KR102354864B1 - Optimized Steam Injector for Reservoir Injection Wells - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고온, 고압의 스팀을 발생시키기 위한 연료와 물, 연소공기가 분사되는 압력의 최적화된 범위를 유지함으로써 화염을 안정적으로 유지함과 아울러 완전 연소를 도모할 수 있도록 함으로써 스팀의 생산 효율을 제고하고 환경 오염 물질을 배출하지 않도록 함과 아울러 물 전기분해가스를 이용하여 연료와 함께 연소시킴으로써 열량을 증가시키고 고온의 스팀 생산량을 증대시킬 수 있도록 한 레저버의 인젝션 웰을 위한 최적화된 스팀 인젝터를 개시한다. 이에 따라, 본 발명은 고점도 오일층을 갖는 레버저의 심층에 고온, 고압이면서 충분한 양의 스팀을 효율적으로 공급할 수 있게 되어 인젝션 웰에 주입된 스팀이 심층의 고점도 오일을 저점도 오일로 변환시키고 지반을 압력을 상승시켜 펌핑이 아닌 자연 분출방식으로 오일을 생산할 수 있게 되는 효과가 있으며, 지상으로 배출, 생산되는 경질유의 생산량을 증대시킬 수 있게 되는 유용한 효과가 있을 뿐만 아니라 완전연소를 도모하여 레저버 주변 환경 오염을 유발하지 않게 되며, 효율적 운전으로 인젝터 운전 비용을 최소화할 수 있게 되는 효과가 있다.The present invention maintains an optimized range of the pressure at which fuel, water, and combustion air are injected for generating high-temperature and high-pressure steam, thereby stably maintaining the flame and promoting complete combustion, thereby improving the steam production efficiency. Disclosed is an optimized steam injector for the injection well of the reservoir, which prevents the emission of environmental pollutants and increases the amount of heat and high-temperature steam production by burning with fuel using water electrolysis gas. do. Accordingly, the present invention makes it possible to efficiently supply high temperature and high pressure and a sufficient amount of steam to the deep layer of the lever having a high viscosity oil layer, so that the steam injected into the injection well converts the high viscosity oil of the deep depth into a low viscosity oil, and the ground It has the effect of increasing the pressure to produce oil by natural jetting rather than pumping, and has a useful effect of increasing the production of light oil that is discharged and produced on the ground, as well as promotes complete combustion around the reservoir. It does not cause environmental pollution, and it is possible to minimize the injector operation cost through efficient operation.
Description
본 발명은 레저버의 인젝션 웰을 위한 최적화된 스팀 인젝터에 관한 것으로 특히 오일 전환에 적합한 최적화된 열 캐리어로서의 스팀을 생산하여 레저버의 인젝션 웰에 주입하기 위한 최적화된 스팀 인젝터에 관한 것이다.The present invention relates to an optimized steam injector for an injection well of a reservoir, and more particularly to an optimized steam injector for producing steam as an optimized heat carrier suitable for oil conversion and injecting it into the injection well of a reservoir.
주지하는 바와 같이, 유전에서 중질류의 생산을 위하여 다양한 구조로 된 EOR(석유회수증진: Enhanced Oil Recovery)설비를 적용하고 있다. 대부분의 EOR 설비는 스팀, CO2, N2, 폴리머 등을 레저버의 인젝션 웰에 주입함으로써 오일이 있는 레저버가 열과 압력을 받아 중질류 오일에서 경질유 오일로 전환되어 오일을 생산하게 되는 것이다.As is well known, EOR (Enhanced Oil Recovery) facilities with various structures are applied for the production of heavy oil in oil fields. Most EOR facilities inject steam, CO2, N2, polymer, etc. into the injection well of the reservoir, and the reservoir with oil is converted from heavy oil to light oil by heat and pressure to produce oil.
이와 같이 오일이 있는 레저버에 열과 압력을 가하기 위하여 종래에는 버너로 물을 가열함으로써 스팀을 만들고, 스팀 펌프를 이용하여 스팀을 이송하여 레저버에 주입하고 있다. 이러한 스팀 발생을 위한 설비인 스팀 발생기(Steamgenerators)의 일예를 Society of Petroleum Engineers가 인터넷 웹사이트에 게시한 도면인 도 1에 의하여 살펴 볼 수 있다.As such, in order to apply heat and pressure to the oil reservoir, conventionally, steam is generated by heating water with a burner, and steam is transferred using a steam pump and injected into the reservoir. An example of steam generators, which are facilities for generating such steam, can be seen with reference to FIG. 1 , which is a drawing posted on an Internet website by the Society of Petroleum Engineers.
상기 스팀 발생기(이하 "인용발명1"이라 함)는 공기와 함께 연료가 분사되어 점화됨과 동시에 화염을 복사부(radient section)와 대류부(convection section)로 방사하여 복사부와 대류부에 배치된 수관을 가열하여 얻은 스팀이 레저버의 인젝션 웰로 주입되도록 하였던 것이며, 이를 도 2로 예시하였다.The steam generator (hereinafter referred to as "cited invention 1") is ignited by injecting fuel together with air, and at the same time radiating a flame into a radiant section and a convection section to be disposed in the radiation section and the convection section The steam obtained by heating the water tube was to be injected into the injection well of the reservoir, which is illustrated in FIG. 2 .
이러한 인용발명1은 버너로 가열된 배관 내부에서 스팀이 발생되는 간접가열방식이어서 스팀 발생량이 버너의 크기와 상관관계가 있으며, 지층내부의 레저버에 대량의 고압 스팀을 투입하기 위하여 버너의 크기를 초대형으로 제작하여야 한다.The cited invention 1 is an indirect heating method in which steam is generated inside a pipe heated by a burner, so the amount of steam generated is correlated with the size of the burner. It must be made in a large size.
따라서, 지층의 오일 레저버에 대량의 고압 스팀을 주입하기 위해 초대형 버너가 필수적이며, 이러한 초대형 버너의 작동을 위하여 대형의 에어컴프레셔, 대형의 물공급펌프가 필요하게 되었으므로 제작비용이 증대되는 문제점이 있는 것이다.Therefore, an extra-large burner is essential to inject a large amount of high-pressure steam into the oil reservoir of the stratum, and a large air compressor and a large water supply pump are required for the operation of such a large burner, which increases the manufacturing cost. there will be
특히, 상기 인용발명1은 파이프라인을 가열하여 스팀을 얻는 간접가열방식이므로 발생된 스팀이 이동하면서 기상(氣狀)과 액상(液狀)으로 상분리되어 배관을 흐르게 되는 것이므로 스팀 발생효율이 크게 저하될 뿐만 아니라, 스팀의 압력과 온도가 불균일하게 되어 경질유 전환 효율이 낮아지게 되는 문제점이 있는 것이다.In particular, since the cited invention 1 is an indirect heating method in which steam is obtained by heating a pipeline, the steam generation efficiency is greatly reduced because the generated steam is separated into a gas phase and a liquid phase as it moves and flows through the pipe. In addition, there is a problem that the light oil conversion efficiency is lowered because the pressure and temperature of the steam become non-uniform.
또한 인용발명1에 의한 파이프라인으로 연결된 스팀 주입 방식은 파이프의 연결부위, 분기부위 등에서 상분리가 더욱 심화되므로 상분리의 감소를 위한 단열에 더 많은 투자를 하여야 하며, 파이프라인 가열 방식에 의한 간접가열방식으로는 스팀 발생량을 충분한 수준으로 늘리기 어려운 문제점이 있는 것이다.In addition, the steam injection method connected to the pipeline according to Cited Invention 1 requires more investment in insulation to reduce phase separation because phase separation is further deepened at the connection and branching portions of the pipe, and indirect heating method by the pipeline heating method As a result, there is a problem in that it is difficult to increase the amount of steam generated to a sufficient level.
아울러, 도2로 보인 바와 같이, 종래의 스팀발생장치는 버너를 포함한 캡(cab)영역, 복사부(radient section)와 대류부(convection section)가 일체화되어 정밀하게 조립, 제작되어야 하므로 각종 조립, 계측 장비 등을 갖출 수 없는 현장에서는 조립이 불가능하며, 레저버와 원격한 거리의 공장에서 제작됨에 따라 장대한 설비를 현장까지 운반하기 어려워 설치 작업에도 어려움이 수반되며, 그 결과 유전의 규모에 부합되는 플랜트를 확보하지 못하여 오일 생산을 포기하는 경우까지 발생하게 되는 문제점이 있다. 더욱이 이러한 인용발명1은 설비의 규모가 장대하여 장비의 부분 교체 등 보수 작업 역시 쉽지 않은 문제점이 있는 것이다.In addition, as shown in FIG. 2, the conventional steam generating device must be precisely assembled and manufactured by integrating a cab area including a burner, a radiation section, and a convection section, so that various assembly, It is impossible to assemble at a site where measuring equipment is not available, and as it is manufactured in a factory remote from the reservoir, it is difficult to transport a magnificent facility to the site, so installation work is difficult, and as a result, it meets the size of the oil field. There is a problem that occurs even when oil production is abandoned because it cannot secure a suitable plant. Moreover, the cited invention 1 has a problem that repair work such as partial replacement of equipment is not easy due to the large scale of the equipment.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 출원인은 대한민국 등록특허 제10-1858605호(발명의 명칭 : 천연가스를 이용한 EOR 설비의 스팀주입 장치; 이하 '인용발명2' 라 함)를 제안한 바 있으며, 상기 인용발명2는 저장조의 물이 버너로 공급되도록 하기 위한 고압물분사장치; 고압저장장치의 공기가 상기 버너에 공급되도록 하여서 된 고압에어압축장치; 및 상기 고압물분사장치와 고압에어압축장치 그리고 고압천연가스압축장치가 버너에 연결되어 고압으로 분사되는 물분사로부터 직접 고온, 고압의 스팀을 생산하되, 상기 버너는 관체상의 경사하우징과, 상기 경사하우징의 일측에 물분사노즐이 환상으로 설치되고, 상기 물분사노즐의 입구가 상기 고압물분사 장치의 역지변과 연통되며, 상기 환상으로 설치된 물분사노즐의 직경보다 작은 직경의 화염방사관이 구비되고, 상기 화염방사관의 내부에는 상기 고압천연가스압축장치의 역지변과 연결된 연료분사노즐과 상기 고압에어압축장치의 역지변과 연통되는 공기분사노즐이 설치되며, 상기 연료분사노즐과 공기분사노즐의 전방에는 점화장치가 설치되어 상기 점화장치에 의해 점화된 연료분사노즐의 화염에 공기분사노즐에서 연소에 필요한 공기가 공급되어 화염이 형성, 유지됨과 아울러 상기 화염방사관 외주를 통과하는 물분사노즐의 물입자가 화염방사관의 화염에 의해 스팀으로 상변화되어 경사하우징의 배출관으로 배출되도록 하여서 된 것이다.In order to solve this problem, the present applicant has proposed Korean Patent Registration No. 10-1858605 (Title of the invention: Steam injection device for EOR equipment using natural gas; hereinafter referred to as 'Cited Invention 2'), and the cited invention 2 is a high-pressure water injection device for supplying the water in the storage tank to the burner; a high-pressure air compression device configured to supply air from the high-pressure storage device to the burner; and the high-pressure water injection device, the high-pressure air compression device, and the high-pressure natural gas compression device are connected to a burner to produce high-temperature and high-pressure steam directly from the water jet sprayed at high pressure, wherein the burner includes a tubular inclined housing and the inclined A water jet nozzle is installed on one side of the housing in an annular shape, an inlet of the water jet nozzle communicates with a check valve of the high-pressure water jet device, and a flame throwing tube having a diameter smaller than the diameter of the annularly installed water jet nozzle is provided. A fuel injection nozzle connected to the check valve of the high-pressure natural gas compression device and an air injection nozzle communicating with the check valve of the high-pressure air compression device are installed inside the flame thrower, the fuel injection nozzle and the air injection nozzle An ignition device is installed in front of the igniter, and air necessary for combustion is supplied from the air injection nozzle to the flame of the fuel injection nozzle ignited by the ignition device, so that the flame is formed and maintained, and the water injection nozzle passing through the outer periphery of the flame emission tube This is so that the water particles of the flame are changed to steam by the flame of the flamethrower and discharged through the discharge pipe of the inclined housing.
이러한 인용발명2에 의한 스팀발생을 위한 버너는 도4로 보인 바와 같이, 파이프 라인 관내에서 스팀을 발생시킴에 따른 상분리 현상에 의해 효율 저하되는 종래의 방식과는 달리, 버너의 화염으로 직접 고압, 고온의 스팀을 발생시킴과 동시에 발생된 스팀이 직접 레저버의 인젝션 웰에 주입될 수 있도록 함으로써 열효율을 높일 수 있고, 스팀 발생효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있으며, 파이프를 가열하여 스팀을 얻는 종래의 방식에 비하여 그 구조를 월등히 단순화할 수 있으면서도 스팀발생효율이 높으며 고온의 스팀이 직접 인젝션 웰에 주입되므로 레저버의 경질유 전환 효율을 높일 수 있게 되는 유용한 효과가 있다.As shown in FIG. 4, the burner for generating steam according to the cited invention 2 is different from the conventional method in which efficiency is lowered by a phase separation phenomenon caused by generating steam in a pipeline pipe, high pressure directly through the flame of the burner, By generating high-temperature steam and allowing the generated steam to be directly injected into the injection well of the reservoir, thermal efficiency can be increased, and there is an advantage that steam generation efficiency can be improved. The structure can be greatly simplified compared to the method of
반면에 이러한 인용발명2에 따른 스팀발생을 위한 버너는 필수적으로 고압의 물분사와 함께 연료의 고압분사 그리고 연소공기의 고압분사가 필수적인바, 물, 연료, 연소공기의 분사 압력이 부조화한 경우 쉽게 화염이 소실되어 스팀 생산이 중단되어 조업이 중단된다.On the other hand, in the burner for steam generation according to the cited invention 2, high-pressure injection of fuel and high-pressure injection of combustion air are essential together with high-pressure water injection. The flame is extinguished and the steam production is stopped and the operation is stopped.
또한, 연소공기량 부족, 연소공기와 연료의 혼합 접촉 불량 등으로 인한 불완전 연소시에는 다량의 일산화탄소, 이산화탄소, 매진(煤塵)이 발생되면서 효율이 저하되어 스팀 생산량 감소와 함께 연료비 부담이 커지며 레저버 주변을 오염시키게 되는 문제점이 있다.In addition, in the case of incomplete combustion due to insufficient combustion air volume or poor mixing contact between combustion air and fuel, a large amount of carbon monoxide, carbon dioxide, and dust are generated and efficiency is lowered, reducing steam production and increasing fuel cost burden. There is a problem of contamination.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 고온, 고압의 스팀을 발생시키기 위한 연료와 물, 연소공기가 분사되는 압력의 최적화된 범위를 유지함으로써 화염을 안정적으로 유지함과 아울러 완전 연소를 도모할 수 있도록 함으로써 스팀의 생산 효율을 제고하고 환경 오염 물질을 배출하지 않도록 하기 위한 레저버의 인젝션 웰을 위한 최적화된 스팀 인젝터를 제공함에 있다. In order to solve the above problems, the present invention maintains an optimized range of pressures at which fuel, water and combustion air are injected for generating high-temperature and high-pressure steam, thereby stably maintaining the flame and promoting complete combustion. An object of the present invention is to provide an optimized steam injector for an injection well of a reservoir to improve steam production efficiency and prevent environmental pollutants from being discharged.
또 다른 본 발명의 목적은 물 전기분해가스를 이용하여 연료와 함께 연소시킴으로써 열량을 증가시키고 고온의 스팀 생산량을 증대시킬 수 있도록 한 레저버의 인젝션 웰을 위한 최적화된 스팀 인젝터를 제공함에 있다. Another object of the present invention is to provide an optimized steam injector for an injection well of a reservoir that can increase heat quantity and increase high-temperature steam production by burning with fuel using water electrolysis gas.
본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여 저장조의 물이 버너로 공급되도록 하기 위한 고압물분사장치와 연결된 물분사노즐; 고압저장장치의 공기가 상기 버너에 공급되도록 하여서 된 고압에어압축장치와 연결된 공기분사노즐; 및 상기 고압물분사장치와 고압에어압축장치 그리고 연료압축장치와 연결된 연료분사노즐이 버너에 연결되며 상기 버너는 관체상의 경사하우징 일단에 설치되고, 경사하우징 타단에는 고압의 물이 경사하우징의 화염연소구간 둘레의 요홈을 통과하면서 고온으로 가열된 후 분사되어 화염의 고압, 고온에 의하여 고압, 고온의 스팀으로 상변화하는 스팀발생구역을 형성하며, 상기 스팀발생구역에서 발생된 스팀이 인젝션 웰과 연결되는 배출구로 분사되도록 하되,The present invention provides a water jet nozzle connected to a high-pressure water jet device for supplying water from a storage tank to a burner in order to achieve this object; an air injection nozzle connected to the high-pressure air compression device configured to supply air from the high-pressure storage device to the burner; And the high-pressure water injection device, the high-pressure air compression device, and the fuel injection nozzle connected to the fuel compression device are connected to the burner, the burner is installed at one end of the inclined housing on the tube body, and the other end of the inclined housing is flame combustion of high-pressure water. After being heated to a high temperature while passing through the groove around the section, it is sprayed to form a steam generating zone that phase changes to high pressure and high temperature steam by the high pressure and high temperature of the flame, and the steam generated in the steam generating zone is connected to the injection well It should be sprayed through the exhaust
상기 공기분사노즐의 토출압력을 1.8 ~ 2.2MPa로 하고 공기 토출량을 810 ~1210kg/h로 하며, The discharge pressure of the air injection nozzle is 1.8 ~ 2.2 MPa and the air discharge amount is 810 ~ 1210 kg/h,
상기 연료분사 노즐의 분사압력을 1.8 ~2.2MPa의 범위로 하고 토출량을 60 ~ 80kg/h로 하며,The injection pressure of the fuel injection nozzle is in the range of 1.8 ~ 2.2 MPa, and the discharge amount is 60 ~ 80 kg/h,
물분사노즐의 분사압력을 1.8 ~ 2.2MPa로 하고 토출량을 820 ~1020kg/h로 되도록 함으로써, By setting the jet pressure of the water jet nozzle to 1.8 ~ 2.2 MPa and the discharge rate to be 820 ~ 1020 kg/h,
인젝터에서 분사되는 스팀이 온도 200 ~ 260℃, 압력 1.8 ~ 2.2MPa, 토출량 1800 ~ 2200kg/h이 되도록 한 레저버의 인젝션 웰을 위한 최적화된 스팀 인젝터를 제안한다.We propose an optimized steam injector for the injection well of the reservoir so that the steam injected from the injector has a temperature of 200 ~ 260℃, a pressure of 1.8 ~ 2.2MPa, and a discharge rate of 1800 ~ 2200kg/h.
아울러, 본 발명은 물 전기분해가스를 수증기와 함께 화염연소구간에 분사하여 연료와 함께 연소시킴으로써 연소온도가 과승(過昇)되지 않도록 함과 아울러 역화와 불꽃 날림을 방지하면서 열량을 증가시키고 고온의 스팀 생산량을 증대시킬 수 있도록 한 레저버의 인젝션 웰을 위한 최적화된 스팀 인젝터를 제안한다.In addition, the present invention injects water electrolysis gas together with water vapor into the flame combustion section and burns it together with fuel to prevent the combustion temperature from being overheated and to prevent backfire and sparks from flying while increasing the amount of heat and We propose an optimized steam injector for the injection well of a reservoir to increase steam production.
이와 같이 하여 본 발명은 연료와 연소공기 그리고 물의 분사압력과 토출량을 최적화함으로써 화염을 안정적으로 유지할 수 있으므로 200미터 이하의 고점도 오일층을 갖는 레버저의 심층에 고온, 고압이면서 충분한 양의 스팀을 효율적으로 공급할 수 있게 되어 인젝션 웰에 주입된 스팀이 심층의 고점도 오일을 저점도 오일로 변환시키고 지반을 압력을 상승시켜 펌핑이 아닌 자연 분출방식으로 오일을 생산할 수 있게 되는 효과가 있으며, 지상으로 배출, 생산되는 경질유의 생산량을 증대시킬 수 있게 되는 유용한 효과가 있다.In this way, the present invention can stably maintain the flame by optimizing the injection pressure and discharge amount of fuel, combustion air, and water, so that high-temperature, high-pressure, and sufficient amount of steam can be efficiently applied to the depth of the lever having a high-viscosity oil layer of 200 meters or less. The steam injected into the injection well converts the deep high-viscosity oil into low-viscosity oil and raises the pressure of the ground to produce oil by natural jetting instead of pumping. There is a useful effect of being able to increase the production of light oil.
아울러, 본 발명은 하고 완전연소를 도모하여 레저버 주변 환경 오염을 유발하지 않게 되며, 효율적 운전으로 인젝터 운전 비용을 최소화할 수 있게 되는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of not causing environmental pollution around the reservoir by promoting complete combustion and minimizing the injector operating cost through efficient operation.
또한, 본 발명은 물 전기분해가스를 활용하여 열량을 증대시킴과 아아울러 수증기에 의하여 연소발열온도가 제어되도록 하여 안정적 운용이 가능하며 물 전기분해가스는 연소 후 미립화된 고온의 물입자가 스팀으로 전환되므로 스팀 생산량 증대에도 기여할 수 있게 되는 효과가 있다.In addition, the present invention utilizes water electrolysis gas to increase the amount of heat, as well as to control the combustion heat temperature by water vapor, so that it can be operated stably. As it is converted, it has the effect of being able to contribute to an increase in steam production.
아울러, 본 발명에서는 물 전기분해가스와 함께 혼합, 공급되는 수증기를 별도의 장비 없이 자체 생산하여 일부를 활용할 수 있으므로 효과적 운용이 가능하게 되는 잇점이 있다.In addition, in the present invention, there is an advantage that effective operation is possible because it is possible to utilize some of the steam mixed with water electrolysis gas and supplied without separate equipment.
도1은 종래의 EOR 설비용 스팀 발생 장치의 구조를 예시한 설명도.
도2는 종래의 EOR 설비용 스팀 발생 장치의 구조의 전체적인 외형을 보인 사시도.
도3은 종래의 인젝션 웰에 스팀 주입을 실시하여 오일을 생산하는 과정을 보인 개념도.
도4는 종래의 인용발명2에 의한 스팀발생을 위한 버너를 보인 종단면도
도5는 본 발명에 적용되는 EOR 설비용 스팀 발생을 위한 전체적인 구조를 예시한 설명도.
도6은 본 발명에 의한 최적화된 스팀 생산 및 주입 장치를 보인 사시도.
도7은 본 발명에 의한 최적화된 스팀 생산 및 주입 장치의 구조를 보인 단면도.
도8은 본 발명에 의한 연료분사노즐과 공기분사노즐을 보인 부분 확대도.
도9는 본 발명에 의한 스페이서 부시 분사공 주변을 보인 확대도.
도10은 본 발명에서의 다른 실시예에 의한 본 발명의 스파이럴 요홈이 구비된 스페이서 부시의 측면도.
도11은 다른 실시예에 의한 본 발명의 스파이럴 요홈이 구비된 스페이서 부시의 사시도.
도12는 도 10, 도 11로 보인 스페이서 부시를 결합하여서 된 본 발명에 의한 다른 실시예의 전체적인 구조를 보인 단면도.
도13은 본 발명의 다른 실시예를 보인 사시도.1 is an explanatory diagram illustrating the structure of a conventional steam generator for EOR equipment.
Figure 2 is a perspective view showing the overall appearance of the structure of the conventional steam generator for EOR equipment.
3 is a conceptual diagram showing a process of producing oil by injecting steam into a conventional injection well.
Figure 4 is a longitudinal cross-sectional view showing a burner for steam generation according to the prior art cited invention 2;
5 is an explanatory view illustrating the overall structure for generating steam for EOR equipment applied to the present invention.
6 is a perspective view showing an optimized steam production and injection device according to the present invention.
7 is a cross-sectional view showing the structure of an optimized steam production and injection device according to the present invention.
8 is a partial enlarged view showing a fuel injection nozzle and an air injection nozzle according to the present invention.
9 is an enlarged view showing the periphery of the spacer bush injection hole according to the present invention.
Figure 10 is a side view of a spacer bush provided with a spiral groove of the present invention according to another embodiment of the present invention.
11 is a perspective view of a spacer bush provided with a spiral groove of the present invention according to another embodiment.
Fig. 12 is a cross-sectional view showing the overall structure of another embodiment according to the present invention by combining the spacer bushes shown in Figs.
13 is a perspective view showing another embodiment of the present invention;
이러한 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art can easily carry out the present invention with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 적용되는 EOR 설비용 스팀 발생을 위한 전체적인 구조를 도 5에 도시하였다. 이에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명은 고압물분사장치(100)와 연료압축장치(200), 고압에어압축장치(300)의 역지변(105, 205, 305)출구는 스팀생산 및 주입장치인 인젝터(400)에 연결되며, 상기 인젝터(400)의 외관은 도6으로 보인 바와 같은 형태로 제작된다.The overall structure for generating steam for EOR equipment applied to the present invention is shown in FIG. 5 . As can be seen from this, in the present invention, the outlets of the
즉, 본 발명에서는 도6 및 도7로 보인 바와 같이 스팀생산 및 주입장치(400)를 관체상의 경사하우징(401)으로 구성하고, 연료분사노즐(404)을 구비하며, 상기 연료분사노즐(404)은 상기 연료압축장치(200)의 역지변(205)과 연결되도록 하고, 상기 고압에어압축장치(300)의 역지변(305)과 연통되는 공기분사노즐(403)을 상기 연료분사노즐(405)과 인접하여 설치하되,That is, in the present invention, as shown in FIGS. 6 and 7 , the steam production and
도 7의 부분 확대도인 도8에서 확인되는 바와 같이, 상기 공기분사노즐(403)과 연료분사노즐(404)은 경사하우징(401) 중심축상으로 공히 8°~ 12°의 각도를 이루도록 경사 설치하여 도면의 경사하우징(401) 좌측상방이 되는 전방에 도7로 도시한 화염연소구간(420)이 형성되도록 한다. 아울러, 경사하우징(401)의 내주 둘레면에 관상의 스페이서부시(410)를 결합한다.As can be seen from FIG. 8, which is a partial enlarged view of FIG. 7, the
여기에서 경사하우징(401) 중심축상을 기준으로 공기분사노즐(403)과 상기 연료분사노즐(404)의 분사각도가 8°이하인 경우에는 화염연소구간(420)이 스팀발생구역(430)측으로 과도하게 이동, 형성되어 스페이서 부시(410) 둘레면을 통과하는 물이 충분히 가열되지 않는 문제가 발생할 수 있고, 이와는 반대로 공기분사노즐(403)과 상기 연료분사노즐(404)의 각도가 12° 이상인 경우에는 화염연소구간(420)이 일측으로 과도하게 편중되어 스페이서부시(410)의 일부에서만 물이 가열되고 스팀발생구역(430)의 분사공(412)에는 화염 도달량이 적게 되어 화염의 세기가 약하게 되므로 분사공(412)으로 분사되는 물을 완전한 스팀으로의 상변화 시키기 어렵게 되는 문제가 발생할 수 있기 때문에 공기분사노즐(403)은 상기 연료분사노즐(404)과 8°~ 12°의 각도를 이루도록 경사설치하는 것이 바람직한 것이다.Here, when the injection angle of the
또한, 도 9로 보인 스페이서 부시(410)의 확대도에서 확인되는 바와 같이, 분사공(412)이 형성된 관상의 스페이서 부시(410)는 도7의 도면상 좌측 상방 일단에 설치된 상기 물분사노즐(402)이 연통되도록 하여 고압의 물이 스페이서 부시(410)의 요홈(414)을 통과하면서 화염연소구간(420)의 열에 의하여 고온으로 가열된 후 분사공(412)으로만 분사되도록 폐쇄링(415)이 설치되어 있다.In addition, as confirmed in the enlarged view of the
그러므로, 화염에 의하여 분사공(412)으로 분출되는 고온의 물입자는 화염에 의하여 즉각 스팀으로 상변화하면서 부피가 급격히 팽창되어 고압이면서 고온인 스팀을 발생시키는 스팀발생구역(430)을 형성하게 되는 것이다.Therefore, the high-temperature water particles ejected into the
이러한 본 발명의 작용을 더욱 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.The operation of the present invention will be described in more detail as follows.
본 발명은 압축펌프(201)를 작동시켜 연료가 목표하는 고압으로 연료탱크(202)에 채워지도록 한 상태에서 연료량제어밸브(203)를 닫아 작동 대기 상태로 하고, 공기압축기(301)를 가동하여 고압공기탱크(302)에 목표압력으로 공기압이 저장되도록 하며, 공기량제어밸브(303)를 닫아 작동 대기 상태로 하는 것이다.The present invention operates the
이러한 상태에서 먼저 연료량제어밸브(203)를 열어 연료가 가스유량계(204)및 역지변(205)을 거쳐 인젝터(400)의 연료분사노즐(404)로 분사되도록 한다. 이어서, 점화장치(405)를 가동하여 연료분사노즐(404)에서 분사되는 연료가 점화되도록 한 다음 상기 연료분사노즐(404)에 의한 연료분사압력을 1.8 ~2.2MPa의 범위로 하고 토출량의 범위를 60 ~ 80kg/h로 하며, 이어서 공기량제어밸브(303)를 열어 공기가 에어유량계(304), 역지변(305)을 경유하여 인젝터(400)의 공기분사노즐(403)로 분사되도록 하되 이때의 공기분사노즐(403) 분사압력을 1.8 ~ 2.2MPa로 하고 고압에어 토출량을 810 ~ 1210kg/h로 하는 것이다.In this state, first, the fuel
이에 따라 상기 연료량제어밸브(203)에 의하여 공급되는 최적량의 연료가 연료분사노즐(404)에 공급되어 분사된 후 점화장치(405)에 의하여 점화되며 이때의 연소상태는 연료와 연소공기량이 최적화되어 완전연소상태가 된다.Accordingly, the optimal amount of fuel supplied by the fuel
그 결과 경사하우징(401)내부의 화염연소구간(420)에서 고열이 발생하게 되며, 이러한 고열의 일부는 도7의 도면상 우측 하방으로 전달되고 나머지 일부는 경사하우징(401)내부 둘레면에 밀착 결합되어 있는 스페이서 부시(410)의 내부 둘레면으로 전달된다.As a result, high heat is generated in the
이러한 상태에서 스페이서부시(410)와 경사하우징(401)내부 둘레면 사이 공간에서 상기 고압펌프(103)에 의한 압력으로 압송되는 물은 도7 및 도9의 부분 확대도로 보인 바와 같이 상기 화염연소구간(420)둘레인 스페이서 부시(410)의 요홈(414)을 통과하면서 높은 온도로 가열된 상태가 된다.In this state, the water pumped under pressure by the high-
이러한 상태에서 상기 물분사노즐(402)을 통하여 요홈(414)을 통과하는 물의 압력은 1.8 ~ 2.2MPa로 하고 분사공(412)으로 분사되는 물의 토출량을 820 ~1020kg/h범위로 되도록 한다.In this state, the pressure of water passing through the
이와 같이 하여 스팀발생구역(430)의 분사공(412)에서 발생된 고압, 고온의 스팀은 도7의 배출구(406)를 경유하여 인젝션 웰(500)로 공급되는 것인바, 이때의 스팀은 온도 200 ~ 260℃, 압력 1.8 ~ 2.2MPa, 토출량 1800 ~ 2200kg/h이 되도록 하는 것이며, 이와 같이 배출구(406)로 배출된 스팀은 도3으로 보인 바와 같이 레저버(700)의 혼화층(miscible zone)을 거쳐서 오일뱅크를 고압, 고온으로 밀어내어 사암층에 산재된 중질유의 점도를 효과적으로 저하시켜 더 많은 경질유가 흘러내려 모이게 되고, 프로덕션 웰(600)에서 펌핑을 실시하여 오일이 지상으로 배출함으로써 프로덕션 웰(600)로 배출되는 경질유의 생산량 증대를 도모할 수 있게 되는 것이다.In this way, the high-pressure, high-temperature steam generated in the
또한 본 발명은 도12 및 도13과 같이, 경사하우징(401) 둘레면에 열매체모듈(900)이 설치되고, 상기 열매체모듈(900)의 내부에는 열매체수용조(902)가 구비되며, 상기 열매체수용조(902)에는 열매체가열용히터(901)가 내장되고 열매체유(heating medium oil)(903)가 채워져 있으므로 열매체가열용히터(901)에 전력이 공급되어 열매체유(903)가 고온으로 가열되어서 열매체수용조(902) 전체에 걸쳐 고열을 전달하여 경사하우징(401)과 스페이서부시(410) 사이를 통과하는 물이 화염과 열매체수용조(902)에 의한 열에 의하여 충분히 고온으로 가열되는 것이며, 폐쇄링(415)으로 막혀 있는 상태에서 도9에 도시된 바와 같이, 직경이 미세한 분사공(412)으로 고온의 물이 분사되면서 화염에 물의 입자가 닿아 순식간에 스팀으로 상변화를 일으켜 신속하게 다량의 고온, 고압 스팀을 생성할 수 있게 되는 것이다.In the present invention, as shown in Figs. 12 and 13, a
아울러, 본 발명에서는 도10 및 도11로 보인 바와 같이 스페이서 부시(410)의 외주면에 스파이럴 요홈(411)을 형성하며 이를 경사하우징(401)의 내부 둘레면에 밀착되도록 조립함으로써 스페이서 부시(410)의 둘레면에형성된 나선상의 스파이럴 요홈(411)이 구비되는 것이고 스페이서 부시(410)의 선단부에는 다수의 분사공(412)이 형성되는 것이다. In addition, in the present invention, as shown in FIGS. 10 and 11 , a
또한, 이러한 실시예에서는 도12의 확대도에서 확인되는 바와 같이 스페이서부시(410)의 스파이럴(413)이 경사하우징 (401)의 내부 둘레면에 밀착되도록 하여야 하고 폐쇄링(415)이 도12의 도면상 우측 하단을 폐쇄하여 결과적으로 나선상의 길이가 긴 스파이럴요홈(411)이 상기 물공급노즐(402)과 분사공(412)사이에 존재하는 유일한 통로로 되도록 하여야 한다.In addition, in this embodiment, as confirmed in the enlarged view of FIG. 12 , the
이와 같이 된 실시예에 의한 본 발명은 화염이 경사하우징(401)내부에서 도12로 보인 도면상 우측 하방으로 분사되고, 그 결과 경사하우징(401)내부의 화염연소구간(420)에서 고열이 발생하게 되며, 이러한 화염에 의한 고열의 일부는 도13의 도면상 우측 하방으로 전달되고 나머지 일부는 경사하우징(401)내부 둘레면에 밀착 결합되어 있는 스페이서 부시(410)의 둘레면으로 전달된다.In the present invention according to this embodiment, the flame is sprayed from the inside of the
그러므로, 경사하우징(401)과 스페이서부시(410)사이를 통과하는 물이 매우 길게 된 길이의 스파이럴요홈(411)을 통과하는 동안 화염과 열매체수용조(902)에 의한 열에 의하여 충분히 고온으로 가열되는 것이며, 폐쇄링(415)으로 막혀 있는 상태에서 도9에 도시된 바와 같은 직경이 작은 분사공(412)으로 고온의 물이 분사되면서 화염에 물의 입자가 닿아 순간적으로 상변화를 일으켜 스팀으로 상변화를 일으켜 신속하게 더욱 많은 양의 고온, 고압 스팀을 효율적으로 생성할 수 있게 되는 것이다.Therefore, while the water passing between the
이와 같이 하여 스팀발생구역(430)에서 발생된 고압, 고온의 스팀은 배출구(406)를 경유하여 인젝션 웰(500)로 공급되는 것이며, 더욱 높은 압력과 온도의 스팀이 레저버(700)의 혼화층(miscible zone)을 거쳐서 오일뱅크를 고압, 고온으로 밀어 내어 사암층에 산재된 중질유의 점도를 효과적으로 저하시켜 더 많은 경질유를 지상으로 배출가능하게 된다.In this way, the high-pressure and high-temperature steam generated in the
이러한 본 발명에서는 공기분사노즐(403)로 공급되는 공기의 압력을 1.8 MPa 이하로 하면 인젝션 웰(500)로 공급되는 스팀의 압력이 부족하여 혼화층의 오일뱅크를 제대로 밀어내지 못하게 되어 중질유의 점도를 낮추지 못하게 됨에 따라 경질유의 생산량이 감소될 우려가 있고,In the present invention, when the pressure of the air supplied to the
공기의 압력이 2.2MPa 이상으로 되면 화염의 날림(lift off)이 발생하면서 소화될 우려가 있다. 또한, 과도한 공기압력은 레저버(700)의 혼화층을 고압으로 인하여 분산시킬 우려도 있으므로 공기분사노즐(403)의 압력을 1.8 ~ 2.2 MPa로 유지하는 것이 바람직하다.When the air pressure becomes 2.2 MPa or more, there is a risk of fire being extinguished while the flame is lifted off. In addition, since excessive air pressure may cause the mixed layer of the
또한, 연료분사노즐(404)에서 분사되는 연료 토출량을 60 ~ 80kg/h로 하는 경우 공기분사노즐(403)에서 공급되는 공기의 토출량을 1210kg/h 이상으로 하면 과잉공기의 공급으로 가열온도가 저하되어 효율이 저하될 우려가 있으며, 공기의 토출량을 810kg/h 이하로 하게 되면 연소공기의 부족으로 불완전연소를 유발하여 스팀 생산 효율 저하는 물론 일산화탄소가 각종 가연성 유기물과 함께 다량 발생하여 레저버(700) 주변환경을 오염시키게 되므로 공기분사노즐(403)에서 분사되는 공기량은 810 ~1210kg/h로 하는 것이 바람직하다.In addition, when the discharge amount of the fuel injected from the
아울러, 상기 연료분사노즐(404)에서 분사되는 연료의 압력과 물분사노즐(402)의 압력은 상기한 공기분사노즐(403)압력과 일치시킴으로써 공기분사압력과 동일한 스팀 압력이 발생하도록 할 필요가 있다.In addition, by matching the pressure of the fuel injected from the
실시예 1Example 1
공기분사노즐(402)의 압력을 2MPa로 하고 고압에어 토출량을 1009kg/h로 하며,The pressure of the
연료분사노즐(404)의 압력을 2MPa의 범위로 하고 토출량을 70.4kg/h로 하며,The pressure of the
하우징의 일측에 공급되는 물분사노즐(402)의 압력을 2MPa로 하고 토출량을 920kg/h범위가 되도록 함으로써, 본 발명에 의한 인젝션 웰(500)로 주입되는 스팀의 온도가 234℃, 압력 2MPa, 토출량 2000kg/h이 되었으며 연소 안정성이 높게 되고 스팀 생산량을 증대시킬 수 있게 되었다.By setting the pressure of the
이에 더하여 본 발명은 물을 분해하여 얻은 물 전기분해가스(oxyhydrogen 가스; 브라운가스; HHO )와 수증기를 연료와 혼합한 후 화염연소구간(420)에 분사하여 점화, 연소시킨다.In addition to this, the present invention mixes water electrolysis gas (oxyhydrogen gas; Brown gas; HHO) and water vapor obtained by decomposing water with fuel, and then injects it into the
이를 위하여 상기 공기분사노즐(402)을 통하여 공기와 함께 분사하거나 별도의 추가분사노즐(도면에는 미도시함)을 설치하고, 이에서 분사시키고 연료와 함께 점화기에 의하여 점화, 연소되도록 할 수 있다.To this end, it is possible to inject with air through the
이러한 실시예에 의하면 물 전기분해가스를 연소시켜 연료를 절감하고, 연소 후 얻어지는 고온의 물 입자가 고온의 스팀으로 배출되도록 함으로써 더 많은 스팀 생산에 기여할 수 있게 된다.According to this embodiment, fuel can be saved by burning the water electrolysis gas, and high-temperature water particles obtained after combustion are discharged as high-temperature steam, thereby contributing to more steam production.
이러한 실시예에 의한 본 발명에서는 화염연소구간(420)이 안정적으로 형성되는 것이므로 물 분해가스의 연소시에 발생하는 역화(back fire)와 화염날림이 방지되는 것이며, 이에 따라 물 전기분해가스의 안정적인 연소를 도모할 수 있게 되어 효율을 향상시키면서 연료비 절감에 기여할 수 있게 되는 것인바, 이를 위하여 물 전기분해가스 100 중량부에 수증기 80 중량부 ~ 120 중량부를 혼합하는 것이 바람직하다.In the present invention according to this embodiment, since the
특히, 본 발명에서는 약 3000℃에 이르는 물 전기분해가스의 연소온도가 지나치게 높으므로 수증기를 함께 분사함으로써 적정 온도가 되도록 함과 아울러 고온의 스팀 생산에 기여하게 되는 것이며, 이러한 수증기는 본 발명에 의하여 생산된 스팀 일부를 전용함으로써 그 공급을 위하여 별도의 가열장치 등을 설치할 필요가 없게 되어 더욱 실용적이다.In particular, in the present invention, since the combustion temperature of the water electrolysis gas reaching about 3000° C. is too high, by spraying water vapor together, it is made to an appropriate temperature and contributed to the production of high-temperature steam. By diverting a part of the produced steam, it is not necessary to install a separate heating device for the supply, which is more practical.
이상에서, 본 발명에 대한 기술사상을 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것이 아니고, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범위를 이탈하지 않는 범위 내에서 치수 및 모양 그리고 구조 등의 다양한 변형 및 모방할 수 있음은 명백한 사실이며 이러한 변형 및 모방은 본 발명의 기술 사상의 범위에 포함된다.In the above, the technical idea of the present invention has been described, but this is an exemplary description of the best embodiment of the present invention and does not limit the present invention, and anyone with ordinary skill in the art can use the present invention It is clear that various modifications and imitations such as dimensions, shapes and structures can be made within the scope of the technical idea, and such modifications and imitations are included in the scope of the technical idea of the present invention.
100: 고압물분사장치 101: 물탱크
102: 필터 103: 고압펌프
104: 저장조 105: 역지변
106: 유량계 200: 연료압축장치
201: 압축펌프 202: 연료저장장치
203: 연료량제어밸브 204: 가스유량계
205: 역지변 300: 고압에어압축장치
301: 공기압축기 302: 고압저장장치
303: 공기량제어밸브 304: 에어유량계
305: 역지변 400: 인젝터
401: 경사하우징 402: 물분사노즐
403: 공기분사노즐 404: 연료분사노즐
405: 점화장치 406: 배출구
407: 경사하우징내주면 410: 스페이서 부시
411: 스파이럴 요홈 412: 분사공
413: 스파이럴 414: 요홈
415: 폐쇄링 420: 화염연소구간
430: 스팀발생구역 500: 인젝션 웰
600: 프로덕션 웰 700: 레저버
800: 압축공기가열유니트 801: 공기가열히터
802: 공기유로 900: 열매체모듈
901: 열매체가열용히터 902: 열매체수용조 903: 열매체유100: high-pressure water spraying device 101: water tank
102: filter 103: high pressure pump
104: storage tank 105: check back
106: flow meter 200: fuel compression device
201: compression pump 202: fuel storage device
203: fuel amount control valve 204: gas flow meter
205: check valve 300: high-pressure air compression device
301: air compressor 302: high-pressure storage device
303: air flow control valve 304: air flow meter
305: reverse load 400: injector
401: inclined housing 402: water spray nozzle
403: air injection nozzle 404: fuel injection nozzle
405: ignition device 406: outlet
407: inclined housing inner peripheral surface 410: spacer bush
411: spiral groove 412: spray hole
413: spiral 414: groove
415: closing ring 420: flame combustion section
430: steam generating zone 500: injection well
600: production well 700: reservoir
800: compressed air heating unit 801: air heating heater
802: air flow path 900: heat medium module
901: heating
Claims (3)
상기 경사하우징은 둘레에 열매체가용히터와 열매체유를 포함한 열매체수용조로 구성된 열매체모듈이 구비된 것임을 특징으로 하는 레저버의 인젝션 웰을 위한 최적화된 스팀 인젝터.a water jet nozzle connected to a high-pressure water jet device for supplying water from the reservoir to the burner; an air injection nozzle connected to the high-pressure air compression device configured to supply air from the high-pressure storage device to the burner; and a fuel injection nozzle connected to the high-pressure water injection device, the high-pressure air compression device, and the fuel compression device is connected to the burner, the burner is installed at one end of the inclined housing on the tubular body, and the other end of the inclined housing is provided with high-pressure water in the flame of the inclined housing After being heated to a high temperature while passing through the groove around the combustion section, it is sprayed to form a steam generating zone that phase changes to high pressure and high temperature steam by the high pressure and high temperature of the flame, and the steam generated in the steam generating zone is combined with the injection well It is sprayed through the connected outlet,
The optimized steam injector for the injection well of the reservoir, characterized in that the inclined housing is provided with a heating medium module composed of a heating medium accommodating tank including a heating medium using a heater and a heating medium oil around the periphery.
물 전기분해가스와 수증기를 버너에 의한 화염연소구간에 분사하여 점화, 연소시킴을 특징으로 하는 레저버의 인젝션 웰을 위한 최적화된 스팀 인젝터.The method of claim 1,
An optimized steam injector for the injection well of the reservoir, characterized in that it ignites and burns by spraying water electrolysis gas and water vapor in the flame combustion section by the burner.
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|---|---|---|---|
| KR1020190140972A KR102354864B1 (en) | 2019-11-06 | 2019-11-06 | Optimized Steam Injector for Reservoir Injection Wells |
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Patent Citations (3)
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