KR20150115206A

KR20150115206A - Apparatus and method for fracturing shale rock formation

Info

Publication number: KR20150115206A
Application number: KR1020140039852A
Authority: KR
Inventors: 신용욱; 야다브 마노즈; 이봉주
Original assignee: (주)그린사이언스
Priority date: 2014-04-03
Filing date: 2014-04-03
Publication date: 2015-10-14
Also published as: KR101570697B1

Abstract

According to a disclosed embodiment, provided is a device to fracture a shale rock layer wherein a gas well is intruded. The fracturing device comprises: a pressure pump to inject a flow of fluid including liquefied petroleum gas (LPG) into the gas well; a probe including a first electrode and a second electrode applying electric energy for plasma blasting, wherein at least a part of the first electrode and at least a part of the second electrode are arranged to come in contact with the LPG in the gas well; and a controller controlling a transmission of the electric energy to the probe for the LPG to be compressed by a shock wave generated by the plasma blasting when the electric energy is applied through the probe.

Description

[0001] APPARATUS AND METHOD FOR FRACTURING SHALE ROCK FORMATION [0002]

개시되는 실시예들은 암석층(rock formation)의 파쇄(fracturing)를 위한 장치 및 방법에 관련되고, 더욱 상세하게는 셰일 가스(shale gas)의 채굴을 위하여 액화 석유 가스(Liquefied Petroleum Gas: LPG)를 이용하면서 플라즈마 블라스팅(plasma blasting)을 통해 LPG를 가압함으로써 셰일 가스가 매장된 암석층을 파쇄하는 기법에 관한 것이다.The disclosed embodiments relate to an apparatus and method for fracturing rock formation, and more particularly to a method and apparatus for fracturing shale gas using liquefied petroleum gas (LPG) And then pressurizing the LPG through plasma blasting to destroy the shale gas buried rock layer.

셰일 가스(shale gas)는 모래와 진흙이 쌓여 만들어진 퇴적암 층에 존재하는 천연 가스이다. 셰일 가스는 넓은 지역에 걸쳐 단단한 셰일 암석층의 미세한 틈새에 분포한다는 점에서 특정한 지질 구조 내에 유전(oil field) 또는 가스전(gas field) 형태로 좁은 영역에 밀집되어 있는 재래식 가스와 상이하다.Shale gas is a natural gas that exists in sedimentary rocks built up of sand and mud. Shale gas differs from conventional gas, which is concentrated in a narrow area in the form of an oil field or a gas field in a particular geological structure in that it is distributed over a large area in the fine gaps of a hard shale rock layer.

1800년대부터 셰일 가스가 알려져 있었으나, 그 분포의 특성으로 인하여 추출이 어려웠다. 1990년대 후반에 들어서야 수압을 이용하여 셰일 암석층을 파쇄하는 수압 파쇄(hydraulic fracturing) 또는 프랙킹(fracking) 기법을 통해 셰일 가스가 상용화되었다. 이 기법에 따르면, 모래와 같은 프로판트(proppant) 및 몇몇 화학 첨가물들을 섞은 물이 지하 2~4 km의 셰일 암석층을 부수기 위하여 시추공(borehole)을 통해 500~1000 기압으로 분사된다. 그러한 고압으로 인해 바위에 균열이 생기며, 바위 속에 갇혀 있던 셰일 가스는 그 균열에 모인 후 시추공을 통해 채굴될 수 있다.Shale gas was known from the 1800s, but extraction was difficult due to the characteristics of the distribution. In the late 1990s, shale gas was commercialized through hydraulic fracturing or fracturing techniques that used hydraulic pressure to shale the shale rock. According to this technique, a mixture of sand-like proppants and some chemical additives is sprayed at 500 to 1000 atmospheres through a borehole to break down 2 to 4 km of shale rock layers. Such high pressure creates cracks in the rocks, and the shale gas trapped in the rocks can be collected through the cracks and then mined through the boreholes.

그러나, 이러한 프랙킹 기법은 환경 오염의 염려가 있다. 예컨대, 파쇄를 위해 분사된 물질 중 일부가 지하에 남을 수 있다. 다른 예로서, 셰일 가스의 추출과 함께 회수되는 물에는 지하의 소금기, 기름 또는 다른 토양 성분과 같은 불순물이 섞일 수 있다. 더욱이, 물을 공급하고 처리하기 위한 시설을 구축하는 데에는 상당한 비용이 요구될 수 있다.However, such a fracturing technique may cause environmental pollution. For example, some of the material sprayed for shredding may remain underground. As another example, the water recovered with the extraction of the shale gas may be mixed with impurities such as underground salty, oil or other soil components. Moreover, a considerable expense may be required to establish a facility for supplying and treating water.

다른 몇몇 파쇄 기법은 물 대신에 LPG를 파쇄 유체(fracturing fluid)로서 사용한다. LPG는 물과 달리 지하의 소금기 있는 물질이나 진흙 등에 반응하지 않으므로, 파쇄를 위해 주입된 LPG와 같은 순수한 LPG가 회수될 수 있다. 또한, LPG는 물보다 점성과 밀도가 낮아서 추출된 셰일 가스가 이동하는 거리에 따른 압력 강하가 더 적다. 이에 따라, 동일한 채굴 지점으로부터 더 먼 곳의 셰일 가스를 추출하는 것이 가능하고, 그 추출 범위 역시 더 넓다. 또한, LPG의 회수율도 100% 가까이 될 수 있다. 다만, 종래의 LPG 파쇄 공법은 매우 많은 양의 LPG를 사용하여야 했는바, 비용 측면에서 효과적이지 못했다.Several other shredding techniques use LPG as fracturing fluid instead of water. Unlike water, LPG does not react with underground salty substances or mud, so pure LPG such as LPG injected for crushing can be recovered. In addition, LPG is less viscous and less dense than water, so the pressure drop along the distance traveled by the extracted shale gas is less. As a result, it is possible to extract the shale gas further from the same mining point, and the extraction range is also wider. Also, the recovery rate of LPG can be close to 100%. However, the conventional LPG crushing method had to use a very large amount of LPG, which was not effective in cost.

개시되는 실시예들은 플라즈마 블라스팅을 이용하여 LPG를 가압함으로써 셰일 가스의 채굴을 위해 셰일 암석층을 파쇄하는 장치 및 방법을 제공한다.The disclosed embodiments provide an apparatus and method for crushing a shale rock layer for mining shale gas by pressurizing LPG using plasma blasting.

예시적인 실시예에 따르면, 가스정(gas well)이 관입한 셰일 암석층을 파쇄하기 위한 장치로서, 액화 석유 가스(Liquefied Petroleum Gas: LPG)를 포함하는 유체의 흐름을 상기 가스정 내에 주입하도록 구성된 압력 펌프; 플라즈마 블라스팅을 위한 전기에너지를 인가하도록 구성된 제1 전극 및 제2 전극을 구비하고 상기 제1 전극의 적어도 일부 및 상기 제2 전극의 적어도 일부가 상기 가스정 내 상기 액화 석유 가스와 접촉하도록 배치된 프로브; 및 상기 전기에너지가 상기 프로브를 통해 인가되는 경우 상기 플라즈마 블라스팅으로 인해 발생하는 충격파에 의해 상기 액화 석유 가스가 가압되도록 상기 전기에너지를 상기 프로브에 전달하는 것을 제어하도록 구성된 제어기를 포함하는, 파쇄 장치가 제공된다.According to an exemplary embodiment, there is provided an apparatus for shredding a shale rock layer intruding a gas well, the apparatus comprising: a pressure pump configured to inject a flow of fluid including a liquefied petroleum gas (LPG) into the gas well; A probe having a first electrode and a second electrode configured to apply electrical energy for plasma blasting, wherein at least a portion of the first electrode and at least a portion of the second electrode are in contact with the liquefied petroleum gas in the gas well; And a controller configured to control transfer of the electrical energy to the probe such that the liquefied petroleum gas is pressurized by shock waves generated by the plasma blasting when the electrical energy is applied through the probe / RTI >

상기 파쇄 장치는, 상기 액화 석유 가스의 가압에 따라 상기 셰일 암석층에 생긴 균열을 통해 상기 가스정에 유입된 셰일 가스를 포집하는 포집부를 더 포함할 수 있다.The crusher may further include a collecting unit collecting the shale gas introduced into the gas well through cracks generated in the shale rock layer in response to the pressurization of the liquefied petroleum gas.

상기 압력 펌프는 또한 상기 액화 석유 가스의 가압에 따라 상기 가스정 내에서 감소된 상기 액화 석유 가스를 보충하도록 구성될 수 있다.The pressure pump may also be configured to supplement the reduced liquefied petroleum gas in the gas well in response to the pressurization of the liquefied petroleum gas.

상기 제어기는 또한 상기 유체의 흐름의 주입 후 외부의 공기가 상기 가스정 내에 유입되는 것을 방지하기 위해 상기 가스정을 밀폐시키는 것 및 상기 가스정의 밀폐 후 상기 가스정 내에 남아 있는 공기를 제거하는 것을 제어하도록 구성될 수 있다.The controller is further configured to control closing of the gas jets to prevent entry of external air into the gas jets after infusion of the flow of fluid and removal of air remaining in the gas jets after sealing of the gas jets .

상기 파쇄 장치는, 상기 프로브에 전달될 상기 전기에너지를 저장하도록 구성된 전기에너지 저장부를 더 포함할 수 있다.The shredding apparatus may further include an electric energy storage configured to store the electric energy to be transferred to the probe.

상기 파쇄 장치는, 상기 전기에너지가 상기 전기에너지 저장부에 저장되도록 상기 전기에너지 저장부를 제1 속도로 충전시키는 전원 공급부; 및 활성화되는 경우 상기 전기에너지가 상기 전기에너지 저장부로부터 상기 프로브에 전달되도록 상기 제1 속도보다 빠른 제2 속도로 상기 전기 에너지 저장부를 방전시키는 스위치를 더 포함할 수 있다.Wherein the crushing device comprises: a power supply unit for charging the electric energy storage unit at a first speed so that the electric energy is stored in the electric energy storage unit; And a switch for discharging the electric energy storage unit at a second rate higher than the first rate so that the electric energy is transferred from the electric energy storage unit to the probe when activated.

상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 유전체에 의해 이격될 수 있다.The first electrode and the second electrode may be spaced apart by a dielectric.

상기 프로브는 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 한 전극의 단부 및 상기 유전체의 단부를 포함하는 프로브 팁을 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 다른 한 전극의 단부에 대해 이동시키기 위한 조절부를 더 포함할 수 있다.The probe includes a control unit for moving a probe tip including an end of one of the first electrode and the second electrode and an end of the dielectric with respect to an end of the other one of the first electrode and the second electrode .

상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 동축 전극들일 수 있다.The first electrode and the second electrode may be coaxial electrodes.

다른 예시적인 실시예에 따르면, 가스정이 관입한 셰일 암석층을 파쇄하기 위한 방법으로서, 액화 석유 가스를 포함하는 유체의 흐름을 상기 가스정 내에 주입하는 단계; 및 플라즈마 블라스팅을 위한 전기에너지를 인가하도록 구성된 제1 전극 및 제2 전극을 구비하고 상기 제1 전극의 적어도 일부 및 상기 제2 전극의 적어도 일부가 상기 가스정 내 상기 액화 석유 가스와 접촉하도록 배치된 프로브에 상기 전기에너지를 전달하는 단계를 포함하되, 상기 전기에너지의 전달로써, 상기 전기에너지가 상기 프로브를 통해 인가되는 경우 상기 플라즈마 블라스팅으로 인해 발생하는 충격파에 의해 상기 액화 석유 가스가 가압되는, 파쇄 방법이 제공된다.According to another exemplary embodiment, there is provided a method for shredding a shale rock layer intruded by a well, comprising: injecting a flow of fluid including liquefied petroleum gas into the well; And at least a portion of the first electrode and at least a portion of the second electrode are arranged to contact the liquefied petroleum gas in the gas well, wherein the first electrode and the second electrode are configured to apply electrical energy for plasma blasting, Wherein the liquefied petroleum gas is pressurized by a shock wave generated by the plasma blasting when the electrical energy is applied through the probe, / RTI >

상기 파쇄 방법은, 상기 액화 석유 가스의 가압에 따라 상기 셰일 암석층에 생긴 균열을 통해 상기 가스정에 유입된 셰일 가스를 포집하는 단계를 더 포함할 수 있다.The shredding method may further include collecting shale gas introduced into the gas well through cracks generated in the shale rock layer in response to the pressurization of the liquefied petroleum gas.

상기 파쇄 방법은, 상기 액화 석유 가스의 가압에 따라 상기 가스정 내에서 감소된 상기 액화 석유 가스를 보충하는 단계를 더 포함할 수 있다.The crushing method may further comprise replenishing the liquefied petroleum gas reduced in the gas well in response to the pressurization of the liquefied petroleum gas.

상기 파쇄 방법은, 상기 주입하는 단계 후, 외부의 공기가 상기 가스정 내에 유입되는 것을 방지하기 위해 상기 가스정을 밀폐시키는 단계; 및 상기 밀폐시키는 단계 후, 상기 가스정 내에 남아 있는 공기를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.The crushing method comprising: after the injecting step, sealing the gas well to prevent external air from entering the gas well; And after the sealing step, removing the air remaining in the gas well.

상기 전달하는 단계는, 상기 전기에너지가 전기에너지 저장부에 저장되도록 상기 전기에너지 저장부를 제1 속도로 충전하는 단계; 및 상기 전기에너지를 상기 전기에너지 저장부로부터 상기 프로브에 전달하기 위해 상기 제1 속도보다 빠른 제2 속도로 상기 전기에너지 저장부를 방전시키는 단계를 포함할 수 있다.Wherein the step of delivering comprises: charging the electrical energy storage at a first rate such that the electrical energy is stored in the electrical energy storage; And discharging the electrical energy storage at a second rate that is greater than the first rate to transfer the electrical energy from the electrical energy storage to the probe.

상기 파쇄 방법은, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 한 전극의 단부 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 이격시키는 유전체의 단부를 포함하는 프로브 팁을 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 다른 한 전극의 단부에 대해 이동시키는 단계를 더 포함할 수 있다.The method of claim 1, wherein the method further comprises disposing a probe tip including an end of one of the first electrode and the second electrode and an end of a dielectric that separates the first electrode and the second electrode from the first electrode and the second electrode To the end of the other one of the electrodes.

소정의 실시예들에 따르면, LPG를 이용한 개선된 파쇄 기법이 제공된다.According to certain embodiments, an improved shredding technique using LPG is provided.

소정의 실시예들에 따르면, 셰일 가스를 채굴하는 데 사용되는 LPG의 양을 감소시킬 수 있다.According to certain embodiments, it is possible to reduce the amount of LPG used to mined the shale gas.

소정의 실시예들에 따르면, 플라즈마 블라스팅을 통해 셰일 가스의 추출에 필요한 높은 압력이 생성될 수 있다.According to certain embodiments, high pressure required for extraction of the shale gas through plasma blasting can be generated.

소정의 실시예들에 따르면, 환경 오염의 발생을 억제할 수 있는 친환경적 파쇄 기법을 고효율 및 저비용으로 구현할 수 있다.According to some embodiments, an environmentally friendly crushing technique capable of suppressing the occurrence of environmental pollution can be realized with high efficiency and low cost.

도 1은 예시적인 실시예에 따라 가스정이 관입한 암석층을 파쇄하기 위한 장치 및 이를 이용하는 셰일 가스 채굴을 위한 환경을 도시한 도면,
도 2는 예시적인 실시예에 따른 프로브를 도식적으로 나타낸 도면,
도 3은 예시적인 실시예에 따른 프로브의 단면을 도시한 도면,
도 4는 예시적인 실시예에 따라 암석층을 파쇄하기 위한 과정을 도시한 도면.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 shows an apparatus for shredding a rock bed intruded by a gas well and an environment for shale gas exploitation utilizing the same, according to an exemplary embodiment;
2 is a diagrammatic view of a probe according to an exemplary embodiment,
3 is a cross-sectional view of a probe according to an exemplary embodiment,
4 is a diagram illustrating a process for crushing a rock layer according to an exemplary embodiment;

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following detailed description is provided to provide a comprehensive understanding of the methods, apparatus, and / or systems described herein. However, this is merely an example and the present invention is not limited thereto.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail. The following terms are defined in consideration of the functions of the present invention, and may be changed according to the intention or custom of the user, the operator, and the like. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification. The terms used in the detailed description are intended only to describe embodiments of the invention and should in no way be limiting. Unless specifically stated otherwise, the singular forms of the expressions include plural forms of meanings. In this description, the expressions "comprising" or "comprising" are intended to indicate certain features, numbers, steps, operations, elements, parts or combinations thereof, Should not be construed to preclude the presence or possibility of other features, numbers, steps, operations, elements, portions or combinations thereof.

도 1은 예시적인 실시예에 따라 가스정이 관입한 암석층을 파쇄하기 위한 장치 및 이를 이용하는 셰일 가스 채굴을 위한 환경을 도시한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 shows an apparatus for crushing rock beds intruded by a canal according to an exemplary embodiment and an environment for shale gas exploitation utilizing the same.

예시적인 파쇄 장치(100)는 압력 펌프(110), 유체 공급부(120), 제어기(130) 및 플라즈마 블라스팅 장치(140)를 포함한다.An exemplary shredding apparatus 100 includes a pressure pump 110, a fluid supply 120, a controller 130, and a plasma blasting apparatus 140.

압력 펌프(110)는 가스정(gas well)(182) 내에 유체의 흐름을 소정의 압력으로 주입하도록 구성된다. 이 흐름 내의 유체는 프로판(propane), 부탄(butane), 또는 프로판과 부탄의 혼합물의 LPG를 포함한다. 나아가, LPG는 (가령, 소량의) 펜탄(pentane) 및/또는 탄소 수가 더 많은 탄화수소를 더 포함할 수 있다. 예컨대, LPG 유체의 단위 체적에서 프로판 및/또는 부탄은 50% 이상, 경우에 따라서는 100%까지 차지할 수 있다. 가스정(182)은 지표면(172) 아래의 암석층 내로 뚫린 시추공을 포함한다. 예컨대, 가스정(182)은 지표면(172) 아래에서 라인(174)을 따라 구분되는 셰일 암석층(176) 내로 관입(penetrate)할 수 있고, 가스정(182)으로부터 셰일 가스가 채굴될 수 있다. 이 가스정(182)에 주입된 유체(184) 내의 LPG는 셰일 암석층(176)을 파쇄하기 위한 플라즈마 블라스팅에서 블라스팅 매질(blasting medium)로 사용될 수 있다. 블라스팅 매질은 프로브(146)에서 인가되는 전기에너지에 반응하여 적어도 그 일부가 플라즈마화될 수 있다. 개시되는 실시예들에 따르면, LPG를 포함한 유체를 가스정(182)에 주입하기 위한 압력은 LPG를 이용한 기존의 파쇄 기법에서 LPG를 시추공을 통해 분사하기 위한 압력보다 낮을 수 있는데, 이는 플라즈마 블라스팅에 의해 발생하는 압력으로 가스정(182) 내 블라스팅 매질이 가압될 수 있기 때문이다. 몇몇 실시예들에서, 압력 펌프(110)는 터빈(가령, 수냉식 터빈)을 구비한 디젤 펌프, 전력에 의해 구동되는 피스톤 펌프, 또는 임의의 적합한 다른 펌프일 수 있다. 압력 펌프(110)는 하나 또는 복수의 펌핑 장치를 포함할 수 있고, 파이프나 호스와 같은 도관을 통해 가스정(182)으로 연결될 수 있다.The pressure pump 110 is configured to inject a flow of fluid into the gas well 182 at a predetermined pressure. The fluid in this stream includes LPG of propane, butane, or a mixture of propane and butane. Further, the LPG may further comprise (e. G., Small amounts) pentane and / or hydrocarbons with more carbon atoms. For example, in a unit volume of LPG fluid, propane and / or butane may account for 50% or more, and sometimes 100%. The wells 182 include boreholes drilled into the rock bed below the surface 172. For example, the gas wells 182 may penetrate into the shale rock layer 176, which is delineated along the line 174 below the ground surface 172, and shale gas may be extracted from the gas wells 182. The LPG in the fluid 184 injected into the gas well 182 may be used as a blasting medium in plasma blasting to shale the shale rock layer 176. The blasting medium may be at least partially plasmaized in response to the electrical energy applied at the probe 146. According to the disclosed embodiments, the pressure for injecting the LPG-containing fluid into the gas well 182 may be lower than the pressure for jetting the LPG through the borehole in a conventional crushing technique using LPG, This is because the blasting medium in the gas well 182 can be pressurized by the pressure generated. In some embodiments, the pressure pump 110 may be a diesel pump with a turbine (e.g., a water cooled turbine), a power driven piston pump, or any other suitable pump. The pressure pump 110 may include one or more pumping devices and may be connected to the gas jets 182 through conduits such as pipes or hoses.

유체 공급부(120)는 블라스팅 매질로 사용될 LPG를 포함하는 유체의 흐름을 압력 펌프(110)에 공급하도록 구성된다. 유체 흐름은 주위 온도에 따라 적절한 압력으로 조절된 후 압력 펌프(110)에 전달될 수 있다. 유체 공급부(120)는 하나 이상의 LPG 탱크(가령, 하나 이상의 프로판 탱크, 부탄 탱크 또는 프로판 및 부탄의 혼합물을 저장하는 탱크)를 포함할 수 있다.The fluid supply part 120 is configured to supply the pressure pump 110 with a flow of fluid including LPG to be used as a blasting medium. The fluid flow may be adjusted to the appropriate pressure according to the ambient temperature and then delivered to the pressure pump 110. Fluid supply 120 may include one or more LPG tanks (e.g., one or more propane tanks, butane tanks, or tanks that store a mixture of propane and butane).

유체 공급부(120)로부터의 유체 흐름에는 하나 이상의 다른 물질이 추가되거나 유체 흐름은 하나 이상의 다른 물질의 흐름과 조합될 수 있다.Fluid flow from the fluid supply 120 may include one or more other materials or the fluid flow may be combined with the flow of one or more other materials.

일 예로서, 파쇄 장치(100)는 모래와 같은 하나 이상의 프로판트를 유체 흐름 내에 공급하도록 구성된 프로판트 공급부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 유체 공급부(120)는 유체 흐름의 적어도 일부가 프로판트 공급부를 거치도록 이를 프로판트 공급부에 공급할 수 있다. 공급된 유체 흐름은 프로판트 공급부에서 프로판트와 혼합된 후 압력 펌프(110)에 전달될 수 있다. 다른 몇몇 실시예들에 따르면, 프로판트를 포함하는 다른 유체 흐름이 프로판트 공급부로부터 공급되고, 압력 펌프(110)와 별개인 다른 압력 펌프로써 펌핑(pumping)되며, 가스정(182)에 주입되기 전에 유체 공급부(120)로부터의 유체 흐름과 조합될 수 있다. 이러한 프로판트 공급부는 대기압보다 높은 동작 압력을 갖고 하나 또는 복수의 상이한 유형 내지 크기의 프로판트를 저장하는 프로판트 탱크를 포함할 수 있다.As an example, the shredding apparatus 100 may further include a propane supply (not shown) configured to supply one or more propane, such as sand, into the fluid stream. In some embodiments, the fluid supply 120 may supply at least a portion of the fluid flow to the propane supply such that it passes through the propane supply. The supplied fluid stream can be mixed with the propane in the propane feed section and then delivered to the pressure pump 110. According to some other embodiments, another fluid stream, including propane, is fed from the propane feed and pumped with another pressure pump that is separate from the pressure pump 110, and before being injected into the gas well 182 Can be combined with the fluid flow from the fluid supply (120). Such a propane feed may comprise a propane tank having one or more different types or sizes of propane with an operating pressure higher than atmospheric pressure.

추가적인 또는 대안적인 예로서, 파쇄 장치(100)는 유체 흐름과 혼합될 하나 이상의 소정의 화합물을 유체 공급부(120)로부터의 유체 흐름에 공급하도록 구성된 화합물 공급부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이러한 화합물은 LPG(예컨대, LPG 내의 프로판, 부탄, 펜탄 또는 그 적절한 혼합물)를 겔화하는 데 적합한 겔화제를 포함할 수 있다. 또한, 위 화합물은 겔화제를 분해하여 프로판트가 셰일 암석층(176)이 부서진 틈(178)으로 들어가도록 하는 킬레이트제(chelant)나 계면활성제(surfactant) 및/또는 가스정(182) 내 가스의 흐름을 원활하게 하기 위한 마찰 감소제를 더 포함할 수 있다. 화합물 공급부로부터의 화합물은 유체 흐름이 지나가는 지점들 중 적절한 지점에서(예컨대, 압력 펌프(110)의 앞에서, 압력 펌프(110)에서 또는 압력 펌프(110) 뒤에서) 유체 흐름에 공급될 수 있다. 유체 흐름 내 화합물의 비율은 겔화된 LPG의 점성이 적절하도록 조절될 수 있다. 가령, 유체 흐름과 함께 충분한 양의 프로판트를 가스정(182)으로 전달하기 위해 적절한 점성의 LPG가 필요할 수 있다. 화합물 비율의 조절은 겔화된 LPG 내에 원하는 양의 프로판트가 현탁되어 있게 할 수 있다. 몇몇 실시예에 따르면, 위와 같은 화합물은 유체 흐름이 프로판트 공급부에 유입되기에 앞서 또는 유입된 후에 유체 흐름에 공급될 수 있다.As a further or alternative example, the shredding apparatus 100 may further comprise a compound supply (not shown) configured to supply one or more predetermined compounds to be mixed with the fluid flow to the fluid flow from the fluid supply 120. Such compounds may include a gelling agent suitable for gelling LPG (e.g., propane, butane, pentane or a suitable mixture thereof in LPG). The compound also decomposes the gellant to form a chelant or surfactant and / or a stream of gas in the gas well 182 that allows the propane to enter the shattered cavity 178 of the shale rock layer 176 And a friction-reducing agent for smoothing the friction force. The compound from the compound feed can be supplied to the fluid stream at a suitable point among the points through which the fluid flow passes (e.g., in front of the pressure pump 110, behind the pressure pump 110, or behind the pressure pump 110). The proportion of compounds in the fluid stream can be adjusted to suit the viscosity of the gelled LPG. For example, a suitable viscous LPG may be needed to deliver a sufficient amount of propane to the flue gas 182 along with the fluid flow. Control of the compound ratio may allow a desired amount of propane to be suspended in the gelled LPG. According to some embodiments, such compounds may be fed to the fluid stream prior to or after the fluid stream is introduced into the propane feed.

제어기(130)는 파쇄 장치(100)의 전체적인 동작을 제어하도록 파쇄 장치(100)의 여러 구성요소들과 통신 가능하게 연결된다. 몇몇 실시예들에서, 제어기(130)는 파쇄 장치(100)의 구성요소들을 제어하도록 구성된 컴퓨팅 장치일 수 있다. 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 제어기(130)는 압력 펌프(110), 유체 공급부(120) 및 이하에서 상술할 플라즈마 블라스팅 장치(140)(가령, 플라즈마 블라스팅 장치(140)의 스위치(144))와 유선 또는 무선의 제어 채널을 통해 연결될 수 있다. 이러한 제어기(130)는 압력 펌프(110)로부터 유체 흐름이 주입되는 것을 제어하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 제어기(130)는 압력 펌프(110)로부터 가스정(182)으로의 유체 흐름을 허용하거나 차단하기 위한 밸브(미도시)의 개방 내지 폐쇄와 같은 동작을 제어할 수 있다. 몇몇 실시예들에 따르면, 이러한 밸브는 파쇄 장치(100)의 압력에 대한 안전 테스트가 수행된 이후에 비로소 개방되어 유체 흐름이 가스정(182)으로 주입되도록 할 수 있다. 또한, 마찬가지 방식으로, 제어기(130)는 유체 흐름(겔화제와 같은 화합물 및/또는 프로판트가 포함되어 있는 것도 가능함)이 유체 공급부(120)로부터 압력 펌프(110)에 공급되는 것을 제어하도록 구성될 수 있다. 나아가, 유사한 방식으로, 제어기(130)는 유체 흐름이 유체 공급부(120)로부터 프로판트 공급부에 공급되는 것, 프로판트가 프로판트 공급부로부터 유체 흐름에 공급되는 것 및/또는 겔화제와 같은 화합물이 유체 흐름에 공급되는 것을 제어하도록 구성될 수 있다.The controller 130 is communicatively coupled to various components of the shredding apparatus 100 to control the overall operation of the shredding apparatus 100. In some embodiments, the controller 130 may be a computing device configured to control components of the shredding device 100. For example, as shown in Figure 1, the controller 130 may include a pressure pump 110, a fluid supply 120, and a plasma blasting device 140 (e.g., a switch 144 of the plasma blasting device 140 )) And a control channel of a wired or wireless network. The controller 130 may be configured to control the injection of the fluid flow from the pressure pump 110. For example, the controller 130 may control operation such as opening or closing of a valve (not shown) for allowing or blocking fluid flow from the pressure pump 110 to the gas jets 182. According to some embodiments, such a valve may be opened only after a safety test for the pressure of the shredding apparatus 100 is performed to cause fluid flow to be injected into the gas well 182. Controller 130 may also be configured to control the flow of fluid (possibly including compounds such as gelling agent and / or propane) from fluid supply 120 to pressure pump 110 . Further, in a similar manner, the controller 130 can be configured to control the flow of fluid from the fluid supply 120 to the propane supply, the supply of the propane from the propane supply to the fluid stream, and / To be supplied to the fluid flow.

제어기(130)는 또한 유체 흐름이 가스정(182)에 주입된 후 외부의 공기가 가스정(182) 내에 유입되는 것을 방지하기 위해 가스정(182)을 밀폐시키는 동작을 제어할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 소정의 양의 유체 흐름이 가스정(182)에 주입된 경우, 제어기(130)는 앞서 언급된 밸브, 즉 압력 펌프(110)로부터 가스정(182)으로의 유체 흐름을 허용하거나 차단하기 위한 밸브를 폐쇄시킬 수 있다. 나아가, 파쇄 장치(100)는 이와 같이 가스정(182)이 밀폐된 후 가스정(182) 내에 남아 있는 공기를 가스정(182)으로부터 빼내기 위한 진공 펌프(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이러한 진공 펌프는 제어기(130)와 통신 가능하게 연결되어 제어기(130)의 제어 하에 동작할 수 있다. 위와 같이 가스정(182)이 밀폐되고 가스정(182) 내에 남아 있던 공기가 가스정(182)에서 제거된 후 플라즈마 블라스팅을 이용하여 가스정(182) 내 LPG를 가압하는 것에 대하여 이하에서 설명한다.The controller 130 may also control operation to seal the gas wells 182 to prevent external air from entering the gas wells 182 after the fluid flow has been injected into the gas wells 182. In some embodiments, when a predetermined amount of fluid flow is injected into the gas jets 182, the controller 130 may allow fluid flow from the aforementioned valve, i. E., The pressure pump 110, The valve for shutting off can be closed. Further, the crushing apparatus 100 may further include a vacuum pump (not shown) for removing the air remaining in the gas wells 182 from the gas wells 182 after the gas wells 182 are sealed. The vacuum pump may be communicatively coupled to the controller 130 and may operate under the control of the controller 130. Hereinafter, the gas jets 182 are sealed and the air remaining in the gas jets 182 is removed from the gas jets 182, and then the LPG in the gas jets 182 is pressurized by plasma blasting.

플라즈마 블라스팅 장치(140)는 가스정(182) 내에서 유체(184)에 포함된 LPG와 같은 블라스팅 매질을 가압하기 위한 플라즈마 블라스팅이 일어나도록 하는 데 사용된다. 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 플라즈마 블라스팅 장치(140)는 전원 공급부(141), 전기에너지 저장부(142), 전압 보호부(143), 스위치(144), 인덕터(145) 및 프로브(146)를 포함한다. 전원 공급부(141)는 전기에너지 저장부(142) 및 전압 보호부(143)와 전기적으로 연결될 수 있다. 전기에너지 저장부(142) 및 전압 보호부(143)는 스위치(144)와 전기적으로 연결될 수 있다. 스위치(144)는 (예를 들어 인덕터(145)를 통해) 프로브(146)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 같은 전기적 연결들을 위해 전송 케이블이 사용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 전송 케이블은 동축 케이블을 포함할 수 있다. 대안적으로, 전송 케이블은 (예를 들어 펄스 형태의) 전력을 전송하도록 구성된 임의의 케이블을 포함할 수 있다.The plasma blasting apparatus 140 is used to cause plasma blasting to occur in the gas well 182 to pressurize the blasting medium, such as LPG contained in the fluid 184. 1, the plasma blasting apparatus 140 includes a power supply unit 141, an electric energy storage unit 142, a voltage protection unit 143, a switch 144, an inductor 145, and a probe (not shown) 146). The power supply unit 141 may be electrically connected to the electric energy storage unit 142 and the voltage protection unit 143. The electric energy storage unit 142 and the voltage protection unit 143 may be electrically connected to the switch 144. The switch 144 may be electrically connected to the probe 146 (e.g., via the inductor 145). A transmission cable may be used for such electrical connections. In some embodiments, the transmission cable may comprise a coaxial cable. Alternatively, the transmission cable may comprise any cable configured to transmit power (e.g., in the form of pulses).

전원 공급부(141)는 전기에너지 저장부(142)에 전력을 공급하도록 구성된다. 몇몇 실시예들에서, 전기에너지 저장부(142)는 전원 공급부(141)로부터 제공되는 전압에 따라 전기에너지를 저장하는 하나 이상의 캐패시터 또는 다른 적절한 전기에너지 저장 수단을 포함할 수 있다. 전압 보호부(143)는 플라즈마 블라스팅 장치(140)를 손상시키는 전압역전(voltage reversal)을 방지하기 위한 회로를 포함한다.The power supply unit 141 is configured to supply electric power to the electric energy storage unit 142. In some embodiments, the electrical energy storage 142 may include one or more capacitors or other suitable electrical energy storage means for storing electrical energy in accordance with the voltage provided by the power supply 141. [ The voltage protection unit 143 includes a circuit for preventing a voltage reversal that damages the plasma blasting apparatus 140.

스위치(144)는 전기에너지 저장부(142)로부터 특정 전압 및/또는 전류를 수신한다. 스위치(144)는 수신된 전압 및/또는 전류가 전기에너지 저장부(142)로부터 프로브(146)에 선택적으로 전달되도록 한다. 예컨대, 제어기(130)의 제어 하에 스위치(144)가 활성화되는 경우, 스위치(144)는 전기에너지 저장부(142)를 그 충전보다 훨씬 더 빠른 속도로(가령, 수십 마이크로 초 동안) 방전시켜 특정 전압/전류의 펄스가 프로브(146)에 전달되도록 할 수 있다. 이와 같이, 스위치(144)의 활성화는 전기에너지가 전기에너지 저장부(142)로부터 프로브(146)에 전달되게 할 수 있다.The switch 144 receives a specific voltage and / or current from the electrical energy storage 142. The switch 144 allows the received voltage and / or current to be selectively transferred from the electrical energy storage 142 to the probe 146. For example, when the switch 144 is activated under the control of the controller 130, the switch 144 discharges the electrical energy storage 142 at a rate much faster than its charge (e.g., for a few tens of microseconds) So that a pulse of voltage / current can be transmitted to the probe 146. As such, activation of the switch 144 may cause electrical energy to be transferred from the electrical energy storage 142 to the probe 146.

프로브(146)의 적어도 일부분은 가스정(182) 내의 블라스팅 매질(예컨대, 주입된 유체(184)의 LPG)과 접촉하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 프로브(146)는 플라즈마 블라스팅을 위해 전기에너지를 인가하도록 구성된 적어도 두 개의 전극들을 포함할 수 있고, 프로브(146)의 각 전극의 적어도 일부(예컨대, 단부)가 가스정(182) 내 유체(184)(블라스팅 매질인 LPG를 포함함)에 잠기는 것과 같이 블라스팅 매질과 접촉하도록 프로브(146)가 배치될 수 있다. 이와 같이 프로브(146)가 배치된 실시예들에서, 프로브(146)의 전극들을 통해 전기에너지가 가스정(182) 내의 블라스팅 매질에 인가됨에 따라 블라스팅 매질로부터 플라즈마 흐름(plasma stream)이 생성될 수 있고, 이러한 플라즈마 흐름의 생성에 따라 블라스팅 매질이 가압될 수 있다. 구체적으로, 프로브(146)를 통해 전기에너지가 상당히 빠른 속도로 블라스팅 매질에 가해짐에 따라 블라스팅 매질과 접촉된 프로브(146)의 전극 주위에서 플라즈마가 생성될 수 있다. 가스정(182) 내에서 일어나는 이러한 플라즈마화는 주변의 블라스팅 매질의 온도를 증가시키고, 발생된 열은 블라스팅 매질의 압력을 급격히 증가시킨다. 이러한 압력 증가로 인해 가스정(182) 내에서 고압의 충격파(예컨대, 전방위로 퍼지는 구형의 충격파)가 생성되고 블라스팅 매질을 통해 가스정(182)의 벽면까지 전달될 수 있다. 이와 같이, 프로브(146)의 전극들을 통해 전기에너지가 가스정(182) 내의 블라스팅 매질에 인가되는 경우 플라즈마 블라스팅으로 인해 발생하는 충격파는 블라스팅 매질을 가압한다. 예를 들어, 충격파의 파면이 나타내는 압력은 셰일 암석층(176)을 파쇄하여 가스정(182)으로부터 퍼지면서 셰일 암석층(176)을 뚫고 들어가는 인공적인 틈 내지 균열(178)을 생성하기에 충분할 수 있다. 가스정(182)에 높은 압력이 가해지면, 셰일 암석층(176)에 부서진 틈(178)이 생기고, (예컨대, 주입된 유체(184) 내의) 프로판트가 그 틈(178)으로 들어가서 계속 그 틈(178)이 벌어져 있게 한다. 플라즈마 블라스팅 기법을 채용한 이러한 메커니즘에 따르면, 종래의 LPG 파쇄 기법에서 LPG를 가스정에 주입할 때 요구되는 압력보다 큰 압력이 발생할 수 있는바, 셰일 가스가 매장된 암석층을 파쇄하는 데 필요한 LPG의 양이 감소될 수 있다. 나아가, 친환경적이면서도 더욱 효과적이고 경제적으로 셰일 가스가 채굴될 수 있다.At least a portion of the probe 146 may be positioned to contact a blasting medium (e.g., LPG of the injected fluid 184) within the well 182. For example, the probe 146 may include at least two electrodes configured to apply electrical energy for plasma blasting, and at least a portion (e.g., an end) of each electrode of the probe 146 may be positioned within the gas well 182 The probe 146 may be placed in contact with the blasting medium, such as being immersed in the fluid 184 (including LPG as a blasting medium). In embodiments where the probe 146 is disposed in this manner, a plasma stream can be generated from the blasting medium as electrical energy is applied to the blasting medium in the gas well 182 through the electrodes of the probe 146 , The blasting medium may be pressurized as the generation of such a plasma flow. Specifically, as electrical energy is applied to the blasting medium at a significantly faster rate through the probe 146, plasma may be generated around the electrodes of the probe 146 in contact with the blasting media. This plasmaization occurring in the gas well 182 increases the temperature of the surrounding blasting medium, and the generated heat rapidly increases the pressure of the blasting medium. This increase in pressure can create a high pressure shock wave (e.g., a spherical shock wave that spreads in all directions) within the gas well 182 and can be delivered to the wall surface of the gas well 182 through the blasting medium. Thus, when electrical energy is applied to the blasting medium in the gas well 182 through the electrodes of the probe 146, the shock wave generated by the plasma blasting presses the blasting medium. For example, the pressure indicated by the wavefront of the shock wave may be sufficient to create an artificial gap or crack 178 that breaks through the shale rock layer 176 and penetrates the shale rock layer 176 while purging it from the gas wells 182. When high pressure is applied to the gas well 182 a cracked gap 178 is created in the shale rock layer 176 and propane enters the gap 178 (e.g., in the injected fluid 184) 178). According to this mechanism employing the plasma blasting technique, a pressure higher than that required when LPG is injected into the gas well can be generated in the conventional LPG shredding technique, and the amount of LPG necessary to crush the rock layer buried in shale gas Can be reduced. Furthermore, shale gas can be mined in an environmentally friendly way, more effectively and economically.

LPG의 가압에 따라 셰일 암석층(176)에 생긴 균열(178)을 통해 셰일 가스가 가스정(182)에 유입될 수 있다. 파쇄 장치(100)는 유입된 셰일 가스를 포집하는 가스 포집부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 한편, 셰일 가스의 포집과 함께 LPG가 회수될 수 있다. 다만, 회수되는 LPG의 양은 초기에 주입된 LPG의 양에 비해 셰일 암석층(176)의 틈(178)에 LPG가 흘러 들어가서 셰일 가스와 섞인 만큼 적을 수 있다. 몇몇 실시예들에 따르면, 파쇄 장치(100)는 제어기(130)와 통신 가능하게 연결되고 가스정(182) 내에서 LPG의 양을 추정 내지 감지하도록 구성된 센서와 같은 압력 측정부(150)를 더 포함할 수 있다. 제어기(130)는 압력 측정부(150)의 감지 동작을 제어할 수 있고, 압력 측정부(150)가 생성하는 감지 결과에 기반하여 감소된 LPG의 양을 추정할 수 있다. 제어기(130)는 추정된 양에 기반하여 가스정(182)의 LPG를 보충하도록 압력 펌프(110)를 구동시킬 수 있다.The shale gas can flow into the gas wells 182 through the cracks 178 generated in the shale rock layer 176 by the pressurization of the LPG. The shredding apparatus 100 may further include a gas collecting unit (not shown) for collecting the shale gas introduced therein. On the other hand, LPG can be recovered together with the capture of the shale gas. However, the amount of LPG recovered may be as small as the LPG flows into the gap 178 of the shale rock layer 176 and mixed with the shale gas, compared to the amount of LPG initially injected. According to some embodiments, the shredding apparatus 100 further includes a pressure measurement unit 150, such as a sensor, communicatively coupled to the controller 130 and configured to estimate or detect the amount of LPG within the gas well 182 can do. The controller 130 can control the sensing operation of the pressure measuring unit 150 and estimate the amount of reduced LPG based on the sensing result generated by the pressure measuring unit 150. [ The controller 130 may drive the pressure pump 110 to supplement the LPG of the gas well 182 based on the estimated amount.

도 2는 예시적인 실시예에 따른 프로브를 도식적으로 나타낸다.Figure 2 schematically illustrates a probe according to an exemplary embodiment.

예시적인 프로브(200)는 조절부(210), 제1 전극(220), 제2 전극(230) 및 유전체(240)를 포함한다. 프로브(200)에는 전송 케이블(270)을 통해 전기에너지가 전달될 수 있다. 도 1에 도시된 프로브(146)는 도 2의 프로브(200)를 포함할 수 있다. 프로브(200)는 전송 케이블(270)을 통해 플라즈마 블라스팅 장치(140)의 나머지 구성요소들(예컨대, 전원 공급부(14), 전기에너지 저장부(142) 및 스위치(144))과 전기적으로 연결될 수 있다.The exemplary probe 200 includes an adjuster 210, a first electrode 220, a second electrode 230, and a dielectric 240. Electric energy can be transmitted to the probe 200 through the transmission cable 270. The probe 146 shown in FIG. 1 may include the probe 200 of FIG. The probe 200 may be electrically connected to the remaining components of the plasma blasting apparatus 140 via the transmission cable 270 (e.g., power supply 14, electrical energy storage 142, and switch 144) have.

제1 전극(220) 및 제2 전극(230)은 플라즈마 블라스팅을 위해 전기에너지를 인가하기 위한 상이한 전극들이다. 제1 전극(220) 및 제2 전극(230)은 유전체(240)에 의해 이격될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제1 전극(220)은 고전압 전극이고 제2 전극(230)은 접지 전극이다. 몇몇 다른 실시예들에서, 제1 전극(220)은 접지 전극이고 제2 전극(230)은 고전압 전극이다. 프로브(220)는 하나의 고전압 전극 및 하나의 접지 전극을 구비하는 것에 제한되지 않으며, 실시예에 따라서는 복수의 고전압 전극 및/또는 복수의 접지 전극이 프로브(220)에 구비될 수 있다.The first electrode 220 and the second electrode 230 are different electrodes for applying electrical energy for plasma blasting. The first electrode 220 and the second electrode 230 may be spaced apart by the dielectric 240. In some embodiments, the first electrode 220 is a high voltage electrode and the second electrode 230 is a ground electrode. In some other embodiments, the first electrode 220 is a ground electrode and the second electrode 230 is a high voltage electrode. The probe 220 is not limited to having one high voltage electrode and one ground electrode, and in some embodiments, a plurality of high voltage electrodes and / or a plurality of ground electrodes may be provided in the probe 220.

도 3에 도시된 단면도에서 볼 수 있는 바와 같이, 제1 전극(220) 및 제2 전극(230)은 동일한 중심축을 가지는 동축 전극들일 수 있다. 제1 전극(220) 및 제2 전극(230)을 이격시키는 유전체(240) 역시 제1 전극(220) 및 제2 전극(230)과 동일한 중심축을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(220) 및 제2 전극(230) 중 한 전극과 유전체(240)가 제1 전극(220) 및 제2 전극(230) 중 다른 한 전극을 둘러싸고, 유전체(240)가 제1 전극(220)과 제2 전극(230) 사이에 배치될 수 있다. 다만, 앞서 예시한 고전압 전극(220), 유전체(240) 및 접지 전극(230)의 배치는 어디까지나 예시적이며, 다른 다양한 배치가 본 명세서의 개시사항으로부터 배제되는 것은 아니다.3, the first electrode 220 and the second electrode 230 may be coaxial electrodes having the same center axis. The dielectric 240 separating the first electrode 220 and the second electrode 230 may also have the same center axis as the first electrode 220 and the second electrode 230. For example, one of the first electrode 220 and the second electrode 230 and the dielectric 240 surround the other of the first electrode 220 and the second electrode 230, and the dielectric 240, May be disposed between the first electrode (220) and the second electrode (230). However, the arrangements of the high voltage electrode 220, the dielectric 240, and the ground electrode 230 shown above are exemplary only, and various other arrangements are not excluded from the disclosure of the present specification.

조절부(210)는 프로브 팁(250)을 이동시키도록 구성된다. 프로브 팁(250)은 프로브(200)의 말단 부분으로서 제1 전극(220)의 단부 및 유전체(240)의 단부를 포함한다. 특히, 조절부(210)는 제1 전극(220) 및 제2 전극(230)의 중심축을 따라 제2 전극(230)의 단부에 대해 프로브 팁(250)을 이동시킬 수 있다. 예컨대, 조절부(210)는 프로브 팁(250)이 제2 전극(230)의 단부로부터 연장되거나 제2 전극(230)의 단부를 향해 후퇴하도록 프로브 팁(250)을 이동시킬 수 있다. 이로써, 제1 전극(220)의 단부와 제2 전극(230)의 단부 간의 거리, 즉 전극간 갭(260)이 조절될 수 있다. 몇몇 실시예들에 따르면, 조절부(210)는 제어기(130)와 통신 가능하게 연결되어 제어기(130)의 제어 하에서 동작할 수 있다.The adjuster 210 is configured to move the probe tip 250. The probe tip 250 includes an end portion of the first electrode 220 and an end portion of the dielectric 240 as a distal end portion of the probe 200. In particular, the adjuster 210 may move the probe tip 250 about the end of the second electrode 230 along the center axis of the first electrode 220 and the second electrode 230. For example, the adjuster 210 may move the probe tip 250 such that the probe tip 250 extends from the end of the second electrode 230 or retracts toward the end of the second electrode 230. Thus, the distance between the end of the first electrode 220 and the end of the second electrode 230, that is, the inter-electrode gap 260 can be adjusted. According to some embodiments, the controller 210 may be operably connected to the controller 130 to operate under the control of the controller 130.

이러한 조절을 통해 조절부(210)는 프로브(200)와 접촉하는 블라스팅 매질 내에서 프로브(200)가 가지는 저항을 조절할 수 있다. 결국, 조절부(210)는 프로브(200)에서 블라스팅 매질에 전달되는 전력을 원하는 대로 조절할 수 있다. 예컨대, 제1 전극(220)의 단부 및 제2 전극(230)의 단부가 블라스팅 매질과 접촉하는 경우 블라스팅 매질은 프로브(200)로부터의 전기에너지 전달에 반응할 수 있고, 이에 따라 프로브 팁(250) 주위의 작은 체적 내에 높은 에너지가 주어질 수 있다.With this adjustment, the adjustment unit 210 can adjust the resistance of the probe 200 in the blasting medium in contact with the probe 200. As a result, the regulator 210 can adjust the power delivered to the blasting medium from the probe 200 as desired. For example, when the end of the first electrode 220 and the end of the second electrode 230 are in contact with the blasting medium, the blasting medium may be responsive to the transfer of electrical energy from the probe 200, ) Can be given a high energy within a small volume around it.

도 4는 예시적인 실시예에 따라 암석층을 파쇄하기 위한 과정을 도시한다.Figure 4 illustrates a process for breaking up rock layers in accordance with an exemplary embodiment.

이하에서, 예시적인 암석층 파쇄 과정(400)은 파쇄 장치(100)를 사용하여 지표면(172) 아래의 셰일 암석층(176)을 파쇄하는 것과 관련하여 논의된다. 도 1을 참조하면, 가스정(182)은 셰일 가스의 채굴을 위해 셰일 암석층(176)을 시추한 것임을 알 수 있다. 또한, 앞서 언급된 바와 같이, 가스정(182) 내에 주입된 유체(184)가 프로브(146)의 적어도 일부와 접촉하도록 프로브(146)가 배치될 수 있고, 유체(184)에 포함된 LPG는 플라즈마 블라스팅을 위한 매질로 사용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 프로브(146)는 도 2의 프로브(200)와 같이 구성될 수 있다. 이에 따라, 프로브(146)의 제1 전극(220)의 적어도 일부 및 제2 전극(230)의 적어도 일부가 가스정(182) 내의 LPG와 접촉하도록 프로브(146)가 배치될 수 있다. 이러한 배치를 위해, 프로브(146)의 전극간 갭(260)이 조절될 수 있다. 예컨대, 조절부(210)를 이용하여 프로브 팁(250)을 프로브(146)의 중심축을 따라 연장시키거나 후퇴시킴으로써 전극간 갭(260)을 조절할 수 있다. 필요에 따라, 전극간 갭(260)은 프로브(146)에 플라즈마 블라스팅을 위한 전기에너지가 전달되기 전, 예컨대 LPG를 포함하는 유체(184)의 주입 전 또는 주입 후에 조절될 수 있다.In the following, an exemplary rock bed fracture process 400 is discussed in relation to shredding the shale rock layer 176 below the ground surface 172 using the shredding device 100. Referring to FIG. 1, it can be seen that the gas well 182 drills a shale rock layer 176 for mining shale gas. The probe 146 may be disposed such that the fluid 184 injected into the gas well 182 contacts at least a portion of the probe 146 and the LPG contained in the fluid 184 may be placed in a plasma It can be used as a medium for blasting. In some embodiments, the probe 146 may be configured as the probe 200 of FIG. The probe 146 may be disposed such that at least a portion of the first electrode 220 of the probe 146 and at least a portion of the second electrode 230 are in contact with the LPG in the gas well 182. [ For this arrangement, the inter-electrode gap 260 of the probe 146 can be adjusted. For example, the inter-electrode gap 260 can be adjusted by using the adjuster 210 to extend or retract the probe tip 250 along the central axis of the probe 146. [ Optionally, the inter-electrode gap 260 may be adjusted before or after implantation of fluid 184, including, for example, LPG, before electrical energy is delivered to the probe 146 for plasma blasting.

우선, 셰일 암석층(176)을 뚫고 들어간 가스정(182)에 LPG를 포함하는 유체의 흐름이 압력 펌프(110)로써 주입된다(S410).First, the flow of the fluid including LPG is injected into the gas well 182 penetrating the shale rock layer 176 with the pressure pump 110 (S410).

가스정(182)이 유체(184)로 소정의 수준까지 채워진 후, 외부의 공기가 가스정(182) 내에 유입되는 것을 방지하기 위해 제어기(130)의 제어 하에 가스정(182)이 밀폐된다(S420).After the gas jets 182 are filled to a predetermined level with the fluid 184, the gas jets 182 are sealed under the control of the controller 130 to prevent external air from entering the gas jets 182 (S420).

이어서, 가스정(182) 내에 남아 있는 공기가 제어기(130)의 제어에 따라 진공 펌프로써 추출된다(S430).Subsequently, the air remaining in the gas well 182 is extracted by a vacuum pump under the control of the controller 130 (S430).

이후, 프로브(146)에 플라즈마 블라스팅을 위한 전기에너지가 전달된다(S440). 이와 같이 프로브(146)에 전기에너지가 전달되면, 플라즈마 방전을 통해 가스정(182) 내의 LPG가 가압될 수 있다. 블라스팅 매질인 LPG의 충분한 가압에 따라 셰일 암석층(176)에 균열(178)이 생길 수 있다.Thereafter, electric energy for plasma blasting is transferred to the probe 146 (S440). When electric energy is transferred to the probe 146, the LPG in the gas well 182 can be pressurized through the plasma discharge. Sufficient pressurization of the LPG, which is the blasting medium, may cause cracks 178 in the shale rock layer 176.

전기에너지의 전달을 위해, 전원 공급부(110)는 상대적으로 느린 제1 속도로(예컨대, 수 초 동안) 전기에너지 저장부(112)를 충전시킬 수 있다. 이어서, 제어기(130)는 스위치(144)를 활성화할 수 있다. 스위치(114)의 활성화는 전기에너지 저장부(142)에 저장된 전기에너지가 매우 빠른 제2 속도로(예컨대, 수십 마이크로 초 동안) 방전되게 할 수 있다. 이에 따라, (가령 수만 킬로와트에 상당하는) 전기에너지의 펄스가 형성되고 프로브(146)(예컨대, 제1 전극(220) 및 제2 전극(230))에 전달될 수 있다. 그 결과, (예컨대, 블라스팅 매질(LPG)과 접촉하는 제1 전극(220) 및 제2 전극(230) 간의 갭(260)에 걸쳐) 블라스팅 매질로부터 플라즈마 흐름이 생성될 수 있다. 이와 같이 가스정(182) 내에서 플라즈마 흐름이 생성되면, 블라스팅 매질인 LPG가 갑작스런 온도 증가를 겪게 되고 가스정(182) 내에서 급격한 압력 상승이 일어난다. 이와 같이 매우 짧은 시간 동안의 방전을 통해 고압의 충격파가 생성된다. 이 충격파는 LPG를 셰일 암석층(176)에 틈(178)이 생기게 할 정도로 가압할 수 있다. 이러한 틈(178)을 통해 셰일 가스가 가스정(182)으로 유입될 수 있다.For delivery of electrical energy, the power supply 110 may charge the electrical energy storage 112 at a relatively slow first rate (e.g., for a few seconds). The controller 130 may then activate the switch 144. Activation of the switch 114 may cause the electrical energy stored in the electrical energy storage 142 to be discharged at a very fast second rate (e.g., for a few tens of microseconds). A pulse of electrical energy (e.g., equivalent to tens of thousands of kilowatts) may be formed and transmitted to the probe 146 (e.g., the first electrode 220 and the second electrode 230). As a result, a plasma flow can be generated from the blasting medium (e.g., over a gap 260 between the first electrode 220 and the second electrode 230 in contact with the blasting medium (LPG)). When the plasma flow is generated in the gas well 182, the LPG, which is the blasting medium, undergoes an abrupt temperature increase and a sudden pressure rise occurs in the gas well 182. Thus, a shock wave of a high pressure is generated through a discharge for a very short time. This shock wave can press LPG to such an extent as to create a gap 178 in the shale rock layer 176. Through this gap 178, the shale gas can flow into the gas well 182.

유입된 셰일 가스는 가스 포집부에서 포집된다(S450). 이와 함께, 셰일 암석층(176)의 파쇄에 사용된 LPG가 회수될 수 있다.The incoming shale gas is collected at the gas collection unit (S450). Along with this, the LPG used for crushing the shale rock layer 176 can be recovered.

이어서, 가스정 내에서 감소된 LPG가 제어기(130)의 제어에 따라 압력 펌프(110)로써 보충된다(S460). 전술한 바와 같이, 제어기(130)는 압력 측정부(150)를 이용하여 가스정(182) 내의 LPG의 양 또는 압력의 변화를 추정할 수 있다.Subsequently, the reduced LPG in the gas well is supplemented by the pressure pump 110 under the control of the controller 130 (S460). As described above, the controller 130 can estimate the change in the amount or pressure of LPG in the gas well 182 using the pressure measuring unit 150. [

이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, . Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be determined by equivalents to the appended claims, as well as the appended claims.

100: 파쇄 장치
110: 압력 펌프
120: 유체 공급부
130: 제어기
140: 플라즈마 블라스팅 장치
150: 압력 측정부
176: 셰일 암석층
182: 가스정100: crushing device
110: Pressure pump
120: fluid supply part
130:
140: Plasma blasting device
150: pressure measuring unit
176: Shale rock layers
182:

Claims

An apparatus for crushing a shale rock layer intruded by a gas well,
A pressure pump configured to inject a flow of fluid including liquefied petroleum gas (LPG) into the gas well;
A probe having a first electrode and a second electrode configured to apply electrical energy for plasma blasting, wherein at least a portion of the first electrode and at least a portion of the second electrode are in contact with the liquefied petroleum gas in the gas well; And
And a controller configured to control transfer of the electrical energy to the probe so that the liquefied petroleum gas is pressurized by shock waves generated by the plasma blasting when the electrical energy is applied through the probe.
Crushing device.

The method according to claim 1,
Further comprising a collecting unit for collecting the shale gas introduced into the gas well through cracks generated in the shale rock layer in response to the pressurization of the liquefied petroleum gas.

The method according to claim 1,
Wherein the pressure pump is further configured to replenish the reduced liquefied petroleum gas in the gas well in response to the pressurization of the liquefied petroleum gas.

The method according to claim 1,
Wherein the controller is further configured to control closing of the gas jets to prevent entry of external air into the gas jets after infusion of the flow of fluid and removal of air remaining in the gas jets after the gas definition sealing, Crushing device.

The method according to claim 1,
Further comprising an electrical energy storage configured to store the electrical energy to be transferred to the probe.

The method of claim 5,
A power supply unit for charging the electric energy storage unit at a first speed so that the electric energy is stored in the electric energy storage unit; And
Further comprising a switch for discharging the electric energy storage unit at a second rate higher than the first rate so that the electric energy is transferred from the electric energy storage unit to the probe when activated.

The method according to claim 1,
Wherein the first electrode and the second electrode are separated by a dielectric.

The method of claim 7,
The probe includes a control unit for moving a probe tip including an end of one of the first electrode and the second electrode and an end of the dielectric with respect to an end of the other one of the first electrode and the second electrode Further comprising a shredding device.

The method according to claim 1,
Wherein the first electrode and the second electrode are coaxial electrodes.

The method according to claim 1,
Wherein the flow of fluid further comprises propane.

As a method for crushing a shale rock layer intruded by a gas well,
Injecting a flow of fluid including liquefied petroleum gas into the well; And
A probe having a first electrode and a second electrode configured to apply electrical energy for plasma blasting, wherein at least a portion of the first electrode and at least a portion of the second electrode are in contact with the liquefied petroleum gas in the gas well And transferring the electrical energy,
Wherein when the electric energy is applied through the probe, the liquefied petroleum gas is pressurized by a shock wave generated by the plasma blasting,
Shredding method.

The method of claim 11,
Further comprising the step of collecting shale gas introduced into the gas well through cracks generated in the shale rock layer in response to the pressurization of the liquefied petroleum gas.

The method of claim 11,
Further comprising replenishing said liquefied petroleum gas reduced in said well in response to the pressurization of said liquefied petroleum gas.

The method of claim 11,
Sealing the gas well to prevent external air from entering the gas well after the injecting step; And
Further comprising removing air remaining in the well after the sealing step,
Shredding method.

The method of claim 11,
The method of claim 1,
Charging the electrical energy storage at a first rate such that the electrical energy is stored in the electrical energy storage; And
And discharging the electrical energy storage at a second rate that is greater than the first rate to transfer the electrical energy from the electrical energy storage to the probe.
Shredding method.

The method of claim 11,
A probe tip including an end of one of the first electrode and the second electrode and an end of a dielectric that separates the first electrode and the second electrode from each other, Further comprising the step of:
Shredding method.

The method of claim 11,
Wherein the flow of fluid further comprises propane.