KR101661382B1 - 해저 샘플의 메탄 함량을 결정하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따르면, 메탄 하이드레이트 결정을 포함하는 해저 샘플의 메탄 함량이, - 심해 영역 내의 해저 퇴적물(3)로부터 코어 샘플(5)을 채취하는 단계와; - 저장 챔버(4) 내에 코어 샘플(5)을 저장하는 단계와; - 코어 샘플(5) 내의 임의의 메탄-하이드레이트 결정이 물과 메탄으로 분해되는 소정 수심(BGHZ=가스 하이드레이트 안정 영역의 기준선)까지 저장 챔버(4)를 상승시키는 단계와; - 상승된 코어 샘플(5)에 의해 방출되는 메탄의 양을 측정하는 단계에 의해 결정된다.
Description
본 발명은 해저 샘플의 메탄 함량을 결정하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
이러한 방법 및 시스템은 미국 특허 제6,659,204호로부터 그리고 다음의 논문으로부터 공지되어 있다:
"멕시코만 북쪽의 해저면 퇴적물 내의 가압된 코어로부터의 현장 탄화수소 농도(In situ hydrocarbon concentrations from pressurized cores in surface sediments, Northern Gulf of Mexico)"[케이.유.히센(K.U.Heeschen) 등, 해양 화학 학회지, vol. 107, issue no. 4, 페이지 498-515, 2007년 12월 20일, (XP002569753)]; 및
"소정 압력 하에서의 와이어라인 코어링 및 분석, 히아신스 시스템의 최근의 사용 그리고 미래의 개발(Wireline Coring and Analysis under Pressure, Recent Use and Future Development of the Hyacinth System)"[피.술다이스(P.Shultheiss) 등, 과학 시추 저널, 2009년 3월 7일, (XP002569762, ISSN: 1816-8957)], 이 논문은 URL:http://www.iodp.org/iodpJoumals/7_Wireline_Coring_and_Analysis_SD7.pdf에서 인터넷으로부터 검색 가능하다.
이들 종래 기술의 참조 문헌으로부터 공지된 코어 샘플링 방법 및 시스템은 코어 샘플이 해수면까지 상승될 때의 압력 강하 및/또는 온도 상승으로 인한 하이드레이트 결정의 분해를 억제하도록 코어 샘플이 현장 압력 및 온도에서 저장되는 메탄 하이드레이트 자원을 평가(evaluating)하는 코어 샘플러(core sampler)를 포함한다.
이들 공지된 가압된 코어 샘플러들의 단점은, 이들이 비싸고, 성공적인 코어로부터 보고된 하이드레이트 함량에 있어서 계통적 편향(systematic bias)을 유발할 수 있는, 현장 압력보다 낮은 압력에서 및/또는 현장 온도보다 높은 온도에서의 샘플의 빈번한 회수(recover) 실패와 관련하여 신뢰가 불가능하다는 점이다.
따라서, 이들 종래 기술의 참조 문헌으로부터 공지된 것과 같은 코어 데이터의 직접적인 측정치는 신뢰 불가능한데, 코어 샘플이 채취된 후에 하이드레이트가 손실될 수 있는 양을 알지 못할 정도로 하이드레이트가 분해될 수 있기 때문이다.
심해 및/또는 북극 지역에 종종 위치되는 하이드레이트 자원을 경제적으로 개발할 때의 주요 도전 과제들 중 하나는 얕은 메탄 하이드레이트 퇴적물을 찾아 평가하는 저비용 방법을 찾는 것이다.
최대 도전 과제들 중 하나는 해양 시추 중에 회수되는 코어의 실제 하이드레이트 함량을 측정하는 것이었는데, 이는 기존의 기술은 신뢰 불가능하고 값비싸기 때문이다.
다른 기존에 이용 가능한 하이드레이트 샘플링 및 하이드레이트 검출 기술과 관련된 문제점은 다음과 같다:
- 간접적인 지구 물리학적 방법(EM, 지진)은 하이드레이트의 성질로 인해 신뢰 불가능하다.
- 담수화(water freshening)를 기초로 하는 하이드레이트 함량의 평가는 불확실하게 과도한 기준 공극수 염도로 인해 신뢰 불가능하다.
기존의 방법 및 시스템보다 값싸고 신뢰 가능할 것으로 기대되는 하이드레이트-보유 코어의 메탄 함량을 측정하는 개선된 기술을 제공할 필요성이 있다.
본 발명에 따르면, 해저 샘플의 메탄 함량을 결정하는 방법에 있어서,
- 해저 내의 퇴적물로부터 코어 샘플을 채취하는 단계와;
- 저장 챔버 내에 코어 샘플을 저장하는 단계와;
- 코어 샘플 내의 임의의 메탄-하이드레이트 결정이 물과 메탄으로 분해되는 주변 압력에서의 소정 수심까지 저장 챔버 및 코어 샘플을 상승시키는 단계와;
- 상승된 코어 샘플에 의해 방출되는 메탄의 양을 측정하는 단계와;
- 상승된 코어 샘플에 의해 방출된 메탄의 양을 기초로 하여 퇴적물의 메탄 함량을 결정하는 단계
를 포함하는 방법이 제공된다.
메탄-하이드레이트 결정이 안정되게 남아 있는 심해 영역 내에 해저 퇴적물이 위치되면, 해저로부터 주변 압력이 코어 샘플 내의 임의의 메탄-하이드레이트 결정의 메탄-하이드레이트 분해 압력보다 낮은 수심까지 저장 챔버 및 코어 샘플이 상승될 수 있고, 그에 의해 상승된 샘플 내의 임의의 메탄-하이드레이트가 메탄 및 물로 분해되도록 유도한다. 코어 샘플에 의해 방출된 메탄의 양은 해수면에서 부유되는 선박 상에 위치되는 저장 챔버에 도관에 의해 연결되는 메탄 감지 장치에 의해 측정될 수 있다.
해저 샘플이 해저 퇴적물 내의 메탄-하이드레이트의 회수 가능한 양을 확인하면, 메탄-하이드레이트가 후속적으로 해저 퇴적물로부터 채굴될 수 있고, 이 때에 채굴된 메탄-하이드레이트는 메탄-하이드레이트가 분해되어 메탄을 방출하도록 유도하게 감압 및/또는 가열되고, 이 메탄은 후속적으로 시장에 출시되거나 산업 또는 내수 상용을 위한 파이프라인으로 운반 가능한 천연 가스, 액화 천연 가스(LNG: Liquid Natural Gas) 및/또는 합성 액화(GTL: Gas To Liquid) 제품 등의 시장성이 있는 제품으로 변환된다.
본 발명에 따르면, 해저 샘플의 메탄 함량을 결정하는 시스템에 있어서,
- 해저 내의 퇴적물로부터 코어 샘플을 채취하는 코어 샘플링 장치와;
- 코어 샘플을 저장하는 저장 챔버와;
- 코어 샘플 내의 임의의 메탄-하이드레이트 결정이 물과 메탄으로 분해되는 주변 압력에서의 소정 수심까지 저장 챔버 및 코어 샘플을 상승시키는 수단과;
- 상승된 코어 샘플에 의해 방출되는 메탄의 양을 측정하는 메탄 감지 장치와;
- 상승된 코어 샘플에 의해 방출된 메탄의 양을 기초로 하여 해저 퇴적물의 메탄 함량을 결정하는 수단을 포함하는 시스템이 추가로 제공된다.
코어 샘플링 장치는,
- 프레임으로서, 프레임은 레그, 휠 및/또는 캐터필러 기구 상에 장착되는데, 이는 수역의 해저를 횡단하여 임의의 요구된 방향으로 프레임을 이동시키도록 구성되는, 프레임과;
- 수직 코어 시추 장치로서, 수직 코어 시추 장치는 해수와 같이 장치를 둘러싸는 유체의 주변 압력과 실질적으로 동일한 압력에서 코어 샘플을 저장하도록 구성되는 코어 샘플 저장 챔버 내로 각각의 코어 샘플을 이동시키도록 구성되고, 상기 코어 샘플 저장 챔버는 프레임 상에 회전 및 제거 가능한 캐러셀 조립체(carousel assembly)로서 장착되고 부유 선박으로부터 현수되는 호이스팅 라인(hoisting line)에 고정되는 가요성 도관의 다발에 연결되는 코어 샘플 저장 챔버의 다발의 일부를 형성하는, 수직 코어 시추 장치를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 방법 및 시스템의 이들 및 다른 특징, 실시예 및 장점은 첨부된 특허청구범위, 요약서 그리고 첨부 도면에 도시된 비-제한 실시예의 다음의 상세한 설명에 기재되어 있고, 첨부 도면에서 도면에 도시되어 있는 대응 도면 부호를 인용하는 설명용 도면 부호가 사용된다.
도 1은 코어 샘플링 챔버의 다발을 보유하는 수중 코어 샘플링 장치를 도시하고 있다.
도 2는 수중 코어 샘플링 장치로부터의 제거 후에 코어 샘플링 챔버의 다발이 코어 샘플로써 충전되는 방식을 도시하고 있다.
도 3은 코어 샘플링 챔버의 다발이 가스 하이드레이트 안정 영역의 기준선(BGHZ: the Base of Gas Hydrate stability Zone) 위의 수심까지 상승되는 방식을 도시하고 있다.
도 4는 메탄 및 하이드레이트가 고갈된 코어 샘플을 수용하는 코어 샘플링 챔버의 다발이 후속적으로 해상 또는 육상 실험실에서의 추가의 분석을 위해 선박 또는 다른 부유 선박까지 상승될 수 있는 방식을 도시하고 있다.
도 5는 수집된 메탄이 가스 계량 및 분석 장치로 배출되는 선박 또는 다른 부유 선박 상에 장착되는 가스 물 분리 탱크를 도시하고 있다.
도 6은 밀봉 가능한 코어 샘플링 챔버의 대체 구성을 도시하고 있다.
도 7은 캐러셀 조립체의 상부 및 하부 조(jaw)가 도 6의 코어 샘플링 챔버를 밀봉하도록 피벗되는 방식을 도시하고 있다.
도 8은 상부 및 하부 조에 의해 밀봉된 도 6의 코어 샘플링 챔버를 도시하고 있다.
도 9는 BGHZ(가스 하이드레이트 안정 영역의 기준선) 위의 수심까지 코어 샘플 챔버를 상승시킨 후에 메탄 가스(CH4)가 감압된 코어 샘플 내에서의 하이드레이트 분해에 의해 방출되는 방식을 도시하고 있다.
도 2는 수중 코어 샘플링 장치로부터의 제거 후에 코어 샘플링 챔버의 다발이 코어 샘플로써 충전되는 방식을 도시하고 있다.
도 3은 코어 샘플링 챔버의 다발이 가스 하이드레이트 안정 영역의 기준선(BGHZ: the Base of Gas Hydrate stability Zone) 위의 수심까지 상승되는 방식을 도시하고 있다.
도 4는 메탄 및 하이드레이트가 고갈된 코어 샘플을 수용하는 코어 샘플링 챔버의 다발이 후속적으로 해상 또는 육상 실험실에서의 추가의 분석을 위해 선박 또는 다른 부유 선박까지 상승될 수 있는 방식을 도시하고 있다.
도 5는 수집된 메탄이 가스 계량 및 분석 장치로 배출되는 선박 또는 다른 부유 선박 상에 장착되는 가스 물 분리 탱크를 도시하고 있다.
도 6은 밀봉 가능한 코어 샘플링 챔버의 대체 구성을 도시하고 있다.
도 7은 캐러셀 조립체의 상부 및 하부 조(jaw)가 도 6의 코어 샘플링 챔버를 밀봉하도록 피벗되는 방식을 도시하고 있다.
도 8은 상부 및 하부 조에 의해 밀봉된 도 6의 코어 샘플링 챔버를 도시하고 있다.
도 9는 BGHZ(가스 하이드레이트 안정 영역의 기준선) 위의 수심까지 코어 샘플 챔버를 상승시킨 후에 메탄 가스(CH4)가 감압된 코어 샘플 내에서의 하이드레이트 분해에 의해 방출되는 방식을 도시하고 있다.
본 발명에 따른 방법 및 시스템은 메탄 하이드레이트를 함유하고 가스 하이드레이트 안정 영역의 기준선(BGHZ) 내의 수심에서의 해저로부터 회수되는 코어 샘플의 총 메탄 함량을 평가하는 신규한 기술을 제공한다. 역사적으로, 이것은 어려웠는데, 적용된 통상의 기술이 분석을 위해 해수면 선박(surface vessel)까지 코어 샘플을 회수하여야 하기 때문이다. 해수면까지의 이동 중에, 코어는 (온도에 따라 약 400 m보다 얕은 수심의) 가스 하이드레이트 안정 영역을 떠나고, 코어 내의 메탄 하이드레이트는 분해되기 시작한다. [전형적으로 코어링 장치(coring device)가 선박으로 권양될(winched) 수 있는 속도에 의해 제한되는] 코어가 선박에 도달되는 시간까지, 알지 못하는 양의 분해가 일어났을 것이고, 발생된 가스가 탈출하였을 것이고, 그에 의해 분해 전의 하이드레이트의 초기량은 알 수 없다. 잔류 물 염도를 측정하여 배경 초기 수준(background initial level)에 대해 일어난 담수화를 계산하는 기술과 같은 발생된 가스의 양을 평가하는 기술이 존재하지만, 초기 염도는 단지 추측될 수 있으므로, 이러한 방식으로 얻어진 하이드레이트 함량 평가에서 신뢰성을 갖기 어렵다.
이것을 극복하기 위해, 미국 특허 제6,659,204호에 개시된 것과 같은 '압력 코어링(pressure coring)'의 기술이 샘플링 시에 기밀 용기 내에 코어 샘플을 밀봉하는 데 사용되었고, 그에 의해 코어가 해수면 선박까지 회수될 때에, 용기 내의 압력이 감소된 주변 수압에 따라 강하되지 않는다. 압력 코어는 선박까지 회수되면 하이드레이트 퇴적물을 시각화하도록 x-레이 또는 CAT 스캐너를 사용하여 분석될 수 있고, 존재하는 가스의 양은 제어된 방식으로 내부 압력을 감소시킴으로써 측정될 수 있고, 그에 의해 방출된 가스를 포획하여 그 체적을 측정한다.
미국 특허 제6,659,204호로부터 공지된 압력 코어링 기술과 관련된 문제점은 다음과 같다:
- 고비용: 이들은 값비싼 코어 리셉터클이다.
- 어려운 취급: 이들은 양호한 샘플을 얻는 데 사용되는 시추 장비 내에 상당히 전문화된 취급 시설을 요구한다.
- 낮은 신뢰성: 이들은 소정 압력에서 코어 샘플을 빈번하게 회수하지 못한다. 이것은 종종 코어가 코어 리셉터클 내에 진입되게 하는 볼 밸브 내에서 기밀 밀봉부를 얻지 못하는 것에 기인된다.
낮은 신뢰성은 특히 문제가 되는데, 기밀 밀봉부를 얻지 못하는 것이 코어 샘플링되는 재료의 성질에 관련될 수 있기 때문이다. 모래형 샘플은 불량한 밀봉부를 가질 가능성이 높을 수 있고, 모래형 샘플은 종종 하이드레이트가 가장 풍부하다. 그러므로, 압력 코어 시스템은 낮은 하이드레이트 함량을 갖는 샘플을 우선적으로 회수한다는 점에서 내재된 편향성을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 방법 및 시스템은 하이드레이트가 온전하게 해수면 선박까지 샘플을 회수하는 것을 목적으로 하지 않는다. 반대로, 그 목적은 코어가 여전히 수주(water column) 내의 어떤 깊이에 있는 동안에 코어 샘플 내의 하이드레이트가 완전히 분해되게 하는 것이다. 그러나, 하이드레이트가 분해됨에 따라, 모든 발생된 가스는 수집 및/또는 측정되어, 코어로부터 발생된 메탄의 총 체적이 알려지고 그에 따라 코어의 초기 메탄 함량이 알려지게 된다. 이러한 정보 그리고 어떤 깊이에서의 물 내에서의 메탄의 용해도에 대한 지식으로부터, 코어의 하이드레이트 함량이 신뢰 가능하게 계산될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 코어 샘플링 장치(1)를 도시하고 있고, 이 장치(1)는 이 장치가 해저(3)를 횡단하여 임의의 방향으로 이동되게 하는 가동 레그(1B) 상에 장착되는 프레임(1A)을 포함한다. 프레임(1A)은 각각이 해저(3)로부터 채취되는 1개의 코어 샘플(5)을 용이하게 수용할 정도로 충분히 큰 다수개의 튜브로 구성되는 코어 샘플링 챔버(4)의 다발을 보유한다. 튜브는 전형적으로 약 10 ㎝의 직경 그리고 1 내지 2 m의 길이를 갖는 PVC 튜브일 수 있다.
도 1은 코어 샘플링 장치(4)가 프레임(1A) 상에 회전 가능하게 장착되는 캐러셀 조립체(8, carousel assembly)에 다발로서 고정된다는 것을 도시하고 있다.
도 1은 프레임(1A)이 해저(3)로부터 다수개의 하이드레이트-함유 코어 샘플(5)을 수집하여 회전 가능한 캐러셀 조립체(8)에 의해 지지되는 코어 샘플링 장치(4) 내로 수집된 샘플을 삽입하는 국제 특허 출원 제WO2009/089528호로부터 공지된 것과 같은 벤딕 지오텍 프로드 시추 장치(Benthic Geotech PROD drilling device) 등의 종래의 해저-시추 장치(9)를 보유한다는 것을 추가로 도시하고 있다.
코어 샘플링 장치(1)는 해저(3) 상에 남아 있는 상태에서, 코어 샘플(5)로써 충전된 가스 수집 챔버(4)의 다발은 캐러셀 조립체(8)로부터 제거된다. 이러한 종류의 조작 작업은 예컨대 워크-클래스(work-class) 원격 작동 차량(ROV: Remotely Operated Vehicle)을 사용하여 어렵지 않게 수행되어야 한다. 이러한 전달 단계가 전적으로 피해지도록 캐러셀 조립체(8)와 개방-저부 코어 샘플링 챔버(4)를 일체화하는 것이 가능할 수 있다.
도 2 내지 도 4에 더 상세하게 도시된 것과 같이, 코어 샘플링 챔버(4)는 저부에서 개방되고 상부에서 폐쇄되는 튜브이고, 각각의 튜브의 폐쇄된 상부(4A)는 (도시되지 않은) 부유 선박에서 메탄 감지 조립체에 그 상부 단부에서 연결되는 가요성 기밀 도관(6)으로 이어지는 구멍(9)을 포함한다.
도 2 및 도 3은 코어 샘플링 장치(1)로부터 제거된 후에 코어 샘플링 챔버(4)의 다발이 예컨대, 100 m 내지 400 m의 수심의 가스 하이드레이트 안정 영역의 기준선(BGHZ) 아래의 수심까지 예컨대, (도시되지 않은) 부유 선박 상의 권양기(winch)에 연결되는 호이스팅 케이블(10)에 의해 상승된다는 것을 도시하고 있고, 이 때에 각각의 코어 샘플링 챔버(4)는 단일의 코어 샘플(5)을 포함한다. 이들 변화된 주변 상태 하에서, 코어 샘플(5) 내의 하이드레이트는 분해되기 시작할 것이고, 그에 의해 메탄(CH4) 가스(11) 및 담수(fresh water)를 발생시킨다. 방출된 메탄(CH4) 가스(11)는 부력에 의해 코어 샘플링 챔버(4) 내에서 상승될 것이며, 구멍(5)을 거쳐 가요성 도관(6) 내로 탈출할 것이다. 챔버(4)를 탈출한 후에, 메탄(CH4)은 도관(6) 내에서 부력에 의해 상승되어 측정 및 분석을 위해 (도시되지 않은) 메탄 감지 장치까지 도 3에서 화살표에 의해 지시된 것과 같이 부유될 것이다.
도 4는 모든 하이드레이트가 코어 샘플(9)로부터 분해된 후에[개방-저부 챔버(4)의 상부에서의 메탄 수집의 정지로부터 명백해질 가능성이 높음] 가스 수집 챔버(4)의 다발이 해수면 선박까지 회수될 수 있다는 것을 도시하고 있고, 해수면 선박에서 코어 샘플이 챔버(4)로부터 제거될 수 있고, 챔버(4) 내의 잔여 퇴적물 및 물이 후속의 분석을 위해 회수될 수 있다.
본 발명에 따른 방법 및 시스템이 해저 내의 회수 가능한 하이드레이트 퇴적물을 확인하면, 코어 샘플이 채취될 수 있는 위치에 생산 시스템이 설치될 수 있고, 이 생산 시스템은 해저로부터 메탄-하이드레이트, 퇴적물 및 해수의 슬러리를 채굴할 수 있고, 해수면에서 생산 플랫폼까지 승강기를 통해 채굴된 슬러리를 펌핑하고, 이 생산 플랫폼에서 메탄이 슬러리로부터 분리되어 시장에 출시될 수 있다. 도 5는 도 3에 도시된 도관(6)의 상부 단부에 그리고 또한 물 배출 도관(21)에 그리고 가스 배출 도관(22)에 연결되는 물-가스 분리 탱크(20)를 포함하는 선택 사항의 해수면 선박 상부측 장비를 도시하고 있다.
물 배출 도관(21)은 물 처리 탱크 내로 또는 선택 사항의 세정 후에 수역(24, body of water) 내로 수집된 물을 펌핑하는 물 펌프(23)를 포함한다.
별개의 물-분리 탱크(20)가 가요성 가스/물 도관(6)의 각각에 그리고 그에 따라 개방-저부 강철 샘플 저장 챔버(4)에 연결될 수 있다. 이러한 경우에, 각각의 도관(6)은 초기에 물로써 충전되는 별개의 가스-액체 분리 탱크(20) 내로 진입된다. 이러한 탱크(20)는 눈금을 갖는 유리 측면 창 또는 탱크(20) 내의 물의 높이를 용이하게 확인하는 어떤 다른 수단을 가질 수 있다. 탱크(20)의 저부에는, 저장 탱크로부터 해수를 점차로 인출하고 그에 의해 물이 가요성 가스/물 도관(6)을 거쳐 샘플 저장 챔버(4)로부터 인출되게 하는 물 펌프(23)가 연결된다. 물 펌프(23)를 통과한 물은 세정된 다음에 바다로 배출되거나 (예컨대, 하이드레이트 분해로 인한 담수화의 증거를 위한 염도의) 후속의 분석을 위해 저장될 수 있다.
하이드레이트가 분해되어 가스가 개방-저부 샘플 저장 챔버(4)의 상부 내로 진입됨에 따라, 가스 및 물의 혼합물이 가요성 물/가스 도관(6) 위로 진행되어 물-가스 분리 탱크(20) 내로 진입된다. 탱크(20) 내로 진입될 때에, 혼합물의 가스 부분은 탱크(20)의 상부로 상승되고, 물 부분은 저장 탱크(20) 내에 이미 존재하는 물과 혼합된다. 이와 같이, 코어 샘플 챔버(4)로부터 발생된 모든 메탄 가스(CH4)가 저장 탱크(20) 내에 수집된다. 가스의 체적은 용이하게 측정될 수 있고, (예컨대, 조성물의) 별개의 저장 및/또는 분석을 위해 탱크(20)의 상부로부터 인출될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 다음과 같은 다수개의 대체 실시예에서 적용될 수 있다:
A) 분해 중에 해수면 선박까지 가스를 회수하도록 가요성 도관(6)을 제거하지만 그 대신에 단순하게 모든 발생된 가스를 저장할 정도로 충분히 크게 개방-저부 샘플 수집 챔버(4)를 제조하는 실시예. 개방-저부 샘플 수집 챔버(4) 내의 가스의 양은 가스-함유 부분의 높이를 평가하도록 개방-저부 튜브 내에서 예컨대 음향 측심기(echosounder) 등의 음향 장치를 사용하여 회수되기 전에 개방-저부 튜브 내의 물 높이를 관찰함으로써 신뢰 가능하게 평가될 수 있다.
B) 샘플 수집 챔버(4)의 상부 내의 오리피스를 통해 방출된 가스의 체적 및 조성을 계량하는 계량 장치를 거쳐 개방-저부 샘플 수집 챔버(4)의 상부로부터 가스가 탈출되게 하는 실시예. 계량 장치는 선박에 라이브 데이터 전송 케이블을 거쳐 연결될 수 있거나, 계량 장치에는 무선 측정 데이터 전송 시스템이 또는 후속의 데이터의 검색을 위해 부착되는 기록 장치가 구비될 수 있다. 후자의 경우에, 기록 장치는 압력에 대한 계량된 체적을 기록할 것이 필요할 것인데, 주어진 양의 가스의 체적이 압력-의존성이기 때문이다. 계량된 양에 대한 시간-신호(time-signature)가 또한 이러한 목적을 수행할 수 있는데, 통상의 조사 환경 하에서 조사 장비의 수심이 시간-기록되고, 그에 따라 시간으로부터 수심 그에 따라 압력으로의 변환이 가능하기 때문이다.
C) 수중에서의 충전된 코어 튜브의 조작이 어려운 것으로 판명난 경우에, 드릴 스트링으로부터 제거될 때, 코어 튜브 기밀을 이루도록 기밀 밀봉 시스템을 사용하는 것이 가능할 수 있다. BGHZ 위까지 시추 리그(drilling rig)를 상승시킨 후에, 가스 하이드레이트는 분해되기 시작할 것이고, 방출된 가스는 가스 라인을 거쳐 수집되거나(선박으로 보내지거나 드릴-리그 상에 저장되거나) 위에서 설명된 것과 같이 계량될 수 있다.
밀봉부의 기밀성은 가스 하이드레이트의 보존을 위해 요구된 것과 동일한 높은 압력까지 평가될 것이 필요하지 않지만, 미국 특허 제6,659,204호로부터 공지된 압력 코어링 기술에서 성취된 것과 같이, 실질적으로 밀봉된 샘플 저장 챔버 내에서 코어 샘플을 저장 및 감압하는 것이 가능하다.
도 6 내지 도 9는 코어 샘플이 실질적으로 밀봉된 샘플 저장 챔버 내에서 저장 및 감압될 수 있는 방법을 도시하고 있다.
도 6에서, 화살표 60은 코어 샘플(5)이 (도 1에 도시된 것과 같은) 코어 샘플링 장치(1)의 드릴파이프(61)로부터 상승된 다음에 코어 캐처(core catcher)(63)가 그 하부 단부에서 구비되는 강철 코어 샘플 보유 튜브(62) 내로 삽입되는 방식을 도시하고 있다.
도 7에서, 화살표 64는 코어 샘플 보유 튜브(62)가 (도 1에 도시된 것과 같은) 캐러셀 조립체(8)의 압력 밀봉 장비의 피벗식 조(65, 66) 내로 이동되는 방식을 도시하고 있다.
도 8은 탄성 중합체 밀봉부(72, 73)가 코어 샘플 보유 튜브(62)의 상부 및 하부 단부에 대해 가압되도록 조(65, 66)가 피벗(70, 71)에 대해 피벗되는 방식을 도시하고 있다. 상부 조(65)는 가요성 가스 방출 도관(76)에 연결되는 개구(75)를 포함한다.
도 9는 BHGZ보다 낮은 수심까지 코어 샘플(5)이 밀봉된 코어 샘플 튜브(62)를 상승시킴으로써 감압되는 방식을 도시하고 있고, 이 수심에서 감압이 가스 방출 도관(76)의 가요성 벽에 의해 수행되고, 이 가스 방출 도관(76)의 벽은 코어 샘플(5)의 공극 내의 유체 압력이 주위 해수(77)의 주변 압력과 실질적으로 동일하도록 도관(76)의 외부 및 내부 사이의 압력 균등화 멤브레인으로서 작용하고, 이 압력은 코어 샘플(7) 내의 임의의 메탄-하이드레이트가 물 및 메탄(CH4)으로 분해되고 임의의 메탄이 코어 샘플(5)을 통해 그리고 코어 샘플(5)과 함께 상승되어 화살표 78에 의해 지시된 것과 같이 도관(76) 내로 유동되도록 BHGZ보다 낮은 수심에 있다. 코어 샘플(5)에 의해 방출된 메탄의 플럭스(78)는 상부 조(65) 내의 개구(75)에 인접하게 장착되는 메탄 플러스 미터(79)에 의해 계량될 수 있다. 방출된 메탄의 플럭스(78)는 해수(77)로 방출되거나 추가의 분석을 위해 도 5에 도시된 가스 저장 탱크 내에 저장될 수 있다. 도 1 내지 도 4에 도시된 개방 저부를 갖는 코어 샘플 튜브(4)보다 우수한 도 5 내지 도 9에 도시된 밀봉된 코어 샘플 보유 튜브 조립체의 장점에 따르면, 코어 샘플(5)은 코어 샘플 조사 실험실 내에서의 추가의 분석을 위해 더 양호하게 온전하게 남아 있을 것인데, 코어 샘플(5) 내의 해저 퇴적물의 분해된 부분이 도 5 내지 도 9에 도시된 밀봉된 코어 보유 튜브(62)에 의해 형성된 코어 샘플 보유 챔버의 개방 저부로부터 낙하되지 않을 것이기 때문이라는 것이 이해될 것이다.
요약하면, 본 발명에 따른 방법 및 시스템은 코어 샘플의 메탄 함량이 샘플링 깊이로부터 가스 하이드레이트 안정 영역의 기준선(BGHZ) 위의 높이까지 수주 내에서 상승됨에 따라 가스-하이드레이트-함유 코어 샘플에 의해 발생되는 가스의 체적의 측정에 의해 평가되게 하는 수단을 제공한다.
본 발명에 따른 시스템에서 사용된 코어 샘플 저장 챔버는 바람직하게는 코어 샘플 그리고 코어 샘플로부터 발생된 가스를 수용하도록 개방-저부 튜브를 포함한다.
이처럼 발생된 가스는 개방-저부 튜브로부터 방출된 가스의 체적이 측정되는 수면 선박까지 상승될 수 있다.
대체예에서, 발생된 가스는 가스 계량 시스템을 거쳐 개방-저부 튜브의 상부로부터 탈출되게 허용될 수 있고, 그에 의해 발생된 가스의 체적을 측정한다.
대체예에서, 발생된 가스가 개방-저부 튜브의 상부에서 포획될 수 있고, 가스 칼럼의 높이가 측정될 수 있고, 그에 의해 발생된 가스의 체적을 측정한다.
가스-수집 장치는 해저 시추 및 코어링 장치의 일체형 부분일 수 있고, 그에 의해 코어 매거진(core magazine)으로부터 가스-수집 장치로의 코어의 전달에 대한 필요성을 피하고, 이 가스-수집 장치에서 기밀 밀봉부가 해저 시추 리그의 저장 캐러셀 내의 코어 튜브 주위에 생성되고, 그에 의해 캐러셀 내의 개방-저부 튜브 내로의 코어의 전달에 대한 필요성을 피한다.
본 발명에 따른 방법은 해양, 바다, 피오르드, 호수 또는 강 등의 임의의 수역 내의 임의의 깊은 영역에서 적용될 수 있고 심해 및/또는 해저에 대한 기준은 임의의 수역 및/또는 임의의 수역의 해저에 적용되도록 읽혀야 한다는 것이 이해될 것이다.
요약하면, 수중 메탄-하이드레이트 함유 해저 퇴적물(3)의 메탄 함량은,
- 해저 퇴적물(3)로부터 코어 샘플(5)을 채취하는 단계와;
- 저장 챔버(4) 내에 코어 샘플(5)을 저장하는 단계와;
- 코어 샘플(5) 내의 메탄-하이드레이트 결정이 물과 메탄으로 분해되는 (BGHZ=가스 하이드레이트 안정 영역의 기준선으로서 알려져 있는) 소정 수심까지 저장 챔버(4)를 상승시키는 단계와;
- 상승된 코어 샘플(5)에 의해 방출되는 메탄의 양을 측정하는 단계에 의해 본 발명에 따라 결정될 수 있다.
Claims (14)
- 해저 샘플의 메탄 함량을 결정하는 방법이며,
- 해저 내의 퇴적물로부터 코어 샘플을 채취하는 단계와;
- 저장 챔버 내에 코어 샘플을 저장하는 단계와;
- 코어 샘플 내의 임의의 메탄-하이드레이트 결정이 물과 메탄으로 분해되는 주변 압력의 소정 수심까지 저장 챔버 및 코어 샘플을 상승시키는 단계와;
- 상승된 코어 샘플에 의해 방출되는 메탄의 양을 측정하는 단계와;
- 상승된 코어 샘플에 의해 방출된 메탄의 양을 기초로 하여 해저 퇴적물의 메탄 함량을 결정하는 단계를 포함하는 메탄 함량 결정 방법. - 제1항에 있어서, 해저 퇴적물은 메탄-하이드레이트 결정이 안정되게 남아 있는 심해 영역 내에 위치되고, 저장 챔버는 해저로부터 주변 압력이 코어 샘플 내의 임의의 메탄-하이드레이트 결정의 메탄-하이드레이트 분해 압력보다 낮은 수심까지 상승되고, 그에 의해 상승된 코어 샘플 내의 임의의 메탄-하이드레이트가 메탄 및 물로 분해되도록 유도하는 메탄 함량 결정 방법.
- 제1항에 있어서, 코어 샘플에 의해 방출된 메탄의 양은 해수면에서 부유되는 선박 상에 위치되는 저장 챔버에 도관에 의해 연결되는 메탄 감지 장치에 의해 측정되는 메탄 함량 결정 방법.
- 제3항에 있어서, 저장 챔버는 개방된 저부 및 도관에 의해 관통되는 밀봉된 상부를 갖는 튜브로서, 방출된 메탄은 도관을 거쳐 메탄 감지 장치 내로 삼투되도록 유도되는 메탄 함량 결정 방법.
- 제1항에 있어서, 코어 샘플은 수중 코어 시추 기계에 의해 채취되는 메탄 함량 결정 방법.
- 제5항에 있어서, 수중 코어 시추 기계는 해저를 횡단하여 그 자체를 이동시킬 수 있는 메탄 함량 결정 방법.
- 제6항에 있어서, 수중 코어 시추 기계는 레그, 휠, 및 캐터필러 기구 중 적어도 하나 상에 장착되는 프레임 그리고 프레임 상에 회전 및 제거 가능한 캐러셀 조립체로서 장착되는 코어 샘플 저장 챔버의 다발의 일부를 형성하는 코어 샘플 저장 챔버 내로 각각의 코어 샘플을 이동시키도록 구성되는 수직 코어 시추 장치를 포함하는 메탄 함량 결정 방법.
- 제7항에 있어서, 코어 샘플 저장 챔버의 다발은 부유 선박으로부터 현수되는 호이스팅 라인에 고정되는 가요성 도관의 다발에 연결되는 메탄 함량 결정 방법.
- 제8항에 있어서, 수심은 400 m을 초과하고, 코어 샘플 챔버의 다발은 주변 수압이 코어 샘플 내의 임의의 메탄-하이드레이트 결정의 메탄-하이드레이트 분해 압력보다 낮고 400 m 수심 미만에 위치되는 하이드레이트 안정 영역 위의 수심까지 호이스팅 라인에 의해 상승되는 메탄 함량 결정 방법.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 해저 샘플이 해저 퇴적물 내의 메탄-하이드레이트의 회수 가능한 양을 확인하면, 메탄-하이드레이트가 후속적으로 해저 퇴적물로부터 채굴되고, 이 때에 채굴된 메탄-하이드레이트는 메탄-하이드레이트가 분해되어 메탄을 방출하도록 유도하기 위해 감압되거나, 가열되거나, 감압 및 가열되는 메탄 함량 결정 방법.
- 제10항에 있어서, 생산된 메탄은 파이프라인으로 운반 가능한 천연 가스, 액화 천연 가스(LNG), 또는 액화(GTL) 제품으로 변환되는 메탄 함량 결정 방법.
- 해저 샘플의 메탄 함량을 결정하는 시스템에 있어서,
- 해저 내의 퇴적물로부터 코어 샘플을 채취하는 코어 샘플링 장치와;
- 코어 샘플을 저장하는 저장 챔버와;
- 코어 샘플 내의 임의의 메탄-하이드레이트 결정이 물과 메탄으로 분해되는 주변 압력에서의 소정 수심까지 저장 챔버 및 코어 샘플을 상승시키는 수단과;
- 상승된 코어 샘플에 의해 방출되는 메탄의 양을 측정하는 메탄 감지 장치와;
- 상승된 코어 샘플에 의해 방출된 메탄의 양을 기초로 하여 해저 퇴적물의 메탄 함량을 결정하는 수단을 포함하는 메탄 함량 결정 시스템. - 제12항에 있어서, 코어 샘플링 장치는,
- 프레임으로서, 프레임은 레그, 휠, 및 캐터필러 기구 중 적어도 하나 상에 장착되는데, 이는 수역의 해저를 횡단하여 임의의 요구된 방향으로 프레임을 이동시키도록 구성되는, 프레임과;
- 수직 코어 시추 장치로서, 수직 코어 시추 장치는 이 장치를 둘러싸는 유체의 주변 압력과 실질적으로 동일한 압력에서 코어 샘플을 저장하도록 구성되는 코어 샘플 저장 챔버 내로 각각의 코어 샘플을 이동시키도록 구성되고, 상기 코어 샘플 저장 챔버는 프레임 상에 회전 및 제거 가능한 캐러셀 조립체로서 장착되는 코어 샘플 저장 챔버의 다발의 일부를 형성하는, 수직 코어 시추 장치를 포함하는 메탄 함량 결정 시스템. - 제13항에 있어서, 코어 샘플 저장 챔버의 다발은 부유 선박으로부터 현수되는 호이스팅 라인에 고정되는 가요성 도관의 다발에 연결되는 메탄 함량 결정 시스템.
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