KR101432724B1 - 실린더형 2차원 평판유동기 - Google Patents

실린더형 2차원 평판유동기 Download PDF

Info

Publication number
KR101432724B1
KR101432724B1 KR1020130083810A KR20130083810A KR101432724B1 KR 101432724 B1 KR101432724 B1 KR 101432724B1 KR 1020130083810 A KR1020130083810 A KR 1020130083810A KR 20130083810 A KR20130083810 A KR 20130083810A KR 101432724 B1 KR101432724 B1 KR 101432724B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
slab
cylindrical sleeve
oil
cylindrical
mother
Prior art date
Application number
KR1020130083810A
Other languages
English (en)
Inventor
성원모
김기홍
박혜민
한진주
Original Assignee
한양대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한양대학교 산학협력단 filed Critical 한양대학교 산학협력단
Priority to KR1020130083810A priority Critical patent/KR101432724B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101432724B1 publication Critical patent/KR101432724B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B49/00—Testing the nature of borehole walls; Formation testing; Methods or apparatus for obtaining samples of soil or well fluids, specially adapted to earth drilling or wells
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/26—Oils; Viscous liquids; Paints; Inks
    • G01N33/28—Oils, i.e. hydrocarbon liquids
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B19/00—Teaching not covered by other main groups of this subclass

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Entrepreneurship & Innovation (AREA)
  • Educational Administration (AREA)
  • Educational Technology (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)

Abstract

본 발명에 의한 실린더형 2차원 평판유동기는, 원통형 슬리브; 상기 원통형 슬리브에 수용되는 평판 타입의 모사용 슬랩; 및 상기 모사용 슬랩의 양 단부에 마련되며, 저류층 내 오일의 회수 거동을 모사하기 위하여 상기 모사용 슬랩으로 유체를 분사시키는 적어도 하나의 주입포트 및 상기 모사용 슬랩으로부터 상기 유체를 회수하는 적어도 하나의 생산포트를 구비한 엔드피스를 포함할 수 있다. 본 발명에 의한 실린더형 2차원 평판유동기는, 주입된 유체의 수지 현상과 수로 발생 및 중력이 오일 회수율에 미치는 영향을 분석할 수 있고, 고온 및 고압 상태에서의 지층의 공극 구조의 변형 여부에 따른 오일의 실제 거동을 모사할 수 있으며, 유정 또는 가스정의 패턴 변화에 따른 면적접촉 효율을 측정하여 최적 배열을 파악할 수 있다.

Description

실린더형 2차원 평판유동기 {Cylindrical Core Holder for 2 Dimensional Slab}
본 발명은 실린더형 2차원 평판유동기에 관한 것으로, 더 상세하게는 평판형의 모사용 슬랩(slab)을 이용하여 저류층 내 오일 거동을 모사할 수 있는 실린더형 2차원 평판유동기에 관한 것이다.
세계적으로 근대화와 산업화와 더불어 주력 에너지원으로 원유(오일, oil)의 비중은 날로 증가하고 있다. 오일이 매장되어 있는 저류층 내에서의 오일 회수율은 중요한 문제로 대두되어 오고 있으며, 효율적이고 경제적인 방법으로 오일을 회수하는 시공법 개발을 위한 연구가 진행되고 있다.
저류층으로부터 오일을 회수하는 방법에는 1차, 2차 및 3차 회수증진법이 있다. 1차 회수증진법은 자연 에너지를 이용하여 저류층 내에 유체의 형태로 매장되어 있는 오일을 펌프로 회수하는 방법으로서, 전체 매장량의 대략 20-30%를 회수할 수 있다.
매장된 나머지 오일은, 2차 및 3차 회수증진법 등으로 회수될 수 있는데, 2차 및 3차 회수증진법은 저류층에 물이나 스팀, 가스 등의 유체를 주입시켜 오일이나 가스를 밀어내어 회수하는 방식이다.
이러한 2차 및 3차 회수증진법은 회수장치 및 제반 설비가 복잡하고 대규모 공사를 수반한다. 이에 따라, 초기 시공 비용이 많이 들고 설치 후 재시공 공정도 어려운 문제가 있다. 따라서 회수장치 및 제반 설비 등은 오일 회수율이 극대화될 수 있는 최적의 위치에 시공될 필요가 있으며, 시공 비용을 절감하고 시공 시 발생될 수 있는 시행 착오를 줄이기 위한 연구가 필수적으로 요구된다.
종래기술의 한 예로, 한국공개특허 제2009-0126949호에 의하면 지하에 매장된 오일성분의 회수 공정 모사 장치가 개시되어 있다. 이 공개특허에 의하면 스팀 및 고압/고온 공기를 이용하여 실제와 좀 더 유사한 조건에서 실시간 오일성분의 회수 공정을 모사하는 장치가 개시되어 있다. 하지만, 이 공개특허에 개시된 모사 장치는 오일의 2차원 유동을 모사하여 저류층 내의 수지현상이나 수로발생 등은 확인할 수 없다는 단점이 있다.
또한, 최근에는 실제 저류층과 유사한 암석층과 지각 내부 환경을 모사할 수 있는 1차원 및 2차원 모사장치를 제작하고, 오일 회수율과 회수 공정에서 발생되는 각종 현상을 실험하는 실험과 연구가 이루어지고 있다. 여기서, 1차원 및 2차원의 의미는 모사되는 오일 또는 유체의 유동 방향을 의미한다. 예를 들면, x축 및 y축으로 정의되는 평면에서 유체 또는 오일이 x축 방향으로만 유동하거나 y축 방향으로만 유동하는 경우에는 1차원 유동을 모사하게 되고, x축 방향으로도 유동하고 동시에 y축 방향으로도 유동하는 경우에는 2차원 유동을 모사하게 된다.
그러나, 종래의 1차원 실린더형 코아(cylindrical core) 유동 모사장치의 경우 지각 내부의 고압, 고온의 환경을 잘 모사할 수 있는 반면에, 저류층을 1차원 형태로만 모델링 할 수 밖에 없어 실제 2차원 및 3차원으로 형성되는 저류층 내 오일의 거동을 정밀하게 모사할 수 없는 문제점이 있다. 이에 따라, 2차원 저류층에서 발생되는 수지 현상이나 수로 발생 여부 및 중력의 영향 등이 오일 회수율에 미치는 영향을 분석할 수 없게 된다.
또한, 종래의 2차원의 모사장치의 경우에도 실제 저류층의 고온 및 고압의 극한 환경을 유사하게 모사하도록 설계하기가 까다로워 고온 및 고압 상태에서의 지층의 공극 구조의 변형에 따른 오일의 실제 거동을 모사할 수 없는 문제점이 있다. 또한, 종래의 모사장치의 경우에는 유정 또는 가스정의 패턴 변화에 따른 면적접촉 효율을 측정할 수 없었고, 이에 따라 유정 또는 가스정의 최적 배열을 파악할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 주입된 유체의 수지현상과 수로 발생 및 중력이 오일 회수율에 미치는 영향을 분석할 수 있는 실린더형 2차원 평판유동기를 제공한다.
또한, 본 발명은 고온 및 고압 상태에서의 지층의 공극 구조의 변형 여부에 따른 오일의 실제 거동을 모사할 수 있는 실린더형 2차원 평판유동기를 제공한다.
또한, 본 발명은 유정 또는 가스정의 패턴 변화에 따른 면적접촉 효율을 측정하여 최적 배열을 파악할 수 있는 실린더형 2차원 평판유동기를 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 실린더형 2차원 평판유동기는, 원통형 슬리브(sleeve); 상기 원통형 슬리브에 수용되는 평판 타입의 모사용 슬랩(slab); 및 상기 모사용 슬랩 안으로 유체를 분사시키는 적어도 하나의 주입포트 및 상기 모사용 슬랩으로부터 상기 유체를 회수하는 적어도 하나의 생산포트를 구비하고, 상기 모사용 슬랩의 두께방향 양 단부에 마련되는 엔드피스(end-piece); 를 포함할 수 있다.
상기 엔드피스는 상기 원통형 슬리브의 두께방향 양 단부에 배치되되, 상기 모사용 슬랩의 두께방향 양 측부를 접촉 지지하도록 상기 원통형 슬리브 내측으로 돌출 형성되는 돌출단턱이 마련될 수 있다.
상기 주입포트 및 상기 생산포트는 상기 돌출단턱을 따라 미리 설정된 간격만큼 이격 배치될 수 있다.
상기 주입포트와 생산포트는, 저류층에 시추되는 유정 또는 가스정의 배열 패턴에 따른 회수 거동을 모사할 수 있도록 사용자의 지정에 따라 온/오프(on/off)될 수 있다.
상기 모사용 슬랩의 판면을 지지하는 복수의 반원통 지지체; 상기 원통형 슬리브와 상기 엔드피스의 일부 영역을 수용하는 외부 케이싱; 및 상기 외부 케이싱의 양단부에 결합되어 상기 엔드피스를 상기 모사용 슬랩 측으로 가압시키는 인서트를 더 포함할 수 있다.
상기 반원통 지지체는 단면 형상이 반원 형상으로 마련되어 원주 방향의 일부 구간에 평면부가 형성되며, 상기 모사용 슬랩은, 상기 모사용 슬랩의 상면과 하면에 각각 상기 평면부가 접하는 상태로 배치시켜 전체적으로 실린더 형태로 구성하여 상기 원통형 슬리브 내에 삽입되어 지지될 수 있다.
상기 원통형 슬리브는 원통 형상이며, 상기 모사용 슬랩의 경사 각도는 상기 모사용 슬랩이 지지된 상기 원통형 슬리브를 회전시켜 조절될 수 있다.
상기 외부 케이싱의 내경에 비해 상기 원통형 슬리브의 외경이 상대적으로 작게 마련되어 사이에 이격 공간이 형성될 수 있다.
상기 인서트와 상기 외부 케이싱은 상호 나사 결합될 수 있다.
상기 외부 케이싱의 측부에는 가압포트가 마련되며, 상기 가압포트로 주입된 유체는, 상기 외부 케이싱 내부의 상기 원통형 슬리브를 균일하게 가압시키고 회수되면서 순환될 수 있다.
상기 인서트의 외주면 일 영역에는, 둘레를 따라 복수의 슬롯이 형성될 수 있다.
상기 모사용 슬랩 판면에 접촉 배치되는 바이톤 고무패드; 및 상기 엔드피스와 상기 모사용 슬랩 측부면 사이에 개재되는 실리콘 패드를 더 포함할 수 있다.
상기 바이톤 고무패드는 상기 반원통 지지체와 모사용 슬랩 사이에 개재될 수 있다.
상기 돌출단턱에는 상기 주입포트와 생산포트에 각각 연결된 주입홀과 생산홀이 형성되며, 상기 실리콘 패드에는 상기 주입홀과 생산홀에 대응하는 위치에 연결 구멍이 형성될 수 있다.
상기 실리콘 패드와 바이톤 고무패드는 오일 내성의 소재로 형성될 수 있다.
상기 엔드피스의 일면에는, 지면을 기준으로 상기 돌출단턱 또는 상기 모사용 슬랩의 경사 각도를 조절하는 경사각도 조절용 핸들이 더 마련될 수 있다.
상기 모사용 슬랩에 분사되고 회수되는 유체는, 오일(oil), 증류수(distilled water) 또는 폴리머 수용액(polymer solution) 중 선택된 적어도 하나일 수 있다.
본 발명에 의한 실린더형 2차원 평판유동기는, 실제 저류층의 고온 및 고압의 극한 환경을 정확하게 모사 가능한 2차원 평판 타입의 모사장치를 설계함으로써, 주입된 유체의 수지 현상과 수로 발생 및 중력이 오일 회수율에 미치는 영향을 분석할 수 있다.
본 발명에 의한 실린더형 2차원 평판유동기는 고온 및 고압 상태에서의 지층의 공극 구조의 변형 여부에 따른 오일의 실제 거동을 모사할 수 있다.
본 발명에 의한 실린더형 2차원 평판유동기는 유정 또는 가스정의 배열에 따른 선형 모형이나 5점 모형 등 패턴 변화에 의한 면적접촉효율 변화를 측정하여 유정 또는 가스정의 최적 배열을 파악할 수 있는 기초자료로 사용할 수 있다.
본 발명에 의한 실린더형 2차원 평판유동기는 실험결과를 이용하여 향후 현장단위로 확대하여 현장성 있는 실험결과로 재분석될 수 있으며 이를 통해서 현장의 3차 회수증진공법(폴리머 주입공법 등)에 직접 활용 가능할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실린더형 2차원 평판유동기의 X-Y평면을 따른 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 실린더형 2차원 평판유동기의 Y-Z평면의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 엔드피스의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 인서트의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 실린더형 2차원 평판유동기의 각 부품의 결합 사시도이다.
도 6a 및 도 6b은 본 발명의 다른 실시예에 따른 원통형 지지체의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 실린더형 2차원 평판유동기의 실험 결과를 도시한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 실린더형 2차원 평판유동기의 일 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실린더형 2차원 평판유동기의 X-Y평면의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 실린더형 2차원 평판유동기의 Y-Z평면의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 엔드피스의 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 인서트의 단면도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 실린더형 2차원 평판유동기의 각 부품의 결합 사시도이며, 도 6a와 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 원통형 지지체의 사시도이다.
본 발명에 의한 실린더형 2차원 평판유동기(1)는 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 원통형 슬리브(10, sleeve)와, 상기 원통형 슬리브(10)에 수용되는 평판 타입의 모사용 슬랩(20, slab)과, 모사용 슬랩(20)의 두께방향 양 단부에 마련되며 실제 저류층에 유체가 투입될 때 오일의 회수 거동을 모사하기 위하여 모사용 슬랩(20) 안으로 유체를 분사시키고 모사용 슬랩(20)으로부터 유체를 회수시키는 복수 개의 엔드피스(30, end-piece)와, 모사용 슬랩(20)의 판면을 지지하는 반원통 지지체(50)와, 원통형 슬리브(10)와 상기 엔드피스(30)의 일부 영역을 수용하는 외부 케이싱(60)과, 외부 케이싱(60)의 양단부에 결합되어 엔드피스(30)를 상기 모사용 슬랩(20) 측으로 가압시키는 인서트(40)를 포함할 수 있다.
모사용 슬랩(20)(slab)은 2차원 유동을 실험하기 위해, 직육면체 형상의 플레이트(plate) 타입으로 제작된 일종의 시편이다. 모사용 슬랩(20)의 재질은 대표적인 저류층의 암종인 사암 등으로 마련될 수 있다.
원통형 슬리브(10, sleeve)는 단면 형상이 원형으로 마련되고 길이 방향으로 미리 설정된 길이를 가진 실린더 형상으로 마련될 수 있다. 또한, 내부는 모사용 슬랩(20)이 수용 배치될 수 있도록 중공형으로 마련된다. 원통형 슬리브(10)를 통해, 내부의 모사용 슬랩(20)에 균일한 압력이 가해질 수 있다. 한편, 본 실시예에서의 원통형 슬리브(10)의 재질은 바이톤의 소재로 제작될 수 있다.
엔드피스(30)는 원통형 슬리브(10)의 두께방향 양 단부에 배치되되, 모사용 슬랩(20)의 양 측부를 접촉 지지하도록 마련될 수 있다. 엔드피스(30)는 엔드피스 몸체(35)와, 엔드피스 몸체(35)의 일면에 원통형 슬리브(10) 내측으로 돌출 형성되는 돌출단턱(31)을 포함할 수 있다. 돌출단턱(31)은 모사용 슬랩(20)의 두께방향 측부에 접촉되는 부분으로서, 돌출단턱(31) 상에는 미리 설정된 간격만큼 이격된 복수의 주입홀(34)과 생산홀(34)이 마련될 수 있다. 이러한 주입홀(34)과 연결되어 주입포트(32)와 생산포트(32)가 마련되며, 따라서 주입포트(32)와 생산포트(32)는 각 주입홀(34) 및 생산홀(34)의 간격만큼 이격 배치된다. 복수의 주입포트(32)와 생산포트(32)는, 저류층에 시추되는 유정 또는 가스정의 배열 패턴에 따른 회수 거동을 모사할 수 있도록 사용자의 지정에 따라 온/오프(on/off)될 수 있다.
도 3을 참조하여 예를 들면, 왼쪽의 주입포트(32)를 1번이라 칭하면, 1번을 온(on)시키고 나머지 2, 3, 4, 5번을 오프(off)하여 시추 구역의 왼쪽에 유정 또는 가스정을 시추한 경우에 대한 오일 회수율을 모사할 수 있다. 주입포트(32)의 온/오프 상태를 선택하고 모사함에 따라 실제 시추될 시추 장소에서 유정 또는 가스정의 시추 작업을 수행하지 아니하고 최적의 유정 또는 가스정의 배열 또는 장소를 예측할 수 있는 장점이 있다.
한편, 경사각도 조절용 핸들(33)은 주로 도 3을 참조하면, 돌출단턱(31)이 마련되는 엔드피스(30)의 반대측 면에 설치될 수 있다. 경사각도 조절용 핸들(33)은 엔드피스(30)를 외부 케이싱(60)에 대하여 회전시킬 수 있어, 지면을 기준으로 돌출단턱(31)의 경사 각도를 조절할 수 있게 한다. 즉, 모사용 슬랩(20) 및 이를 포함하는 원통형 슬리브(10)를 지면에 수평하게 배치시키고 이에 대응하여 돌출단턱(31)의 경사각도를 0도로 배치시키면, 평평한 저류층 내의 오일 회수 거동을 모사할 수 있는 반면, 모사용 슬랩(20)을 지면에 대해 수직으로 배치시키고 이에 대응하여 경사각도 조절용 핸들(33)을 회전시켜 돌출단턱(31)의 경사각도를 90도로 배치시킬 수 있으며, 이럴 경우 수직한 저류층의 오일 회수 거동을 모사할 수 있게 된다. 모사용 슬랩(20) 및 돌출단턱(31)의 각도는 사용자의 임의로 변경 가능하며, 이를 통해 중력이 오일 회수에 영향을 주는 상태에서 2차원 오일 회수 거동을 실험할 수 있다. 수직 또는 경사진 상태로 모사용 슬랩(20)을 배치시킬 경우 중력에 의한 자중이 작용하게 되는데, 본 발명에 따른 실린더형 2차원 평판유동기(1)는 중력 인자가 오일 회수율에 미치는 영향을 분석할 수 있다.
반원통 지지체(50)는 도 1, 2 및 5에 도시된 바와 같이, 단면 형상이 반(半)원통 형으로 마련되어 원주 방향의 일부 구간에 평면부가 형성된다. 이러한 반원통 지지체(50)는 모사용 슬랩(20)의 일면에 하나씩 총 2개가 한 쌍으로 배치될 수 있다. 모사용 슬랩(20)의 평면 즉, 상, 하면에 반원통 지지체(50)의 평면이 접하도록 모사용 슬랩(20)의 상, 하면에 각각 반원통 지지체(50)를 위치시킨 상태에서 모사용 슬랩(20)과 반원통 지지체(50)를 실린더형의 원통형 슬리브(10) 내에 삽입할 수 있다. 이러한 상태로 원통형 슬리브(10) 내에 반원통 지지체(50)와 모사용 슬랩(20)을 삽입함으로써 반원통 지지체(50)에 의해서 모사용 슬랩(20)의 평면이 지지될 수 있다.
도 5를 주로 참조하면, 판상 타입의 모사용 슬랩(20)의 상, 하부 평면에 반원통 지지체(50)가 지지되면서 전체적으로는 실린더 형태로 원통형 슬리브(10) 내에 삽입될 수 있다. 이에 따라 원통형 슬리브(10)의 외측에서부터 내측으로 가해지는 압력이 모사용 슬랩(20)에 균일하게 전달될 수 있게 한다. 본 실시예에서의 반원통 지지체(50)의 재질은 아크릴 재질로 마련될 수 있다.
모사용 슬랩(20)을 원통형 슬리브(10) 내부에 삽입하고, 이 때 모사용 슬랩(20)의 양 평면이 반원통 지지체(50)에 의해 지지되게 하는 이유는 모사용 슬랩(20) 내부에 유체의 2차원 유동을 만들기 위함이다. 주입포트(32)와 마주 보는 모사용 슬랩(20)의 두께 방향 면으로 주입된 유체가 모사용 슬랩(20)의 평면 방향 즉, x축 및 y축 방향으로만 흘러야 하는데 이를 위해서 모사용 슬랩(20)의 양쪽 평면에 압력이 가해져야 한다. 즉, 주입된 유체가 모사용 슬랩(20)의 두께 방향(즉, z축 방향)으로 흐르지 않도록 모사용 슬랩(20)의 마주 보는 양평면을 꽉 눌러주어야 한다. 반원통 지지체(50)가 이러한 역할을 할 수 있다. 반원통 지지체(50)가 모사용 슬랩(20)의 양 평면을 가압하는 힘은 원통형 슬리브(10)에서 전달될 수 있다. 원통형 슬리브(10)의 외면에 균일하게 가해지는 힘에 의해서 원통형 슬리브(10)가 중심 쪽으로 가압되면, 그 힘에 의해서 반원통 지지체(50)가 모사용 슬랩(20)의 양 평면을 가압하게 된다. 이와 같이, 본 발명에 따른 실린더형 2차원 평판유동기(1)는 원통형 슬리브(10)와 반원통 지지체(50)를 구비함으로써 모사용 슬랩(20)의 내부에 2차원 유동만이 생성되도록 할 수 있다.
한편, 모사용 슬랩(20)은 원통형 슬리브(10) 내에 수용되어 있고, 원통형 슬리브(10)는 외부 케이싱(60) 내에 배치되는 바, 모사 과정 중에 모사용 슬랩(20)의 온도나 압력 등의 변수를 측정하기 곤란할 수 있다. 오직 생산포트(32)에서 생산되어 나오는 유체의 회수율 또는 유체 내에서 물이 차지하는 비율 등을 관측하여 모사용 슬랩(20) 상태를 유추할 수밖에 없는 문제가 있다. 이에, 도 6a에 도시된 바와 같이, 모사용 슬랩(20)과 접하는 반원통 지지체(50a)의 판면 상에 반원통 지지체(50a)의 길이 방향으로 복수의 그루브(51a)가 형성될 수도 있다. 또한, 도 6b에 도시된 바와 같이, 반원통 지지체(50b)에는 반원통 지지체(50b)의 중심을 기준으로 반경 방향 측으로 복수의 관통홀(51b)이 형성될 수 있다. 관통홀(51b) 또는 그루브(51a) 상에 온도 센서(미도시) 또는 압력 센서(미도시) 등을 주입하여 모사용 슬랩(20)의 판면에 접촉하도록 함으로써, 모사 과정 중의 모사용 슬랩(20)의 온도와 압력 체크가 가능할 수 있다.
본 발명에 따른 실린더형 2차원 평판유동기(1)를 이용하여 주입된 유체의 거동에 따른 접촉효율을 정밀하게 모사하기 위해서는 실제 저류층의 환경(고온 및 고압 상태)에 가까운 상태에서 모사하는 것이 필요하다. 이를 위해, 실린더형 2차원 평판유동기(1)에는 원통형 슬리브(10)를 수용하는 외부 케이싱(60)이 마련될 수 있다. 외부 케이싱(60)은 원통형 슬리브(10) 및 엔드피스(30)를 수용하며, 고온과 고압의 저류층 환경을 구현하는 역할을 한다.
외부 케이싱(60)의 양 단부에는 인서트(40)가 나사 결합될 수 있으며, 외부 케이싱(60)의 일측부에는 외부 케이싱(60) 내부가 고온 및 고압의 상태를 유지시키도록 유체 또는 가스가 인입되고 순환될 수 있는 가압포트(61)와 회수포트(62)가 마련될 수 있다. 가압포트(61)로 주입된 유체 또는 가스는, 외부 케이싱(60) 내부의 이격 공간에 유동되면서 원통형 슬리브(10)의 외면을 균일하게 가압시킨다. 두 개의 가압포트(61)와 회수포트(62)를 통해 주입된 가압유체를 제거할 수 있다.
인서트(40)의 외주면의 일 영역에는 나사산(42)이 형성되고 단부 측에는 플랜지부(41)가 마련될 수 있다. 이를 통해, 인서트(40)와 상기 외부 케이싱(60)은 상호 나사 결합될 수 있다. 평판유동기의 조립시 엔드피스(30)의 바깥쪽에서 인서트(40)를 회전시키면서 잠그면 압력을 가해 엔드피스(30)를 모사용 슬랩(20)측으로 가압시킬 수 있다. 또한, 인서트(40)는 내부가 중공 타입으로 제작될 수 있다. 이에 따라, 엔드피스(30)의 주입포트(32) 및 생산포트(32)의 연결라인이 인서트(40)의 내부 공간을 따라 외부로 노출되고, 경사각도용 조절 핸들 또한 외부에 노출되게 배치될 수 있어 경사 각도를 용이하게 조절할 수 있다.
한편, 인서트(40)의 외주면 일 영역에는, 외주면을 따라 복수의 슬롯(43)이 형성될 수 있다. 복수의 슬롯(43)은 나사 결합시 사용자가 체결 작업을 용이하게 하는 역할을 수행한다.
한편, 도 1 및 도 2에서는 외부 케이싱(60)의 내주면에 단차진 형상을 도시하고 있으나, 이는 외부 케이싱(60) 내부에 가압포트(61)를 통해 유입된 고온과 고압의 유체 또는 가스가 원통형 슬리브(10)의 외면을 가압하는 상태를 유지하기 위한 공간이 형성됨을 과장하여 도시한 것에 지나지 않는다. 실제, 실린더형 2차원 평판유동기(1)에서 외부 케이싱(60)과 원통형 슬리브(10)가 직접 접촉 지지될 수도 있을 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 실린더형 2차원 평판유동기(1)는, 모사용 슬랩(20) 판면(상하 평면)에 접촉 배치되는 바이톤 고무패드(70)와, 엔드피스(30)와 상기 모사용 슬랩(20)의 두께방향 측부면 사이에 개재되는 실리콘 패드(71)를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 실린더형 2차원 평판유동기(1)의 주입포트(32)를 통해 유체가 주입될 때 엔드피스(30)를 통해 모사용 슬랩(20) 즉, 암석시료의 내부로만 유체가 유동할 수 있도록 엔드피스(30)와 모사용 슬랩(20)의 두께방향 접촉면을 밀착시켜주기 위해 실리콘 패드(71)를 모사용 슬랩(20)과 엔드피스(30) 사이에 삽입할 수 있다. 실리콘 패드(71)에는 상기 주입홀(34)과 생산홀(34)에 대응하는 위치에 연결 구멍(72)이 형성될 수 있다.
또한, 실험시 주입된 유체가 반원통 지지체(50)의 평면부와 모사용 슬랩(20)의 맞닿은 면, 즉 모사용 슬랩(20)의 평면을 통해 누출되거나, 반원통 지지체(50)와 모사용 슬랩(20) 사이의 틈새를 통해 누출되는 현상을 방지하기 위하여 반원통 지지체(50)와 모사용 슬랩(20)이 접촉하는 면 사이에 대략 0.5 mm 두께의 바이톤 고무패드(70)를 삽입할 수 있다. 이러한 실리콘 패드(71)와 바이톤 고무패드(70)는 오일 내성이 큰 소재로 형성될 수 있다.
이와 같이, 실제 저류층의 고온 및 고압의 극한 환경을 정확하게 모사 가능한 실린더형 2차원 평판유동기(1)를 설계함으로써, 주입된 유체의 수지 현상또는 수로 발생과 성장이 오일 회수율에 미치는 영향을 분석할 수 있다.
또한, 중력이 오일 회수율에 미치는 영향을 분석할 수 있으며 고온 및 고압 상태에서의 오일 회수율의 영향이나, 유체가 주입될 때 지층의 공극 구조의 변형 여부 등 회수장치 내 오일의 실제 거동을 모사할 수 있다.
또한, 유정 또는 가스정의 배열에 따른 선형 모형이나 5점 모형 등의 유정 또는 가스정의 패턴 변화에 의한 면적접촉효율 변화를 측정하여 유정 또는 가스정의 최적 배열을 파악할 수 있는 기초자료로 사용할 수 있다.
추가적으로, 3차 회수증진공법으로 주입유체의 점성도를 증가시켜 수공법을 적용할 때 발생한 수지현상과 수로 발생을 감소시켜 면적접촉효율을 증진시키는 폴리머 주입공법이나, 약 1,100 psi 이상의 고압에서 주입된 CO2가 공극내로 침투하여 오일과 혼합되어 잔류오일량을 감소시키는 CO2-EOR 공법 등을 적용하기에 적합하다. 2차원의 평면형 시스템에 대하여 저류층의 고온, 고압 조건을 구현하면서 본 발명에 따른 실린더형 2차원 평판유동기를 이용한 3차 회수공법 적용 및 분석이 가능하게 되었다.
본 발명에 의한 실린더형 2차원 평판유동기(1)의 실험결과를 이용하여 향후 현장단위로 확대하여 현장성 있는 실험결과로 재분석될 수 있으며, 이를 통해서 현장의 3차 회수증진공법(폴리머 주입공법 등)에 직접 활용할 수도 있다.
한편, 모사용 슬랩(20)에 분사되고 회수되는 유체는, 오일, 증류수(distilled water) 또는 폴리머 솔루션(polymer solution) 중 선택된 어느 하나 이상의 용액이 투입될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 실린더형 2차원 평판유동기의 실험 결과를 도시한 도면이다.
도 1내지 도 7을 참조하여 이러한 구성을 갖는 실린더형 2차원 평판유동기(1)의 일 실시예에 따른 수평 및 수직 단면 시스템에서 2차 회수증진공법 적용 실험의 과정과 그 결과를 설명하기로 한다.
실린더형 실린더형 2차원 평판유동기의 조립 및 저류층 하중조건 구현
실린더형 2차원 평판유동기(1) 조립시, 원통형 슬리브(10)를 미리 조립한다. 모사용 슬랩(20)의 상면 및 하면에 각각 반원통 지지체(50)의 평면부가 접하는 상태로 배치시켜 전체적으로는 실린더 형태로 구성한 다음 원통형 슬리브(10) 내에 삽입한다. 물론, 반원통 지지체(50)와 모사용 슬랩(20) 사이에는 바이톤 고무패드(70)가 개재되어, 모사용 슬랩(20)의 판면으로의 유체 이동을 저지하여 2차원(도 2의 yz평면)의 오일 거동이 발생토록 한다. 이후, 원통형 슬리브(10)를 외부 케이싱(60)의 중앙에 배치시킨 다음, 모사용 슬랩(20)과 엔드피스(30)의 돌출단턱(31)이 닿는 접촉면에 실리콘 패드(71)를 끼워준다. 실리콘 패드(71) 또한, 주입되고 생산되는 유체가 주입포트(32) 및 생산포트(32) 이외의 장소로 누출되지 않게 밀봉하고 가압하는 역할을 한다. 외부 케이싱(60)의 양 단부에 엔드피스(30)를 넣고, 인서트(40)로 결합시킨다. 인서트(40) 상에 마련된 슬롯(43)을 이용하여 체결할 수 있다.
그런 다음, 엔드피스(30)에 연결된 주입포트(32)와 생산포트(32)를 펌프, 필터부 및 와 계측기(유량계, 압력계 등)에 연결시킨다. 본 발명에 따른 실린더형 2차원 평판유동기는 주입 시험이 가능하도록 설계되었으므로 주입포트(32)에 별도의 라인을 연결하여 물과 오일로 포화 시에는 모든 주입 및 생산라인을 개방하고, 모사 실험 시에는 밸브를 개폐하여 사용할 수 있다.
한편, 모사용 슬랩(20)이 2차원의 평판 타입으로 마련되고, 두께가 평판 스케일에 비해 극히 미미하므로, 2차원의 오일 회수 거동을 모사할 수 있다. 이에 따라, 수공법 적용시 오일 회수율 분석을 통해 접촉효율 및 수지현상, 수로의 발생을 분석할 수 있다. 또한, 모사용 슬랩(20)을 수직 또는 경사지게 배치하고 이에 대응하여 엔드피스(30)를 배치시키면, 실제 수직한 저류층 또는 경사진 상태의 저류층의 오일 거동을 모사할 수 있다. 이에 따라, 수직 단면 다공질암 내 중력의 영향에 따른 주입 유체-오일간의 유동 특성을 분석할 수 있다.
1. 투과도 산출 예
대상 모사용 슬랩(20)(공극률 20.9%, 투과도 약 500 md를 갖는 베레아 사암슬랩)의 투과도를 측정하기 위해 5점 모형(five-spot pattern)으로 주입포트(32)와 생산포트(32)를 전부 개방하여 2차원 수평면 상에서의 방향성 투과도를 측정하였다. 모사 실험을 수행한 결과, 방향성 투과도는 508 md로 산출되었다.
2. 수공법 적용 예
다음으로, 수공법 적용에 따른 오일 회수율을 분석하기 위해 전술한 모사용 슬랩(20)을 물로 포화시키고, 케로진(kerosin)을 주입하여 초기 저류층 상태를 구현하였다(이때, Swir은 36.6%).
도 7을 주로 참조하면, 가로 축은 모사용 슬랩(20)의 공극 부피 대비 주입된 물의 부피 비를 말하고, 세로 축은 생산된 오일의 비율을 말한다. Swir은 36.6%로 산출되었다. 물의 주입 조건을 일정유량 2 ml/min으로 설정하고, 생산포트(32)를 개방한다. 생산포트(32)는 BPR(역압방지장치)을 사용하여 정두압을 300 psi로 설정하여 주입포트(32)와 생산포트(32)의 압력차는 평균 약 80 psi를 유지하게 하였다. 그 결과, 수공법 적용에 따른 오일 회수율(Oil recovery)은 34.4%로 나타났고, 생산포트(32)에서 물 돌파(Water-cut) 발생 이후 물 생산 비율이 99%이상으로 급증하여 생산을 중지하였다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
1 : 실린더형 2차원 평판유동기
10 : 원통형 슬리브 20 : 모사용 슬랩
30 ; 엔드피스 31 : 돌출단턱
32 : 주입(생산)포트 40 : 인서트
50 : 반원통 지지체 60 : 외부 케이싱
70 : 바이톤 고무패드 71 : 실리콘 패드
72 : 연결 구멍

Claims (17)

  1. 원통형 슬리브(sleeve);
    상기 원통형 슬리브에 수용되는 평판 타입의 모사용 슬랩(slab); 및
    상기 모사용 슬랩 안으로 유체를 분사시키는 적어도 하나의 주입포트 및 상기 모사용 슬랩으로부터 상기 유체를 회수하는 적어도 하나의 생산포트를 구비하고, 상기 모사용 슬랩의 두께방향 양 단부에 마련되는 엔드피스(end-piece);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더형 2차원 평판유동기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 엔드피스는 상기 원통형 슬리브의 두께방향 양 단부에 배치되되, 상기 모사용 슬랩의 두께방향 양 측부를 접촉 지지하도록 상기 원통형 슬리브 내측으로 돌출 형성되는 돌출단턱이 마련되는 것을 특징으로 하는 실린더형 2차원 평판유동기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 주입포트 및 상기 생산포트는 상기 돌출단턱을 따라 미리 설정된 간격만큼 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 실린더형 2차원 평판유동기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 주입포트와 생산포트는, 저류층에 시추되는 유정 또는 가스정의 배열 패턴에 따른 회수 거동을 모사할 수 있도록 사용자의 지정에 따라 온/오프(on/off)되는 것을 특징으로 하는 실린더형 2차원 평판유동기.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 모사용 슬랩의 판면을 지지하는 복수의 반원통 지지체;
    상기 원통형 슬리브와 상기 엔드피스의 일부 영역을 수용하는 외부 케이싱; 및
    상기 외부 케이싱의 양단부에 결합되어 상기 엔드피스를 상기 모사용 슬랩 측으로 가압시키는 인서트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더형 2차원 평판유동기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 반원통 지지체는 단면 형상이 반원 형상으로 마련되어 원주 방향의 일부 구간에 평면부가 형성되며,
    상기 모사용 슬랩은, 상기 모사용 슬랩의 상면과 하면에 각각 상기 평면부가 접하는 상태로 배치시켜 전체적으로 실린더 형태로 구성하여 상기 원통형 슬리브 내에 삽입되어 지지되는 것을 특징으로 하는 실린더형 2차원 평판유동기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 원통형 슬리브는 원통 형상이며,
    상기 모사용 슬랩의 경사 각도는 상기 모사용 슬랩이 지지된 상기 원통형 슬리브를 회전시켜 조절되는 것을 특징으로 하는 실린더형 2차원 평판유동기.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 외부 케이싱의 내경에 비해 상기 원통형 슬리브의 외경이 상대적으로 작게 마련되어 사이에 이격 공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 실린더형 2차원 평판유동기.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 인서트와 상기 외부 케이싱은 상호 나사 결합되는 것을 특징으로 하는 실린더형 2차원 평판유동기.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 외부 케이싱의 측부에는 가압포트가 마련되며,
    상기 가압포트로 주입된 유체는, 상기 외부 케이싱 내부의 상기 원통형 슬리브를 균일하게 가압시키고 회수되면서 순환되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 실린더형 2차원 평판유동기.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 인서트의 외주면 일 영역에는, 둘레를 따라 복수의 슬롯이 형성되는 것을 특징으로 하는 실린더형 2차원 평판유동기.
  12. 제5항에 있어서,
    상기 모사용 슬랩 판면에 접촉 배치되는 바이톤 고무패드; 및
    상기 엔드피스와 상기 모사용 슬랩 측부면 사이에 개재되는 실리콘 패드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더형 2차원 평판유동기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 바이톤 고무패드는 상기 반원통 지지체와 모사용 슬랩 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 실린더형 2차원 평판유동기.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 돌출단턱에는 상기 주입포트와 생산포트에 각각 연결된 주입홀과 생산홀이 형성되며,
    상기 실리콘 패드에는 상기 주입홀과 생산홀에 대응하는 위치에 연결 구멍이 형성되는 것을 특징으로 하는 실린더형 2차원 평판유동기.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 실리콘 패드와 바이톤 고무패드는 오일 내성의 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는 실린더형 2차원 평판유동기.
  16. 제2항에 있어서,
    상기 엔드피스의 일면에는, 지면을 기준으로 상기 돌출단턱 또는 상기 모사용 슬랩의 경사 각도를 조절하는 경사각도 조절용 핸들이 더 마련되는 것을 특징으로 하는 실린더형 2차원 평판유동기.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 모사용 슬랩에 분사되고 회수되는 유체는, 오일(oil), 증류수(distilled water) 또는 폴리머 수용액(polymer solution) 중 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 실린더형 2차원 평판유동기.
KR1020130083810A 2013-07-16 2013-07-16 실린더형 2차원 평판유동기 KR101432724B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130083810A KR101432724B1 (ko) 2013-07-16 2013-07-16 실린더형 2차원 평판유동기

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130083810A KR101432724B1 (ko) 2013-07-16 2013-07-16 실린더형 2차원 평판유동기

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101432724B1 true KR101432724B1 (ko) 2014-08-22

Family

ID=51751011

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130083810A KR101432724B1 (ko) 2013-07-16 2013-07-16 실린더형 2차원 평판유동기

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101432724B1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4893504A (en) 1986-07-02 1990-01-16 Shell Oil Company Method for determining capillary pressure and relative permeability by imaging
KR200198945Y1 (ko) 1997-12-31 2001-03-02 정몽규 실린더 블록의 유동 패턴 관찰 장치
JP2004348265A (ja) 2003-05-20 2004-12-09 Univ Of Tokyo 油の変動のシミュレーションを行う方法、プログラム及び装置
KR101283638B1 (ko) 2012-09-26 2013-07-08 주식회사 디브이씨 물체를 만난 유체의 흐름 관찰장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4893504A (en) 1986-07-02 1990-01-16 Shell Oil Company Method for determining capillary pressure and relative permeability by imaging
KR200198945Y1 (ko) 1997-12-31 2001-03-02 정몽규 실린더 블록의 유동 패턴 관찰 장치
JP2004348265A (ja) 2003-05-20 2004-12-09 Univ Of Tokyo 油の変動のシミュレーションを行う方法、プログラム及び装置
KR101283638B1 (ko) 2012-09-26 2013-07-08 주식회사 디브이씨 물체를 만난 유체의 흐름 관찰장치

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113777278B (zh) 一种二氧化碳注入多尺度岩体的扰动响应预测方法及系统
CN107367450B (zh) 一种可膨胀筛管性能检测实验装置及评价方法
Corapcioglu et al. Micromodel visualization and quantification of solute transport in porous media
CN110541691A (zh) 一种非均质砂岩油藏可视化水驱油实验装置及方法
CN108959767A (zh) 一种窄河道型气藏不同井型凝析油伤害数值模拟方法
CN109932298B (zh) 一种耦合作用下微尺度流动可视化测试装置及方法
CN102704911A (zh) 一种多分支井实验模型、系统及填砂方法
CN202381062U (zh) 稠油水平井蒸汽驱三维物理模拟系统
CN106198339A (zh) 一种考虑降雨入渗的覆盖层边坡渗流特征及稳定性试验模型
CN113047826B (zh) 一种智能可释放示踪剂产液剖面测试实验装置及方法
Tan et al. Inflow characteristics of horizontal wells in sulfur gas reservoirs: a comprehensive experimental investigation
Deng et al. Hydraulic diffusivity of a partially open rough fracture
CN114352248B (zh) 一种稠油热采二维物理模拟实验装置及其使用方法
Li et al. Experimental investigation on the behavior of supercritical CO2 during reservoir depressurization
CN109765109A (zh) 软土层中桩基类帕斯卡效应试验装置
CN104237104A (zh) 确定体积压裂改造程度的方法
Wang et al. Water-gas flow in rough rock fractures: insights from coupled triaxial compression experiments
CN205712213U (zh) 动态承压水作用的基坑开挖模型试验装置
KR101432724B1 (ko) 실린더형 2차원 평판유동기
Xu et al. Quantitative Study of the Effects of Pore Structure and Wettability on the Water Spontaneous Imbibition Behaviors in Coal
CN202937246U (zh) 多分支井实验模型及其边水模拟装置、分支井实验系统
Gao et al. Simulation of dynamic two-phase flow during multistep air sparging
CN109490162A (zh) 考虑应力敏感条件下的致密油藏毛细管压力计算方法
CN207393191U (zh) 模拟渗流阻力对排水过程地层压力影响的实验装置
Tan et al. Experimental evaluation method for acid injection profiles of horizontal wells during a carbonate acidizing process

Legal Events

Date Code Title Description
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170718

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180524

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190525

Year of fee payment: 6