KR101498879B1 - 열공급 및 비투멘 채굴을 동시에 수행하는 단일파이프 방식의 비투멘 채굴 시스템 - Google Patents

열공급 및 비투멘 채굴을 동시에 수행하는 단일파이프 방식의 비투멘 채굴 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101498879B1
KR101498879B1 KR1020130064374A KR20130064374A KR101498879B1 KR 101498879 B1 KR101498879 B1 KR 101498879B1 KR 1020130064374 A KR1020130064374 A KR 1020130064374A KR 20130064374 A KR20130064374 A KR 20130064374A KR 101498879 B1 KR101498879 B1 KR 101498879B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heat
pipe
mining
heat supply
supply pipe
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Active
Application number
KR1020130064374A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20140142822A (ko
Inventor
박찬희
이현석
Original Assignee
한국지질자원연구원
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 한국지질자원연구원 filed Critical 한국지질자원연구원
Priority to KR1020130064374A priority Critical patent/KR101498879B1/ko
Priority to CA2853432A priority patent/CA2853432C/en
Publication of KR20140142822A publication Critical patent/KR20140142822A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101498879B1 publication Critical patent/KR101498879B1/ko
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/16—Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons
    • E21B43/24—Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons using heat, e.g. steam injection
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03B—SEPARATING SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS
    • B03B9/00—General arrangement of separating plant, e.g. flow sheets
    • B03B9/02—General arrangement of separating plant, e.g. flow sheets specially adapted for oil-sand, oil-chalk, oil-shales, ozokerite, bitumen, or the like
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/58—Compositions for enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons, i.e. for improving the mobility of the oil, e.g. displacing fluids
    • C09K8/592—Compositions used in combination with generated heat, e.g. by steam injection

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)

Abstract

본 발명은 열공급 및 비투멘 채굴을 동시에 수행하는 단일파이프 방식의 비투멘 채굴 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단일파이프를 이용하여 비투멘(Bitumen)의 점성도를 낮추기 위한 열전도방식의 열에너지 공급과 비투멘의 채굴을 동시에 수행하면서, 고온의 스팀(증기)을 이용하면서 발생되는 환경오염을 방지하고 비투멘 채굴비용을 절감할 수 있으며, 고온의 스팀을 이용하는 경우에도, 오일샌드 내부에서 열교환된 스팀을 회수하여 재가열함으로써, 환경오염 방지는 물론 고온의 스팀을 발생시키기 위한 에너지의 소모량을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명은 열확산날개를 이용하여 비투멘의 용융열이 공급되는 영역을 순차적으로 확장시킴으로써, 오일샌드 내에서 비투멘의 용융열을 보다 신속하게 확산시킬 수 있으며, 이를 통해 오일샌드에 포함된 비투멘의 생산효율을 향상시킬 수 있으며, 이는 원유의 공급가격을 낮출 수 있는 요인으로 작용하여 경쟁력을 향상시킬 수 있다.
따라서, 에너지 개발 분야, 특히 오일샌드 개발 분야는 물론, 이와 유사 내지 연관된 분야에서 신뢰성 및 경쟁력을 향상시킬 수 있다.

Description

열공급 및 비투멘 채굴을 동시에 수행하는 단일파이프 방식의 비투멘 채굴 시스템{Bitumen mining system of only one pipe type to proceed at the same time the heat supply and bitumen mining}
본 발명은 열공급 및 비투멘 채굴을 동시에 수행하는 단일파이프 방식의 비투멘 채굴 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단일파이프를 이용하여 비투멘(Bitumen)의 점성도를 낮추기 위한 열에너지 공급과 비투멘의 채굴을 동시에 수행할 수 있도록 한 것이다.
특히, 본 발명은 열전도방식으로 열에너지를 공급함으로써, 고온의 스팀(증기)을 이용하면서 발생되는 환경오염을 방지하고 비투멘 채굴비용을 절감할 수 있는 열공급 및 비투멘 채굴을 동시에 수행하는 단일파이프 방식의 비투멘 채굴 시스템에 관한 것이다.
오일샌드(Oil sand)란 원유를 포함하는 모래 혹은 사암으로 비투멘(Bitumen, 석유로 변환되는 타르(Tar)와 같은 물질)과 같은 중질유가 10%정도 함유되며, 모래와 점토가 85%, 그리고 물이 5%정도로 구성되어 있다.
비투멘은 검은색의 무겁고 끈적끈적한 형태의 점성질 원유로서, 자연 상태에서는 시추공이나 송유관내에서 흐르지 않기 때문에, 열을 가하거나 희석계(초경질원유 혹은 경질석유제품)와 혼합해 비중과 점성도를 낮춘 후 송유관으로 수송하게 된다.
일반적으로, 2톤의 오일샌드에서 대략 1배럴 가량의 원유를 생산할 수 있는 것으로 알려져 있다.
오일샌드의 생산은, 보통 지하 75m를 기준으로 상층인 표층부는 노천채굴기법(Open-pit mining)으로 이루어지며, 그 이하의 지하 심층부는 인시츄(In-situ) 기술인 CSS(Cyclic Steam Stimulation)방식과 SAGD(Steam Assisted Gravity Drainage)방식을 이용하여 이루어지게 된다.
CSS방식과 SAGD방식은 모두 뜨거운 스팀을 주입해 비투멘을 채굴하는 방식이라는 점에서는 유사하지만, CSS방식은 하나의 파이프를 이용하여 스팀의 주입과 비투멘의 채굴을 순차적으로 진행하는 방식이고, SAGD방식은 두 개의 파이프를 설치한 후 하나의 파이프로는 스팀을 지속적으로 주입하고 다른 하나의 파이프를 통해 비투멘을 채굴하는 방식이라는 점에 차이가 있다.
그러나, CSS방식과 SAGD방식은 모두 오일샌드 추출 과정에서 천연가스를 사용하여 고열의 스팀을 만들게 되는데, 만들어진 고열의 스팀이 오일샌드 내로 그대로 배출되기 때문에, 지속적으로 고열의 스팀을 공급하기 하여 저온의 물을 계속적으로 가열해야 하며, 이에 따른 천연가스 등의 에너지의 소모가 상당하다는 문제점이 있다.
또한, 고열의 스팀을 분사하여 기름을 녹여내는 과정에서 수증기의 일부가 외부로 유출되면서 주변 토양과 강 등의 환경을 오염시키는 문제점이 있다.
하기의 대한민국 등록특허공보 제10-0937212호 "오일 샌드 원유 추출장치"(이하, 선행기술이라 함)에서도 고온의 스팀에 의한 문제점을 해결하기 위한 방법에 대해 연구되었으나, 선행기술에서는 별도의 비응축성 가스로 된 캐리어 가스가 필요하다는 점에서, 비용이나 설비의 구성 측면에서 또 다른 부담이 발생하는 문제점이 있다.
한편, CSS방식의 경우, 단일 파이프를 이용하기 때문에 스팀의 주입에 의해 오일샌드 내의 비투멘의 점도가 충분히 낮추고 비투멘을 채굴하게 되므로, 채굴기간 및 비투멘 채굴율이 상대적으로 낮다는 문제점이 있다.
따라서, 최근에는 주로 SAGD방식을 이용하여 오일샌드의 비투멘을 채굴하는 방식을 이용하고 있다.
그러나, SAGD방식은 두 개의 파이프를 설치하기 위하여 두 개의 시추공이 요구되며, 이는 CSS방식에 비하여 시공비 및 유지관리비가 상승하게 된다는 단점이 있다.
또한, SAGD방식에서 설치되는 두 개의 파이프 사이에 불투수층이 존재하는 경우, 스팀에 의해 점성이 낮아진 미투멘이 하부로 이동하지 못하게 되어, 비투멘의 채굴이 불가능해지는 경우가 발생할 수 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-0937212호 "오일 샌드 원유 추출장치"
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 오일샌드에서 비투멘을 채굴함에 있어, 단일파이프를 이용하여 비투멘(Bitumen)의 점성도를 낮추기 위한 열에너지 공급과 비투멘의 채굴을 동시에 수행할 수 있도록 함으로써, 시공이 간편하고, 시공비 및 유지관리비를 최소화하며, 오일샌드 내부에 불투수층이 존재하더라도 비투멘의 채굴을 용이하게 수행할 수 있는 열공급 및 비투멘 채굴을 동시에 수행하는 단일파이프 방식의 비투멘 채굴 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 오일샌드에서 비투멘을 채굴함에 있어, 주위환경의 오염을 방지하고 비투멘의 채굴에 필요한 에너지 소비량을 최소화할 수 있는 열공급 및 비투멘 채굴을 동시에 수행하는 단일파이프 방식의 비투멘 채굴 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 비투멘의 용융열이 공급되는 영역을 순차적으로 확장시킴으로써, 오일샌드 내에서 비투멘의 용융열이 보다 신속하게 확산될 수 있도록 한 단일파이프 방식의 비투멘 채굴 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
특히, 본 발명은 단일관 내부를 다중관으로 구성하고, 고온의 스팀(증기)을 순환시킴으로써, 스팀의 배출에 따른 환경오염을 미연에 방지할 뿐만 아니라, 스팀의 가열에 소모되는 에너지를 최소화할 수 있는 열공급 및 비투멘 채굴을 동시에 수행하는 단일파이프 방식의 비투멘 채굴 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 열공급 및 비투멘 채굴을 동시에 수행하는 단일파이프 방식의 비투멘 채굴 시스템은, 히팅장치에 의해 공급되는 용융열을 열정도방식으로 상기 오일샌드 내부로 방출하는 열공급파이프; 및 상기 열공급파이프의 내부에 구성되고, 상기 열공급파이프에서 방출되는 열에 의해 점성이 낮아진 상기 비투멘을 채굴하는 채굴파이프를 포함한다.
또한, 상기 열공급파이프 및 채굴파이프 사이에는, 상기 열공급파이프에서 방출되는 열이 상기 채굴파이프로 전도되는 것을 방지하는 열차단층이 구성되는 것을 특징으로 하는 열공급 및 비투멘 채굴을 동시에 수행할 수 있다.
또한, 상기 열공급파이프의 외측면에는, 상기 열공급파이프를 통해 상기 히팅장치에 의해 공급되는 용융열을 상기 오일샌드 내부로 방출하는 적어도 하나의 열확산날개를 더 포함하는 것을 열공급 및 비투멘 채굴을 동시에 수행할 수 있다.
또한, 상기 열확산날개는, 상기 열공급파이프 주변의 오일샌드가 용융되어 점성도가 낮아짐에 따라, 일측에 구성된 탄성구의 탄성력에 의해 회동되어 펼쳐질 수 있다.
또한, 상기 열확산날개는, 일측에 구성된 바이메탈(Bi-metal)에 의해 회동되어 펼쳐지는 것을 특징으로 하는 열공급 및 비투멘 채굴을 동시에 수행할 수 있다.
또한, 상기 열확산날개의 일측에 구성된 바이메탈은, 상기 히팅장치에 의해 공급되는 용융열에 의해 상기 비투멘이 채굴 가능한 온도까지 상승하면 상기 열확산날개가 펼쳐지도록 동작하고, 상기 비투멘의 채굴이 완료되어 상기 히팅장치에 의한 용융열의 공급이 차단되면 상기 열확산날개가 접혀지도록 동작하는 것을 특징으로 하는 열공급 및 비투멘 채굴을 동시에 수행할 수 있다.
또한, 상기 열확산날개는, 상기 열공급파이프의 상측 및 양측 중 적어도 일측에서 상부방향으로 펼쳐지도록 구성되어, 상기 오일샌드의 내부에서 상기 열공급파이프를 중심으로 상부방향으로 열을 확산시킬 수 있다.
또한, 상기 열공급파이프의 종단부에는 열전도도가 높은 재질의 열방출부가 형성되고, 상기 히팅장치로부터 공급되는 용융열은, 상기 열방출부를 통해 오일샌드 내부로 방출될 수 있다.
또한, 상기 열방출부의 외측면에는, 상기 열방출부의 외측면으로부터 펼쳐지도록 상측 및 양측 중 적어도 일측에서 상부방향으로 펼쳐지도록 구성되어, 상기 열공급파이프를 통해 상기 히팅장치에 의해 공급되는 용융열을 상기 오일샌드 내부로 방출하는 적어도 하나의 열확산날개를 포함할 수 있다.
또한, 상기 열방출부의 내부에는, 상기 열방출부에서 상기 오일샌드 내부로 방출되는 열의 온도를 측정하는 적어도 하나의 온도센서가 구성될 수 있다.
또한, 상기 열공급파이프의 내부에는, 상기 히팅장치로부터 공급되는 전기에너지를 열에너지로 변환하는 적어도 하나의 열선이 구성될 수 있다.
또한, 상기 열공급파이프의 내부에는, 상기 히팅장치로부터 공급되는 고온스팀을 상기 열공급파이프의 종단부에서 열교환하여 오일샌드 내부로 방출하는 공급관; 및 상기 공급관의 내측에 구성되어 상기 열공급파이프의 종단부에서 열교환된 스팀을 회수하는 회수관을 포함할 수 있다.
상기와 같은 해결수단에 의해, 본 발명은 단일파이프를 이용하여 비투멘(Bitumen)의 점성도를 낮추기 위한 열에너지 공급과 비투멘의 채굴을 동시에 수행할 수 있도록 하는 장점이 있다.
또한, 단일파이프에 의해 비투멘의 채굴이 가능하므로, 시공이 간편하고, 시공비 및 유지관리비를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 오일샌드 내부에 불투수층이 존재하더라도 비투멘의 채굴을 용이하게 수행할 수 있는 장점이 있다.
특히, 열전도방식을 이용하여 오일샌드 내부에 용융열을 공급함으로써, 고온의 스팀을 오일샌드 내부에 배출함에 따른 환경오염을 방지할 수 있는 효과가 있다.
더욱이, 본 발명은 고온의 스팀을 이용하는 경우에도, 오일샌드 내부에서 열교환된 스팀을 회수하여 재가열함으로써, 환경오염 방지는 물론 고온의 스팀을 발생시키기 위한 에너지의 소모량을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 열확산날개를 이용하여 비투멘의 용융열이 공급되는 영역을 순차적으로 확장시킴으로써, 오일샌드 내에서 비투멘의 용융열을 보다 신속하게 확산시킬 수 있는 장점이 있다.
결과적으로, 본 발명은 용융열의 신속한 확산을 통해 오일샌드에 포함된 비투멘의 생산효율을 향상시킬 수 있으며, 이는 원유의 공급가격을 낮출 수 있는 요인으로 작용하여 경쟁력을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
따라서, 에너지 개발 분야, 특히 오일샌드 개발 분야는 물론, 이와 유사 내지 연관된 분야에서 신뢰성 및 경쟁력을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 열공급 및 비투멘 채굴을 동시에 수행하는 단일파이프 방식의 비투멘 채굴 시스템의 일 실시예를 설명하는 구성도이다.
도 2는 도 1에 나타난 열공급파이프 및 채굴파이프가 단일파이프로 구성되는 일 실시예를 설명하는 부분절개 사시도이다.
도 3은 도 1에 나타난 열공급파이프 및 채굴파이프가 단일파이프로 구성되는 다른 일 실시예를 설명하는 부분확대 측단면도이다.
도 4는 도 3의 열공급파이프가 동작되는 과정을 설명하는 도면이다.
도 5는 도 1에 나타난 열공급파이프 및 채굴파이프가 단일파이프로 구성되는 또 다른 일 실시예를 설명하는 부분절개 사시도이다.
도 6은 도 1에 나타난 열공급파이프 및 채굴파이프가 단일파이프로 구성되는 또 다른 일 실시예를 설명하는 구성도이다.
도 7은 도 1에 나타난 열공급파이프 및 채굴파이프가 단일파이프로 구성되는 또 다른 일 실시예를 설명하는 구성도이다.
도 8은 도 6은 도 1에 나타난 열공급파이프 및 채굴파이프가 단일파이프로 구성되는 또 다른 일 실시예에 의해 오일샌드 내부에서의 열확산 및 미투멘 흐름을 설명하는 도면이다.
본 발명에 따른 열공급 및 비투멘 채굴을 동시에 수행하는 단일파이프 방식의 비투멘 채굴 시스템에 대한 예는 다양하게 적용할 수 있으며, 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 가장 바람직한 실시 예에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 열공급 및 비투멘 채굴을 동시에 수행하는 단일파이프 방식의 비투멘 채굴 시스템의 일 실시예를 설명하는 구성도이다.
도 1을 참조하면, 열전도방식을 이용한 오일샌드(OS, Oil sand)의 비투멘(Bitumen) 채굴 시스템은 히팅장치(100), 열공급파이프(200), 채굴장치(300) 및 열공급파이프(200)의 내부에 구성되는 채굴파이프(400)를 포함한다.
히팅장치(100)는 열공급파이프(200)에서 오일샌드(OS) 내부로 열(비투멘의 점성도를 낮추기 위한 용융열, 이하 용융열과 혼용함)이 방출되도록 하기 위한 것으로, 열공급파이프(200)에서 열을 방출시키는 방법에 따라 다양하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 열공급파이프(200)에서 열선에 의해 열을 방출하는 경우, 히팅장치(100)는 열선에 전기에너지를 공급하는 전력공급장치를 포함할 수 있다. 다른 예로, 열공급파이프(200)에서 고온의 유체(스팀)에 의해 열을 방출하는 경우, 히팅장치(100)는 고온의 유체를 발생시키는 장치를 포함할 수 있다. 여기서, 유체는 수증기를 포함할 수 있으며, 당업자의 요구에 따라 다양한 성질의 액체를 기화시킨 고온의 증기 또는 비등점이 높은 액체를 포함할 수 있음은 물론이다.
열공급파이프(200)는 히팅장치(100)에 의해 공급되는 용융열을 오일샌드(OS) 내부로 방출하는 것으로, 도 1에 나타난 바와 같이 히팅장치(100)로부터 오일샌드(OS) 내부의 중앙까지는 열이 방출되지 않도록 하고, 열공급파이프(200)의 종단부에서만 열이 방출되도록 열방출부(210)를 구성될 수 있다. 예를 들어, 열공급파이프(200) 내부에 열선이 구성되는 경우에는, 히팅장치(100)로부터 열공급파이프(200)의 중앙부까지는 전원공급라인으로 구성하고, 열공급파이프(200)의 종단부에만 열선을 구성할 수 있다. 다른 예로, 열공급파이프(200)의 내부에 고온의 스팀(Steam, 이하, 증기와 혼용함)을 순환시킬 수 있는 이중관이 구성된 경우에는, 히팅장치(100)로부터 열공급파이프(200)의 중앙부까지는 열차단층을 구성하고, 열공급파이프(200)의 종단부에만 열전도층을 구성할 수 있다.
이러한 열방출부(210)의 영역은 비투멘의 채굴 방법 및 당업자의 요구에 따라, 오일샌드 내부에 위치하는 열공급파이프(200)의 전체 영역으로 확장이 가능함은 물론이다.
또한, 본 발명의 열공급파이프(200)는 내부에 채굴파이프(400)를 포함하고 있으며, 열공급파이프(200)의 종단부(도 1에서 오른쪽 끝부분)는 밀폐상태이고, 채굴파이프(400)의 종단부는 개방상태로서, 열공급파이프(200)에서 방출된 용융열에 의해 점성도가 낮아진 비투멘은 채굴파이프(400)의 종단부를 통해 채굴될 수 있다.
채굴장치(300) 및 채굴파이프(400)는 점성도가 낮아진 비투멘을 채굴하기 위한 것으로, 채굴장치(300) 및 채굴파이프(400)의 구성은 당업자의 요구에 따라 다양하게 변형될 수 있으므로, 특정한 것에 한정하지 않음은 당연하다.
특히 본 발명에서는, 비투멘의 점성도를 낮추기 위하여 공급되는 용융열이, 열공급파이프(200)의 열방출부(210)에서 열전도방식으로 오일샌드(OS) 내부에 방출되는 것을 기술적특징으로 하며, 이에 대한 구체적인 실시예들을 하기에서 보다 상세히 살펴보기로 한다.
도 1에서, 미설명 부호 'G'는 오일샌드(OS)가 매장된 지역의 지표를 의미한다.
도 2는 도 1에 나타난 열공급파이프 및 채굴파이프가 단일파이프로 구성되는 일 실시예를 설명하는 부분절개 사시도이다.
도 2를 참조하면, 열공급파이프(200)의 중심부에는 채굴파이프(400)가 구성되어, 열공급파이프(200) 및 채굴파이프(400)가 하나의 단일파이프 형태로 구성된다.
또한, 열공급파이프(200)의 내부에는, 히팅장치(100)로부터 공급되는 전기에너지를 열에너지로 변환하는 적어도 하나의 열선(211)이 구성될 수 있다.
이때, 히팅장치(100)에서 공급되는 전기에너지를 열선(211)으로 전달하는 전원공급라인(301)이 열공급파이프(200)의 내부에 구성되며, 열선(211)은 열공급파이프(200)의 열방출부(210)에 구성될 수 있다.
따라서, 히팅장치(100)에서 공급되는 전기에너지를 이용하여 열선(211)에서 발생되는 용융열은, 열전도방식으로 열공급파이프(200)의 열방출부(210)를 통해 오일샌드 내부로 될 수 있다.
도 3은 도 1에 나타난 열공급파이프 및 채굴파이프가 단일파이프로 구성되는 다른 일 실시예를 설명하는 부분확대 측단면도이다.
도 3을 참조하면, 열공급파이프(200)의 외측면에는, 적어도 하나의 열확산날개(220)가 구성될 수 있다.
열확산날개(220)는, 히팅장치(100)에서 공급되어 열공급파이프(200)를 통해 오일샌드 내부로 방출하는 용융열의 일부를 보다 확장된 영역으로 방출하기 위한 것으로, 열공급파이프(200)에서 방출되는 용융열이 오일샌드 내부에서 보다 넓은 영역으로 신속하게 전달됨으로써, 비투멘의 점성도를 보다 빠르게 낮출 수 있으며, 이를 통해 오일샌드의 원유에 대한 생산성을 향상시킬 수 있다.
한편, 열확산날개(220)가 열공급파이프(200)에서 펼쳐진 상태로 고정되어 구성될 경우, 열공급파이프(200)를 오일샌드 내부로 설치하는 것에 어려움이 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명의 열확산날개(210)는, 오일샌드에 열공급파이프(200)가 설치되는 과정에서는 열공급파이프(200)의 외측면에 밀착인입된 상태로 구성되며, 열공급파이프(200)의 설치가 완료되고 오일샌드 내부에 용융열이 공급되는 과정에서 펼쳐지도록 구성되어야 한다.
이를 위하여, 열확산날개(220)의 일측에 구성되는 회동부(미부호)에는, 탄성력에 의해 열확산날개(220)가 펼쳐지도록 하는 탄성구(221)가 구성될 수 있다.
따라서, 열확산날개(220)는 도 4에 나타난 바와 같이 열공급파이프(200)를 오일샌드에 설치하는 과정(도 4의 상부도면으로 화살표는 설치방향을 나타냄)에서는 열공급파이프(200)에 밀착된 상태를 유지하게 되며, 용융열이 공급됨에 따라 열공급파이프(200) 주위의 비투멘이 용융되면 열확산날개(220)에 가해지는 압력이 약해지므로, 도 4의 아래와 같이 열확산날개(220)가 펼쳐질 수 있다.
또한, 본 발명의 열확산날개(220)는 바이메탈(Bi-metal)에 의해 회동될 수 있다. 여기서, 바이메탈은 열팽창률이 서로 다른 두 개의 금속판으로 구성되어, 온도변화에 따라 일측으로 휘어지는 것을 총칭한다.
따라서, 본 발명에서와 같이 열공급파이프(200)를 오일샌드에 설치된 후, 열공급파이프(200)를 통해 열이 방출되는 과정에서 열공급파이프(200)의 온도가 상승하게 되면, 바이메탈이 열공급파이프(200)의 외측방향으로 휘어지면서 열확산날개(220)가 펼쳐질 수 있다.
이때, 비투멘의 점성도가 충분히 낮아지지 않은 상태에서 바이메탈이 동작되면, 열확산날개(220)가 충분히 펼쳐지지 못하게 되므로, 바이메탈이나 열확산날개(220)에 손상이나 변형을 발생시킬 수 있다.
따라서, 열확산날개(220)의 일측에 구성된 바이메탈은, 히팅장치(100)에 의해 공급되는 용융열에 의해 비투멘이 채굴 가능한 온도까지 상승하면 열확산날개(220)가 펼쳐지도록 동작하는 것이 바람직하다.
또한, 해당 지역의 오일샌드에서 비투멘의 채굴이 완료되면, 비투멘 채굴을 위하여 설치된 열공급파이프(200) 및 채굴파이프(400)를 오일샌드로부터 회수하게 된다.
이때, 히팅장치(100)에 의한 용융열의 공급이 차단되어 열공급파이프(200)의 온도가 하강되면, 바이메탈이 원래의 형태로 복원되면서 열확산날개(220)가 열공급파이프(200) 측으로 접힐 수 있으며, 이를 통해 열공급파이프(200)를 보다 용이하게 제거할 수 있다.
도 5는 도 1에 나타난 열공급파이프 및 채굴파이프가 단일파이프로 구성되는 또 다른 일 실시예를 설명하는 부분절개 사시도이다.
도 5를 참조하면, 열공급파이프(200)의 내부에는 열교환을 통해 오일샌드 내부로 열을 방출하게 되는 스팀이 히팅장치(100)와 열공급파이프(200)의 종단부를 순환하도록 다중관(212)이 구성될 수 있다.
또한, 열공급파이프(200)의 내부에 구성되는 다중관(212)은 공급관(212a) 및 회수관(212b)을 포함하는 이중관으로 구성될 수 있으며, 비투멘을 채굴하는 채굴파이프(400)는 회수관(212b)의 내부에 구성될 수 있다.
다시 말해, 열공급 및 비투멘 채굴을 동시에 수행하는 단일파이프를 3중관으로 구성하고, 3중관중 외부관과 중앙관은 종단부에서 공간적으로 연결되도록 구성하여 스팀이 순환되도록 하고, 내부관은 종단부로 개방되도록 구성하여 점성도가 낮아진 비투멘이 유입되어 채굴되도록 할 수 있다.
이하에서는, 채굴파이프(400)의 외부에 이중관의 열공급파이프(200)가 구성되는 것으로 설명하기로 한다.
공급관(212a)은 채굴파이프(400)의 외부에 구성되는 이중관의 외측에 구성되며, 히팅장치(100)로부터 공급되는 고온스팀을 열공급파이프(200)의 종단부로 이동시키며, 열공급파이프(200)의 종단부로 이동된 고온스팀은 오일샌드 측과 열교환되면서, 오일샌드 내부로 용융열을 방출할 수 있다.
또한, 열교환된 스팀은 공급관(212a)의 내측에 구성된 회수관(212b)을 통해 히팅장치(100)로 회수될 수 있다.
이때, 회수관(212b)을 통해 히팅장치(100)로 회수되는 회수스팀은, 지중에서 히팅장치(100)로 회수되므로, 종래의 기술에서와 같이 외부에서 히팅장치(100)로 공급되는 물에 비하여 많은 양의 에너지를 가지고 있는 상태가 될 수 있다.
따라서, 히팅장치(100)는 회수관(212b)으로 회수되는 회수스팀을 적은 에너지로 가열하는 것만으로도, 공급관(212a)으로 공급되는 고온스팀으로 만들기에 충분할 수 있다.
결과적으로, 오일샌드 내의 비투멘을 용융하는데 필요한 에너지의 양을 최소화할 수 있다.
이때, 열공급파이프(200)의 종단부에는, 고온스팀과 오일샌드 간의 열교환효율을 향상시키기 위하여, 열전도도가 높은 재질의 열방출부(210)를 형성할 수 있으며, 히팅장치(100)로부터 공급되는 용융열은, 열공급파이프(200)의 종단부에 구성된 열방출부(210')를 통해 오일샌드 내부로 방출될 수 있다.
도 6은 도 1에 나타난 열공급파이프 및 채굴파이프가 단일파이프로 구성되는 또 다른 일 실시예를 설명하는 구성도이다.
도 6을 참조하면, 열공급파이프(200)에 구성되는 다중관(212)은, 공급관(212a) 및 회수관(212b) 사이에 열차단층(212c)을 더 구성할 수 있다.
열차단층(212c)은 공급관(212a) 및 회수관(212b) 간의 열교환을 차단하는 것으로, 열공급파이프(200)의 종단부에서 발생되는 열교환효율을 향상시키기 위한 것이다.
다시 말해, 공급관(212a) 및 회수관(212b) 간의 열교환에 의해, 공급관(212a)을 통해 열공급파이프(200)의 종단부로 공급되는 스팀의 온도가 낮아지는 것을 방지함으로써, 열공급파이프(200)의 종단부에서의 스팀온도를 충분히 높은 상태로 유지할 수 있다.
또한, 회수관(212b)과 채굴파이프(400)의 사이에도 열차단층(410)이 구성될 수 있으며, 이러한 열차단층(410)은 오일샌드 내부로 공급되는 고온의 열에너지가 채굴되는 비투멘에 영향을 주지 않도록 하여, 안정적인 비투멘의 채굴이 가능하도록 하기 위한 것이다.
도 7은 도 1에 나타난 열공급파이프 및 채굴파이프가 단일파이프로 구성되는 또 다른 일 실시예를 설명하는 구성도이다.
도 7을 참조하면, 열방출부(210')의 내부에는, 열방출부(210')에서 오일샌드 내부로 방출되는 열의 온도를 측정하는 온도센서(230)가 구성될 수 있다.
이러한 온도센서(230)를 통해, 열방출부(210')의 온도가 비투멘의 점도를 낮추기에 충분한 온도인지를 확인하고 히팅장치(100)의 동작을 제어하여 열공급파이프(200)로 공급되는 스팀의 온도를 제어할 수 있다. 물론, 열방출부(210')의 온도가 과도하게 상승하는 것을 방지할 수도 있다.
도 8은 도 6은 도 1에 나타난 열공급파이프 및 채굴파이프가 단일파이프로 구성되는 또 다른 일 실시예에 의해 오일샌드 내부에서의 열확산 및 미투멘 흐름을 설명하는 도면이다.
도 8을 참조하면, 열공급파이프(200)를 통해 오일샌드(OS)로 방출되는 열은 대부분 상부로 전도될 수 있으며, 오일샌드(OS)의 상부에서 용융된 비투멘은 오일샌드(OS)의 가장자리를 따라 하부로 이동하면서 채굴파이프(400)를 통해 채굴될 수 있다.
따라서, 본 발명의 열확산날개(220)는, 오일샌드(OS)의 내부에서 열공급파이프(200)를 중심으로 상부방향으로 열을 확산시키도록 하기 위하여, 열공급파이프(200)의 상측 및 양측 중 적어도 일측에서 상부방향으로 펼쳐지도록 구성됨이 바람직하다.
물론, 당엄자의 요구에 따라 열공급파이프(200)에 구성되는 열확산날개(220)는 도 4 및 도 7에 나타난 바와 같이, 서로 대칭이 되는 방향에서 지그재그 또는 나란히 구성될 수도 있다.
이상에서 본 발명에 의한 열공급 및 비투멘 채굴을 동시에 수행하는 단일파이프 방식의 비투멘 채굴 시스템에 대하여 설명하였다. 이러한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지는 것이므로, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 히팅장치
200 : 열공급파이프
210 : 열방출부 211 : 열선
212 : 다중관 212a : 공급관
212b : 회수관 212c : 열차단층
220 : 열확산날개 221 : 탄성구
230 : 온도센서
300 : 채굴장치
400 : 채굴파이프
410 : 열차단층

Claims (12)

  1. 히팅장치에 의해 공급되는 용융열을 열전도방식으로 오일샌드 내부로 방출하는 열공급파이프; 및
    상기 열공급파이프의 내부에 구성되고, 상기 열공급파이프에서 방출되는 열에 의해 점성이 낮아진 비투멘을 채굴하는 채굴파이프;를 포함하고,
    상기 열공급파이프의 종단부에는 열방출부가 형성되고,
    상기 히팅장치로부터 공급되는 용융열은 상기 열방출부를 통해 오일샌드 내부로 방출되며,
    상기 열방출부의 외측면에는,
    상기 열방출부의 외측면으로부터 펼쳐지도록 상측 및 양측 중 적어도 일측에서 상부방향으로 펼쳐지도록 구성되어, 상기 열공급파이프를 통해 상기 히팅장치에 의해 공급되는 용융열을 상기 오일샌드 내부로 방출하는 적어도 하나의 열확산날개를 포함하는 것을 특징으로 하는 열공급 및 비투멘 채굴을 동시에 수행하는 단일파이프 방식의 비투멘 채굴 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 열공급파이프 및 채굴파이프 사이에는,
    상기 열공급파이프에서 방출되는 열이 상기 채굴파이프로 전도되는 것을 방지하는 열차단층이 구성되는 것을 특징으로 하는 열공급 및 비투멘 채굴을 동시에 수행하는 단일파이프 방식의 비투멘 채굴 시스템.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 열확산날개는,
    일측에 구성된 탄성구의 탄성력에 의해 회동되어 펼쳐지는 것을 특징으로 하는 열공급 및 비투멘 채굴을 동시에 수행하는 단일파이프 방식의 비투멘 채굴 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 열확산날개는,
    일측에 구성된 바이메탈(Bi-metal)에 의해 회동되어 펼쳐지는 것을 특징으로 하는 열공급 및 비투멘 채굴을 동시에 수행하는 단일파이프 방식의 비투멘 채굴 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 열확산날개의 일측에 구성된 바이메탈은,
    상기 히팅장치에 의해 공급되는 용융열에 의해 상기 비투멘이 채굴 가능한 온도까지 상승하면 상기 열확산날개가 펼쳐지도록 동작하고,
    상기 비투멘의 채굴이 완료되어 상기 히팅장치에 의한 용융열의 공급이 차단되면 상기 열확산날개가 접혀지도록 동작하는 것을 특징으로 하는 열공급 및 비투멘 채굴을 동시에 수행하는 단일파이프 방식의 비투멘 채굴 시스템.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 열방출부의 내부에는,
    상기 열방출부에서 상기 오일샌드 내부로 방출되는 열의 온도를 측정하는 적어도 하나의 온도센서가 구성되는 것을 특징으로 하는 열공급 및 비투멘 채굴을 동시에 수행하는 단일파이프 방식의 비투멘 채굴 시스템.
  11. 제 1항 내지 제 2항, 제 4항 내지 제 6항 및 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열공급파이프의 내부에는,
    상기 히팅장치로부터 공급되는 전기에너지를 열에너지로 변환하는 적어도 하나의 열선이 구성되는 것을 특징으로 하는 열공급 및 비투멘 채굴을 동시에 수행하는 단일파이프 방식의 비투멘 채굴 시스템.
  12. 제 1항 내지 제 2항, 제 4항 내지 제 6항 및 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열공급파이프의 내부에는,
    상기 히팅장치로부터 공급되는 고온스팀을 상기 열공급파이프의 종단부에서 열교환하여 오일샌드 내부로 방출하는 공급관; 및
    상기 공급관의 내측에 구성되어 상기 열공급파이프의 종단부에서 열교환된 스팀을 회수하는 회수관을 포함하는 다중관이 구성되는 것을 특징으로 하는 열공급 및 비투멘 채굴을 동시에 수행하는 단일파이프 방식의 비투멘 채굴 시스템.
KR1020130064374A 2013-06-05 2013-06-05 열공급 및 비투멘 채굴을 동시에 수행하는 단일파이프 방식의 비투멘 채굴 시스템 Active KR101498879B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130064374A KR101498879B1 (ko) 2013-06-05 2013-06-05 열공급 및 비투멘 채굴을 동시에 수행하는 단일파이프 방식의 비투멘 채굴 시스템
CA2853432A CA2853432C (en) 2013-06-05 2014-06-03 Single pipe-type bitumen mining system for a simultaneously supplying heat and performing bitumen extraction

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130064374A KR101498879B1 (ko) 2013-06-05 2013-06-05 열공급 및 비투멘 채굴을 동시에 수행하는 단일파이프 방식의 비투멘 채굴 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140142822A KR20140142822A (ko) 2014-12-15
KR101498879B1 true KR101498879B1 (ko) 2015-03-05

Family

ID=52011376

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130064374A Active KR101498879B1 (ko) 2013-06-05 2013-06-05 열공급 및 비투멘 채굴을 동시에 수행하는 단일파이프 방식의 비투멘 채굴 시스템

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101498879B1 (ko)
CA (1) CA2853432C (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102187697B1 (ko) 2020-06-29 2020-12-07 한국건설기술연구원 모듈화된 복합 가압설비와 웰패드 조립체
KR102187696B1 (ko) 2020-06-26 2020-12-07 한국건설기술연구원 지하회수법(sagd)에 적용되는 인젝션 연결구조 및 이의 시공방법
KR102187698B1 (ko) 2020-06-29 2020-12-07 한국건설기술연구원 지하회수법(sagd)에 적용되는 매립관의 센터 고정용 지그

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2661952C1 (ru) * 2017-08-30 2018-07-23 Андрей Владиславович Ковалев Способ термошахтной разработки месторождений высоковязкой нефти с горными выработками и устройство для его осуществления
KR102579997B1 (ko) * 2022-11-21 2023-09-19 주식회사 다원리파인 식물성유지의 선적 및 환적 처리용 히팅기능을 갖는 플렉시백 컨테이너 시스템

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6769486B2 (en) * 2001-05-31 2004-08-03 Exxonmobil Upstream Research Company Cyclic solvent process for in-situ bitumen and heavy oil production
US20070284107A1 (en) * 2006-06-02 2007-12-13 Crichlow Henry B Heavy Oil Recovery and Apparatus
US7591306B2 (en) * 2006-02-27 2009-09-22 Geosierra Llc Enhanced hydrocarbon recovery by steam injection of oil sand formations
US8151874B2 (en) * 2006-02-27 2012-04-10 Halliburton Energy Services, Inc. Thermal recovery of shallow bitumen through increased permeability inclusions

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6769486B2 (en) * 2001-05-31 2004-08-03 Exxonmobil Upstream Research Company Cyclic solvent process for in-situ bitumen and heavy oil production
US7591306B2 (en) * 2006-02-27 2009-09-22 Geosierra Llc Enhanced hydrocarbon recovery by steam injection of oil sand formations
US8151874B2 (en) * 2006-02-27 2012-04-10 Halliburton Energy Services, Inc. Thermal recovery of shallow bitumen through increased permeability inclusions
US20070284107A1 (en) * 2006-06-02 2007-12-13 Crichlow Henry B Heavy Oil Recovery and Apparatus

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102187696B1 (ko) 2020-06-26 2020-12-07 한국건설기술연구원 지하회수법(sagd)에 적용되는 인젝션 연결구조 및 이의 시공방법
KR102187697B1 (ko) 2020-06-29 2020-12-07 한국건설기술연구원 모듈화된 복합 가압설비와 웰패드 조립체
KR102187698B1 (ko) 2020-06-29 2020-12-07 한국건설기술연구원 지하회수법(sagd)에 적용되는 매립관의 센터 고정용 지그

Also Published As

Publication number Publication date
CA2853432A1 (en) 2014-12-05
CA2853432C (en) 2017-02-28
KR20140142822A (ko) 2014-12-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101498879B1 (ko) 열공급 및 비투멘 채굴을 동시에 수행하는 단일파이프 방식의 비투멘 채굴 시스템
US8915084B2 (en) Heat energy extraction system from underground in situ combustion of hydrocarbon reservoirs
EP3961122B1 (en) Geothermal energy mining system using stepped gravity-assisted heat pipe having no accumulated liquid effect
KR101508969B1 (ko) 열전도방식을 이용한 오일샌드의 비투멘 채굴 시스템
CN107989589B (zh) 一种提高干热岩压裂后换热效率的方法
US10816241B2 (en) Method for extracting thermal energy in underground high temperature area of coalfield fire area
CN101672189A (zh) 隧道保温水沟地源热泵型加热系统
BR112012027662B1 (pt) Sistema de produção subsuperficial de hidrocarbonetos e processo de retortagem e extração subsuperficiais de hidrocarbonetos
CN109883074B (zh) 一种采空区充填体提取地热能的系统及其工作方法
ITTO20060021A1 (it) Sistema di perforazione del terreno per realizzare la circolazione di fluido in un impianto per lo sfruttamento dell'energia geotermica.
US20150033738A1 (en) Method of extracting energy from a cavity created by mining operations
US20150027721A1 (en) Method and apparatus for recovery of heat from throat of acting land volcano
US20230332805A1 (en) Geothermal heat exchange apparatus
CN107461951A (zh) 一种深部地热能开发方法
WO2012140324A1 (en) Apparatus for implementing a ground source heat system and method for exploiting the same
CN106839478A (zh) 一种深层地热热传导根系的建造方法
CN206647084U (zh) 一种干热岩地热开采装置
CN116517577A (zh) 适用于高地温隧道的相变混凝土支护系统及其安装方法
CN106869864A (zh) 一种干热岩地热开采方法和装置
CN103088873A (zh) 寒区隧道消防管道太阳能-地源热泵联合蓄热加热系统
GB2549832A (en) Geothermal power system
CN103090553A (zh) 寒区隧道衬砌太阳能-地源热泵联合蓄热加热系统及方式
CN102720465B (zh) 冻结孔强制解冻方法
CA2770811A1 (en) Heat energy extraction system from underground in situ combustion of hydrocarbon reservoirs
JP2016217688A (ja) 地中熱交換器

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20130605

PA0201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20140626

Patent event code: PE09021S01D

E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20140918

Patent event code: PE09021S01D

PG1501 Laying open of application
E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20150225

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20150227

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20150227

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171219

Year of fee payment: 4

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20171219

Start annual number: 4

End annual number: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181226

Year of fee payment: 5

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20181226

Start annual number: 5

End annual number: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191226

Year of fee payment: 6

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20191226

Start annual number: 6

End annual number: 6

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20210126

Start annual number: 7

End annual number: 19