, 이 유로(37)는 분기관(32)의 중간에 형성된 배출관(38)과 연통된다. 주입라인(35) 및 주입관(31)을 통해 석출봉(30)의 하단부로 유입된 냉각유체는 유로(37)를 통해 상방으로 이동하여 배출관(38)으로 배출된다. 냉각유체가 유로(37)를 지나가는 과정에서 석출봉(30)과 열교환을 통해 석출봉(30)을 저온으로 냉각시킨다. The
배출관(38)에는 냉각유체가 저장되는 저장탱크(미도시)를 연결하는 배출라인(36)이 마련된다. 냉각유체 저장탱크(미도시), 주입라인(36) 석출봉(30)이 내부 및 배출라인(36)은 펌프(미도시) 등에 의하여 구동력을 제공받아 순환경로를 형성한다. 물론 저장탱크에는 냉각유체를 저온으로 유지하기 위한 냉각장치가 설치된다. The
상기한 바와 같이, 실험조(10) 내의 오일은 가열유닛에 의하여 고온으로 유지되며, 석출봉(30)은 냉각유닛에 의하여 왁스생성온도 이하의 저온으로 유지되면 오일로부터 왁스 등 고형물이 석출되면서 석출봉(30)의 외주면에 집적된다. 고형물이 석출되면 고형물을 수거하여 그 양을 산출할 수 있다. As described above, the oil in the
본 발명에서는 가열유닛과 냉각유닛을 이용하여 오일의 온도와 석출봉의 온도를 다양하게 변화시켜 가면서 오일로부터 고형물이 석출되는 조건과 고형물의 석출량에 대한 정량적 연구를 수행할 수 있다. In the present invention, by varying the temperature of the oil and the temperature of the precipitation rod by using the heating unit and the cooling unit can be carried out quantitative studies on the conditions of precipitation of solids and the amount of solids precipitated from the oil.
한편, 고형물 석출에 있어서 또 다른 직접적 인자인 전단율과 관련된 석출 거동을 파악하기 위하여, 본 실시예에서는 교반유닛을 구비한다. 교반유닛은 자석체(61)와 마그네틱 교반기(62)로 이루어진다. 마그네틱 교반기(62) 및 자석체(61)는 공지의 구성으로서, 실험조(10)와 가열조(21)는 마그네틱 교반기(62) 위에 놓여지며, 자석체(61)는 실험조(10)의 수용부(11) 내에 배치된다. 마그네틱 교반기(62)는 일종의 전자석으로, 자력에 의하여 수용부(11) 내의 자석체(61)를 유동시킴으로써 오일을 교반하게 된다. 자석체(61)가 마그네틱 교반기(62)에 의하여 회전하는 속도(rpm)에 따라 원유로부터 석출되는 고형물의 양을 정량적으로 파악할 수 있다. On the other hand, in order to grasp the precipitation behavior associated with the shear rate which is another direct factor in solids precipitation, in this embodiment, a stirring unit is provided. The stirring unit consists of a
상기한 구성으로 이루어진 고형물생성유도장치(100)의 실물 사진이 도 4 및 도 5에 나타나 있다. 도 4는 도 1에 도시된 고형물생성유도장치가 설치된 사진이며, 도 5는 도 1에 도시된 고형물생성유도장치에서 형성된 고형물이 나타나 있는 사진이다.A real picture of the solids
도 4 및 도 5에 도시된 장치를 이용하여 오일로부터 왁스를 석출하는 실험을 수행하였다.Experiments were performed to precipitate wax from oil using the apparatus shown in FIGS. 4 and 5.
실험에 사용한 석유의 pour point는 ASTM D97-09을 적용한 결과 10℃였으며, 밀도측정법으로 측정한 밀도는 20.1API°이었고, 점도는 Brookfield사의 R/S Plus CC Rheometer를 이용하여 온도 25℃, 전단율 10-1 조건으로 측정한 결과 1328cp이었다. 시차주사열량기를 이용하여 결정화작용으로 인해 열출입이 변하는 온도와 석유의 점도가 크게 변하는 온도를 측정한 결과 32.963℃였으며, 이 온도를 왁스생성온도로 간주하였다. The pour point of the petroleum used in the experiment was 10 ℃ according to ASTM D97-09, the density measured by the density measurement method was 20.1API °, and the viscosity was 25 ℃, the shear rate using the Brookfield R / S Plus CC Rheometer. It was 1328cp when measured on 10 <-1> conditions. The differential scanning calorimeter measured the temperature at which heat entry and exit change due to crystallization and the temperature at which the viscosity of petroleum changed significantly was 32.963 ℃, and this temperature was regarded as the wax production temperature.
왁스생성온도가 상온보다 높게 나타났기 때문에 분석대상 석유에 대한 석출거동 실험을 하기에 앞서 실험조에 넣고 80℃로 가열하여 이미 석출된 고형물을 모두 용해시킨 후, 가열조의 온도, 석출봉의 온도 및 교반속도를 6시간 정도 일정하게 유지시켜 왁스의 석출실험을 수행하였다. 왁스가 석출봉에 석출되는 것을 육안으로 확인하였으며, 왁스를 수거하여 질량을 측정하고 HTGC(High Temperature Gas Chromatography)인 Agilent 7890A를 이용하여 성분 분석하였다. Since the wax formation temperature was higher than room temperature, before the precipitation behavior test for the petroleum to be analyzed, put it in a test tank and heat it to 80 ° C to dissolve all the solids that had already been precipitated. The precipitation experiment of wax was performed by keeping constant about 6 hours. It was visually confirmed that the wax precipitated on the precipitation rod. The wax was collected, the mass was measured, and the component was analyzed by using Agilent 7890A, which is HTGC (High Temperature Gas Chromatography).
그리고 오일의 온도, 석출봉의 온도 및 교반속도를 변경하면서 상기한 과정의 실험을 반복하여 데이터를 축적하였으며, 그 결과가 도 6 내지 도 9의 표에 나타나 있다. And the experiment of the above process was repeated while changing the temperature of the oil, the temperature of the precipitation rod and the stirring speed, and the data were accumulated, and the results are shown in the tables of FIGS. 6 to 9.
도 6 및 도 7에 나타난 실험결과는 교반속도는 변화시키지 않은 상태에서 온도구배(석출봉과 원유의 온도차)만을 변화시킨 것이다. 석출봉 표면에 왁스입자들 사이의 공극에 왁스가 되지 못한 석유가 들어 있는 왁스 고형물이 집적되었음을 확인하였다. 그리고 온도구배가 클수록 왁스고형물의 석출량은 증가하였으나, 왁스고형물의 굳기는 약해졌으며, 성분분석결과 왁스의 주요 성분인 C20 +와 C30 +의 비율이 높아지는 것으로 나타났다. 6 and 7 show that only the temperature gradient (the temperature difference between the precipitation rod and the crude oil) was changed without changing the stirring speed. It was confirmed that wax solids containing petroleum, which did not become wax, accumulated in the voids between the wax particles on the surface of the precipitation rod. As the temperature gradient increased, the precipitation of wax solids increased, but the solidification of wax solids weakened. As a result of the component analysis, the ratio of C 20 + and C 30 + , which are the main components of wax, increased.
이는 온도구배가 커질수록 석출봉에서부터 온도변화가 빨리 발생하므로 왁스 결정화도 급하게 이루어지므로, 왁스고형물 내에는 왁스가 되지 못한 다량의 석유가 포함되므로, 왁스고형물의 집적량은 늘어나지만 왁스 자체의 비율은 상대적으로 낮아 굳기가 약한 것으로 추정할 수 있다. The higher the temperature gradient, the faster the temperature changes from the precipitation rod, so that the crystallization of the wax is quicker. Since the wax solid contains a large amount of petroleum that cannot be waxed, the accumulation amount of the wax solid increases, but the ratio of the wax itself is relatively high. It can be estimated that the hardness is low due to
도 8 및 도 9의 표는 온도는 일정하게 유지하면서 교반속도만을 변화시킨 실험의 결과값이다. 도 8 및 도 9의 표를 참조하면, 교반속도가 증가할수록 왁스고형물의 집적량은 작이지지만 굳기는 강해지고 왁스의 주요 성분인 C20 +와 C30 +의 비율이 높아지는 것으로 나타났다. 이는 석출봉에 작용하는 전단력이 왁스가 되지 못한 석유가 왁스고형물 내에 함유되는 현상을 저하시키는 것으로 추정할 수 있다. 즉, 교반속도가 높을수록 오일로부터 왁스입자의 비율이 높고 굳기가 강한 고형물이 석출되는 것으로 파악된다. 8 and 9 are the results of experiments in which only the stirring speed was changed while the temperature was kept constant. Referring to the tables of FIGS. 8 and 9, as the stirring speed is increased, the amount of wax solids is smaller but the hardness is stronger, and the ratio of C 20 + and C 30 + , which are the main components of the wax, is increased. It can be estimated that the shear force acting on the precipitation rod lowers the phenomenon that petroleum, which is not wax, is contained in the wax solid. In other words, the higher the stirring speed, the higher the proportion of wax particles from the oil, and it is understood that the solids having a strong hardness are precipitated.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 고형물생성유도장치(100)는 오일의 온도, 석출봉의 온도 및 교반속도를 다양하게 변화시켜 가면서 각 조건에 따라 원유로부터 고형물이 석출되는 거동을 정량적으로 파악할 수 있다. As described above, the solids
또한 왁스의 석출거동을 통해 실제 석유생산시설의 파이프라인의 유동성 확보에 대한 최적의 방안도 도출할 수 있다. 예컨대, 온도구배가 작고 전단율이 높은 조건에서는 집적량은 감소하지만 굳기가 강한 왁스가 석출되므로 피깅(pigging) 등의 방식으로는 파이프 유동성을 향상시키는데 바람직하지 않다는 것을 알 수 있. 다. 즉, 본 발명을 통해 다양한 환경에서의 왁스의 집적량, 굳기 등이 파악되므로 이에 대한 적절한 해결책도 모색될 수 있다. In addition, the precipitation behavior of the wax can lead to the optimal solution for securing the liquidity of the actual oil pipeline. For example, in a condition where the temperature gradient is small and the shear rate is high, the amount of accumulation decreases but the hardened wax precipitates, and thus, it is not preferable to improve the pipe fluidity by pigging. All. In other words, since the accumulation amount of the wax in various environments, the firmness, etc. are understood through the present invention, an appropriate solution may be sought.
즉, 본 장치를 통해 다양한 환경에 설치되는 석유생산시설 파이프라인의 유동저항성 문제를 심도 깊게 연구하여 석유생산의 효율성을 향상시킬 수 있는 토대가 마련될 수 있다. In other words, the device can provide a foundation for improving the efficiency of petroleum production by in-depth study on the flow resistance problem of the petroleum production facility pipeline installed in various environments.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation, You will understand. Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be determined only by the appended claims.
100 ... 고형물생성유도장치 10 ... 실험조
21 ... 가열조 30 ... 석출봉
50 ... 조임캡 62 ... 마그네틱 교반기100 ... solid
21 ...
50 ... tightening
Claims (8)
상기 실험조를 가열하여 상기 실험조 내의 실험유체의 온도를 조절하기 위한 가열유닛;
상기 실험조 내의 실험유체와 접촉하도록 설치되며, 상기 실험조 내의 실험유체로부터 고형물이 석출될 수 있도록 상기 실험유체의 온도보다 상대적으로 낮은 온도로 유지되는 석출봉; 및
상기 석출봉의 온도를 조절하기 위한 냉각유닛;을 구비하는 것을 특징으로 하는 고형물생성유도장치. An experimental tank in which an accommodating part is formed to enclose and accommodate an experimental fluid including oil;
A heating unit for controlling the temperature of the test fluid in the test tank by heating the test tank;
A precipitation rod installed to be in contact with the test fluid in the test tank and maintained at a temperature relatively lower than the temperature of the test fluid so that solids can be precipitated from the test fluid in the test tank; And
And a cooling unit for controlling the temperature of the precipitation rods.
상기 가열유닛은, 상기 실험조를 감싸며 배치되며 가열유체가 유입될 수 있는 유입구와 상기 가열유체가 배출될 수 있는 유출구가 형성되어 있는 가열조와, 상기 유입구와 유출구에 각각 연결되는 유입라인 및 유출라인을 구비하여,
상기 유입구를 통해 상기 가열조로 유입된 가열유체와 상기 실험조와의 열교환을 통해 상기 실험조의 온도가 조절되는 것을 특징으로 하는 고형물생성유도장치. The method of claim 1,
The heating unit is disposed to surround the test tank, the heating tank is formed with an inlet through which a heating fluid can be introduced and an outlet through which the heating fluid can be discharged, and an inlet line and an outlet line connected to the inlet and the outlet, respectively. With
Solids production guide device, characterized in that the temperature of the experimental tank is controlled by the heat exchange between the heating fluid and the experimental tank introduced into the heating tank through the inlet.
상기 실험조는 상기 수용부가 형성되어 있는 본체부와, 상기 본체부의 상단으로부터 평면방향으로 연장되어 상기 가열조의 개방된 상단을 폐쇄시키는 덮개부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고형물생성유도장치. The method of claim 2,
The experiment tank comprises a body portion in which the receiving portion is formed, and a cover portion extending in a planar direction from an upper end of the body portion to close the open upper end of the heating tank.
원호형으로 형성되는 제1캡과, 원호형으로 형성되어 일단부는 상기 제1캡의 일단부에 힌지가능하게 결합되며 타단부는 상기 제1캡의 타단부에 분리가능하게 결합되는 조입캡을 더 구비하며,
상기 제1캡과 제2캡이 결합되어 고리형으로 형성되는 상기 조임캡은 상기 가열조의 상부와 상기 덮개부를 함께 감싸며 설치되어 상기 가열조와 상기 실험조가 결합되는 것을 특징으로 하는 고형물생성유도장치. The method of claim 3,
The first cap is formed in an arc shape, and the insertion cap is formed in an arc shape, one end is hingedly coupled to one end of the first cap and the other end is detachably coupled to the other end of the first cap. Equipped,
The first cap and the second cap is coupled to the cap is formed in a ring shape is wrapped around the upper portion of the heating tank and the cover is installed together, characterized in that the heating tank and the test tank is combined.
상기 석출봉은 중공형으로 하단부는 막혀 있으며,
상기 냉각유닛은, 상기 석출봉에 끼워지며 상기 석출봉의 온도를 유지하기 위한 냉각유체를 상기 석출봉의 내부로 주입시키는 주입관과, 상기 석출봉과 연통되어 상기 냉각유체를 배출시키는 배출관을 구비하는 것을 특징으로 하는 고형물생성유도장치. The method of claim 1,
The precipitation rod is hollow and the lower end is blocked,
The cooling unit includes an injection tube inserted into the precipitation rod and injecting a cooling fluid to maintain the temperature of the precipitation rod into the precipitation rod, and a discharge tube communicating with the precipitation rod to discharge the cooling fluid. Solids production guide device.
상기 주입관은 상기 석출봉에 끼워지되, 하단부는 상기 석출봉의 하부에 배치되며, 상기 배출관은 상기 석출봉의 상부에 배치되어, 상기 냉각유체는 상기 석출봉의 하부로 유입된 후 상기 석출봉의 상부로 배출되는 것을 특징으로 하는 고형물생성유도장치. The method of claim 5,
The injection tube is fitted to the precipitation rod, the lower end is disposed below the precipitation rod, the discharge pipe is disposed above the precipitation rod, the cooling fluid is introduced into the lower portion of the precipitation rod and discharged to the top of the precipitation rod Solid production generating device, characterized in that.
상기 실험조 내의 실험유체를 교반하기 위한 교반유닛을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고형물생성유도장치. The method of claim 1,
And a stirring unit for stirring the experimental fluid in the test tank.
상기 교반유닛은, 상기 실험조 내에 배치되는 자석체와, 상기 실험조의 하단에 배치되며 자력을 이용하여 상기 자석체를 유동시키는 마그네틱 교반기를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고형물생성유도장치. The method of claim 7, wherein
The stirring unit, the magnetic body disposed in the test tank, and a solid stirrer comprising a magnetic stirrer disposed in the lower end of the test tank to flow the magnet body using a magnetic force.
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| KR1020110105714A KR101217735B1 (en) | 2011-10-17 | 2011-10-17 | Apparatus for formation of solid matter from oil |
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