KR101861489B1

KR101861489B1 - Flow Energy Recycling Generating System

Info

Publication number: KR101861489B1
Application number: KR1020170140345A
Authority: KR
Inventors: 하상학; 신선휴; 박철효; 우충원; 고보옥
Original assignee: 하상학
Priority date: 2017-10-25
Filing date: 2017-10-25
Publication date: 2018-06-29

Abstract

The present invention relates to an energy recycling generating system. In particular, the present invention relates to an energy recycling generating system using a flow energy which converts a residual flow energy within an oil pipeline generated in a process of transferring crude oil produced through an oil drilling operation into an electric energy, and uses the converted electric energy to heat the oil pipeline requiring a preheating process or providing electricity necessary for various facilities used in the drilling operation.

Description

{Flow Energy Recycling Generating System}

본 발명은 에너지 재생 발전시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 석유 시추작업을 통해 생산된 원유를 이송하는 과정에서 발생하는 송유관 내의 잉여 유동에너지를 전기에너지로 변환하고 이를 사용하여 예열이 필요한 송유관을 가열하거나 시추작업에 사용되는 각종 설비에 필요한 전력을 제공하는 유동 에너지를 이용한 에너지 재생 발전 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an energy regenerative power generation system, and more particularly, to an energy regenerative power generation system that converts surplus flow energy generated in a process of transferring crude oil produced through oil drilling operations into electric energy, And an energy regenerative power generation apparatus using flow energy that provides power required for various facilities used in drilling operations.

펌프와 터빈과 발전기 등 3개 분야의 기술은 산업현장의 다양한 분야에서 이용되며 유체기기와 발전기는 전 산업경제의 기반 기술이라 할 수 있다. 대형의 수도관이나 송유관의 내부에는 대량의 유체가 고속으로 이동하기 때문에 이러한 관 내부를 흐르는 유체의 잉여 유동 에너지 즉, 버려지는 유동 에너지를 재생하여 석유 시추 플랜트내의 각종 설비 운용에 소요되는 전기를 생산하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다.Three technologies, pump, turbine and generator, are used in various fields of industrial field, and fluid machinery and generators are the foundation technology of the entire industrial economy. Since a large amount of fluid moves at a high speed in a large water pipe or an oil pipeline, it reproduces surplus flow energy of fluid flowing inside the pipe, that is, discharged flow energy, to produce electric power for various facilities operation in a petroleum drilling plant Research is actively being carried out.

특히, 원유 시추가 이루어지는 시추현장에서 외기 온도가 낮고 원유의 밀도가 커서 점성이 높아지면 원유의 유동성이 나빠지게 되는데, 저하된 유동성을 높이기 위해서는 송유관을 예열하여 송유관 내부에 흐르는 원유의 온도를 높여서 이송시켜 주어야 한다. 일반적으로 시추 현장에서는 송유관의 예열을 위해 시추과정에서 발생하는 천연가스를 열원으로 사용하여 송유관을 가열해 주는데, 이러한 천연가스의 사용은 시추를 통해서 얻을 수 있는 에너지 자원의 손실을 의미하게 되므로 이러한 손실을 줄이기 위한 대책이 필요하게 된다.In particular, when drilling at a drilling site where crude oil drilling is performed, the temperature of the outside air is low and the density of the crude oil is high, so that the viscosity of the crude oil is deteriorated. In order to increase the fluidity of the crude oil, preheating the oil pipeline to raise the temperature of the crude oil flowing inside the oil pipe . Generally, at the drilling site, the natural gas generated from the drilling process is used as a heat source to heat the oil pipeline to preheat the oil pipeline. The use of such natural gas means loss of energy resources obtained through drilling, It is necessary to take measures to reduce the risk.

또한 시추설비 운용에 필요한 에너지는 외부 전원으로 충당하게 되어 있어 이를 자체적으로 충당할 수 있다면 시추 과정에서 발생하는 비용을 절감할 수 있게 되는 것이다.In addition, the energy required to operate the drilling facility is covered by the external power source, and if it can be covered by itself, the cost incurred in the drilling process can be reduced.

1. 한국공개특허 제10-2015-0129098호(2015. 11. 19. 공개)1. Korean Patent Publication No. 10-2015-0129098 (disclosed on Nov. 19, 2015) 2. 한국공개특허 제10-2003-0091629호(2003. 12. 03. 공개)2. Korean Patent Publication No. 10-2003-0091629 (published on December 03, 2003)

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위해 유전지대에서 시추를 거쳐 채굴되는 원유를 이송할 때, 송유관 내 원유의 유동성을 높이기 위해 송유관 예열 시스템에 사용되는 전력과 시추플랜트내의 각종 시설을 운용하는데 필요한 전력을 송유관 내 유체의 잉여 유동에너지를 이용하여 생산하기 위한 에너지 재생 발전시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 하고 있다.In order to solve the above-mentioned problem, in order to increase the fluidity of the crude oil in the oil pipeline, the power used in the pipeline preheating system and the power required to operate various facilities in the drilling plant And to provide an energy regenerative power generation system for producing the energy regenerative power generation system using the surplus flow energy of the fluid in the oil pipeline.

상기의 목적을 해결하기 위한 본 발명에 따르면 전원 발생기를 이용하여 석유시추 모터의 잉여 회전력(모터 전체 동력의 약 30%에 해당)를 이용하여 1차 전기를 생산한다.According to an aspect of the present invention, a primary generator is produced using a surplus torque of the petroleum drilling motor (corresponding to about 30% of the total motor power) using a power generator.

다음으로 송유관을 통하여 압송되는 원유의 유속에 따른 유동력을 이용하여 싱글형 터빈발전기 그리고 더블형 터빈발전기를 통해 2차, 3차 전기를 발생시킨다.Next, the secondary and tertiary electricity is generated through the single-type turbine generator and the double-type turbine generator by using the flow power according to the flow rate of crude oil pumped through the oil pipeline.

상기 싱글형 터빈발전기는 발전기를 송유관에 체결시켜주는 어댑터, 제너레이터와 임펠러를 연결하는 조커플링을 포함하는 싱글형 터빈발전기를 적어도 하나 이상 가지고 있고, 상기 더블형 터빈발전기는 발전기를 송유관에 체결시켜주는 어댑터, 제너레이터와 임펠러를 연결하는 조커플링을 가지고 있으며, 송유관 내부 단면에는 하나의 중앙프로파일과 두 개의 외측프로파일로 원유의 유동경로를 안내하도록 형성되어 있다.The single-type turbine generator includes at least one single-type turbine generator including an adapter for coupling the generator to the oil pipeline, and a coarse coupling for coupling the generator and the impeller, and the double- The adapter has a coarse coupling that connects the generator to the impeller and is configured to guide the flow path of the crude oil with one central profile and two outer profiles on the interior of the oil pipeline.

또한, 상기 터빈 발전기가 설치되는 송유관의 단면적은 직사각형이며, 상기 터빈 발전기가 설치되는 지점을 중심으로 전방에서 단면적이 줄어들기 시작하는 지점과 후방에서 단면적이 다시 원형으로 회복되는 지점 사이의 거리가 송유관 단면적의 5~7배로 이루어지도록 설치되어 있다.In addition, the cross-sectional area of the oil pipeline in which the turbine generator is installed is rectangular, and the distance between the point where the cross-sectional area begins to decrease from the front and the point where the cross- Sectional area of 5 to 7 times as large as the cross-sectional area.

또한 생산된 전기에너지를 에너지 저장 장치에 저장하고 상기 저장장치에 저장된 전기를 출력시켜 예열하고자 하는 송유관 부위에 설치된 전열패드를 가열하여 송유관을 가열하는데 사용하고 또한 시추플랜트 내에 있는 각종 설비를 운용하는데 필요한 에너지원으로 사용하게 된다.In addition, it is necessary to store the generated electric energy in the energy storage device and to output the electricity stored in the storage device to heat the heat transfer pads installed in the oil pipeline part to be preheated to heat the oil pipeline, and to operate various facilities in the drilling plant It is used as an energy source.

본 발명은 석유 시추시스템의 원유 펌핑 장치에 사용되는 시추용 펌프에서 발생하는 잉여회전력과 펌핑작용에 의해 발생하고 축적된 원유의 유동에너지 중 송유에 필요한 에너지를 제외한 잉여 에너지를 이용하여 전기에너지를 생산할 수 있어, 종래의 송유관 예열 시스템 등에서 발열의 원료로 사용되는 천연가스를 전혀 사용하지 않고 플랜트 내의 설비 운용에 필요한 전력을 자체적으로 생산한 전력으로 충당할 수 있게 되어 시추를 통한 원유 과정에서의 생산원가 절감효과를 크게 기대할 수 있다.The present invention produces electric energy by using surplus rotational force generated from a drilling pump used in a crude oil pumping apparatus of a petroleum drilling system and surplus energy generated by pumping action, It is possible to cover the electric power required for the operation of the plant in the plant without using the natural gas used as the heat source in the conventional oil pipeline preheating system and the like, and it is possible to cover the production cost in the crude oil process through drilling The reduction effect can be greatly expected.

도 1은 본 발명에 따른 에너지 재생 발전시스템의 전체 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 싱글형 터빈발전기에 관한 것으로 도 2A는 상기 발전기의 구조를 보여주는 사시도이고, 도 2B는 도 2A의 굵은 화살표 방향에서 바라본 싱글형 터빈발전기의 단면도이다.
도 3은 콤프레샤와 증폭기의 결합관계를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 더블형 터빈발전기에 관한 도면으로 도 4A는 상기 더블형 발전기를 위와 아래에서 바라본 사시도이고 도 4B는 도 4A의 더블형 터빈발전기의 구조를 보여주는 여러 방향의 단면도이다.
도 5, 6은 송유관에서 터빈발전기가 설치되는 지점에서 송유관의 단면이 원형에서 직사각형으로 되어 있는 구조를 보여주는 도면들이다.1 is a diagram showing the overall configuration of an energy regenerative power generation system according to the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of the single-type turbine generator according to the present invention, FIG. 2A is a perspective view showing the structure of the generator, and FIG. 2B is a sectional view of the single-type turbine generator viewed from the direction of a thick arrow in FIG.
3 is a view showing a coupling relationship between a compressor and an amplifier.
FIG. 4A is a perspective view of the double-type turbine generator according to the present invention, FIG. 4A is a perspective view of the double-type generator viewed from above and below, and FIG. 4B is a sectional view in various directions showing the structure of the double-
5 and 6 are views showing a structure in which the cross section of the oil pipeline is circular and rectangular at the location where the turbine generator is installed in the oil pipeline.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 이 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are not to be construed as ideal or overly formal in meaning unless expressly defined in the present application .

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물은 본 발명에 포함 되는 것으로 이해되어야 한다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig.

도 1을 참조하면, 본 발명의 에너지 재생 발전 시스템은 석유 시추 과정과 원유 송유 과정에서 발생하는 유동에너지를 전기에너지로 재생하여 송유관 예열과 설비 운용에 필요한 에너지원으로 사용하는 시스템에 관한 것으로, 전체 구성은 원유 펌핑 장치(100), 펌핑 모터용 전원발생기(200), 전원제어장치(300), 송유관 히팅을 위한 전열패드(400), 증폭기용 콤프레샤(500), 싱글형 터빈 발전기(600), 증폭기(700), 에너지 저장장치(800), 더블형 터빈발전기(900), 원유저장탱크(1000)로 이루어져 있다.Referring to FIG. 1, the energy regenerative power generation system of the present invention is related to a system for regenerating flow energy generated in a petroleum drilling process and a crude oil refining process as electric energy to be used as an energy source for preheating an oil pipeline and operating the facility, The configuration includes a crude oil pumping device 100, a power generator 200 for a pumping motor, a power supply control device 300, an electric heating pad 400 for heating an oil pipe, an amplifier compressor 500, a single- An amplifier 700, an energy storage device 800, a double-type turbine generator 900, and a crude oil storage tank 1000.

상기의 구성들로 이루어진 본 발명에 의한 재생발전 시스템의 전체 과정을 설명하면 아래와 같다.The entire process of the regenerative power generation system according to the present invention having the above-described configurations will be described below.

석유 시추과정에서는 지하에 있는 원유를 지상으로 끌어올리기 위해 펌핑 작용이 필요하고 이를 위해 시추용 모터(110)를 가동하게 된다. ① 상기 시추용 펌프(110)의 일단에 전원 발생기(200)를 연결하여 원유 펌핑 작업에 사용되고 남게되는 시추용 펌프의 잔존 회전동력을 이용하여 1차 전기를 생산하고 이를 에너지저장장치(800)에 저장한다. ② 콤프레샤(500)를 통하여 압축된 공기가 원유전용 증폭기(700)에 작용하고 이를 통해 원유의 유동압력과 유속을 상승시키고, 송유관 전용 싱글형 터빈(600)을 이용하여 2차 전기를 생산한 후 이를 상기 에너지 저장장치(800)에 저장한다. ③ 원유의 유압과 유속을 상승시킬 필요가 있는 경우 상기 컴프레샤(500)와 원유 전용 증폭기(700)를 이용하여 유압과 유속을 다시 상승시키고, 송유관 전용 더블형 터빈(900)을 이용하여 3차 전기를 생산하고 이를 에너지저장장치(800)에 저장한다. 상기의 과정을 거쳐 시추용 펌프(110), 전열패드(400), 콤푸레샤(5OO)에 필요한 전력을 에너지저장장치(800)에 저장된 전기를 사용함으로써 외부 전력을 사용하지 않고 지속적으로 본 발명에 의한 재생발전 시스템을 통하여 생산된 전기를 사용하게 되는 것이다.In the oil drilling process, a pumping operation is required in order to raise crude oil in the ground to the ground, and the drilling motor 110 is operated. (1) A power generator 200 is connected to one end of the drilling pump 110 to produce primary electricity using the remaining rotational power of the drilling pump used for crude oil pumping operation, and the generated electricity is supplied to the energy storage device 800 . (2) The air compressed through the compressor 500 acts on the crude oil-specific amplifier 700 to increase the flow pressure and the flow rate of the crude oil, and the secondary electricity is produced using the single-type turbine 600 dedicated to the oil pipe And stores it in the energy storage device 800. (3) When it is necessary to raise the oil pressure and the flow velocity of the crude oil, the hydraulic pressure and the flow velocity are raised again by using the compressor 500 and the crude oil specific amplifier 700, And stores it in the energy storage device 800. The power required for the drilling pump 110, the heat transfer pad 400, and the compressor 100 is stored in the energy storage device 800 through the above-described process, thereby continuously using the electricity stored in the energy storage device 800 Electricity generated through the regenerative power generation system will be used.

본 발명의 일실시예에 따른 상기 과정 ①에 대하여 설명한다.The process (1) according to an embodiment of the present invention will be described.

석유 시추 과정에서는 원유 펌핑 장치(100)의 초기 구동을 위해 별도의 외부전원으로 가동되는 시추용 펌프를 사용하는데 통상의 시추용 펌프는 전체 토크의 약 70프로를 펌핑 동작에 사용하고 나머지 30프로에 해당하는 양은 사용하지 못하고 버려지게 된다.In the petroleum drilling process, a drilling pump operated by an external power source is used for the initial operation of the crude oil pumping device 100. In the conventional drilling pump, about 70% of the total torque is used for the pumping operation. The corresponding amount is discarded without being used.

본 발명에서는 상술한 바와 같이 버려지는 잉여 토크를 재생하여 전기를 생산하게 되는 데, 이를 위해 시추용 펌프(110)의 일단에 전원 발생기(200)를 연결하여 상기의 잉여토크를 이용하여 1차 전기를 생산하고 이를 전력선 EL-2를 통해 에너지저장장치(800)에 저장한다. 이 과정에서 전원 발생기(200)는 모터 전용 전원발생기가 사용된다.In the present invention, the surplus torque that is discarded as described above is regenerated to produce electricity. To this end, a power generator 200 is connected to one end of the drilling pump 110, And stores it in the energy storage device 800 through the power line EL-2. In this process, the power generator 200 uses a motor-dedicated power generator.

원유 펌핑과정이 진행되고 에너지저장장치(800)에 저장되는 전력량이 일정 정도에 도달하게 되면, 시추용 펌프(110)의 구동을 외부전원으로 하지 않고 상기 에너지저장장치에 저장된 전력을 이용하게 된다.When the crude oil pumping process is performed and the amount of electric power stored in the energy storage device 800 reaches a certain level, the electric power stored in the energy storage device is used as driving the drilling pump 110 instead of the external power source.

이를 위해 본 발명에서는 전원 제어장치(300)를 사용하게 되는데 상기 전원제어장치는 상기 에너지저장장치(800)에 저장된 전력량이 시추용 펌프(110)를 구동하기에 충분하다고 판단되면 상기 시추용 펌프(110)로 공급되는 전력을 상기 에너지저장장치로부터 받을 수 있도록 전력 공급 루트를 에너지저장장치 쪽으로 전환하고, 상기 에너지저장장치(800)에 저장된 전력으로 시추용 펌프(110)를 구동하는 과정에서 시추용 펌프의 출력토크가 기준치 이하로 떨어질 경우에는 자동적으로 전력 공급루트를 외부전원 쪽으로 복귀시키는 자동 공급전력 전환장치를 가지고 있다.In order to achieve this, the present invention uses a power control apparatus 300. When the power stored in the energy storage apparatus 800 is determined to be sufficient to drive the drilling pump 110, 110, the power supply route is switched to the energy storage device so as to receive power from the energy storage device, and in the course of driving the drilling pump 110 with the electric power stored in the energy storage device 800, And an automatic power supply switching device that automatically returns the power supply route to the external power supply when the output torque of the pump drops below the reference value.

본 발명의 일실시예에 따른 과정 ②에 대하여 설명한다. 석유 시추과정에서 시추용 펌프에 의해 지하로부터 끌어올려지고 가압된 원유는 송유관(120)을 따라 이송되어 최종적으로 원유 저장탱크(1000)에 저장된다. 상기 저장탱크(1000)로 이어지는 송유관에는 에너지 재생 발전을 위해 본 발명의 실시 예에 따른 여러 장치들이 설치되어 있는데, 이들 장치는 원유의 유동성이 저하될 경우 유동성을 높이기 위해 원유의 온도를 높이기 위한 가열패드(400), 이송되는 원유의 압력과 속력을 높이기 위한 원유 전용 증폭기(700), 상기 증폭기(700)에 고압의 에어를 공급하는 콤프레샤(500), 원유 유동압력을 이용하여 터빈을 돌려 전기를 생산하는 싱글형/더블형 터빈발전기(600, 900) 등으로 이루어져 있다.A process (2) according to an embodiment of the present invention will be described. During the oil drilling process, crude oil drawn from the ground by the drilling pump and pressurized is transferred along the oil pipeline 120 and finally stored in the crude oil storage tank 1000. Various devices according to the embodiment of the present invention are installed in the oil pipeline leading to the storage tank 1000 for energy regeneration and power generation. In order to improve the fluidity of the crude oil, A pad 400, a crude oil-specific amplifier 700 for increasing the pressure and speed of the oil to be transferred, a compressor 500 for supplying high-pressure air to the amplifier 700, And a single type / double type turbine generator (600, 900).

2차 발전은 적어도 하나 이상의 싱글형 터빈발전장치(600)에서 이루어진다. 도 2A는 상기 싱글형 터빈발전장치(600)의 개략적인 모습을 나타낸 개념도이고 도 2B는 도 2A의 터빈발전장치(600)를 도 2A에 표시된 굵은 화살표 방향에서 바라본 측면도이다. 시추용 펌프(110)에 의해 가압된 원유(C. OIL)는 송유관(120)을 따라 화살표 방향으로 유동하면서 송유관(120)의 단면적이 사각형이 되어 좁아지는 위치(130)에 조오커플링(640)과 어댑터(630)를 통해 상기 송유관(120)과 결합된 싱글형 터빈발전기(600)의 임펠라(620)를 회전시키고, 이 회전력을 받은 제너레이터(610)에서 제2차 전기를 생산하게 된다. 2차 발전에서 생산된 전기는 전력선 EL-2를 통해 에너지저장장치(800)에 저장된다.The secondary power generation is performed in at least one or more single type turbine power generation apparatus 600. FIG. 2A is a conceptual view showing a schematic view of the single-type turbine power generator 600, and FIG. 2B is a side view of the turbine power generator 600 of FIG. 2A in the direction of a thick arrow shown in FIG. 2A. The crude oil C. OIL pressurized by the drilling pump 110 flows into the position 130 where the cross sectional area of the oil pipeline 120 becomes a rectangular shape while flowing in the arrow direction along the oil pipeline 120, Type turbine generator 600 coupled to the oil pipeline 120 through an adapter 630 and an adapter 630. The generator 610 having the rotational force produces the secondary electricity. The electricity generated in the secondary power generation is stored in the energy storage device 800 through the power line EL-2.

상기의 2차 발전은 송유관의 길이에 따라 적어도 1개소 이상의 위치에서 이루어진다. 과정 ②에서 원유의 압력과 속도를 상승시켜야 하는 경우에는 컴프레샤(500)를 통해 증폭기를 작동시켜야 하는데 이러한 작동여부에 대한 판단 역시 상기 전원공급 제어장치(300)에서 이루어진다. 즉, 원유의 압력과 속도가 기준치 이하로 낮아지게 되면 상기 전원공급 제어장치(300)에서 컴프레샤(500)의 전원을 ON시키고 상기 컴프레샤(500)는 고압의 에어를 증폭기(700)에 작동시켜 원유의 압력과 속도를 증가시키게 된다. 도 3은 컴프레샤(500)와 증폭기(700)를 통해 원유의 압력과 속도를 증가시키는 과정에 대한 개념도이다.The secondary power generation is performed at least at one or more positions depending on the length of the oil pipeline. If the pressure and speed of the crude oil need to be increased in the process 2, the amplifier must be operated through the compressor 500. The power supply control device 300 also determines whether the amplifier operates. That is, when the pressure and the velocity of the crude oil become lower than the reference value, the power supply controller 300 turns on the power source of the compressor 500 and the compressor 500 operates the high-pressure air to the amplifier 700, Thereby increasing the pressure and speed of the engine. 3 is a conceptual diagram illustrating a process of increasing the pressure and speed of the crude oil through the compressor 500 and the amplifier 700. FIG.

본 발명의 일실시예에 따른 과정 ③에 대하여 설명한다. 3차 발전은 더블형 터빈발전기(900)에서 수행되는데 상기 더블형 터빈발전기(900)의 상세한 모습은 도 3에 나타나 있다. 더블형 터빈발전기(900)는 바람개비형 임펠러(920)가 일정한 간격을 두고 쌍으로 배열된 것으로 송유관(120)에서 원유 저장탱크(1000)와 가까운 위치에 설치되는 것이 바람직하다. 그 이유는 원유가 시추장치를 떠나 송유관을 거쳐 이동하는 동안 원유저장탱크의 직전 전방에서 유동 압력이 제일 낮게 되므로 이러한 조건에서는 발전이 이루어지는 부근의 단면적을 싱글형 발전기의 단면적 보다 크게 하여 원유의 유동을 쉽게 하고 원유 저장탱크로 유입되기 직전에 원유의 유동에 남아 있는 마지막 잉여 유동력을 충분히 흡수할 수 있는 발전을 하는 것이 에너지 효율을 최대한 높일 수 있기 때문이다.The process (3) according to an embodiment of the present invention will be described. The third power generation is performed in the double type turbine generator 900, and the detailed view of the double type turbine generator 900 is shown in FIG. The double turbine generator 900 is preferably installed at a position close to the crude oil storage tank 1000 in the oil pipeline 120, in which the vane type impellers 920 are arranged in pairs at regular intervals. The reason for this is that the flow pressure is the lowest immediately before the crude oil storage tank while the crude oil leaves the drilling rig and travels through the oil pipeline, so that the cross-sectional area near the area where the power is generated is larger than the cross- This is because it is possible to maximize the energy efficiency by generating electricity that can sufficiently absorb the final surplus fluid remaining in the flow of crude oil immediately before entering the crude oil storage tank.

상기 더블형 터빈발전기(900)가 설치된 부근에서의 유속 증가를 위해 송유관 일단면에는 단수의 중앙프로파일(960)과 한 쌍의 외측프로파일(950)이 설치되어 있는 구조를 가지고 있다.A single central profile 960 and a pair of external profiles 950 are provided at one end of the oil pipeline for increasing the flow rate near the installed double turbine generator 900.

도 4A는 상기 더블형 터빈발전기(900)의 개략적인 모습을 나타낸 개념도이고, 도 4B는 도 4A에 나타난 터빈발전기(900)를 아래와 위에서 바라본 사시도이다. 시추용 펌프(110)와 송유관 중간에 설치된 적어도 하나 이상의 증폭기(700)에 의해 가압된 원유(C. OIL)는 송유관(120)을 따라 화살표 방향으로 유동하면서 조오커플링(940)과 어댑터(930)를 통해 상기 송유관(120)과 결합된 더블형 터빈발전기(900)의 임펠라(920)를 회전시키고 이 회전력을 받은 제너레이터(910)에서 제3차 전기를 생산하게 된다. 3차 발전에서 생산된 전기는 전력선 EL-2를 통해 에너지 저장장치(800)에 저장된다.FIG. 4A is a conceptual diagram showing a schematic view of the double-type turbine generator 900, and FIG. 4B is a perspective view of the turbine generator 900 shown in FIG. The crude oil (C.OIL) pressurized by the drilling pump 110 and at least one amplifier 700 installed in the middle of the oil pipeline flows in the direction of the arrow along the oil pipeline 120 while the jaw coupling 940 and the adapter 930 The turbine generator 900 of the double turbine generator 900 coupled to the oil pipeline 120 is rotated to generate tertiary electricity at the generator 910. The electricity produced in the tertiary power generation is stored in the energy storage device 800 through the power line EL-2.

본 발명의 일실시예에 따르면, 송유관용 전열패드장치(400)는 도 1에 나타난 것과 같이 제한된 공간 내에서 원유의 전열단면적을 증대시키기 위해 관을 연속된 요철형태로 형성한 부분에 설치된다. 상기 전열패드에 전원을 공급하여 송유관을 예열해야 하는지에 대한 판단 역시 공급전원 제어장치(300)가 수행하게 된다. 즉, 석유 시추가 이루어지는 지역의 지리적 특성이나 계절적인 영향으로 작업이 이루어지는 장소의 온도가 낮을 경우에는 원유의 유동성이 나빠지게 되므로 에너지 저장장치(800)의 전력을 이용하여 송유관의 일정 영역을 가열해서 유동성을 높여주어야 하는데, 이를 위해 송유관 내를 흐르는 원유의 유동성을 측정하여 기준치 이하일 경우 EL-1을 통해 상기 전열패드(400)의 전원 공급 스위치를 ON시켜 가열 작동을 시작하고 기준치 이상일 경우에는 상기 전열패드(400)의 전원 공급 스위치를 OFF시켜 가동을 중단시킨다.According to an embodiment of the present invention, the heat transfer pad device 400 for a pipeline is installed in a portion formed with a continuous concave-convex shape in order to increase the heat transfer cross-sectional area of crude oil within a limited space as shown in FIG. The power supply control unit 300 also determines whether the heat transfer pad should be supplied with electric power to preheat the oil pipeline. That is, when the temperature of the place where the work is performed is low due to the geographical characteristic of the area where the oil drilling is performed or the seasonal effect, the fluidity of the crude oil is deteriorated, so that a certain area of the oil pipeline is heated The fluidity of the crude oil flowing through the oil pipeline is measured. When the flow rate of the crude oil is below the reference value, the power supply switch of the electric heating pad 400 is turned on through the EL-1 to start heating operation. The power supply switch of the pad 400 is turned off to stop the operation.

본 발명의 일실시 예에 따르면, 본 발명의 싱글 또는 더블형 터빈발전기가 설치되는 위치에서 송유관의 단면적은 원유가 가진 유동력이 터빈발전기의 임펠라에 최대한 전달되도록 하기 위하여 직각사각형으로 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한 직사각형으로 형성되는 부분의 송유관 길이(L)는 대개 임펠러가 설치된 지점의 전방으로 원형 송유관의 단면 지름(D)의 대략 3~4배, 후방으로는 2~3배로 하는 것이 바람직하고, 원형단면이 직사각형으로 좁아지는 지점에서 난류가 형성되어 에너지가 손실되는 것을 방지하기 위해 도 5에 나타난 바와 같이 원형 단면적에서 직사각형으로의 단면적이 점차로 좁아질 수 있도록 송유관의 형상을 테이퍼지게 형성하는 것을 특징으로 한다.According to an embodiment of the present invention, the cross-sectional area of the oil pipe at a position where the single or double turbine generator of the present invention is installed is formed in a rectangular shape in order to maximally transfer the fluid power of the oil to the impeller of the turbine generator do. It is preferable that the length L of the oil pipe of the portion formed by the rectangle is approximately 3 to 4 times larger than the sectional diameter D of the circular oil pipe at the front of the point where the impeller is installed, In order to prevent the energy from being lost due to the turbulence formed at the narrowed point of the rectangle, the shape of the oil pipeline is tapered so that the sectional area from the circular cross section to the rectangle gradually becomes narrow as shown in FIG. 5 .

아래 표는 본 발명에 따른 실제 2킬로미터 정도의 송유관 길이를 가진 송유 장치에서 3기의 싱글형 터빈발전기와 2기의 더블형 터빈 발전기를 사용하여 표에 나와 있는 바와 같이 송유관 단면적, 원유의 유속, 유압, 유량을 적용하여, 본 발명에 나타난 재생 에너지 발전 시스템을 통해서 생산할 수 있는 이론적 기대치와 이 기대치의 50%에 해당하는 수치를 나타낸 것이다.In the following table, three single turbine generators and two double turbine generators are used in the oil feeding apparatus having an oil pipe length of about 2 km according to the present invention. As shown in the table, the cross sectional area of the oil pipe, Hydraulic pressure, and flow rate, the theoretical expectation that can be produced through the renewable energy generation system shown in the present invention, and the numerical value corresponding to 50% of this expectation.

100: 원유 펌핑장치 110: 시추용 펌프
120: 송유관 130: 단면협소부
200: 전원발생기 300: 전원제어장치
400: 전열패드 500: 콤프레샤
600: 싱글형 터빈발전기 610: 제너레이터
620: 임펠라 630: 어댑터
640: 조오커플링 700: 증폭기
800: 에너지저장장치 900: 더블형 터빈발전기
910: 제너레이터 920: 임펠라
930: 어댑터 940: 조오커플링
950: 외측프로파일 960: 중앙프로파일
1000: 원유저장탱크 EL-1, 2: 전력선100: crude oil pumping device 110: drilling pump
120: Oil pipeline 130: Sectional narrow section
200: power generator 300: power control device
400: Heat transfer pad 500: Compressor
600: Single type turbine generator 610: Generator
620: impeller 630: adapter
640: JO coupling 700: Amplifier
800: Energy storage device 900: Double type turbine generator
910: Generator 920: Impeller
930: adapter 940: jaw coupling
950: Lateral profile 960: Central profile
1000: Crude oil storage tank EL-1, 2: Power line

Claims

A power generator for generating electrical energy using surplus torque of the drilling pump; A turbine generator for generating electric energy by rotating the impeller using the fluid flow in the oil pipeline; An energy storage device for storing electrical energy produced by the power generator and the turbine generator; An amplifier installed at a front end of the turbine generator and having a compressor for increasing speed and pressure in a crude oil flow; A power supply control unit installed between the power generator and the energy storage device to determine whether to use electric energy required for the oil refining process as an external power supply or energy stored in the energy storage device and to switch the energy; Heat transfer pads for heating oil pipelines; And a distance L between a point at which the cross-sectional area starts to decrease at the front of the position where the turbine generator is installed and a point at which the cross-sectional area returns to a circular shape at the rear from the rear, (D) of the cross-section circle diameter (D).

The flow energy regenerative power generation system according to claim 1, wherein the turbine generator includes an adapter for connecting the generator to the oil pipe, and a coarse coupling for connecting the generator and the impeller.

[3] The turbine generator of claim 1, wherein the turbine generator has a central profile and two outer profiles on a cross section of the oil pipeline, and is formed to guide the flow path of the crude oil, Type turbine generator.

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