KR20170003178A - 기액 분리기의 성능 평가 장치 및 방법 - Google Patents

기액 분리기의 성능 평가 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

시추선용 기액 분리기의 성능 평가 장치 및 방법이 개시된다.
본 발명에 따르면 머드 순환 시스템을 본격적으로 구동하기 앞서 머드 순환 시스템에 설치되는 기액 분리기의 성능 평가를 위한 장치 및 방법을 구비하게 되므로 기존의 머드 순환 시스템에 대한 성능 평가가 가능해진다는 효과가 있다.
또한, 새로 개발되는 머드 순환 시스템, 구체적으로는 기액 분리기의 성능과 기존의 기액 분리기의 성능을 비교 및 분석할 수 있어 머드 순환 시스템의 성능 개선의 기반을 마련할 수 있는 효과도 발생한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 명세서는 시추선에 구비되는 기액 분리기의 성능을 평가하는 장치에 있어서, 유체를 저장하는 유체 저장 탱크; 기체를 저장하는 기체 저장부; 상기 유체 저장 탱크 및 상기 기체 저장부로부터 각각 유체와 기체를 공급받아 상기 유체와 상기 기체를 교반하는 교반 탱크; 상기 교반 탱크의 상류에 구비되며 상기 유체 저장 탱크로부터 배출된 상기 유체를 상기 교반 탱크로 공급하는 펌프; 상기 교반 탱크에서 상기 유체와 상기 기체가 교반되어 생성된 혼합물을 공급받아 혼합물로부터 상기 기체를 분리하는 기액 분리기; 및 상기 유체가 상기 유체 저장 탱크, 상기 교반 탱크, 및 상기 기액 분리기를 순환하는 경로를 제공하는 유체 순환 라인; 을 포함하는 시추선용 기액 분리기의 성능 평가 장치를 개시한다.

Description

기액 분리기의 성능 평가 장치 및 방법{Apparatus and method for evaluating performance of degasser}
본 발명은 기액 분리기의 성능 평가 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 머드 순환 시스템에 이용되는 머드에 함유된 가스를 분리하는 기액 분리기의 성능을 평가하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
심해의 유전 또는 가스전을 시추하는 드릴쉽(Drillship)은 시추를 위한 장비를 구비하고 있다. 이때, 드릴쉽을 이용해 생성된 시추공(borehole)은 시추 작업으로 인한 압력 및 온도의 변화로 인해 불안정한 경우가 많으며 암편(rock fragment)이 섞여 있는 경우도 있다. 따라서, 시추공의 압력을 유지하고 상승한 온도를 유지하는 한편, 암편을 제거하는 등의 역할을 하는 유체를 필요로 하는데 이러한 유체를 머드(mud)라 부르며 이러한 머드를 순환하는 시스템을 머드 순환 시스템(mud circulation system)이라고 한다.
이러한 머드 순환 시스템은 시추공을 순환하며 돌아온 머드에 함유된 암편, 가스 등을 제거한 후 머드를 다시 시추공에 공급하는 순환 방식을 취한다.
특히, 이러한 머드 순환 시스템에는 시추공을 순환하여 돌아온 머드에 함유된 가스를 제거하기 위한 기액 분리기(Degasser)가 구비된다.
이러한 기액 분리기는 머드 순환 시스템의 정상적인 구동을 위해 필수적인 구성이다. 따라서, 이러한 머드 순환 시스템의 본격적인 구동에 앞서 이러한 기액 분리기의 성능을 평가할 만한 방법이나 장치의 필요성이 대두되고 있다..
따라서, 본 발명의 목적은 머드 순환 시스템에 구비되는 기액 분리기의 성능을 평가하는 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 시추선에 구비되는 기액 분리기의 성능을 평가하는 장치에 있어서, 유체를 저장하는 유체 저장 탱크; 기체를 저장하는 기체 저장부; 상기 유체 저장 탱크 및 상기 기체 저장부로부터 각각 유체와 기체를 공급받아 상기 유체와 상기 기체를 교반하는 교반 탱크; 및 상기 유체 저장 탱크로부터 배출된 상기 유체를 상기 교반 탱크로 공급하는 펌프; 를 포함하는 시추선용 기액 분리기의 성능 평가 장치가 제공된다.
상기 유체가 상기 유체 저장 탱크, 상기 교반 탱크, 및 상기 기액 분리기를 순환하는 경로를 제공하는 유체 순환 라인; 를 더 포함할 수 있다.
상기 교반 탱크는 상기 교반 탱크 내부에 구비되어 상기 유체와 상기 기체를 교반하는 교반기; 를 포함할 수 있다.
상기 기체와 상기 유체가 동시에 상기 교반 탱크로 공급되어 교반될 수 있다.
상기 유체가 상기 교반 탱크로 공급된 후에 상기 기체가 상기 교반 탱크로 공급될 수 있다.
상기 기체는 이산화탄소일 수 있다.
상기 유체 저장 탱크는, 상기 교반 탱크 상류에 구비되며 상기 교반 탱크에 상기 유체를 공급하는 제1 유체 저장 탱크; 및 상기 기액 분리기 하류에 구비되며 상기 기액 분리기로부터 배출되는 상기 혼합물을 공급받는 제2 유체 저장 탱크; 를 포함할 수 있다.
상기 교반 탱크 하류에 구비되며 상기 교반 탱크로부터 배출되는 상기 혼합물에 함유된 상기 기체의 함량을 측정하는 제1 기체 측정기; 및 상기 유체 저장 탱크 상류에 구비되며 상기 기액 분리기로부터 배출되는 상기 유체 또는 상기 혼합물에 함유된 상기 기체의 함량을 측정하는 제2 기체 측정기; 를 더 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 시추선에 구비되는 기액 분리기의 성능을 평가하는 방법에 있어서, 교반 탱크에 유체를 주입하는 단계; 교반 탱크에 기체를 주입하는 기체 공급 단계; 상기 교반 탱크에서 상기 유체 및 상기 기체를 교반하여 혼합물을 생성하는 단계; 상기 혼합물을 기액 분리기에 공급하는 단계; 및 상기 기액 분리기에 공급되기 전의 혼합물과 상기 기액 분리기로부터 배출된 혼합물에 함유된 기체의 함량을 측정하여 혼합물로부터 분리된 기체의 비율을 평가하는 단계; 를 포함하는 시추선용 기액 분리기의 성능 평가 방법이 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 시추선에 구비되는 기액 분리기의 성능을 평가하는 방법에 있어서, 교반 탱크에 유체와 기체를 동시에 주입하는 제1 단계; 상기 교반 탱크에서 상기 유체 및 상기 기체를 교반하여 혼합물을 생성하는 제2 단계; 상기 혼합물을 기액 분리기에 공급하는 단계; 및 상기 기액 분리기에 공급되기 전의 혼합물과 상기 기액 분리기로부터 배출된 혼합물에 함유된 기체의 함량을 측정하여 혼합물로부터 분리된 기체의 비율을 평가하는 단계; 를 포함하는 시추선용 기액 분리기의 성능 평가 방법이 제공된다.
상기 제1 단계 및 상기 제2 단계는, 제1 단계가 완료된 후 상기 제2 단계가 이루어지거나, 상기 제1 단계와 상기 제2 단계가 동시에 이루어질 수 있다.
상기 유체는 유체 순환 라인을 통하여 상기 교반 탱크 및 상기 기액 분리기를 순환할 수 있다.
본 발명에 따르면 머드 순환 시스템을 본격적으로 구동하기 앞서 머드 순환 시스템에 설치되는 기액 분리기의 성능 평가를 위한 장치 및 방법을 구비하게 되므로 기존의 머드 순환 시스템에 대한 성능 평가가 가능해진다는 효과가 있다.
또한, 새로 개발되는 머드 순환 시스템, 구체적으로는 기액 분리기의 성능과 기존의 기액 분리기의 성능을 비교 및 분석할 수 있어 머드 순환 시스템의 성능 개선의 기반을 마련할 수 있는 효과도 발생한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기액 분리기의 성능 평가 장치를 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 기액 분리기의 성능 평가 장치에 구비되는 기액 분리기의 일 예를 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 기액 분리기의 성능 평가 장치를 도시한 구성도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명될 것이나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기액 분리기의 성능 평가 장치를 도시한 구성도이다.
한편, 본 발명에 따른 기액 분리기의 성능 평가 장치는 기액 분리기가 시추선에 설치되기 전에 기액 분리기의 기액 분리 성능을 평가하기 위한 장치이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 기액 분리기의 성능 평가 장치는 유체를 저장하는 유체 저장 탱크(30), 유체와 교반될 기체를 저장하는 기체 저장부(10), 및 유체 저장 탱크(30)와 기체 저장부(10)로부터 각각 공급되는 유체 및 기체를 공급받아 유체와 기체를 교반하여 혼합물을 생성하는 교반 탱크(20)를 포함한다. 교반 탱크(20)는 유체 및 기체를 혼합하여 혼합물을 생성하기 위해 물리적으로 유체 및 기체를 저어주는 교반기(Agitator)(22)를 포함할 수 있다. 교반 탱크(20)와 유체 저장 탱크(30) 사이에는 교반 탱크(20)에서 생성된 혼합물을 공급받아 혼합물에 함유된 기체를 분리하는 기액 분리기(50)가 설치된다.
한편, 하기에서는 본 명세서에서 사용되는 용어 중 '유체' 및 '기체'를 정의한다.
'유체'는 기액 분리기의 성능 평가에서 전술한 시추공에 공급되고 다시 회수되며 순환하는 '머드(mud)'의 역할을 수행하는 유동성 물질이다. 예를 들어, 본 명세서의 '유체'는 물, 또는 머드(mud)일 수 있다.
한편, '기체'는 기액 분리기의 성능 평가에서 전술한 시추공에 공급된 후 회수되는 과정에서 '머드'에 함유되는 가스의 역할을 수행하는 기체 물질이다. 예를 들어, 본 명세서의 '기체'는 이산화탄소일 수 있다.
한편, 교반 탱크(20)와 유체 저장 탱크(30) 사이의 교반 탱크(20) 상류에는 유체 저장 탱크(30)로부터 교반 탱크(20)에 유체가 공급되기 위한 일을 하는 펌프(60)가 구비될 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 기액 분리기의 성능 평가 장치는 기액 분리기(50)에 공급되기 전의 혼합물과 기액 분리기(50)로부터 배출된 혼합물에 함유된 기체의 함량을 측정하는 제1 기체 측정기(40), 및 제2 기체 측정기(42)를 포함한다. 제1 기체 측정기(40)는 교반 탱크(20)의 하류에 구비될 수 있고, 제2 기체 측정기(42)는 기액 분리기(50)의 하류에 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 기액 분리기의 성능 평가 장치는 기체가 유동하는 경로를 제공하는 라인과 유체, 또는 혼합물이 유동하는 경로를 제공하는 라인을 포함할 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이 기체 저장부(10)로부터 교반 탱크(20)에 기체를 공급하는 경로를 제공하는 기체 공급 라인(L2), 및 유체, 또는 혼합물이 교반 탱크(20), 기액 분리기(50), 및 유체 저장 탱크(30)를 순환하는 경로를 제공하는 유체 순환 라인(L1)을 포함할 수 있다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 기액 분리기의 성능 평가 장치의 작용을 설명한다.
교반 탱크(20)는 각각 기체 저장부(10)와 유체 저장 탱크(30)로부터 기체와 유체를 공급받고 교반부(22)에 의해 기체와 유체를 교반하여 혼합물을 생성한다.
이때, 교반 탱크(20)에서의 교반 과정은 크게 세가지로 이루어질 수 있다. 즉, (a) 교반 탱크(20)에 유체를 먼저 공급한 후, 유체의 공급이 모두 이루어지면 유체의 공급을 중단하고 교반 탱크(20)에 기체를 공급한 후, 유체와 기체를 교반함으로써 교반 과정이 이루어지거나, (b) 교반 탱크(20)에 유체와 기체를 동시에 공급한 후, 교반하는 과정을 통해 교반 과정이 이루어지거나, (c) 교반 탱크(20)에 유체와 기체를 공급하면서, 동시에 교반하는 과정을 통해 교반 과정이 이루어질 수 있다. (a) 과정을 통해 교반이 이루어지는 경우 교반이 고르게 이루어질 수 있다는 장점이 있으며, (b) 또는 (c) 과정을 통해 교반이 이루어지는 경우 (a) 과정에 비해 교반 탱크(20)의 크기를 감축할 수 있는 장점이 있다.
교반 탱크(20)에서 교반되어 생성된 혼합물은 기액 분리기(50)에 공급된다. 기액 분리기(50)에 공급된 혼합물은 혼합물 속에 함유된 기체를 분리한다. 기액 분리기(50)의 구성 및 구동 원리는 도 2을 참조하여 후술하도록 한다. 기액 분리기(50)에서 전부 또는 일부의 기체가 분리된 혼합물은 다시 유체 저장 탱크(30)에 공급되고 상기의 과정을 반복하게 된다.
한편, 유체 저장 탱크(30)의 하류와 기액 분리기(50) 하류에 각각 구비된 제1 기체 측정기(40), 및 제2 기체 측정기(42)에 의해 혼합물 속에 함유된 기체의 함량이 측정된다. 즉, 제1 기체 측정기(40), 및 제2 기체 측정기(42)에 의해 측정된 혼합물 속의 기체의 함량을 비교하여 기액 분리기(50)에 의한 기액 분리율을 평가하게 된다.
도 2는 본 발명의 기액 분리기의 성능 평가 장치에 구비되는 기액 분리기의 일 예를 도시한 구성도이다.
도 2에 도시된 기액 분리기(50)는 혼합물이 유입되는 입구(100), 혼합물이 배출되는 출구(102), 혼합물로부터 기체가 분리되는 공간을 제공하는 챔버(110), 및 혼합물이 이동하는 경로를 제공하면서 혼합물이 이동하는 동안 기체가 분리되는 판(Plate) 형태의 배플(Baffle)(120)을 포함한다.
기액 분리기(50)에 구비된 챔버(110) 상부는 비교적 저압의 진공 상태이다. 따라서, 혼합물이 배플(120)을 통과하면서 챔버(110)의 상부와 하부 사이의 압력 차이에 의해 혼합물로부터 기체가 분리된다.
한편, 도 2에 도시된 기액 분리기(50)는 혼합물로부터 분리된 기체가 기액 분리기(50) 외부로 배출되는 경로를 제공하는 가스 배출 라인(130), 및 가스 배출 라인(130) 상에 구비되며 혼합물로부터 분리된 기체가 외부로 배출될 수 있도록 일을 제공하는 가스 배출 펌프(132)를 포함한다. 따라서, 혼합물로부터 분리된 기체는 가스 배출 펌프(132)에 의해 가스 배출 라인(130)을 통해 외부로 배출된다.
또한, 기체가 분리된 혼합물은 챔버(110)의 하부로 떨어지고 출구(102)를 통해 외부로 배출된다. 외부로 배출된 혼합물은 출구(102)의 하류에 구비된 이덕터(140)에 의해 흡입되어 도 1의 경우 유체 저장 탱크(30)(후술할 도 3의 경우 제2 유체 저장 탱크(34))에 공급되어 상기의 과정을 반복하게 된다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 기액 분리기의 성능 평가 장치를 도시한 구성도이다. 도 3에 도시된 도면 부호 중 도 1에 도시된 도면 부호와 같은 경우 동일한 구성이며 동일한 역할을 수행하는 바 도 1과의 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.
도 3에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따른 기액 분리기의 성능 평가 장치는 본 발명의 제1 실시예와 달리 유체 저장 탱크가 두개 구비된다. 즉, 도 3에는 교반 탱크(20)에 유체를 공급하는 제1 유체 저장 탱크(32), 및 기액 분리기(50)로부터 배출되는 혼합물을 공급받는 제2 유체 저장 탱크(34)가 구비된다.
기액 분리기(50)에서 배출되는 혼합물은 기체가 모두 분리된 상태, 즉, 교반 탱크(20)에 공급된 유체 상태와 동일한 상태일 수도 있으나, 기액 분리기(50)의 성능 문제 등으로 인해 기체가 모두 분리되지 못한 상태일 수 있다. 따라서, 기체가 모두 분리되지 못한 혼합물을 다시 교반 탱크(20)에 공급할 경우 기액 분리기의 성능 평가 실험에 요구되는 기체의 비율에 영향을 미칠 수 있어 정확한 성능 평가가 어려워질 수 있다. 따라서, 교반 탱크(20)에 유체를 공급하기 위한 제1 유체 저장 탱크(32)와 기액 분리기(50)로부터 배출되는 혼합물을 공급받기 위한 제2 유체 저장 탱크(34)가 별도로 구비된 것이다. 따라서, 제2 유체 저장 탱크(34)에 공급된 혼합물은 제2 유체 저장 탱크(34) 내부, 또는 외부에 구비된 별도의 기액 분리 장치(미도시)를 통해 기체가 완전히 제거된 후 제1 유체 저장 탱크(32)에 공급될 수 있다. 나머지 구성 및 역할은 도 1에 도시된 본 발명의 제1 실시예와 동일하므로 생략한다.
한편, 도 3에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따른 기액 분리기의 성능 평가 장치에서의 교반 탱크(20)는 도 1에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 기액 분리기의 성능 평가 장치에서의 교반 탱크(20)에 비해 작게 도시되어 있다. 따라서, 본 발명의 제2 실시예는 전술한 교반 과정 중 (c) 과정에 의해 유체와 기체가 교반되는 경우, 즉, 유체와 기체가 교반 탱크(20)에 동시에 공급되면서 교반 과정도 동시에 일어나는 경우에 적용될 수 있다. 그러나, 본 발명의 제2 실시예에서의 교반 과정은 (c) 과정에 제한되는 것은 아니고, (a) 또는 (b) 과정에 의해 일어날 수 있음은 물론이다.
10 - 기체 저장부
20 - 교반 탱크
22 - 교반기
30 - 유체 저장 탱크
32 - 제1 유체 저장 탱크
34 - 제2 유체 저장 탱크
40 - 제1 기체 측정기
42 - 제2 기체 측정기
50 - 기액 분리기
60 - 펌프
100 - 입구
102 - 출구
110 - 챔버
120 - 배플
130 - 가스 배출 라인
132 - 가스 배출 펌프
140 - 이덕터
L1 - 유체 순환 라인
L2 - 기체 공급 라인

Claims (12)

  1. 시추선에 구비되는 기액 분리기의 성능을 평가하는 장치에 있어서,
    유체를 저장하는 유체 저장 탱크;
    기체를 저장하는 기체 저장부;
    상기 유체 저장 탱크 및 상기 기체 저장부로부터 각각 유체와 기체를 공급받아 상기 유체와 상기 기체를 교반하는 교반 탱크; 및
    상기 유체 저장 탱크로부터 배출된 상기 유체를 상기 교반 탱크로 공급하는 펌프; 를 포함하는,
    기액 분리기의 성능 평가 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유체가 상기 유체 저장 탱크, 상기 교반 탱크, 및 상기 기액 분리기를 순환하는 경로를 제공하는 유체 순환 라인; 를 더 포함하는,
    기액 분리기의 성능 평가 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 교반 탱크는,
    상기 교반 탱크 내부에 구비되어 상기 유체와 상기 기체를 교반하는 교반기; 를 포함하는,
    기액 분리기의 성능 평가 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 기체와 상기 유체가 동시에 상기 교반 탱크로 공급되어 교반되는,
    기액 분리기의 성능 평가 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 유체가 상기 교반 탱크로 공급된 후에 상기 기체가 상기 교반 탱크로 공급되는,
    기액 분리기의 성능 평가 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 기체는 이산화탄소인,
    기액 분리기의 성능 평가 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 유체 저장 탱크는,
    상기 교반 탱크 상류에 구비되며 상기 교반 탱크에 상기 유체를 공급하는 제1 유체 저장 탱크; 및
    상기 기액 분리기 하류에 구비되며 상기 기액 분리기로부터 배출되는 상기 유체 및 상기 기체의 혼합물을 공급받는 제2 유체 저장 탱크; 를 포함하는,
    기액 분리기의 성능 평가 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 교반 탱크 하류에 구비되며 상기 교반 탱크로부터 배출되는 상기 유체 및 상기 기체의 혼합물에 함유된 상기 기체의 함량을 측정하는 제1 기체 측정기; 및
    상기 유체 저장 탱크 상류에 구비되며 상기 기액 분리기로부터 배출되는 상기 혼합물에 함유된 상기 기체의 함량을 측정하는 제2 기체 측정기; 를 더 포함하는,
    기액 분리기의 성능 평가 장치.
  9. 시추선에 구비되는 기액 분리기의 성능을 평가하는 방법에 있어서,
    교반 탱크에 유체를 주입하는 단계;
    교반 탱크에 기체를 주입하는 기체 공급 단계;
    상기 교반 탱크에서 상기 유체 및 상기 기체를 교반하여 혼합물을 생성하는 단계;
    상기 혼합물을 기액 분리기에 공급하는 단계; 및
    상기 기액 분리기에 공급되기 전의 혼합물과 상기 기액 분리기로부터 배출된 혼합물에 함유된 기체의 함량을 측정하여 혼합물로부터 분리된 기체의 비율을 평가하는 단계; 를 포함하는,
    기액 분리기의 성능 평가 방법.
  10. 시추선에 구비되는 기액 분리기의 성능을 평가하는 방법에 있어서,
    교반 탱크에 유체와 기체를 동시에 주입하는 제1 단계;
    상기 교반 탱크에서 상기 유체 및 상기 기체를 교반하여 혼합물을 생성하는 제2 단계;
    상기 혼합물을 기액 분리기에 공급하는 단계; 및
    상기 기액 분리기에 공급되기 전의 혼합물과 상기 기액 분리기로부터 배출된 혼합물에 함유된 기체의 함량을 측정하여 혼합물로부터 분리된 기체의 비율을 평가하는 단계; 를 포함하는,
    기액 분리기의 성능 평가 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1 단계 및 상기 제2 단계는,
    상기 제1 단계가 완료된 후 상기 제2 단계가 이루어지거나,
    상기 제1 단계와 상기 제2 단계가 동시에 이루어지는,
    기액 분리기의 성능 평가 방법.
  12. 청구항 9 또는 청구항 10에 있어서,
    상기 유체는 유체 순환 라인을 통하여 상기 교반 탱크 및 상기 기액 분리기를 순환하는,
    기액 분리기의 성능 평가 방법.
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