KR20150042205A - 서모사이펀을 이용한 클라스레이트 생산의 개시 - Google Patents

서모사이펀을 이용한 클라스레이트 생산의 개시 Download PDF

Info

Publication number
KR20150042205A
KR20150042205A KR20157003714A KR20157003714A KR20150042205A KR 20150042205 A KR20150042205 A KR 20150042205A KR 20157003714 A KR20157003714 A KR 20157003714A KR 20157003714 A KR20157003714 A KR 20157003714A KR 20150042205 A KR20150042205 A KR 20150042205A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
reservoir
natural gas
liquid
vessel
vapor
Prior art date
Application number
KR20157003714A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102043268B1 (ko
Inventor
존 토마스 발체스키
Original Assignee
셰브런 유.에스.에이.인크.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 셰브런 유.에스.에이.인크. filed Critical 셰브런 유.에스.에이.인크.
Publication of KR20150042205A publication Critical patent/KR20150042205A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102043268B1 publication Critical patent/KR102043268B1/ko

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/16—Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons
    • E21B43/24—Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons using heat, e.g. steam injection
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B36/00—Heating, cooling, insulating arrangements for boreholes or wells, e.g. for use in permafrost zones
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B41/00—Equipment or details not covered by groups E21B15/00 - E21B40/00
    • E21B41/0099—Equipment or details not covered by groups E21B15/00 - E21B40/00 specially adapted for drilling for or production of natural hydrate or clathrate gas reservoirs; Drilling through or monitoring of formations containing gas hydrates or clathrates

Abstract

저장소(100)로부터 탄화수소 생산을 개시하는 방법 및 시스템이 제공된다. 본 방법 및 시스템은 서모사이펀(thermosyphons)을 사용한다. 본 시스템 및 방법은 저장소 아래의 지열 영역 내의 땅에 지지되고 이로부터 저장소 내로 위쪽을 향해 연장되는 하나 이상의 밀봉되고 신장된 빈 관 모양의 용기들을 사용한다. 상기 용기들은 (a) 저장소 아래의 지열 영역 내의 하부 부분(400); (b) 저장소 내부의 상부 부분(300); 및 (c) 하부 부분에서 증발하여 증기를 형성하고 증기의 대류 유동을 통해 열을 상부 부분으로 전달하는 액체(200)로 부분적으로 채워지며, 상기 증기가 액체로 다시 응축되고 아래쪽을 향하여 하부 부분으로 유동함에 따라 상기 열이 상부 부분에서 주위 저장소로 방산되는 것을 포함한다. 상기 저장소는 클라스레이트 저장소(clathrate reservoir)일 수 있다.

Description

서모사이펀을 이용한 클라스레이트 생산의 개시 {INITIATING PRODUCTION OF CLATHRATES BY USE OF THERMOSYPHONS}
본 출원은 발명의 명칭이 "수동 열역학적 열전달 장치를 이용한 탄화수소 생산(Hydrocarbon Production Using Passive Thermodynamic Heat Transfer Devices)" 인 2012년 8월 13일자로 출원된 미국 가출원 번호 제61/682,569호에 대해 우선권 주장을 한 출원으로서, 상기 문헌의 내용 전체가 본원에 참조로 포함된다. 본 출원은 발명의 명칭이 "서모사이펀을 이용한 클라스레이트 생산의 향상(Enhancing Production of Clathrates by Use of Thermosyphons)" 인 2013년 8월 13일자로 출원된 공동-출원에 연관되며, 이의 전체가 본원에 참조로 포함된다.
본 출원은 수동 열역학적 열전달 장치를 이용하여 탄화수소 생산을 개시하는 방법 및 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 출원은 천연 가스의 클라스레이트의 저장소를 포함하는, 서모사이펀의 사용에 의한 탄화수소 저장소의 생산을 개시하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
허버트 정점(Hubbert peak) 이론의 지지자들이 맞다면, 세계 오일 생산은 그렇게 빨리는 아니더라도 어느 정점에 도달할 것이다. 이와 무관하게, 세계 에너지 소비는 새로운 오일 발견을 앞지르는 속도로 계속해서 증가하고 있다. 그 결과, 오일의 생산 및 효율적 소비를 최대화하는 새로운 기술들뿐만 아니라, 대체 에너지 공급원들이 개발될 것이다.
오일의 생산을 최대화함에 있어서, 심해 및 영구 동토층(permafrost) 시추(drilling)가 개발되고 있다. 왜냐하면 이들이 이전에는 접근불가능했던 저장소의 오일 및 가스의 생산을 가능하게 하기 때문이다. 심해 시추는 500 피트(feet) 초과의 깊이에서의 오일 및 가스 탐사 및 생산 공정이다. 영구 동토층 시추는 정기 온도가 영구 동토층으로 존재하기에 충분하게 추운 지역에서의 오일 및 가스 탐사 및 생산 공정이다. 둘 모두는 수년간 경제적으로 실행불가능했으나, 오일 가격의 상승으로 현재는 많은 기업들이 이러한 지역들에 일반적으로 투자하고 있다.
종래의 오일 및 가스 개발에 더불어, 흥미로운 대체 에너지 공급원들이 개발될 것이다. 하나의 잠재적인 매우 큰 대체 에너지 공급원은 클라스레이트(clathrates)라고 불리는 물질 내에 고립된 해양 및 영구 동토층의 천연 가스이다. 클라스레이트는, 한 물질("호스트(host)")의 분자들이 하나 이상의 다른 물질("게스트(들)(guest(s))")의 분자들을 둘러싸는 고체 격자를 형성하는 화합물이다. 클라스레이트는 포접 화합물(inclusion compounds)이라고도 불리우며, 클라스레이트의 중요한 특징은 모든 단위 격자(lattice cells)들이 채워질 필요가 없다는 것이며(즉, 이들은 비화학양론적이다), 게스트 분자(들)은 호스트 격자에 화학적으로 결합되지 않는다는 것이다.
물 '호스트' 분자들 및 일부 저분자량 탄화수소 가스 '게스트' 분자들이 상대적으로 높은 압력 및 상대적으로 낮은 온도의 적절한 조건 하에서 합쳐져 있는 경우, 자연적으로 발생하는 천연 가스의 클라스레이트들이 형성된다. 이러한 조건 하에서, 상기 "호스트" 물 분자들은 하나 이상의 탄화수소 "게스트" 가스 분자들을 내부에 포획하는 우리(cage) 또는 격자 구조를 형성할 것이다. 탄화수소 가스의 많은 양이 이러한 메카니즘을 통해 함께 빽빽하게 채워져 있다. 예를 들어, 천연 가스 하이드레이트의 입방 미터는 표준 온도 및 압력 조건에서 대략 0.8 입방 미터의 물과 일반적으로 164 입방 미터의 천연 가스를 포함한다.
메탄은 자연적으로 발생하는 천연 가스의 클라스레이트에서 가장 일반적인 게스트 분자이다. 에탄 및 프로판과 같은 탄화수소 가스들 및 CO2 및 H2S 와 같은 비탄화수소 가스들을 포함하는 다른 많은 저분자량 가스들이 또한 하이드레이트를 형성한다.
천연 가스 하이드레이트들은 자연적으로 형성되고, 영구 동토 지역의 표면 아래, 잠재적으로는 영구 동토층 내부 및 영구 동토층 아래의 약 200 미터 깊이에서 광범위하게 발견된다. 중간 내지 낮은 위도에서는 일반적으로 500 미터(1600 피트) 초과의 수심에서 및 높은 위도에서는 150-200 미터(500-650 피트) 초과의 수심에서, 천연 가스 하이드레이트들은 대륙 주변을 따라 퇴적물에서도 발견된다. 하이드레이트 안정 영역의 두께는, 지질학적 조건, 수심, 염도 및 다른 요인들을 기초로 하는 하이드레이트-형성 가스의 이용가능성 및 온도, 압력, 조성에 따라 변한다.
전세계적으로 천연 가스 하이드레이트에 고립된 메탄의 양의 추정치는 광범위하게 변해왔다. 가장 초기의 추정치는 100,000 내지 100,000,000 조 입방 피트(cubic feet; TCF)의 범위였다. 시추에 전념하기 시작한 1990 년대 중반부터, 연구자들은 해양 퇴적물의 공극 내부의 천연 가스 하이드레이트의 퍼센트(천연 가스 하이드레이트 포화도로도 지칭됨)는 종종 이론적 최대 포화도 보다 훨씬 낮다는 것을 알아냈다. 이는 전세계적으로 천연 가스 하이드레이트에 고립된 메탄의 양을 100,000 내지 5,000,000 TCF 로 하향 수정하는 것을 야기했으며, 가장 자주 인용되는 추정치는 700,000 TCF(남극 또는 알프스 영구 동토층 지역에 위치한 임의의 하이드레이트를 제외한 숫자)였다. 심지어 가장 낮은 추정치가, 미국에서 소비된 천연 가스 양의 4000 배 이상 또는 전 세계의 입증된 가스 자원의 18 배의 거대한 잠재적인 새로운 에너지 자원을 나타낸다.
전세계적으로 고립된 메탄의 단지 일부(fraction)가 생산되기에 충분히 농축되어 있고 충분히 접근가능할 것으로 인식함으로써, 또한 지금까지 천연 가스 하이드레이트의 장기간 생산 시험을 한 적이 없었다는 점을 인정함으로써, 천연 가스 하이드레이트가 세계를 위한 매우 큰 새로운 에너지 공급원이 될 잠재력을 갖는다는 것이 여전히 명백하다.
천연 가스 하이드레이트로부터 가스를 생산하기 위해, 천연 가스 하이드레이트는 먼저 물로(액체 또는 얼음) 다시 전환되어야 하고("해리됨(dissociated)"), 하기 4 가지 방법들 중 하나 또는 임의의 조합을 통해 자유 기체 분자들을 생산가능해야 한다.
·천연 가스 하이드레이트가 상 안정성 한계(phase stability envelope)의 밖에 존재할 때까지의 열 첨가
·천연 가스 하이드레이트가 상 안정성 한계의 밖에 존재할 때까지의 압력 감소(감압)
·상 안정성 한계를 천연 가스 하이드레이트가 상 안정성 한계의 밖에 존재는 지점까지 이동시키기 위한, 염, 메탄올 등과 같은 하이드레이트 억제제의 첨가
·게스트 분자의 한 종류가 또다른 것으로 치환되는 분자 치환
단지 소수의 천연 가스 하이드레이트 생산 시험들이 수행되었다고 하더라도, 모든 매우 제한된 기간, 저장소 모의 실험 장치를 수반한 중요한 작업, 실험실 실험들은, 당해 분야의 숙련가들이 일반적으로 감압이 천연 가스 하이드레이트 생산의 가장 경제적인 형태라고 여기도록 하였다.
천연 가스 하이드레이트 저장소들이 대부분 종래의 생산 기술을 이용하여 생산될 수 있다는 것이 또한 널리 받아들여지고 있다.
*생산 방법과 무관하게, 천연 가스 하이드레이트 해리는 흡열 공정이며, 이는 얼마나 많은 열 에너지가 인근에서 이용가능한지에 의해 제한되는 공정임을 의미한다. 흡열 해리 공정이 진행되고 인접한 퇴적물들로부터 열 에너지를 끌어당김에 따라, 이는 인접한 퇴적물들이 냉각되게 한다. 차가운 천연 가스 하이드레이트의 해리의 자연적인 결과는 저장소의 인접한 부분의 잠재적인 동결(freezing)이다. 동결된 저장소가 자연적으로 녹기 위해 요구되는 매우 긴 기간으로 인해, 저장소의 인접한 부분의 동결은 효과적으로 유정(well)을 메울 것이다. 동결된 저장소를 녹이기 위한 국부적인 열의 첨가가 또한 가능한 해결책이 될 것이나, 매우 많은 열이 적용되어야 하므로 경제적인 영향이 이 방법이 사용되지 못하도록 할 것이다.
하이드레이트 상 안정성 영역 내부의 압력 및/또는 온도 유정에 존재하는 천연 가스 하이드레이트 저장소들(즉, 매우 차갑고/거나 매우 높은 압력 하에 존재하는 저장소들)은 해리를 개시하기 위한 상당한 압력 강하 및/또는 열의 첨가를 요구할 것이고, 가스 생산의 경제적인 비율을 뒷받침하기 위해 천연 가스 하이드레이트 위 및 아래의 주변 퇴적물들 내의 주위 열 에너지를 제한할 것이다. 따라서, 가장 바람직한 천연 가스 하이드레이트 저장소들은 따뜻하고 상 안정성 한계에 또는 그 근처에 존재하는 것이다. 불행히도, 해당 천연 가스 저장소가 상기 바람직한 특성을 만족시키는지의 여부는 지질학적 운에 따른다.
지금까지의 대부분의 천연 가스 하이드레이트 연구는 하이드레이트 저장소들의 발견 및 특성화뿐만 아니라 기초적인 연구에 초점을 맞춰왔다. 상업적으로 실행가능하고 환경적으로 허용가능한 추출 방법들은 여전히 초기 개발 단계에 머물러 있다.
따라서, 이러한 추가적인 탄화수소 공급원들이 상업적으로 이용가능한 에너지의 공급원들이 되기 전에, 기술들이 더욱 개발되어야 한다.
본원에 개시된 바와 같이, 탄화수소 생산을 개시하는 방법 및 시스템이 제공된다.
하나의 구현예에서, 하나 이상의 저장소의 생산을 개시하는 시스템이 제공된다. 상기 시스템은, 저장소 아래의 지열 영역(geothermal heat zone) 내의 땅에 지지되고 이로부터 저장소 내로 위쪽을 향해 연장되는, 하나 이상의 밀봉되고 신장된 빈 관 모양(sealed, elongated, hollow tubular)의 용기를 포함한다. 상기 용기는 (a) 저장소 아래의 지열 영역 내의 하부 부분(bottom portion); (b) 저장소 내부의 상부 부분(top portion); 및 (c) 하부 부분에서 증발하여 증기를 형성하고 증기의 대류 유동을 통해 열을 상부 부분으로 전달하는 액체로 부분적으로 채워지고, 상기 증기가 액체로 다시 응축되고 아래쪽을 향하여 하부 부분으로 유동함에 따라 상기 열이 상부 부분에서 주위 저장소로 방산되는(dissipated) 것을 포함한다. 하나의 구현예에서, 상기 저장소는 천연 가스 하이드레이트 저장소이다.
또다른 구현예에서, 저장소의 생산을 개시하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 a) 저장소를 위치시키는 단계 및 b) 하나 이상의 밀봉되고 신장된 빈 관 모양의 용기를 저장소 아래의 지열 영역 내의 땅에 삽입하고 이로부터 저장소로 위쪽을 향해 연장시키는 단계를 포함한다. 상기 용기는 (i) 저장소 아래의 지열 영역 내의 하부 부분; (ii) 저장소 내부의 상부 부분; 및 (iii) 하부 부분에서 증발하여 증기를 형성하는 액체로 부분적으로 채워지는 것을 포함한다. 상기 방법은 추가로 c) 저장소 아래의 지열 영역으로부터 저장소 내부로, 상부 부분으로의 상기 증기의 대류 유동에 의해 열을 전달하는 단계로서, 상기 증기가 액체로 다시 응축되고 아래쪽을 향하여 하부 부분으로 유동함에 따라 상기 열이 상부 부분에서 주위 저장소로 방산되는 단계; 및 d) 상기 저장소의 온도를 증가시키는 단계를 포함한다. 하나의 구현예에서, 상기 저장소는 천연 가스 하이드레이트 저장소이다.
또다른 구현예에서, 천연 가스 하이드레이트의 생산을 개시하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 a) 천연 가스 하이드레이트가 안정하도록 온도 및 압력에서 천연 가스 하이드레이트 저장소를 위치시키는 단계 및 b) 하나 이상의 밀봉되고 신장된 빈 관 모양의 용기를 천연 가스 하이드레이트 저장소 아래의 지열 영역 내의 땅에 삽입하고 이로부터 천연 가스 하이드레이트 저장소로 위쪽을 향해 연장시키는 단계를 포함한다. 상기 용기는 (i) 천연 가스 하이드레이트 저장소 아래의 지열 영역 내의 하부 부분; (ii) 천연 가스 하이드레이트 저장소 내부의 상부 부분; 및 (iii) 하부 부분에서 증발하여 증기를 형성하는 액체로 부분적으로 채워지는 것을 포함한다. 상기 방법은 추가로 c) 천연 가스 하이드레이트 저장소 아래의 지열 영역으로부터 천연 가스 하이드레이트 저장소 내부로, 상부 부분으로의 상기 증기의 대류 유동에 의해 열을 전달하는 단계로서, 상기 증기가 액체로 다시 응축되고 아래쪽을 향하여 하부 부분으로 유동함에 따라 상기 열이 상부 부분에서 주위 저장소로 방산되는 단계; 및 d) 상기 저장소를 해리에 대한 상 경계에 가깝지만 이를 넘어서진 않게 이동시킴으로써 상기 천연 가스 하이드레이트 저장소의 온도를 증가시키는 단계를 포함한다.
도 1은 본원에 기재된 바와 같은 탄화수소 저장소의 생산을 개시하는 시스템에서 사용되는 용기들의 4 가지 구현예들(A, B, C, 및 D)을 나타낸다.
도 2는 해저 아래에 위치한 천연 가스 하이드레이트 저장소의 생산을 개시하는 시스템을 나타낸다.
본 출원은 하나 이상의 저장소의 생산을 개시하는 방법 및 시스템을 제공한다. 본 방법 및 시스템은 서모사이펀(thermosyphons)을 활용한다. 상기 저장소는 천연 가스 하이드레이트 저장소일 수 있다.
정의
본 발명의 상세한 설명에 따르면, 하기 약어 및 정의가 적용된다. 본원에서 사용된 바와 같이, 단수형들 "a", "an" 및 "the" 는 분명하게 달리 나타내지 않는 한 복수형 기재를 포함한다는 것을 주의해야 한다. 따라서, 예를 들어, 기재 "액체" 는 하나 및 이의 복수개를 포함한다.
달리 언급되지 않는 한, 본 명세서 및 특허청구범위에서 사용된 하기 용어들은 하기에 주어진 의미들을 갖는다:
"용기" 는 하나 이상의 밀봉되고 신장된 빈 관(들)이다.
"NHG" 는 천연 가스 하이드레이트 또는 천연 가스의 클라스레이트 하이드레이트이다. 이러한 하이드레이트는 상대적으로 높은 압력 및 낮은 온도의 적절한 조건 하에서 물 및 가스 분자들이 함께 결합되어 있는 경우에 형성된다.
"저장소" 는 탄화수소 저장소이고, 본원에서 사용된 바와 같이 천연 가스 하이드레이트 저장소, 중유 저장소(heavy oil reservoirs) 및 타르 샌드 저장소(tar sands reservoirs)를 포함한다.
"지열 영역(GeoThermal Heat Zone)" 또는 GTHZ 은 저장소보다 더 깊고 따라서 더 뜨거운 지구 내의 영역을 의미한다. 더 깊은 영역은 지열 구배로 인해 더 뜨겁다.
본원에서 사용된 바와 같은 "액체" 는 GTHZ 온도에서 및/또는 GTHZ 온도 아래에서 비등하게 하기 위한 적절한 압력에서 적절한 비등점을 갖는 유체이다. 액체는, 예를 들어, 프로판, 부탄, 펜탄, 헥산, 헵탄, 옥탄, 디메틸 에테르, 메틸 아세테이트, 플루오로벤젠, 2-헵텐, 이산화탄소, 암모니아 및 이들의 혼합물을 포함한다. 액체는 GTHZ 에 대한 압력과 조합된 적절한 비등점의 임의의 유체를 포함하며, 이는 GTHZ 내부에 증기를 형성하고 저장소의 온도 및 압력에서 다시 액체로 응축한다.
"상 경계(Phase boundary)" 는 물질의 구조의 변화, 예컨대 액체로부터 증기/기체로의 변화 또는 고체로부터 액체로의 변화에 관한 것이다. 물질이 상전이를 겪는 경우(물질의 하나의 상태로부터 또다른 상태로의 변화), 일반적으로 에너지를 흡수하거나 방출한다. 상 다이어그램은 물질의 다양한 상들 및 각각의 상이 존재하는 조건을 나타내는 일반적인 방법이다.
"멀리 떨어진(Remote)" 은 적어도 100, 더욱 바람직하게는 500 마일 떨어진 바다의 위치를 의미한다.
"해저(Subsea)" 는 수면 아래의 깊이를 의미한다.
"임의의" 또는 "임의적으로" 는 후속적으로 기재된 사건 또는 상황이 발생하거나 발생하지 않을 수 있다는 것을 의미하고, 또한 상기 기재는 사건 또는 상황이 발생하는 경우 및 발생하지 않는 경우를 포함한다.
본 출원은, 경제적인 및/또는 기술적인 이유로 전통적으로 개발하기 어려웠던 저장소들을 개발하는 것에 관한 것이다. 상기 저장소들은 천연 가스 하이드레이트 저장소, 중유 저장소 및 타르 샌드 저장소를 포함한다. 중유 저장소 및 타르 샌드 저장소에 접근하기 위하여, 바람직한 탄화수소 생성물을 펌핑하기 위해 고체로부터 액체로의 상전이를 촉진시키거나 고점도로부터 저점도로의 점도 변화를 촉진시키는 것이 필요하다. 하이드레이트에 포획된 천연 가스에 접근하기 위하여, 천연 가스 하이드레이트를 해리에 대한 상 경계에 가깝지만 이를 넘지 않도록 이동시키는 것이 필요하고, 그 후 바람직한 천연 가스 생성물을 수득하기 위해 조절된 방식으로 해리를 촉진시키는 것이 필요하다.
본 시스템 및 방법은 경제적으로 실행가능하고 환경적으로 바람직한 방식으로 이러한 저장소들을 가열하는 것을 다룬다. 본 시스템 및 방법은 생산을 개시한다.
본원의 시스템 및 방법은 이러한 하나 이상의 저장소들의 생산을 개시한다. 본 시스템 및 방법은, 저장소 아래의 지열 영역 내의 땅에 지지되되고 이로부터 위쪽을 향해 저장소로 연장되는, 하나 이상의 밀봉되고 신장된 빈 관 모양의 용기들을 활용한다. 상기 지열 영역은 저장소보다 더 깊고 따라서 더 뜨거운 지구 내의 영역이다. 지열 영역은 40 내지 150 ℃ 일 수 있다. 일부 구현예들에서, 상기 지열 영역은 40 ℃ 일 수 있다. 다른 구현예들에서, 상기 지열 영역은 60 ℃ 또는 100 ℃ 일 수 있다. 지열 영역의 온도는 위치 및 깊이에 의존할 것이다. 온도는 당업자에 의해 통상적인 방법에 의해 측정될 수 있다.
상기 용기들은 저장소 아래의 지열 영역 내의 하부 부분 및 저장소 내부의 상부 부분을 포함한다. 상기 용기들은 적절한 길이를 갖고 지구로 삽입되어, 지구 내부의 바람직한 위치에 위치한다. 이들은, 하부 부분이 저장소보다 높은 적절한 온도에서 지열 영역 내부의 깊이에 위치하고 상부 부분이 개발될 저장소 내부에 위치하도록 삽입된다. 지열 구배는 증가된 깊이에 따라 증가된 온도를 야기하고, 당업자에 의해 측정될 수 있다.
상기 용기들은 지구의 자연적인 온도차를 기초로 한 수동 열교환을 활용한다. 상기 용기들은 펌프 또는 임의의 이동하는 부분을 요구하지 않는다. 따라서, 본 시스템은 단순하고, 저비용이고, 튼튼하다.
상기 용기들은 부분적으로 액체로 채워져 있다. 부분적으로 액체로 채워진 상기 용기들은 밀봉된다. 상기 액체는 용기 내부의 밀봉 압력 및 용기의 하부에서의 지열 온도를 기준으로 선택된다. 상기 용기의 하부 부분의 온도 및 압력에서 상기 액체가 비등하여 증기를 형성하고, 상기 저장소 내부의 용기의 상부 부분의 온도 및 압력에서 상기 액체가 다시 액체로 응축하도록, 액체가 선택된다. 지열 영역 및 저장소의 온도를 알고, 용기에 대한 적절한 밀봉 압력을 결정함에 따라, 당업자는 용이하게 액체를 선택할 수 있다. 상기 액체는 적절한 압력에서 적절한 비등점을 갖도록 사용됨으로써, 지열 영역의 온도에서 및/또는 지열 영역의 온도 아래에서 비등이 가능하도록 하고 저장소의 온도에서/또는 저장소의 온도 아래에서 응축이 가능하도록 한다. 상기 액체는 프로판, 부탄, 펜탄, 헥산, 헵탄, 옥탄, 디메틸 에테르, 메틸 아세테이트, 플루오로벤젠, 2-펜텐, 이산화탄소, 암모니아 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
당업자는, 액체의 특성 및 밀봉 압력을 이용하여, 저장소 아래의 지열 영역으로부터 저장소 내부로의 열전달을 달성하기 위해 용기를 삽입하는 깊이를 계산할 수 있다. 당업자는 또한 바람직한 가열을 기준으로 필요한 용기의 개수 및 용기들을 얼마나 빽빽하게 배열해야 하는지를 결정할 수 있다.
상기 액체는 용기의 하부 부분에서 증발하여 증기를 형성하고 증기의 대류 유동을 통해 상부 부분으로 열을 전달하며, 상기 증기가 액체로 다시 응축하고 아래쪽을 향하여 하부 부분으로 유동함에 따라 상기 열은 상부 부분에서 주위 저장소로 발산된다. 이러한 순환은 무한히 반복되어 지열 영역으로부터 저장소로 열을 전달한다.
통상적으로, 상기 용기는 일반적인 시추 장비 및 도구들을 이용하여 만들어지고 적절한 위치에 삽입될 수 있으며, 시추 장비 및 도구들은 탄화수소 저장소를 개발하는데 필요할 것이다. 상기 용기는, 액체로 채워지고 압력 하에 밀봉된 새로운 또는 사용된 시추 파이프의 하나 이상의 연결 부위(joints)이거나, 액체로 채워지고 압력 하에 밀봉된 새로운 또는 사용된 시추 케이싱(drilling casing)의 하나 이상의 연결 부위이거나, 또는 액체로 채워지고 압력 하에 밀봉된 하나 이상의 긴 파이프일 수 있다. 상기 파이프는, 예를 들어 금속성 또는 중합성 물질을 포함하는 임의의 적절한 물질로 만들어질 수 있다. 상기 용기는 제거가능한 패커(packers) 또는 제거가능한 밀봉으로 밀봉될 수 있다.
상기 용기는 케이싱 시추공(cased drill holes) 또는 개방된 시추공(open drill holes)에 위치할 수 있다. 상기 시추공은, 표면과 시스템의 상부 사이에서, 시추 이수(drilling mud) 또는 콘크리트로 밀봉될 수 있다. 상기 용기가 케이싱 시추공에 위치하는 경우, 추후에 저장소로부터 탄화수소의 생산을 시작하기에 적합할 때, 생산 유정이 동일한 케이싱 유정 내로 설치될 수 있다.
외부 용기의 임의의 틈이 단순히 액체를 방출시키고 이를 국부적인 퇴적물에 분산시킬 것이라는 점에서, 이러한 용기들은 절대적으로 안전하다. 이 후, 상기 용기들은 기능을 멈추고 깊이 묻힌 파이프 토막이 될 것이다. 매장 깊이, 압력 및 채워지는 액체의 적절한 선택에 의해, 이러한 용기들은 저장소를 과열시키지 않을 것이다.
상기 용기들은 액체 및 증기의 순환을 위한 수직 폐쇄 회로를 형성함으로써, 지열 영역으로부터 저장소 내부로 수동 열교환을 가능하게 한다. 이러한 맥락에서, 상기 용기는 저장소 내에서 바람직한 결과물을 생성하기 위하여 저장소를 가열한다. 예를 들어, 중유 또는 타르 샌드 저장소에 있어서, 상기 용기는 탄화수소 생성물의 점도를 감소시키기 위하여 저장소를 가열한다. 천연 가스 하이드레이트 저장소에 있어서, 상기 용기는, 하이드레이트를 해리에 대한 상 경계에 가깝지만 이를 넘지는 않게 이동시키기 위하여 저장소를 가열한다. 이 후, 조절된 방법으로 적절한 시기에, 하이드레이트로부터 천연 가스의 생산을 향상시키는 방법의 일부로서 해리가 촉진될 수 있다.
상기 용기는 내부 및/또는 외부 표면 상에 보호 물질들로 처리될 수 있다. 이러한 보호 물질들은 용기가 묻힌 환경으로부터 완전한 용기를 보호할 수 있다. 이러한 보호 물질들은 또한 액체로부터 용기의 내부 표면을 보호할 수 있다. 이러한 보호 물질들은 또한 단열성일 수 있고, 액체를 사용한 열교환에 있어서 적절한 환경을 제공하는데 도움을 줄 수 있다. 이러한 맥락에서, 상기 보호 물질들은 내부식성, 단열성 등일 수 있다. 상기 용기는, 지열 영역으로부터 저장소로 열의 전달을 최대화하기 위하여, 하부 부분 위 및 상부 부분 아래에 하나 이상의 내부적으로 또는 외부적으로 단열된 부분을 포함할 수 있다. 단열은, 임의적으로 파이프 벽 사이의 발포체(foam) 또는 진공과 함께, 이중벽 파이프와 같은 다양한 수단으로 구성될 수 있다. 다양한 조성의 발포체 단열재의 응용이 적용될 수 있다. 상기 단열된 부분은 용기의 길이 방향에 따라 연속적일 수 있거나 또는 끊어질 수 있고, 단일층 또는 다층 단열재 및 이들의 조합으로 구성될 수 있다.
상기 용기들은, 용기의 길이 방향에 따라 지열 영역으로부터 저장소로 연장되기 위하여, 수평 내지 수직 사이의 임의의 각도 또는 각도들의 임의의 조합으로 땅에 삽입될 수 있다. 상기 용기들은, 전체 용기의 길이에 대해 각도가 일정하지 않도록 하기 위해, 곡면 구역을 함유할 수 있다. 특정 구현예에서, 상기 용기들은 45°내지 수직의 각도로 삽입된다. 상기 각도는 액체가 증발하고 응축하고 지열 영역으로부터 저장소로 열을 전달하도록 해야한다.
상기 용기는 하부 및 상부 부분 사이에 그리고 시스템과 주위의 땅 사이에 열전달 특성 및/또는 효율을 향상시키기 위하여 추가적인 성분들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 용기는 액체의 증발 및 응축을 돕기 위해 내부 조절벽(baffles) 또는 판(plates)을 포함할 수 있다. 상기 용기는 또한 외부 핀(fins) 또는 판을 포함할 수 있다. 특히, 노출된 표면적을 증가시킴으로써 시스템과 주위의 땅 사이에 열전달을 향상시키고 확장하기 위하여, 이러한 외부 핀 또는 판을 상부 및/또는 하부 부분에 위치시키는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 추가적인 성분들이 용기가 삽입되기 전 또는 후에 용기 내에 설치될 수 있다.
상기 용기들은 하나 초과의 저장소를 교차하도록 땅에 삽입될 수 있다. 이러한 맥락에서, 상기 용기는 추가적인 저장소 내부에 상위 부분(upper portion)을 가진다. 이 상위 부분은 상부 부분과는 구별되고, 상기 추가적인 저장소는 상부 부분이 위치하고 있는 저장소와 구별된다. 이러한 예에서, 용기는 저장소들 사이의 용기의 구역 및 지열 영역 내의 하부 부분 위의 구역에 단열재를 포함할 수 있다.
용기들을 포함하는 탄화수소 저장소의 생산을 개시하는 시스템에서 사용되는 용기들의 4 가지 구현예(A, B, C, 및 D)가 도 1에 개시되어 있다. 용기 A 는 저장소(100) 아래의 지열 영역 내의 하부 부분(400) 및 저장소(100) 내부의 상부 부분(300)을 포함하는 용기를 나타낸다. 상기 용기는, 용기의 하부 부분에서 증발하여 증기를 형성하고 증기의 대류 유동을 통해 열을 용기의 상부 부분으로 전달하는 액체(200)로 부분적으로 채워져 있다. 용기 내부에서 증기가 다시 액체로 응축되고 아래쪽을 향하여 하부 부분으로 유동함에 따라, 열이 용기의 상부 부분에서 주위 저장소로 방산되면서 저장소를 가열하고 저장소의 온도를 증가시킨다.
용기 B 는 액체(200)의 증발 및 응축을 돕기 위해 내부 조절벽 또는 판(500)을 갖는 용기를 나타낸다. 상기 내부 조절벽 또는 판(500)은 저장소(100) 아래의 지열 영역 내의 하부 부분(400)과 저장소(100) 내부의 상부 부분(300) 사이에 위치한다.
용기 C 는 지열 영역으로부터 저장소로 열의 전달을 최대화하기 위하여 하부 부분(400) 위 및 상부 부분(300) 아래에 단열된 부분(600)을 갖는 용기를 나타낸다.
용기 D 는 용기가 2 개의 저장소들(100 및 110)을 교차하도록 땅에 삽입된 용기를 나타낸다. 상기 2 개의 저장소들(100 및 110)은 별개의 것이다. 상기 용기는 저장소들(100 및 110) 아래의 지열 영역 내의 하부 부분(400), 저장소(100) 내부의 상부 부분(300) 및 저장소(110)를 갖는 중간 부분(intermediate portion)을 포함한다. 상기 용기는, 용기의 하부 부분에서 증발하여 증기를 형성하는 액체(200)로 부분적으로 채워져 있다. 상기 용기는 저장소들(100 및 110) 사이의 용기의 구역에 단열재(620)를 포함하고, 지열 영역 내의 하부 부분(400) 위의 구역에 단열재(610)를 포함한다.
이러한 예시들은 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 상기 용기는 다른 성분들, 예컨대 하부 부분(400) 및/또는 상부 부분(300)에 지열 영역으로부터 저장소로 열전달을 최대화하는 외부 핀 또는 판을 포함할 수 있다.
이러한 하나 이상의 용기를 포함하는 시스템이 저장소의 생산을 개시하는 방법에서 사용된다. 본 방법은 a) 저장소를 위치시키는 단계; b) 하나 이상의 밀봉되고 신장된 빈 관 모양의 용기를 저장소 아래의 지열 영역 내의 땅으로 삽입하고 이로부터 저장소로 위쪽을 향해 연장시키는 단계; c) 저장소 아래의 지열 영역으로부터 저장소 내부로 열을 전달하는 단계; 및 d) 상기 저장소의 온도를 증가시키는 단계를 포함한다. 상기 용기는 저장소 아래의 지열 영역 내의 하부 부분 및 저장소 내부의 상부 부분을 포함한다. 상기 용기는 하부 부분에서 증발하여 증기를 형성하는 액체로 부분적으로 채워져 있다. 열은 증기의 대류 유동에 의해 용기의 상부 부분으로 전달되고, 상기 증기가 액체로 다시 응축되고 용기의 아래쪽을 향하여 하부 부분으로 유동함에 따라 상기 열이 상부 부분에서 주위 저장소로 방산된다. 주위 저장소로 방산하는 열은 저장소의 온도를 증가시킨다.
본원에 개시된 바와 같이, 저장소는 천연 가스 하이드레이트 저장소, 중유 저장소 또는 타르 샌드 저장소일 수 있다. 하나의 구현예에서, 상기 저장소는 천연 가스 하이드레이트 저장소이다. 생산 개시는, 설계 변수, 실제 지표 밑의 조건, 용기에 대한 땅에서의 시간 등에 따라, 저장소에 대해 상전이 또는 상당한 점도 감소를 일으키거나 일으키지 않을 수 있다.
상기 저장소는 통상적인 방법으로 위치될 수 있다. 타르 샌드 저장소는 통상적으로 캐나다 및 베네수엘라에서 발견된다. 천연 가스 하이드레이트는 심해 및 영구 동토층 환경의 일반적인 구성 성분이다. 당업자는 개발을 위한 적절한 크기 및 위치의 저장소를 발견할 수 있다.
본 발명의 방법의 특정 구현예에서, 상기 저장소는 천연 가스 하이드레이트 저장소이고, 상기 저장소의 온도는 저장소를 해리에 대한 상 경계에 가깝지만 이를 넘지 않도록 이동시킴으로써 증가될 수 있다. 적절한 경우, 생산을 향상시키는 방법은 천연 가스 하이드레이트 저장소의 압력을 감소시키는 단계 및/또는 해리를 개시하는 NGH 상 안정성 경계를 넘도록 온도를 증가시키는 단계, 천연 가스를 생산하는 단계, 및 하이드레이트로부터 생산된 천연 가스를 수집하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 천연 가스 하이드레이트의 입방 미터는 0.8 입방 미터의 물 및 최대 170 입방 미터의 메탄 가스를 함유한다.
심해 클라스레이트 및 영구 동토층 저장소들은 각각 해저 및 지표면 아래에서 상대적으로 얕은 깊이에 있다; 따라서, 저장소의 생산을 개시하기 위하여, 시추하고 다수의 용기들을 위치시키는 것은 상대적으로 저렴할 것이다. 생산을 개시하는 방법에서, 큰 규모의 용기들이 위치될 수 있고, 천연 가스 하이드레이트 저장소가 생산을 위한 최적의 조건에 도달할 때까지 일정 기간 동안 자동적으로 작동하도록 할 수 있다. 이 기간은 수일 내지 수개월 내지 수년의 범위일 수 있다. 저장소의 생산을 시작할 준비가 되었을 때, 케이싱 설치공들이 생산 유정의 설치를 위해 사용될 수 있다. 생산 동안, 2차 하이드레이트(secondary hydrates)가 형성되어 생산 유정으로의 유동을 막는 것을 방지하기 위하여, 존재하는 용기들은 저장소에 열을 계속해서 공급할 것이다. 또한, 상기 용기들이 위치된 구역에서 생산이 개시될 때 상기 용기들의 트랜치들(tranches)이 제거될 수 있고, 이러한 용기들은 다음 생산 개발 구역으로 재배치될 수 있다.
생산을 개시하는 본 방법의 다른 구현예들에서, 저장소는 중유 저장소일 수 있고, 저장소의 온도는 중유의 점도를 감소시키기 위해 증가될 수 있다. 중유의 점도는 중유가 자유롭게 유동할 지점까지 감소될 수 있다. 생산 개시는 상당한 점도 감소로 이어질 수 있거나 또는 상당한 점도 감소가 생산에서 발생할 수 있다. 적절한 시점에, 생산을 향상시키는 본 방법은 가열된 중유를 유정 보어(wellbore)로 유동시키는 단계 및 상기 중유를 수집하는 단계를 포함할 수 있다.
생산을 개시하는 본 방법의 다른 구현예들에서, 저장소는 타르 샌드 저장소일 수 있고, 저장소의 온도는 저장소 내의 탄화수소가 최종적으로는 고체에서 액체로 변화하도록 증가될 수 있다. 상기 온도는 저장소 내의 탄화수소가 고체에서 액체로 변화하는 지점까지 계속해서 증가될 수 있다. 생산 개시는 상전이로 이어질 수 있거나 또는 상전이의 시점이 생산에서 일어날 수 있다. 생산을 향상시키는 방법은 액화된 타르 샌드 탄화수소를 유정 보어로 유동시키는 단계 및 상기 액화된 타르 샌드 생성물을 수집하는 단계를 포함할 수 있다.
지열 구배 및 예상되는 밀봉 압력을 기초로, 액체는 적절한 압력에서 적절한 비등점을 갖도록 선택됨으로써, 지열 영역의 온도에서 및/또는 지열 영역의 온도 아래에서 비등이 가능하도록 하고 저장소의 온도에서/또는 저장소의 온도 아래에서 응축이 가능하도록 한다.
밀봉되고 신장된 빈 관 모양의 용기들은 저장소 아래의 지열 영역 내의 땅 속으로 삽입되고, 거기로부터 저장소 내로 위쪽을 향해 연장된다. 당업자는, 액체의 특성 및 밀봉 압력을 이용하여, 저장소 아래의 지열 영역으로부터 저장소 내부로의 열전달을 달성하기 위해 용기를 삽입하는 깊이를 계산할 수 있다.
상기 액체는 용기의 하부 부분에서 증발하여 증기를 형성하고 증기의 대류 유동을 통해 상부 부분으로 열을 전달하며, 상기 증기가 액체로 다시 응축하고 아래쪽을 향하여 하부 부분으로 유동함에 따라 상기 열은 상부 부분에서 주위 저장소로 발산된다. 이러한 순환은 무한히 반복되어 지열 영역으로부터 저장소로 열을 전달한다.
땅 속의 더 깊은 곳으로부터 저장소로의 열전달은 저장소의 온도를 증가시킨다. 저장소의 온도를 증가시키는 것은, 선택된 저장소에 따라, 저장소 내부의 탄화수소 저장소의 변화를 야기한다. 상기 기재된 바와 같이, 저장소가 중유 저장소인 경우, 온도는 오일의 점도를 감소시키기 위해 증가된다. 저장소가 타르 샌드 저장소인 경우, 탄화수소 생성물에 대해 고체에서 액체로 상변화를 야기하도록 온도가 최종적으로 증가된다. 저장소가 천연 가스 하이드레이트 저장소인 경우, 온도는 저장소를 해리에 대한 상 경계에 가깝지만 이를 넘지 않도록 이동시키기 위해 증가된다. 본 방법에서, 온도를 증가시키고 탄화수소 저장소의 특성을 초기에 변화시키는 것은, 저장소를 개발하고 생성물을 수득하는 것과 연관된 최종 생산 비용을 감소시킨다.
저장소의 가열을 달성하는 초기의 생산 개시는 탄화수소 저장소의 전체 생산에 포함되는 것으로 간주된다.
도 2는 해저 아래에 위치한 천연 가스 하이드레이트 저장소(100)의 생산을 향상시키는 시스템을 나타낸다. 도 2의 시스템은 두 개의 용기들(A 및 B)을 포함한다. 도 2는 해수면(10) 및 해저(20)를 나타내고, 용기들(A 및 B)은 해저 내에 삽입되어 있다.
용기 A 는 표면(20)과 시스템(40)의 상부 사이에 시추 이수 또는 콘크리트(30)로 밀봉된 시추공 내에 위치한다. 용기 A 는 저장소(100) 내부의 상부 부분(300) 및 저장소(100) 아래의 지열 영역 내의 하부 부분(400)을 포함한다. 상기 용기는, 용기의 하부 부분에서 증발하여 증기를 형성하고 증기의 대류 유동을 통해 열을 용기의 상부 부분으로 전달하는 액체(200)로 부분적으로 채워져 있다. 용기 내부에서 증기가 다시 액체로 응축되고 아래쪽을 향하여 하부 부분으로 유동함에 따라, 열이 용기의 상부 부분에서 주위 저장소로 방산되면서 저장소를 가열하고 저장소의 온도를 증가시킨다.
용기 B 는 재도입 메카니즘(re-entry mechanism)(50)으로 밀봉된 케이싱 시추공 내에 위치함으로써, 저장소로부터 탄화수소의 생산을 시작하기에 적절한 경우, 추후에 생산 유정이 동일한 케이싱 유정 내에 설치될 수 있도록 한다. 용기 B 는 제거가능한 패커 또는 제거가능한 밀봉(60)으로 밀봉된다. 용기 B 는 또한 저장소(100) 내부의 상부 부분(300) 및 저장소(100) 아래의 지열 영역 내의 하부 부분(400)을 포함한다. 상기 용기는, 용기의 하부 부분에서 증발하여 증기를 형성하고 증기의 대류 유동을 통해 열을 용기의 상부 부분으로 전달하는 액체(200)로 부분적으로 채워져 있으며, 상기 열은 주위 저장소(100)로 방산된다.
본 발명이 상세히 및 특정 구현들을 참조로 기재되었으나, 본 발명의 의도 및 범위를 벗어나지 않게 다양한 변화 및 변경이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게 자명할 것이다.

Claims (15)

  1. 저장소 아래의 지열 영역(geothermal heat zone) 내의 땅에 지지되고, 수직 내지 수평 사이 또는 상기 각도들의 임의의 조합을 포함하는 임의의 각도로 용기의 길이 방향을 따라 위쪽을 향하여 상기 저장소로 연장되는 하나 이상의 밀봉되고 신장된 빈 관 모양(sealed, elongated, hollow tubular)의 용기를 포함하는 하나 이상의 저장소의 생산을 개시하는 시스템으로서,
    상기 용기는 하기를 포함하고, 또한 상기 용기는 액체 및 증기의 순환을 위한 수직 폐쇄 회로를 형성함으로써 지열 영역으로부터 저장소 내부로 수동 열교환을 가능하게 하는 용기인 시스템:
    a) 저장소 아래의 지열 영역 내의 하부 부분(bottom portion);
    b) 저장소 내부의 상부 부분(top portion); 및
    c) 하부 부분에서 증발하여 증기를 형성하고 증기의 대류 유동을 통해 열을 상부 부분으로 전달하는 액체로 부분적으로 채워지고, 상기 증기가 액체로 다시 응축되고 아래쪽을 향하여 하부 부분으로 유동함에 따라 상기 열이 상부 부분에서 주위 저장소로 방산됨(dissipated).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 액체는 프로판, 부탄, 펜탄, 헥산, 헵탄, 옥탄, 디메틸 에테르, 메틸 아세테이트, 플루오로벤젠, 2-헵텐, 이산화탄소, 암모니아 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 용기는 액체로 채워지고 압력 하에 밀봉된 새로운 또는 사용된 시추 파이프의 하나 이상의 연결 부위(joints), 액체로 채워지고 압력 하에 밀봉된 새로운 또는 사용된 시추 케이싱(drilling casing)의 하나 이상의 연결 부위, 및 액체로 채워지고 압력 하에 밀봉된 하나 이상의 긴 파이프로 이루어진 군으로부터 선택되는 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 용기는 내부 표면 및/또는 외부 표면 상에 보호 물질들로 처리되며, 상기 보호 물질들은 내부식성 또는 단열성인 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 용기는 케이싱 시추공(cased drill holes) 또는 개방된 시추공(open drill holes)에 위치되며, 또한 상기 시추공은 시추 이수(drilling mud) 또는 콘크리트로 밀봉되는 시스템.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 용기는 케이싱 시추공(cased drill holes) 또는 개방된 시추공(open drill holes)에 위치되며, 또한 상기 용기는 제거가능한 패커(packers) 또는 제거가능한 밀봉으로 밀봉되는 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 용기는, 하부 부분 위 및 상부 부분 아래에, 하나 이상의 내부적으로 및/또는 외부적으로 단열된 부분을 추가로 포함하는 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 용기는 하나 이상의 추가적인 저장소 내부에 상위 부분(upper portion)을 추가로 포함하고, 상기 용기는 저장소들 사이의 용기의 구역에 단열재를 포함하는 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 용기는 내부 조절벽(baffles) 또는 판을 추가로 포함하는 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 용기는 상부 부분 및/또는 하부 부분에 외부 핀(fins) 또는 판을 추가로 포함하는 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 저장소는 천연 가스 하이드레이트 저장소인 시스템.
  12. 저장소의 생산을 개시하는 방법으로서, 하기를 포함하는 방법:
    a) 저장소를 위치시키는 단계;
    b) 하나 이상의 밀봉되고 신장된 빈 관 모양의 용기를 저장소 아래의 지열 영역 내의 땅에 삽입하고 이로부터 저장소로 위쪽을 향해 연장시키는 단계로서, 상기 용기는 (i) 저장소 아래의 지열 영역 내의 하부 부분; (ii) 저장소 내부의 상부 부분; 및 (iii) 하부 부분에서 증발하여 증기를 형성하는 액체로 부분적으로 채워지는 것을 포함하며, 여기서 상기 용기는 액체 및 증기를 순환시키기 위한 수직 폐쇄 회로를 형성함으로써 지열 영역으로부터 저장소 내부로 수동 열교환을 가능하게 하는 단계;
    c) 저장소 아래의 지열 영역으로부터 저장소 내부로, 상부 부분으로의 상기 증기의 대류 유동에 의해 열을 전달하는 단계로서, 상기 증기가 액체로 다시 응축되고 아래쪽을 향하여 하부 부분으로 유동함에 따라 상기 열이 상부 부분에서 주위 저장소로 방산되는 단계; 및
    d) 상기 저장소의 온도를 증가시키는 단계.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 저장소는 천연 가스 하이드레이트 저장소이고, 상기 저장소의 온도는 저장소를 해리에 대한 상 경계에 가깝지만 이를 넘지 않도록 이동시킴으로써 증가되는 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 방법은, 지열 영역 및 밀봉 압력을 기준으로 액체를 선택하는 단계 및 밀봉 압력에서 액체를 이용한 대류 유동에 의해 저장소 아래의 지열 영역으로부터 저장소 내부로의 열전달을 달성하기 위해 용기를 삽입하는 깊이를 계산하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  15. 천연 가스 하이드레이트의 생산을 개시하는 방법으로서, 하기를 포함하는 방법:
    a) 천연 가스 하이드레이트가 안정하도록, 천연 가스 하이드레이트 저장소를 온도 및 압력에서 위치시키는 단계;
    b) 하나 이상의 밀봉되고 신장된 빈 관 모양의 용기를 천연 가스 하이드레이트 저장소 아래의 지열 영역 내의 땅에 삽입하고 이로부터 천연 가스 하이드레이트 저장소로 위쪽을 향해 연장시키는 단계로서, 상기 용기는 (i) 천연 가스 하이드레이트 저장소 아래의 지열 영역 내의 하부 부분; (ii) 천연 가스 하이드레이트 저장소 내부의 상부 부분; 및 (iii) 하부 부분에서 증발하여 증기를 형성하는 액체로 부분적으로 채워지는 것을 포함하는 단계;
    c) 천연 가스 하이드레이트 저장소 아래의 지열 영역으로부터 천연 가스 하이드레이트 저장소 내부로, 상부 부분으로의 상기 증기의 대류 유동에 의해 열을 전달하는 단계로서, 상기 증기가 액체로 다시 응축되고 아래쪽을 향하여 하부 부분으로 유동함에 따라 상기 열이 상부 부분에서 주위 저장소로 방산되는 단계; 및
    d) 상기 저장소를 해리에 대한 상 경계에 가깝지만 이를 넘지 않도록 이동시킴으로써 상기 천연 가스 하이드레이트 저장소의 온도를 증가시키는 단계.
KR1020157003714A 2012-08-13 2013-08-13 서모사이펀을 이용한 클라스레이트 생산의 개시 KR102043268B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201261682569P 2012-08-13 2012-08-13
US61/682,569 2012-08-13
PCT/US2013/054776 WO2014028522A1 (en) 2012-08-13 2013-08-13 Initiating production of clathrates by use of thermosyphons

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150042205A true KR20150042205A (ko) 2015-04-20
KR102043268B1 KR102043268B1 (ko) 2019-11-12

Family

ID=49123885

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020157003715A KR102054938B1 (ko) 2012-08-13 2013-08-13 서모사이펀을 이용한 클라스레이트 생산의 향상
KR1020157003714A KR102043268B1 (ko) 2012-08-13 2013-08-13 서모사이펀을 이용한 클라스레이트 생산의 개시

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020157003715A KR102054938B1 (ko) 2012-08-13 2013-08-13 서모사이펀을 이용한 클라스레이트 생산의 향상

Country Status (9)

Country Link
US (2) US9222342B2 (ko)
EP (2) EP2882931A1 (ko)
JP (2) JP6255020B2 (ko)
KR (2) KR102054938B1 (ko)
CN (2) CN104619948A (ko)
AU (2) AU2013302741A1 (ko)
CA (2) CA2880912A1 (ko)
NZ (2) NZ704961A (ko)
WO (2) WO2014028522A1 (ko)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014028522A1 (en) * 2012-08-13 2014-02-20 Chevron U.S.A. Inc. Initiating production of clathrates by use of thermosyphons
CA2942834C (en) 2014-03-28 2019-11-19 Public Joint Stock Company "Transneft" Device for heat stabilization of perennial permafrost soils
KR101708549B1 (ko) * 2015-02-11 2017-02-21 한국해양대학교 산학협력단 액화 이산화탄소 화물창 온도제어를 위한 열사이폰 장치
CN105275436A (zh) * 2015-11-10 2016-01-27 青岛海洋地质研究所 一种天然气获取装置和方法
CN105719336B (zh) * 2016-01-08 2020-09-04 中国石油大学(北京) 一种基于3d打印制作可燃冰笼状结构模型的方法
CN105675449B (zh) * 2016-02-01 2019-01-25 青岛海洋地质研究所 天然气水合物开采井砂粒横向运移规律的监测装置及方法
CN105996766A (zh) * 2016-06-28 2016-10-12 平湖科能电器技术有限公司 一种节能型饮水机
CN108005626B (zh) * 2017-11-27 2020-11-24 华南理工大学 一种基于热管技术的天然气水合物开采装置及方法
CN108086962B (zh) * 2018-01-16 2023-04-25 吉林大学 基于真空降压法开采海底浅层非成岩地层天然气水合物的装置及方法
US11421516B2 (en) 2019-04-30 2022-08-23 Sigl-G, Llc Geothermal power generation
CN110361158B (zh) * 2019-06-27 2020-06-16 青岛海洋地质研究所 降压过程中水合物储层泥砂剥离运移的模拟方法及装置
CN111997568B (zh) * 2020-08-06 2021-07-30 中国科学院广州能源研究所 一种天然气水合物全尺寸开采模拟井装置及实验方法
CN112253058B (zh) * 2020-10-19 2021-07-27 青岛海洋地质研究所 人工富化开采深水浅层低丰度非常规天然气的系统及方法
CN113914829A (zh) * 2021-10-22 2022-01-11 中国地质调查局长沙自然资源综合调查中心 一种利用大洋钻探井深部地热开发水合物的方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07198278A (ja) * 1993-12-30 1995-08-01 Tohoku Electric Power Co Inc 棒状ループ型ヒートパイプ
US20030196810A1 (en) * 2001-10-24 2003-10-23 Vinegar Harold J. Treatment of a hydrocarbon containing formation after heating
US20060032637A1 (en) * 2004-08-10 2006-02-16 Ayoub Joseph A Method for exploitation of gas hydrates
US20100155070A1 (en) * 2008-10-13 2010-06-24 Augustinus Wilhelmus Maria Roes Organonitrogen compounds used in treating hydrocarbon containing formations
US20100163231A1 (en) * 2008-12-31 2010-07-01 Chevron U.S.A. Inc. Method and system for producing hydrocarbons from a hydrate reservoir using available waste heat
US20100163246A1 (en) * 2008-12-31 2010-07-01 Chevron U.S.A. Inc. Method and system for producing hydrocarbons from a hydrate reservoir using a sweep gas

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2181654A (en) * 1938-01-24 1939-11-28 Howard W Davenport Apparatus for heating gas
US3217791A (en) * 1964-07-30 1965-11-16 Erwin L Long Means for maintaining perma-frost foundations
US3580330A (en) * 1968-01-03 1971-05-25 Tech De Geothermie Soc Geothermal system
US4566527A (en) * 1980-09-15 1986-01-28 Pell Kynric M Isothermal heat pipe system
US4424858A (en) * 1981-02-19 1984-01-10 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Apparatus for recovering gaseous hydrocarbons from hydrocarbon-containing solid hydrates
HU193647B (en) * 1983-02-14 1987-11-30 Melyepitesi Tervezo Vallalat Method and apparatus for utilizing geothermic energy
JPS6135942A (ja) * 1984-07-30 1986-02-20 住友金属工業株式会社 高温特性に優れた内面被覆鋼管
US4961463A (en) 1989-04-26 1990-10-09 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Thermosyphon condensate return device
US5238053A (en) 1992-04-03 1993-08-24 Long Erwin L Method of and system for warming road surface
US5190098A (en) 1992-04-03 1993-03-02 Long Erwin L Thermosyphon with evaporator having rising and falling sections
US5327734A (en) 1992-05-15 1994-07-12 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Passive-active thermosyphon
US5272891A (en) * 1992-10-21 1993-12-28 Erickson Donald C Intermittent sorption cycle with integral thermosyphon
JP2886110B2 (ja) * 1995-04-19 1999-04-26 株式会社フジクラ ヒートパイプ式融雪装置
US6116290A (en) * 1999-03-16 2000-09-12 J. Ray Mcdermott, S.A. Internally insulated, corrosion resistant pipeline
AU6210200A (en) * 1999-07-12 2001-01-30 Halliburton Energy Services, Inc. Method for reducing solids buildup in hydrocarbon streams produced from wells
US20030066642A1 (en) * 2000-04-24 2003-04-10 Wellington Scott Lee In situ thermal processing of a coal formation producing a mixture with oxygenated hydrocarbons
US20030085034A1 (en) * 2000-04-24 2003-05-08 Wellington Scott Lee In situ thermal processing of a coal formation to produce pyrolsis products
US20030075318A1 (en) * 2000-04-24 2003-04-24 Keedy Charles Robert In situ thermal processing of a coal formation using substantially parallel formed wellbores
US7347059B2 (en) * 2005-03-09 2008-03-25 Kelix Heat Transfer Systems, Llc Coaxial-flow heat transfer system employing a coaxial-flow heat transfer structure having a helically-arranged fin structure disposed along an outer flow channel for constantly rotating an aqueous-based heat transfer fluid flowing therewithin so as to improve heat transfer with geological environments
JP2007017141A (ja) * 2005-06-11 2007-01-25 Yasushi Miyauchi 埋設補助材
FR2893515A1 (fr) 2005-11-18 2007-05-25 Inst Francais Du Petrole Procede ameliore de pretraitement de gaz naturel acide
US7604054B2 (en) * 2006-02-27 2009-10-20 Geosierra Llc Enhanced hydrocarbon recovery by convective heating of oil sand formations
JP4280790B1 (ja) * 2008-03-12 2009-06-17 下村産業有限会社 メタンハイドレートの採取装置
US20100006281A1 (en) * 2008-07-09 2010-01-14 Air Wars Defense Lp Harvesting hydrocarbons and water from methane hydrate deposits and shale seams
US8381544B2 (en) 2008-07-18 2013-02-26 Kellogg Brown & Root Llc Method for liquefaction of natural gas
WO2014028522A1 (en) * 2012-08-13 2014-02-20 Chevron U.S.A. Inc. Initiating production of clathrates by use of thermosyphons

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07198278A (ja) * 1993-12-30 1995-08-01 Tohoku Electric Power Co Inc 棒状ループ型ヒートパイプ
US20030196810A1 (en) * 2001-10-24 2003-10-23 Vinegar Harold J. Treatment of a hydrocarbon containing formation after heating
US20060032637A1 (en) * 2004-08-10 2006-02-16 Ayoub Joseph A Method for exploitation of gas hydrates
US20100155070A1 (en) * 2008-10-13 2010-06-24 Augustinus Wilhelmus Maria Roes Organonitrogen compounds used in treating hydrocarbon containing formations
US20100163231A1 (en) * 2008-12-31 2010-07-01 Chevron U.S.A. Inc. Method and system for producing hydrocarbons from a hydrate reservoir using available waste heat
US20100163246A1 (en) * 2008-12-31 2010-07-01 Chevron U.S.A. Inc. Method and system for producing hydrocarbons from a hydrate reservoir using a sweep gas
JP2012514148A (ja) * 2008-12-31 2012-06-21 シェブロン ユー．エス．エー． インコーポレイテッド 利用可能な廃熱を用いてハイドレート貯留層から炭化水素を生産する方法及びシステム

Also Published As

Publication number Publication date
NZ704961A (en) 2018-02-23
NZ704962A (en) 2018-02-23
EP2882931A1 (en) 2015-06-17
US20140041871A1 (en) 2014-02-13
CN104583533A (zh) 2015-04-29
JP6255019B2 (ja) 2017-12-27
JP6255020B2 (ja) 2017-12-27
JP2015524886A (ja) 2015-08-27
AU2013306159A1 (en) 2015-02-19
AU2013302741A1 (en) 2015-02-19
CN104619948A (zh) 2015-05-13
JP2015524887A (ja) 2015-08-27
EP2882930A1 (en) 2015-06-17
KR102054938B1 (ko) 2019-12-12
US20140041872A1 (en) 2014-02-13
WO2014031392A1 (en) 2014-02-27
KR20150042206A (ko) 2015-04-20
CA2880912A1 (en) 2014-02-27
US9222342B2 (en) 2015-12-29
US9371722B2 (en) 2016-06-21
KR102043268B1 (ko) 2019-11-12
CA2881152A1 (en) 2014-02-20
WO2014028522A1 (en) 2014-02-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102043268B1 (ko) 서모사이펀을 이용한 클라스레이트 생산의 개시
US9777563B2 (en) Natural gas hydrate reservoir heating
Li et al. Investigation into gas production from natural gas hydrate: A review
Gambelli et al. Experimental study on natural gas hydrate exploitation: Optimization of methane recovery, carbon dioxide storage and deposit structure preservation
CA2748363C (en) Method and system for producing hydrocarbons from a hydrate reservoir using available waste heat
Gauteplass et al. Hydrate seal formation during laboratory CO2 injection in a cold aquifer
Niu et al. Effectiveness of CO2-N2 injection for synergistic CH4 recovery and CO2 sequestration at marine gas hydrates condition
Macaulay et al. Design of a steam pilot in a fractured carbonate reservoir-Qarn Alam field, Oman
Chen et al. Preparation of warm brine in situ seafloor based on the hydrate process for marine gas hydrate thermal stimulation
JP5383824B2 (ja) スイープガスを用いてハイドレート貯留層から炭化水素を生産する方法及びシステム
Almenningen et al. Experimental Investigation of Critical Parameters Controlling CH4–CO2 Exchange in Sedimentary CH4 Hydrates
Krogh et al. Liquefied CO2 injection modelling
Goodman et al. A Tale of Two Flowlines—Paraffin Plugging and Remediation
Śliwa et al. The application of vacuum insulated tubing in deep borehole heat exchangers
Tan et al. The supercritical multithermal fluid flooding investigation: experiments and numerical simulation for deep offshore heavy oil reservoirs
Mukhametshina Reducing the Environmental Impact of Bitumen Extraction with ES-SAGD Process
Parlaktuna A cyclic steam injection model for gas production from a hydrate reservoir
Ma et al. Research and Practice on Efficient Development of Chang7 Shale Reservoir in Ordos Basin
Bellarby Tubing Well Performance, Heat Transfer and Sizing
Nengkoda et al. Production Behaviour of Gas Hydrate Under Hot Sea Water Injection: Laboratory Case Study
Rauf et al. Energy resources potential of methane hydrate as potential fuel source
Ganti The effects of permeability and well completion on methane gas production from hydrate bearing reservoir
Neto et al. Integral solutions for ice formation and melting outward of the external wall of a pipe with internal and external convection
Dodds Water vapor effects on gas measurement

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant