KR20180023187A - Flow simulating apparatus for pipeline of subsea petroleum production system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 해저 유전용 파이프라인의 유체유동 모사장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 해저유전에 설치된 파이프라인에서 발생하는 원유 또는 가스의 거동을 시험유체를 이용하여 모사하여 시각화함으로써, 파이프라인 설계를 위한 시험정보를 획득할 수 있는 유동모사장치에 관한 것이다.The present invention relates to a fluid flow simulation apparatus for a subsea oil pipeline, and more particularly, to a pipeline system that simulates the behavior of crude oil or gas generated in a pipeline installed in a submarine oilfield using a test fluid, The present invention relates to a flow simulation apparatus capable of acquiring test information for a test apparatus.
화석연료의 채굴기술이 발전함에 따라, 심해의 지중에 매장된 원유, 천연가스의 생산이 일반화되고 있다.As fossil fuel exploitation technology develops, the production of crude oil and natural gas buried in the deep sea is becoming common.
해저의 유전개발은 육상의 그것과 생산환경에 많은 차이가 있으며, 해저에 설치되어 채굴된 원유, 천연가스를 이송시키는 파이프라인 내의 유동안정성이 중요한 이슈가 되고 있다.The development of oilfields in the seabed is very different from that on the land and the production environment, and the stability of the flow in the pipeline that transports mined crude oil and natural gas installed on the sea floor is an important issue.
도 1 및 도 2를 참고하면, 유정(W)으로부터 웰헤드(B)까지 상승하는 과정에서 원유 등은 수직관을 통과하면서 급격한 유동의 변화를 겪게 되며, 심해의 저온 해수에 접촉하면서 급격한 온도 변화에 노출된다.Referring to FIGS. 1 and 2, in the process of ascending from the well W to the well head B, the crude oil or the like undergoes a sudden change in flow as it passes through the vertical pipe, Lt; / RTI >
또한, 채굴된 원유 등이 해저의 파이프라인(D)로부터 플랫폼(A)으로 상승하는 과정에서도 수평관과 수직관(라이저; Riser; E)을 연속적으로 지나게 되면서 급격한 유동의 변화 및 온도 변화가 발생한다.Also, during the process of the crude oil rising from the submarine pipeline (D) to the platform (A), the continuous flow of the horizontal pipe and the riser (Eiser) do.
특히, 온도변화가 심한 수평관과 수직관을 원유가 연속적으로 지나면서 발생하는 유체의 거동은 해저의 유전을 개발하는데 있어 생산성과 밀접하게 연관된 특성으로 이에 대한 연구가 정량적으로 이루어질 필요가 있다.In particular, the behavior of fluids generated by the continual passage of crude oil through horizontal and vertical pipes with severe temperature changes is closely related to the productivity in developing the submarine oilfield.
한국등록특허공보 제10-1502948호, 한국등록특허공보 제10-1431531호 등에는 해저의 유정으로부터 생산한 원유 등의 이송과정에서 왁스의 집적과 관련한 모사시험장치가 기재되어 있다.Korean Patent Registration No. 10-1502948 and Korean Patent Registration No. 10-1431531 disclose a simulated test apparatus relating to the accumulation of wax in the process of transferring crude oil and the like produced from a seabed well.
그러나, 그러한 모사장치들에 있어서는 해저의 파이프라인(D)로부터 라이저(Riser; E)를 통해 플랫폼(A)으로 상승하는 과정에서의 원유의 유동을 모사하는 구성이 구비되어 있지 않고, 파이프라인의 다양한 설치상태에 대한 모사시험을 행하기에는 적합하지 않다.However, in such simulation devices, there is no configuration for simulating the flow of crude oil in the course of ascending from the submarine pipeline D to the platform A via the riser E, It is not suitable for carrying out simulation tests for various installation conditions.
도 3은 한국등록특허공보 제10-1076673호에 기재된 것으로서, 파이프라인 이송공정 모의실험장치에 관한 것으로서, 시험유체를 공급하여 파이프라인을 이용하여 수송하는 과정을 모사하고, 환경조건에 따라 시험유체의 이송과정 중에 발생하는 상태변화에 관한 데이터를 축적하기 위한 것이다.FIG. 3 is a block diagram of a pipeline transfer process simulator described in Korean Patent Publication No. 10-1076673, which simulates the process of supplying a test fluid and transporting it using a pipeline, In order to accumulate the data on the state changes occurring during the transferring process.
즉, 시험유체가 저장조(1)로부터 고압펌프(2), 압력조절밸브(3), 냉각기(4), 가열기(5)를 거쳐, 다양한 외부환경이 모사되는 시험부(6)로 들어가 시험이 이루어지고, 뷰셀(7)에 의해 촬영되고 있으며, 전체적으로 시험유체가 순환할 수 있는 순환루프를 형성하고 있다.That is, the test fluid is passed from the
그러나, 도 3의 모의실험장치는 해양지중저장을 위한 이산화탄소의 파이프라인 이송공정을 모사하는 것으로서, 해저의 파이프라인(D)로부터 라이저(Riser; E)를 통해 플랫폼(A)으로 상승하는 과정에서의 원유의 유동을 모사하는 구성이나, 파이프라인의 다양한 설치상태에 대한 모사시험을 행할 수 있는 구성이 존재하지 않음은 전술한 선행기술들과 동일하다.However, the simulator of FIG. 3 simulates a pipeline transfer process of carbon dioxide for underground storage of the ocean, and in the process of ascending from the pipeline D to the platform A via the riser E, And there is no configuration for simulating the flow of the crude oil of the pipeline or for the various installation states of the pipeline is the same as the above-described prior arts.
본 발명은 상기와 같은 관점에서 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 해저에서 채굴된 원유 등이 해저에 설치된 파이프라인을 따라 이송하는 과정을 모사함으로써 유동특성을 파악할 수 있고, 특히 해저의 파이프라인로부터 라이저를 통해 플랫폼으로 상승하는 과정의 유동특성과, 파이프라인의 다양한 설치상태에 따른 유동변화를 관찰하고 데이터를 획득할 수 있는 구조의, 해저 유전용 파이프라인의 유체유동 모사장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a method of analyzing a flow characteristic of crude oil mined from the sea floor along a pipeline installed on the sea floor, And to provide a fluid flow simulation apparatus for a submarine oil pipeline having a flow characteristic of a process of ascending to a platform through a riser and a structure capable of observing a flow change according to various installation states of the pipeline and acquiring data.
본 발명에 따른 해저 유전용 파이프라인의 유체유동 모사장치는, 시험유체를 공급하는 시험유체공급부와, 상기 시험유체공급부로부터 시험유체가 공급되어 수평의 유동로를 형성하는 수평유동부와, 상기 수평유동부의 선단부와 연결되어 시험물질이 상승하는 유동로를 형성하는 상승유동부와, 상기 상승유동부의 상단과 연결되어 상기 상승유동부로부터 시험유체가 유동해 나가는 연결유동부와, 상기 수평유동부와 상기 상승유동부에 설치되어 시험유체의 유동상태를 관찰할 수 있는 관찰부와, 상기 상승유동부의 자세가 상기 수평유동부에 대하여 경사질 수 있도록 상기 상승유동부의 하단에 설치된 경사축부와, 상기 상승유동부에 결합되어 상기 상승유동부를 상기 경사축부를 중심으로 수직선에 대하여 소정각으로 경사변화시키는 경사구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The fluid flow simulation apparatus of the subsea oil pipeline according to the present invention comprises a test fluid supply section for supplying a test fluid, a horizontal fluid flow section for supplying a test fluid from the test fluid supply section to form a horizontal flow path, A rising fluid portion connected to the tip of the fluidized portion to form a flow path in which the test material ascends; a connection fluid portion connected to the upper end of the upward flow portion to cause the test fluid to flow from the upward fluidized portion; An oblique shaft portion provided at a lower end of the upward flow portion so that the posture of the upward flow portion can be inclined with respect to the horizontal flow portion; And an inclined driving unit coupled to the eccentric portion to vary the inclined angle of the upward flow portion with respect to a vertical line at a predetermined angle about the inclined axis portion .
또한, 본 발명은 상기 상승유동부에서 상기 관찰부의 상측에 설치되어 상기 상승라인을 따라 상승하는 시험유체를 냉각시키는 냉각부를 더 포함하는 것을 다른 특징으로 한다.Further, the present invention is characterized in that the present invention further comprises a cooling unit installed above the observation unit in the upward movement part and cooling the test fluid rising along the upward line.
또한, 본 발명은 상기 연결유동부가 상기 상승유동부의 상단과 상기 수평유동부의 후단를 연결하도록 경사지게 설치되어 시험유체가 상기 상승유동부에서 나와 상기 수평유동부로 유동해가도록 하고, 상기 연결유동부의 일부를 구성하도록 굴곡지도록 설치되어 그 연결유동부의 길이조절이 가능하도록 신축하는 신축조절부를 더 포함하는 것을 또 다른 특징으로 한다.According to the present invention, the connecting flow portion is inclined to connect the upper end of the upward flow portion and the rear end of the horizontal flow portion, so that the test fluid flows out from the upward flow portion to flow into the horizontal flow portion, And a stretchable and contractible portion which is provided to bend so as to be able to adjust the length of the connecting flow portion.
또한, 본 발명은 상기 경사구동부가 상기 상승유동부를 당기거나 밀어 상기 상승유동부가 수직선에 대하여 제1방향으로 경사질 수 있도록 작동하는 제1경사구동기와, 상기 제1방향과 직각인 제2방향에서 상기 상승유동부를 당기거나 밀어 상기 상승유동부가 수직선에 대하여 상기 제1방향과 직각인 제2방향으로 경사질 수 있도록 작동하는 제2경사구동기를 더 포함하는 것을 또 다른 특징으로 한다.Further, the present invention is characterized in that the first inclined driver is operated such that the inclined drive portion pulls or pushes the ascending flow portion so that the ascending flow portion can be inclined in the first direction with respect to the vertical line, Further comprising a second warp driver operable to pull or push the upward flow portion such that the upward flow portion is inclined in a second direction perpendicular to the first direction with respect to a vertical line.
또한, 본 발명은 상기 관찰부가 육안관찰이 가능한 관찰창(Window)이고, 상기 관찰창은 상기 수평유동부의 선단부에 설치되는 제1관찰창과, 상기 상승유동부의 하단부에 설치되는 제2관찰창이 포함됨으로써, 상기 수평유동부와 상기 상승유동부가 만나는 코너부분에서 시험유체의 유동상태변화를 관찰할 수 있는 것을 또 다른 특징으로 한다.Further, the present invention is characterized in that the observation section is a window capable of visual observation, and the observation window includes a first observation window provided at a distal end of the horizontal flow section and a second observation window provided at a lower end of the upward flow section And a change in the flow state of the test fluid can be observed at a corner portion where the horizontal flow portion and the upward flow portion meet.
또한, 본 발명은 상기 수평유동부에서 상기 제1관찰창의 후방에 시험유체의 온도를 조절하는 제1온도조절자켓이 설치되고, 상기 상승유동부에도 상기 제2관찰창의 상측에 시험유체의 온도를 조절하는 제2온도조절자켓을 포함하며, 상기 제1온도조절자켓과 제2온도조절자켓에는 동일 온도의 냉매가 흐르도록 구성하며, 상기 상승유동부에는 상기 제2온도조절자켓의 상측에 상기 냉각부로 진입하는 시험유체의 온도를 조절하는 제3온도조절자켓이 더 설치되어, 상기 냉각부로 진입하기 전의 시험유체의 온도를 상기 제3온도조절자켓이 해저 유정에서의 온도로 조절할 수 있는 것을 또 다른 특징으로 한다.Further, the present invention is characterized in that the horizontal moving part is provided with a first temperature adjusting jacket for regulating the temperature of the test fluid on the rear side of the first observation window, and the temperature of the test fluid is also set on the upward movement part, The first temperature control jacket and the second temperature control jacket are configured such that a coolant of the same temperature flows through the first temperature control jacket and the second temperature control jacket, The temperature of the test fluid prior to entering the cooling section can be adjusted to the temperature of the subsea well by the third temperature control jacket, and a third temperature control jacket for controlling the temperature of the test fluid entering the sub- .
전술한 구성에 따른 본 발명의 해저 유전용 파이프라인의 유체유동 모사장치는, 수평유동부 및 상승유동부, 관찰부에 의해 해저의 파이프라인로부터 라이저를 통해 플랫폼으로 상승하는 과정에 대한 모사가 이루어지고 그 유동상태를 시각화할 수 있다.The fluid flow simulation apparatus of the submarine oil pipeline of the present invention according to the above-mentioned configuration is simulated for ascending from the pipeline of the sea bed to the platform through the riser by the horizontal flow portion and the upward flow portion and the observation portion The flow state can be visualized.
또한, 본 발명은 수평유동부, 상승유동부 및 연결유동부에 의해 시험유체의 순환루프가 형성됨으로써, 한정된 시험유체로써 모사시험이 지속적으로 이루어질 수 있다.Further, in the present invention, the circulation loop of the test fluid is formed by the horizontal fluid flow portion, the upward fluid flow portion, and the connection fluid flow portion, so that the simulation test can be continuously performed with the limited test fluid.
또한, 본 발명은 경사축부 및 경사구동부에 의해 상승유동부를 다양한 경사각으로 변화시켜 연속적인 시험이 이루어질 수 있으므로, 해저 파이프라인의 다양한 설치상태에 대응하는 유동변화를 관찰하고 데이터를 획득하는 시험이 용이하고 효율적으로 진행될 수 있다.In addition, since continuous testing can be performed by varying the ascending and descending angles at various inclination angles by the inclined shaft portion and the inclined driving portion, the present invention is easy to observe the flow change corresponding to various installation states of the submarine pipeline and to test the data acquisition And can proceed efficiently.
또한, 본 발명은 경사축부 및 경사구동부에 의해 상승유동부가 경사변화됨에도 불구하고, 연결유동부에 신축조절부가 설치됨으로써, 시험유체가 순환하는 순환루프가 유지되는 상태에서 상승유동부의 자세변화가 원활히 발생할 수 있다.In addition, in the present invention, even if the upward flow portion is inclined and changed by the inclined shaft portion and the inclined driving portion, the elongation and contraction adjusting portion is provided in the connecting fluid portion, Lt; / RTI >
도 1는 해저 유전 채굴시스템의 간략한 구성을 설명하는 개념도
도 2는 도 1의 해저 유전 채굴시스템의 단면구성을 설명하는 설명도
도 3은 종래 시험유체에 의해 파이프라인의 이송공정을 모의실험하는 장치의 구성도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 해저 유전용 파이프라인의 유체유동 모사장치의 구성을 설명하는 사시도
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 해저 유전용 파이프라인의 유체유동 모사장치의 구성에 관한 구성설명도
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 해저 유전용 파이프라인의 유체유동 모사장치의 경사작동에 관한 작동설명도
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 해저 유전용 파이프라인의 유체유동 모사장치의 구성에 관한 구성설명도1 is a conceptual diagram illustrating a simplified configuration of a subsea oilfield mining system;
FIG. 2 is an explanatory view for explaining a cross-sectional configuration of the submarine oilfield mining system of FIG.
3 is a block diagram of an apparatus for simulating a pipeline transfer process by a conventional test fluid
4 is a perspective view illustrating the configuration of a fluid flow simulation apparatus of a subsea oil pipeline according to an embodiment of the present invention;
5 is a structural explanatory view of a configuration of a fluid flow simulation apparatus of a submarine oil pipeline according to an embodiment of the present invention
6 is an explanatory view of operation of the fluid flow simulation apparatus of the submarine oil pipeline according to the embodiment of the present invention,
7 is a structural explanatory view of a configuration of a fluid flow simulation apparatus of a submarine oil pipeline according to another embodiment of the present invention
이하, 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 4 및 도 5를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 해저 유전용 파이프라인의 유체유동 모사장치는, 시험유체를 공급하는 시험유체공급부(10)와, 상기 시험유체공급부(10)로부터 시험유체가 공급되어 수평의 유동로를 형성하는 수평유동부(20)와, 상기 수평유동부(20)의 선단부와 연결되어 시험물질이 상승하는 유동로를 형성하는 상승유동부(30)와, 상기 상승유동부(30)의 상단과 연결되어 상승유동부(30)로부터 시험유체가 유동해 나가는 연결유동부(40)와, 상기 수평유동부(20)와 상승유동부(30)에 설치되어 시험유체의 유동상태를 관찰할 수 있는 관찰부(21,31,35)와, 상기 상승유동부(30)의 자세가 수평유동부(20)에 대하여 경사질 수 있도록 상승유동부(30)의 하단에 설치된 경사축부(61)와, 상기 상승유동부(30)에 결합되어 상승유동부(30)를 경사축부(61)를 중심으로 수직선에 대하여 소정각으로 경사변화시키는 경사구동부(63,64)를 포함한다.4 and 5, a fluid flow simulation apparatus of a subsea oil pipeline according to an embodiment of the present invention includes a test
상기 시험유체공급부(10)는 시험유체가 저장되어 공급되는 부분이다. 시험유체는 특정지역의 유정에서 생산되는 원유를 직접 이용할 수도 있고, 메탄, 에탄 그리고 프로판 등의 탄화수소를 적정비율로 혼합하여, 시험대상인 지역의 원유특성을 나타내도록 조제한 유체가 될 수 있다.The test
시험유체공급부(10)는 구체적으로 봄베(13)에 시험유체가 저장되고, 개폐밸브(14)가 설치된 공급라인(15)에 의해 수평유동부(20)의 후단에 연결되어 시험유체가 공급된다. 참고로, 본 명세서 및 청구범위에서 수평유동부(20)의 후단은 시험유체가 진입하는 단부이고, 수평유동부(20)의 선단은 시험유체가 수평유동부(20)를 빠져나가는 단부이면서 상승유동부(30)와 만나는 부분이다. Specifically, the test fluid supply
수평유동부(20)는 시험유체가 수평으로 유동하는 부분으로서, 해저면에 설치되어 수평으로 원유가 이송되는 파이프라인을 모사한 것이다.The
수평유동부(20)는 수평관체 내부에서 시험유체가 수평으로 이동하되, 수평관체에는 압력조절기(24)가 설치되어 수평관체를 유동하는 시험유체의 압력을 설정압력으로 조절하고 압력센서(25) 및 온도센서(26)가 설치되어 압력조절기(24)에서 배출된 시험유체의 압력과 온도를 측정한다. The
또한, 제1온도조절자켓(22)이 수평관체를 감아 설치됨으로써 온도센서(26)에 의해 측정된 온도가 설정범위 내에 있지 않은 경우, 설정온도로 시험유체를 가열 또는 냉각시킬 수 있다.The test fluid can be heated or cooled to the set temperature when the temperature measured by the
제1온도조절자켓(22)을 통과한 시험유체는 상승유동부(30)로 공급된다.The test fluid that has passed through the first
상승유동부(30)는 해저 파이프라인에서 또는 해상의 플랫폼으로 원유를 상승시키는 라이저(Riser)를 모사하는 부분으로서, 수평유동부(20)에서 상승유동부(30)로 유동이 전환되는 코너부분은 유동변화가 비교적 크고 갑작스럽게 발생하는 부분이다. 때문에 실제 해저에 설치된 파이프라인에서도 또는 라이저를 통해 원유가 상승을 시작하는 영역에서 원유의 상변화, 유동변화가 급격하게 발생하는 것으로 추정된다. The
따라서, 유동모사장치에서도 그 코너부분에 대한 시험유체의 상변화, 거동을 관찰하는 것이 매우 중요하므로, 그 코너 부근에 가시화장치인 관찰부(21,31)가 설치된다.Therefore, it is very important to observe the phase change and the behavior of the test fluid relative to the corner portion of the flow simulation apparatus. Therefore, the
본 실시예서는 관찰부(21,31,35)를 육안관찰이 가능하도록 관찰창(Window)으로 구성하고 있으나, 관찰카메라로 대체되어 영상을 획득함으로써 관찰될 수도 있다.In this embodiment, the
관찰창은 수평유동부(20)의 선단부와 상승유동부(30)의 하단부에 제1관찰창(21)과 제2관찰창(31)이 각각 설치됨으로써 상기 코너 부근의 시험유체의 유동상태를 관찰하도록 한다.The observation window is provided with the
상기 관찰창은 관찰카메라로 대체될 수 있고, 이 경우 시험유체의 거동에 대한 영상을 확보하고 별도 모니터를 통해 관찰할 수 있다.The observation window can be replaced by an observation camera, in which case an image of the behavior of the test fluid can be obtained and observed through a separate monitor.
상승유동부(30)는 해저에 설치된 파이프라인의 라이저를 모사하고 있으므로, 수직으로 세워진 수직관체로 형성한다.Since the
그 수직관체의 하단은 상승유동부(30)의 경사운동이 발생할 수 있도록 경사축부(61)가 설치되고, 경사축부(61)의 상측에 제2관찰창(31), 제2온도조절자켓(32) 등이 순차적으로 설치된다.The lower end of the vertical tube body is provided with a tilting
제1온도조절자켓(22)과 제2온도조절자켓(32)은 동일냉매가 유동하도록 구성함으로써 동일온도로 조절되는 것이 바람직하다. 이는 해저 수평의 파이프라인에서 라이저로 원유가 상승하기 시작하는 부분에서는 주변 온도차가 거의 없는 바, 모사장치의 코너부분에서 실제와 같은 온도환경을 제공한다.The first
상기 경사축부(61)는 본 실시예에서 상승유동부(30)의 경사동작이 원활히 발생할 수 있도록 볼(61a)과 소켓(61b)이 결합된 구조를 채용하고 있으나, 상승유동부(30)가 별도의 수단에 의해 세워진 상태를 지지받을 수 있다면, 경사축부(61)는 수평유동부(20)의 수평관체와 연결된 플렉시블한 부분이 될 수 있고, 이 플렉시블한 부분이 상승유동부(30)가 경사동작하기 위한 선회중심부의 역할을 할 수 있다.The
상기 제2온도조절자켓(32)의 상측에는 뷰셀(38)과 제3온도조절자켓(33) 및 제3관찰창(35)이 별도 설치된다. 뷰셀(38)은 시험유체의 유동을 찰영하여 영상을 확보한다. 제3온도조절자켓(33)은 냉각부(50)에 의해 시험유체가 급랭함에 따른 유동상태를 시험하는 경우에, 시험유체를 해저 유정에서의 온도로 조절하여 냉각부(50)에 진입하도록 하기 위한 것이다. A
한편, 상기 경사구동부(63,64)는 실제 해저 파이프라인에서 라이저의 설치상태를 모사하기 위해 상승유동부(30)를 설정된 경사각으로 기울이기 위해 설치된다.The
경사구동부(63,64)는, 상승유동부(30)를 당기거나 밀어 상기 상승유동부(30)가 수직선에 대하여 제1방향(X축 방향)으로 경사질 수 있도록 작동하는 제1경사구동기(63a)와, 상기 제1방향과 직각인 제2방향(Y축 방향)에서 상승유동부(30)를 당기거나 밀어 상승유동부(30)가 수직선에 대하여 제1방향과 직각인 제2방향으로 경사질 수 있도록 작동하는 제2경사구동기(64a)를 포함한다.The
제1경사구동기(63a)와 제2경사구동기(64a)는 그 설치위치 및 경사구동시키는 방향에 차이가 있을 뿐, 그 구조나 상승유동부(30)와 결합된 구성은 서로 동일하다.The structure of the
제1경사구동기(63a)는 유압 또는 공압실린더가 설치되어 신축하고 있으며, 유압 또는 공압실린더의 실린더로드의 단부가 상승유동부(30)와 핀결합된다. 유압 또는 공압실린더의 본체의 하단은 베이스부재에 핀결합(63d)된다.The
또한, 유압 또는 공압실린더의 실린더로드와 본체에는 길이측정기(63c)의 양단이 각각 결합되어 유압 또는 공압실린더의 신축길이를 측정하고, 그 측정된 값에 의해 상승유동부(30)의 경사각이 경사제어기(63b)에서 산출 및 제어될 수 있다.In addition, both ends of the
한편, 상기 연결유동부(40)는 상승유동부(30)의 상단과 연결되어 상승유동부(30)로부터 시험유체가 유동해 나가도록 연결된 관체부분이다.The connection
연결유동부(40)를 통해서 시험유체공급부(10)에서 공급된 시험유체가 외부의 저장탱크(84)로 배출될 수 있고, 연결유동부(40)가 상승유동부(30)의 상단과 수평유동부(20)의 후단를 연결하도록 경사지게 설치되어 시험유체가 상승유동부(30)에서 나와 수평유동부(20)로 유동해가도록 함으로써, 시험유체의 순환루프를 구성할 수도 있다.The test fluid supplied from the test
상기 연결유동부(40)에는 연결유동부(40)의 일부를 구성하는 것으로 연결유동부(40)의 길이조절이 가능하도록 하는 신축조절부(43)가 설치된다.The connecting and moving
신축조절부(43)는 경사구동부(63,64)에 의해 상승유동부(30)가 경사지게 될 때, 그 경사구동이 원활할 수 있도록 연결유동부(40)의 길이조절이 가능하도록 한다.The stretchable and
신축조절부(43)는 연결유동부(40)를 형성하는 관체의 중간에 지그재그형상으로 굴곡진 탄성재질의 신축관체를 삽입하여 연결되도록 하고, 시험유체는 연결유동부(40)를 통과하면서 신축관체도 통과하도록 한다.The elastic expansion and
신축조절부(43)는 지그재그형상으로 굴곡진 탄성재질의 신축관체에 의해 형성되므로, 경사구동부(63,64)의 작용에 의해 상승유동부(30)의 상단이 연결유동부(40)를 당기게 되면, 지그재그형상이 탄성을 이기고 펴지면서 연결유동부(40)의 길이가 증가하게 된다.The upper end of the
또한, 신축조절부(43)는 지그재그 형상의 굴곡이 있는 탄성재질의 튜브로 형성하여, 신축조절부(43)가 연결유동부(40)를 통과하는 시험유체의 유로를 형성하고 있고, 이로 인한 유동저항의 발생을 해소 또는 최소화하도록 신축조절부(43)의 튜브는 연결유동부(40)의 하류 측으로 가면서 시험유체가 통과하는 내경이 점차 증가하도록 구성하고 있다.The elongation /
한편, 상승유동부(30)에서 관찰부(31,35)의 상측에 설치되어 상승유동부(30)를 따라 상승하는 시험유체를 냉각시키는 냉각부(50)가 더 포함된다.The cooling
냉각부(50)는 상승유동부(30)를 따라 상승하여 시험유체를 급냉시키는 부분으로서, 해저 지하의 유정으로부터 원유가 상승하여 해저면의 해수와 만나 급속하게 냉각되는 구성을 모사하고 있다. 해저면의 해수는 지하의 온도나 해수면의 온도보다 상당히 낮은 값을 가지므로, 냉각부(50)는 3~4℃ 이하의 냉매가 흐르는 냉매관(51)이 상승유동부(30)의 관체를 코일형상으로 감아 시험유체와 열교환하도록 구성한다. The
시험유체가 냉각부(50)으로 진입하기 전에, 제3온도조절자켓(33)에 의해 시험유체가 해저 유정에서의 온도로 조절된 후, 냉각부(50)에 진입하도록 하여 시험유체의 유동상태 변화를 시험한다.Before the test fluid enters the
본 발명의 명세서 및 청구범위에 기재된 해저 유정은 석유정 뿐 아니라 가스정을 포함하는 의미이고, 시험유체는 원유 뿐 아니라 파이프라인을 유동하는 가스와 동일 또는 유사한 성질의 유체를 채용할 수도 있다.The seabed wells described in the specification and claims of the present invention are meant to include not only petroleum wells but also gas wells and the test fluid may employ not only crude oil but also fluids of the same or similar nature as the gas flowing in the pipeline.
이하, 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 작용을 설명한다.Hereinafter, the operation according to the embodiment of the present invention will be described with reference to Figs. 5 and 6. Fig.
개폐밸브의 조작에 의해 시험유체공급부(10)의 봄베(13)로부터 시험유체가 수평유동부(20)로 유입된다.The test fluid is introduced into the
수평유동부(20)의 압력조절기(24)는 수평유동부(20)를 유동해 나가는 시험유체의 압력을 조절하고, 그 압력 및 온도는 압력센서(25)와 온도센서(26)에 의해 측정되어 설정압력이 유지되도록 하고, 온도가 설정범위에 있지 않을 경우, 제1온도조절자켓(22)에 의해 온도가 설정범위로 조절된다.The
수평유동부(20)와 상승유동부(30)에서 시험유체의 유동상태는 뷰셀(38)에 의해 그 유동하는 이미지를 획득할 수 있다.The flow state of the test fluid in the
수평유동부(20)와 상승유동부(30)가 만나 유동방향의 급격한 변화가 발생하는 부분에는 관찰부(21,31)에 의해 유동상태가 관찰된다.A flow state is observed by the
상기 관찰부는 수평유동부(20)의 선단부와 상승유동부(30)의 하단부에 제1관찰창(21)과 제2관찰창(31)이 각각 설치되어 있으므로, 수평유동부(20)를 통해 유동해나가는 시험유체의 유동상태와 코너부분에서 유동변화 후, 상승유동부(30)로 진입하여 상승하기 시작하는 시험유체의 유동상태를 비교하여 관찰할 수 있다.Since the observation section is provided with the
이러한 관찰결과는 기록으로 남겨지거나 별도의 영상장비에 의해 촬영됨으로써 자료가 축적되고, 향후 실제 파이프라인의 설계를 위한 참고자료로 활용된다.These observations are either recorded or recorded by a separate imaging device, so that the data can be stored and used as a reference material for future pipeline design.
라이저에 해당하는 상승유동부(30)는 경사구동부(63,64)에 의해 다양한 설치상태를 모사한다.The rising
설정된 다양한 경사방향 및 경사각으로 제1경사구동기(63a)와 제2경사구동기(64a)를 조절한 상태에서, 제1관찰창(21)과 제2관찰창(31)을 통해 유동상태의 변화를 관찰하게 된다.A change in the flow state is detected through the
제1경사구동기(63a)와 제2경사구동기(64a)의 작동으로 상승유동부(30)의 경사시, 신축조절부(43)가 가변됨에 의해 연결유동부(40)가 안정된 연결상태를 유지하고 상승유동부(30)의 경사동작이 원활히 이루어질 수 있다.The elongating and
상기 신축조절부(43)는 지그재그 형상의 굴곡이 있는 탄성재질의 튜브로 형성함으로써 연결유동부(40)를 통과하는 시험유체의 유동을 방해할 수 있으나, 그 튜브의 내경을 연결유동부(40)의 하류 측으로 가면서 점차 증가하도록 형성하여 신축조절부(43) 내에서 시험유체의 유동저항이 제거되거나 최소화되도록 하고 있다.The expansion and
이에 따라, 신축조절부(43)의 굴곡진 형상으로 인한 유동저항으로 상승유동부(30)에서 상승유동하는 시험유체에 영향을 미칠 수 있는 문제를 해소 또는 최소화하고 있다.Accordingly, the problem of influencing the test fluid flowing upward in the
한편, 상승유동부(30)를 통해 상승하는 시험유체는 제3온도조절자켓(33)에 의해 해저 유정에서의 온도로 조절된 후, 냉각부(50)에 진입하고, 상승유동부(30) 상단에 설치된 냉각부(50)에 의해 시험유체가 급속하게 냉각되고 있다. 이는 해저 지하의 유정으로부터 원유가 상승하여 해저면의 해수와 만나 급속하게 냉각되는 환경을 모사하는 구성으로써, 급속하게 냉각되는 시험유체는 분자량이 높은 탄화수소 성분이 응축되어 낙하하는 등 상변화가 발생한다.On the other hand, the test fluid ascending through the
냉각부(50)는 냉매관(51)이 코일형상으로 상승유동부(30)를 구성하는 관체의 둘레를 감아 시험유체를 냉각시키도록 구성된다. 시험유체의 냉각시 분자량이 높은 탄화수소 성분이 응축되어 상승유동부(30)의 내벽에 집적되거나 낙하하게 되고, 이러한 응축된 탄화수소로 인해 시험유체의 유동을 방해하는 현상이 나타날 수 있다.The cooling section (50) is configured to cool the test fluid by winding the tube of the refrigerant tube (51) around the tube constituting the upward flow section (30) in a coil shape. During the cooling of the test fluid, the hydrocarbon component having a high molecular weight is condensed and accumulated on the inner wall of the upward flow section (30), and the flow of the test fluid may be disturbed by such condensed hydrocarbons.
냉각부(50)에 의해 급랭된 시험유체의 유동상태는 냉각부(50)의 하측에 설치된 별도의 관찰창(35)에 의해 관찰될 수 있고, 이 관찰창(35)은 촬영장비를 부착하여 영상을 획득할 수 있다.The flow state of the test fluid quenched by the
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 해저 유전용 파이프라인의 유체유동 모사장치는 하나의 유동모사장치를 이용하여 해저유전 파이프라인에서 라이저를 통해 상승을 시작하는 원유(가스)의 유동상태에 관한 시험정보를 축적할 수 있음과 함께, 해저 지하유전에서 해저면으로 상승하는 원유(가스)가 해수를 만나 급랭할 때의 유동상태에 관한 시험데이터도 동시에 축적할 수 있다.Therefore, the fluid flow simulation apparatus of the subsea oil refining pipeline according to the embodiment of the present invention uses a single flow simulation apparatus to test the flow state of the crude oil (gas) starting to rise through the riser in the submarine oil pipeline In addition to accumulating information, test data on the flow state of crude oil (gas) rising from the underground oil field to the seafloor under seawater and quenching can also be accumulated at the same time.
본 발명의 실시예에 따른 해저 유전용 파이프라인의 유체유동 모사장치는, 그와 같은 시험이 동시에 이루어지는 것이 가능하고, 각 시험이 개별적으로 이루어질 수도 있다.The fluid flow simulation apparatus of the subsea oil pipeline according to the embodiment of the present invention can perform such tests at the same time, and each of the tests may be performed separately.
냉각부(50)를 통과하여 연결유동부(40)를 통과하여 하강하는 시험유체는 리저버(81)에 일시 저장되고, 밸브(82,83)의 개폐상태에 따라, 수평유동부(20)와 상승유동부(30)로 다시 유입되는 순환유동을 하거나, 별도의 저장탱크(84)로 배출된다.The test fluid that has passed through the
한편, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구성을 도시하고 있다.Meanwhile, FIG. 7 shows a configuration according to another embodiment of the present invention.
도 7을 참고하면, 냉각부(50)는 원통케이스(53)의 내주면에 냉매관(54)이 코일형상으로 설치되고, 냉매관(54)의 코일내경이 상승유동부(30)의 관체(39)의 내경과 동일하게 구성하고 있다. 냉매관(54)은 그 감긴 상태에서 이웃하는 상측 및 하측의 냉매관(54)이 서로 밀착된 코일형상을 이룬다.7, the
이에 따라, 상승유동부(30)의 관체를 유동하여 냉각부(50)를 통과하는 시험유체가 냉매관(54)과 직접 접촉하면서 코일형상이 상승유동부(30)의 관체(39)와 같은 관체의 역할을 하도록 한다. 이에 따라, 냉매관(54)와 시험유체가 직접 접촉하여 열교환효율을 높일 수 있으면서도 냉매코일 근처에서 유동단면적 등의 변화가 거의 없으므로 난류 등의 발생이 적고 시험유체의 유동저항을 최소화할 수 있다. As a result, the test fluid flowing through the tube of the
또한, 도 7을 참고하면, 상승유동부(30)와 연결되는 연결유동부(40)의 상단부에는 저압발생방지부(90)가 설치된다. 7, a low pressure
저압발생방지부(90)는 연결유동부(40)가 하향경사로 설치되어 시험유체가 중력에 의해 하측방향으로 빨려 내려가면서 상승유동부(30)의 상단에 저압상태가 발생하는 경우, 이를 해소하기 위한 것이다.The low pressure
저압발생방지부(90)는 연결유동부(40)의 상단부에 설치되는 조절공간(91)과, 그 조절공간(91)의 상부에 설치되어 설정압보다 낮은 경우, 대기 중에서 공기를 흡입할 수 있는 공기흡입밸브(92)가 설치된다.The low pressure
상승유동부(30)의 상측에서 음압(陰壓)이 발생하는 것은 실제 해저 파이프라인에서는 존재하지 않는 연결유동부(40)의 설치로 인한 것이므로, 저압발생방지부(90)에 의해 시험유체의 압력환경을 실제와 유사하도록 모사할 수 있다.The generation of the negative pressure at the upper side of the rising
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 상기의 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에 있는 일 실시예에 불과하며, 동업계의 통상의 기술자에 있어서는, 본 발명의 기술적인 사상 내에서 다른 변형된 실시가 가능함은 물론이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limited to the particular embodiments set forth herein. It goes without saying that other modified embodiments are possible.
10 ; 시험유체공급부
13 ; 봄베
14 ; 개폐밸브
15 ; 공급라인
20 ; 수평유동부
21,31,35 ; 관찰부
22 ; 제1온도조절자켓
24 ; 압력조절기
25 ; 압력센서
26 ; 온도센서
30 ; 상승유동부
32 ; 제2온도조절자켓
35 ; 제3관찰창
38 ; 뷰셀
40 ; 연결유동부
43 ; 신축조절부
50 ; 냉각부
51 ; 냉매관
53 ; 원통케이스
54 ; 냉매관
61 ; 경사축부
61a ; 볼
61b ; 소켓
63,64 ; 경사구동부
63a,64a ; 제1경사구동기
63b,64b ; 경사제어기
63c,64c ; 길이측정기
63d,64d ; 핀결합
64a ; 제2경사구동기
90 ; 저압발생방지부
91 ; 조절공간
92 ; 공기흡입밸브10; A test
14; An opening / closing
20;
22; A first
25;
30; A rising
35; A
40; A
50; A
53;
61; An
61b;
63a, 64a;
63c, 64c;
64a; A
91; An
Claims (9)
상기 시험유체공급부(10)로부터 시험유체가 공급되어 수평의 유동로를 형성하는 수평유동부(20)와,
상기 수평유동부(20)의 선단부와 연결되어 시험물질이 상승하는 유동로를 형성하는 상승유동부(30)와,
상기 상승유동부(30)의 상단과 연결되어 상기 상승유동부(30)로부터 시험유체가 유동해 나가는 연결유동부(40)와,
상기 수평유동부(20)와 상기 상승유동부(30)에 설치되어 시험유체의 유동상태를 관찰할 수 있는 관찰부(21,31,35)와,
상기 상승유동부(30)의 자세가 상기 수평유동부에 대하여 경사질 수 있도록 상기 상승유동부(30)의 하단에 설치된 경사축부(61)와,
상기 상승유동부(30)에 결합되어 상기 상승유동부(30)를 상기 경사축부(61)를 중심으로 수직선에 대하여 소정각으로 경사변화시키는 경사구동부(63,64)를 포함하는 것을 특징으로 하는 해저 유전용 파이프라인의 유체유동 모사장치A test fluid supply part 10 for supplying a test fluid,
A horizontal flow portion 20 supplied with the test fluid from the test fluid supply portion 10 to form a horizontal flow path,
An upward flow portion 30 connected to the distal end of the horizontal flow portion 20 to form a flow path in which the test material ascends,
A connection fluid flow portion 40 connected to an upper end of the upward fluid flow portion 30 to flow the test fluid from the upward fluid flow portion 30,
Observation portions (21, 31, 35) installed in the horizontal flow portion (20) and the upward flow portion (30)
A tilted shaft portion 61 provided at the lower end of the upwardly-moving part 30 so that the posture of the upwardly-moving part 30 can be inclined with respect to the horizontal part,
And inclined driving portions (63, 64) coupled to the upward flow portion (30) and inclining the upward flow portion (30) to a predetermined angle with respect to a vertical line about the inclined axis portion (61) Fluid flow simulator of subsea oil pipeline
상기 상승유동부(30)에서 상기 관찰부의 상측에 설치되어 상기 상승유동부(30)를 따라 상승하는 시험유체를 냉각시키는 냉각부(50)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해저 유전용 파이프라인의 유체유동 모사장치The method according to claim 1,
Further comprising a cooling unit (50) installed on the upwardly rising part (30) above the observation part and cooling the test fluid rising along the upwardly rising part (30) Fluid flow simulator
상기 연결유동부(40)는 상기 상승유동부(30)의 상단과 상기 수평유동부(20)의 후단를 연결하도록 경사지게 설치되어 시험유체가 상기 상승유동부(30)에서 나와 상기 수평유동부(20)로 유동해가도록 하고,
상기 연결유동부(40)의 일부를 구성하도록 굴곡지게 설치되어 그 연결유동부(40)의 길이조절이 가능하도록 신축하는 신축조절부(43)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해저 유전용 파이프라인의 유체유동 모사장치The method according to claim 1,
The connecting fluid flow portion 40 is inclined to connect the upper end of the upward fluid flow portion 30 and the rear fluid flow portion 20 so that the test fluid flows out of the upward fluid flow portion 30, ), ≪ / RTI >
Further comprising an elongation / contraction regulating portion (43) which is bent so as to constitute a part of the connection lubrication portion (40) so as to be able to adjust the length of the connection lubrication portion (40) Fluid flow simulator
상기 경사구동부(63,64)는
상기 상승유동부(30)를 당기거나 밀어 상기 상승유동부(30)가 수직선에 대하여 제1방향으로 경사질 수 있도록 작동하는 제1경사구동기(63a)와,
상기 제1방향과 직각인 제2방향에서 상기 상승유동부(30)를 당기거나 밀어 상기 상승유동부(30)가 수직선에 대하여 상기 제1방향과 직각인 제2방향으로 경사질 수 있도록 작동하는 제2경사구동기(64a)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해저 유전용 파이프라인의 유체유동 모사장치The method according to claim 1,
The inclined driving portions 63,
A first inclination driver 63a which operates to pull or push the ascending / descending part 30 so that the ascending / descending part 30 can be tilted in a first direction with respect to a vertical line,
(30) is tilted in a second direction perpendicular to the first direction with respect to a vertical line by pulling or pushing the upwardly upward flow portion (30) in a second direction perpendicular to the first direction Further comprising a second tilt driver (64a). ≪ RTI ID = 0.0 >
상기 신축조절부(43)는 지그재그 형상의 굴곡이 있는 탄성재질의 튜브로 형성함으로써 상기 신축조절부(43)가 상기 연결유동부(40)를 통과하는 시험유체의 유로를 형성하고,
상기 튜브는 상기 연결유동부(40)의 하류 측으로 가면서 시험유체가 통과하는 내경이 점차 증가하도록 구성한 것을 특징으로 하는 해저 유전용 파이프라인의 유체유동 모사장치The method of claim 3,
The expansion / contraction adjusting portion 43 is formed of an elastic material tube having a zigzag shape so that the elasticity adjusting portion 43 forms a flow path of the test fluid passing through the connection fluid portion 40,
Characterized in that the tube is configured such that the inner diameter through which the test fluid passes as it goes to the downstream side of the connecting fluid flow section (40) gradually increases.
상기 냉각부(50)는 원통케이스(53)와, 그 내주면에 설치된 냉매관(54)을 포함하고,
상기 냉매관(54)은 그 감긴 상태에서 이웃하는 상측 및 하측의 냉매관(54)이 서로 밀착하는 코일형상을 형성하며,
그 코일형상의 내경이 상기 상승유동부(30)의 관체(39)의 내경과 동일하게 하여 시험유체가 상기 냉매관(54)과 직접 접촉하면서 상기 코일형상이 시험유체가 통과하는 관체의 역할을 하도록 구성한 것을 특징으로 하는 해저 유전용 파이프라인의 유체유동 모사장치3. The method of claim 2,
The cooling unit 50 includes a cylindrical case 53 and a refrigerant pipe 54 provided on an inner peripheral surface of the cylindrical case 53,
The refrigerant pipe (54) forms a coil shape in which the upper and lower refrigerant pipes (54) adjacent to each other are in close contact with each other,
The inner diameter of the coil shape is the same as the inner diameter of the tube body 39 of the upward flow portion 30 so that the test fluid directly contacts the refrigerant tube 54 and the coil shape serves as a tube body through which the test fluid passes And the fluid flow simulation device
상기 연결유동부(40)의 상단부에는 저압발생방지부(90)가 설치되고,
상기 저압발생방지부(90)는 설정압력보다 낮은 경우 공기를 흡입할 수 있는 공기흡입밸브(92)가 설치되어, 시험유체의 유동로에 발생하는 저압상태를 해소할 수 있는 것을 특징으로 하는 해저 유전용 파이프라인의 유체유동 모사장치7. The method according to any one of claims 1 to 6,
A low pressure generation preventing portion (90) is provided at an upper end portion of the connection flow portion (40)
The low-pressure generation preventing portion (90) is provided with an air intake valve (92) capable of sucking air when the pressure is lower than a set pressure, thereby relieving a low pressure state generated in the flow path of the test fluid Fluid flow simulator for oil-only pipeline
상기 관찰부는 육안관찰이 가능한 관찰창(Window)이고,
상기 관찰창은
상기 수평유동부(20)의 선단부에 설치되는 제1관찰창(21)과,
상기 상승유동부(30)의 하단부에 설치되는 제2관찰창(31)이 포함됨으로써,
상기 수평유동부(20)와 상기 상승유동부(30)가 만나는 코너부분에서 시험유체의 유동상태변화를 관찰할 수 있는 것을 특징으로 하는 해저 유전용 파이프라인의 유체유동 모사장치7. The method according to any one of claims 1 to 6,
The observation section is an observation window capable of visual observation,
The observation window
A first observation window 21 provided at the distal end of the horizontal flow section 20,
And a second observation window 31 provided at the lower end of the upward flow portion 30,
Wherein a change in a flow state of the test fluid can be observed at a corner portion where the horizontal flow portion (20) and the upward flow portion (30) meet,
상기 수평유동부(20)에는 상기 제1관찰창(21)의 후방에 시험유체의 온도를 조절하는 제1온도조절자켓(22)이 설치되고,
상기 상승유동부(30)에도 상기 제2관찰창(31)의 상측에 시험유체의 온도를 조절하는 제2온도조절자켓(32)을 포함하며,
상기 제1온도조절자켓(22)과 제2온도조절자켓(32)에는 동일 온도의 냉매가 흐르도록 구성하며,
상기 상승유동부(30)에는 상기 제2온도조절자켓(32)의 상측에 상기 냉각부(50)로 진입하는 시험유체의 온도를 조절하는 제3온도조절자켓(33)이 더 설치되어,
상기 냉각부(50)으로 진입하기 전의 시험유체의 온도를 상기 제3온도조절자켓(33)이 해저 유정에서의 온도로 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 해저 유전용 파이프라인의 유체유동 모사장치9. The method of claim 8,
A first temperature adjusting jacket 22 for adjusting the temperature of the test fluid is provided in the horizontal flow section 20 behind the first observation window 21,
And a second temperature control jacket 32 for controlling the temperature of the test fluid above the second observation window 31,
The first temperature control jacket 22 and the second temperature control jacket 32 are configured to allow refrigerant of the same temperature to flow therethrough,
A third temperature adjusting jacket 33 for adjusting the temperature of the test fluid entering the cooling unit 50 is further provided on the upward flow portion 30 of the second temperature adjusting jacket 32,
Characterized in that the temperature of the test fluid before entering the cooling section (50) can be controlled by the temperature of the third temperature control jacket (33) to the temperature of the subsea well.
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- 2016-08-25 KR KR1020160108088A patent/KR101885616B1/en active IP Right Grant
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