KR20070014132A - 고점성도 오일생산 강화를 위한 방법 및 이의 실시장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 오일생산산업에 적용되며 고점성도 오일생산중 종래기술에 의해 개발된 오일의 수율을 증가시키는 공정의 강화를 목적으로 한다. 상기 발명의 양 목적은 기술적 결과로 화학 시약과 증기발전기의 사용을 피함으로써 환경적 안정성을 증가함과 더불어 레저부아(resevoir)의 투과성 증가 및 오일의 점성도 감소를 얻는다는 데 있다. 상기 발명의 제1목적은 유정기저대(10)에서 오일의 점성도를 감소시키고 또한 상기 유정기저대를 가열하는 고성능 초음파장을 이용한다는 것이다. 상기 발명의 제2목적은 상기 발명은 표면고주파 발전기 및 유정튜빙의 말단부에 위치한 적어도 하나 이상의 초음파 자왜방사기로 구성되며, 지표면으로 운반중 오일의 점성도를 유지하는 상기 유정튜빙을 가열하는 데 고주파전류를 사용한다는 것이다.
고점성도 오일, 유정튜빙, 초음파 자왜방사기, 유정기저대,
Description
본 발명은 오일생산 산업에 적용될 수 있으며 고점성도 오일생산에 사용되는 유정(oil well)의 수율(yield)을 향상시키는 공정을 강화하는 데 목적이 있다.
현재 고점성도 오일를 위한 생산공정을 향상시키는 상당히 많은 방법과 장치들이 알려져 있다. 대부분, 이런 기술들은 지층(stratum)(유정기저대, well bottom zone)과 상기 지층에서 지표면으로 오일를 운반하는 운반계에 물리화학적 충격요법을 사용한다. 특히, 상이한 시약들을 유정안으로 추가하여 상이한 주파수, 충격파, 전자기장이나 이의 복합형의 탄성진동에 의해서 유정에 영향을 주는 방법이 제안된다. 몇몇 경우는 탄성진동과 유도열 시스템의 원(sources)을 포함하는 장치의 사용이 제공된다.
지층과 상기 유정기저대에서 탄성진동의 자극에 의한 오일생산 강화를 위한 방법은 (미국특허 제5,950,729A 호, 1991. 1. 31 공개)에 게재되어 있다. 탄성진동은 유압진동발전기로 공급되는 액체의 압력을 주기적으로 변화함으로써 자극된다.
상기 방법의 단점은 유정튜빙(oil-well tubing)에 의한 오일의 운반중 오일 에 영향을 미치지 않으므로, 이 방법은 효율성이 감소한다.
상기 제안된 발명의 제1의 목적의 원형은 오일풀(oil pool) (RU 2184842 C2 2002. 7. 10 공개) 의 개발을 위한 방법이며, 여기서 열원과 탄성진동원으로 형성물(formation)생산을 자극하는 것이 제안된다. 열원은 주입유정(injection well)안에 놓여진다. 열원을 이용한 처리는 열원 힘의 주기적 변화로 수행된다. 탄성진동원은 오일생산 유정의 분출방지장치(wellhead)의 표면위에 설치된다. 열원과 탄성진동원은 동일한 진동수에서 주기적으로 일정한 상의 차이(difference of phases)로 작동한다. 상기에서 얻은 효과는 오일점성도의 가장 완벽한 오일의 회수로 이는 오일과 물을 위한 레저부아(resevoir)의 오일점성도와 상투과성(phase permeability)의 변화에 기인한다.
상기 방법의 단점은 유정튜빙(oil-well tubing)에 의한 오일의 운반중 오일에 영향을 미치지 않기때문에 효율이 만족스럽지 못하다는 것이다.
고점성도 오일의 생산을 위한 장치는 (RU 2198284 C2, 2003.2. 10공개)에 게재되어 있는 바, 이는 유정유도 전기히터(induction well electric heater)의 사용을 포함한다. 이 장치에서, 슬릿을 갖는 금속링으로 맞취진 유정튜빙(OWT)은 케이싱과 동시에 자심(magnetic core)이 있다. 상기 외피 외부표면을 감싸는 유도코일의 전선이 슬릿을 통해 설치된다. 상기 장치의 사용으로 추출되는 오일의 가열이 가능해지는 데 이는 전기에너지가 열에너지로 전환되기 때문이다.
상기 장치의 단점은 유정기저대에 있는 지층과 오일에 추가적 영향을 제공하지 않아 장치의 효율성이 감소한다는 것이다.
상기 제안된 발명의 2차적 목적의 원형은 열음향적 유정장치(thermo-acoustic well apparatus) (SU 1086131A 호 . 1984. 4. 15 공개)인데, 이는 자왜 방사선을 사용한 초음파를 가지고 유정기저대 안으로 오일지층의 동시다발적 가열과 방사를 유도하여 유정 안으로 오일의 유입을 증가시킨다.
상기 장치의 단점은 상기 처리가 OWT의 가열없이 오일지층 안에서만이 수행되어 오일생산 동안 상기 장치의 효율성이 감소한다는 것이다.
음향적 유정 회수방법 및 장치 (미국특허출원 제10/615,230호)는 유정 안에 설치된 전기발전기 및 진동시스템을 포함하고 있으므로 음향자극방법 및 그것의 개선을 위한 장치를 특징으로 하여 제시한다. 미국특허출원 제10/615,230호에 게재된 상기 방법은 추출지대에서 전단변형진동(shear vibrations)의 형성을 촉진시킨다. 고점성도 유체의 생산과 관련하여 상기 출원발명의 단점은 그것이 추출지대에서 발생하는 열이나 유정튜빙을 통해서 지표면으로 운반되는 동안 회수된 유체의 자극을 고려하지 않는다는 사실이다.
상기 발명의 제1 및 제2의 목적에서 레저부아(reservoir)의 투과성의 상승 및 오일점성도의 감소에 기인한 오일산업에서 사용되는 관용적 방법에 의한 유정 개발중 고점성도 오일의 생산효율을 증가 및, 화학적 활성시약(산) 및 증기발전기의 부재에 기인한 환경적 안정성 증가라는 기술적 결과가 얻어진다.
고점성도 오일 생산 강화를 위한 방법인 본 발명의 제1목적에서 상기 기술된 기술적 결과가 아래에서 얻어진다.
고점성도 오일 생산의 강화를 위한 방법에서 유정기저대에서의 오일점성도는 유정기저대 위의 고성능 초음파장의 효과로 감소한다. 상기 자극된 초음파장은 부가적으로 상기 유정기저대를 가열한다. 상기 얻어진 오일점성도는 고주파전류에 의한 유정튜빙(OWT)의 가열을 통해 지표면까지 오일이 운반되는 동안 지속된다.
고점성도 오일 생산 강화를 위한 장치인 본 발명의 제2목적에서 상기 기술된 기술적 결과가 아래에서 얻어진다.
고점성도 오일의 생산 강화를 위한 장치는 표면 초음파 발전기 및 오일의 케이싱 파이프로부터 전기적으로 차단된 오일튜빙(OWT)의 말단부에 설치된 하나 이상의 초음파 자왜방사기(ultrasonic magnetostrictive radiator)를 포함하는 것으로 상기 표면초음파발전기 및 초음파 자왜방사기 각각이 세 개의 코드로 된 전기케이블중 2개의 코드에 의해서 서로 전기적으로 연결되는 유정기저대의 초음파 자극 유닛(unit)을 포함한다. 상기 OWT의 가열 유닛은 지표면 고주파 발전기 및, 세 개의 코드로 된 전기케이블중 세번째 코드를 포함하는 것으로 OWT의 전체길이와 고주파전류에 의한 열을 따라서 분포되는 OWT 가열라인으로 구성된다.
본 발명 실시의 한가지 예로는 상기 OWT가열유닛의 지표면 고주파 발전기가 접지된 전선에 의해 OWT에 전기적으로 연결되는 것이다. OWT는 전기적으로 유정의 케이싱 파이프로부터 단절된다. 초음파방사기가 위치한 지점에서 지표면 고주파 발전기가 세 개의 코드로 된 전기케이블 중 세 번째 코드에 의해서 OWT에 연결된다.
본 발명 실시의 또 다른 예로는 OWT 가열유닛의 지표면 고주파발전기의 하나의 출력이 표면 초음파 발전기의 출력중의 하나와 연결되고, 상기 표면 초음파 발전기의 출력과 연결되는 세 개의 코드로 된 전기케이블 중의 상기코드가 양 발전기에 대한 공용코드이다. 상기 상태에서 상기 지표면 고주파발전기의 2차 출력이 세 개의 코드로 된 전기케이블 중 세번째 코드에 의해 초음파 자왜방사기가 있는 위치에서 세개의 코드로 된 전기케이블 중 공용코드에 연결된다.
또한, 고주파전류에 의한 상기 OWT 가열라인은 부가적으로 2이상의 OWT에 설치되고 세 개의 코드로 된 전기케이블중 세 번째 코드에 연결된 유도기를 포함한다.
상기 상태에서, 초음파 자왜방사기는 공동(空洞) 실린더 (hollow cyclinder)의 형태로 제작되는 데, 이의 내부지름은 상기 OWT 내부지름에 대응한다.
도1은 유정의 일반적 구조를 도시한다.
도2는 고점성도 오일의 생산강화를 위한 방법 실시 기구를 도시한다.
도3는 공용코드를 사용한 고점성도 오일의 생산강화를 위한 방법 실시 기구를 도시한다.
도4는 공용코드와 유도기를 사용한 고점성도 오일의 생산강화를 위한 방법실시 기구를 도시한다.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1:지표면 2:유층(stratum resevoir)
3:표면 초음파발전기 4:초음파 자왜방사기
5:OWT(oil well tubing) 6:유정 케이싱파이프,
7,8,11:코드 9:전기케이블
10:표면 고주파발전기 12:접지된 전선
13:절연체(insulator) 14,15: 유도기
도1-4에서 도시된 본 발명에서 고점성도 오일의 생산 강화를 위한 방법을 수행하기 위한 장치로서 OWT 가열유닛의 가열라인을 연결하기 위한 다양한 예가 고주파 전류에 의해 설명된다.
도1은 상기 유정, 지표면(1)(표면 초음파발전기(3) 및 표면 고주파발전기(10)을 포함)에서 표면장치(20), 그리고 유정튜빙(5)의 말단부에서 세개의 코드로 된 전기케이블(9)에 의해 연결된 초음파 자왜방사기(4)의 일반적 구조를 나타낸다.
도2에서 아래의 사항을 알 수 있다. : 지표면(1), 레저부아(stratum reservoir,2) 표면 초음파발전기(3) 및 OWT(5)의 말단부에 위치한 1이상의 초음파 자왜방사기(4)를 포함하는 유정기저대의 초음파 자극 유닛
초음파 자왜방사기(4)는 공동(空洞) 실린더 (hollow cyclinder)의 형태로 제작되는 데, 이의 내부지름은 상기 OWT(5)의 내부지름에 대응한다.
표면 초음파발전기(3) 및 초음파 자왜방사기(4)가 전기적으로 서로 각각 세 개의 코드로 된 전기케이블(9)중 두 개의 코드(7,8)에 의해 연결된다.
상기 OWT의 가열 유닛는 표면 고주파발전기(10) 및, 세 개의 코드로 된 전기케이블(9)중 세 번째 코드(11)을 포함하는 것으로 OWT(5)의 전체길이와 고주파전류 에 의한 열을 따라서 분포되는 OWT 가열라인으로 구성된다.
본 발명 실시(도2)의 한가지 예로는 고주파 전류에 의한 상기 OWT(5)의 가열라인에서 지표면(1)위에서 표면 고주파발전기(10)의 하나의 출력이 접지된 전선(grounded wire,12)에 의해 OWT(5)에 전기적으로 연결된다. 표면 고주파발전기(10)의 다른 출력은 초음파 자왜방사기(4)의 위치에서 유정기저대에 있는 케이블(9)의 세번째 코드(11)에 의해서 OWT(5)에 직접 연결된다. OWT(5)는 절연체(13)의 사용으로 유정케이싱 파이프(6)과 전기적으로 단절된다.
도3에서 나타난 다른 구체적 예에서 고주파 전류에 의한 OWT(5)의 가열라인에서 표면 고주파발전기(10)의 하나의 출력은 지표면(1)위에서 표면 초음파발전기(3)의 출력중 하나에 연결되고 상기 출력에 연결된 세 개의 코드로 된 전기 케이블(9)중의 코드(8)는 발전기(3, 10)을 위한 공용코드이다. 상기 상태에서 표면 고주파발전기(10)의 2차 출력은 세개의 코드 전기 케이블(9)의 세 번째 코드(11)에 의해 초음파 자왜방사기(4)의 위치에서 유정기저대에 있는 케이블(9)의 공용코드(8)에 연결된다.
OWT(5)의 보다 강화된 가열 및 결과적으로 오일운반의 촉진을 위한 고주파 전류에 의한 OWT 가열라인은 부가적으로 OWT(5)위에 설치되고 세 개의 코드로 된 전기케이블(9)의 세 번째 코드(11)에 연결된 두 개 이상의 유도기(14,15 도4)를 포함할 수 있다.
방법의 실시예는 아래와 같다.
상기 표면 초음파발전기(3)으로부터의 고성능 초음파 진동은 세 개의 코드 로 된 전기케이블(9)의 코드(7,8)을 통해서 초음파 자왜방사기(4)에 전달된다. 표면 초음파발전기(3)에 의해 유도된 초음파 진동력은 생산되는 오일의 점성도와 양에 근거한다. 초음파 진동력을 조절함에 의해서 오일 생산공정의 최적화가 달성된다.
지층의 두께 및 생산되는 오일의 점성도와 양의 증가에 따라 초음파방사기의 수는 1에서 1이상으로 상승변화하면서 차이를 보인다. 지층두께 20m 이상 , 투과성 20밀리다시(millidarcy)이하, 공극률 20% 미만, 수율(yield) 15-20 톤/일 및 점성도 약 50센티포이즈(centipoise)가 2이상의 고성능 방사기를 설치하는 데 필요하다.
자왜방사기에 의한 초음파장의 자극상태에서 아래와 같이 발생한다:
1. 초음파장에서 유정기저대의 열 및 물질전달 과정의 강화
2. 초음파장에서의 오일점성도의 감소(자유공간에 비해 약 30%정도 감소하고 음향모세관 효과하 다공 매개체에서 대체로 더 큰 수치로 감소한다. 점성도의 감소치는 매개체의 공극률 성질과 초음파장의 변수에 의해서 결정된다.
3. 효율이 50%를 초과하지 않으므로 자왜방사기에서의 에너지손실에 기인한 유정기저대의 가열 및 유정기저대안으로의 열전달
4. 전기음향 변환기(electro-acoustic transducer)로서 자왜방사기를 사용함은 압전세라믹의 사용과 비교할 때 결과적으로 고 큐리점(a higher Curie point)인바, 상기 방법을 수행하는 데 작동온도를 대개 증가시킨다.
유정기저대로부터 오일은 OWT(5)안으로 유입된다. OWT(5)는 아래방법에서 고 주파전류에 의해 가열된다.
세 개의 코드로 된 전기 케이블(9)의 세 번째 코드(11)의 OWT(5)로의 공용코드(8)을 통한 또는 직접연결의 1차 및 2차의 양자예에서 OWT의 유도가열은 고주파 전류에 의해 발생된다.
1차예(도2)에서, 표면 고주파발전기(10)로부터 세 번째 코드(11)를 직통하는 고주파전류는 OWT(5)로 유입되고 OWT를 가열한다. 그러나, 그 상태에서 케이싱파이프(6)의 OWT(5)의 절연체가 절연체(13)의 사용과 더불어 필요하다. 상기 방법은 오일추출의 보다 호적한 상태에서 사용가능하다.
2차예(도3)에서, 표면 고주파발전기(10)로부터 세 번째 코드(11)와 공용코드(8)의 접합을 통해 고주파전류는 OWT(5)로 유입되고 OWT(5)를 가열한다. 이 경우에 OWT(5)의 절연은 불필요하다. 상기 구체예는 보다 용이하게 생산가능하지만, 케이블의 온도안정성에 의한 오일생산의 온도조건에서의 증가에는 제한이 있고, 이런 관계상 오일생산의 덜 불리한 조건하 사용하는 것이 바람직하다.
오일생산의 가장 불리한 조건하에서, OWT(5)의 추가 가열을 이용하는 것이 적절한 데, 이는 유도기(14,15)에 의해 수행된다.
상기 방법으로 가열된 튜빙에 의해서 운반된 오일은 감소된 점성도를 가지며 따라서 오일생산의 효율은 증가한다.
상기 제안된 발명에서, 레저부아의 투과성 증가, 오일의 점성도 감소 및 결과적으로 오일생산의 효율증가가 환경적 안정성 증가와 더불어 아래를 원인으로하여 얻어진다:
초음파 및 열처리의 조합처리에 기인한 유정기저대에서의 오일점성도 감소.
OWT에서 고주파전류에 의한 가열에 기인한 오일점성도의 감소.
Claims (9)
- 고점성도 오일생산 강화를 위한 장치에 있어서,상기 장치는, 표면 초음파장치 및 유정튜빙(OWT)의 말단부에 설치된 적어도 하나 이상의 초음파 자왜방사기를 포함하는 유정기저대의 초음파자극을 위한 초음파자극유닛;과표면 고주파발전기 및 유정튜빙의 전 길이에 걸쳐 분포하고 고주파전류에 의해서 유정튜빙을 가열하는 유정튜빙 가열을 위한 라인으로 구성된 유정튜빙 가열을 위한 가열유닛을 포함하며상기 라인은 세 개의 코드로 된 전기케이블 중 세 번째의 코드를 포함하고, 상기 표면 초음파장치와 초음파 자왜방사기는 세 개의 코드로 된 전기케이블 중 두개의 코드에 의해 전기적으로 상호연결되는 것을 특징으로 하는 고점성도 오일생산 강화를 위한 장치.
- 제1항에 있어서,상기 유정튜빙의 가열을 위한 가열유닛은 지표면 위에서 표면 고주파 발전기를 포함하며,상기 고주파 발전기는 접지된 전선에 의해 전기적으로 유정 케이싱파이프로부터 절연된 유정튜빙에 전기적으로 연결되고 상기 초음파 자왜방사기가 있는 위치 에서 세 개의 코드로 된 전기케이블 중 세 번째 코드에 의해 유정튜빙에 연결되는 것을 특징으로 하는 고점성도 오일생산 강화를 위한 장치.
- 제2항에 있어서, 상기 초음파 자왜방사기는 유정튜빙의 내부지름에 대응하는 내부지름을 갖는 것을 특징으로 하는 고점성도 오일생산 강화를 위한 장치.
- 제3항에 있어서, 상기 초음파 자왜방사기는 공동(空洞)의 실린더 형태 또는 상기 실린더 형태와 유사한 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 고점성도 오일생산 강화를 위한 장치.
- 제1항에 있어서,상기 유정튜빙 가열유닛은 지표면 위에서 상기 표면 초음파 발전기의 1차출력에 연결된 표면 고주파 발전기의 하나의 출력을 포함하고상기 표면 초음파발전기의 1차출력에 연결된 세 개의 코드로 된 전기케이블 중 하나의 코드가 양 발전기용 공용코드이며,상기 표면 고주파발전기의 2차 출력은 상기 초음파 자왜방사기의 위치에서 세개의 코드로 된 전기케이블의 세번째 코드에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 고점성도 오일생산 강화를 위한 장치.
- 제5항에 있어서, 고주파전류에 의한 상기 유정튜빙 가열을 위한 라인은 부가 적으로 유정튜빙에 설치되고 상기 세 개의 코드로 된 전기케이블의 세 번째 코드에 연결된 두 개 이상의 유도기를 포함하는 것을 특징으로 하는 고점성도 오일생산 강화를 위한 장치.
- 제6항에 있어서, 상기 초음파 자왜방사기는 유정튜빙의 내부지름에 대응하는 내부지름을 갖는 것을 특징으로 하는 고점성도 오일생산 강화를 위한 장치.
- 제3항에 있어서, 상기 초음파 자왜방사기는 공동(空洞)의 실린더 형태나 이와 유사한 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 고점성도 오일생산 강화를 위한 장치.
- 고점성도 오일생산 강화를 위한 방법에 있어서,유정기저대의 오일점성도는 고성능 초음파장을 상기 유정기저대에 적용하는 단계; 상기 유정기저대의 가열을 제공하는 단계; 및 고주파전류에 의한 유정튜빙(OWT)의 가열을 통한 지표면으로 오일운반중 상기 얻어진 감소된 점성도를 유지하는 단계;에 의해서 감소되는 것을 특징으로 하는 고점성도 오일생산 강화를 위한 방법.
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