KR101480058B1 - Apparatus and method for simulation proppant velocity in crack of shale gas field - Google Patents

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Abstract

본 발명은 셰일가스 유전의 다양한 인공 균열에서 프로판트의 침전을 확인하기 위한 시뮬레이션 장치 및 방법에 관한 것으로, 간단하며 빠르고 정확한 방식으로 다양한 종류의 프로판트 슬러리의 침전 특성을 확인하여 수압파쇄에 의한 인공균열에 최대의 투수공간을 확보하도록 함으로써 생산성을 향상함을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 셰일가스 유전의 다양한 인공 균열에서 프로판트의 침전을 확인하기 위한 시뮬레이션 장치는, 내부에 공간이 형성되며 외부의 빛이 내부에 입사되지 않도록 구성된 컨테이너(10)와; 내부에 유전지대의 균열을 표현하기 위한 유로(21a)가 형성되는 투명의 홀더 본체(21), 상기 홀더 본체의 유로를 개폐하는 마개(22)로 구성되어 상기 유로에 프로판트와 유체가 혼합된 프로판트 슬러리가 수용된 상태에서 상기 컨테이너에 교체 가능하게 장착되는 샘플 홀더(20)와; 상기 샘플 홀더를 중심으로 하여 양측에 각각 상기 샘플 홀더에 수용된 프로판트 슬러리의 이동 방향을 따라 상호 간에 일정 간격을 두고 배치되어 상기 샘플 홀더에 빛을 조사하는 다수의 발광부(40) 및 상기 샘플 홀더를 투과한 빛을 측정하는 다수의 수광부(50-1,50-2,50-3,50-4)로 이루어져, 상기 샘플 홀더에 수용된 프로판트 슬러리의 프로판트의 침전을 측정하도록 하는 프로판트 침전 센서와; 상기 프로판트 침전 센서의 수광부에서 수신한 값을 근거로 하여 상기 프로판트 슬러리의 프로판트의 침전 시간, 침전 속도, 부유 시간을 포함하는 침전 데이터를 산출하는 컨트롤러(30)를 포함하고, 상기 수광부는 상기 샘플 홀더를 투과하는 빛의 세기에 의해 저항치가 변하는 저항(Light Dependent Resistors)이다.
본 발명에 의한 셰일가스 유전의 다양한 인공 균열에서 프로판트의 침전을 확인하기 위한 시뮬레이션 방법은, 내부에 유전지대의 균열을 표현하기 위한 유로가 형성되는 투명의 홀더 본체, 상기 홀더 본체의 유로를 개폐하는 마개로 구성된 샘플 홀더의 유로에 프로판트와 유체가 혼합된 프로판트 슬러리를 수용한 후, 이 샘플 홀더를 외부의 빛이 입사되지 않으며 발광부와 다수의 수광부로 이루어진 프로판트 침전 센서가 갖추어진 컨테이너 내부의 상기 발광부와 수광부 사이에 장착하는 제1단계와; 상기 프로판트 침전 센서의 발광부에 전원을 인가하여 빛이 조사되도록 하고, 상기 발광부에서 조사되어 상기 샘플 홀더를 투과한 후 상기 수광부에서 수신한 빛의 세기를 근거로 하는 수신 데이터를 검출하는 제2단계와; 상기 제2단계를 통해 검출한 수신 데이터를 근거로 하여 상기 프로판트 슬러리의 프로판트의 침전 데이터를 산출하는 제3단계를 포함하되, 상기 제2단계에서 상기 수광부는 빛의 세기에 따라 저항이 달라지는 것이며, 상기 제3단계는 상기 수광부의 현재 저항 값과 최초 설정된 기준 저항 값을 비교하여 현재 저항 값과 기준 저항 값이 일치되는 시간을 침전시간으로 산출한다.
The present invention relates to a simulation apparatus and method for confirming the precipitation of propane in various artificial cracks of a shale gas oil field, and it is an object of the present invention to confirm the precipitation characteristics of various types of propane slurry in a simple, Thereby securing a maximum permeable space in the cracks, thereby improving the productivity.
A simulation apparatus for confirming precipitation of propane in various artificial cracks of a shale gas oil field according to the present invention includes a container 10 having a space formed therein so that external light is not incident on the inside thereof; A transparent holder body 21 in which a flow path 21a for expressing a crack in the dielectric layer is formed and a cap 22 for opening and closing the flow path of the holder body, A sample holder (20) that is replaceably mounted on the container with the propane slurry received therein; A plurality of light emitting units (40) arranged on both sides of the sample holder, the light emitting units (40) being arranged at regular intervals from one another along the moving direction of the propane slurry accommodated in the sample holder, (50-1, 50-2, 50-3, 50-4) for measuring the light transmitted through the sample holder and measuring the precipitation of propane in the propane slurry contained in the sample holder, A sensor; And a controller (30) for calculating precipitation data including a settling time, a settling velocity and a floatation time of propane in the propane slurry based on the value received by the light receiving unit of the propane precipitation sensor, (Light Dependent Resistors) whose resistance value varies depending on the intensity of light transmitted through the sample holder.
A simulation method for confirming precipitation of propane in various artificial cracks of a shale gas oil field according to the present invention includes a transparent holder body in which a flow path for expressing cracks in a dielectric zone is formed, A propane slurry in which propane and a fluid are mixed is accommodated in a flow path of a sample holder constituted by a cap and a propane precipitation sensor composed of a light emitting portion and a plurality of light receiving portions, A first step of mounting the light emitting unit and the light receiving unit inside the container; A photodetector for detecting received data based on intensity of light received by the light receiving unit after being irradiated by the light emitting unit and passing through the sample holder; Step 2; And a third step of calculating precipitation data of propane in the propane slurry based on the received data detected through the second step, wherein in the second step, the resistance of the light- In the third step, the current resistance value of the light receiving unit is compared with a reference resistance value that is initially set, and a time at which the current resistance value matches the reference resistance value is calculated as a settling time.

Description

셰일가스 유전의 다양한 인공 균열에서 프로판트의 침전을 확인하기 위한 시뮬레이션 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SIMULATION PROPPANT VELOCITY IN CRACK OF SHALE GAS FIELD}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a simulation apparatus and a method for confirming precipitation of propane in various artificial cracks of shale gas oil,

본 발명은 셰일가스 유전에서 가스를 생산하기 위하여 치밀한 암석지층에 투수율을 높이기 위하여 수평으로 드릴링 후 수압파쇄 기술을 이용하여 균열 생성 후 프로판트(모래 알갱이) 슬러리를 이용하여 높은 투수율을 생성하기 위한 것으로, 더욱 상세하게는 균열지역의 닫힘 현상은 지층의 조건, 슬러리의 점도, 중력에 따라 변화하며, 다양한 균열 크기와 다양한 종류의 프로판트 슬러리의 실험을 통해 실제 유전 지역에서 높은 투수율을 유지할 수 있는 이상적인 프로판트 슬러리를 제공할 수 있는 셰일가스 유전의 다양한 인공 균열에서 프로판트의 침전을 확인하기 위한 시뮬레이션 장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention is to produce a high permeability by using slurry of propane (sand grains) after crushing by hydro-crushing technique after drilling horizontally to increase permeability in a dense rock layer to produce gas in the shale gas field , And more specifically, the closure phenomenon of the crack region changes according to the conditions of the layer, the viscosity of the slurry, and the gravity, and it is an ideal ideal to maintain high permeability in the actual oil field through various crack size and various types of propane slurry The present invention relates to a simulation apparatus and a method for confirming precipitation of propane in various artificial cracks of a shale gas oil field capable of providing a propane slurry.

개발도상국의 빠른 경제 성장으로 인해 세계 석유 수요는 지속적인 증가가 예상되는 반면, 세계 석유공급은 증가세가 둔화될 것으로 대두되고 있다. 기존 대형 유전에서는 원유 생산 감소세가 가속화되고 있기 때문이다. 그러므로 석유를 대체할 에너지원, 신석유자원에 대한 관심이 높아지고 있다. 이와 더불어 신석유자원들 중 상업화가 가장 빠를 것으로 기대를 모으고 있는 것이 셰일가스이다. 셰일가스개발의 시작은 오래되지 않았으나 신석유자원으로써 셰일가스의 개발 방법은 지속적이고 활발하게 이루어지고 있다. 이러한 셰일가스전의 셰일층은 매우 치밀한 구조를 가지고 있어 암석공극에 대한 투수율이 거의 존재 하지 않는다. World oil demand is expected to increase steadily due to rapid economic growth in developing countries, while world oil supply is expected to slow down. This is because crude oil production is rapidly declining in existing large oil fields. Therefore, interest in energy resources and new oil resources to replace petroleum is increasing. In addition, shale gas is expected to be one of the fastest commercialization of new petroleum resources. Although the development of shale gas has not started for a long time, the development of shale gas as new oil resources has been continuously and vigorously carried out. The shale layer of the shale gas field has a very dense structure, and there is little permeability to the rock porosity.

그러므로 치밀한 셰일가스전에 투수율을 증대해야 생산이 가능하고 비로소 경제성을 가진다. 투수율 증대를 위하여 수평방향으로 드릴링 후 수압파쇄로 셰일 암석에 균열 지역을 형성한다. 또한 수압파쇄로 생성된 균열 지역은 저류층 압력에 의하여 본래의 형태로 된다. 그전에 균열 지역에 프로판트(모래 알갱이)를 유체와 섞어 주입한다. 하지만 유체와 프로판트가 섞인 프로판트 슬러리는 주입되어진 상태를 계속 유지하지 못하고 중력, 온도, 압력에 의해 슬러리가 변화되어져 침전이 된다.Therefore, it is economically feasible to increase the permeability to dense shale gas field. In order to increase the water permeability, horizontal cracking is performed by hydraulic fracturing after drilling in horizontal direction. In addition, the fracture zone generated by hydraulic fracturing becomes the original shape by the reservoir pressure. Before that, propane (sand grains) are mixed with the fluid in the cracked area. However, the propane slurry in which the fluid and propane are mixed can not maintain the injected state, and the slurry is changed by gravity, temperature, and pressure to precipitate.

이러한 문제를 극복하기 위한 방법으로, 수압파쇄를 이용하여 암석에 균열 지역을 형성하고 암석이 닫히기 전에 프로판트 슬러리를 주입하여 투수율을 증대시킨다. 이때 프로판트 슬러리가 침전이 되어 투수율의 감소가 발생한다. 그러므로 다양한 균열 크기와 프로판트의 종류로 침전률을 도출, 이를 통한 최적화된 프로판트 슬러리의 침전 방지 효과를 가져와 셰일가스 생산성 증대를 가져올 수 있다.
As a method to overcome this problem, hydraulic cracking is used to form a crack zone in the rock and propane slurry is injected before the rock is closed to increase the permeability. At this time, the propane slurry is precipitated and the permeability decreases. Therefore, the precipitation rate can be derived from various crack sizes and types of propane, and it is possible to prevent precipitation of optimized propane slurry through this, thereby increasing shale gas productivity.

오일/가스 공에서 오일/가스를 함유하고 있는 지층에서 탄화수소가 생산될 수 없을 때, 지층에서 유체의 흐름 용량을 증가시키기 위해 자극법(stimulation)을 사용한다. 현재, 자극법 중에서 가장 유명한 방법 중의 하나는 유정과 가까운 위치에 있는 지층에 기계적으로 균열을 유도하여 가스/석유를 함유하고 있는 지층에서의 유체흐름의 능력을 증가시키게 디자인 된 수압파쇄법이다. When hydrocarbons can not be produced in strata containing oil / gas in an oil / gas hole, stimulation is used to increase fluid flow capacity in the strata. Currently, one of the most well known methods of irritation is hydraulic fracturing, which is designed to induce mechanically cracks in strata near the wells to increase the ability of fluid flow in the gas / petroleum strata.

이 과정에서 쐐기(wedge)의 역할을 하는 작은 입자인 프로판트는 수압파쇄 이후에 생성된 균열을 닫치지 않고 계속 열려있는 상태로 만들기 위해 지층의 균열에 주입된다. 프로판트 입자의 침강 속도는 지층 유체의 점성도에 따라 다를 수 있다. 균열 안에서 프로판트의 분포는 수압파쇄의 최종결과를 결정하는데 매우 결정적이며 프로판트의 분포도를 조정할 수 있을 경우 균열 전도도를 결정할 수 있다.In this process, propane, a small particle that acts as a wedge, is injected into cracks in the stratum in order to keep the cracks generated after hydrofracturing breaks open without being closed. The sedimentation rate of the propane particles may vary depending on the viscosity of the bed fluid. The distribution of propane in cracks is very crucial in determining the final result of hydraulic fracturing and the crack conductivity can be determined if the distribution of propane can be adjusted.

수압파쇄 이후에 지층으로 유체의 여과현상(leak-off)이 발생하여 균열안의 압력이 감소한다면, 균열은 다시 닫칠 것이다. 그러나 프로판트를 주입하여 균열을 열린 상태로 유지시킨다면, 유정 안에서 유체의 흐름 능력은 높아 질 것이다. 그러나 프로판트가 목표 층인 가스/오일을 함유하고 있는 지층의 외부에 침전되는 경우, 프로판트는 생산성의 증가에 기여하지 않으며, 파쇄의 효율을 높이기 위해 사용된 모든 자금들은 손실 될 것이다. 여기에 균열 안에서의 프로판트의 침전과 분포에 관한 연구가 중요한 이유가 있다. 끊임없이 변하는 석유 산업의 연구과정에서 기존에 이루어진 소량의 농도와 낮은 점성도를 갖은 유체로 이루어진 슬러리에 관한 연구는 부족하다.If hydraulic fluid leaks into the bed after hydrofracturing and the pressure in the crack decreases, the crack will close again. However, if propane is injected to keep the crack open, the flow capacity of the fluid in the well will increase. However, when propane precipitates outside the strata containing the target gas / oil, propane does not contribute to increased productivity and all funds used to increase the efficiency of shredding will be lost. Here, it is important to study the precipitation and distribution of propane in cracks. Research into the ever-changing petroleum industry has been lacking in studies of slurries with fluids with low concentrations and low viscosities.

이미 정적인 상태에서의 슬러리 침전에 관해 기여할 수 있는 많은 연구들이 수행되어 졌다. 그러나 대부분의 연구는 자연에서 non-newtonian인 상태에서 중간에서 높은 점착력을 가진 유체에서의 프로판트 침전만을 중심으로 기술하고 있다. 수압파쇄 과정에 사용되는 유체는 변해오고 있으며, 유체의 변화는 수압파쇄의 기능에 의해 변해왔었다. 과거 전통적인 수압파쇄에 사용된 수용액은 석유기반의 유체(oil based emulsions)에서 젤 액체(gelled fluid), 교차결합 폴리머(crosslinked polymers)로 바뀌어 왔고, 현재는 낮은 점성도의 매끄러운 물(slick water)로 변하고 있다. 이 매끈한 물에 의한 균열(slickwater-fracs)은 과거의 수용액과는 반대로 매우 낮은 점성도를 가지고 있으며, 낮은 프로판트 농도로 설계 되었다.A number of studies have been carried out that can contribute to the slurry settling in the already static state. However, most studies have focused only on propane precipitation in fluids with medium to high cohesion in the non-newtonian state in nature. The fluid used in the hydraulic fracturing process is changing, and the fluid change has been changed by the function of hydraulic fracturing. In the past, aqueous solutions used in traditional hydraulic fracturing have changed from oil based emulsions to gelled fluid, crosslinked polymers, and now turn into low viscosity, slick water have. These slickwater-fracs have a very low viscosity and are designed with low propane concentrations as opposed to past aqueous solutions.

지금까지 2 lbs/gallon 미만의 유체 프로판트 농도 슬러리(Less than 2 lbs/gallon of fluid)에서의 프로판트는 군집되는 침전 특징을 갖는 것으로 나타나고 있다. 각각의 슬러리 입자는 서로 합쳐지려는 경향을 보이고 합쳐진 입자들은 각각의 입자의 침전 속도보다 빠르다. 침전 속도는 같은 중력(gravitational forces)과 작용 항력(drag-forces acting)이 입자위에 작용할 때의 속도를 나타내며, 침전 속도를 가졌을 때는 가속도가 붙지 않는다. So far, propane in less than 2 lbs / gallon of fluid propane concentration slurry (Less than 2 lbs / gallon of fluid) has been shown to have clustered precipitation characteristics. Each slurry particle tends to combine with each other, and the combined particles are faster than the settling rate of each particle. The sedimentation rate refers to the rate at which gravitational forces and drag-forces acting act on the particles, and there is no acceleration when the sedimentation velocity is applied.

유감스럽게도, 기존의 연구들은 프로판트 농도가 3~4ppg가 최소인 중간에서 높은 점성도를 가진 슬러리에 관해 더욱 집중되었었다.(1ppg는 1 gallon의 유체에 추가된 프로판트 1파운드의 약자) 또한, 과거의 실험 장치들은 계산하는 것이 상대적으로 복잡하며, 설치하는데 많은 시간과 노력을 요구하도록 만들어 졌다. 낮은 농도에서의 침전에 관한 부족한 정보들에 관해 연구한다는 목적과 함께 이글에서 소개하는 발명은 빠르고, 정확하고, 간단한 방법으로 목적을 달성할 수 있도록 고안되었다. 낮은 프로판트 함유 농도(3ppg 아래)의 슬러리 침전을 연구함으로써, 부족한 정보의 격차는 채워질 수 있을 것이며, 그러므로 다양한 수압파쇄 유체에서의 슬러리 침전 속도에 관한 연구는 끝날 수 있을 것이다.Unfortunately, previous studies have concentrated more on medium- to high-viscosity slurries with a minimum of 3 to 4 ppg of propane concentration (1 ppg stands for 1 pound of propane added to 1 gallon of fluid) Are relatively complex to calculate and require a lot of time and effort to install. With the aim of studying the insufficient information about sedimentation at low concentrations, the invention presented here is designed to achieve the objectives in a fast, accurate and simple way. By studying slurry precipitation at low propane-containing concentrations (below 3 ppg), the gap of insufficient information could be filled, Therefore, studies on the slurry settling velocity in various hydraulic fracturing fluids may be over.

참고로 본 발명과 관련된 기술로서, 하기의 특허문헌 1은 내부에 하나 이상의 공극을 갖는 주형 구체 (상기 주형 구체는 약 0.3 이상의 크룸바인(Krumbein) 구형도 및 약0.1 이상의 원형도를 가짐) 및 상기 주형 구체의 전체 외부 표면 주위의 연속 소결 쉘 (상기 쉘은 세라믹 물질또는 그의 산화물을 포함하고, 상기 주형 구체는 소결을 견딜 수 있는 물질을 포함함)을 포함하는, 약 0.5 이상의 크룸바인 구형도 및 약 0.4 이상의 원형도를 갖는 프로판트에 관한 것이며, 오일 또는 가스의 투과성 향상을 위한 프로판트 조성의 특허이다.For reference, as a technology related to the present invention, Patent Document 1 below discloses a mold sphere having at least one cavity therein (the mold sphere has a sphericity of Krumbein of about 0.3 or more and a roundness of about 0.1 or more) A sphericity of at least about 0.5 Crombia, including a continuous sintered shell around the entire outer surface of the mold sphere, said shell comprising a ceramic material or an oxide thereof, said mold sphere comprising a material capable of withstanding sintering, and Relates to propane having a circularity degree of at least about 0.4 and is a patent of a propane composition for improving oil or gas permeability.

특허문헌2는 프로판트와 유체가 담긴 시험 셀, 시험 셀의 일측에 설치되며 상기 시험 셀을 조명하는 광원, 상기 광원의 반대쪽에 설치되며 일측의 수신단이 상기 시험 셀을 통과하여 조사되는 빛을 수신 및 타측의 발광단이 수신된 빛을 반대쪽에 조사하는 광섬유, 상기 광섬유의 발광단에서 조사되는 빛을 촬영하는 CCD 카메라로 구성되며, 프로판트가 침전하면서 발생되는 위치별 농도 차이에 의해 프로판트가 많은 곳은 검정색으로 촬영되고 반대로 프로판트가 없는 곳은 흰색으로 촬영되며, 이러한 색상의 차이를 근거로 하여 프로판트의 농도 특성을 검출하는 것이고, 프로판트의 침전 패턴 등을 확인할 수 있는 것이기는 하지만, 이건발명의 발광부와 광원의 기능이 상이하며, 특허문헌2의 광원은 색상 차이를 확인하기 위한 조명의 기능이고, CCD 카메라에 의해 촬영된 색상을 근거로 하는 것이라는 점에 차이점이 있다.Patent Document 2 discloses a test cell comprising a test cell containing a propane and a fluid, a light source provided on one side of the test cell for illuminating the test cell, a light receiving unit provided on the opposite side of the light source, And a CCD camera for photographing the light emitted from the light emitting end of the optical fiber, wherein the difference in concentration between the positions generated by the precipitation of the propane causes the propane Many places are photographed in black, while those where no propane is present are photographed in white. It is possible to detect the concentration characteristics of propane based on the difference in color, and to confirm the precipitation pattern of propane , The function of the light emitting portion of the invention is different from that of the light source of the invention, the light source of Patent Document 2 is a function of illumination for checking the color difference, There are differences to the point that the color taken by the camera as evidence.

하기의 비특허문헌1은 프로판트와 유체가 담기는 컨테이너, 상기 컨테이너의 벽면에 부착되며 상기 컨테이너 내부에서 침전되는 프로판트에 의한 유체의 압력을 감지하는 압력센서, 압력센서의 값을 근거로 하여 프로판트의 속도를 산출하는 컨트롤러로 구성되고, 프로판트의 속도를 측정하는 것이기는 하지만, 프로판트의 침전 중 발생하는 압력 차이를 근거로 하는 것이기 때문에 미세한 압력변화의 감지가 어려운 문제점이 있다.
The following Non-Patent Document 1 discloses a container for containing a propane and a fluid, a pressure sensor attached to a wall surface of the container and sensing a pressure of fluid by propane precipitated in the container, And a controller for calculating the velocity of the propane. Although the velocity of the propane is measured, it is difficult to detect a minute pressure change because it is based on the pressure difference generated during precipitation of the propane.

한국공개특허 제2009-0035732호Korean Patent Publication No. 2009-0035732 미국특허 US 05272675U.S. Pat. No. 5,072,675

SPE/DOE 13906 Proppant Settling Velocities in Nonflowing Slurries, by L. L. Kirkby, The Dow Chemical Company, and H. A. Rockefeller, Dowell Schlumberger(1985.03.19)SPE / DOE 13906 Proppant Settling Velocities in Nonflowing Slurries, by L. L. Kirkby, The Dow Chemical Company, and H. A. Rockefeller, Dowell Schlumberger (Mar. 19, 1985)

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 간단하며 빠르고 정확한 방식으로 다양한 종류의 프로판트 슬러리의 침전 특성을 확인하여 수압파쇄에 의한 인공균열에 최대의 투수공간을 확보하도록 함으로써 생산성을 향상할 수 있는 셰일가스 유전의 다양한 인공 균열에서 프로판트의 침전을 확인하기 위한 시뮬레이션 장치 및 방법을 제공하려는데 그 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems and it is an object of the present invention to improve productivity by confirming the precipitation characteristics of various types of propane slurries in a simple, fast and accurate manner, thereby securing the maximum permeable space for artificial cracking by hydraulic fracturing And to provide a simulation apparatus and a method for confirming precipitation of propane in various artificial cracks of shale gas oil which can be used.

본 발명에 의한 셰일가스 유전의 다양한 인공 균열에서 프로판트의 침전을 확인하기 위한 시뮬레이션 장치는, 내부에 공간이 형성되며 외부의 빛이 내부에 입사되지 않도록 구성된 컨테이너와; 내부에 유로가 형성되는 투명의 홀더 본체, 상기 홀더 본체의 유로를 개폐하는 마개를 포함하는 샘플 홀더와; 상기 샘플 홀더를 중심으로 하여 양측에 각각 상기 샘플 홀더에 수용된 프로판트 슬러리의 이동 방향을 따라 상호 간에 일정 간격을 두고 배치되어 상기 샘플 홀더에 빛을 조사하는 하나 이상의 발광부 및 상기 샘플 홀더를 투과한 빛을 측정하는 다수의 수광부를 포함하며, 상기 샘플 홀더에 수용된 프로판트 슬러리의 프로판트의 침전을 측정하는 프로판트 침전 센서와; 상기 프로판트 침전 센서의 수광부에서 수신한 값을 근거로 하여 상기 프로판트 슬러리의 프로판트의 침전 시간, 침전 속도, 부유 시간을 포함하는 침전 데이터를 산출하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.
A simulation apparatus for confirming precipitation of propane in various artificial cracks of a shale gas oil field according to the present invention includes a container having a space formed therein and external light not being incident on the container; A sample holder including a transparent holder body in which a flow path is formed, and a cap for opening and closing the flow path of the holder body; One or more light emitting portions disposed on both sides of the sample holder at respective predetermined intervals along the moving direction of the propane slurry accommodated in the sample holder to irradiate light to the sample holder, A propane precipitation sensor comprising a plurality of light-receiving units for measuring light, the propane precipitation sensor measuring the precipitation of propane in the propane slurry contained in the sample holder; And a controller for calculating precipitation data including a settling time, a settling velocity and a floatation time of the propane in the propane slurry based on the value received by the light receiving unit of the propane precipitation sensor.

본 발명에 의한 셰일가스 유전의 다양한 인공 균열에서 프로판트의 침전을 확인하기 위한 시뮬레이션 장치 및 방법에 의하면, 균열지역의 닫힘 현상은 지층의 조건, 슬러리의 점도, 중력에 따라 변화하며, 다양한 균열 크기와 다양한 종류의 프로판트 슬러리의 실험을 통해 실제 유전 지역에서 높은 투수율을 유지할 수 있는 이상적인 프로판트 슬러리를 제공하여 가스의 생산량을 향상할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
According to the simulation apparatus and method for confirming the precipitation of propane in various artificial cracks of the shale gas oil field according to the present invention, the closure phenomenon of the crack region varies depending on the conditions of the layer, the viscosity of the slurry, And various kinds of propane slurry, it is possible to provide an ideal propane slurry that can maintain a high permeability in an actual oil field, thereby improving the production of gas.

도 1은 본 발명에 의한 셰일가스 유전의 다양한 인공 균열에서 프로판트의 침전을 확인하기 위한 시뮬레이션 장치의 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 셰일가스 유전의 다양한 인공 균열에서 프로판트의 침전을 확인하기 위한 시뮬레이션 장치에 적용된 컨테이너와 샘플 홀더 및 프로판트 침전 센서를 도시한 정면도.
도 3은 본 발명에 의한 셰일가스 유전의 다양한 인공 균열에서 프로판트의 침전을 확인하기 위한 시뮬레이션 장치에 적용된 샘플 홀더의 사시도.
도 4와 도 5는 본 발명에 의한 셰일가스 유전의 다양한 인공 균열에서 프로판트의 침전을 확인하기 위한 시뮬레이션 방법에 의해 침전 시간과 침전 속도를 구하는 보이기 위한 그래프.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram of a simulation apparatus for confirming precipitation of propane in various artificial cracks of a shale gas oil field according to the present invention. FIG.
FIG. 2 is a front view showing a container, a sample holder and a propane precipitation sensor applied to a simulation apparatus for confirming precipitation of propane in various artificial cracks of a shale gas oil field according to the present invention. FIG.
3 is a perspective view of a sample holder applied to a simulation apparatus for confirming precipitation of propane in various artificial cracks of a shale gas oil field according to the present invention.
FIG. 4 and FIG. 5 are graphs showing the sedimentation time and sedimentation rate obtained by a simulation method for confirming precipitation of propane in various artificial cracks of the shale gas oil field according to the present invention.

도 1에서 보이는 것처럼, 본 발명에 따른 셰일가스 유전의 다양한 인공 균열에서 프로판트의 침전을 확인하기 위한 시뮬레이션 장치는, 컨테이너(10), 내부에 프로판트 슬러리(프로판트와 유체의 혼합물)가 수용되며 컨테이너(10) 내부에 탑재되는 샘플 홀더(20), 샘플 홀더(20) 내부에 수용된 프로판트 슬러리에 포함된 프로판트의 침전을 감지하는 프로판트 침전 센서(발광부와 수광부), 상기 프로판트 침전 센서에 의해 감지된 데이터를 근거로 하여 프로판트의 침전 데이터(침전 시간, 침전 속도 등)를 산출하는 컨트롤러(30)로 구성된다.As shown in FIG. 1, a simulation apparatus for confirming precipitation of propane in various artificial cracks of shale gas oil according to the present invention includes a container 10, a propane slurry (a mixture of propane and a fluid) A sample holder 20 mounted in the container 10, a propane precipitation sensor (light emitting portion and light receiving portion) for detecting the precipitation of propane contained in the propane slurry contained in the sample holder 20, And a controller 30 for calculating precipitate data (precipitation time, sedimentation rate, etc.) of propane based on the data sensed by the sedimentation sensor.

컨테이너(10)는 내부에 샘플 홀더(20)와 상기 프로판트 침전 센서가 장착될 수 있는 크기의 공간이 형성된 케이스로서, 샘플 홀더(20)의 장착 및 교체 그리고, 상기 프로판트 침전 센서의 설치와 유지보수를 위하여 개방부를 갖는 컨테이너 본체 및 상기 컨테이너 본체의 개방부를 개폐하는 도어로 구성되고, 상기 프로판트 침전 센서에 의한 감지 오류를 방지하기 위하여 외부의 빛이 입사되지 않도록 구성(예를 들어 검정색 페인팅, 검정색 시트 부착 등)된다.The container 10 is a case in which a sample holder 20 and a space having a size capable of mounting the propane precipitation sensor are formed therein. The container 10 includes a sample holder 20 mounted and replaced, A container body having an opening portion for maintenance and a door for opening and closing an opening portion of the container body and configured to prevent external light from being incident on the container body in order to prevent detection errors caused by the propane- , Black sheet attachment, etc.).

컨테이너(10)는 샘플 홀더(20)가 안정적으로 탑재되도록 바닥부에 홈 또는 돌기의 홀더 안착부가 구성될 수도 있다.
The container 10 may be configured such that the holder seat of the groove or the projection is formed at the bottom so that the sample holder 20 is stably mounted.

도 1 내지 도 3에서 보이는 바와 같이, 샘플 홀더(20)는 내부에 유로(21a)가 형성된 투명의 홀더 본체(21), 홀더 본체(21)의 유로(21a)를 개폐하는 마개(22)로 구성된다.1 to 3, the sample holder 20 includes a transparent holder body 21 having a flow path 21a formed therein and a cap 22 for opening and closing the flow path 21a of the holder body 21 .

샘플 홀더(20)는 실제 유전지대를 조성하는 것이며 내부의 유로(21a)는 실제 유전지대에서 수압파쇄를 통해 만들어지는 균열을 표현하는 것이다. 즉, 프로판트 슬러리는 유로(21a)에 채워지고 프로판트가 중력에 의해 유로(21a)의 바닥으로 침전된다.The sample holder 20 constitutes an actual dielectric zone, and the inner flow path 21a represents a crack generated through hydraulic fracturing in an actual dielectric zone. That is, the propane slurry is filled in the flow path 21a and the propane is settled to the bottom of the flow path 21a by gravity.

홀더 본체(21)는 다양한 시료의 테스트가 가능하도록 유로(21a)가 마개(22)를 통해 개폐된다.The holder main body 21 is opened and closed through a stopper 22 so that various samples can be tested.

따라서, 유전지대의 수압파쇄에 의한 균열이 다양한 크기로 형성됨에 따라, 서로 다른 크기의 유로(21a)를 갖는 다양한 샘플 홀더(20)를 제작함으로써 다양한 크기의 균열에서도 프로판트의 테스트가 가능하다. 즉, 샘플 홀더(20)의 유로(21a)의 크기는 실제 필드 상태에서 기대 되는 균열의 폭에 따라 다양하고, 실용적이게는 25Cm(높이) X 5Cm(길이) X (0.25, 0.5, 0.75, 1)Cm(폭)가 가능하다.
Therefore, since the cracks due to hydraulic fracture of the dielectric belt are formed in various sizes, it is possible to test the propane even in cracks of various sizes by manufacturing various sample holders 20 having flow paths 21a of different sizes. That is, the size of the flow path 21a of the sample holder 20 varies depending on the width of the crack to be expected in the actual field condition, and is practically 25Cm (height) X 5Cm (length) X (0.25, 0.5, 0.75, ) Cm (width) is possible.

홀더 본체(21)는 내부의 유로(21a)의 크기가 중요한 것이며 외형은 본 발명의 테스트와 무관하므로 도면에 도시된 형상으로 한정되지 않고 다양한 디자인으로 이루어진다.The size of the inner channel 21a is important in the holder main body 21, and the outer shape is not limited to the shape shown in the drawings because it is independent of the test of the present invention.

샘플 홀더(20)는 유로(21a)에 프로판트 슬러리가 채워져 컨테이너(10)에 탑재, 상기 프로판트 침전 센서의 발광부와 수광부 사이에 탑재된다.
The sample holder 20 is loaded in the container 10 with the flow path 21a filled with propane slurry and mounted between the light emitting portion and the light receiving portion of the propane precipitation sensor.

상기 프로판트 침전 센서는 침전 데이터의 측정을 위하여 상기 발광부와 수광부가 다수개(도면에는 4개를 예로 들어 도시함)로 구성된다. 예를 들어 발광부(40)는 하나만 구성되고 수광부는 다수개가 구성된다.The propane precipitation sensor comprises a plurality of light emitting units and a plurality of light receiving units (for example, four of the light emitting units and the light receiving units are shown in the figure) for measurement of precipitation data. For example, only one light emitting unit 40 is configured and a plurality of light receiving units are configured.

발광부(40)는 예를 들어 듀얼 CCFL 램프이다. CCFL 램프는 10V AC의 변환장치에 의해 독립적으로 구동된다. 상기 변환장치는 12V DC의 전원에 의해 구동된다. CCLF 램프는 안정된 방출 특성과 가벼운 무게 및 크기를 가지고 있기 때문에 발광부로 유용하다.The light emitting portion 40 is, for example, a dual CCFL lamp. The CCFL lamp is driven independently by a 10V AC converter. The converter is driven by a 12V DC power supply. CCLF lamps are useful as light emitting parts because they have stable emission characteristics and light weight and size.

제 1 내지 제4수광부(50-1,50-2,50-3,50-4)는 5V DC를 흡입전력으로 사용하여 병렬로 연결된 Light Dependent Resistors(LDR)이다. LDR은 1000ohm pull-down 저항 구성으로 개별적으로 설정되며, 따라서, 빛의 수신량에 따라 서로 다른 저항값을 출력함으로써 프로판트의 침전 데이터를 구할 수 있다.The first to fourth light receiving portions 50-1, 50-2, 50-3, and 50-4 are light dependent resistors (LDR) connected in parallel using 5V DC as a suction power. The LDR is set individually with a 1000 ohm pull-down resistor configuration, so the precipitation data for propane can be obtained by outputting different resistance values depending on the amount of light received.

LDR은 빛의 센서로서 작동하며 받는 빛의 양에 의존하여 저항의 변화가 생기는 특성을 갖고 있으며, 즉, 저항 변화에 따라 전압도 변한다. 이것은 프로판트 슬러리 침전의 속도를 측정하는데 사용된다. 샘플 홀더(20)의 유로(21a)안에 있는 프로판트 슬러리는 부분적으로 LDR로 향하는 빛의 경로를 차단한다. 많은 프로판트가 부유해 있는 경우, 더 적은 빛이 샘플 홀더(20)를 통과할 것이다. 샘플 홀더(20) 안의 프로판트를 통과한 빛은 전압 증가의 원인이 되며, 변경사항은 데이터 수집기에 의해 기록된다. 간단히 말하면, LDR이 원래의 저항 값으로 돌아오는데 걸리는 지속시간은 침전시간으로 정의된다. 특정 조건(예: 균열의 폭, 프로판트의 농도)에서의 프로판트의 침전 시간을 아는 것은 좋은 파쇄-유체의 성능을 알아내기 위한 매개 변수로 사용이 될 것이다.
The LDR operates as a light sensor and has a characteristic that changes resistance depending on the amount of light received, that is, the voltage varies with resistance change. This is used to measure the rate of propane slurry precipitation. The propane slurry in the channel 21a of the sample holder 20 partly blocks the path of light to the LDR. If many propanes are floating, less light will pass through the sample holder 20. Light passing through the propane in the sample holder 20 causes the voltage increase, and the change is recorded by the data collector. In short, the time it takes for the LDR to return to its original resistance value is defined as the settling time. Knowing the precipitation time of propane in certain conditions (eg crack width, propane concentration) will be used as a parameter to determine good fracture-fluid performance.

제1 내지 제4수광부(50-1,50-2,50-3,50-4)에 출력되는 값은 데이터 수집기(60)를 통해 수집되어 컨트롤러(30)에 전송될 수 있다. The values output to the first to fourth light receiving portions 50-1, 50-2, 50-3, and 50-4 may be collected through the data collector 60 and transmitted to the controller 30. [

데이터 수집기(60)는 컴퓨터 등으로부터 안정된 5V DC의 에너지 공급을 받아 구동하며, 계산의 민감도에 따라 다양한 것들의 사용이 가능하고, 예를 들어 12-bit의 사용이 가능하다.The data collector 60 is driven by a stable 5 V DC energy supply from a computer or the like, and various kinds of data can be used depending on the sensitivity of the calculation. For example, 12-bit data can be used.

컨트롤러(30)는 데이터 수집기(60)를 통해 입력받은 데이터와 기준 데이터를 저장 및 이 데이터를 근거로 하여 침전 데이터를 산출 및 산출된 침전 데이터(프로판트의 침전 시간, 침전 속도, 부유 시간)를 저장하며, 후술하는 시뮬레이션 방법에서 구체적으로 설명한다.The controller 30 stores the data inputted through the data collector 60 and the reference data, and calculates the settled data based on the data and calculates the settled data (settling time, settling rate, and settling time of propane) And will be described in detail in a simulation method to be described later.

컨트롤러(30)는 휴대용 노트북, 데스크탑 등을 통해 적용된다.
The controller 30 is applied through a portable notebook, a desktop, or the like.

본 발명에 의한 셰일가스 유전의 다양한 인공 균열에서 프로판트의 침전을 확인하기 위한 시뮬레이션 방법은 다음과 같다.A simulation method for confirming precipitation of propane in various artificial cracks of the shale gas oil field according to the present invention is as follows.

1. 샘플 홀더 준비.1. Prepare sample holder.

샘플 홀더(20)의 홀더 본체(21) 안의 유로(21a)에 준비한 프로판트 슬러리를 투입한다.The prepared propane slurry is introduced into the flow path 21a in the holder main body 21 of the sample holder 20.

시뮬레이션을 위하여 유로(21a)의 크기, 시료의 특성[프로판트 양(농도), 유체의 종류와 점도 등 특성]을 기록 및 저장한다.For simulation, the size of the flow path 21a, the characteristics of the sample [the propane amount (concentration), the kind and viscosity of the fluid, etc.] are recorded and stored.

샘플 홀더(20)를 컨테이너(10) 안의 발광부(40)와 제1 내지 제4수광부(50-1,50-2,50-3,50-4) 사이에 거치한다. 단, 샘플 홀더(20)를 거치하기 전에 프로판트의 침전 특성에 맞도록 샘플 홀더(20)를 흔들어서 프로판트가 일측(상부)에 모이도록 한 후 샘플 홀더(20)를 거치한다.
The sample holder 20 is placed between the light emitting portion 40 in the container 10 and the first to fourth light receiving portions 50-1, 50-2, 50-3, and 50-4. However, before placing the sample holder 20, the sample holder 20 is shaken so as to conform to the precipitation characteristics of the propane so that the propane is collected on one side (upper side), and then the sample holder 20 is mounted.

2. 침전 데이터 검출.2. Detection of sedimentation data.

샘플 홀더(20)를 거치한 후 발광부(40)에 전원을 인가하여 빛이 조사되도록 하고 또는 샘플 홀더(20)를 거치하기 전에 발광부(40)에 전원을 인가하여 빛이 조사되는 상태에서 샘플 홀더(20)를 거치한다.The light is irradiated by applying power to the light emitting unit 40 after the sample holder 20 is mounted, or by applying power to the light emitting unit 40 before placing the sample holder 20, The sample holder 20 is mounted.

발광부(40)에서 조사되는 빛은 샘플 홀더(20)를 통과한 후 제1 내지 제4수광부(50-1,50-2,50-3,50-4)에 도달한다.The light emitted from the light emitting unit 40 passes through the sample holder 20 and then reaches the first to fourth light receiving units 50-1, 50-2, 50-3, and 50-4.

제1 내지 제4수광부(50-1,50-2,50-3,50-4)는 수신한 빛의 세기에 따라 다른 저항 값을 출력하고, 이 저항 값은 전압으로 전환된다.
The first to fourth light receiving portions 50-1, 50-2, 50-3, and 50-4 output different resistance values according to the intensity of the received light, and the resistance values are converted to voltages.

3. 침전 데이터 산출.3. Calculation of sedimentation data.

제1 내지 제4수광부(50-1,50-2,50-3,50-4)가 각각 감지한 출력 값(전압)은 컨트롤러(30)에 입력되고, 컨트롤러(30)는 이 출력 값을 근거로 하여 침전 데이터를 산출한다. 본 발명을 통해서는 침전 시간(Settling Time), 침전 속도(Settling Velocity), 무리 침전(cluster-settling)의 정도의 결과 값을 계산하여 구할 수 있다.The output values (voltages) sensed by the first to fourth light receiving portions 50-1, 50-2, 50-3, and 50-4 are input to the controller 30, and the controller 30 outputs the output values Based on this, the sedimentation data is calculated. In the present invention, it is possible to obtain the result of calculating the settling time, the settling velocity, and the degree of cluster-settling.

가. 침전 시간(Settling Time).end. Settling Time.

침전 시간은 프로판트 슬러리의 붕괴 이후 제1 내지 제4수광부(50-1,50-2,50-3,50-4)인 LDR 센서가 원래의 저항 값으로 되돌아가는데 필요한 시간을 측정하면서 계산된다.The settling time is calculated while measuring the time required for the LDR sensor, which is the first to fourth light receiving portions 50-1, 50-2, 50-3, and 50-4, to return to the original resistance value after the collapse of the propane slurry .

즉 제1 내지 제4수광부(50-1,50-2,50-3,50-4)는 빛의 세기에 따라 저항이 달라지는 것이며, 제1 내지 제4수광부(50-1,50-2,50-3,50-4)를 통해 감지된 현재 저항 값(전압)과 최초 설정된 기준 저항 값(전압)을 비교하여 현재 저항 값과 기준 저항 값이 일치되는 시간을 침전시간으로 산출할 수 있다. 모든 프로판트가 침전되면 발광부(40)에서 조사되는 모든 빛이 제1 내지 제4수광부(50-1,50-2,50-3,50-4)에 입사되어 제1 내지 제4수광부(50-1,50-2,50-3,50-4)의 저항 값은 최초 설계시 저항 값과 일치하는 점을 이용한 것이다.That is, the first to fourth light receiving portions 50-1, 50-2, 50-3, and 50-4 have different resistances according to light intensity, and the first to fourth light receiving portions 50-1, 50-2, 50-3, and 50-4) and a reference resistance value (voltage) that have been set for the first time, so that the time at which the current resistance value matches the reference resistance value can be calculated as the settling time. When all of the propane is precipitated, all the light emitted from the light emitting portion 40 is incident on the first to fourth light receiving portions 50-1, 50-2, 50-3, and 50-4 to form the first to fourth light receiving portions 50-1, 50-2, 50-3, 50-4) is based on a point that matches the resistance value in the initial design.

나. 침전 속도(Settling Velocity).I. Settling Velocity.

도 4의 그래프를 통해 알 수 있듯이, 시간대비 전압의 차이를 그래프화하여, 동일한 값에 도달한 두 개의 수광부 바람직하게 중앙에 배치되는 제2,3수광부(50-2,50-3)를 이용하여 필요한 시간을 측정함으로써 침전속도를 계산[제2,3수광부(50-2,50-3) 사이의 거리/제2수광부(50-2)에서 제3수광부(50-3)까지 침전하는데 걸린 시간)할 수 있다. 왜냐하면 제1수광부(50-1)에서 측정하는 값은 샘플 홀더(20)를 흔들어 거치한 직후의 값을 감지하는 것이고 이때는 샘플 홀더(20)를 흔들어서 생기는 힘에 의한 값이기 때문에 신뢰도가 약하고, 제4수광부(50-4)에서 측정하는 값은 샘플 홀더(20)의 바닥부에서 상부로 상승하는 값을 측정하여 신뢰도가 약하기 때문이다.As can be seen from the graph of FIG. 4, the difference in voltage with respect to time is graphed, and the second and third light receiving portions 50-2 and 50-3 disposed at the center of the two light receiving portions, (The distance between the second and third light receiving portions 50-2 and 50-3 / from the second light receiving portion 50-2 to the third light receiving portion 50-3) Time). This is because the value measured by the first light receiving section 50-1 is a value obtained immediately after the sample holder 20 is shaken by shaking the sample holder 20 and is a value due to the force generated by shaking the sample holder 20, 4 light receiving unit 50-4 measures a value rising from the bottom portion of the sample holder 20 to the upper portion and the reliability is weak.

이 계산법은 중앙에 있는 제2,3수광부(50-2,50-3) 사이에서 프로판트의 침전 속도가 일정하다는 전제하에서 가능하다. 그러므로 설치된 제2,3수광부(50-2,50-3)들 사이의 거리는 일정하며, 침전 속도는 위에서 설명한 것처럼 제2,3수광부(50-2,50-3) 사이의 거리를 나누어 획득된 침전속도와 함께 쉽게 구해질 수 있다.This calculation method is possible on the premise that the precipitation rate of propane is constant between the second and third light receiving portions 50-2 and 50-3 in the center. Therefore, the distances between the installed second and third light receiving portions 50-2 and 50-3 are constant, and the settling velocity is obtained by dividing the distance between the second and third light receiving portions 50-2 and 50-3 as described above Can be easily obtained with the sedimentation rate.

이와 같은 방법을 통해 프로판트의 하나의 알갱이의 침전 속도(Vp)와 프로판트 슬러리의 침전 속도(Vs)를 구할 수 있다.Through such a method, the sedimentation velocity Vp of one grain of propane and the sedimentation velocity Vs of the propane slurry can be obtained.

다. 무리의 침전 정도(Cluster-Settling Severity).All. Cluster-Settling Severity.

무리의 침전의 정도는 프로판트가 운반 매체인 유체를 통해 떨어지는 동안에 뭉쳐지려는 프로판트의 성향에 따라 결정된다. 프로판트 입자가 무리를 이루면서 떨어지는 프로판트 몸체의 유효 직경은 증가한다. Stokes 방정식에 따라, 침전 속도는 입자의 직경의 증가에 따라 점차적으로 증가할 것이다(하기의 식 1 참고).The degree of settling of the flock depends on the propensity of the propate to clump while the propane falls through the carrier medium. The effective diameter of the propane body falling off as a flock of propane particles increases. According to the Stokes equation, the sedimentation rate will gradually increase with increasing particle diameter (see Equation 1 below).

[식 1][Formula 1]

Figure 112013038495669-pat00001
Figure 112013038495669-pat00001

vt : 중력과 부력 작용을 받은 유체의 일정한 속도(cm/s)v t : constant velocity of fluid under gravity and buoyancy (cm / s)

Δρ : 물과 슬러리의 밀도 차Δρ: Density difference between water and slurry

g : 중력 가속도 (980 cm/s2)g: gravitational acceleration (980 cm / s 2 )

dp : 프로판트 지름 (cm)d p : propane diameter (cm)

μ : 유체의 점도 (mPa.s)μ: viscosity of fluid (mPa.s)

식1은 Vt(터미널 구간의 침전 속도), 한 개의 프로판트 알갱이 침전 속도를 구하는 공식으로서 부력과 중력 작용을 받은 프로판트 알갱이의 일정한 속도 측정이 가능하다. Equation (1) is a formula for determining V t (sedimentation rate of the terminal section) and one propane particle settling velocity, and it is possible to measure the constant velocity of propane particles gravity and buoyancy.

식2-4는 LDR 실험을 통하여 Vs(슬러리 침전 속도)의 실험값을 이용하여 뭉쳐있는 프로판트의 총제적 직경을 구하는 공식으로서 얼마나 크게 프로판트가 뭉쳐있는지를 파악하여 결과를 도출하는데 이용한다. 뭉쳐있는 프로판트의 직경(크기)이 클수록 침전 속도를 가속화 시키므로 실험목적에 벗어난다. 그러므로 이 값을 통하여 슬러리의 유체를 선정한다. 즉 유체의 점도가 클수록 무리의 프로판트 크기가 커지고, 무리의 프로판트의 크기가 클수록 침전 속도가 빨라지므로 프로판트 슬러리에 의한 효과가 떨어질 것이므로 무리의 프로판트의 크기가 작도록 유체를 선정할 수 있다.Equation 2-4 is a formula for obtaining the total product diameter of the solidified propane by using the experimental value of V s (slurry settling rate) through the LDR experiment, and is used to determine how much the propane is aggregated and to derive the result. The larger diameter (size) of the solidified propane accelerates the settling velocity and deviates from the experimental purpose. Therefore, the slurry fluid is selected through this value. In other words, the larger the viscosity of the fluid, the larger the propane size of the flock, the larger the size of the flock of propane, the faster the settling rate, so the effect of propane slurry will be lowered. have.

[식 2][Formula 2]

Figure 112013038495669-pat00002
Figure 112013038495669-pat00002

[식 3][Formula 3]

Figure 112013038495669-pat00003
Figure 112013038495669-pat00003

[식 4][Formula 4]

Figure 112013038495669-pat00004
Figure 112013038495669-pat00004

vs : 슬러리 침전 속도(실험값)(cm/s)v s : Slurry settling rate (experimental value) (cm / s)

vt : 중력과 부력 작용을 받은 유체의 일정한 속도(cm/s)v t : constant velocity of fluid under gravity and buoyancy (cm / s)

g : 중력 가속도 (980 cm/s2)g: gravitational acceleration (980 cm / s 2 )

dc : 뭉쳐져있는 프로판트의 총체적 직경 (cm) d c : Overall diameter of the cohesive propane (cm)

dp : 프로판트 지름 (cm)d p : propane diameter (cm)

μ : 유체의 점도 (mPa.s)μ: viscosity of fluid (mPa.s)

식 1은 터미널 속도를 구하는 식, 식 2는 식 1과 같은 이론을 이용하며 실험장치를 이용하여 구한 vs(슬러리 침전 속도)을 이용한 식, 식 3은 식 2를 정리하여 무리에 있는 프로판트의 개수를 구하는 것이며 식 4는 정리한 식 3을 dc(뭉쳐져 있는 프로판트의 총체적 직경)에 관하여 정리한 식이다.Equation 1 is the equation for obtaining the terminal velocity, Equation 2 is the equation using equation (1), equation using v s (slurry settling velocity) obtained using the experimental apparatus, and Equation 3 is the equation using Equation 2, And Equation 4 is a formula summarizing Equation 3 with respect to d c (total diameter of bundled propane).

이 방정식은 유체가 non-Newtonian 속성을 가지고 있을 경우, 사용되는 유체의 종류에 따라 변경 될 수 있다.
This equation can be modified depending on the type of fluid used when the fluid has non-Newtonian properties.

<실시예><Examples>

샘플 홀더(0.5Cm의 균열 두께에서 유체(2ppg slickwater)의 측정).Sample holder (measurement of fluid (2ppg slickwater) at crack thickness of 0.5Cm).

첫째, 슬러리 샘플을 주입할 수 있는 샘플홀더를 선택한다. 이번 실험에서는 0.5cm두께의 유로를 갖는 샘플 홀더(20)를 선택했다.First, select a sample holder into which a slurry sample can be injected. In this experiment, a sample holder 20 having a flow path with a thickness of 0.5 cm was selected.

다음, 폴리머 용액을 유체(slickwater)의 기준에 맞게 혼합하였다. 이 용액은 낮은 점성도, 밀도, 그리고 적은 마찰력을 가진 유체이다. 10pptg(10 lbs/1000 gallon equivalent to 1.2 gr/liter)에서 Alcoflood 254S(폴리머의 종류)는 증류수와 혼합하여 0.5cm의 샘플 홀더(20)의 유로에 주입하였다. Next, the polymer solution was mixed according to the standard of slickwater. This solution is a fluid with low viscosity, density, and low friction. Alcoflood 254S (a kind of polymer) was mixed with distilled water and injected into a channel of a 0.5 cm sample holder 20 at 10 pptg (10 lbs / 1000 gallon equivalent to 1.2 gr / liter).

그리고, 프로판트를 선택한다. 원하는 프로판트의 농도에 따라 프로판트의 양이 결정된다. 2ppg는 대략 폴리머 용액의 리터당 240gr이다. 샘플 홀더(20)의 내부 용적을 측정한다; 0.5 x 25 x 5 cm = 62.5 cc. 그렇다면 필요한 프로판의 양은 ; 62.5/1000 x 240 gr = 15gr과 같다. 샘플 홀더에 계산된 양의 프로판트을 주입한 후 넘쳐흐르는 유체를 닦아낸 후 마개로 밀봉한다. 샘플 홀더(20) 안에 기포가 있는지 확인하는 검사가 필요하다.Then, select the propane. The amount of propane is determined by the concentration of the desired propane. 2ppg is approximately 240gr per liter of polymer solution. The inner volume of the sample holder 20 is measured; 0.5 x 25 x 5 cm = 62.5 cc. If so, the amount of propane required is; 62.5 / 1000 x 240 gr = 15gr. After injecting the calculated amount of propane into the sample holder, wipe off the overflowing fluid and seal with a cap. It is necessary to inspect the sample holder 20 for bubbles.

데이터 수집기를 컨트롤러가 갖추어진 컴퓨터에 연결하여 전원을 켜고, 발광부에 전원을 인가한다. 데이터 수집기로부터 제공되는 소프트웨어를 사용하여, 각각의 수광부에 순차적으로 번호를 정한다.(수광부를 상단에서 하단으로 또는 하단에 상단으로 순차적으로 단순 번호를 매김) 기록을 시작하고 프로판트 슬러리가 샘플 홀더(20) 안에서 균등하게 배포될 때까지 컨테이너를 흔들어준다. The data collector is connected to the computer equipped with the controller, and the power is turned on and the power is supplied to the light emitting unit. Using the software provided by the data collector, the respective light-receiving units are numbered sequentially (the light-receiving units are simply numbered sequentially from top to bottom or bottom to top). Recording is started and the propane slurry is introduced into the sample holder 20) until it is evenly distributed.

샘플 홀더(20)를 발광부(40)와 수광부(50-1,50-2,50-3,50-4) 사이에 장착한 후 프로판트 슬러리가 가라앉았을 때 기록을 중지한다.After the sample holder 20 is mounted between the light emitting portion 40 and the light receiving portions 50-1, 50-2, 50-3, and 50-4, recording is stopped when the propane slurry sinks.

스케터 도표(scatter-plot)를 이용하여 도표화된 전압은 도 4와 같이 나타난다. 각각의 수광부에서 판독하고 평균값으로 5초가 걸린다. 각각의 데이터의 잡음(noise)을 줄이기 위하여, 각각의 데이터 포인트에서 잡음[각각의 수광부는 같은 종류이지만 오차(데이터 포인트)가 존재하므로 그것을 잡는다는 것이며 오차범위에 대한 기준(평균값 5초)은 항상 일정하지 않고 실험을 통하여 얻은 자료를 도 4와 같이 산출하고 일정 시간 이후 반응이 시작되어지는 Y축 부분의 시작 값을 0초로 필터링하여 도 5와 같이 산출함]의 값을 빼주면서 도표를 정규화킨다. 도 5는 정규화 된 도표의 예이다.The plotted voltage using the scatter-plot is shown in FIG. It is read in each light receiving part and takes 5 seconds as an average value. In order to reduce the noise of each data, noise at each data point (each light-receiving part is the same kind but an error (data point) exists and it is caught) The data obtained through experiments are calculated as shown in FIG. 4, and the start value of the Y-axis portion at which the reaction is started after filtering is filtered to 0 seconds and the result is calculated as shown in FIG. 5) is normalized . Figure 5 is an example of a normalized plot.

이웃하는 2개의 수광부의 측정 데이터가 같은 값(green box)으로 도달하는 시간을 그래프에서 측정함으로 속도가 구해진다. 이번 수행된 시험에서는 3.2초로 측정됐다. 결과적으로, 속도는 수광부 간의 거리(5cm로 설정)를 침전 시간으로 나누어서 계산할 수 있다: 5cm/3.2s = 1.57 cm/s.The velocity is obtained by measuring the time at which the measurement data of two neighboring light-receiving portions arrive at the same value (green box) in the graph. In this test, it was measured at 3.2 seconds. As a result, the velocity can be calculated by dividing the distance between the light-receiving units (set at 5 cm) by the settling time: 5 cm / 3.2 s = 1.57 cm / s.

<실시예의 결과 분석(Analysis of Results from the Example)>&Lt; Analysis of Results from the Example >

0.5cm 균열에서 2-ppg 슬릭워터 프로판트 슬러리의 침전은 방해되는 침전의 특성을 보이며 다음과 같은 정보로 결론이 난다. 스톡스 법칙을 사용하면, 평균 50 US-Mesh 크기를 갖은 입자의 평균 터미널 속도는 1.6170 cm/s정도이다. 침전이 일어나는 유체의 양은 제한되므로 프로판트이 아래로 이동함에 따라, 아래에 있던 유체는 위쪽으로 이동한다. 프로판트가 유체를 통해 일정하게 떨어지기 전 발생하는 짧은 순간의 난류는 프로판트 움직임의 수직적 지연시간에 기여한다.  The precipitation of 2-ppg slick water propane slurry at 0.5 cm cracks shows the characteristics of disturbed sediment and concludes with the following information. Using Stokes' law, the average terminal velocity of particles with an average 50 US-mesh size is around 1.6170 cm / s. The amount of fluid that precipitates is limited, so that as the propane moves downward, the underlying fluid moves upwards. The brief moment of turbulence that occurs before the propane is constantly dropped through the fluid contributes to the vertical delay time of the propane movement.

결론적으로, 본 발명과 관련 계산 방법을 사용하여, 낮은 프로판 농도의 침전 속도를 정량화, 특성화 시킬 수 있다.
Consequently, the precipitation rate of low propane concentration can be quantified and characterized using the present invention and related calculation methods.

10 : 컨테이너, 20 : 샘플 홀더
21 : 홀더 본체, 22 : 마개
30 : 컨트롤러, 40 : 발광부
50-1,50-2,50-3,50-4 : 수광부,
60 : 데이터 수집기,
10: container, 20: sample holder
21: holder body, 22: stopper
30: controller, 40:
50-1, 50-2, 50-3, 50-4:
60: Data Collector,

Claims (8)

내부에 공간이 형성되며 외부의 빛이 내부에 입사되지 않도록 구성된 컨테이너와;
내부에 유로가 형성되는 투명의 홀더 본체, 상기 홀더 본체의 유로를 개폐하는 마개를 포함하는 샘플 홀더와;
상기 샘플 홀더를 중심으로 하여 양측에 각각 상기 샘플 홀더에 수용된 프로판트 슬러리의 이동 방향을 따라 상호 간에 일정 간격을 두고 배치되어 상기 샘플 홀더에 빛을 조사하는 하나 이상의 발광부 및 상기 샘플 홀더를 투과한 빛을 측정하는 다수의 수광부를 포함하며, 상기 샘플 홀더에 수용된 프로판트 슬러리의 프로판트의 침전을 측정하는 프로판트 침전 센서와;
상기 프로판트 침전 센서의 수광부에서 수신한 값을 근거로 하여 상기 프로판트 슬러리의 프로판트의 침전 시간, 침전 속도, 부유 시간 중 하나 이상을 포함하는 침전 데이터를 산출하는 컨트롤러를 포함하고,
상기 수광부는 상기 샘플 홀더를 투과하는 빛의 세기에 의해 저항치가 변하는 저항(Light Dependent Resistors)인 것을 특징으로 하는 셰일가스 유전의 다양한 인공 균열에서 프로판트의 침전을 확인하기 위한 시뮬레이션 장치.
A container having a space therein and configured such that no external light is incident on the container;
A sample holder including a transparent holder body in which a flow path is formed, and a cap for opening and closing the flow path of the holder body;
One or more light emitting portions disposed on both sides of the sample holder at respective predetermined intervals along the moving direction of the propane slurry accommodated in the sample holder to irradiate light to the sample holder, A propane precipitation sensor comprising a plurality of light-receiving units for measuring light, the propane precipitation sensor measuring the precipitation of propane in the propane slurry contained in the sample holder;
And a controller for calculating precipitation data including at least one of a settling time, a settling velocity and a floatation time of the propane in the propane slurry based on the value received by the light receiving unit of the propane precipitation sensor,
Wherein the light receiving unit is a light dependent resistors whose resistance value varies according to the intensity of light transmitted through the sample holder. The simulation apparatus for confirming precipitation of propane in various artificial cracks of a shale gas oil field.
삭제delete 청구항 1에 있어서, 상기 샘플홀더는 상기 컨테이너에 교체 가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 셰일가스 유전의 다양한 인공 균열에서 프로판트의 침전을 확인하기 위한 시뮬레이션 장치.The apparatus of claim 1, wherein the sample holder is replaceably mounted in the container. A simulation apparatus for verifying precipitation of propane in various artificial cracks in a shale gas field. 내부에 유로가 형성되는 투명의 홀더 본체, 상기 홀더 본체의 유로를 개폐하는 마개를 포함하는 샘플 홀더의 유로에 프로판트와 유체가 혼합된 프로판트 슬러리를 수용한 후, 이 샘플 홀더를 외부의 빛이 입사되지 않으며 발광부와 다수의 수광부를 포함하는 프로판트 침전 센서가 갖추어진 컨테이너 내부의 상기 발광부와 수광부 사이에 장착하는 제1단계와;
상기 프로판트 침전 센서의 발광부에 전원을 인가하여 빛이 조사되도록 하고, 상기 발광부에서 조사되어 상기 샘플 홀더를 투과한 후 상기 수광부에서 수신한 빛의 세기를 근거로 하는 수신 데이터를 검출하는 제2단계와;
상기 제2단계를 통해 검출한 수신 데이터를 근거로 하여 상기 프로판트 슬러리의 프로판트의 침전 데이터를 산출하는 제3단계를 포함하되,
상기 제2단계에서 상기 수광부는 빛의 세기에 따라 저항이 달라지는 것이며, 상기 제3단계는 상기 수광부의 현재 저항 값과 최초 설정된 기준 저항 값을 비교하여 현재 저항 값과 기준 저항 값이 일치되는 시간을 침전시간으로 산출하는 것을 특징으로 하는 셰일가스 유전의 다양한 인공 균열에서 프로판트의 침전을 확인하기 위한 시뮬레이션 방법.
A holder for a transparent body in which a flow path is formed and a cap for opening and closing the flow path of the holder body is accommodated in a flow path of a sample holder, A light emitting unit and a light receiving unit in a container equipped with a propane precipitation sensor including a light emitting unit and a plurality of light receiving units;
A photodetector for detecting received data based on intensity of light received by the light receiving unit after being irradiated by the light emitting unit and passing through the sample holder; Step 2;
And a third step of calculating precipitation data of propane in the propane slurry based on the received data detected through the second step,
In the second step, the resistance of the light-receiving unit is changed according to the intensity of light. In the third step, the current resistance value of the light-receiving unit is compared with a reference resistance value set for the first time, And the sedimentation time is calculated. The simulation method for confirming precipitation of propane in various artificial cracks of the shale gas oil field.
삭제delete 청구항 4에 있어서, 제3단계는 다수의 수광부 중에서 이웃하는 2개의 수광부에서 동일한 전압값을 감지하는 시간을 근거로 하여 침전속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 셰일가스 유전의 다양한 인공 균열에서 프로판트의 침전을 확인하기 위한 시뮬레이션 방법.[Claim 4] The method according to claim 4, wherein in the third step, the sedimentation rate is calculated on the basis of the time of sensing the same voltage value in two neighboring light-receiving units among the plurality of light-receiving units. Simulation method for confirming sedimentation. 청구항 6에 있어서, 상기 제3단계는 다수의 수광부 중에서 상기 샘플 홀더가 거치된 상태를 기준으로 하여 상부와 바닥부에 배치되지 않는 이웃하는 2개의 수광부의 값을 근거로 하여 침전속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 셰일가스 유전의 다양한 인공 균열에서 프로판트의 침전을 확인하기 위한 시뮬레이션 방법.[7] The method of claim 6, wherein the third step is to calculate the sedimentation rate based on the values of two neighboring light-receiving units that are not disposed on the top and bottom of the plurality of light-receiving units, A simulation method for confirming the precipitation of propane in various artificial cracks of a shale gas field. 청구항 4에 있어서,
상기 제3단계는 하기의 식
Figure 112014072481742-pat00005

[vs : 슬러리 침전 속도(실험값)(cm/s), vt : 중력과 부력 작용을 받은 유체의 일정한 속도(cm/s), dc : 뭉쳐져있는 프로판트의 총체적 직경(cm), dp : 프로판트 지름 (cm)]
을 통해 무리의 프로판트의 전체 직경을 구하는 것을 특징으로 하는 셰일가스 유전의 다양한 인공 균열에서 프로판트의 침전을 확인하기 위한 시뮬레이션 방법.
The method of claim 4,
The third step is a step
Figure 112014072481742-pat00005

[v s: slurry settling rate (experimental) (cm / s), v t: constant velocity (cm / s) of receiving the gravity and buoyancy the working fluid, d c: Overall diameter (cm) of propane agent in mungchyeojyeo, d p : propane diameter (cm)]
To determine the total diameter of the flock of the flock. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 8. &lt; / RTI &gt;
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