KR101670261B1 - 고형물 집적 최소화를 위한 석유배관 내벽코팅제 선정방법 - Google Patents
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Abstract
파이프라인 내의 석유 유동안정성을 확보하여 생산 효율성이 개선되도록, 본 발명은 석유를 생산정으로부터 처리시설로 이송하는 석유배관 내면에 코팅층을 형성하여 상기 석유의 유동안정성을 유지하는 내벽코팅제를 선정하는 고형물 집적 최소화를 위한 석유배관 내벽코팅제 선정방법에 있어서, 상기 석유의 생산조건이 설정되되, 상기 석유배관의 재질에 대응되도록 복수의 후보물질이 설정되는 제1단계; 상기 석유배관의 두께 및 재질에 대응되도록 구비된 복수개의 배관대체재에 상기 각 후보물질이 코팅되는 제2단계; 상기 생산조건에 대응되도록 기설정된 생산초기온도의 가열유체에 의해 가열되는 항온조 내부에 상기 석유에 대응되는 오일시료가 충진되고, 상기 충진된 오일시료의 내부에서 상기 각 배관대체재가 상기 생산조건에 대응되도록 기설정된 생산환경온도의 냉각유체에 의해 냉각되며 기설정된 처리시간 동안 처리되는 제3단계; 및 상기 각 배관대체재의 무게 변화율이 상호 비교되어 상기 내벽코팅제가 선정되는 제4단계를 포함하는 고형물 집적 최소화를 위한 석유배관 내벽코팅제 선정방법을 제공한다.
Description
본 발명은 고형물 집적 최소화를 위한 석유배관 내벽코팅제 선정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 파이프라인 내의 석유 유동안정성을 확보하여 생산 효율성이 개선되는 고형물 집적 최소화를 위한 석유배관 내벽코팅제 선정방법에 관한 것이다.
최근 석유, 천연가스의 생산 영역이 육상이나 천해로부터 극지나 심해로까지 확장되면서 석유의 생산 환경에 많은 변화가 나타났으며, 특히 석유의 생산성과 관련하여 배관 내 석유의 유동안정성을 유지하는 것이 중요한 문제로 제기되고 있다.
한편, 도 1은 석유의 생산 시스템을 나타낸 예시도이며, 도 2는 석유배관 내의 고형물 집적을 나타낸 예시도이다.
도 1 내지 도 2에서 보는 바와 같이, 석유는 저류층(1), 석유배관(3)을 거쳐 해상의 처리시설(2)로 이송된다. 여기서, 석유는 심부 저류층에서 생산되므로 초기 온도가 높으나, 석유배관(3)을 통한 생산 중 해수나 주변 환경과 열교환되어 냉각되고, 석유의 냉각에 따라 석출된 왁스(wax)를 비롯한 아스팔틴, 스케일 등의 고형물(4)이 석유배관(3) 내에 집적되는 문제가 발생된다.
상세히, 상기 왁스(wax)는 노말 파라핀(normal paraffin), 이소파라핀(isoparaffin), 씨클로파라핀(cyclo parraffic) 등으로 구성된 복합체이다.
즉, 왁스가 생성되기 시작하는 온도인 왁스생성온도(WAT) 이하에서 석출된 왁스 결정은 석유와 함께 이동하며 겔 형태로 응집되고, 응집된 왁스는 다공성 네트워크 구조로 인해 석유 및 석유 내에 포함된 생산수, 레진, 모래, 아스팔틴 등을 포집하며 석유배관 내면에 집적된다. 이에 따라, 석유배관(3) 내의 유동단면적(5)이 축소되어 석유 생산 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
이러한 고형물 집적 문제는 육상 생산시스템과 해저 생산시스템 양측에서 빈번하게 발생되나 육상 생산시스템에서 고형물 집적 문제는 해저 생산시스템에 비해 비교적 쉽게 제어가 가능하다.
반면, 해저 생산시스템에서는 접근성이 낮아 고형물(4)의 제거가 힘들고 많은 비용이 소모되며, 고형물(4)을 제거하는 유지보수 작업시 생산 중단으로 막대한 손실이 발생할 수 있다.
이에, 종래에는 석유배관(3)의 내부에 코팅층을 형성하여 왁스 등의 고형물(4) 집적량을 감소시키는 기술이 개발된 바 있다.
그러나, 석유배관의 재질, 생산환경, 석유의 종류 등에 따라 실질적인 왁스 집적량 개선 효과가 변하게 되므로 석유의 유동안정성을 확보할 수 있는 적합한 코팅제를 선택하는 것이 어려울 뿐만 아니라, 부적합한 코팅제가 대규모 생산시스템에 적용되는 경우에는 실질적인 생산성 개선 없이 경제적인 비용 손실이 추가되는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 파이프라인 내의 석유 유동안정성을 확보하여 석유생산 효율성이 개선되는 고형물 집적 최소화를 위한 석유배관 내벽코팅제 선정방법을 제공하는 것을 해결과제로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 석유를 생산정으로부터 처리시설로 이송하는 석유배관 내면에 코팅층을 형성하여 상기 석유의 유동안정성을 유지하는 내벽코팅제를 선정하는 고형물 집적 최소화를 위한 석유배관 내벽코팅제 선정방법에 있어서, 상기 석유의 생산조건이 설정되되, 상기 석유배관의 재질에 대응되도록 복수의 후보물질이 설정되는 제1단계; 상기 석유배관의 두께 및 재질에 대응되도록 구비된 복수개의 배관대체재에 상기 각 후보물질이 코팅되는 제2단계; 상기 생산조건에 대응되도록 기설정된 생산초기온도의 가열유체에 의해 가열되는 항온조 내부에 상기 석유에 대응되는 오일시료가 충진되고, 상기 충진된 오일시료의 내부에서 상기 각 배관대체재가 상기 생산조건에 대응되도록 기설정된 생산환경온도의 냉각유체에 의해 냉각되며 기설정된 처리시간 동안 처리되는 제3단계; 및 상기 각 배관대체재의 무게 변화율이 상호 비교되어 상기 내벽코팅제가 선정되는 제4단계를 포함하는 고형물 집적 최소화를 위한 석유배관 내벽코팅제 선정방법을 제공한다.
또한, 석유를 생산정으로부터 처리시설로 이송하는 석유배관 내면에 코팅층을 형성하여 상기 석유의 유동안정성을 유지하는 내벽코팅제를 선정하는 고형물 집적 최소화를 위한 석유배관 내벽코팅제 선정방법에 있어서, 상기 석유의 수분함량이 기설정된 기준치 이하이면 코팅물질군 내에서 열전도율이 기설정된 단열기준 이하의 복수의 코팅물질이 추출되어 후보물질로 설정되되, 상기 석유의 수분함량이 기설정된 기준치를 초과하면 상기 코팅물질군 내에서 젖음성이 기설정된 친수기준 이상인 복수의 코팅물질이 추출되어 후보물질로 설정되는 제1단계; 상기 석유배관의 재질 및 두께에 대응되도록 구비된 복수개의 배관대체재에 상기 각 후보물질이 코팅되는 제2단계; 상기 석유의 초기온도로 구비된 가열유체에 의해 가열되는 항온조 내부에 상기 석유에 대응되는 오일시료가 충진되고, 상기 충진된 오일시료의 내부에서 상기 각 배관대체재가 고형물집적 분석대상 주변 온도로 구비된 냉각유체에 의해 냉각되며 기설정된 처리시간 동안 처리되는 제3단계; 및 상기 각 배관대체재의 무게 변화율이 상호 비교되어 상기 내벽코팅제가 선정되는 제4단계를 포함하는 고형물 집적 최소화를 위한 석유배관 내벽코팅제 선정방법을 제공한다.
상기의 해결 수단을 통해서, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 막대한 비용 및 시간 소모 없이도 오일시료가 충진된 항온조와 냉각유체가 주입된 배관대체재를 이용하여 저온의 생산환경에서 석유배관의 코팅층에 발생되는 온도구배가 간단하게 모사될 수 있으므로 실제 생산환경에 대한 각 후보물질의 적합성이 경제적으로 판별될 수 있다.
둘째, 상기 석유의 수분함량에 따라 열전도율 및 젖음성 중 하나의 물성을 선택하고 선택된 물성의 높낮이를 기준으로 후보물질이 예비 추출되어 실험대상이 되는 후보물질의 개수가 현저히 감소되므로 실험 횟수 및 실험 준비 과정이 단축되고 내벽코팅제 선정과정의 신속성 및 효율성이 개선될 수 있다.
셋째, 각 배관대체재에 대한 무게변화율을 기준으로 각 후보물질에 대한 고형물 집적량이 정량적으로 비교될 수 있어 상용화되거나 신규개발된 코팅물질의 성능 비교를 위한 기반 기술을 제공할 수 있으며, 상기 무게변화율이 코팅층의 단위면적에 대해 추출되므로 동일한 생산조건에서 상이한 후보물질 간의 성능 비교뿐만 아니라 상이한 생산조건에서 동일한 후보물질 간의 성능 비교가 가능하다.
도 1은 석유의 생산 시스템을 나타낸 예시도.
도 2는 석유배관 내의 고형물 집적을 나타낸 예시도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고형물 집적 최소화를 위한 석유배관 내벽코팅제 선정방법에서 석유배관 및 코팅층을 나타낸 예시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고형물 집적 최소화를 위한 석유배관 내벽코팅제 선정방법을 나타낸 흐름도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 고형물 집적 최소화를 위한 석유배관 내벽코팅제 선정방법에서 배관대체재의 처리과정을 나타낸 예시도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 고형물 집적 최소화를 위한 석유배관 내벽코팅제 선정방법에서 배관대체재를 나타낸 예시도.
도 2는 석유배관 내의 고형물 집적을 나타낸 예시도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고형물 집적 최소화를 위한 석유배관 내벽코팅제 선정방법에서 석유배관 및 코팅층을 나타낸 예시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고형물 집적 최소화를 위한 석유배관 내벽코팅제 선정방법을 나타낸 흐름도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 고형물 집적 최소화를 위한 석유배관 내벽코팅제 선정방법에서 배관대체재의 처리과정을 나타낸 예시도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 고형물 집적 최소화를 위한 석유배관 내벽코팅제 선정방법에서 배관대체재를 나타낸 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고형물 집적 최소화를 위한 석유배관 내벽코팅제 선정방법을 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고형물 집적 최소화를 위한 석유배관 내벽코팅제 선정방법에서 석유배관 및 코팅층을 나타낸 예시도이며, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고형물 집적 최소화를 위한 석유배관 내벽코팅제 선정방법을 나타낸 흐름도이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 고형물 집적 최소화를 위한 석유배관 내벽코팅제 선정방법에서 배관대체재의 처리과정을 나타낸 예시도이며, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 고형물 집적 최소화를 위한 석유배관 내벽코팅제 선정방법에서 배관대체재를 나타낸 예시도이다.
도 3 내지 도 6에서 보는 바와 같이, 상기 석유배관(3)은 저류층에서 시추되어 생산정을 통해 생산된 석유를 처리시설(도 1의 2 참조)로 이송하기 위한 중공형의 파이프부재를 의미하며, 상기 내벽코팅제는 상기 석유의 유동안정성이 유지되도록 코팅층(6)을 상기 석유배관(3) 내면에 형성할 수 있는 물질로 이해함이 바람직하다.
이때, 상기 고형물 집적 최소화를 위한 석유배관 내벽코팅제 선정방법은 다양한 코팅물질 중에서 석유배관(3) 내의 고형물 집적량을 최소화할 수 있는 코팅물질을 선정하기 위한 방법으로 다음과 같은 과정으로 이루어진다.
먼저, 상기 석유의 생산조건이 설정되되, 상기 석유배관의 재질에 대응되도록 복수의 후보물질이 설정된다(s10).
여기서, 석유의 생산조건은 석유 생산 시 석유배관 내의 고형물 형성에 직접적인 영향을 미치는 요인을 의미하는 것으로, 석유의 초기온도 및 수분함량, 생산지역의 온도분포, 생산정의 깊이를 포함할 수 있다.
이때, 상기 생산조건은 일반적인 생산시스템에서 통계적으로 산출된 값에 대응하여 설정되는 것도 가능하며, 예비생산과정에서 석유를 샘플링하여 획득된 직접적인 측정값에 대응하여 설정되는 것도 가능하며, 실험목적에 따라 임의적으로 조절될 수 있다.
그리고, 상기 석유배관은 생산정의 깊이, 생산지역의 온도분포 등을 고려하여 해류 등과 같은 생산지역의 환경적 요소로 인한 파손 없이 생산정으로부터 처리시설까지 거리를 안정적으로 연결할 수 있도록 재질 및 두께, 직경, 길이가 설정될 수 있다.
또한, 상기 후보물질은 상용화된 습식, 건식 코팅공법에 따라 코팅층(6)을 형성할 수 있는 물질을 의미하며, 상기 설정된 석유배관의 재질에 대응하여 설정됨이 바람직하다. 즉, 상기 석유배관에 코팅층 형성시 석유배관의 재질에 따른 내분리성, 화학적인 안정성 등을 고려하여 상기 후보물질이 설정될 수 있다.
물론, 상기 석유의 생산조건이 설정되면, 상기 후보물질은 상기 석유의 수분함량에 따라 열전도율 및 젖음성 중 하나의 물성을 기준으로 추출되어 설정될 수 있다.
상세히, 상기 석유의 수분함량이 기설정된 기준치 이하이면, 코팅물질군 내에서 열전도율이 기설정된 단열기준 이하인 복수의 코팅물질이 추출되어 상기 후보물질로 설정될 수 있다.
예를 들어, 코팅물질군은 에폭시, 폴리우레탄, PTFE, DLC, 실리카, 티타늄 등 상용화된 코팅공법을 통해 석유배관 내에 코팅층(6)을 형성할 수 있는 물질을 의미한다.
이때, 상기 석유의 수분함량은 석유 내에 포함된 물의 비율을 의미하며, 상기 기준치는 석유배관 내에서 석유의 단상 유동 및 다상 유동을 판별하는 기준으로 이해함이 바람직하다.
즉, 상기 석유의 수분함량이 상기 기준치 이하인 경우에는 석유배관 내에서 석유 자체의 유동에 가까운 단상 유동이 이루어지며, 상기 석유의 수분함량이 상기 기준치를 초과하는 경우에는 석유배관 내에서 석유와 물이 혼합된 다상 유동이 이루어지는 것으로 이해할 수 있다.
그리고, 단열기준은 석유배관 내에서 유동되는 석유의 열이 석유배관 외부의 저온환경으로 유동되는 것을 최소화하기 위한 기준으로 일반적인 단열성능 평가 기준표에 의해 설정될 수 있다.
즉, 상기 석유의 수분함량이 상기 기준치 이하로 단상 유동되는 경우에는 코팅물질군 중에서 열전도율이 단열기준 이하로 낮은 복수의 코팅물질이 추출되어 상기 후보물질로 설정될 수 있다.
상세히, 수분함량이 낮아 석유 자체의 단상 유동에 가까운 상태에서는 석유의 이송시 온도가 고형물 형성에 큰 영향을 미칠 수 있다.
| 구분 | 열전도율(W/mK) | 고형물 집적량(g/㎠) |
| PU | 0.021 | 0.32 |
| PTFE | 0.25 | 0.36 |
| silica | 0.51 | 0.35 |
| DLC | 3.63 | 0.4 |
상기 표 1은 후술될 실험방법을 이용하여 동일한 두께의 폴리우레탄, PTFE, 실리카, DLC 코팅층이 각각 형성된 복수의 배관대체재가 물 0 wt%의 Co-Du 오일시료에서 처리되었을 때 무게 변화율을 나타낸 것이다.
이때, 코팅층(6)을 통해 주변의 저온환경으로 소실되는 열량이 적은, 즉 열전도율이 낮은 코팅층에서 고형물 집적량이 적은 것을 확인할 수 있으며, 상기 코팅물질 중에서 열전도율이 단열기준 이하로 낮은 복수의 물질이 추출되어 후보물질로 설정될 수 있다.
그리고, 상기 석유의 수분함량이 기설정된 기준치를 초과하면, 코팅물질군 내에서 젖음성이 기설정된 친수기준 이상인 복수의 물질이 추출되어 상기 후보물질로 설정될 수 있다.
이때, 상기 젖음성은 코팅물질로 형성된 코팅층과 물의 접촉시 접촉각도를 기준으로 판별되는 물성을 의미하며, 접촉각도가 작을수록 젖음성이 높고, 접촉각도가 클수록 젖음성이 낮다.
여기서, 젖음성이 기설정된 친수기준 이상이라는 의미는 코팅층의 물에 대한 접촉각도가 친수기준에 대응되는 접촉각도 미만이라는 의미로 이해함이 바람직하다.
즉, 상기 석유의 수분함량이 상기 기준치를 초과하여 다상 유동되는 경우에는 코팅물질군 중에서 젖음성이 친수기준 이상으로 높은 복수의 코팅물질이 추출되어 상기 후보물질로 설정될 수 있다.
상세히, 수분함량이 높아 석유와 물의 다상 유동에 가까운 상태에서는 석유의 이송시 석유에 혼입된 수분을 통해 석유배관 내면에 형성된 수막이 고형물 형성에 큰 영향을 미칠 수 있다.
| 구분 | 접촉각(°) | 고형물 집적량(g/㎠) |
| slica | 23 | 1.12 |
| titanium | 66.2 | 1.24 |
| DLC | 66.5 | 1.26 |
| PU | 72.1 | 1.3 |
| Epoxy | 72.1 | 1.42 |
| PTFE | 101.2 | 1.44 |
상기 표 2는 후술될 실험방법을 이용하여 동일한 두께의 실리카, 티타늄, DLC, 폴리우레탄, 에폭시, PTFE 코팅층이 각각 형성된 복수의 배관대체재가 물 40wt%가 함유된 Co-Du 오일시료에서 처리되었을 때 무게 변화율을 나타낸 것이다.
이때, 코팅층 및 물방울 사이의 접촉각이 작은, 즉 물에 대한 젖음성이 높은 코팅층에서 고형물 집적량이 적은 것을 확인할 수 있으며, 상기 코팅물질 중에서 젖음성이 친수기준 이상으로 높은 복수 물질이 추출되어 후보물질로 설정될 수 있다.
이처럼, 상기 석유의 수분함량에 따라 열전도율 및 젖음성 중 하나의 물성을 선택하고, 선택된 물성의 높낮이를 기준으로 후보물질이 예비적으로 필터링되어 필터링된 후보물질에 대해 내벽코팅제의 선정을 위한 실험이 수행되므로, 실험대상이 되는 후보물질의 개수가 현저히 감소될 수 있다.
이에 따라, 실험 횟수 및 실험 준비 과정이 단축되어 내벽코팅제 선정과정의 신속성 및 효율성이 개선될 수 있다.
한편, 상기 석유의 생산조건 및 그에 대응되는 석유배관 및 후보물질이 설정되면(s10), 상기 석유배관의 두께 및 재질에 대응되도록 구비된 복수개의 배관대체재(20)에 상기 각 후보물질이 코팅된다(s20).
여기서, 상기 배관대체재(20)는 상기 석유배관의 재질 및 두께로 구비되되, 상기 석유배관의 직경 및 길이로부터 축소된 직경 및 길이를 갖는 용기형 부재를 의미한다. 이때, 상기 배관대체재(20)는 복수개로 구비되어 각각의 외면에 후보물질 중 하나에 의한 코팅층(22)이 형성될 수 있다.
물론, 상기 배관대체재(20)는 설정된 후보물질의 개수 이상으로 구비되어 코팅층(22)이 형성된 배관대체재(20)와 함께, 코팅층(22)이 없는 배관대체재(20)가 준비됨이 더욱 바람직하다. 그리고, 준비된 복수개의 배관대체재에 대한 무게가 측정된다.
한편, 상기 배관대체재(20)가 준비되면(s20), 상기 생산조건을 구현하기 위한 항온조(10)가 세팅되고, 세팅된 항온조(10)의 내부에서 각각의 배관대체재(20)가 처리된다(s30).
여기서, 상기 항온조(10)의 내부에는 상기 석유에 대응되는 오일시료(11)가 충진된다. 이때, 상기 오일시료(11)는 예비생산과정에서 샘플링된 석유와 동일한 성분을 갖도록 구비됨이 바람직하며, 상기 설정된 생산조건에 대응되도록 수분함량이 조절되어 상기 항온조(10)에 충진될 수 있다.
그리고, 상기 항온조(10)의 외면에는 기설정된 생산초기온도로 유지되는 가열유체(12)가 순환되며, 상기 가열유체(12)에 의해 상기 항온조(10)의 내부에 충진된 오일시료(11)가 가열될 수 있다.
이때, 상기 생산초기온도는 상기 생산조건 중 석유의 초기온도에 대응되도록 설정되며, 상기 항온조(10)의 외면을 따라 생산초기온도로 유지되는 가열유체(12)가 순환되며 항온조(10) 내부에 충진된 오일시료(11)가 가열될 수 있다.
여기서, 상기 오일시료(11) 내에 기형성된 고형물은 후속 처리과정에서 고형물 집적량에 영향을 줄 수 있으므로 상기 오일시료(11)는 고형물의 석출 온도를 초과하도록 설정된 전처리온도로 가열됨이 바람직하다.
한편, 오일시료(11)의 세팅이 완료되면, 상기 배관대체재(20)가 상기 오일시료(11) 내에서 기설정된 처리시간 동안 처리된다(s30). 이때, 처리시간은 석유배관의 길이 및 석유의 이송속도를 고려하여 설정됨이 바람직하다.
여기서, 상기 배관대체재(20)의 내부 중공에는 상기 생산조건 중 생산지역의 온도분포에 대응되도록 설정된 생산환경온도의 냉각유체(21)가 순환된다. 이때, 상기 생산환경온도는 상기 생산지역의 온도분포 중 고형물 집적분석 대상 주변 온도로 설정될 수 있다.
여기서, 상기 고형물 집적분석 대상 주변 온도는 석유배관 등의 고형물 집적분석 대상 설비와 인접한 지역의 온도를 의미한다.
즉, 상기 배관대체재(20)의 내면은 냉각유체(21)에 의해 주변환경에 대응되는 온도로 냉각되며 배관대체재(20)의 외면은 가열유체(12)에 의해 상기 석유의 초기온도에 대응되는 온도로 가열되는 오일시료(11)와 접촉된다.
이에 따라, 상기 배관대체재(20)의 표면에 형성된 코팅층(22)에, 주변환경과 석유 사이에 배치된 석유배관(3) 및 코팅층(6)과 유사한 온도구배가 모사될 수 있다.
이때, 상기 항온조(10)의 내부에는 상기 충진된 오일시료(11)가 기설정된 회전속도로 교반되도록 교반장치(13)가 구비됨이 더욱 바람직하다.
여기서, 상기 교반장치(13)는 항온조(10) 내부에 수용된 오일시료(11)에 회전력을 부여하기 위한 장치로, 항온조(10)의 내부에 배치되는 자석체와, 항온조(10)의 외부에서 상기 자석체에 회전력을 제공하는 회전수단 등으로 구비될 수 있다.
이에 따라, 상기 배관대체재(20)의 코팅층(22)에, 석유배관을 통한 석유의 이송시 석유배관(3)의 코팅층(6)과 유사한 전단응력이 모사될 수 있다.
그리고, 상기 처리시간이 경과되면, 배관대체재(20)를 오일시료(11)로부터 인출하여 코팅층(22)에 집적된 고형물을 건조시킨 후, 건조된 배관대체재(20)의 무게를 측정한다.
이때, 상술된 배관대체재(20)에 대한 처리 과정이 모든 배관대체재(20)에 대해 완료되면(s30), 상기 각 배관대체재(20)의 무게 변화율이 상호 비교되어 상기 내벽코팅제가 선정된다(s40).
여기서, 상기 무게 변화율은 오일시료(11)를 통한 처리 전의 배관대체재(20)의 무게로부터 상기 오일시료(11)의 내부에서 처리 및 건조된 배관대체재(20)의 무게 간의 편차가 상기 배관대체재(20)의 표면적으로 분할되어 산출될 수 있다.
즉, 상기 산출된 편차가 상기 후보물질이 코팅된 표면적으로 분할되어 후보물질에 의해 형성된 코팅층(22)의 단위면적당 고형물 집적량이 산출될 수 있다.
이에 따라, 동일한 생산조건에서 여러 코팅층에 대한 정량적인 비교분석이 가능한 뿐만 아니라, 다양한 생산조건(온도분포, 석유의 초기온도, 석유배관의 두께/재질 등)에서 동일한 코팅층에 대한 정량적인 비교분석이 이루어질 수 있다.
이때, 상기 각 배관대체재(20) 중 무게 변화율이 최소인 하나에 코팅된 후보물질이 상기 내벽코팅제로 선정됨이 바람직하다. 즉, 오일시료(11)를 통한 처리 과정 전후의 무게 변화를 통해 각 후보물질 내지는 후보물질 중 하나로 형성된 코팅층 각각에 대한 고형물 집적량이 정량적으로 비교될 수 있다.
이처럼, 후보물질을 대규모 생산시스템에 직접 적용하는 막대한 비용 및 시간 소모 없이도 오일시료가 충진된 항온조와 냉각유체가 주입된 배관대체재를 이용하여 생산환경에서 석유배관의 코팅층에 발생되는 온도구배나 전단응력이 간단하게 모사될 수 있다.
또한, 각 배관대체재에 대한 무게변화율을 기준으로 각 후보물질이 코팅된 석유배관이 실제 생산환경에 적용될 때의 고형물 집적량이 정량적으로 비교될 수 있으므로 상용화된 코팅물질 혹은 신규개발된 코팅물질의 고형물 집적 방지 성능 분석을 위한 기반 기술이 제공될 수 있다.
더욱이, 석유의 수분함량에 따라 열전도율 및 젖음성 중 하나의 물성을 내벽코팅제 선정의 기준으로 제시함으로써 다양한 코팅물질을 1차 필터링하여 후보물질을 설정함에 따라 내벽코팅제 선정과정의 신속성 및 효율성이 개선될 수 있다.
이때, 필터링된 후보물질에 대해, 생산환경에 대응되는 온도구배 및 전단응력을 모사하는 실험장치를 통해 실질적인 무게변화율을 측정하고, 무게변화율을 정량 비교함으로써 내벽코팅제 선정과정의 정확성이 개선될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 각 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 청구항에서 청구한 범위를 벗어남 없이 본 발명의 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형 실시되는 것은 가능하며, 이러한 변형실시는 본 발명의 범위에 속한다.
1: 저류층 2: 처리시설
3: 석유배관 6,22: 코팅층
10: 항온조 20: 배관대체재
3: 석유배관 6,22: 코팅층
10: 항온조 20: 배관대체재
Claims (9)
- 석유를 생산정으로부터 처리시설로 이송하는 석유배관 내면에 코팅층을 형성하여 상기 석유의 유동안정성을 유지하는 내벽코팅제를 선정하는 고형물 집적 최소화를 위한 석유배관 내벽코팅제 선정방법에 있어서,
상기 석유의 생산조건이 설정되되, 상기 석유배관의 재질에 대응되도록 복수의 후보물질이 설정되는 제1단계;
상기 석유배관의 두께 및 재질에 대응되도록 구비된 복수개의 배관대체재에 상기 각 후보물질이 코팅되는 제2단계;
상기 생산조건에 대응되도록 기설정된 생산초기온도의 가열유체에 의해 가열되는 항온조 내부에 상기 석유에 대응되는 오일시료가 충진되고, 상기 충진된 오일시료의 내부에서 상기 각 배관대체재가 상기 생산조건에 대응되도록 기설정된 생산환경온도의 냉각유체에 의해 냉각되며 기설정된 처리시간 동안 처리되는 제3단계; 및
상기 각 배관대체재의 무게 변화율이 상호 비교되어 상기 내벽코팅제가 선정되는 제4단계를 포함하는 고형물 집적 최소화를 위한 석유배관 내벽코팅제 선정방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1단계에서,
상기 석유의 수분함량이 기설정된 기준치 이하이면, 코팅물질군 내에서 열전도율이 기설정된 단열기준 이하인 복수의 코팅물질이 추출되어 상기 후보물질로 설정됨을 특징으로 하는 고형물 집적 최소화를 위한 석유배관 내벽코팅제 선정방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1단계에서,
상기 석유의 수분함량이 기설정된 기준치를 초과하면, 코팅물질군 내에서 젖음성이 기설정된 친수기준 이상인 복수의 코팅물질이 추출되어 상기 후보물질로 설정됨을 특징으로 하는 고형물 집적 최소화를 위한 석유배관 내벽코팅제 선정방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1단계에서,
상기 생산조건은 석유의 초기온도 및 수분함량, 생산지역의 온도분포, 생산정의 깊이를 포함하며,
상기 제3단계에서,
상기 생산초기온도는 상기 석유의 초기온도에 대응되도록 설정되되,
상기 생산환경온도는 상기 생산지역의 온도분포 중 고형물집적 분석대상 주변 온도로 설정됨을 특징으로 하는 고형물 집적 최소화를 위한 석유배관 내벽코팅제 선정방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제4단계는,
상기 각 배관대체재 중 무게 변화율이 최소인 하나에 코팅된 후보물질이 상기 내벽코팅제로 선정되는 단계를 포함함을 특징으로 하는 고형물 집적 최소화를 위한 석유배관 내벽코팅제 선정방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제4단계에서,
상기 무게 변화율은
상기 오일시료를 통한 처리 전의 배관대체재의 무게로부터 상기 오일시료의 내부에서 처리 및 건조된 배관대체재의 무게 간의 편차가 상기 배관대체재의 표면적으로 분할되어 산출됨을 특징으로 하는 고형물 집적 최소화를 위한 석유배관 내벽코팅제 선정방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제3단계는,
기형성된 고형물 제거를 위해 상기 오일시료가 기설정된 전처리온도로 가열되는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 고형물 집적 최소화를 위한 석유배관 내벽코팅제 선정방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제3단계에서,
상기 항온조의 내부에는 상기 충진된 오일시료가 기설정된 회전속도로 교반되도록 교반장치가 구비됨을 특징으로 하는 고형물 집적 최소화를 위한 석유배관 내벽코팅제 선정방법. - 석유를 생산정으로부터 처리시설로 이송하는 석유배관 내면에 코팅층을 형성하여 상기 석유의 유동안정성을 유지하는 내벽코팅제를 선정하는 고형물 집적 최소화를 위한 석유배관 내벽코팅제 선정방법에 있어서,
상기 석유의 수분함량이 기설정된 기준치 이하이면 코팅물질군 내에서 열전도율이 기설정된 단열기준 이하의 복수의 코팅물질이 추출되어 후보물질로 설정되되, 상기 석유의 수분함량이 기설정된 기준치를 초과하면 상기 코팅물질군 내에서 젖음성이 기설정된 친수기준 이상인 복수의 코팅물질이 추출되어 후보물질로 설정되는 제1단계;
상기 석유배관의 재질 및 두께에 대응되도록 구비된 복수개의 배관대체재에 상기 각 후보물질이 코팅되는 제2단계;
상기 석유의 초기온도로 구비된 가열유체에 의해 가열되는 항온조 내부에 상기 석유에 대응되는 오일시료가 충진되고, 상기 충진된 오일시료의 내부에서 상기 각 배관대체재가 고형물집적 분석대상 주변 온도로 구비된 냉각유체에 의해 냉각되며 기설정된 처리시간 동안 처리되는 제3단계; 및
상기 각 배관대체재의 무게 변화율이 상호 비교되어 상기 내벽코팅제가 선정되는 제4단계를 포함하는 고형물 집적 최소화를 위한 석유배관 내벽코팅제 선정방법.
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