KR102082671B1 - 레저버의 인젝션 웰을 위한 모듈화 된 고압, 고온 스팀 생산 및 주입 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 EOR 설비의 생산성을 더욱 개선하여 경질류 전환 효율을 더욱 높일 수 있도록 하기 위하여 스팀발생효율 및 온도, 압력을 향상시킬 수 있도록 한 레저버의 인젝션 웰을 위한 모듈화된 고압, 고온 스팀 생산 및 주입 장치를 개시한다.
이를 위하여 본 발명은 점화장치에 의해 점화된 연료분사노즐의 화염에 공기분사노즐에서 연소에 필요한 공기가 공급되도록 하되,
상기 경사 하우징에 설치되는 관상의 스페이서 부시에 화염에 의한 고열이 전달되도록 하고, 상기 스페이서 부시의 단부에 구비된 분사공에 의하여 분사되는 고온의 물입자가 화염에 의하여 스팀으로 상변화하면서 부피의 팽창으로 고압, 고안의 스팀을 생산하고 이를 직접 레저버의 인젝션 웰에 투입할 수 있도록 함으로써 경질유 회수 효율을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 점화장치에 의해 점화된 연료분사노즐의 화염에 공기분사노즐에서 연소에 필요한 공기가 공급되도록 하되,
상기 경사 하우징에 설치되는 관상의 스페이서 부시에 화염에 의한 고열이 전달되도록 하고, 상기 스페이서 부시의 단부에 구비된 분사공에 의하여 분사되는 고온의 물입자가 화염에 의하여 스팀으로 상변화하면서 부피의 팽창으로 고압, 고안의 스팀을 생산하고 이를 직접 레저버의 인젝션 웰에 투입할 수 있도록 함으로써 경질유 회수 효율을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.
Description
본 발명은 천연가스를 연소시켜 얻은 열 캐리어로서의 스팀을 생산하여 레저버의 인젝션 웰에 주입하기 위한 레저버의 인젝션 웰을 위한 모듈화 된 고압, 고온 스팀 생산 및 주입 장치에 관한 것으로, 효율적으로 생성된 고압, 고온의 스팀을 에너지 손실 없이 레저버의 인젝션 웰에 직접 주입할 수 있도록 하는 레저버의 인젝션 웰을 위한 모듈화 된 고압, 고온 스팀 생산 및 주입 장치에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이, 유전에서 중질류의 생산을 위하여 다양한 구조로 된 EOR(석유회수증진:Enhanced Oil Recovery) 설비를 적용하고 있다. 대부분의 EOR 설비는 스팀, CO2, N2, 폴리머 등을 레저버의 인젝션 웰에 주입함으로써 오일이 있는 레저버가 열과 압력을 받아 중질류 오일에서 경질유 오일로 전환되어 오일을 생산하게 되는 것이다.
이와 같이 오일이 있는 레저버에 열과 압력을 가하기 위하여 종래에는 버너로 물을 가열함으로써 스팀을 만들고, 스팀 펌프를 이용하여 스팀을 이송하여 레저버에 주입하고 있다. 이러한 스팀 발생을 위한 설비인 스팀 발생기(Steam generators)의 일예를 Society of Petroleum Engineers가 인터넷 웹사이트에 게시한 도면인 도 1에 의하여 살펴 볼 수 있다.
상기 스팀 발생기(이하 "인용발명1"이라 함)는 공기와 함께 연료가 분사되어 점화됨과 동시에 화염을 복사부( radient section )와 대류부( convection section )로 방사하여 복사부와 대류부에 배치된 수관을 가열하여 얻은 스팀이 레저버의 인젝션 웰로 주입되도록 하였던 것이다.
이러한 인용발명1은 버너로 가열된 배관 내부에서 스팀이 발생되는 간접가열 방식이어서 스팀 발생량이 버너의 크기와 상관관계가 있으며, 지층내부의 레저버에 대량의 고압 스팀을 투입하기 위하여 버너의 크기를 초대형으로 제작하여야 한다.
따라서, 지층의 오일 레저버에 대량의 고압 스팀을 주입하기 위해 초대형 버너가 필수적이며, 이러한 초대형 버너의 작동을 위하여 대형의 에어컴프레셔, 대형의 물공급펌프가 필요하게 되었으므로 제작비용이 증대되는 문제점이 있는 것이다.
특히, 상기 인용발명1은 파이프 라인을 가열하여 스팀을 얻는 간접가열방식이므로 발생된 스팀이 이동하면서 기상(氣狀)과 액상(液狀)으로 상분리되어 배관을 흐르게 되는 것이므로 스팀 발생 효율이 크게 저하될 뿐만 아니라, 스팀의 압력과 온도가 불균일하게 되어 경질유 전환 효율이 낮아지게 되는 문제점이 있는 것이다.
또한 인용발명1에 의한 파이프 라인으로 연결된 스팀 주입 방식은 파이프의 연결부위, 분기부위 등에서 상분리가 더욱 심화되므로 상분리의 감소를 위한 단열에 더 많은 투자를 하여야 하며, 파이프 라인 가열 방식에 의한 간접가열방식으로는 스팀 발생량을 충분한 수준으로 늘리기 어려운 문제점이 있는 것이다.
아울러, 도2로 보인 바와 같이 종래의 스팀발생장치는 버너를 포함한 캡(cab)영역, 복사부( radient section )와 대류부( convection section )가 일체화되어 정밀하게 조립, 제작되어야 하므로 각종 조립, 계측 장비 등을 갖출 수 없는 현장에서는 조립이 불가능하며, 레저버와 원격한 거리의 공장에서 제작됨에 따라 장대한 설비를 현장까지 운반하기 어려워 설치 작업에도 어려움이 수반되며, 그 결과 유전의 규모에 부합되는 플랜트를 확보하지 못하여 오일 생산을 포기하는 경우까지 발생하게 되는 문제점이 있다. 더욱이 이러한 인용발명1은 설비의 규모가 장대하여 장비의 부분 교체 등 보수 작업 역시 쉽지 않은 문제점이 있는 것이다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 출원인은 대한민국 등록특허 제 10-1858605호(발명의 명칭 : 천연가스를 이용한 EOR 설비의 스팀주입 장치; 이하 '인용발명2'라 함)를 제안한 바 있으며, 상기 인용발명2는 저장조의 물이 버너로 공급되도록 하기 위한 고압물분사장치; 고압저장장치의 공기가 상기 버너에 공급되도록 하여서 된 고압에어압축장치; 및 상기 고압물분사장치와 고압에어압축장치 그리고 고압천연가스압축장치가 버너에 연결되어 고압으로 분사되는 물분사로부터 직접 고온, 고압의 스팀을 생산하되, 상기 버너는 관체상의 하우징과, 상기 하우징의 일측에 물분사노즐이 환상으로 설치되고, 상기 물분사노즐의 입구가 상기 고압물분사장치의 역지변과 연통되며, 상기 환상으로 설치된 물분사노즐의 직경보다 작은 직경의 화염방사관이 구비되고, 상기 화염방사관의 내부에는 상기 고압천연가스압축장치의 역지변과 연결된 연료분사노즐과 상기 고압에어압축장치의 역지변과 연통되는 공기분사노즐이 설치되며, 상기 연료분사노즐과 공기분사노즐의 전방에는 점화장치가 설치되어 상기 점화장치에 의해 점화된 연료분사노즐의 화염에 공기분사노즐에서 연소에 필요한 공기가 공급되어 화염이 형성, 유지됨과 아울러 상기 화염방사관 외주를 통과하는 물분사노즐의 물입자가 화염방사관의 화염에 의해 스팀으로 상변화되어 하우징의 배출관으로 배출되도록 하여서 된 것이다.
이러한 인용발명2에 의한 스팀발생을 위한 버너는 도4로 보인 바와 같이, 파이프 라인 관내에서 스팀을 발생시킴에 따른 상분리 현상에 의해 효율 저하되는 종래의 방식과는 달리, 버너의 화염으로 직접 고압, 고온의 스팀을 발생시킴과 동시에 발생된 스팀이 직접 레저버의 인젝션 웰에 주입될 수 있도록 함으로써 열효율을 높일 수 있고, 스팀 발생효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있으며, 파이프를 가열하여 스팀을 얻는 종래의 방식에 비하여 그 구조를 월등히 단순화할 수 있으면서도 스팀발생효율이 높으며 고온의 스팀이 직접 인젝션 웰에 주입되므로 레저버의 경질유 전환 효율을 높일 수 있게 되는 유용한 효과가 있다.
인터넷 사이트 (게시자: Society of Petroleum Engineers, 제목: Facilities for steam generation, 최종수정게시일자 2016. 1. 18)
본 발명은 인용발명2에 의한 EOR 설비의 생산성을 더욱 개선하여 경질유 전환 효율을 더욱 높일 수 있도록 하기 위하여 스팀발생효율 및 온도, 압력을 향상시킬 수 있도록 한 레저버의 인젝션 웰을 위한 모듈화된 고압, 고온 스팀 생산 및 주입 장치를 제공함을 목적으로 하는 것이다.
본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여 저장조의 물이 버너로 공급되도록 하기 위한 고압물분사장치; 고압저장장치의 공기가 상기 버너에 공급되도록 하여서 된 고압에어압축장치; 및 상기 고압물분사장치와 고압에어압축장치 그리고 고압천연가스압축장치가 버너에 연결되며 상기 버너는 관체상의 경사 하우징 일단에 설치되고, 하우징 일측에 설치되는 물분사노즐은 고압물분사장치의 역지변과 연통되고, 상기 하우징 중앙에 설치되는 연료분사노즐은 고압천연가스압축장치의 역지변과 연결되며, 상기 고압에어압축장치의 역지변과 연통되는 공기분사노즐이 하우징 일측에 설치되며, 상기 연료분사노즐과 공기분사노즐의 전방에는 점화장치가 설치되어 상기 점화장치에 의해 점화된 연료분사노즐의 화염에 공기분사노즐에서 연소에 필요한 공기가 공급되도록 하되,
상기 연료분사노즐은 하우징의 중심축상으로 설치되고, 공기분사노즐은 상기 연료분사노즐과 8° ~ 12°의 각도를 이루도록 경사 설치되고, 요홈이 외주 둘레면에 형성되며, 하방 둘레면에는 분사공이 형성된 관상의 스페이서 부시가 상기 경사하우징 내부에 설치되며,
상기 스페이서 부시 상단의 요홈에 상기 물분사노즐이 연통되도록 하여 고압의 물이 화염연소구간 둘레의 요홈을 통과하면서 화염의 열에 의하여 고온으로 가열된 후 분사공에서 분사되어 화염의 고압, 고온에 의하여 고압, 고온의 스팀으로 상변화하는 스팀발생구역을 형성하며, 상기 스팀발생구역에서 발생된 스팀이 인젝션 웰과 연결되는 배출구로 분사되도록 하여서 된 것이다.
이와 같이 하여 본 발명은 고압으로 공급된 물분사노즐의 물이 하우징의 내부 둘레면에 밀착된 관상으로 된 스페이서 부시의 요홈을 회전하면서 화염에 의한 고열로 가열된 화염연소구간을 다수회 회전하면서 충분히 가열된 후 스페이서 부시의 도면상 하방 둘레면의 분사공에서 분사되며, 이때 화염의 고압, 고온에 의하여 스팀으로 상변화 되면서 하우징의 배출구로 배출된 후 레저버의 인젝션 웰에 직접 주입되는 것이다.
그러므로, 고압이면서 고온인 스팀이 직접 인젝션 웰에 주입되어 레저버에 도달함으로써 레저버의 사암층에 산재된 중질유의 점도를 효과적으로 저하시켜 더 많은 경질유가 흘러 내려 모이게 되고 프로덕션웰에서 펌핑을 실시하여 오일이 지상으로 배출, 생산되는 경질유의 생산량이 증대될 수 있는 것이다.
도1은 종래의 EOR 설비용 스팀 발생 장치의 구조를 예시한 설명도.
도2는 종래의 EOR 설비용 스팀 발생 장치의 구조의 전체적인 외형을 보인 사시도.
도3은 종래의 인젝션 웰에 스팀 주입을 실시하여 오일을 생산하는 과정을 보인 개념도.
도4는 종래의 인용발명2에 의한 스팀발생을 위한 버너를 보인 종단면도
도5는 본 발명에 적용되는 EOR 설비용 스팀 발생을 위한 전체적인 구조를 예시한 설명도.
도6은 본 발명에 의한 고압, 고온 스팀 생산 및 주입 장치를 보인 사시도.
도7은 본 발명에 의한 고압, 고온 스팀 생산 및 주입 장치의 구조를 보인 단면도.
도8은 도7의 연료분사노즐과 공기분사노즐의 각도 부분 확대도.
도9는 본 발명에서의 스페이서 부시 분사공 주변을 보인 확대도
도10은 다른 실시예에 의한 본 발명의 스파이럴 요홈이 구비된 스페이서 부시의 측면도.
도11은 다른 실시예에 의한 본 발명의 스파이럴 요홈이 구비된 스페이서 부시의 사시도.
도12는 도10,11로 보인 스페이서 부시를 결합하여서 된 본 발명에 의한 고압, 고온 스팀 생산 및 주입 장치의 구조를 보인 단면도.
도2는 종래의 EOR 설비용 스팀 발생 장치의 구조의 전체적인 외형을 보인 사시도.
도3은 종래의 인젝션 웰에 스팀 주입을 실시하여 오일을 생산하는 과정을 보인 개념도.
도4는 종래의 인용발명2에 의한 스팀발생을 위한 버너를 보인 종단면도
도5는 본 발명에 적용되는 EOR 설비용 스팀 발생을 위한 전체적인 구조를 예시한 설명도.
도6은 본 발명에 의한 고압, 고온 스팀 생산 및 주입 장치를 보인 사시도.
도7은 본 발명에 의한 고압, 고온 스팀 생산 및 주입 장치의 구조를 보인 단면도.
도8은 도7의 연료분사노즐과 공기분사노즐의 각도 부분 확대도.
도9는 본 발명에서의 스페이서 부시 분사공 주변을 보인 확대도
도10은 다른 실시예에 의한 본 발명의 스파이럴 요홈이 구비된 스페이서 부시의 측면도.
도11은 다른 실시예에 의한 본 발명의 스파이럴 요홈이 구비된 스페이서 부시의 사시도.
도12는 도10,11로 보인 스페이서 부시를 결합하여서 된 본 발명에 의한 고압, 고온 스팀 생산 및 주입 장치의 구조를 보인 단면도.
이러한 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 적용되는 EOR 설비용 스팀 발생을 위한 전체적인 구조를 도 5에 도시하였다. 이에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명은 고압물분사장치(100)와 고압천연가스압축장치(200), 고압에어압축장치(300)의 역지변(105, 205, 305) 출구는 스팀생산 및 주입장치(400)에 연결되며, 상기 스팀생산 및 주입장치(400)의 외관은 도6으로 보인 바와 같은 형태로 제작된다.
즉, 본 발명에서는 스팀생산 및 주입장치(400)를 관체상의 하우징(401)으로 구성하고, 중앙에 연료분사노즐(405)을 구비하고, 상기 연료분사노즐(405)은 상기 고압천연가스압축장치(200)의 역지변(205)과 연결되도록 하며, 상기 고압에어압축장치(300)의 역지변(305)과 연통되는 공기분사노즐(403)을 상기 연료분사노즐(405)의 둘레에 설치하되,
도7의 부분 확대도인 도8에서 확인되는 바와 같이, 상기 연료분사노즐(405)은 하우징(401) 중심축상으로 설치하고, 공기 분사노즐(403)은 상기 연료분사노즐(405)과 8° ~ 12°의 각도를 이루도록 경사 설치하여 도면의 하우징(401) 좌측 상방이 되는 전방에 화염연소구간(420)이 형성되도록 한다. 아울러, 하우징(401)의 내주 둘레면에 관상의 스페이서 부시(410)를 결합한다.
또한, 도7로 보인 스페이서 부시(410)의 확대도인 도9에서 확인되는 바와 같이, 우측 하방이 되는 둘레면에는 분사공(412)이 형성된 관상의 스페이서 부시(410)는 도7의 도면상 좌측 상방 일단에 설치된 상기 물분사노즐(402)이 연통되도록 하여 고압의 물이 스페이서 부시(410)의 요홈(414)을 통과하면서 화염연소구간(402)의 열에 의하여 고온으로 가열된 후 분사공(412)으로만 분사되도록 폐쇄링(415)이 설치되어 있다.
그러므로, 화염에 의하여 분사공(412)으로 분출되는 고온의 물입자는 즉각 스팀으로 상변화하면서 부피가 급격히 팽창되어 고압이면서 고온인 스팀을 발생시키는 스팀발생구역(430)을 형성하게 된 것이다.
이와 같이 된 본 발명은 압축펌프(201)를 작동시켜 압축천연가스가 목표하는 고압으로 고압가스탱크(202)에 채워지도록 한 상태에서 연료량제어밸브(203)를 닫아 작동 대기 상태로 하고, 공기압축기(301)를 가동하여 고압공기탱크(302)에 목표 압력으로 공기압이 저장되도록 하며, 공기량제어밸브(303)를 닫아 작동 대기 상태로 하는 것이다.
이러한 상태에서 먼저 연료량제어밸브(203)를 열어 연료가 가스유량계(204) 및 역지변(205)을 거쳐 스팀생산 및 주입장치(400)의 연료분사노즐(404)로 분사되도록 한다. 이어서, 점화장치(406)를 가동하여 연료분사노즐(404)에서 분사되는 연료가 점화되도록 한 다음 공기량제어밸브(303)를 열어 공기가 에어유량계(304), 역지변(305)을 경유하여 스팀생산 및 주입장치(400)의 공기분사노즐(403)로 분사되도록 하는 것이다.
이에 따라 상기 연료량제어밸브(203)에 의하여 공급되는 최적량의 압축천연가스가 연료분사노즐(404)에 공급되어 화염이 형성된 상태에서 공기량제어밸브(303)에 의하여 제어된 충분한 양의 산소가 공급될 수 있어서 연소상태가 유지되는 것이므로 화염이 하우징(401) 내부에서 도6의 도면상 우측 하방으로 분사되고, 그 결과 하우징(401) 내부의 화염연소구간(420)에서 고열이 발생하게 되며, 이러한 고열의 일부는 도7의 도면상 우측 하방으로 전달되고 나머지 일부는 하우징(401) 내부 둘레면에 밀착 결합되어 있는 스페이서 부시(410)의 내부 둘레면으로 전달된다.
이러한 상태에서 스페이서 부시(410)과 하우징(401) 내부 둘레면 사이에 형성된 공간에서 상기 고압펌프(103)에 의한 압력으로 압송되는 물은 도7의 부분 확대로 보인 바와 같이 상기 화염연소구간(420) 둘레인 스페이서 부시(410)의 요홈(414)을 통과하면서 높은 온도로 가열된 상태가 된다.
이에 따라, 도면상 스페이서 부시(410)의 도7의 도면상 우측 하방에 형성된 분사공(412)에서 고열로 가열된 물의 입자가 분사되는 것인바, 상기한 바와 같이 분사공(412)에는 화염연소구간(420)을 거친 화염이 가하여 지고 있으므로 화염에 상기 분사되는 물의 입자가 닿는 순간 상변화를 일으켜 스팀으로 변하면서 부피가 급격히 팽창되므로 고온이면서도 높은 압력의 스팀이 생성되는 것이다.
이와 같이 하여 스팀발생구역(430)의 분사공(412)에서 발생된 고압, 고온의 스팀은 배출구(406)를 경유하여 인젝션 웰(500)로 공급되는 것이어서 도3으로 보인 바와 같이 레저버(700)의 혼화층(miscible zone)을 거쳐서 오일뱅크를 고압, 고온으로 밀어 내어 사암층에 산재된 중질유의 점도를 효과적으로 저하시켜 더 많은 경질유가 흘러 내려 모이게 되고, 프로덕션 웰(600)에서 펌핑을 실시하여 오일이 지상으로 배출함으로써 프로덕션 웰(600)로 배출되는 경질유의 생산량 증대를 도모할 수 있게 되는 것이다.
또한, 도8로 보인 바와 같이 본 발명에서 공기 분사노즐(403)은 연료분사노즐(405)과 8° ~ 12°의 각도를 이루도록 경사 설치하는 것이 바람직하다.
만일, 공기 분사노즐(403)과 상기 연료분사노즐(405)의 각도가 8° 이하인 경우에는 화염연소구간(420)이 스팀발생구역(430)측으로 형성되어 스페이서 부시(410) 둘레면을 통과하는 물이 충분히 가열되지 않는 문제가 발생하고, 이와는 반대로 공기 분사노즐(403)과 상기 연료분사노즐(405)의 각도가 12° 이상인 경우에는 화염연소구간(420)이 도7의 도면상 상부 좌측으로 편중되어 스페이서 부시(410)의 일부에서만 물이 가열되고 스팀발생구역(430)의 분사공(412)에서 화염의 세기가 약화되어 완전한 스팀으로의 상변화 형성에 장애가 발생할 수 있으므로 공기분사노즐(403)은 상기 연료분사노즐(405)과 8° ~ 12°의 각도를 이루도록 경사 설치하는 것이 바람직한 것이다.
아울러, 도10 내지 도12에는 본 발명의 다른 실시예를 도시하였다.
이러한 실시예에서는 도10 및 도11로 보인 바와 같이 스페이서 부시(410)의 외주면에 스파이럴 요홈(411)을 형성하여서 된 것이다.
이러한 실시예에서는 하우징(401)의 내부 둘레면에 밀착되는 관상의 스페이서 부시(410)가 설치되며, 이러한 스페이서 부시(410)의 둘레면에는 스파이럴 요홈(411)이 나선상으로 형성되어 있고 스페이서 부시(410)의 선단부에는 다수의 분사공(412)이 형성되어 있다.
특히, 이러한 실시예에서는 도12의 확대도에서 확인되는 바와 같이 스페이서 부시(410)의 스파이럴(413)이 하우징 (401)의 내부 둘레면에 밀착되고 폐쇄링(415)이 도12의 도면상 우측 하단을 폐쇄하여 결과적으로 나선상의 길이가 긴 스파이럴 요홈(411)이 상기 물분사노즐(402)과 분사공(412) 사이에 존재하는 유일한 통로로 되도록 하였다.
이와 같이 된 실시예에 의한 본 발명은 물탱크(101)에 물을 적정레벨로 채우고 고압펌프(103)를 작동시킴으로써 필터(102)에서 정화된 물이 저장조(104)에 채워지도록 준비한다. 이어서 압축펌프(201)를 작동시켜 압축천연가스가 목표하는 고압으로 고압가스탱크(206)에 채워지도록 한 상태에서 연료량제어밸브(203)를 닫아 작동 대기 상태로 하고, 공기압축기(301)를 가동하여 고압공기탱크(302)에 목표 압력으로 공기압이 저장되도록 하며, 공기량제어밸브(303)를 닫아 작동 대기 상태로 하는 것이다.
이러한 상태에서 먼저 연료량제어밸브(203)를 열어 연료가 가스유량계(204) 및 역지변(205)을 거쳐 스팀생산 및 주입장치(400)의 연료분사노즐(404)로 분사되도록 한다. 이어서, 점화장치(406)를 가동하여 연료분사노즐(404)에서 분사되는 연료가 점화되도록 한 다음 공기량제어밸브(303)를 열어 공기가 에어유량계(304), 역지변(305)을 경유하여 스팀생산 및 주입장치(400)의 공기분사노즐(403)로 분사되도록 하는 것이다.
이에 따라 상기 연료량제어밸브(203)에 의하여 공급되는 최적량의 압축천연가스가 연료분사노즐(404)에 공급되어 화염이 형성된 상태에서 공기량제어밸브(303)에 의하여 제어된 충분한 양의 산소가 공급될 수 있어서 연소상태가 유지되는 것이므로 화염이 하우징(401) 내부에서 도12로 보인 도면상 우측 하방으로 분사되고, 그 결과 하우징(401) 내부의 화염연소구간(420)에서 고열이 발생하게 되며, 이러한 고열의 일부는 도12의 도면상 우측 하방으로 전달되고 나머지 일부는 하우징(401) 내부 둘레면에 밀착 결합되어 있는 스페이서 부시(410)의 둘레면으로 전달된다.
그러므로, 물분사노즐(402)에서 분사된 물은 길이가 매우 길게 된 나선형으로 된 스파이럴 요홈(411)을 거치는 과정에서 화염연소구간(420)의 열을 충분히 흡수하여 고열로 된 다음 고온으로 가열된 물의 미세 입자가 분사공(412)으로 분사될 수 있는 것이다.
이에 따라, 도12로 보인 도면상 스페이서 부시(410)의 우측 하방에 형성된 분사공(412)에서 고열로 가열된 물의 미립화된 입자가 화염연소구간(420)을 거친 화염을 만나는 순간 상변화를 일으켜 스팀으로 변하면서 부피가 급격히 팽창되므로 고온이면서도 높은 압력의 스팀이 생성되는 것이다.
이와 같이 하여 스팀발생구역(430)에서 발생된 고압, 고온의 스팀은 배출구(406)를 경유하여 인젝션 웰(500)로 공급되는 것이어서 도3으로 보인 바와 같이 레저버(700)의 혼화층(miscible zone)을 거쳐서 오일뱅크를 고압, 고온으로 밀어 내어 사암층에 산재된 중질유의 점도를 효과적으로 저하시켜 더 많은 경질유가 흘러 내려 모이게 되고 프로덕션 웰(600)에서 펌핑을 실시하여 오일이 지상으로 배출함으로써 프로덕션 웰(600)로 배출되는 경질유의 생산량 증대를 도모할 수 있게 되는 것이다.
아울러, 도10 내지 도12로 보인 실시예에서 스파이럴 요홈(411)의 회전수와 스파이럴 요홈(411)의 깊이와 폭 등은 물분사노즐(402)의 압력과 스팀 목표 압력 및 온도, 용량 등 여러 설계 요소를 감안하여 증감할 수 있음은 물론이다.
또한 상기 하우징(401)은 도6과 도7에서 보는 바와 같이, 연료분사노즐(404)이 연결되는 상부와 배출구(406)가 구비된 하부로 구성될 수 있으며, 하우징(401)의 상부와 하부가 스팀발생구역(430)을 중심으로 결합된 것일 수 있어서 하우징(401) 내부에 삽입되는 스페이서 부시(410)의 교체가 용이하게 되고, 스팀발생구역(430)을 중심으로 하우징(401)의 상부와 하부가 체결되는 구조이므로 대량의 고압 스팀 발생에 따라 급격하게 팽창하게 되는 하우징(401)의 중간 부분을 견고하게 보강 결합시킬 수 있는 것이며, 하우징(401)의 상부에 삽입된 스페이서 부시(410)의 끝단이 하우징(401)의 하부에 삽입 시 스페이서 부시(410) 끝단의 폐쇄링(415)을 조정하여 밀폐 정도를 조정할 수 있다.
이상에서, 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것이 아니고, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범위를 이탈하지 않는 범위 내에서 치수 및 모양 그리고 구조 등의 다양한 변형 및 모방할 수 있음은 명백한 사실이며 이러한 변형 및 모방은 본 발명의 기술 사상의 범위에 포함된다.
100: 고압물분사장치 101: 물탱크 102: 필터
103: 고압펌프 104: 저장조 105: 역지변
106: 유량계 200: 고압천연가스압축장치 201: 압축펌프
202: 고압연료저장장치 203: 연료량제어밸브 204: 가스유량계
205: 역지변 300: 고압에어압축장치 301: 공기압축기
302: 고압저장장치 303: 공기량제어밸브 304: 에어유량계
305: 역지변 400: 스팀생산 및 주입장치 401: 하우징
402: 물분사노즐 403: 공기분사노즐 404: 연료분사노즐
405: 점화장치 406: 배출구 407: 하우징내주면
410: 스페이서 부시 411: 스파이럴 요홈 412: 분사공
413: 스파이럴 414: 요홈 415: 폐쇄링
420: 화염연소구간 430: 스팀발생구역 500: 인젝션 웰
600: 프로덕션 웰 700: 레저버
103: 고압펌프 104: 저장조 105: 역지변
106: 유량계 200: 고압천연가스압축장치 201: 압축펌프
202: 고압연료저장장치 203: 연료량제어밸브 204: 가스유량계
205: 역지변 300: 고압에어압축장치 301: 공기압축기
302: 고압저장장치 303: 공기량제어밸브 304: 에어유량계
305: 역지변 400: 스팀생산 및 주입장치 401: 하우징
402: 물분사노즐 403: 공기분사노즐 404: 연료분사노즐
405: 점화장치 406: 배출구 407: 하우징내주면
410: 스페이서 부시 411: 스파이럴 요홈 412: 분사공
413: 스파이럴 414: 요홈 415: 폐쇄링
420: 화염연소구간 430: 스팀발생구역 500: 인젝션 웰
600: 프로덕션 웰 700: 레저버
Claims (5)
- 저장조의 물이 버너로 공급되도록 하기 위한 고압물분사장치; 고압저장장치의 공기가 상기 버너에 공급되도록 하여서 된 고압에어압축장치; 및 상기 고압물분사장치와 고압에어압축장치 그리고 고압천연가스압축장치가 버너에 연결되며 상기 버너는 관체상의 경사 하우징 일단에 설치되고, 하우징 일측에 설치되는 물분사노즐은 고압물분사장치의 역지변과 연통되고, 상기 하우징 중앙에 설치되는 연료분사노즐은 고압천연가스압축장치의 역지변과 연결되며, 상기 고압에어압축장치의 역지변과 연통되는 공기분사노즐이 하우징 일측에 설치되며, 상기 연료분사노즐과 공기분사노즐의 전방에는 점화장치가 설치되어 상기 점화장치에 의해 점화된 연료분사노즐의 화염에 공기분사노즐에서 연소에 필요한 공기가 공급되도록 하되,
상기 연료분사노즐은 하우징의 중심축상으로 설치되고, 공기분사노즐은 상기 연료분사노즐과 8° ~ 12°의 각도를 이루도록 경사 설치되고,
하방 둘레면에는 분사공이 형성된 관상의 스페이서 부시가 상기 경사하우징 내부에 설치되며,
상기 스페이서 부시 상방 일단에 상기 물분사노즐이 연통되도록 하여 고압의 물이 스페이서 부시를 통과하면서 화염연소구간의 열에 의하여 고온으로 가열된 후 폐쇄링에 의하여 하방이 폐쇄되어 있으므로 분사공에서만 고온으로 가열된 물의 미세 입자가 분사되어 화염에 의하여 스팀으로 상변화하는 스팀발생구역을 형성한 것임을 특징으로 하는 레저버의 인젝션 웰을 위한 모듈화된 고압, 고온 스팀 생산 및 주입 장치. - 저장조의 물이 버너로 공급되도록 하기 위한 고압물분사장치; 고압저장장치의 공기가 상기 버너에 공급되도록 하여서 된 고압에어압축장치; 및 상기 고압물분사장치와 고압에어압축장치 그리고 고압천연가스압축장치가 버너에 연결되며 상기 버너는 관체상의 경사 하우징 일단에 설치되고, 하우징 일측에 설치되는 물분사노즐은 고압물분사장치의 역지변과 연통되고, 상기 하우징 중앙에 설치되는 연료분사노즐은 고압천연가스압축장치의 역지변과 연결되며, 상기 고압에어압축장치의 역지변과 연통되는 공기분사노즐이 하우징 일측에 설치되며, 상기 연료분사노즐과 공기분사노즐의 전방에는 점화장치가 설치되어 상기 점화장치에 의해 점화된 연료분사노즐의 화염에 공기분사노즐에서 연소에 필요한 공기가 공급되도록 하되,
상기 연료분사노즐은 하우징의 중심축상으로 설치되고, 공기분사노즐은 상기 연료분사노즐과 8° ~ 12°의 각도를 이루도록 경사 설치되고,
스파이럴 요홈이 외주 둘레면에 형성되며, 하방 둘레면에는 분사공이 형성된 관상의 스페이서 부시가 상기 경사하우징 내부에 설치되며,
상기 스페이서 부시 상단의 스파이럴 요홈에 상기 물분사노즐이 연통되도록 하여 고압의 물이 화염연소구간 둘레의 스파이럴 요홈을 통과하면서 화염의 열에 의하여 고온으로 가열된 후 폐쇄링에 의하여 하방이 폐쇄되어 있으므로 분사공에서만 고온으로 가열된 물의 미세 입자가 분사되어 화염에 의하여 고압, 고온의 스팀으로 상변화하는 스팀발생구역을 형성한 것임을 특징으로 하는 레저버의 인젝션 웰을 위한 모듈화된 고압, 고온 스팀 생산 및 주입 장치. - 삭제
- 제 1 항 또는 제 2 항 중 어느 하나에 있어서,
상기 하우징은 연료분사노즐이 연결되는 상부와 배출구가 구비된 하부로 구성되며, 하우징의 상부와 하부가 스팀발생구역을 중심으로 결합된 것임을 특징으로 하는 레저버의 인젝션 웰을 위한 모듈화된 고압, 고온 스팀 생산 및 주입 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 스페이서 부시의 둘레면에 형성된 스파이럴이 하우징의 내부 둘레면에 밀착되어 나선상의 길이가 긴 스파이럴 요홈이 상기 물분사노즐과 분사공 사이에 형성되도록 하여서 됨을 특징으로 하는 레저버의 인젝션 웰을 위한 모듈화된 고압, 고온 스팀 생산 및 주입 장치.
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|---|---|---|---|
| KR1020180167498A KR102082671B1 (ko) | 2018-12-21 | 2018-12-21 | 레저버의 인젝션 웰을 위한 모듈화 된 고압, 고온 스팀 생산 및 주입 장치 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180167498A KR102082671B1 (ko) | 2018-12-21 | 2018-12-21 | 레저버의 인젝션 웰을 위한 모듈화 된 고압, 고온 스팀 생산 및 주입 장치 |
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| Publication Number | Publication Date |
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|---|---|
| KR (1) | KR102082671B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR102623046B1 (ko) * | 2023-04-05 | 2024-01-10 | 고등기술연구원연구조합 | 윅구조를 포함하는 직접 접촉식 스팀 제너레이터 |
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- 2018-12-21 KR KR1020180167498A patent/KR102082671B1/ko active IP Right Grant
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