KR101890712B1 - 암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 장치 및 그 방법 - Google Patents

암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 장치는 암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 장치(Core sample aging cell device)에 있어서, 내부에 공간부(11)를 구비한 셀본체 하부(10); 셀본체 하부(10)와 연결되고, 좌측 연결부(30), 중앙 연결부(40), 우측 연결부(50)가 구비되는 셀본체 상부(20); 셀본체 상부(20)에 구비되고, 유체 주입부(33) 및 벤트(35)와 연결되는 좌측연결부(30); 셀본체 상부(20)에 구비되고, 압력 게이지(43) 및 압력 세이프티 밸브 연결부(45)와 연결되는 중앙연결부(40); 셀본체 상부(20)에 구비되고, 진공펌프라인(52) 및 진공핸드펌프(53)와 연결되는 우측연결부(50); 및 셀본체 하부(10)의 공간부(11)에 장입되는 부피 배리어블 키트(60); 를 포함하여 구성된다.

Description

암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 장치 및 그 방법{Core sample aging cell device and method thereof}
본 발명은 저류층 상태 복원 숙성 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대상 저류층의 온도와 압력 조건에서 충분한 시간동안 숙성(aging) 시킴으로써 플러그 코어 시료의 습윤도를 저류층 상태로 복원(restoration)하기 위한 암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
수년간 고유가가 지속되면서 유전 및 가스전의 생산성 향상뿐만 아니라 1차 생산 이후 저류층에 잔존하는 오일 및 가스의 회수율을 증진시키기 위한 기술개발의 관심이 높아지고 있다. 이와 더불어, 성숙저류층의 오일의 생산 효율감소에 따른 경제성 감소는 전세계적으로 이미 유전 및 가스전의 큰 문제로 대두되고 있다. 이러한 문제를 극복하기 위한 1,2차 생산 이후 오일생산량을 증가시키는 방법을 석유증진회수법(EOR:Enhanced Oil Recovery)이라 한다. 석유증진회수법으로 열주입, 화학제주입, 가스주입등의 여러 가지 방법이 연구 및 적용되고 있다. 하지만, EOR 공법은 저류층의 물리적, 화학적 특성정보 부족에 따라 공법 적용 시 예측 불가능한 문제 발생이 빈번하고 또한 발생된 문제의 제어 어려움 등으로 성숙 저류층 적용에 많은 어려움이 있다. 또한 실제 저류층의 새로운 기술적용이라는 점에서 비용적, 기술적인 측면에서도 많은 어려움이 존재한다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해서는 저류층의 물리적 특성을 파악하는 것부터 시작으로 하여야 하며, 즉, 저류층의 물리적 특성을 파악하지 않고서는 오일의 생산성을 향상하는데 한계가 있다.
구체적으로 설명하면, 저류층 내의 물리적 특성을 파악하는 것은 해당 저류층을 효율적으로 관리할 뿐 아니라 오일회수를 증가시키는 역할을 한다. 습윤도(wettability)는 저류층 암석의 물리적 특성으로 습윤도의 측정을 통해 탄화수소의 흐름, 분포 등을 파악하며 오일 회수율에 직접적인 영향을 미치는 중요한 요소이다. 이와 더불어, 습윤도를 바꾸는 기술을 이용함으로써 오일의 생산량 증가를 기대할 수 있다. 특히 충분한 연구가 이루어진 기존의 사암(Sandstone) 저류층과는 달리 아직 연구 초기단계인 석회암(Limestone)이나 백운석(Dolomite)과 같은 탄산염암(Carbonate rock)의 경우 저류층 내부에 함유하고 있는 오일로 인해 습윤도가 빈번하게 바뀌며 이것이 오일생산에 있어서도 큰 영향을 미친다.
도 1을 참조하면, 물에 젖은 경우(water-wet)에 오일은 포어(pores)의 중앙에 남아 있다. 모든 표면이 오일에 젖은 경우(Oil-wet)이면 반대로 물이 포어(pores)의 중앙에 남아있게 된다. 혼합 습식(Mixed-wet)의 경우, 오일은 일부 표면에서 물을 이동시켰지만, 여전히 물에 젖은 포어의 중심에 있다. 이들 세 가지 조건에서 물과 오일의 포화도는 비슷하다. 대부분의 저류층은 해성기원이기 때문에 생성 초기에는 습윤도가 물에 젖은 경우(water-wet)를 나타내지만 오일을 오랜 시간 저장해온 저류층의 경우 오일에 젖은 경우(Oil-wet)로 변하는 경우가 많다. 특히 탄산염암 저류층의 경우 표면 성질에 의해 이러한 오일에 젖은 경우(Oil-wet) 상태가 많이 발생하는데 이 상태의 저류층은 오일 회수량이 매우 낮다. 이때 이러한 습윤도의 성질을 여러 화학적, 물리적인 방법을 통해 다시 물에 젖은 경우(water-wet)로 변화시켜주는 EOR(Enhanced Oil Recovery) 연구가 진행중이다.
기존 습윤도 측정 방법에는 모세관압(capillary pressure)을 측정하는 수은주입법, 원심분리법, 다공성판법 세 가지가 응용되고 있다. 종래의 원심분리법은 컨테이너에 저류층 코어를 수납한 후 원심분리에 의해 저류층 코어 내부에 있는 오일이나 물 등의 회수를 통해 저류층 코어를 확인하는 것으로 되어 있으나, 저류층 코어의 정확한 습윤도를 확인하지 못하는 단순한 기술에 불과하며, 습윤도 변화를 목적으로 둔 EOR 연구를 진행하기 위해서는 저류층의 습윤도를 정확하게 모사할 필요가 있으며, 오일에 젖은 경우(Oil-wet) 상태와 같이 정확한 습윤도를 가질 수 있는 저류층 상태를 복원할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
특허문헌 1은 암석 코어 시료 공극률 측정장치 및 이를 이용한 암석 코어 시료 공극률 측정방법을 개시하고 있다. 특허문헌 1의 암석 코어 시료 공극률 측정장치는, 내부에 암석 코어 시료가 설치되는 밀폐된 공간부가 형성된 압축챔버, 내부에 압축기체가 수용되도록 밀폐된 공간부가 형성된 기준챔버, 압축챔버와 기준챔버 사이에 연결되어, 밸브에 의하여 선택적으로 압축챔버와 기준챔버를 연통시키는 연결유로, 압축챔버의 압력을 측정하기 위한 제1압력센서 및 기준챔버의 압력을 측정하기 위한 제2압력센서를 포함하는 것에 특징이 있다. 그러나, 대상 저류층의 온도와 압력 조건에서 충분한 시간동안 숙성(aging) 시킴으로써 플러그 코어 시료의 습윤도를 저류층 상태로 복원(restoration)하기 위한 암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 장치에 관해서는 언급하고 있지 아니하다.
이러한 플러그 코어 시료의 습윤도를 저류층 상태로 복원(restoration)하기 위한 장치로는 ST 시료 재생 시스템(Sanchez technologies)이 있다. ST 시료 재생 시스템은 가열 재킷 및 컨트롤러로 인하여 시료 유체의 적절한 혼합이 가능하다. 실린더는 장치의 각 측면 가열 재킷에 배치되고, 온도를 조절할 수 있으며 동력 장치가 있는 로킹 시스템으로 실린더를 교반할 수 있다. 실린더 수는 필요에 따라 조정할 수 있다. 그리고, 일정한 온도를 유지하기 위해 실린더 주위에 배치된 가열 재킷장치를 제어하기 위한 전기 캐비닛 실린더와 바퀴 달린 카트로 구성된다.
에이징 셀 장치(Aging cell apparatus,ACA 700)는 집중적인 SCAL 연구에 앞서 핵심 습윤도 복원의 목적으로만 설계된 장치이다. 단일 코어 챔버가 표준 버전으로 제공되지만 요청시 추가 장치를 제공할 수 있다.
그러나, 이러한 종래의 에이징 셀 장치는 고가이고 기기의 구성이 복잡하여 사용이 용이하지 않고 고장 발생시 수리가 어려운 단점이 있었다.
또한, 내부 부피 조절이 용이 하지 않아 유체 손실량이 많고 잡가스 제거가 용이하지 않았으며, 일정한 압력을 유지하기 어려운 단점이 있었다.
KR 10-1475831 B1
본 발명의 목적은 암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 장치는 실험실에 구비된 가압 펌프와 오븐만을 활용하여 샘플 복원 시스템(Sample Restoration System) 구현이 가능하고 오일 및 가스 복원 장치(Oil/Gas Restoration Apparatus)를 대체할 수 있는 암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 장치(Core sample aging cell device) 및 그 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 장치는, 암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 장치(Core sample aging cell device)에 있어서, 내부에 공간부를 구비한 셀본체 하부; 상기 셀본체 하부와 연결되고, 좌측 연결부, 중앙 연결부, 우측 연결부가 구비되는 셀본체 상부; 상기 셀본체 상부에 구비되고, 유체 주입부 및 벤트와 연결되는 좌측연결부; 상기 셀본체 상부에 구비되고, 압력 게이지 및 압력 세이프티 밸브 연결부와 연결되는 중앙연결부; 상기 셀본체 상부에 구비되고, 진공펌프라인 및 진공핸드펌프와 연결되는 우측연결부; 및 상기 셀본체 하부의 공간부에 장입되는 부피 배리어블 키트;를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 셀본체 하부의 내(외)부 직경은 4.5 cm, (7.7 cm)이고, 내(외)부 높이는 12 cm (15 cm)이고, 최대 압력: 6,000 psig 이고, 최대 온도: 200°C이며, 렌치볼트 하부부분을 3cm 포함하고 있으며, PTFE 가스킷(gasket) 홈이 구비될 수 있다.
여기서, 상기 셀본체 상부는 렌치볼트 상부부분 3cm 를 포함하고, PTFE 가스킷(gasket)이 구비될 수 있다.
여기서, 상기 셀본체 하부와 상기 셀본체 상부는 렌치볼트로 밀폐 결합될 수 있다.
여기서, 상기 좌측연결부는 2웨이(way) 니들밸브를 더 포함하고, 상기 니들밸브의 일측은 셀본체 상부와 연결되며 상기 니들밸브의 타측은 유체주입 및 압력 주입을 위한 펌프 라인과 연결될 수 있다.
여기서, 상기 중앙연결부는 티(TEE)에 연결되며, 상기 티(TEE)는 상기 셀본체 상부, 상기 압력 게이지, 상기 압력 세이프티 밸브 연결부와 연결되고, 상기 압력게이지는 최대 10,000 psi까지 표시되고, 상기 압력 세이프티 밸브는 5,000 psi로 기본 설정되며 사용 압력에 따라 설정변경이 가능할 수 있다.
여기서, 상기 우측연결부는 2웨이(way) 니들밸브를 더 포함하고, 상기 니들밸브의 일측은 셀본체 상부와 연결되며 상기 니들밸브의 타측은 진공핸드펌프에 연결될 수 있다.
여기서, 상기 부피 배리어블 키트는 4.45 cm의 직경을 가지며, 길이는 1, 2, 3 cm로 세가지 종류로 구성되고, 상기 셀본체 하부의 내부 부피를 조절하기 위해 상기 셀본체 하부의 공간부에 장입될 수 있다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 장치를 이용한 암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 방법은, 암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 장치(Core sample aging cell device)를 이용한 암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 방법에 있어서, (a) 염수로 완전히 포화시켜 세척하여 습윤된 코어 플러그를 준비하는 단계; (b) 원유를 시료에 주입하고 초기 포화도가 얻어질 때까지 염수를 이동시키는 단계; (c) 작은 구멍은 물이 채워진 채 유지되고 오일은 구멍 공간의 나머지 부분을 침범하여 모공 벽과 틈에 얇은 물 필름이 남는 단계; (d) 수 주 동안 온도 및 압력의 저장 조건에 코어를 적용하여 습윤도를 변화하는 단계; (e) 기공 벽과 오일 사이에 위치한 얇은 수막의 안정성에 따라 오일 침입된 공극에서 습윤도 변화가 발생하는 단계; (f)오일 - 습윤 상태가 오일 - 락 접촉시 필름의 파열로 인해 얻어지는 단계; 및 (g) 특정 시간이 지난 후, 코어의 혼합 습윤 상태가 달성되는 단계; 를 포함한다.
여기서, 상기 (b) 원유를 시료에 주입하고 초기 포화도가 얻어질 때까지 염수를 이동시키는 단계는 3wt% ~ 20wt%의 염수 (상황에 따라 NaCl, CaCl2, MgCl26H2O, Na2SO4, NaHCO3으로 구성)를 사용하여 수행될 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항은 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 및 첨부 "도면"에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 각종 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 각 실시예의 구성만으로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로도 구현될 수도 있으며, 단지 본 명세서에서 개시한 각각의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐임을 알아야 한다.
본 발명의 암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 장치는 실험실에 구비된 가압 펌프와 오븐만을 활용하여 샘플 복원 시스템(Sample Restoration System) 구현 가능하고 오일 및 가스 복원 장치(Oil/Gas Restoration Apparatus)를 대체할 수 있다.
본 발명의 암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 장치는 일체형 진공펌프와, 세이프티 밸브를 구비하고 부피 배리어블 키트를 구비하여, 가압 펌프와 오븐만을 활용하여 샘플 복원 시스템(Sample Restoration System)을 구현하는 것이 가능하고 오일 및 가스 복원 장치(Oil/Gas Restoration Apparatus)를 대체하는 것이 가능하다.
본 발명의 암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 장치를 이용한 암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 방법은 대상 저류층의 온도와 압력 조건에서 충분한 시간동안 숙성(aging) 시킴으로써, 플러그 코어 시료의 습윤도를 저류층 상태로 복원(restoration)할 수 있다.
도 1은 저류층 암석시료의 물에 젖은 경우(water-wet), 혼합 습식(Mixed-wet), 오일에 젖은 경우(Oil-wet)의 포어(pores)를 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 장치를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 장치를 도시한 단면도이다.
도 4는 도 2의 암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 장치의 렌치볼트의 결합구조를 도시한 셀본체하부의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 장치를 이용한 암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 방법을 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있고, 더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.
즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니며, 이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에 있어서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있으며, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.
본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.
더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되어 있을 수 있고, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결시키기 위한 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있으며, 이 제 3의 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.
반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다.
마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 " ~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에", 또는 " ~ 에 이웃하는"과 " ~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지의 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에 있어서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어는, 사용된다면, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용되며, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 위치와 관련된 용어는, 사용된다면, 해당 구성 요소에 대해서 해당 도면에서의 상대적인 위치를 나타내고 있는 것으로 이해하여야 하며, 이들의 위치에 대해서 절대적인 위치를 특정하지 않는 이상은, 이들 위치 관련 용어가 절대적인 위치를 언급하고 있는 것으로 이해하여서는 아니된다.
더욱이, 본 발명의 명세서에서는, "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는, 사용된다면, 하나 이상의 기능이나 동작을 처리할 수 있는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있음을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에서는 각 도면의 각 구성 요소에 대해서 그 도면 부호를 명기함에 있어서, 동일한 구성 요소에 대해서는 이 구성 요소가 비록 다른 도면에 표시되더라도 동일한 도면 부호를 가지고 있도록, 즉 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지시하고 있다.
본 명세서에 첨부된 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다.
또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략될 수도 있다.
도 1은 저류층 암석시료의 물에 젖은 경우(water-wet), 혼합 습식(Mixed-wet), 오일에 젖은 경우(Oil-wet)의 포어(pores)를 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 장치를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 장치를 도시한 단면도이다.
도 4는 도 2의 암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 장치의 렌치볼트의 결합구조를 도시한 셀본체하부의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 장치를 이용한 암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 방법을 도시한 흐름도이다.
본 발명의 암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 장치는, 암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 장치(Core sample aging cell device)에 있어서, 내부에 공간부를 구비한 셀본체 하부(10); 셀본체 하부(10)와 연결되고, 좌측 연결부(30), 중앙 연결부(40), 우측 연결부(50)가 구비되는 셀본체 상부(20); 셀본체 상부(20)에 구비되고, 유체 주입부(33) 및 벤트(35)와 연결되는 좌측연결부(30); 셀본체 상부(20)에 구비되고, 압력 게이지(43) 및 압력 세이프티 밸브 연결부(45)와 연결되는 중앙연결부(40); 셀본체 상부(20)에 구비되고, 진공펌프라인(52) 및 진공핸드펌프(53)와 연결되는 우측연결부(50); 및 셀본체 하부(10)의 공간부(11)에 장입되는 부피 배리어블 키트(60);를 포함하여 구성된다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 장치(100)의 구성이 도시되어 있다.
셀본체 하부(10)는 내부에 공간부(11)를 구비한 원통형 구조체이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 셀본체 하부(10)는 내(외)부 직경은 4.5 cm, (7.7 cm)이고, 내(외)부 높이는 12 cm (15 cm)이고, 최대 압력: 6,000 psig 이고, 최대 온도: 200°C이며, 렌치볼트 하부부분을 3cm 포함하고 있으며, 렌치볼트(15)를 이용하여 셀본체 하부(10)는 셀본체 하부(20)에 부착된다. 셀본체 하부(10)에는 PTFE 가스킷(gasket) 홈(13)이 구비된다.
셀본체 상부(20)는 셀본체 하부(10)와 연결되고, 좌측 연결부(30), 중앙 연결부(40), 우측 연결부(50)가 구비된다.
셀본체 하부(10)에는 도 4에 개시된 바와 같이, 복수개의 렌치볼트(15)가 결합되는 홈이 구비되고, 셀본체 하부(10)는 셀본체 상부(20)와 복수개의 렌치볼트(15)로 체결되어 밀폐된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 셀본체 상부(20)는 3개의 연결부가 존재하며, 좌측 연결부(30)는 유체 주입부(33) 및 벤트(35)와 연결되고, 중앙 연결부(40)는 압력 게이지(43) 및 세이프티 밸브 연결부(45)와 연결되고, 우측 연결부(50)는 진공펌프라인(52) 및 진공핸드펌프(53)와 연결되고, 렌치볼트(15) 상부부분 3cm 를 포함하고, 셀본체 하부(10)와 렌치볼트(15)로 결합된다. 셀본체 상부(20)에는 PTFE 가스킷(gasket)(23)이 구비된다.
좌측연결부(30)는 셀본체 상부(20)에 구비되고, 유체 주입부 및 벤트(35)와 연결된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 좌측연결부(30)는 셀본체 상부(20)의 좌측에 연결되고, 2웨이(way) 니들밸브(31)를 포함하고, 니들밸브(31)의 한쪽 연결부는 셀본체 상부(20)와 연결되며, 반대쪽은 유체주입 및 압력 주입을 위한 진공펌프라인(51)과 연결된다.
중앙연결부(40)는 셀본체 상부(20)에 구비되고, 압력 게이지(43) 및 압력 세이프티 밸브 연결부(45)와 연결된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 도 2에 개시된 바와 같이, 중앙연결부(40)는 셀본체 상부의 중앙에 연결되고, 티(TEE)(41)에 연결되며, 티(TEE)(41)는 셀본체 상부(20), 압력 게이지(43), 압력 세이프티 밸브 연결부(45)와 연결된다. 압력게이지(43)는 최대 10,000 psi까지 표시되고, 압력 세이프티 밸브(47)는 5,000 psi로 기본 설정되어 있으며, 사용 압력에 따라 설정이 가능하다.
압력 세이프티 밸브(47)는 기존 장치에서 제공하고 있는 역압력조절기와 마찬가지로 코어 샘플 에이징 셀의 내부 압력을 구동 압력이나 설정된 압력 미만으로 유지시켜주는 목적으로 사용된다. 또한, 압력 세이프티 밸브(47)가 코어 샘플 에이징 셀의 상단에 부착되기 때문에, 온도 증가에 따른 내부 압력 상승시 가스를 자동으로 방출함으로써, 코어 샘플 에이징 셀의 내부 압력을 구동 압력 이하로 조절하는 과압방지기능을 수행할 수 있다.
우측연결부(50)는 셀본체 상부(20)에 구비되고, 니들밸브(51)를 구비하며, 진공펌프라인(52) 및 진공핸드펌프(53)와 연결된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 우측연결부(50)은 셀본체 상부의 우측에 연결되고, 니들밸브(2웨이(way))를 포함하고, 니들밸브(51)의 일측 연결부는 셀본체 상부(20)와 연결되며, 니들밸브(51)의 타측 연결부는 진공핸드펌프(53)에 연결된다.
진공핸드펌프(53)는 일체형 진공핸드펌프(53)로 기존 장치에서 제공하고 있는 진공 펌프와 동일한 역할인 에이징 셀 내의 잡가스 제거의 목적으로 사용된다. 하지만 기존 장치에서 제공되는 진공펌프와는 달리 본 발명에서 제공되는 일체형 진공핸드펌프(53)는 코어 샘플 에이징 셀의 본체와 직접 연결되어 부착된 형태로 제공된다. 따라서 고정된 한 개의 라인을 차지하고 있기 때문에 셀과 진공핸드펌프(53)와의 연결하는 일련의 피팅 과정을 생략할 수 있기 때문에 보다 효율적으로 잡가스 제거과정을 수행할 수 있다.
부피 배리어블 키트(60)는 상기 셀본체 하부(10)의 공간부(11)에 장입된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 부피 배리어블 키트(60)는 본 장비 외의 액세서리이며, 4.45 cm의 직경을 가지며, 길이는 1, 2, 3 cm로 세가지 종류로 구성되고, 셀본체 하부(10)에 장입함으로써, 셀본체 하부(10)의 내부 부피를 조절하는데 사용될 수 있다.
부피 배리어블 키트(60)는 코어 샘플 에이징 셀의 내부 부피를 코어 샘플의 크기에 맞춰 변화를 주는 목적으로 사용되는 일종의 부대용품이다. 코어 샘플의 에이징에 사용된 오일은 고온·고압 상태에서 장시간 동안 플러그 시료와 반응하기 때문에 1회 사용 후 폐기해야 한다. 또한, 가용할 수 있는 오일의 양은 상당히 한정적이기 때문에 단일 횟수에 사용되는 오일을 최소화 시킬 필요가 있다. 코어 샘플 에이징시에 코어 샘플의 부피를 고려하여 남는 공간만큼을 부피 배리어블 키트(60)로 채우기 때문에 오일과 코어 샘플이 맞닿는 부분을 제외한 나머지 부피를 줄일 수 있으며, 실험에 사용되는 오일의 사용량을 최소화시킬 수 있다.
본 발명의 암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 장치를 이용한 암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 방법은 다음의 단계로 구성된다.
암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 장치(Core sample aging cell device)를 이용한 암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 방법에 있어서, (a) 염수로 완전히 포화시켜 세척하여 습윤된 코어 플러그를 준비하는 단계(S1100); (b) 원유를 시료에 주입하고 초기 포화도가 얻어질 때까지 염수를 이동시키는 단계(S1200); (c) 작은 구멍은 물이 채워진 채 유지되고 오일은 구멍 공간의 나머지 부분을 침범하여 모공 벽과 틈에 얇은 물 필름이 남는 단계(S1300); (d) 수 주 동안 온도 및 압력의 저장 조건에 코어를 적용하여 습윤도를 변화하는 단계(S1400); (e) 기공 벽과 오일 사이에 위치한 얇은 수막의 안정성에 따라 오일 침입된 공극에서 습윤도 변화가 발생하는 단계(S1500); (f)오일 - 습윤 상태가 오일 - 락 접촉시 필름의 파열로 인해 얻어지는 단계(S1600); 및 (g) 특정 시간이 지난 후, 코어의 혼합 습윤 상태가 달성되는 단계(S1700); 를 포함한다.
도 5를 참조하면, 암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 장치(Core sample aging cell device)를 이용한 암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 방법은 다음의 단계로 구성된다.
S1100 단계는 염수로 완전히 포화시켜 세척하여 습윤된 코어 플러그를 준비하는 단계이다.
암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 장치(100) 셀본체 하부(10)의 공간부(11)에 저류층 코어를 준비한다.
S1200 단계는 원유를 시료에 주입하고 초기 포화도가 얻어질 때까지 염수를 이동시키는 단계이다.
실제 저류층 내에 존재하여 영향을 미치는 지하수는 3wt% NaCl 정도의 염수이므로 본 발명의 일 실시예서는 3wt% NaCl 염수를 사용하여 수행한다.
S1300 단계는 작은 구멍은 물이 채워진 채 유지되고 오일은 구멍 공간의 나머지 부분을 침범하여 모공 벽과 틈에 얇은 물 필름이 남는 단계이다.
코어를 원하는 유종의 오일에 담그고 진공펌프(53)를 이용하여 코어에 오일이 주입되도록 함으로써 코어를 오일포화상태로 유지한다. 이때 사용 목적에 따라 정제되지 않은 오일(Crude Oil) 또는 정제된 오일(케로젠)을 사용하는데, 이것은 정제되지 않은 오일은 내부에 카르복실산 구조를 가지고 있어 이 구조의 흡착으로 인하여 표면의 습윤도가 달라지기 때문이다. 이러한 기작은 실제 저류층 내에서 일어나고 있는 현상이며 근원암(Source Rock: 오일이 생성되는 곳)에서 생성된 오일이 이동(Migration)하여 저류층을 만나 오랜 시간동안 머물러 있으면서 발생하는 기작과 동일하다.
S1400 단계는 수 주 동안 온도 및 압력의 저장 조건에 코어를 적용하여 습윤도를 변화하는 단계이다.
코어를 적절한 습윤도 상태로 조절하기 위하여 선택적으로 2주 이상의 오일포화상태와 70℃이하의 상태를 유지한다. 습윤도 조절이 필요하지 않은 코어는 해당 작업을 수행하지 않고 정제된 오일을 이용하여 숙성(aging)한다.
S1500 단계는 기공 벽과 오일 사이에 위치한 얇은 수막의 안정성에 따라 오일 침입된 공극에서 습윤도 변화가 발생하는 단계이다.
저류층 코어의 습윤도는 염수와 오일의 배수량, 흡입량 등을 근거로 측정되며, 코어의 공극률을 확인한다.
S1600 단계는 오일 - 습윤 상태가 오일 - 락 접촉시 필름의 파열로 인해 얻어지는 단계이다.
S1700 단계는 특정 시간이 지난 후, 코어의 혼합 습윤 상태가 달성되는 단계이다.
본 발명의 암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 장치(100)는 실험실에 구비된 가압 펌프와 오븐만을 활용하여 샘플 복원 시스템(Sample Restoration System) 구현 가능하고 오일 및 가스 복원 장치(Oil/Gas Restoration Apparatus)를 대체할 수 있다.
본 발명의 암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 장치(100)는 일체형 진공펌프(53)와, 세이프티 밸브(47)를 구비하고 부피 배리어블 키트(60)를 구비하여, 가압 펌프와 오븐만을 활용하여 샘플 복원 시스템(Sample Restoration System)을 구현하는 것이 가능하고 오일 및 가스 복원 장치(Oil/Gas Restoration Apparatus)를 대체하는 것이 가능하다.
본 발명의 암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 장치(100)를 이용한 암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 방법은 대상 저류층의 온도와 압력 조건에서 충분한 시간동안 숙성(aging) 시킴으로써, 플러그 코어 시료의 습윤도를 저류층 상태로 복원(restoration)할 수 있다.
이상, 일부 예를 들어서 본 발명의 바람직한 여러 가지 실시예에 대해서 설명하였지만, 본 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 항목에 기재된 여러 가지 다양한 실시예에 관한 설명은 예시적인 것에 불과한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.
또한, 본 발명은 다른 다양한 형태로 구현될 수 있기 때문에 본 발명은 상술한 설명에 의해서 한정되는 것이 아니며, 이상의 설명은 본 발명의 개시 내용이 완전해지도록 하기 위한 것으로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항에 의해서 정의될 뿐임을 알아야 한다.
10: 셀본체 하부
11: 공간부
13: PTFE 가스킷(gasket)
15: 홈렌치볼트
20: 셀본체 상부
23: PTFE 가스킷(gasket)
30: 좌측 연결부
31: 니들밸브
33: 유체 주입부
35: 벤트
40: 중앙 연결부
41: 티(TEE)
43: 압력 게이지
45: 압력 세이프티 밸브 연결부
47: 압력 세이프티 밸브
50: 우측 연결부
51: 니들밸브
52: 진공펌프라인
53: 진공핸드펌프
60: 부피 배리어블 키트
100: 암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 장치

Claims (2)

  1. 암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 장치를 이용한 암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 방법에 있어서,
    (a) 염수로 완전히 포화시켜 세척하여 습윤된 코어 플러그를 준비하는 단계;
    (b) 원유를 시료에 주입하고 초기 포화도가 얻어질 때까지 염수를 이동시키는 단계;
    (c) 작은 구멍은 물이 채워진 채 유지되고 오일은 구멍 공간의 나머지 부분을 침범하여 모공 벽과 틈에 얇은 물 필름이 남는 단계;
    (d) 수 주 동안 동안 70℃ 이하의 온도 및 오일포화상태의 압력의 저장 조건에 코어를 적용하여 습윤도를 변화하는 단계;
    (e) 기공 벽과 오일 사이에 위치한 얇은 수막의 안정성에 따라 오일 침입된 공극에서 습윤도 변화가 발생하는 단계;
    (f)오일 - 습윤 상태가 오일 - 락 접촉시 필름의 파열로 인해 얻어지는 단계; 및
    (g) 상기 저장 조건의 특정 시간이 지난 후, 코어의 혼합 습윤 상태가 달성되는 단계; 를 포함한,
    암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 장치를 이용한 암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 원유를 시료에 주입하고 초기 포화도가 얻어질 때까지 염수를 이동시키는 단계는
    3wt% ~ 20wt%의 염수 (상황에 따라 NaCl, CaCl2, MgCl26H2O, Na2SO4, NaHCO3으로 구성) 를 사용하여 수행되는,
    암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 장치를 이용한 암석 시료의 저류층 상태 복원 숙성 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102627494B1 (ko) * 2023-09-25 2024-01-19 강원대학교산학협력단 분말의 습윤도 측정방법 및 분말의 습윤도 측정시스템

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100896428B1 (ko) * 2007-11-12 2009-05-12 한국에너지기술연구원 오일셰일 열분해 잔류물을 이용한 유기 고분자 및 중질유열분해용 고체산 촉매 제조방법 및 이를 이용한 경질오일수득방법
KR20130059996A (ko) * 2011-11-29 2013-06-07 한국지질자원연구원 암석 변형 관찰용 시료 챔버
KR101475831B1 (ko) 2013-12-30 2014-12-23 한국해양대학교 산학협력단 저류층 암석 코어 시료 공극률 측정장치 및 측정방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100896428B1 (ko) * 2007-11-12 2009-05-12 한국에너지기술연구원 오일셰일 열분해 잔류물을 이용한 유기 고분자 및 중질유열분해용 고체산 촉매 제조방법 및 이를 이용한 경질오일수득방법
KR20130059996A (ko) * 2011-11-29 2013-06-07 한국지질자원연구원 암석 변형 관찰용 시료 챔버
KR101475831B1 (ko) 2013-12-30 2014-12-23 한국해양대학교 산학협력단 저류층 암석 코어 시료 공극률 측정장치 및 측정방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102627494B1 (ko) * 2023-09-25 2024-01-19 강원대학교산학협력단 분말의 습윤도 측정방법 및 분말의 습윤도 측정시스템

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