코어샘플의 가스함량측정

코어샘플의 가스함량측정 {DETERMINIGN GAS CONTENT OF A CORE SAMPLE}

본 발명은 코어샘플(core sample)의 가스함량을 측정하는 방법과 이러한 방법에 사용하기 위한 장치에 관한 것이다.

가스 하이드레이트(gas hydrates), 특히 메탄 하이드레이트와 같은 가스 하이드레이트는 예를 들어 심해해저 아래의 지층에 형성된 저장지인 레저부아(reservoirs)에서 발견된다. 이들 레저부아내의 초저온 및 초고압에서, 가스 하이드레이트는 안정된 결정형태로 존재한다. 온도가 증가하고 압력이 낮아지는 경우, 가스 하이드레이트는 가스상태로 변환되고 대규모 체적팽창이 동반된다.

이러한 체적팽창은 탄화수소의 생산, 특히 해양의 심해탄화수소생산에 상당한 위험요소가 될 것이다. 일반적으로, 이러한 생산과정에서는 가스 하이드레이트를 함유하고 있는 레저부아를 뚫는 드릴링작업을 피하는 것이 바람직하다. 그러나, 가스 하이드레이트를 함유하고 있는 레저부아는 전형적으로 오일이나 가스가 저장되어 있는 지층 보다 얕은 해저층에 형성되어 있다. 따라서, 이러한 가스 하이드레이트 함유 레저부아를 피하기 위하여서는 신뢰가능한 측량과 측정기술이 요구된다.

전형적으로 메탄과 같은 방대한 양의 가스가 특히 해양퇴적물지역과 북극과 같은 추운 지역에 하이드레이트의 형태로 저장되어 있다. 더욱이, 가스 하이드레이트의 상변화특성(phase-change behaviour)는 잘 이해되어 가고 있다. 그러므로, 가스 하이드레이트는 이제 에너지자원으로서 관심을 끌고 있다. 따라서, 잠재적인 가스 하이드레이트 자원을 탐사하거나 측량할 때, 신뢰가능하고 비용효율적인 측량기술이 요구된다.

이와 같이, 하이드레이트 자원을 경제적으로 개발하는 것이 바람직하다. 이러한 자원은 대개 심해지역 및/또는 북극지방에 위치하고 있다. 그러나, 얕은 가스 하이드레이트 퇴적층, 예를 들어 메탄 하이드레이트 퇴적층을 발견하고 평가하는 것은 어려운 도전일 수 있다.

예를 들어, 전자기(EM) 탐사방법 또는 탄성파 탐사방법과 같은 간접물리 탐사방법은 가스 하이드레이트의 특성 때문에 신뢰할 수가 없다.

담수화에 기반하여 하이드레이트 함량을 추정하는 것은 공극수 염분의 기준을 넘어버리므로 불확실성 때문에 신뢰할 수 없다.

해양굴착적업에서 회수된 코어에서 실제 하이드레이트 함량을 측정하는 것은 알려진 기술이 신뢰할 수 없고 고가이므로 특히 어려운 도전이었다.

고압코어배럴(pressurised core barrel)을 이용하여 코어샘플을 회수하여 해수면 위치의 작업대로 샘플을 가져오는 것은 알려져 있다. 코어샘플이 수면 작업대로 인양하였을 때 압력감소 및/또는 온도증가에 의한 하이드레이트 결정의 분해를 억제하기 위하여, 고압코어배럴은 본래 환경의 압력과 온도에서 코어샘플을 저장할 수 있도록 되어 있다. 그리고 샘플이 수면 작업대에서 분석될 수 있다.

그러나, 고압코어배럴은 고가이고 신뢰할 수 없다. 예를 들어, 본래 환경보다 낮은 압력과 보래 환경보다 높은 온도에서 코어샘플을 회수하는 것이 자주 실패하기 때문에 성공적인 코어샘플로부터 보고된 하이드레이트 함량에서 체계적인 편차가 나타나는 원인이 될 것이다. 따라서, 이러한 코어샘플로부터 코어 데이터를 직접 측정하는 것은 신뢰할 수 없을 것이다. 아울러, 가스 하이드레이트의 해리는 고압코어배럴을 수면 작업대로 옮길 때 고압코어배럴이 고장을 일으키는 결과를 가져올 것이다.

더욱이, 수면 작업대에서 고압용기를 취급할 때 중요한 건강 및 안전문제가 야기될 수 있다. 또한, 해양굴착플랫폼 또는 해양굴착선에서는 고압코어배럴을 저장 및/또는 취급하기 위한 공간이 제한되어 있으므로 잠재적인 위험이 증가한다.

다른 방법이 특허문헌 WO 2011/082870에 기술되어 있다. 이러한 방법에서, 메탄 하이드레이트 결정을 포함하는 해저샘플(bottom sample)에서 메탄함량의 측정은 심해영역의 해저침전물로부터 코어샘플을 채취하는 단계, 코어샘플을 저장챔버에 저장하는 단계, 코어의 메탄 하이드레이트 결정이 물과 메탄으로 해리되는 사전에 결정된 수심으로 저장챔버를 인상하는 단계와, 인상된 코어샘플에 의하여 방출된 메탄의 양을 측정하는 단계에 의하여 이루어진다.

본 발명은 코어샘플의 가스함량을 측정하는 방법과 이러한 방법에 사용하기 위한 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 한 관점은 코어배럴 또는 코어배럴조립체에 사용되는 내부배럴을 제공하는 것으로서, 이러한 내부배럴은 수집된 코어샘플을 수용하기 위한 기다란 내부공간을 적어도 부분적으로 둘러싸는 하나 이상의 측벽을 가지고, 측벽 또는 각 측벽은 기다란 내부공간으로부터 내부배럴의 외부로 적어도 하나의 유체유로를 제공할 수 있게 되어 있다.

유리하게, 가스 및/또는 액체는 측벽 또는 각 측벽에 형성된 유체유로를 통하여 수집된 코어샘플로부터 방출될 수 있다.

알려진 내부배럴은 전형적으로 연속적으로 평활한 측벽을 갖는다. 따라서, 가스 및/또는 액체가 수집된 코어샘플로부터 방출될 수 있는 유일한 경로는 기다란 내부공간의 상부 및/또는 하부를 통하는 것이다.

전형적으로, 수집된 코어샘플은 가스 하이드레이트, 예를 들어 메탄 하이드레이트 결정을 함유한다. 수집된 코어샘플로부터 방출되는 가스 및/또는 액체는 유체유로를 따라 통과할 것이다. 따라서, 가스 및/또는 액체는 기다란 내부공간으로부터 방출되는 경우 수집된 코어샘플 자체를 통하여 이동하는 것이 어려울 수 있다. 유리하게는, 기다란 내부공간내에 생성되는 압력을 줄이는 것이 도움이 될 수 있을 것이다. 부가적으로 또는 다른 방식으로, 가스 및/또는 액체가 특정 코어샘플로부터 유동하는 시간을 줄이는 것이 도움이 될 수 있다. 결과적으로, 특정 코어샘플로부터 데이터를 수집하는 것이 보다 신속하고 용이할 수 있다. 부가적으로 또는 다른 방식으로, 가스 및/또는 액체는 수집된 코어샘플의 커다란 체적을 통과할 수는 없으므로 수집된 코어샘플로부터 가스 및/또는 액체의 유동에 동반하는 암석 또는 퇴적물의 입자와 같은 고체물질이 적을 수 있다.

유체유로는 하나 이상의 적어도 부분적으로 개방된 채널을 포함한다.

한 실시형태에서, 측벽 또는 각 측벽은 내측방향 또는 외측방향, 예를 들어 방사상 내측방향 또는 방사상 외측방향으로 돌출되고 각 유체유로의 적어도 일부를 적어도 부분적으로 둘러싸고 있는 하나 이상의 구조물을 포함한다.

한 실시형태에서, 측벽 또는 각 측벽의 적어도 일부분은 요구의 형태 예를 들어 길이방향 요구 또는 나선형 요구의 형태일 수 있다.

측벽 또는 각 측벽은 하나 이상의 통공 또는 천공을 포함한다.

유체유로 또는 각 유체유로는 측벽 또는 각 측벽을 통과하는 통로를 포함한다. 예를 들어, 측벽 또는 각 측벽의 적어도 일부분은 다공형이거나 또는 하나 이상의 내부통로망을 갖는다. 부가적으로 또는 다른 방식으로, 측벽 또는 각 측벽의 적어도 일부분은 가스가 분산될 수 있는 물질, 예를 들어 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 같은 중합체물질로 만들어져 측벽 또는 각 측벽의 적어도 일부분을 형성할 수 있다.

한 실시형태에서, 측벽 또는 각 측벽은 다수의 유체유로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 다수의 유체유로가 일정한 간격을 두고 형성될 수 있다. 부가적으로 또는 다른 방식으로, 하나 이상의 다수의 유체유로는 다른 유체유로와 분리되어 있거나 또는 하나 이상의 다수의 유체유로가 적어도 하나의 다른 유체유로와 연결될 수도 있다.

한 실시형태에서, 유체유로 또는 각 유체유로는 액체 및/또는 가스가 기다란 내부공간으로부터 내부배럴의 단부를 향하여 대개 측면을 따라 종방향으로 유동하도록 한다.

한 실시형태에서, 내부배럴은 유체유로 또는 각 유체유로로 고체입자가 유입되는 것을 방지하거나 차단 또는 방해할 수 있도록 구성된 제1 물리적 분리수단을 포함한다.

한 실시형태에서, 이러한 제1 물리적 분리수단은 사전에 결정된 크기의 고체입자 또는 퇴적물이 유체유로 또는 각 유체유로 측으로 유입되지 않도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 물리적 분리수단은 20 mm 이상, 예를 들어 10 mm 이상 또는 7 mm 이상의 최소크기를 갖는 고체입자 또는 퇴적물이 유체유로 또는 각 유체유로로 유입되지 않도록 구성될 수 있다.

제1 물리적 분리수단은 하나 이상의 배플(baffle), 유체유로 또는 각 유체유로의 비교적 좁은 유입구, 필터 또는 스크린을 포함할 수 있다. 필터 또는 스크린은 망체 또는 박막을 포함한다.

유체유로 또는 각 유체유로는 폐색되기 쉬워 수집된 코어샘플로부터 액체 및/또는 가스의 유동을 제한하거나 방지하므로 유체유로 또는 각 유체유로로 고체입자, 예를 들어 암석입자 또는 퇴적물 임자가 유입되는 것이 방지, 차단 또는 방해하는 것이 유리하다. 부가적으로 또는 다른 방식으로, 내부배럴의 하류측 장비는 마모되거나 부식되는 것을 줄이기 위하여 복잡하거나 또는 고가이거나 또는 탄성을 갖는 것이 아니어야 한다. 이러한 하류측 장비는 빈번하게 유지보수되거나 교체되지 않는 것이 유리하다.

한 실시형태에서, 내부배럴은 튜브의 형태이다. 내부배럴은 그 길이를 따라 일정한 단면을 갖는다.

한 실시형태에서, 내부배럴은 원통형이다.

한 실시형태에서, 내부배럴은 완전형 배럴(complete barrel) 또는 튜브의 형태로 구성될 수 있다.

한 실시형태에서, 내부배럴은 다수의 배럴부분을 포함하며, 이들이 함께 내부배럴을 구성할 수 있다. 예를 들어, 내부배럴은 한쌍의 반원통형 부분을 포함한다.

내부배럴 또는 배럴부분 또는 각 배럴부분은 단일체로 구성되거나 또는 부가물 없이 함께 결합될 수 있도록 용접 또는 접착제 접착 또는 성형 등으로 함께 결합되는 다수의 조각편을 포함할 수 있다.

내부배럴 또는 배럴부분 또는 각 배럴부분은 압출에 의하여 구성될 수 있다.

내부배럴 또는 배럴부분 또는 각 배럴부분은 예를 들어, 강철, 알루미늄 또는 알루미늄합금과 같은 금속, 또는 고밀도 폴리에틸렌과 같은 플라스틱 물질로 구성될 수 있다.

내부배럴은 적어도 0.5 m, 전형적으로 적어도 1 m 의 길이를 갖는다. 내부배럴은 최대 5 m, 전형적으로 최대 4 m 또는 최대 3 m의 길이를 가질 수 있다. 한 실시형태에서, 내부배럴의 길이는 1.5 m ~ 3 m, 예를 들어, 1.5 m ~ 2 m 일 수 있다.

내부배럴은 0.3 m 이상의 최대폭, 예를 들어 외경을 갖는다. 내부배럴의 최대폭, 예를 들어, 외경은 최대 1.5 m, 예를 들어 최대 1.2 m 일 수 있다. 한 실시형태에서, 내부배럴의 최대폭, 예를 들어, 외경은 적어도 0.5 m 및/또는 1 m 일 수 있다.

측벽 또는 각 측벽은 최대 100 mm, 예를 들어 최대 50 mm의 최대벽두께를 갖는다.

한 실시형태에서, 내부배럴은 필터 또는 스크린과 같은 제2 물리적 분리수단을 포함하며, 이는 기다란 내부공간의 단부를 가로질러 적어도 부분적으로 연장된다. 제2 물리적 분리수단은 전형적으로 HDPE와 같은 중합체물질로 구성될 수 있다. 제2 물리적 분리수단은 액체 및/또는 가스에 동반된 고체물질이 기다란 내부공간의 단부를 통하여 회수된 코어로부터 방출되는 것을 차단, 방해 또는 방지하도록 한다. 내부배럴은 기다란 내부공간의 양측 단부를 가로질러 연장된 제2 물리적 분리수단을 포함할 수 있다.

한 실시형태에서, 내부배럴은 유체유로 또는 각 유체유로로부터 유출구를 가로질러 배치된 제3 물리적 분리수단을 포함할 수 있다. 유체유로 또는 각 유체유로가 측벽 또는 각 측벽의 단부에서 끝나는 실시형태에서, 제3 물리적 분리수단은 제2 물리적 분리수단의 일부이거나 이에 결합될 수 있다.

한 실시형태에서, 내부배럴에는 유체유로가 형성된 캡을 포함하는 캡핑 시스템(capping system)이 구비될 수 있다. 선택적으로 또는 좋기로는, 이러한 캡핑 시시템은 내부배럴의 내부압력이 사전에 결정된 값에 이르는 경우 작동되지 않도록 구성될 수 있다.

본 발명의 제2 관점은 본 발명의 제1 관점에 따른 내부배럴과 외부배럴을 포함하는 코어배럴(core barrel)을 제공하는 것으로, 외부배럴은 내부배럴의 둘레에 비투과성 슬리이브를 제공한다.

한 실시형태에서, 코어배럴은 유체유로가 형성된 캡을 포함하는 캡핑 시스템을 제공한다. 선택적으로 또는 좋기로는, 이러한 캡핑 시스템은 내부배럴의 내부압력이 사전에 결정된 값에 이르는 경우 작동되지 않도록 구성될 수 있다.

한 실시형태에서, 캡핑 시스템은 유량계(flowmeter)를 포함한다. 이러한 유량계는 3상 유량계(three-phase flowmeter)일 수 있다. 유량계는 데이터 로거(data logger)와 전원에 연결된다. 예를 들어, 전원은 배터리와 같은 내장형 전원을 포함한다.

다른 방식으로 또는 부가적으로, 캡핑 시스템은 비접촉 커넥터(contactless connector)를 포함한다. 유리하게, 비점촉 커넥터는 캡핑 시스템으로부터의 데이터 전송이 이루어질 수 있도록 한다. 비접촉 커넥터는 음향시스템 또는 고주파시스템의 일부일 수 있다. 비접촉 커넥터를 포함하는 실시형태에서는 내장형 데이터 로거 및/또는 내장형 전원을 필요로 하지 않는다.

본 발명의 다른 관점은 코어샘플의 가스함량을 측정하기 위한 방법을 제공하는바, 이 방법은

한 실시형태에서, 내부코어배럴과 코어샘플이 코어샘플의 가스 하이드레이트 결정이 물과 가스로 해리되는 주위압력에서 사전에 결정된 수심으로 인상될 수 있다. 내부코어배럴과 코어샘플은 예를 들어 가스가 인상된 코어샘플로부터 거의 또는 전혀 방출되지 않을 때까지 일정시간동안 사전에 결정된 수심에 머물도록 정치(定置)된다.

한 실시형태에서, 내부코어배럴과 코어샘플은 내부코어배럴과 코어샘플이 사전에 결정된 수심에 머물지 않고 예를 들어 선박 데크 또는 플랫폼과 같은 수면 작업대 상으로 인상될 수 있다.

한 실시형태에서, 방출된 가스의 양은 내부코어배럴과 코어샘플이 인상될 때 연속하여 측정될 수 있다.

본 발명의 다른 관점은 코어샘플의 가스함량을 측정하기 위한 시스템을 제공하는바, 이 시스템이

본 발명의 다른 관점은 코어배럴을 위한 캡핑 시스템을 제공하는바, 이러한 캡핑 시스템은 코어배럴의 내부압력이 사전에 결정된 값에 이르는 경우 작동되지 않도록 하는 캡을 포함한다.

본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 내부코어배럴의 반부분을 보인 사시도.
도 2는 도 1에서 보인 반부분의 단부부분을 확대하여 보인 확대사시도.
도 3은 도 1에서 보인 반부분의 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 캡핑 시스템의 예시적인 실시형태의 제1 방향 사시도.
도 5는 도 4에서 보인 캡핑 시스템의 제2 방향 사시도.
도 6은 도 4에서 보인 캡핑 시스템의 정면도.
도 7은 도 4에서 보인 캡핑 시스템의 평면도.
도 8은 도 6의 AA 선 단면도.
도 9는 본 발명에 따른 캡핑 시스템의 예시적인 제2 실시형태를 보인 정면도.
도 10은 도 9에서 보인 캡핑 시스템의 종방향 단면도.

도 1은 본 발명에 따른 내부코어배럴의 반부분(1)을 보인 것이다. 이러한 반부분(1)은 길이가 1644 mm 인 알루미늄 압출물이다. 반부분(1)은 일반적으로 반원통형이다. 실제로, 두개의 반부분(1)이 결합되어 하나의 원통형 내부코어배럴을 구성한다.

도 2는 도 1에서 보인 반부분(1)의 단부를 확대하여 보인 것이다. 반부분(1)은 평활외면(2)을 갖는다. 반부분(1)의 내부에는 길이방향으로 요구가 형성되어 있다. 각각 네크부분(4)과 폭이 넓은 헤드부분(3)으로 구성되는 일정한 간격을 둔 9개의 T-형 구조물이 반부분(1)의 길이를 따라 연장되어 있다.

도 3은 반부분(1)의 단면을 보낸 것이다. 이러한 반부분(1)은 외경이 33 mm 이고 헤드부분(3)의 상부변에서 측정하였을 때 내경이 26 mm 이다. 길이방향 요구를 형성하는 구조물의 패턴은 20°의 원호에 해당하는 거리가 반복되는 형태이다. 인접한 헤드부분(3) 사이의 간격은 약 2.4 mm 또는 약 5°원호의 크기이다. 각 헤드부분(3)의 폭은 약 15°원호의 크기이다. 각 네크부분(4)의 폭은 약 5°원호의 크기이다.

반부분(1)의 각 단부에는 만곡부(5)가 구비되어 있다. 이러한 만곡부(5)는 두개의 반부분(1)이 결합되어 본 발명에 따른 내부코어배럴을 구성할 때 이들이 결합될 수 있는 형상과 크기를 갖는다. 만곡부(5)는 반부분의 각 단부를 위한 적합한 형상의 간단한 예를 보인 것이다. 당업자라면 이러한 만곡부가 선형, 만곡형 또는 곡선형 등의 많은 다른 적당한 형상이 있을 수 있음을 알 수 있을 것이다. 중요한 것은 배럴부분, 예를 들어 두 반부분이 함께 결합되어 본 발명에 따른 내부코어배럴울 구성할 때 배럴부분, 예를 들어 반부분의 양 단부가 결합되는 것이다.

실제로, 두 반부분(1)은 함께 결합되어 본 발명에 따른 내부코어배럴을 구성한다. 길이방향 요구는 내부코어배럴내에 유치된 코어샘플로부터 방출되는 가스가 유동하는 다수의 유체유로를 제공한다. 가스는 헤드부분(3) 사이의 간극을 통하여 통과함으로서 코어샘플의 길이를 따라 코어의 길이를 따라 실질적으로 여러 부위에서 코어샘플로부터 방사상 외측으로 방출될 수 있다. 그리고 가스는 요구를 구성하는 구조물 사이의 채널에서 내부코어배럴의 길이를 따라 유동한다. 아울러, 헤드부분(3)의 하측에서 인접한 네크부분(4) 사이의 간극에 비하여 헤드부분(3) 사이의 비교적 작은 간극의 폭은 가스와 함께 유체유로 채널로 큰 고체입자, 예를 들어 암석 또는 퇴적물의 큰 고체입자가 통과하는 것을 방해하거나 방지할 수 있도록 한다.

실제로, 본 발명에 따른 내부코어배럴은 외부코어배럴내에 수용된다. 본문에서는 외부코어배럴과 내부코어배럴의 조합을 코어배럴이라 한다.

도 4, 도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 내부코어배럴 또는 코어배럴의 단부를 밀봉하기 위한 본 발명에 따른 캡핑 시스템(6)의 예시적인 실시형태를 보인 것이다. 캡핑 시스템(6)은 코어배럴의 단부를 삽입할 수 있는 형태와 크기를 갖는 단부개방형 하우징(7)을 포함한다.

도 5에서 보인 바와 같이, 하우징(7)의 내부에는 하우징(7)의 개방단부에 근접하여 배치된 한쌍의 밀폐링(11a, 11b)이 구비되어 있다. 실제로, 이들 밀폐링(11a, 11b)은 하우징(7)내에 수용된 코어배럴의 외면을 기밀하게 밀폐하는 기밀형 씨일을 형성한다.

캡핑 시스템은 또한 상부캡(8)과, 유량계를 수용하는 계기블록(9)을 포함한다. 이후 상세히 설명되는 바와 같이, 실제로 유체는 하우징(7)의 내부공간으로부터 상부캡(8)의 네크부분(12)을 지나 계기블록(9)을 통하여 유동한다.

도 7은 상부캡(8)의 상부측에서 계기블록(9)을 본 평면도이다. 이러한 계기블록은 유출구(10)를 가지며, 이는 수면 작업대 위치의 굴착플랫폼 또는 굴착선으로 연결되는 다른 튜브(도시하지 않았음)에 연결될 수 있다.

계기블록(9)에는 코어샘플로부터 유체의 유동을 측정하기 위한 유량계가 수용되어 있다. 이러한 유량계는 데이터 로거와 유량계 및/또는 데이터 로거에 전원을 공급하기 위한 배터리에 연결된다. 데이터 로거 및/또는 배터리는 계기블록(9)내에 수용될 수 있다. 유량계는 코리올리 유량계(coriolis flowmeter)이다. 이러한 유량계는 액체, 가스 및 액체와 가스의 혼합물의 유동을 측정하고 이들 사이를 식별하기 위한 3상 유량계일 수 있다. 이러한 유량계는 Bronkhurst로부터 공급된다.

데이터 로거는 주위압력이 사전에 결정된 범위내에 있을 때에만 전원이 배터리로부터 공급될 수 있도록 구성된 압력센서와 결합될 수 있다. 이는 배터리의 수명을 연장하는데 도움이 될 수 있다. 따라서, 데이터 로거는 해저나 수면 작업대에서 사용될 수는 있으나, 사전에 결정된 주위압력에서만 작동이 시작될 것이다. 사전에 결정된 주위압력은 가스 하이드레이트가 가스와 물로 해리되는 압력에 일치하도록 선택된다.

다른 방식으로 또는 부가적으로, 전원은 수면 작업대로부터 데이터 로거에 공급될 수 있다. 예를 들어 케이블 또는 무선 또는 음향이나 고주파연결과 같은 비접촉 연결 등의 데이터 링크가 데이터 로거로부터 수면 작업대의 설비에 제공되어 유동데이터의 실시간 분석이 이루어질 수 있도록 한다.

도 8은 도 6의 AA선 단면을 보인 것이다. 하우징(7)내에는 내부슬리이브(21)가 수용되어 있다. 내부슬리이브(21)는 상부로부터 하우징(7)의 내면에 결합되어 있으며 연장편(22)에 의하여 하우징(7)의 하측으로 미끌어져 이탈하는 것이 방지된다. 하우징(7)의 개방부는 내부공간(13) 보다 약간 좁다. 실제로, 밀폐링(11a, 11b)은 코어배럴(도시하지 않았음)의 외면에 기밀하게 밀폐되는 기밀형 씨일을 제공한다. 코어배럴의 단부는 내부공간(13) 내에 배치된다.

내부공간(13)은 그 단부면의 중앙에 배치된 유출구(16)를 갖는다. 유출구(16)는 통로(17)측으로 연장되며, 이러한 통로는 하우징(7)의 기다란 네크부분(18)을 통하여 연장되어 있다. 상부캡(8)의 네크부분(12)은 하우징(7)의 기다란 네크부분(18)의 단부부분을 둘러싸고 있다. 통로(17)는 상부캡(8)을 통하여 유출구(20) 측으로 연장되고 이에 계기블록(9)이 연결된다.

캡핑 시스템(6)은 하우징(7)내에 삽입된 코어배럴내의 코어샘플로부터 유량계측으로 유체의 유동이 이루어질 수 있도록 한다. 캡핑 시스템은 또한 하우징(7)내의 내부압력이 사전에 결정된 값에 도달하는 경우 작동되지 않도록 구성되어 있다. 스프링(15) 또는 다른 탄지수단이 내부공간(13)의 상부의 외면과 네크부분(18)을 둘레에서 네크부분(12)의 하측에 배치된 폐쇄부재(14)의 하측부 사이에 제공된다. 폐쇄부재(14)는 연장편(19)에 의하여 하우징(7)에 고정된다. 만약 내부공간(13)내에 압력이 생성되면, 슬리이브(21)가 스프링(15)에 대항하여 상측으로 이동되며 이는 폐쇄부재(14)가 하우징(7)의 외부로 향하도록 한다. 그리고 가스가 내부공간(13)으로부터 방출될 수 있다.

도 9와 도 10은 본 발명에 따른 내부코어배럴 또는 코어배럴의 단부를 밀폐하기 위한 본 발명에 따른 캡핑 시스템(6')의 예시적인 제2 실시형태를 보인 것이다. 캡핑 시스템(6')은 코어배럴의 단부를 삽입하기 위한 형태와 크기를 갖는 단부개방형 하우징(7')을 포함한다.

하우징(7')은 그 폐쇄단부에서 유량계(도시하지 않았음)를 수용하고 있는 계기하우징(23)에 연결된다. 실제로 유체는 네크부분(12'), 기다란 네크부분(18')과 베이스부분(24)을 통하여 하우징(7')의 내부공간으로부터 계기하우징(23)의 내부공간(25)으로 유동한다.

도 10에서 보인 바와 같이, 하우징(7')의 내측에는 하우징(7')의 개방단부에 비교적 근접하여 배치된 한쌍의 밀폐링(11a', 11b')가 구비되어 있다. 실제로, 밀폐링(11a', 11b')은 하우징(7')내에 삽입된 코어배럴의 외면에 기밀하게 밀폐되는 기밀형 씨일을 형성한다.

하우징(7')내에는 내부슬리이브(21')가 수용되어 있다. 내부슬리이브(21')는 상부로부터 하우징(7')의 내면에 결합되어 있으며 연장편(22)에 의하여 하우징(7')의 하측으로 미끌어져 이탈하는 것이 방지된다. 하우징(7')의 개방부는 내부공간(13') 보다 약간 좁다. 실제로, 밀폐링(11a', 11b')은 코어배럴(도시하지 않았음)의 외면에 기밀하게 밀폐되는 기밀형 씨일을 제공한다. 코어배럴의 단부는 내부공간(13') 내에 배치된다.

내부공간(13')은 그 단부면의 중앙에 배치된 유출구(16')를 갖는다. 유출구(16')는 통로(17')측으로 연장되며, 이러한 통로는 하우징(7')의 기다란 네크부분(18')을 통하여 연장되어 있다. 네크부분(12')은 하우징(7')의 기다란 네크부분(18')의 단부부분을 둘러싸고 있다. 통로(17')는 계기하우징(13')의 베이스부분(24) 측으로 연장된다.

캡핑 시스템(6')은 하우징(7')내에 삽입된 코어배럴내의 코어샘플로부터 계기하우징(23)의 내부공간(25)내에 배치된 유량계측으로 유체의 유동이 이루어질 수 있도록 한다. 캡핑 시스템(6')은 또한 하우징(7')내의 내부압력이 사전에 결정된 값에 도달하는 경우 작동되지 않도록 구성되어 있다. 스프링(15') 또는 다른 탄지수단이 내부공간(13')의 상부의 외면과 네크부분(18')을 둘레에서 네크부분(12')의 하측에 배치된 폐쇄부재(14')의 하측부 사이에 제공된다. 폐쇄부재(14')는 연장편(19')에 의하여 하우징(7')에 고정된다. 만약 내부공간(13')내에 압력이 생성되면, 슬리이브(21')가 스프링(15')에 대항하여 상측으로 이동되며 이는 폐쇄부재(14')가 하우징(7')의 외부로 향하도록 한다. 그리고 가스가 내부공간(13')으로부터 방출될 수 있다.

계기하우징(23)은 수면 작업대 위치에서 굴착 플랫폼 또는 선박으로 연장된 다른 튜브(도시하지 않았음)에 연결될 수 있는 유출구(26)를 갖는다. 도 10에서 보인 바와 같이, 유출구(26)는 나선형이어서 계기하우징(23)이 나선형 튜브 또는 파이프의 단부에 나선결합될 수 있다. 계기하우징(23)은 다른 적당한 수단에 의하여 다른 튜브에 연결될 수 있도록 구성될 수 있다.

계기하우징(23)의 내부공간(25)에는 코어샘플로부터 유체의 유동을 측정하기 위한 유량계가 수용되어 있다. 이러한 유량계는 데이터 로거와 유량계 및/또는 데이터 로거에 전원을 공급하기 위한 배터리에 연결된다. 데이터 로거 및/또는 배터리는 계기하우징(23)내에 수용될 수 있다. 유량계는 코리올리 유량계이다. 이러한 유량계는 액체, 가스 및 액체와 가스의 혼합물의 유동을 측정하고 이들 사이를 식별하기 위한 3상 유량계일 수 있다. 이러한 유량계는 Bronkhurst로부터 공급된다.

데이터 로거는 주위압력이 사전에 결정된 범위내에 있을 때에만 전원이 배터리로부터 공급될 수 있도록 구성된 압력센서와 결합될 수 있다. 이는 배터리의 수명을 연장하는데 도움이 될 수 있다. 따라서, 데이터 로거는 해저나 수면 작업대에서 사용될 수는 있으나, 사전에 결정된 주위압력에서만 작동이 시작될 것이다. 사전에 결정된 주위압력은 가스 하이드레이트가 가스와 물로 해리되는 압력에 일치하도록 선택된다.

다른 방식으로 또는 부가적으로, 전원은 수면 작업대로부터 데이터 로거에 공급될 수 있다. 예를 들어 케이블 또는 무선 또는 음향이나 고주파연결과 같은 비접촉 연결 등의 데이터 링크가 데이터 로거로부터 수면 작업대의 설비에 제공되어 유동데이터의 실시간 분석이 이루어질 수 있도록 한다.

이제 본 발명에 따른 방법의 예가 설명될 것이다.

코어샘플링장치가 다수의 코어샘플을 수집하기 위하여 해저에서 작동된다. 코어샘플링장치는 각 코어샘플을 본 발명에 따른 내부코어배럴과 비투과성 슬리이브로서 사용되는 외부배럴 측으로 이송하도록 작동할 수 있다. 그리고 본 발명에 따른 캡핑 시스템이 각 코어배럴의 상측단부에 배치된다. 각 코어배럴의 하측 단부 역시 캡으로 밀폐된다.

코어배럴과 캡핑 시스템의 조합을 코어배럴 조립체라 할 것이다.

코어샘플링장치에 의하여 이송된 모든 코어배럴 조립체가 코어샘플을 포함하고 있을 때, 코어샘플링장치는 해저로부터 사전에 결정된 깊이로 인상된다. 전형적으로, 사전에 결정된 깊이는 가스 하이드레이트 안정영역(GHZ; Gas Hydrate Stability Zone) 이상이다.

코어샘플에서 가스 하이드레이트 결정이 가스와 물로 해리되는 동안에 코어샘플링장치는 사전에 결정된 깊이에 정치된다.

각 캡핑 시스템에는 유량계와 데이터 로거가 구비되어 있다. 따라서, 각 코어샘플로부터 방출되는 가스의 양이 개별적으로 측정되고 기록된다. 코어샘플링장치에 고정된 각 코어샘플을 위한 유량계와 데이터 로거를 제공함으로서 보다 정확한 데이터를 수집할 수 있다.

유량계를 통과한 후에, 가스는 튜브 또는 도관을 통하여 수면 작업대까지 상측으로 유동한다.

유량계를 통하여 유동하는 가스의 양이 모든 가스 또는 실질적으로 모든 가스가 코어샘플로부터 방출되었을 것이라고 추정하도록 할 때, 각 코어샘플링장치가 수면 작업대, 예를 들어 굴착 플랫폼 또는 굴착선으로 회수된다. 수집된 코어샘플은 추가분석을 위하여 옮겨진다.

해저로부터 코어샘플링장치를 인상하기에 앞서 제자리에 배치하기 전에 코어배럴 조립체에 수집된 코어샘플을 배치하기 위하여, 캡핑 시스템이 수면 작업대에서 커어배럴에 부착되어 해저에 내려진다.

이러한 방법은 해저영역을 조사하기 위하여 여러 장소에서 반복된다.이러한 조사는 특별히 압력형 코어배럴기술에 비하여 비교적 신속하고 저렴하게 수행될 수 있다. 전형적으로 이러한 조사는 압력형 코어배럴을 수면 작업대로 옮기는 것에 관련된 기술을 이용하여 코어샘플당 15일이 소요될 것이다. 대조적으로, 본 발명의 장치와 방법은 이용한 조사에서는 시간을 현저히 줄이 수 있는바, 전형적으로 하나의 굴착공 또는 굴착지에 대하여 대략 24 시간이 소요된다. 이와 같이, 본 발명은 해저영역이 신속하고 정확하게 조사될 수 있도록 한다.

본 발명에 따른 내부 코어배럴 및/또는 캡핑 조립체의 사용은 특허문헌 WO 2011/082870에 기술된 방법의 속도와 정확도를 개선할 수 있다. 예를 들어, 이는 특정영역의 하이드레이트 분포가 보다 신속하고 정확하게 결정되거나 조사될 수 있도록 한다.

방향성 코어샘플을 획득하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 특허문헌 GB246829에 기술된 바와 같은 표본채취기(corer)가 이러한 표본채취기를 수면 작업대상으로 회수하기 전에 다수의 방향성 코어를 수집하는데 사용될 수 있다.

일부의 실시형태에서, 코어샘플은 모든 가스가 방출되기 전에 수면 작업대상으로 옮겨질 수 있다. 가스 하이드레이트가 완전히 해리되는 동안에 추가 측정과 분석이 수면 작업대 상에서 수행될 수 있다.

일부 실시형태에서, 코어샘플은 사전에 결정된 깊이에 정치되지 않을 수 있다. 이들은 측정과 분석을 위하여 직접 수면 작업대 상으로 옮겨질 수 있다. 만약 코어샘플이 직접 수면 작업대 상으로 옮겨지는 경우, 캡핑 시스템에는 유량계와 데이터 로거가 구비될 필요가 없다.

코어샘플링장치에 의하여 수집된 다수의 코어샘플 중에서 각 코어샘플에 대하여 유량계와 데이터 로거를 제공하는 대신에, 모든 코어샘플로부터의 가스유동이 모든 코어배럴 조립체로부터 연결된 접속장치의 하류측에 배치된 단일의 유량게와 데이처 로거에 의하여 함께 측정되도록 할 수 있다.

캡핑 시스템에는 코어배럴 조립체가 수면 작업대에서 감압될 필요가 있는 경우 사용될 수 있는 천공용 침이 구비될 수 있다.

본 발명에 따른 다른 방법에서, 코어샘플은 수심 및/또는 주위압력에 대하여 가스 및 유체의 유동을 기록하는 동안에 수주(water column)가 제기될 수 있다.

1: 반부분, 2: 평활외면, 3: 헤드부분, 4: 네크부분, 5; 만곡부, 6: 캡핑 시스템, 7: 단부개방형 하우징, 8: 상부캡, 9: 계기블록, 10: 유출구, 11a, 11b: 밀폐링, 12: 네크부분, 13: 내부공간, 14: 폐쇄부재, 15; 스프링, 16: 유출구, 17: 통로, 18: 기다란 네크부분, 19: 연장편, 20: 유출구, 21: 슬리이브, 22: 연장편, 23: 계기하우징, 24: 베이스부분, 25: 내부공간, 26: 유출구.