<사진. 다른 유정에 대하여 밸브의 개폐를 약간만 조정함으로써 유정 줄기에서 다른 유형을 얻을 수 있다.
출처. KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』>
생산정의 진동을 이용한 생산량 추정
석유 회사는 회사가 보유한 각각의 유정(well)이 얼마나 많은 양의 석유를 생산할 수 있는지 규명해야 하는 문제를 안고 있다. 과학자들은 각 유정이 자체적인 빈도수(frequency)를 가지고 있으며, 이러한 빈도수가 유정의 석유 생산량을 예측하는 방안이 될 수 있다고 믿고 있다.
석유/가스 시추 플랫폼으로부터 생산은 10~50개 사이의 유정을 이용하여 일어날 수 있다. 석유 회수를 극대화하기 위하여 운영자들은 생산 계획을 준비해야만 한다. 생산은 유정이 피해를 입지 않도록 예방하고 효율성을 유지하는 균형을 맞출 필요가 있으며, 이러한 과정은 각 유정이 얼마나 많이 생성하는가에 대한 지식을 필요로 한다. 그러나 이것은 다른 유정 줄기가 플랫폼으로 이동하기 위하여 단일 줄기에 결합되기 때문에 어려움이 따른다.
노르웨이 과학기술 대학(NTNU: Norwegian University of Science and Technology)과 스칸디나비아에 위치한 가장 큰 연구 기관인 SINTEF(Stiftelsen for industriell og teknisk forskning ved NTH) 소속의 연구진은 유정을 테스트하고 보다 더 쉽고 저렴한 방안으로 모니터링할 수 있는 아이디어를 생각해냈다. 다른 유정 사이의 차이를 구분하기 위하여 연구진은 각 유정이 가지고 있는 진동수를 이용하는 SmartX라고 명명하는 방안을 제공했다.
1. SmartX
각 유정은 가스 또는 석유의 흐름을 규제하기 위하여 운영자가 개방 또는 밀폐할 수 있는 초크 밸브(choke valve)로 채워져 있다.
연구진은 다른 유정에 대하여 밸브를 어떻게 개방 또는 밀폐하는지를 약간만 달리하여, 유정 줄기에서 다른 유형을 얻을 수 있었다고 SINTEF 소속의 연구진인 Federico Zenith는 설명했다. 예를 들면, 만약 밸브가 처음에 50% 열린다면, 운영자는 51%까지 증가시킬 수 있으며, 이후 밸브는 49%까지 감소되고, 다시 50%로 복귀한다. 이후 이러한 순환은 반복될 수 있다. 리듬 또는 빈도수는 얼마나 신속하게 또는 느리게 변화가 만들어지는지를 기반으로 생성된다. 따라서 연구진은 빠른 또는 느린 유정을 생성할 수 있으며, 또는 두 유정 사이에 표현되는 변화를 생성할 수 있다.
플랫폼 제어실에 배치된 스크린 상에서, 석유 생산에 관여하는 모든 유정으로부터 결합된 생산의 누적된 디스플레이는 다소 불규칙하게 나타날 것이지만, 연구진은 다른 신호를 구분하기 위하여 수학과 빈도수 분석을 적용하여, 각 개별적인 유정에 대한 생산 자료(production data)를 얻을 수 있다.
A와 B 유정의 특징적인 빈도수를 알 때, 각 유정이 얼마나 많은 탄화수소를 생산할 수 있는지 결정할 수 있다. 이 방법은 각 유정으로부터 생산 특성을 추적할 수 있다고 Zenith는 밝혔다.
2. 저렴한 방안
현재 다른 유정으로부터 유래한 생산 자료는 차례로 하나씩 측정되어야만 한다. 첫째로, 의심스러운 유정은 공학자들이 몇 시간의 기간에 걸쳐 압력에서 이어지는 변화를 기반으로 유정과 저장소의 계산을 이끌어 낼 수 있도록 갑자기 닫힐 필요가 있다. 이러한 측정은 시간이 소요되고 자료가 필요한 매 순간마다 생산을 중단할 필요가 있어 고가의 비용이 소요된다. 이러한 운영이 특정 위험을 수반하고 있기 때문에, 많은 안전 공정이 수행될 필요가 있다.
대체 접근은 각 유정에 대한 개선된 측정 장치를 설치하는 것이지만, 이것은 구매가 비싸고 집중적인 유지를 요구한다. 반대로 새로운 개념은 새로운 시스템에서 최소의 투자만을 요구한다.
SmartX의 비용은 밸브 운영자의 월급과 동일한 수준이 될 것이라고 NTNU 소속의 Bjarne Foss 교수는 밝혔다. 노르웨이의 석유와 가스 제조사에게 제공할 수 있는 유익한 점은 비용 절감에 초점을 맞추고 있다는 점이다. 제조사들은 이미 장치에 많은 비용을 투자하고 있으며, 생각다 못해 수립된 전통적인 방법에 새로운 변화를 찾고 있다고 그는 밝혔다.
연구진은 현재 네트워크를 통하여 방법을 개선하는 다른 방안을 연구 중이다. 또 연구진은 측정 공정을 자동화하는 방안을 연구하고 있다고 Zenith는 밝혔다. 오늘날 관리자는 테이블에서 지침을 기반으로 각 유정에 대한 초크를 앉아서 수동으로 제어할 필요가 있을 것이다. 연구진은 수동 제어의 필요성을 제거하기를 바라고 있다.
3. 테스트와 특허
이 방법은 이미 연안 가스와 석유 유정에 대하여 테스트됐으며 결과는 상당히 유망하다. 게다가 이러한 아이디어는 노르웨이와 몇몇 다른 국가에서 특허 출원됐다.
SmartX는 IO(Centre for Integrated Operations) 내에서 수행된 프로젝트의 일환으로 개발됐다. SINTEF, NTNU 및 IFE(Institutt for energiteknikk) 등이 참여했으며, SmartX는 연구소가 어떻게 기능을 의도하고 있는지 완벽하게 보여주었다. 이러한 연구는 연구와 산업계 사이에 뛰어난 매칭을 이룬 사례라고 Bjarne Foss는 밝혔다.
■ KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 http://mirian.kisti.re.kr