KR20070060103A - 해저 굴삭을 위한 원격 가스 모니터링장치 - Google Patents
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Abstract
원격작동되는 해저 시스템에 결합된 가스 모니터링 장치로서, 이 장치는 보어홀 내의 천층 가스의 인터셉션을 실시간으로 검출 및/또는 측정할 수 있도록 구성된 검출장치를 포함한다. 일 형태의 가스 모니터링장치는 드릴스트링을 포함하는 해저 굴삭용 굴삭장치와 함께 사용하기에 적합하다. 상기 가스 모니터링장치는 굴삭작업으로부터 발생된 굴삭유체 리턴을 수용하기 위한 수집실을 구비하는 하우징을 포함한다. 상기 장치는 상기 수집실로부터 굴삭유체 리턴을 배출하기 위한 배출도관을 더 포함하고, 상기 수집실 및 배출도관은 상기 굴삭유체가 주로 용해 가스를 함유하는 상 및 존재하는 경우의 유리 기체상을 포함하는 층상류로서 배출되도록 구성되어 있다. 상기 배출도관에는 가스센서가 결합되어 있고, 주로 용해 가스를 함유하는 상 내의 모든 가스를 검출함과 동시에 측정된 가스농도 신호를 실시간으로 수면의 작동 스테이션으로 송신하도록 배치되어 있다. 다른 형태의 가스 모니터링장치는 해저 굴삭용 굴삭장치와 함께 사용하기에 적합한 가스 모니터링 프로브 조립체를 포함한다. 상기 가스 모니터링 프로브 조립체는 상기 굴삭장치의 드릴스트링의 일단부에 부착할 수 있는 하우징을 포함하고, 상기 하우징의 내부에 가스센서 표면을 구비하는 가스센서를 포함한다.
해저, 굴삭, 원격, 가스, 모니터링
Description
본 발명은 해저의 천층 가스(shallow gas)의 모니터링에 관한 것이다. 해저라는 용어는 바다, 대양, 호수, 강, 댐 등과 같은 수역의 하측의 지반을 포함하는 의미이다.
본 발명의 여러 관점에 따른 장치는 원격 작동되는 해저 굴삭기에 사용하기에 적합하다. 굴삭기라 함은 해저를 천공할 수 있는 모든 형태의 장치를 포함한다. 해저의 천공은 굴삭수단 또는 다른 천공수단에 의해 달성된다.
따라서, 굴삭작업이라 함은 해저의 천공이 성립되는 기타의 작업을 포함한다. 또 굴삭기 및 상기 굴삭기의 일부를 구성하는 드릴스트링(drill strings)이라 함은 분석용 시료 채취 등을 위해 해저를 천공할 수 있는 설비를 포함한다.
해저의 굴삭작업은 지질공학적 시료 채취 및 실험, 해저 이산화탄소 탐사, 지질 위험성 확인, 및 특수한 과학연구를 포함하는 많은 목적을 위해 광범위하게 실시된다. 굴삭작업시 해저의 천층 가스전을 만나면 그 굴삭작업에 심각한 위험을 줄 수 있다. 해저 가스는 천층 퇴적층 내의 해양 생물의 분해에 의해 생성되거나 심해의 탄화수소원으로부터 침출된다. 상기 가스전은 독성 및/또는 폭발성이 있을 수 있고, 해저에 고압상태로 갇혀 있을 수 있다.
수심이 300 m를 초과하는 특정의 고압 및 저온 영역의 해저 직하부의 퇴적물에는 가스 수화물(gas hydrates)이 함유되어 있다.
수화물은 준안정 상태의 고체상 가스-물 구조로서, 이 것은 해저 침전물의 강도 및 안정성에 큰 영향을 줄 수 있다. 따라서, 가스 수화물은, 특히 심해 유전이나 가스전 탐사 및 개발활동에 의해 해저의 급격한 불안정화가 유발되는 정도로 토양상태가 변화되는 영역에 있어서, 그 에너지원으로서의 잠재력은 차치하고, 해저의 지질학적 위험성의 중요한 고려 대상이다.
존재하는 경우, 천층 가스의 존재는 굴삭작업 개시전의 탐사에 의해 알 수 있는데, 천층 가스가 있는 해저는 폭마크(pork marks) 및/또는 얕은 함몰부에 의해 식별된다. 가스 수화물 퇴적물 및 하부의 유리 가스는 해저의사반사면으로서 지진기록상에 표시된다. 다른 경우, 특히 해저에 불투성 층이 존재하는 경우, 해저의 특징이 천층 가스전의 존재를 즉각 알려주지 못하므로 이것을 불시에 만나게 될 수 있다.
해저 굴삭작업은 굴삭선, 갑판승강식 해양굴삭장치(jack-up rig) 또는 반잠수형 해양굴삭장치(semi-submersible drilling rig)와 같은 수상 플랫폼으로부터 수행될 수 있다. 이 경우, 드릴스트링은 수주(water column) 내의 라이저(riser)를 통해 보어홀 내로 연장되어 있다. 비교적 저가인 다른 형태의 해저굴삭작업 및 시료채취작업은 수상 함선의 중앙부 상에서 해저에 배치된 원격제어 시스템을 통해 수행된다. 이 경우, 드릴스트링은 해저장치로부터 보어홀 내에 연장되고, 수상 함 선은 보어홀의 직상부에 정박시킬 필요가 없다.
보어홀이 천층 가스전을 관통하면 황화수소 및 메탄과 같은 독성가스 및/또는 가연성 가스가 방출될 수 있고, 이 가스를 굴삭선 부근의 수면으로 배출시키면, 작업자의 건강과 시설의 안정성을 해칠 수 있다. 굴삭설비를 해저에 설치한 경우, 고압가스가 방출되면 급작스럽고 통제가 불가능하게 해저의 지지력이 손실되거나, 시설의 기초가 세굴(scouring;洗掘) 및 천굴(undermining;穿掘)될 가능성이 있다. 이 경우, 시설이 불안정 해지고, 시설이 전도됨으로써 생산성이 손실된다. 수화물을 관통하는 굴삭작업은 압력 및 온도의 변화를 유발함으로써 수화물을 급격히 해리시키고, 그 결과 해저의 분출 및/또는 불안정화를 유발한다.
심해의 해저 퇴적물로부터 지질공학적 평가를 위해 시료를 채집할 때, 시료는 수면으로 올라옴에 따라 극심한 감압을 겪게 된다. 간극수 내에 용해된 가스는 용액으로부터 배출되어 시료를 어지럽히고, 그 결과 시료의 품질 및 실험실에서의 실험결과의 해석에 중대한 영향을 줄 수 있다. 가스 수화물이 퇴적될 수 있는 해저 퇴적토의 강도 특성에 대한 지식은 해저 하부구조를 경제적으로 설립하는데 매우 중요하다. 따라서, 용해 가스의 함량 및 포화도에 대해 지식을 얻는 것은 매우 중요한 단계이다.
따라서, 천층 가스 발생의 검출, 모니터링 및 측정은 해저 굴삭작업, 시료채취 및 지질공학적 조사의 중요한 관점이다. 공지의 관행은 (a) 수면에서의 굴삭 리턴(drilling returns)의 모니터링 및 (b) 보어홀 내의 가스 시료채취 프로브의 배치를 포함한다.
(a) 굴삭 리턴의 모니터링
굴삭작업에 있어서, 일반적으로 절삭 비트의 냉각 및 윤활을 위해 그리고 보어홀로부터 절삭물을 제거하기 위해 굴삭 파이프를 통해 굴삭유체 또는 굴삭이토(drilling mud)를 절삭 비트까지 펌핑한다. 보어홀로부터 복귀한 굴삭이토 내에는 토양 매트릭스로부터 방출된 유리 가스 및 용해가스를 포함한 절삭 비트에 의해 천공된 지층의 대표 물질의 연속적 시료가 함유되어 있다. 상기 굴삭이토 리턴은 통상 회전하는 굴삭 파이프 및 그 주위의 케이스 관(casing pipe) 사이의 환형 통로를 따라 상승한다.
수면 함선 또는 플랫폼으로부터 수행되는 해저 굴삭작업에 있어서, 통상 이토 로깅 시스템(mud logging system)이 사용된다. 상기 시스템은 복귀된 굴삭이토가 저장탱크로 복귀하기 전에 그 굴삭이토로부터 유리된 가스를 모니터링 및 분석하는 것을 포함한다. 다양한 센서 또는 고속 가스 크로마토그래피 기구는 황화수소 및 특히 메탄과 같은 저분자량의 탄화수소의 존재를 측정한다. 그러나, 심해에서의 작업시 굴삭이토 리턴이 보어홀로부터 수면의 측정영역까지 이동하는데 소요되는 시간에 기인하여 상당한 측정지연이 발생한다. 예상치 않은 고압의 가스포켓을 만나면 드릴스트링의 내압의 급격히 상승하고, 극단적인 경우 가스폭발의 가능성이 있으므로 폭발방지 장치가 필요하다.
원격동작 시스템을 통해 해저 굴삭작업을 수행하는 경우, 굴삭유체는 주변에 있는 해수를 이용하거나, 드릴스트링을 따라 절삭비트까지 하향 펌핑하기 전에 해 수에 합성 이토 농축물을 소망의 비율로 혼합한 것을 이용할 수 있다. 이 경우, 절삭이토는 재순환되지 않고, 보어홀에서 나온 절삭물과 함께 해저에 배출된다. 상기 원격동작 해저 시스템은 통상 폭발방지 장치를 구비하지 않고, 가스 모니터링 능력이 없으므로 불편하다. 따라서, 보어홀이 천층 가스전에 접근중에 있는지 또는 관통하고 있는지의 여부를 검출할 수 없고, 또는 잠재적인 위험 상태가 발달하고 있는 것을 굴삭 작업자에게 경고할 수 없다.
(b) 가스 시료채취 프로브(Gas sampling probes)
종래 가스 함량을 분석할 수 있는 원위치의 간극수의 시료를 얻는데 NGI Deepwater Gas Probe와 같은 시료채취 프로브를 이용하였다. 이들 프로브는 개방될 수 있고, 간극수 시료에 대해 기밀상태로 폐쇄될 수 있는 내부용기를 구비하고, 또 온도 및 압력측정 장치를 구비한다. 그러나, 실험 중인 프로브와의 통신수단이 없으므로 실시간으로 데이터를 획득할 수 없고, 측정은 해수면까지 프로브를 회수할 때까지 기다려야 하고, 필요한 시료채취시간 및 시료채취간격은 대기시간 및 토양의 상태에 대한 가정된 지식에 기초하여 실시 전에 사전 프로그램되어야 한다. 현장 측정능력이 결핍됨으로써 선상 실험 설비가 필요하고, 더욱 시간이 지연되는 한편, 결과는 간극수의 가스함량을 기계적으로 분석하여 얻는다.
다른 형태의 시료채취, 특히 가스 수화물의 시료채취는 HYACE Rotary Corer 및 Fugro Pressure Corer와 같은 고압 코어링 공구(pressurised coring tools)를 사용한다. 가스 수화물은 정상 기압에서 급속히 해리되는 자연 발생적인 불안정 화합물이다. 고압공구에 의해 시료는 오토클레이브될 수 있고, 다양한 물리검사 및 지구화학적 분석을 위해 자체의 자연압력하에서 해수면에 접촉할 수 있다. 그라운드 트루싱(ground truth) 및 다른 연구에 유용하지만, 고압 코어링 공구는 현재 원격동작식 해저 시스템을 통해 배치하기에는 부적합한 대직경이다.
본 명세서에서 사용하는 원격작동식 해저 시스템이라 함은 해수면 플랫폼으로부터 수동으로 작동시키는 형식이 아니고, 일반적으로 굴삭공구 및/또는 다운홀 프로브를 무인조종 형식으로 배치하거나, 해저 플랫폼 또는 다른 형식의 차량으로부터 보어홀의 하방에 배치한 상황을 의미한다. 프로브와 해저 플랫폼/시스템 사이의 통신은 와이어(들), 케이블(들) 및/또는 무선수단으로 할 수 있다. 해저 시스템과 해수면의 차량(원격 작동 스테이션) 사이의 통신은 와이어 및/또는 케이블(예, 전기 파이버 계측 또는 광파이버 계측)로 할 수 있다.
본 발명의 목적은 해저 가스의 검출, 모니터링 및 시료채취와 관련된 전술한 결점들 중의 하나 이상의 결점을 완화시키는 방법 및/또는 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 일관점에 따르면, 본 발명은 원격작동식 해저 시스템에 연결된 가스 모니터링 장치를 제공한다. 이 장치는 보어홀 내에서 천층 가스의 인터셉션(interception)을 실시간 검출 및/또는 측정할 수 있도록 구성한 검출장치를 포함한다.
상기 검출장치는 굴삭유체의 리턴을 연속적으로 수집함과 동시에 굴삭유체 리턴을수중 가스 센서와 접촉시키는 수집장치를 포함한다.
일 형태의 가스 모니터링 장치는 드릴스트링을 포함하는 해저의 굴삭을 위한 굴삭장치와 함께 사용하는데 적합하다. 상기 가스 모니터링장치의 내부에는 하우징이 구비되어 있고, 이 하우징의 내부에는 굴삭작업으로부터 생성된 굴삭유체 리턴을 수용하기 위한 수집실이 구비되어 있다. 상기 굴삭유체 리턴은 유체를 포함하고, 이 유체 내에는 굴삭작업으로부터 생성된 고형물 및 존재하는 경우 용해가스가 함유되어 있다. 상기 가스 모니터링 장치는 또 상기 수집실로부터 굴삭유체 리턴을 배출하기 위한 배출도관을 포함하고 있다. 상기 수집실 및 배출도관은 상기 절삭유체를 주로 용해 가스함유상 및 존재하는 경우 유리 가스상을 함유하는 층상류로서 배출하도록 구성되어 있다. 상기 장치는 또 상기 배출도관에 결합됨과 동시에 주로 용해 가스 함유상 내의 모든 가스를 검출하도록 배치된 하나 이상의 가스 센서를 포함하고 있다.
상기 굴삭장치는 또 사용시 해저의 보어홀 내에 배치되는 관형 케이싱을 더 포함할 수 있고, 상기 드릴스트링은 상기 관형 케이싱을 관통하도록 구성되어 있고, 상기 관형 케이싱의 내벽과 드릴스트링 사이에는 상기 굴삭유체 리턴이 통과할 수 있는 대략 환형인 공간이 형성되어 있다. 상기 하우징은 상기 굴삭유체 리턴이 상기 수집실 내로 유입될 수 있도록 상기 관형 케이싱에 작동이 가능하게 장착될 수 있다. 상기 하우징의 내부에는 통로가 관통연장되어 있고, 이 통로를 통해 상기 드릴스트링이 삽입될 수 있고, 상기 수집실은 상기 통로와 유체 연통상태에 있다. 상기 관형 케이싱은 상기 통로 내에 연장되는 것이 바람직하다.
상기 장치는 상기 수집실과 드릴스트링 및 케이싱을 시일하기 위한 시일수단을 구비한다.
상기 가스센서는 존재하는 주로 용해 가스를 함유하는 상과 접촉하도록 상기 배출도관 내에 검출표면을 구비할 수 있다. 상기 검출표면은 존재하는 유리 가스상과의 접촉을 방지하도록 상기 배출도관의 최상부 영역으로부터 이격된 위치의 상부영역에 배치되는 것이 바람직하다.
상기 하우징은 상기 해저로부터 이격되어 있고, 상기 배출도관은 상기 수집실의 일측으로부터 상기 해저를 향해 연장해 있는 것이 바람직하다.
다른 형태의 장치는 해저 굴삭용 굴삭장치와 함께 사용하기에 적합한 가스 모니터링 프로브 조립체를 포함하고, 상기 굴삭장치는 드릴스트링을 포함하고, 상기 가스 모니터링 프로브 조립체는 상기 드릴스트링의 일단부에 부착할 수 있는 하우징을 포함하고, 상기 하우징 내에 가스센서 표면을 구비하는 가스센서를 구비한다.
상기 프로브 조립체는 상기 하우징의 일단부에 토양 천공팁을 더 포함한다.
복수의 개구 또는 상호연결 통로는 상기 보어홀 층으로부터 상기 가스센서 표면까지 간극수의 침투를 허용하도록 제공될 수 있다. 상기 복수의 개구 또는 상호연결 통로는 다공물질의 필터요소를 경유하여 제공될 수 있다.
상기 프로브 조립체는 상기 드릴스트링 및 상기 가스센서 표면 사이에 청정수에 의한 센서 표면의 세류를 허용하는 내부 연결통로를 더 포함할 수 있다. 또, 측정된 데이터 신호를 기록함과 동시에 실시간으로 원격 작동 스테이션까지 전송하는 수단을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 원격 작동되는 해저 굴삭장치 또는 시료채취장치와 관련하여 보어홀 내의 천층가스의 인터셉션을 원격 검출 및 원격 측정하기 위한 방법으로서, 상기 방법은 상기 보어홀로부터 굴삭유체 리턴을 연속적으로 수집하는 단계, 상기 굴삭유체 리턴을 주로 고형물을 함유하는 수성상, 존재하는 경우의 주로 용해 가스를 함유하는 수성상, 및 존재하는 경우의 유리 가스상으로 분리하는 단계, 상기 용해 가스를 함유하는 수성상이 하나 이상의 수중 가스 측정 센서에 접촉하는 상태로 유동하도록 허용하는 한편 유리 가스상은 상기 센서를 우회하도록 하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 원격 작동되는 해저 굴삭장치 또는 시료채취장치와 관련하여 보어홀 내의 천층가스의 인터셉션을 원격 검출 및 원격 측정하기 위한 방법으로서, 상기 방법은 가스센서 프로브 조립체를 드릴스트링의 일단부에 연결하고, 상기 프로브 조립체를 상기 보어홀 내에 하강시키고, 상기 프로브를 상기 보어홀의 저부의 토양 내에 밀어넣는 단계; 상기 보어홀 층의 간극수가 가스센서에 접촉상태로 침투하는 것을 허용하는 단계; 가스농도를 기록함과 동시에 측정된 데이터 신호를 실시간으로 원격 작동되는 해저장치에 송신하고, 다음에 수면 함선 상의 원격 작동 스테이션에 송신하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
이하, 본 발명의 추가의 바람직한 실시형태 및 다양한 관점의 변경례에 대해 설명한다.
따라서, 본 발명의 제1의 관점에 있어서, 원격작동 해저 시스템 상의 굴삭이토 리턴(drilling mud returns)을 통해 해저 가스를 검출 및 분석하는 수단을 제공할 수 있다. 수집실은 보어홀로부터 굴삭유체 리턴이 배출되는 케이싱 파이프의 상단에서 드릴스트링의 일부를 에워싸도록 제공될 수 있다. 상기 수집실은 굴삭장치를 케이싱 상에 고정하는 클램프에 대해 케이싱 파이프의 초기 위치를 설정하는데 사용되는 케이싱 가이드의 일부로 구성할 수 있다.
상기 수집실의 저부는 상기 케이싱 파이프의 주위에서 고무 또는 유사 물질로 구성된 하부 탄성 시일에 의해 시일될 수 있다. 수집실의 상부는 고무 또는 유사 물질로 구성된 상부 탄성 시일에 의해 시일되거나 상기 드릴스트링의 회전운동 및 상하운동을 허용하는 플로팅(floating) 형식의 시일에 의해 시일될 수 있다. 상기 상부 시일은 회전하는 굴삭관과의 접촉에 의해 마모된 경우 용이하게 교체할 수 있다.
수집실의 측면에는 하향 경사의 배출관이 부착되는 출구가 구비될 수 있다. 상기 배출관의 상부는 가스센서의 센싱 표면이 배출관 내에 배치되도록, 그러나 배출관의 상부로부터 원주방향으로 분기(offset)되도록 구성되어 있다. 상기 가스센서는 전선을 통해 전원 및 해저 굴삭장치 상의 원격측정 인터페이스에 연결된다. 상이한 종류의 가스 및 가스 농도를 측정하기 위해 하나 이상의 가스센서가 제공될 수 있다.
작동 중, 펌핑에 의해 굴삭관을 통해 하강하는 굴삭유체 또는 굴삭이토는 보어홀의 저부로부터 드릴비트에 의해 천공된 구조로부터 유출되는 유체 및 기체를 포함하는 절삭물을 포집한다. 생성된 혼합물은 보어홀의 저부의 최고압 영역으로부터 굴삭 환형통로(회전하는 굴삭관과 고정된 케이싱 관 사이의 좁은 환형 통로)를 통해 케이싱의 상부의 최저압 영역으로 유동한다. 여기서 굴삭유체 혼합물은 수집실 내로 유입되고, 이어서 배출관 내로 유입된다. 배출관 내의 혼합물은 층상류를 형성하는 경향이 있다.
상기 혼합물이 배출관을 통과하는 동안 절삭물 입중 중 치수가 큰 모래 및 세사(grit)는 침강하고, 용해 가스를 함유하는 주로 수성 부분은 배출관의 상부의 가스센서의 표면에 접촉된 상태로 유동한다. 따라서, 상기 가스센서의 표면은 귀환된 굴삭유체의 흐름이 쓸고 지나가므로 관통된 해저물질 내의 용해 가스 농도를 연속적으로 측정한다. 측정 출력신호는 수면의 함선의 원격 작동 스테이션에 실시간으로 전송된다.
굴삭유체 혼합물 내에 포획된 임의의 유리가스 기포는 가스센서의 표면상에 수집될 수 없고, 측정신호를 포화시키는 원인이 된다. 유리 가스 기포는 상기 배출관의 최상측부의 주로 기체부분 내로 상승함으로써 층상류 상에서의 위치에 기인되어 가스센서의 표면을 우회한다.
전술한 연속 측정에 의해 가스 위험에 대한 사전 경고를 짧은 시간 안에 제공할 수 있다. 굴삭 환형 통로를 통한 굴삭유체의 복귀 시간을 나타내는 상기 짧은 시간의 길이는 절삭비트의 깊이 및 환형 통로 내의 유체의 유속에 의해 결정된다.
일례로서, 외경(dp)이 54 mm인 B치수의 굴삭관, 내경(dc)이 60 mm인 케이싱 관, 해저의 깊이(L)가 50 m, 굴삭수의 유속(F)이 15 L/분인 굴삭작업을 고려한다.
상기 굴삭 환형통로의 단면적(A)은 다음의 관계식으로 주어진다.
A = (π/4)(dc 2 - dp 2)
=(π/4)(0.0602 - 0.0542)
=5.37 x 10-4 m2
보어홀이 완전히 케이스에 의해 덮혀 있고, 주위의 토양에 대해 출입하는 물의 순손실 또는 순이익이 없고, 굴삭 환형 통로 내의 굴삭수의 유속(V)이 아래와 같이 주어진다고 가정한다.
V = F/A
= 0.015/60/5.37 x 10-4
= 0.465 m/초
상기 환형 통로 내의 굴삭유체의 통과시간(T)은 다음 식으로 주어진다.
T = L/V
= 50/0.465 = 107 초
실제로, 보어홀의 케이스가 덮혀 있지 않는 부분 내로 굴삭유체가 누설되는 손실이 발생하면, 리턴의 유량은 감소되고 응답시간은 그에 비례하여 길어진다. 그러나, 상기 리턴은 인터셉션된 토양의 가스 농도를 대표하는 용해 가스의 농도를 유지한다. 가스 농도의 검출 범위는 가스센서의 측정감도 및 굴삭유체에 기인하는 희석인자에 따라 달라진다.
도 2는 굴삭작업 중의 가스 인터셉션의 순서를 도시한 그래프이다. 상기 실시예에 있어서, 전형적인 천공속도가 4mm/초인 경우 보어홀은 107초의 측정시간 동안 약 430mm의 깊이까지만 천공된다. 상기 용해 가스의 원위치에서의 농도는 절삭물질과 굴삭유체 유속의 희석율에 의해 계산될 수 있다. 예를 들면, 외경이 60 mm이고 내격이 44mm인 B치수의 코어링 비트(coring bit)는 천공속도가 4mm/초일 때 5.23 x 10-6 m3/초를 절삭하고, 굴삭유체의 유속이 15L/분일 때 희석율은 48:1이 된다. 전형적인 메탄센서는 측정감도의 범위가 300 nmol/L 내지 10 μmol/L이고, 따라서 용해 가스 농도의 검출범위의 하한은 48 x 300 nmol/L 또는 약 15 μmol/L이다.
상기 보어홀을 넌코어링 비트(non-coring bit) 및/또는 저유속의 굴삭유체로 보오링하면 희석율이 낮아지고 감도가 높아진다. 전술한 실시예에 있어서, 넌코어링 비트를 사용하고 유체유속이 15L/분인 경우, 희석율은 22:1이 된다. 즉, 원위치의 용해 가스 농도는 굴삭유체 리턴 내에서 측정된 농도의 22배가 되고, 원위치의 용해 가스 농도의 검출범위의 하한은 22 x 300 nmol/L, 또는 약 7 μmol/L이 된다.
아래의 공정에 따라 일정한 길이에 걸쳐 굴삭공정을 수행함으로써 원위치 용해 가스 농도를 더욱 정밀하게 측정할 수 있다.
(a) 측정된 가스농도를 0값까지 소산시키거나 기본값까지 안정화시키는 단계
(b) 소정의 깊이까지 굴삭작업을 진행하는 단계
(c) 굴삭유체 리턴의 농도를 시간함수로서 기록하는 단계
(d) 굴삭작업을 중단하고, 유체를 비트에 펌핑하는 단계
(e) 측정된 가스농도를 0값까지 소산시키거나 기본값까지 안정화시키는 단계
(f) 소정의 깊이에서 방출된 가스의 총 체적을 산출하기 위해 측정된 반응곡선을 적분하는 단계
(g) 소정 깊이의 보어홀로부터 절삭된 물질의 체적을 연산하는 단계
(h) 연산된 가스 체적을 절삭 물질의 체적으로 나누는 단계.
단계 (f)에서의 용해 가스의 총 체적은 도 2의 측정된 가스농도 곡선 아래 쪽의 빗금 친 부분의 면적으로 표시된다. 실제로, 구조에 대한 굴삭유체의 누설이 발생하는 경우, 상기 방법에 의하면 총 용해 가스의 체적이 저평가하게 된다. 그러나, 도플러 유량계(doppler flowmeter)와 같은 적절한 계측기를 이용하여 배출관 내의 유출 유체를 측정하고, 측정된 굴삭유체 입력 유속과 비교하면 상기 저평가된 값을 수정할 수 있다. 또, 주변의 구성으로부터 보어홀 내로 유체의 누설이 발생할 수도 있다. 유입유체 내에 가스가 함유되어 있는지 또는 단지 물만이 함유되어 있는지의 여부에 따라 원위치 농도는 고평가되거나 저평가된다. 가스의 유입은 굴삭작업을 하지 않는 상태에서 세류수를 단속적으로 순환시키고, 용해가스 농도 변화에 대한 가스센서의 반응을 감시함으로써 검출될 수 있다. 또는, 누설유입을 차단하기 위해, 굴삭유체의 압력을 보어홀의 케이스가 없는 부분의 정수압보다 높게 유지하기 위한 조치를 취할 수도 있다.
본 발명의 추가의 관점에 있어서, 상기 장치는 형성된 보어홀 내에서 원위치 해저 가스를 검출 및 분석하기 위한 다운홀 프로브 조립체로 구성할 수도 있다. 상기 프로브 조립체는 탄화수소 센서 또는 기타 형식의 가스센서를 포함할 수 있고,원격 작동 해저 시스템으로부터 드릴스트링을 경유하여 보어홀 내의 기지의 깊이에 설치할 수 있다. 상기 프로브는 또 적절한 토양상태 하에서 보어홀의 저부의 토양 내에 진입하여 간극수 용해 가스농도 및 다른 인자들(온도 및 압력)을 감시할 수도 있다. 보어홀로부터 나온 물은 프로브 조립체의 단부의 보호캡의 후방에 위치하는 소형의 센서실 내에 침투할 수 있다. 센서실은 또 0점 조정이 필요한 경우 해저장치 주변으로부터 흡인된 청정 해수를 이용하여 세류시킬 수 있다.
상기 프로브 조립체는 또 가스센서에 통전하는 수단 및 센서 출력신호를 해저시스템에 실시간으로 연속적으로 로깅(logging) 및 송신한 후 수면의 함선 상의 원격작동 스테이션에 송신하는 수단을 구비한다. 상기 다운홀 프로브를 이용함으로써 주변의 층을 통한 가스의 확산속도에 대한 정보에 의해 공지의 가스 시료채취 프로브에 의해 행해지는 탄화수소의 실험실 분석을 보완할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 굴삭유체 가스 모니터링의 관점의 단면도이다.
도 2는 절삭비트에 의해 굴삭유체 내에 혼입된 인터셉트된 용해 가스의 측정 응답을 도시한 도면이다.
도 3a는 다운홀 가스 모니터링 프로브의 단면도이다.
도 3b는 도 3a의 프로브의 상단부의 확대상세도이다.
도 3c는 도 3a의 프로브의 하단부의 확대상세도이다.
도 4는 가스 검출 토양 프로브의 단면도이다.
본 발명의 일 관점에 따른 도 1에 있어서, 절삭비트(2)를 장착하고 있는 회전하는 드릴스트링(1)은 해저(3)에 설치된 원격작동 해저 굴삭장치와 연결되어 있다. 상기 드릴스트링(1)은 포획가스 또는 용해가스를 함유할 수 있는 자연적으로 형성된 해저 물질(4)을 관통하는 보어홀을 형성한다. 드릴스트링(1)은 케이싱 파이프(5) 내를 통과한다. 케이싱 파이프는 보어홀 내에 설치되고, 보어홀의 깊이가 증가함에 따라 더욱 하강할 수 있다. 상기 굴삭장치는 케이싱 클램프(6)에 의해 보어홀의 상측에 배치된다. 드릴스트링(1)의 외경부와 케이싱(5)의 내경부 사이에는 소형의 환형 갭(7)이 형성되어 있다.
상기 케이싱 파이프(5)의 상부에는 케이싱 파이프(5) 내에 드릴스트링(1)을 삽입하는 지점을 둘러싸는 환형 수집실(8)이 배치된다. 이 수집실(8)에는 회전하는 드릴스트링(1)에 대해 기밀접촉을 이루고 드릴스트링(1)의 회전 중의 편심을 수용할 수 있는 충분한 추종성(compliance)을 가지는 내마모성 탄성재료로 구성된 상부 시일(9)이 구비되어 있다. 상기 수집실(8)에는 또 케이싱 파이프(5)에 대해 기밀접촉을 이루는 내마모성 탄성재료로 구성된 하부 시일(10)이 구비되어 있다. 상기 수 집실(8)의 상부 시일(9)과 하부 시일(10) 사이에는 배출구(11)가 구비되어 있다.
이 배출구(11)에는 배출 파이프(12)가 연결되어 있고, 이 배출 파이프는 수집실(8)로부터 하향 경사를 이루고 있다. 배출 파이프(12)의 상부는 예를 들면 CAPSUM Technologie GmbH에 의해 제작된 METS 메탄 검출장치와 같은 공지의 수중형 가스센서(13)을 수용하도록 구성되어 있다. 상기 가스센서(13)는 그 검출면(14)이 배출 파이프(12) 내에 배치되고, 배출 파이프(12)의 상부로부터 원주방향으로 분기되어 있다. 상기 가스센서(13)에는 전원공급 및 굴삭장치 상의 원격측정을 위한 수중 케이블(15)이 접속되어 있다.
작동시, 드릴스트링(1)의 상부에 고압 굴삭유체(16)가 도입되고, 드릴스트링(1)의 중앙통로(17)를 통해 하강 유동하여 절삭비트(2)의 절삭면에서 유출된다. 굴삭유체(16) 내에는 보어홀로부터 유리된 가스를 포함한 절삭 물질이 혼입되고, 그 혼합물은 환형 갭(7)을 통해 상승 유동하여 수집실(8) 내에 유입된 후 배출 파이프(12) 내로 유입된다. 상기 환형 갭(7)과 배출 파이프(12)의 면적비는 배출 파이프(12) 내의 유속 및 난류가 실질적으로 감소되어 연직 층류를 형성하는 면적비로 한다. 절삭물 입중 중 치수가 큰 모래 및 세사(grit)는 고밀도 층(18)으로 분리되어 배출 파이프(8)의 하부에서 유동하고, 주로 용해 가스를 함유하는 수성부분(19)은 배출 파이프(12)의 상부의 경사진 가스센서의 표면(14)에 접촉 상태로 유동한다. 따라서, 가스센서의 표면(14)은 귀환된 굴삭유체의 흐름이 쓸고 지나가므로 관통된 해저물질(4) 내의 용해 가스 농도를 연속적으로 측정한다. 수성부분(19) 내에 포획된 모든 유리 가스 기포는 유동 중인 혼합물의 최상측의 주로 가스로 이 루어진 가스부분(20)으로 상승한다. 가스부분(20)은 층상류에 대한 가스센서 표면(14)의 위치 및 배향에 의해 그 가스센서 표면을 우회한다. 따라서 센서표면(14)에 유리 가스 기포가 직접 접촉하는 것이 방지된다.
수집실(8) 내의 유체압은 주변의 수압에 비해 약간 고압이다. 따라서, 시일(9 및 10)을 통한 해수의 유입에 의해 굴삭유체 리턴이 희석될 가능성이 방지된다. 측정 출력신호는 실시간으로 해수면의 함선 상의 원격작동 스테이션에 송신된다.
상기 센서들은 해저로부터 수 미터의 상측에 위치하는 유입구를 통해 흡입된 청정 해수로 세류(flushing)시킴으로써 언제든지 영점 조정될 수 있다.
보어홀의 깊이가 깊어짐에 따라, 드릴스트링(1)을 철수시킨 다음 새로운 케이싱 파이프(5)를 추가시킴으로써 케이싱 파이프(5)의 길이를 연장할 수 있다. 새로이 추가된 각 케이싱 파이프(5)의 상단은 수집실(8) 내에 정렬되도록 한다.
본 발명의 추가의 관점에 따른 도 3에 있어서, 드릴스트링(1)의 하단부에 프로브 조립체(21)가 부착될 수 있다. 상기 프로브 조립체(21)는 외관(22)을 포함한다. 이 외관(22)의 상단부는 굴삭 파이프 어댑터(23)에 연결되고, 그 하단부는 경화처리된 원추형 팁(24) 또는 유사한 토양 관통장치에 연결된다. 외관(22)의 하단부는 예를 들면 CAPSUM Technologie GmbH에 의해 제작된 METS 메탄 검출장치와 같은 공지의 수중형 가스센서(13)을 수용하도록 구성된다. 가스센서(13)는 복수의 출력 체널을 포함할 수 있고, 각 출력 체널은 특정 분자량 탄화수소, 대기의 온도 및 압력을 측정한다. 상기 팁(24)과 가스센서의 표면(14) 사이에는 시료채취실(25)이 제공된다. 이 시료채취실(25)의 벽에는 외부의 유체와 가스센서의 표면(14)의 접촉을 허용하는 복수의 개구(26)가 구비되어 있다.
외관(22)의 내부에는 전자조립체가 수용되어 있다. 이 전자조립체는 송신장치(27), 배터리 팩(28) 및 Geotech AB에 의해 무선 CPT 시스템용으로 제작된 공지 형식의 데이터 로거(data logger)를 구비하는 것이 바람직하다. 상기 전자조립체는 굴삭 파이프 어댑터(23)의 하단부에 접속되어 관(22)의 내부에서 축방향으로 연장된다. 드릴스트링(1)과 시료채취실 개구(26) 사이에는 내부유로가 제공되어 있고, 이 내부유로는 굴삭 파이프 어댑터(23) 내의 수로(30)와, 전자조립체 및 관(22) 사이에 형성된 환형 통로(31) 및 관(22)의 보어와, 센서(13) 및 관(22) 사이에 형성된 환형 통로(32)를 통해 연결된다. 데이터 로거 모듈(29) 및 가스센서(13)에는 Seacon 'All Wet' 시리즈와 같은 공지의 수중형 전기 커넥터(33) 및 연결용 케이블 조립체(34)가 제공되어 있다. 본 발명의 특정의 변형례에 있어서, 관(22)은 가스센서(13)에 별도로 전원을 제공하는 추가의 배터리 팩을 구비할 수 있다.
도 4에 있어서, 프로브 조립체(21)의 단부에는 토양 관통장치가 구비될 수 있다. 이 관통장치는 소결 필터와 같은 다공요소(35) 및 시료채취실에 연결되는 내부경로(36)를 포함하고 있다.
프로브 조립체(21)의 작동방법은 다음의 단계를 포함할 수 있다:
(a) 프로브(21)를 드릴스트링의 단부, 또는 기타 해저 천공장치에 원격 접속하는 단계,
(b) 프로브(21)를 보어홀 내에 기지의 거리만큼 하강시키는 단계,
(c) 시료채취실(25)을 통해 청정 해수를 세류(flushing)시키는 단계,
(d) 보어홀의 저부의 토양 내에 프로브(21)를 밀어 넣는 단계,
(e) 보어홀 층의 간극수를 개구(26) 또는 다공요소(35)를 통해 침투를 허용하여 가스센서의 표면(14)에 접촉시키는 단계,
(f) 센서(13)에 의해 측정된 가스 농도, 온도 및 압력의 데이터를 데이터 로거(29)를 통해 기록함과 동시에 음향 송신장치(27)를 통해 상기 데이터 신호를 원격 작동되는 해저장치에 송신하고, 다음에 실시간으로 해수면 함선 상의 원격작동 스테이션에 송신하는 단계.
본 명세서에서 공지기술을 참조하는 행위가 그 공지기술이 호주에서 주지의 일반상식의 일부를 형성한다는 것을 승인하거나 암시하는 것으로 간주되어서는 안 된다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 단어인 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 별도의 언급이 없는 한 기재된 숫자 또는 단계 또는 숫자 그룹 또는 단계의 그룹을 포함하지만 다른 숫자 또는 다른 단계 또는 다른 숫자의 그룹 또는 다른 단계의 그룹으로부터 배제되는 것으로 이해될 것이다.
마지막으로, 본 발명의 정신 및 범위에 속하는 다양한 변경예, 개조예 및/또는 추가물을 다양한 구조 및 배열 내에 결합할 수 있는 것은 당연하다.
Claims (18)
- 원격작동되는 해저 시스템에 결합되는 가스 모니터링장치로서, 상기 가스 모니터링장치는 보어홀 내의 천층 가스의 인터셉션을 실시간으로 검출 및/또는 측정할 수 있도록 구성된 검출장치를 포함하는 원격작동되는 해저 시스템에 결합되는 가스 모니터링장치.
- 제1항에 있어서, 상기 검출장치는 굴삭유체 리턴을 연속적으로 수집하고, 상기 굴삭유체 리턴을 수중 가스센서에 접촉시키는 수집장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 원격작동되는 해저 시스템에 결합되는 가스 모니터링장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 드릴스트링을 포함하는 해저 굴삭장치에 사용하기에 적합한 장치로서, 상기 장치는 하우징을 포함하고, 상기 수집장치는 굴삭작업의 결과 발생된 굴삭유체 리턴을 수용하기 위한 수집실을 포함하고, 상기 굴삭유체 리턴은 굴삭작업의 결과 발생된 고형물 및 존재하는 경우 용해 가스를 함유하는 유체를 포함하고, 상기 장치는 상기 수집실로부터 상기 굴삭유체 리턴을 배출하기 위한 배출도관을 더 포함하고, 상기 수집실 및 배출도관은 주로 용해 가스 함유 상 및 존재하는 경우 유리 가스상을 포함하는 층상류로 상기 굴삭유체를 배출하도록 구성되고, 상기 장치는 상기 배출도관에 연결됨과 동시에 주로 용해 가스 함유 상 내의 모든 가스를 검출하도록 배치된 가스센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원격작동되는 해저 시스템에 결합되는 가스 모니터링장치.
- 제3항에 있어서, 상기 굴삭장치는 사용시 해저의 보어홀 내에 배치되는 관형 케이싱을 포함하고, 상기 드릴스트링은 상기 관형 케이싱 내를 관통하도록 구성되고, 상기 관형 케이싱의 내벽 및 드릴스트링의 사이에는 상기 굴삭유체 리턴이 통과할 수 있는 대체로 환형의 공간이 존재하고, 상기 하우징은 상기 굴삭유체 리턴이 상기 수집실 내에 유입될 수 있도록 상기 관형 케이싱에 작동이 가능하게 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 원격작동되는 해저 시스템에 결합되는 가스 모니터링장치.
- 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 하우징은 상기 굴삭유체가 통과할 수 있는 통로를 구비하고, 상기 수집실은 상기 통로와 유체연통 상태에 있는 것을 특징으로 하는 원격작동되는 해저 시스템에 결합되는 가스 모니터링장치.
- 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 케이싱은 상기 통로 내에 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 원격작동되는 해저 시스템에 결합되는 가스 모니터링장치.
- 제3항 내지 제6항 중 한 항에 있어서, 상기 수집실과 상기 드릴스트링 및 케이싱의 사이를 시일링하기 위한 시일 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원격작동되는 해저 시스템에 결합되는 가스 모니터링장치.
- 제3항 내지 제7항 중 한 항에 있어서, 상기 가스센서는 존재하는 경우 주로 용해 가스 함유 상과 접촉하도록 상기 배출도관 내에 검출면을 포함하는 것을 특징으로 하는 원격작동되는 해저 시스템에 결합되는 가스 모니터링장치.
- 제8항에 있어서, 상기 검출면은 존재하는 유리 가스상과의 접촉을 방지하도록 상기 배출도관의 최상부 영역으로부터 이격된 위치의 상부영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 원격작동되는 해저 시스템에 결합되는 가스 모니터링장치.
- 제3항 내지 제9항 중 한 항에 있어서, 상기 하우징은 상기 해저로부터 이격되어 있고, 상기 배출도관은 상기 수집실의 일측으로부터 상기 해저를 향해 연장해 있는 것을 특징으로 하는 원격작동되는 해저 시스템에 결합되는 가스 모니터링장치.
- 제1항에 있어서, 해저 굴삭용 굴삭장치와 함께 사용하기에 적합한 가스 모니터링 프로브 조립체를 포함하고, 상기 굴삭장치는 드릴스트링을 포함하고, 상기 가스 모니터링 프로브 조립체는 상기 드릴스트링의 일단부에 부착할 수 있는 하우징을 포함하고, 상기 하우징 내에 가스센서 표면을 구비하는 가스센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 원격작동되는 해저 시스템에 결합되는 가스 모니터링장치.
- 제11항에 있어서, 상기 하우징의 일단부에 토양 천공팁을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원격작동되는 해저 시스템에 결합되는 가스 모니터링장치.
- 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 프로브 조립체는 상기 보어홀 층으로부터 상기 가스센서 표면까지 간극수의 침투를 허용하는 복수의 개구 또는 상호연결 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 원격작동되는 해저 시스템에 결합되는 가스 모니터링장치.
- 제13항에 있어서, 상기 복수의 개구 또는 상호연결 통로는 다공물질의 필터요소를 경유하여 제공되는 것을 특징으로 하는 원격작동되는 해저 시스템에 결합되는 가스 모니터링장치.
- 제11항 내지 제14항 중 한 항에 있어서, 상기 드릴스트링 및 상기 가스센서 표면 사이에 청정수에 의한 센서 표면의 세류를 허용하는 내부 연결통로를 포함하는 하는 것을 특징으로 하는 원격작동되는 해저 시스템에 결합되는 가스 모니터링장치.
- 제11항 내지 제15항 중 한 항에 있어서, 측정된 데이터 신호를 기록함과 동시에 실시간으로 원격 작동 스테이션까지 전송하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 원격작동되는 해저 시스템에 결합되는 가스 모니터링장치.
- 원격 작동되는 해저 굴삭장치 또는 시료채취장치와 관련하여 보어홀 내의 천층가스의 인터셉션을 원격 검출 및 원격 측정하기 위한 방법으로서, 상기 방법은 상기 보어홀로부터 굴삭유체 리턴을 연속적으로 수집하는 단계, 상기 굴삭유체 리턴을 주로 고형물을 함유하는 수성상, 존재하는 경우의 주로 용해 가스를 함유하는 수성상, 및 존재하는 경우의 유리 가스상으로 분리하는 단계, 상기 용해 가스를 함유하는 수성상이 하나 이상의 수중 가스 측정 센서에 접촉하는 상태로 유동하도록 허용하는 한편 유리 가스상은 상기 센서를 우회하도록 하는 단계를 포함하는 방법.
- 원격 작동되는 해저 굴삭장치 또는 시료채취장치와 관련하여 보어홀 내의 천층가스의 인터셉션을 원격 검출 및 원격 측정하기 위한 방법으로서, 상기 방법은 가스센서 프로브 조립체를 드릴스트링의 일단부에 연결하고, 상기 프로브 조립체를 상기 보어홀 내에 하강시키고, 상기 프로브를 상기 보어홀의 저부의 토양 내에 밀어넣는 단계; 상기 보어홀 층의 간극수가 가스센서에 접촉상태로 침투하는 것을 허용하는 단계; 가스농도를 기록함과 동시에 측정된 데이터 신호를 실시간으로 원격 작동되는 해저장치에 송신하고, 다음에 수면 함선 상의 원격 작동 스테이션에 송신하는 단계를 포함하는 방법.
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009117486A2 (en) * | 2008-03-17 | 2009-09-24 | Baker Hughes Incorporated | Distributed sensors-controller for active vibration damping from surface |
| WO2012020891A1 (ko) * | 2010-08-10 | 2012-02-16 | 한국지질자원연구원 | 압력 모니터링에 의한 지중 가스 저장층에서의 가스유출 탐지방법 및 지중 가스 저장시스템 |
| KR20180021213A (ko) * | 2015-08-14 | 2018-02-28 | 파일 다이나믹스, 인크. | 보어홀 시험 장치 |
Families Citing this family (28)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1792048B1 (en) * | 2004-09-21 | 2017-12-06 | Benthic Geotech Pty Ltd | Remote gas monitoring apparatus for seabed drilling |
| WO2010111726A1 (en) * | 2009-04-02 | 2010-10-07 | Ian Gray | System for analysing gas from strata being drilled |
| US8453760B2 (en) * | 2009-08-25 | 2013-06-04 | Baker Hughes Incorporated | Method and apparatus for controlling bottomhole temperature in deviated wells |
| CA2772436A1 (en) * | 2009-08-31 | 2011-03-03 | Lorne Schuetzle | Gas monitoring system |
| EP2501899A4 (en) * | 2009-11-19 | 2016-04-13 | Ian Gray | SYSTEM FOR ANALYZING A GAS FROM LAYERS BORED UNDER HIGH MUD FLUES |
| EP2524109A1 (en) * | 2010-01-13 | 2012-11-21 | Santos Ltd | Measuring gas content of unconventional reservoir rocks |
| CA2793799C (en) * | 2010-03-31 | 2016-08-16 | Smith International, Inc. | Article of manufacture having a sub-surface friction stir welded channel |
| CA2793798A1 (en) | 2010-03-31 | 2011-10-06 | Smith International, Inc. | Downhole tool having a friction stirred surface region |
| CN102230375B (zh) * | 2011-06-10 | 2014-05-14 | 中国矿业大学 | 煤层瓦斯参数实时监测方法 |
| GB2498581A (en) * | 2012-01-23 | 2013-07-24 | Rolls Royce Plc | Pipe inspection probing cable having an external helical track |
| CN103015925A (zh) * | 2013-01-17 | 2013-04-03 | 四川首富曼石油装备有限公司 | 一种具有智能化的钻机固控系统 |
| US9568628B2 (en) | 2013-07-26 | 2017-02-14 | Berger Geosciences, LLC | System for monitoring a surface for gas and oil flow |
| WO2016094296A1 (en) * | 2014-12-08 | 2016-06-16 | Berger Geosciences, LLC | System for monitoring a surface for gas and oil flow |
| EP3071785A1 (en) * | 2015-02-16 | 2016-09-28 | Osman Zühtü GÖKSEL | A system and a method for exploitation of gas from gas-hydrate formations |
| WO2017069765A1 (en) * | 2015-10-22 | 2017-04-27 | Halliburton Energy Services Inc. | Extraction cleaner and gas system check |
| CN107476822B (zh) | 2017-10-12 | 2019-04-16 | 中国矿业大学 | 煤层突出危险性随钻测试方法及装置 |
| CN108194078A (zh) * | 2018-02-14 | 2018-06-22 | 北京泰利新能源科技发展有限公司 | 一种地热井气动潜孔锤钻进防喷取样器 |
| CN108412486A (zh) * | 2018-03-15 | 2018-08-17 | 贵州大学 | 一种矿井一孔多段瓦斯压力实时监测装置及其安装方法 |
| CN109164205A (zh) * | 2018-07-06 | 2019-01-08 | 覃楚倩 | 一种基于海底基盘的钻探钻井气体监测系统及其监测方法 |
| US11480053B2 (en) | 2019-02-12 | 2022-10-25 | Halliburton Energy Services, Inc. | Bias correction for a gas extractor and fluid sampling system |
| CN109667560B (zh) * | 2019-02-27 | 2021-03-26 | 江苏雄越石油机械设备制造有限公司 | 一种安全可靠的闸阀井口 |
| CN111551322B (zh) * | 2020-03-26 | 2021-11-26 | 广东工业大学 | 天然气水合物开采泄漏的地质通道模拟系统及方法 |
| CN111561309B (zh) * | 2020-05-18 | 2023-07-28 | 西安科技大学 | 一种煤矿井下孔内参数检测装置及方法 |
| CN112253051A (zh) * | 2020-09-10 | 2021-01-22 | 浙大城市学院 | 一种双杆排放装置及陆域有控释放浅层有害气体的设备与施工方法 |
| US11867682B2 (en) | 2020-09-21 | 2024-01-09 | Baker Hughes Oilfield Operations Llc | System and method for determining natural hydrocarbon concentration utilizing isotope data |
| CN113628525A (zh) * | 2021-09-17 | 2021-11-09 | 西南石油大学 | 一种模拟气体钻井反循环偏心流场携岩的装置及方法 |
| CN115754239B (zh) * | 2022-11-23 | 2023-12-19 | 东南大学 | 一种适用于污染场地污染气体原位监测装置及监测方法 |
| CN116971770B (zh) * | 2023-09-22 | 2023-11-28 | 西南石油大学 | 一种井场碳排放监测系统 |
Family Cites Families (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4208906A (en) * | 1978-05-08 | 1980-06-24 | Interstate Electronics Corp. | Mud gas ratio and mud flow velocity sensor |
| FR2494848A1 (fr) * | 1980-11-24 | 1982-05-28 | Technigaz | Procede et dispositif de detection, a distance, de defauts d'etancheite d'une conduite de transport d'un fluide, immergee dans un fluide ambiant; conduite de transport comprenant ce dispositif de detection et procede de construction d'une telle conduite |
| US4535851A (en) * | 1983-03-09 | 1985-08-20 | Kirkpatrick-Mcgee, Inc. | Fluid flow measurement system |
| US5006845A (en) * | 1989-06-13 | 1991-04-09 | Honeywell Inc. | Gas kick detector |
| GB8929246D0 (en) | 1989-12-22 | 1990-02-28 | Electro Flow Controls Ltd | A gas detection system |
| GB9108351D0 (en) | 1991-04-18 | 1991-06-05 | Exal Reservoir Serv Ltd | Seabed gas collection and monitoring device |
| DE4316690C2 (de) | 1993-05-14 | 1996-02-15 | Dankwart Klein Erdbohrungen Gm | Sonde zum quantitativen Nachweis von im Grundwasser vorhandenen Schadstoffen |
| US5635653A (en) * | 1995-04-28 | 1997-06-03 | Kejr Engineering, Inc. | Ground water sampling device |
| US5992213A (en) * | 1996-10-04 | 1999-11-30 | Tartre; Andre | Method for testing soil contamination |
| NO985712L (no) * | 1998-01-27 | 1999-07-28 | Halliburton Energy Serv Inc | Nedihulls telemetrisystem og fremgangsmåte for fjernkommunikasjon |
| US6138774A (en) * | 1998-03-02 | 2000-10-31 | Weatherford Holding U.S., Inc. | Method and apparatus for drilling a borehole into a subsea abnormal pore pressure environment |
| US5937946A (en) * | 1998-04-08 | 1999-08-17 | Streetman; Foy | Apparatus and method for enhancing fluid and gas flow in a well |
| US6209642B1 (en) * | 1998-04-08 | 2001-04-03 | Foy Streetman | Apparatus and method for enhancing fluid and gas recovery in a well |
| US6004385A (en) * | 1998-05-04 | 1999-12-21 | Hudson Products Corporation | Compact gas liquid separation system with real-time performance monitoring |
| NO308043B1 (no) * | 1998-05-26 | 2000-07-10 | Agr Subsea As | Anordning for å fjerne borekaks og gasser i forbindelse med boring |
| DE69910438D1 (de) * | 1998-12-23 | 2003-09-18 | Elf Exploration Production Cou | Verfahren zur erkennung eines flüssigkeitszuflusses im bohrloch während des bohrens und vorrichtung zur durchführung des verfahrens |
| FR2798158B1 (fr) | 1999-09-07 | 2001-12-07 | Elf Exploration Prod | Methode et dispositif de controle des venues dans un puits petrolier en cours de forage ou de completion |
| US6413297B1 (en) * | 2000-07-27 | 2002-07-02 | Northland Energy Corporation | Method and apparatus for treating pressurized drilling fluid returns from a well |
| US6315813B1 (en) * | 1999-11-18 | 2001-11-13 | Northland Energy Corporation | Method of treating pressurized drilling fluid returns from a well |
| US6456385B1 (en) * | 1999-12-15 | 2002-09-24 | Pitney Bowes Inc. | System for adding soft fonts to a printer data stream |
| BR9905912A (pt) * | 1999-12-20 | 2001-07-24 | Petroleo Brasileiro Sa | Separador de gás de fundo de poço |
| US20020112888A1 (en) | 2000-12-18 | 2002-08-22 | Christian Leuchtenberg | Drilling system and method |
| GB0130447D0 (en) | 2001-12-20 | 2002-02-06 | Stolt Offshore Ltd | Anchor for vehicle vehicle and anchor in combination and method of using the anchor |
| EP1792048B1 (en) * | 2004-09-21 | 2017-12-06 | Benthic Geotech Pty Ltd | Remote gas monitoring apparatus for seabed drilling |
-
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-
2007
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009117486A2 (en) * | 2008-03-17 | 2009-09-24 | Baker Hughes Incorporated | Distributed sensors-controller for active vibration damping from surface |
| WO2009117486A3 (en) * | 2008-03-17 | 2009-11-12 | Baker Hughes Incorporated | Distributed sensors-controller for active vibration damping from surface |
| GB2470690A (en) * | 2008-03-17 | 2010-12-01 | Baker Hughes Incorperated | Distributed sensors-controller for active vibration damping from surface |
| GB2470690B (en) * | 2008-03-17 | 2012-10-24 | Baker Hughes Inc | Distributed sensors-controller for active vibration damping from surface |
| WO2012020891A1 (ko) * | 2010-08-10 | 2012-02-16 | 한국지질자원연구원 | 압력 모니터링에 의한 지중 가스 저장층에서의 가스유출 탐지방법 및 지중 가스 저장시스템 |
| KR20180021213A (ko) * | 2015-08-14 | 2018-02-28 | 파일 다이나믹스, 인크. | 보어홀 시험 장치 |
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| Christian | In situ measurement of consolidation and permeability of soft marine sediments | |
| Sieck | High-resolution geophysical studies for resource development and environmental protection | |
| Almén | Exploratory drilling and borehole testing for the nuclear waste disposal programme in Sweden | |
| Chari | Instrumentation problems related to determining geotechnical properties of ocean sediments |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| AMND | Amendment | ||
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| J201 | Request for trial against refusal decision | ||
| AMND | Amendment | ||
| B701 | Decision to grant | ||
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| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170330 Year of fee payment: 5 |