KR840000713B1 - 유체 지하저장법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

유체 지하저장법

제1도는 지하저장을 도식적으로 나타내고 있는 도면.

제2도는 수위(H)에 대한 최대 허용 압력(P max)을 도시한 그래프.

제3도 및 제3도의 Ⅳ-Ⅳ선에 따른 제4도는 형상 계수의 모의 유압 측정용의 실험장치를 도시한 단면도.

본 발명은 액체 및 기체, 특히 압축된 액화성 가스 및 특히 탄화수소를 지하 저장하는 방법에 관한 것이다. 이러한 종류의 저장법에 있어서는 지형의 특성과 행하고저 하는 응용면에 비추어 적당한 형상과 치수를 가진 한개 이상의 공동부를 형성하거나 광산과 채석장 같은 기존의 천연 또는 인공의 공극을 만드는 것이 포함된다. 저장소는 다소의 침수성, 포수(飽水) 지형에 지하수면의 이하의 일정한 깊이에 위치하고 있다.

제1도는 이러한 저장소를 지형에 대해 수직단면으로 나타낸 것이다. 선(1)이 토양위치이고 선(2)는 지하수면의 위치로서 저장 공동부(3) 위에 현저한 침강부(depression)(2')가 나타나 있다. 선(4)는 침수성이 있는 부분이며 이것은 시추공에 의해 인공적으로 개발되거나 천연적으로 생길 수 있따. 이 부분은 지반의 용량이 확실히 복구될 수 있는 저장소보다 위쪽에 위치하고 있다. 선(4')는 이 지반의 원거리 공급원을 나타내고 있다. 저장소에는 액체의 표면(5')보다 위쪽에 있는 가스(6)와 액화 가스(5)가 들어있다. 아래쪽에는 일반적으로 배출부에 물(7)이 있다.

공동부의 상부와 지하수면의 바닥 사이의 높이는 공동부에 있는 가스의 압력(P)과 최소한 같은 것으로서 수위로 나타내는데 이 높이는 저장 생성물의 지형으로의 침투를 방지하는 즉 누설을 방지하기 위해 필요한 것이다. 이 차이를 안전 여유로 간주한다.

최근 발표된 문헌에 의하면 누설이 일어나는 공동부에서 허용될 수 있는 최대 압력은 저장소의 지붕에 가해지는 유체 정력학인 하중(H)보다 작다는 것이다. 이 문제점은 다른 문헌에서는 다음고 같이 기술하고 있다. 즉 스위스 특히 제404,548호에서는 인공 지하 수면의 개발에 대해 상술하고 있는데 이 방법에서는 수압은 저장소보다 훨씬 높아야 한다고 하고 있다.

또한 미국특허 제2,661,062호에서는 유체의 압력을 수압보다 낮게 유지해야 한다고 하고 있으며, 미국 특허 제2,976,691호에서는 공기가 출입할 수 있는 (노천)저장소에 대해 유체 정력학적인 고려를 하고 있는데 저장된 생성물이 벽면을 침투해 들어가는 것에 대해 기술하고 있어 발명의 목적과는 상치되는 것이다.

기밀성을 유지하자면 용액은 큰 안전 여유를 가진 것이어야 한다. 그러나 이것은 절대적인 확실성을 주는 것이 아니고 저장소의 개발 및 사용 경비의 상승요인이 되기도 한다. 경제적인 측면에서는 최소의 안전여유를 가지는 것이 중요하다.

본 발명에서는 유사 모델에 대해 여러가지 측정과 실험을 하여 보았다. 본 발명에 의하면 저장이 주어진 압력(P)에서 기밀성이 있게 하기 위하여 수압 하중(H)는 P+F보다 커야 하며 이때의 F를 형상 매개변수라고 한다.

본 발명의 특징을 첨부된 도면에 따라 상술하기로 한다. 제2도에서 투수면을 갖고 있는 무한 균일 암석 단층지괴에 위치하며 반경이 10m인 수평 원통형의 공동부(cavity)에 있어서 높이(H)에 대한 최대 허용압력(Pmax)과의 관계를 그래프에 도시하고 있다. 각기 상이한 높이(H)에 대해 측정을 하므로서 곡선을 그릴 수 있는데, 이 경우에 있어서 곡선은 Pmax=H로 되는 이등분선으로부터 28%까지 벗어난다. 상이한 용량과 상이한 저장 생성물을 갖는 공동부 사이에 또는 그보다 높은 곳에 천연 또는 인공적인 워터 커어튼(water crutain)이 있을때 각기 상이한 한계를 가진 조건 즉, 상이한 형상 및 변수를 가진 공동부에 대해 시험을 하였다.본 발명에 의하면 차이 즉 F=H-P는 이들 매개변수의 조합 여하에 따라 좌우된다. 주어진 저장 생성물에 대하여 F는 공동부의 형상 및 주위 환경의 함수이다. 형상 매개변수라는 용어는 이러한 인자에 대해 사용된 것이다.

본 발명에 다라 깊이를 다음과 가은 관계식으로 나타낼 수 있다.

H=Pmax+F+S

위의 식에서 P는 저장시의 최대 압력이고 F는 형상 매개변수(이것은 조표 기하 계산,수치 모델, 모의 모델 또는 모의 시험에 의해 결정됨)이며 S는 실제의 안전 여유(이 경우에 있어서 모의 모델로서는 수압식 또는 전기식임)를 나타낸다. 실제로 공동부의 형상과 갯수, 그 깊이 및 가능한 워터 커어튼의 기하학은 한편으로는 앞으로의 사용상의 조건에 따르는 안전여유를 유지하면서 기밀 기준에 따라 정의되며 또 다른 한편으로는 토질 기술 및 경제적인 요건과 개발시설에 입각하여 정의된다. 이것을 고려하면 최적 설계를 할 수 있다.

따라서 본 발명의 목적은 다음 조건에 의해 얻어지는 공동부를 향한 물의 영구 이동 때문에, 저장 생성물이 단층 지괴로 누출할 수 없도록 특별히 형성된 지하공동부에 또는 포수, 침수성 암석 단층 지괴에 개발된 인공적 또는 기존의 천연공극에 액체, 액화 제품 또는 기체 제품을 저장하는 방법이다.

H>P+F

H : 공간의 상반에 가해지는 유체 정력학적인 하중, P : 저장소 압력, F : 형상 매개 변수.

F는 좌표 기하 계산, 수치 또는 모의 모델과 같이 이론적으로 또는 모의 시험과 같이 실험적으로 결정되며 주어진 저장생성물에 대해서 공동부 및 그의 주위 환경의 기하학적인 조건에 다라, 특히 워터 커어튼 존재에 따라 좌우되는 것이다.

이 조건은 저장 조건 및 수문 지질학적 실정에 대해 선택된 어떤 안전 여유를 가지고 적용된다. 이러한 종류의 조건에 다라 공동부로된 저장소가 누출이 되지 않고 형성될 수 있도록 적정설계를 할수 있거나 최대 허용 압력이 저장소로 사용되는 기존의 공극에 최대 허용 압력이 형성될 수 있다. 또한 치수를 계산하며 주어지는 수압 포텐서를 형성하고 워터 커어튼을 설치한 필요성을 판단할 수 있다.

제3도와 제4도는 모의 수압장치이다. 두께가 0.5mm인 착색된 물과 같은 액체로된 박판을 유리 또는 플라스틱으로 이루어진 투명판(11)((12) 사이에서 형성시켜 이용한다. 모세관 현상으로 인하여 이 장치는 침수성 장치와 동등한 것이라고 알려져 있다. 주변을 양쪽(13)(14)에서 밀폐하고 가능하면 베이스(15)에서도 밀폐하므로서 기밀성의 깊은 막을 형성하도록 한다. 필터를 통해 물이 통과하도록 하므로서 흐름속도를 한정시킬 수도 있다. 위쪽에는 호퍼(hopper)(17)가 설치된다. 의도하는 공동부의 원형 단면에 상당하는 프로파일(profile)을 2개의 벽(11(12)으로 절단하고 포켓(18)을 이속에 구성하여 공기와 같은 가스의 압력이 연결부(19)에 의해 유지된다. 압력이 없으면 물이 포켓(18)을 이속에 구성하여 공기와 같은 가스의 압력이 연결부(19)에 의해 유지된다. 압력이 없으면 물이 포켓(18)으로 흘러 배출구(20)에 의해 배수된다. 이것은 제3도의 왼쪽의 중간부 위치에 있다. 형상인자를 결정하기 위하여 포켓(18)속의 압력을 서서히 올려 2매의 판(11)(12) 사이에 있는 포켓 상단부에서 기포를 방생시킨다. 이것은 제3도의 오른쪽 중간부 위치에 있다. 기포가 나타나는 곳에서의 압력을 기록하면 상부 수위와 포켓의 최고점 사이에 수의 차이(H)가 있음을 알 수 있다. 이 차이가 형상 매개 변수이며 압력에서 나타는 것이다. 상방향의 각도를 가진 정방형 또는 마름모꼴이나 수평의 장방형 등과 같은 각기 상이한 단면을 가진 공동부에 대해 실험을 반복하므로서 상이한 매개변수를 알 수 있다.

이러한 매개변수에 대한 지식이 있으면 안정성이나 경제적인 관점에서 이 방법을 효과적으로 사용할 수 있게 되고 위험부담이 없이 최저 경비로 저장을 할 수 있다.

Claims (1)

1. 저장소 압력(P)을 선택하고, 공동부의 단면을 결정하고 공동부의 계수(F)를 계산하고,이어서 조건식(H>P+F)을 만족하는 공동부 상반에 작용하는 유체 정역학적인 하중(H)을 갖기 위하여 단층 지괴에 공동부 상반의 위치를 결정하는 것으로 구성되는, 공동부를 향한 물의 영구 이동 때문에, 저장 생성물이 단층 지괴로 누출할 수 없도록 특별히 형성된 지하 공동부에 또는 포수, 침수성 암석 단층 지괴에 개발된 인공적 또는 처연의 공극에 유체, 액화 또는 가스 생성물을 저장하는 방법.

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