Study on Parameters for Optimum Design of Integrated Subsea System

Abstract The mitigation of gap between technology and it's applicability in the oil and gas industry has led to a rapid development of deepwater resources. Historically, subsea wells have good track records. However, an ever increasing water depths and harsher environmen ts being encountered are currently posing challenges to subsea pro duction. Complex subsea systems are now being deployed in ways rarely encountered in previous development schemes. These incre asingly complex systems present a number of technical challenge s.This study presents the challenges in subsea production systems , considering the technical and safety issues in design and ins tallationassociated with current development modality. Keywords: Subsea control system(SCS, 해저생산제어시스템), Subsea production system (SPS, 해저생산시스템), X-Tree(생산정), Well(유정), Umbilical(생산제어용 유체 공급라인), Subsea control module(SCM, 해저생산제어 모쥴), Fishing friendly structure(FFS, 해저설비보호구조) 1. 서 론 국제 에너지 기구(IEA, International Enery Agency)에 따르면 2010년 현재 일일 석유 생산량은 약 8천9백만 배럴이며 중국, 인도 등 신흥개발도상국의 빠른 경제 성장으로 인해 지속적인 에너지 수요 증가가 예상되고 있으나 2030년 일일 석유생산량이 약 1억배럴 수준으로 예측되고 있어 향후 전세계적인 에너지 공급 부족 현상이 발생할 가능성이 높아지고 있다. 현재 대체 에너지원으로 주목받고 있는 수소, 풍력, 태양열, 지열, 조력 등 신재생 에너지는 2035년까지 약 3배의 수요 증가가 예상(IEA World Energy Outlook, 2010) 되기도 하나, 연료 효율 및 막대한 초기투자비용과 유가 안정에 따른 정책적 지원 감소 등에 따른 영향으로 석유 수요에 영향을 미치기에는 상당한 시간을 필요로 할 것으로 예측되며, 원자력 또한 지난해 일본의 원전 사고 이후 위험 관리 측면에서 부정적인 평가를 받고 있어 과거 경제성 등을 이유로 보류되었던 심해 유전에 대한 개발 요구가 오히려 더욱 증가되고 있는 상황이다(Choi, 2008). 현재 심해 유전개발은 이미 2003년 ChevronTexaco사에서 Gulf of Mexico(GOM) Toledo 지역 최대수심 3052m까지 Drilling에 성공(Offshore, 2005) 함으로써 수심 3000m 시대를 열었으며, 현재도 높은 기술 수준과 Know-how를 보유한 선진 소수업체들이 독점적 위치에서 오일 메이저 업체들과 장기간 관계를 유지하고 있어 초기 기술이전 및 시장진입에 상당한 애로가 예상된다(Devegowa, 2003; Leffler, et al., 2003).심해저 생산 설비 시장은 향후 5~6년간 전 세계적으로 약 40조원의 규모로 예측되고 있으며 중국이나 인도의 경제 성장에 따라 오일 소비량은 더욱 확대될 것으로 예측되고 있다. 현재 일일 생산량 중 약 1천만 배럴 정도가 심해저에서 생산되고 있으며 육상이나 연안의 경우 이미 개발이 성숙단계에 진입하여 획기적인 생산량 증가가 불가능하기 때문에 심해저에 대한 개발 요구는 앞으로 더욱 확대될 전망이나, 국내의 기술력은 거의 전무한 상태이며 최근에서야 정부 주도의 신성장 동력 사업 및 국책과제로 해당 분야에 대한 기술개발이 추진 중인 상황이나 국내 기업의 시장 조기 진입을 위해서는 관련 기술의 체계적인 정리와 소개가 필수적이며 지속적으로 요구되는 시점이다.이에 본 연구에서는 2010년 BP사의 오일유출사건 조사 (Choi, et al., 2011)와 그 동안의 Subsea System에 대한 광범위한 조사와 설계 및 설치 경험을 바탕으로 해저 생산 및 제어 시스템의 특징 및 주요 구성 장비 소개와 설계시 고려되어야 할 요소에 대해 기술하고, 최적설계 수행 결과를 예시하였다. Vol. 49, No. 4, pp. 340-349, August 2012http://dx.doi.org/10.3744/SNAK.2012.49.4.340대한조선학회논문집Journal of the Society of Naval Architects of Korea