KR101502948B1 - 해저 석유 생산시스템 유동관 내 왁스 생성 및 집적 모사 가시화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해저 석유 생산시스템 유동관 내 왁스 생성 및 집적 모사 가시화 장치에 대한 것이다.
본 발명에 따른 해저 석유 생산시스템 유동관 내 왁스 생성 및 집적 모사 가시화 장치는, 오일시료를 수용하기 위한 밀폐된 수용부가 형성되며 수용부 내에 압력을 인가하기 위한 고압의 기체 및 왁스 억제제를 수용부로 주입하기 위한 적어도 하나의 주입포트를 구비하는 압력용기, 압력용기를 일정한 온도로 유지하기 위한 항온모듈, 압력용기의 수용부에 삽입되어 설치되는 샤프트와 이 샤프트의 하단에 결합되는 임펠러를 구비하여 오일시료를 교반하는 교반기 및 교반기를 구동하기 위한 구동모듈을 구비하는 것에 특징이 있다.

Description

해저 석유 생산시스템 유동관 내 왁스 생성 및 집적 모사 가시화 장치{Visualization apparatus for wax precipitation and deposition in flowline of subsea petroleum production system}

본 발명은 해저 석유 생산시스템(subsea petroleum production system)의 유동관(flowline) 내에 석유 생산을 저해하는 고형물(이하, '왁스(wax)'라 한다)의 생성 및 집적 과정을 모사하고 가시화할 수 있는 실험 장치에 관한 것이다.

심해 유전에서의 석유 생산은 일반적으로 도 1에 도시된 바와 같은 해저 석유 생산시스템에 의하여 이루어진다. 해저 석유 생산시스템은 심해에 설치되는 해저 생산 트리(tree) 또는 매니폴드(manifold)와 해상 플랫폼을 연결하는 유동관 등의 다양한 모듈로 복잡하게 구성되어있다.

상기한 해저 석유 생산시스템의 유동관은 심해의 저온 환경에 노출된다. 이에 저류층으로부터 생산된 고온의 석유는 저온 환경에 노출된 유동관을 통과하면서 석유 중의 파라핀(paraffin) 성분 등이 고형물로 석출되어 유동관의 내벽에 집적된다. 이렇게 왁스가 유동관의 내벽에 집적되게 되면, 도 2에 도시된 바와 같이, 유동관 내 석유의 유동 단면이 좁아지므로 석유 생산량이 저하되는 문제가 발생한다.

왁스란 액상 탄화수소인 오일(oil)에 존재하는 성분 중 주로 노말 파라핀(normal paraffin)으로 이루어진 복합체이다. 왁스의 생성(precipitation) 과정은 석유의 온도가 왁스생성온도(wax appearance temperature) 이하가 되면 왁스의 주성분인 파라핀 입자의 운동 에너지가 줄어들면서 입자간 거리가 줄어든다. 파라핀 입자들이 서로 얽히고 뭉치면서 석출되어 결정핵이 되고 서로 결합하면서 침상이나 판상 형태의 결정으로 성장하는데 이러한 결정핵 생성 및 성장 과정은 거의 동시에 발생한다. 이렇게 생성된 왁스 결정은 석유와 함께 이동하면서 반드시 집적(deposition)되지는 않지만 석유 생산 조건에 따라 다음과 같은 과정으로 집적된다.

① 유동관 주위의 저온 영향으로 유동관 벽면에서부터 온도가 낮아지기 시작한다. 유동관 내벽의 온도가 왁스생성온도 이하가 되면 왁스가 결정으로 석출된다.

② 생성된 왁스 입자에 의해 유동관 내벽에서부터 석유의 점도가 크게 상승하여 겔화(gelation)된 층이 유동관 내벽에 집적된다. 이렇게 집적된 왁스 고형물(wax deposit)의 공극에 석유, 생산수, 레진(resin), 아스팔틴(asphaltene), 모래 등이 포함되고 왁스 고형물에서 왁스의 농도는 5~10wt.% 정도로 대부분 왁스가 되지 못한 오일을 다량 함유하고 있다.

③ 유동관을 따라 이동하는 석유 중 임계 탄소수(critical carbon number) 이상의 파라핀 성분이 겔층으로 이동한다.

④ 임계 탄소수 이상의 파라핀 성분이 왁스 고형물 공극에 포함된 석유로 분산되어 왁스 결정으로 석출되는 왁스 경화(aging) 과정을 거친다. 이로 인해 왁스 고형물의 왁스 결정 농도가 약 60%까지 증가하고 왁스 고형물의 경도(hardness)와 항복점이 커진다.

⑤ 왁스 고형물 내 포함된 임계 탄소수 이하의 파라핀 성분은 왁스 고형물 외부로 분산된다.

왁스 집적으로 인해 유동관이 완전히 막히는 현상은 드물게 발생하나 유체가 더 이상 흐르지 않는 온도인 유동점(pour point) 이하로 석유의 온도가 낮아지면 석유가 고형화되어 유동관을 완전히 막을 수 있다. 유동점 이하에서 석유가 흐르지 않는 현상은 왁스뿐만 아니라 아스팔틴 등과 같은 다른 요소들도 영향을 미치나 석유 업계에서는 일반적으로 이러한 현상을 왁스 문제로 간주한다.

따라서 본 발명에서는 해저 석유 생산시스템을 이용한 석유 생산 시 생산 운영 조건 하에서 왁스 결정의 생성 및 집적되는 과정을 실험적으로 모사하고 이를 가시화할 수 있으며 왁스 억제제(wax inhibitor) 주입을 통한 왁스 생성 및 집적 효과의 저감 실험까지 응용 및 확장할 수 있는 실험 장치를 개발하고자 한다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 실제 석유 생산 조건 하에서 왁스의 생성 및 집적이 가능하고, 이 과정에 대한 유동 모사, 정량적인 압력과 온도 계측, 가시화 검증이 가능하며 향후 왁스 억제제 주입까지 가능하도록 하여 왁스 억제제에 의한 왁스 생성 및 집적 효과 저감 실험과 같이 응용성 및 확장성을 내재하고 있는 해저 석유 생산시스템 유동관 내 왁스 생성 및 집적 모사 가시화 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 해저 석유 생산시스템 유동관 내 왁스 생성 및 집적 모사 가시화 장치는, 오일시료를 수용하기 위한 밀폐된 수용부가 형성되며, 상기 수용부 내에 압력을 가하기 위한 고압의 기체 및 왁스 억제제를 상기 수용부로 주입하기 위한 적어도 하나의 주입포트를 구비하는 압력용기; 상기 압력용기를 일정한 온도로 유지하기 위한 항온모듈; 상기 압력용기의 수용부에 삽입되어 설치되는 샤프트와, 상기 샤프트의 하단에 결합되는 임펠러를 구비하여 상기 오일시료를 교반하는 교반기; 및 상기 교반기를 구동하기 위한 구동모듈;을 구비하는 것에 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 상기 수용부를 육안으로 확인할 수 있도록 상기 압력용기의 적어도 일측면에 결합되는 투명한 소재의 가시창을 더 구비하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 압력용기에는 상기 수용부와 연통되는 복수의 삽입포트가 형성되며, 상기 복수의 삽입포트에는 온도센서, 압력센서 및 상기 수용부 내의 기체를 배출시켜 압력을 강하시킬 수 있는 긴급배출밸브가 각각 설치되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 항온모듈은, 상기 압력용기를 내부에 수용하는 본체부와, 상기 압력용기가 유체에 의하여 잠기도록 상기 본체부로 유체를 주입하기 위한 유입구 및 상기 유체를 배출하기 위한 유출구를 포함하여, 상기 유체가 순환되면서 상기 본체부에 수용된 상기 압력용기가 일정한 온도로 유지되게 하는 항온수조이다.

그리고 상기 임펠러는 상기 샤프트에 분리가능하게 결합되어, 임펠러의 형상에 따라 상기 수용부 내 오일시료의 유동방향을 조절할 수 있다.

한편, 본 발명에서, 상기 구동모듈은 상기 샤프트의 상단과 커플러에 의하여 분리가능하게 결합되는 회전축과, 상기 회전축을 구동하기 위한 구동장치를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 구동모듈은 상기 압력용기의 상부에 배치되며 전후방향을 따라 이동가능한 제1지지판과, 상기 제1지지판에 결합되는 승강유닛과, 상기 제1지지판의 상부에 배치되며 상기 승강유닛에 결합되어 상하방향으로 승강가능하며, 상기 구동장치가 장착되는 제2지지판을 구비한다.

상기 구동장치는, 모터와, 상기 모터에 의하여 구동되며 상기 회전축과 연결되어 있는 마그네틱 드라이브를 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따른 해저 석유 생산시스템 유동관 내 왁스 생성 및 집적 모사 가시화 장치에서는 고압의 기체를 압력용기 내로 도입하여 유동관 내에서 생산 유체에 가해지는 생산 운영 압력을 구현하며, 항온모듈을 통해 오일시료가 이송되는 심해의 온도를 구현할 수 있다. 또한 교반기를 이용하여 오일시료의 유동속도 및 유동 형태를 조절할 수 있다.

즉, 본 발명에서는 해당 석유 생산 현장의 생산 운영 조건인 온도, 압력 및 유동성을 그대로 구현하여 해저 석유 생산시스템의 유동관 내에서 왁스가 생성 및 집적되는 과정을 모사하고 이에 대한 거동을 가시화하는 것이 가능하고 구비된 주입포트를 이용하여 다양한 왁스 억제제를 투입하면서 왁스 집적 및 생성 거동의 변화 양상을 파악하여 왁스 억제제에 성능 시험 연구로 응용 및 확장할 수 있는 기능을 내재하고 있다.

도 1은 해저 석유 생산시스템을 나타낸 개략도이다.
도 2는 실제 유동관에 왁스가 집적된 것을 보여주는 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 해저 석유 생산시스템 유동관 내 왁스 생성 및 집적 모사 가시화 장치의 개략적 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 실험 장치의 주요 부분 확대도이다.
도 5는 도 3에 도시된 실험 장치의 주요 부분 개략적 측면도이다.
도 6은 도 3에 도시된 실험 장치의 주요 부분 개략적 단면도이다.
도 7a 및 7b는 임펠러의 형상에 따른 오일시료의 유동 방향 변화를 보여주는 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 실험 장치의 실제 사진이다.
도 10은 본 발명에 따른 실험 장치를 이용한 왁스 생성 및 집적 거동 실험을 수행한 사진이다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 해저 석유 생산시스템 유동관 내 왁스 생성 및 집적 모사 가시화 장치에 대하여 더욱 상세히 설명한다.

저류층에서 생산된 고온의 석유는 저온 환경에 놓인 유동관을 거쳐 이송되는 과정에서, 왁스의 생성 및 집적은 석유의 성분, 온도, 압력, 유동성 등 다양한 요소의 영향을 복합적인 양상을 띠게 된다. 마찬가지로 왁스의 생성 및 집적을 억제하기 위하여 유동관에 투입되는 왁스 억제제도 그 본연의 화학적 성질 이외에 상기한 조건들에 의하여 성능과 효율에서 상당한 차이를 보이게 된다.

이러한 조건들은 석유 생산 현장별로 매우 다양하게 형성되므로, 개별 석유 생산 현장에 가장 적합하게 왁스 집적 및 생성 과정을 모사하고 왁스 억제제 투입을 통한 변화 양상을 가시화하는 실험을 수행하기 위해서는 개별 석유 현장의 조건들을 그대로 모사한 상태에서 왁스 억제제를 투입할 수 있도록 실험 장치를 구비해야할 필요가 있다.

이에 석유의 성분, 주변의 온도 및 압력, 석유의 유동성(이동속도, 유동방향 등) 등을 실제 현장 조건에 맞게 조절할 수 있으며, 왁스 억제제를 상기한 조건 하에서 석유에 투입했을 때 상기한 전 과정에서의 온도 및 압력 변화의 정량적인 계측과 유동성을 제어할 수 있으며 왁스 생성 및 집적 변화 양상의 가시화가 가능한 실험 장치가 필요하다.

본 발명에 따른 해저 석유 생산시스템 유동관 내 왁스 생성 및 집적 모사 가시화 장치는 이러한 요구에 기초하여 개발되었다. 이하, 본 발명에 따른 해저 석유 생산시스템 유동관 내 왁스 생성 및 집적 모사 가시화 장치를 첨부된 도면을 참고하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 해저 석유 생산시스템 유동관 내 왁스 생성 및 집적 모사 가시화 장치의 개략적 사시도이며, 도 4는 도 3에 도시된 실험 장치의 주요 부분 확대도이고, 도 5는 도 3에 도시된 실험 장치의 주요 부분 개략적 측면도이며, 도 6은 도 3에 도시된 실험 장치의 주요 부분 개략적 단면도이다.

도 3 내지 도 6을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 해저 석유 생산시스템 유동관 내 왁스 생성 및 집적 모사 가시화 장치(100)는 프레임(10), 압력용기(20), 항온모듈, 교반기(40) 및 구동모듈을 구비한다.

프레임(10)은 본 발명에 따른 해저 석유 생산시스템 유동관 내 왁스 생성 및 집적 모사 가시화 장치(100)의 다양한 구성요소들을 지지하기 위한 것이다. 구체적으로는 상판(11)과 하판(12) 및 상판과 하판을 연결하는 연결봉(13)을 구비한다. 하판(12)의 하부에는 바퀴(14)가 설치되어 프레임(10)을 용이하게 이동시킬 수 있다.

압력용기(20)는 프레임(10)의 상판(11)에 의하여 지지된다.

압력용기(20)는 왁스 생성 및 집적과 왁스 억제제 투입 실험이 이루어지는 부분으로서, 내부에 오일시료를 수용하기 위한 밀폐된 수용부(29)가 형성된다. 이 압력용기(20)는 스테인레스 스틸 재질로 이루어지며, 내압설계를 통해 5,000psi의 고압에서도 운영가능하다. 또한 압력용기(20)의 적어도 하나의 측면부에는 실험자가 육안으로 오일시료의 상태를 확인할 수 있도록 투명한 가시창(21)이 형성된다. 본 실시예에서는 대면한 양측면에 각각 가시창(21)이 마련된다.

그리고 압력용기(20)에는 두 개의 주입포트(22)가 마련되는데, 이 주입포트(22) 중 하나는 수용부(29)에 수용된 오일시료에 왁스 억제제를 투입하기 위한 것이다. 그리고 다른 하나의 주입포트(22)는 압력용기(20) 내측 수용부(29)에 압력을 인가하기 위한 고압의 기체를 주입하기 위한 것이다. 주입포트를 통해 고압의 기체를 주입함으로써 압력용기 내부의 압력을 기 설정된 조건까지 올릴 수 있다. 주입되는 기체는 오일시료와의 반응을 방지하도록 질소, 아르곤 등의 불활성기체가 사용된다.

또한, 압력용기(20)에는 수용부(29)와 연통되는 복수의 삽입포트(22)가 마련되는데, 삽입포트에는 시험 상태를 파악할 수 있는 다양한 계측 장비가 설치될 수 있다. 본 실시예의 경우, 온도센서와 압력센서가 이 삽입포트(22)에 각각 설치되며, 긴급하게 수용부(29) 내의 압력을 감압시켜야 하는 경우를 대비하여, 긴급배출밸브(25)가 삽입포트에 설치된다.

본 실시예에서는 전체적으로 육면체 형상의 압력용기의 각 모서리에 삽입포트가 형성되어 총 8개의 삽입포트가 마련된다.

항온모듈은 압력용기(20)의 온도를 제어하기 위한 수단으로서, 압력용기(20)를 기 설정된 온도로 일정하게 유지하기 위한 것이다. 물론, 특정 실험에서는 시간의 경과에 따라 압력용기의 온도가 가변되어야 한다면, 항온모듈은 그 명칭과는 달리 온도를 가변시킬 수 있다. 즉, 항온모듈은 온도를 조절하기 위한 온도조절모듈로 이해할 수 있다.

항온모듈은 전기 히터 등 다양한 구성을 채용할 수 있으며, 본 실시예에서는 항온수조(30)를 이용한다. 항온수조(30)는 수조 형태로 이루어져 내부에 유체를 수용할 수 있는 본체부(31)를 구비한다. 그리고 압력용기(20)는 유체에 잠긴 상태로 본체부(31) 내에 수용된다. 항온수조(30)에는 유체가 유입되는 유입구 및 유체를 배출시키기 위한 유출구가 각각 형성된다. 유체는 압력용기(20)의 온도가 일정하게 유지되게 하는 기능을 수행하는데, 이를 위하여 유체는 계속적으로 순환하여야 한다. 유체를 순환시키면서 온도를 유지하게 하기 위하여 프레임(10)의 하판(12)에는 유체순환장치(32)가 마련된다. 유체순환장치(32)는 항온수조(31)의 유입구 및 유출구와 연결되며, 펌프 등의 수단을 이용하여 유체를 순환시킨다. 또한 유체순환장치의 내부에는 히터나 냉각기 등의 온도제어유닛이 마련되어, 유체를 원하는 온도로 가열 또는 감열할 수 있다.

한편, 왁스의 생성 및 집적은 유동관 내 석유의 유동성에 영향을 받게 되는데, 본 발명에서는 이러한 유동성을 재현하기 위하여 압력용기(20)의 수용부 내에 교반기(40)를 설치한다.

본 실시예에서 교반기(40)는 압력용기(20) 상부로부터 수용부(29) 까지 삽입되는 샤프트(41)와, 샤프트(41)의 하단에 결합되는 임펠러(42)를 구비한다. 샤프트(41)는 후술할 구동모듈과 연결되며, 구동모듈로부터 동력을 제공받아 회전된다. 샤프트(42)는 압력용기(20)의 상단부에 설치된 베어링(43)에 의하여 압력용기(20)에 회전가능하게 지지된다. 임펠러(42)는 샤프트(41)에 결합된 상태로 회전하면서 오일시료가 유동되도록 한다. 오일시료의 유동방향 및 유동속도는 임펠러(42)의 형상 및 회전속도에 따라서 달라진다.

본 실시예에서는 다양한 형상의 임펠러(42)를 적용할 수 있도록, 임펠러(42)는 샤프트(41)에 교체가능하게 결합된다. 도 7에는 본 실시예에서 채용 가능한 다양한 형상의 임펠러와, 임펠러의 형상에 따른 오일시료의 유동 방향이 나타나 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 다양한 형상의 임펠러를 통해 유체의 유동에 따른 왁스 생성 및 집적 변화 거동 실험을 수행할 수 있고 왁스 억제제 투입에 따른 왁스 생성 및 집적 변화 거동의 응용 및 확장 실험까지 수행할 수 있다.

또한 임펠러(42)는 구동모듈에 의하여 회전속도를 조절할 수 있으므로, 오일시료의 유동속도의 변화에 따른 왁스의 생성 및 집적과 왁스 억제제 투입 시 왁스 생성 및 집적 거동 변화를 확인할 수 있다.

구동모듈은 상기한 바와 같이 교반기(40)를 구동하기 위한 것이다. 본 실시예에서 구동모듈은 제1지지판(51), 제2지지판(52), 구동장치, 이동유닛 및 승강유닛을 구비한다.

제1지지판(51)은 후술할 구동장치를 장착하기 위한 것으로서, 본 실시예에서 제1지지판은 평평한 판 형상으로 이루어져 압력용기(20)의 상부에 배치된다. 그리고 제1지지판(51)은 이동유닛에 의하여 전후방향을 따라 이동가능하다.

이동유닛은 프레임(10)의 상판(11)에 결합되는 한 쌍의 가이드레일(53)을 구비한다. 가이드레일(53)은 전후방향을 따라 길게 배치되며, 가이드레일(53) 위에는 이동자(54)가 슬라이딩가능하게 결합된다. 이동자(54)는 모터 등에 의하여 가이드레일(53) 위에서 전후방향으로 슬라이딩 가능하다. 그리고 이동자(54)에는 수직하게 배치되는 지지봉(55)의 하단부가 결합된다. 지지봉(55)의 상단부는 제1지지판(51)에 결합되어, 제1지지판(51)과 이동자(54)를 상호 결합시킨다. 이동자(54)가 전후방향을 따라 이동되면 제1지지판(51)도 함께 이동된다.

제2지지판(52)은 제1지지판(51)의 상부에 배치되어, 후술할 승강유닛에 의하여 제1지지판(51)에 대하여 승강가능하다. 본 실시예에서 제2지지판(52)도 평평한 판 형상으로 이루어진다.

승강유닛은 제2지지판(52)을 승강시키기 위한 것으로서, 본 실시예에서는 실린더(56)가 채용된다. 실린더(56)에는 피스톤(57)이 설치되어, 실린더(56)에 공압 또는 유압이 인가되면 피스톤(57)은 상하방향을 따라 왕복이동 가능하다.

실린더(56)는 제1지지판(51)의 하부에 고정되게 설치되며, 실린더의 피스톤(57)은 제1지지판(51)에 형성된 관통공을 통해 제2지지판(52)에 결합된다. 피스톤(57)의 왕복이동에 따라 제2지지판(52)은 상하방향을 따라 승강된다.

구동장치는 회전축(61), 커플러(62), 마그네틱드라이브(63) 및 모터(64)로 이루어진다. 모터(64)는 제2지지판(52) 위에 설치되어 정역방향으로의 회전력을 제공한다. 마그네틱드라이브(63)는 모터(64)의 축(65)과 연결되어 전자기력에 의하여 회전된다.

마그네틱드라이브(63)는 내륜과 외륜이 베어링 등에 의하여 상대회전 가능하게 결합되며, 내륜과 외륜에는 각각 일정 각도 간격으로 N극과 S극의 자석이 번갈아 결합된다. 그리고 내륜과 외륜에서 상호 대면하는 자석들은 서로 다른 극성을 가지도록 배치된다. 모터(64)의 축(65)은 내륜에 결합되어 내륜을 회전시킨다. 내륜이 회전되면, 내륜에 부착된 자석과, 이 자석에 대응되는 외륜의 자석이 인력에 의하여 서로 잡아당김으로써 외륜도 함께 회전하게 된다. 본 실시예에서 마그네틱드라이브는 최대 3000rpm의 속도로 회전할 수 있다.

그리고 외륜에는 회전축(61)이 결합되어, 외륜의 회전 시에 회전축(61)을 회전시킨다. 회전축(61)은 교반기(40)의 샤프트(41)와 연결되어 교반기(40)를 회전시키게 된다.

한편, 구동장치의 회전축(61)과 교반기(40)의 샤프트(41)는 커플러(62)에 의하여 분리가능하게 결합된다. 즉, 본 실시예에서 압력용기(20)의 상단부에 마련된 덮개(28)를 개방하여 오일시료를 투입하거나 압력용기(20)를 세척해야 하며, 시험 시에는 덮개(28)를 폐쇄해야 한다.

이렇게 덮개(28)를 개방 및 폐쇄하기 위해서는 압력용기(20) 상측의 구동모듈이 위치를 이동해야 한다. 상기한 바와 같이, 구동모듈은 승강유닛 및 이동유닛에 의하여 상하방향 및 전후방향을 따라 이동할 수 있는데, 교반기(40)의 샤프트(41)와 구동모듈의 회전축(61)이 고정되게 결합되는 경우 압력용기(20)의 덮개를 개방할 수 없다.

이에 승강유닛의 구동으로 회전축(61)이 하강하면 커플러(62)에서 교반기(40)의 샤프트(41)와 상호 결합되며, 회전축(61)이 상승하면 샤프트(41)와의 결합이 해제되도록 하였다. 회전축(61)과 샤프트(41)의 결합이 해제된 상태에서, 이동유닛을 통해 구동모듈을 전방 또는 후방으로 이동시키면, 압력용기(20)의 상단 덮개(28)를 용이하게 개방할 수 있다.

한편, 본 발명에서는 압력용기 내부의 온도, 압력, 임펠러의 회전속도 등 모든 조건을 콘트롤러(미도시)에 의하여 전자적으로 제어하며, 온도센서, 압력센서 등 계측장치에 의하여 측정된 데이터도 모두 콘트롤러에 전송된다. 콘트롤러는 계측값과 설정값을 비교하여 압력용기 내의 압력, 항온수조의 온도 등을 제어하게 된다.

상기한 구성으로 이루어진 해저 석유 생산시스템 유동관 내 왁스 생성 및 집적 모사 가시화 장치의 실제 사진이 도 8 및 도 9에 도시되어 있다. 그리고 본 발명에 따른 해저 석유 생산시스템 유동관 내 왁스 생성 및 집적 모사 가시화 장치를 실제 제조한 사진이 나타나 있으며, 도 10에는 해저 석유 생산시스템 유동관 내 왁스 생성 및 집적 모사 가시화 장치를 이용한 실험 결과 사진이 나타나 있다.

도 10을 참고하면, 28.5℃에서 투명한 오일시료가 온도가 점차 하강하고 시간이 경과하면서 최종적으로는 왁스가 형성되어 불투명하게 변한다.

상기한 바와 같이 왁스의 생성 및 집적을 확인한 후, 다시 온도를 상승시켜 왁스를 모두 녹여낸 후, 다양한 종류의 왁스 억제제를 투입하면서 불투명하게 변하는 시점을 다시 파악하거나 영상 기록 자료의 콘트라스트(contrast) 및 하이라이트(highlight) 부분에 대한 3차원 RGB 색공간의 변화 분석 방법 등을 도입한다면 정량적인 왁스 억제제의 성능 시험까지 응용 및 확장할 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 해저 석유 생산시스템 유동관 내 왁스 생성 및 집적 가시화 모사 장치에서는 고압의 기체를 압력용기 내로 도입하여 유동관 내 생산 운영 압력을 구현하며, 항온모듈을 통해 심해의 해저 석유 생산시스템에서 오일이 이송되는 심해의 온도를 구현할 수 있다. 또한 교반기를 이용하여 오일시료의 유동속도 및 유동 형태를 조절할 수 있다.

즉, 본 발명에서는 해당 석유 생산 현장의 온도 및 압력의 생산 운영 조건과 유동성을 모사 및 구현하여 왁스 생성 및 집적 과정을 가시화할 수 있으며, 이러한 조건에서 다양한 왁스 억제제를 투입해보면서 왁스 생성 및 집적 거동의 변화를 파악함으로써, 해당 석유 생산 현장에 가장 적합한 왁스 억제제의 선정 실험 연구로 응용 및 확장 할 수 있는 기능을 내재하고 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 이에, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

100 ... 해저 석유 생산시스템 유동관 내 왁스 생성 및 집적 가시화 장치
10 ... 프레임 20 ... 압력용기
30 ... 항온수조 40 ... 교반기
53 ... 가이드레일 54 ... 이동자
56 ... 실린더 57 ... 피스톤
63 ... 마그네틱드라이브 64 ... 모터

Claims (8)

1. 오일시료를 수용하기 위한 밀폐된 수용부가 형성되며, 상기 수용부 내에 압력을 인가하기 위한 고압의 기체 및 왁스 억제제를 상기 수용부로 주입하기 위한 2개의 주입포트를 구비하며, 5,000psi 압력까지 견딜 수 있는 압력용기;
   오일이 이송되는 심해의 온도를 구현하기 위한 것으로서 상기 압력용기를 일정한 온도로 유지하기 위한 항온모듈;
   상기 압력용기의 수용부에 삽입되어 설치되는 샤프트와, 상기 샤프트의 하단에 결합되는 임펠러를 구비하여 상기 오일시료를 교반하는 교반기; 및
   상기 교반기를 구동하기 위한 구동모듈;을 구비하며,
   상기 압력용기에는 상기 수용부와 연통되는 복수의 삽입포트가 형성되며,
   상기 복수의 삽입포트에는 온도센서, 압력센서 및 상기 수용부의 압력을 강하시킬 수 있는 긴급배출밸브가 각각 설치되고,
   상기 임펠러는 상기 샤프트에 분리가능하게 결합되며,
   상기 수용부를 육안으로 확인할 수 있도록 상기 압력용기의 적어도 일측면에 결합되는 투명한 소재의 가시창을 더 구비하고,
   상기 항온모듈은, 상기 압력용기를 내부에 수용하며 투명한 소재로 이루어진 본체부와, 상기 압력용기가 유체에 의하여 잠기도록 상기 본체부로 유체를 주입하기 위한 유입구 및 상기 유체를 배출하기 위한 유출구를 포함하여, 상기 유체가 순환되면서 상기 본체부에 수용된 상기 압력용기가 일정한 온도로 유지되게 하는 항온수조이며,
   상기 구동모듈은 상기 샤프트의 상단과 커플러에 의하여 분리가능하게 결합되는 회전축과, 상기 회전축을 구동하기 위한 구동장치를 포함하여 이루어지고,
   상기 구동모듈은
   상기 압력용기의 상부에 배치되며 전후방향을 따라 이동가능한 제1지지판과,
   상기 제1지지판에 결합되는 승강유닛과,
   상기 제1지지판의 상부에 배치되며 상기 승강유닛에 결합되어 상하방향으로 승강가능하며, 상기 구동장치가 장착되는 제2지지판을 구비하는 것을 특징으로 하는 해저 석유 생산시스템 유동관 내 왁스 생성 및 집적 모사 가시화 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,
   상기 구동장치는,
   모터와, 상기 모터에 의하여 구동되며 상기 회전축과 연결되어 있는 마그네틱 드라이브를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 해저 석유 생산시스템 유동관 내 왁스 생성 및 집적 모사 가시화 장치.

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