해상 석유 탐사 및 생산에는 운영 효율성을 높이고 석유 저장소의 복구를 개선하기 위한 새로운 방법이 필요하므로 광섬유에 대한 면밀한 검토가 이루어지고 있습니다. 광섬유는 구리 케이블보다 장거리에서 더 높은 데이터 속도를 전달하는 것으로 알려져 있습니다. 해양 시추 작업이 더 깊은 바다와 더 깊은 유정으로 계속 이동함에 따라 운영자는 개별 유정과 유정에서 상부 전달 또는 육상 기반 플랫폼까지의 전체 생산 체인에 대한 실시간 정보와 분석을 추구하고 있습니다.
전체 시스템에 대한 해저 처리 및 향상된 모니터링은 더 많은 데이터가 생성됨을 의미하므로 광섬유의 높은 대역폭과 더 긴 전송 거리가 더욱 매력적입니다. 시스템 전반에 걸쳐 수집할 수 있는 정보가 많을수록 분석은 더욱 정교해집니다. 데이터는 현재 상태에 대한 명확한 실시간 그림을 제공할 뿐만 아니라 정교한 예측 모델링의 기초를 형성합니다.
이러한 모니터링 및 분석은 운영 효율성을 높이는 것 외에도 기업이 투자 수익을 높이는 데 도움이 됩니다. 광섬유 시스템은 일반적으로 전기 시스템보다 설치 비용이 더 많이 들 수 있지만, 높은 초기 비용은 장기적인 생산 효율성으로 인한 절감 효과로 상쇄됩니다.
기업들은 운영 효율성 향상, 석유 및 가스 회수율 향상, 우수한 유전 관리를 통해 투자 회수 기간이 단축된다는 사실을 깨닫고 있습니다. 섬유와 구리의 비용/이점에 대한 분석은 특정 응용 분야와 유전에 따라 달라집니다. 운영자의 경제적 피드백은 환영할 만한 정보이지만 운영의 기밀성을 보호하기 위해 제공되는 경우는 거의 없습니다.
패시브 광섬유 기반 감지
또한 광섬유는 영구 모니터링과 온도, 압력 및 기타 데이터 수집에 점점 더 매력적이 되고 있습니다.
광섬유는 분산 감지 시스템을 만드는 데 탁월합니다. 이 경우 광섬유 자체가 센서입니다. 압력이나 온도의 변화는 후방 산란 프로필을 변경하므로 후방 산란된 빛을 모니터링하여 매우 정확한 측정이 가능합니다. 섬유 내에서 빛의 속도는 잘 알려져 있기 때문에 후방 산란된 빛은 측정 크기와 섬유 길이에 따른 위치에 대한 정보를 모두 보여줍니다.
섬유 기반 분산 감지는 이제 해양 석유 및 가스 산업에서 여러 응용 분야에 일반적으로 사용됩니다.
• 우물에서 무슨 일이 일어나고 있는지 더 잘 이해하기 위해 저수지를 모니터링하고 우물 내 데이터를 검색합니다.
• 배관 누수 감지
• 온도를 측정하고 전기 가열 파이프라인에서 수화물 형성을 방지합니다.
• 유연한 라이저/유선의 기계적 구조 변형 및 온도를 모니터링합니다.
해저 감지 시스템은 완전히 수동형이 되어 전기 센서에 전력을 공급할 필요가 없습니다. 섬유는 지진 탐사에서 음향 센서로 사용될 수도 있습니다.
광섬유가 반드시 보편적인 대답은 아닙니다. 예를 들어 저수지 감시 애플리케이션에서 광섬유 시스템은 구리 기반 센서가 살아남을 수 없는 150°C 이상의 극한 온도 요구 사항을 제외하고 표준 전기 통신 시스템을 대체하지 않습니다. 그럼에도 불구하고 광섬유 시스템은 추가적이고 보완적인 감지 기능을 제공합니다.
정보 전달 용량 및 감지 측면에서 광섬유 기술의 장점에도 불구하고 해저 석유 생산에서는 다른 산업만큼 채택이 빠르지 않습니다. 광섬유는 깨지기 쉬운 것처럼 보이지만 실제로는 매우 견고합니다. 권장 설치 방법을 적용하면 광섬유 시스템은 유지 관리 없이 최소 30년 수명이라는 일반적인 업계 요구 사항을 준수할 수 있습니다. 따라서 장비가 심해 해저 및 우물 내 환경 조건을 견뎌야 하는 경우에도 신뢰성은 매우 중요합니다. 심해 수위에서 온도는 일반적으로 0~3°C 사이인 반면, 지하수 온도는 200°C에 도달할 수 있습니다.
최대 15,000피트까지 배치된 심해 시스템의 설계 목표는 6,600psi의 해수 정수압과 20,000psi의 수원 압력을 견딜 수 있습니다. 광섬유 해저 및 다운홀 시스템
다운홀부터 상부까지 엔드투엔드 광섬유 솔루션을 갖추는 것이 실행 가능한 솔루션입니다. 그림 1은 일반적인 시스템을 보여줍니다. 우물 위에 있는 시스템은 많은 시스템이 크리스마스 트리와 유사하기 때문에 "크리스마스 트리"로 알려져 있습니다. 크리스마스 트리는 수직(그림 왼쪽) 또는 수평(그림 오른쪽)으로 구성할 수 있습니다. 두 구성 모두에서 연결 요구 사항은 동일하게 유지됩니다. 즉, 오른쪽에서 호출되는 내용은 왼쪽에서도 동일합니다.
크기와 무게의 제약으로 인해 해저 시스템의 해상 배치는 여러 단계로 수행됩니다. 이것이 바로 해저 스마트 시스템이 광섬유 센서, 케이블 및 연결 솔루션(접속 상자, 건식 결합 및 습식 결합 커넥터)을 사용하는 이유입니다.이러한 시스템 조합의 주요 기능은 유정이나 해저 및 상부 데이터 수집 시스템에 설치된 광섬유 센서 간에 광학 연속성을 제공하는 것입니다. 이차적이지만 더 중요한 기능은 외부의 열악한 환경에 대해 시스템 무결성을 보장하는 압력 억제입니다. 간편한 설치를 위해 해저 모듈 사이에 광학 링크를 제공하는 광섬유 커넥터가 필요합니다. 시스템은 해저에 통합된 별도의 모듈로 배포되는 경우가 많습니다. 건식 결합 가능 커넥터는 모듈 내부 또는 상단에 조립된 모듈 사이에 사용됩니다. 결합하는 동안 해저수와 압력을 견딜 수 있지만 수중 결합용으로 설계되지 않았습니다. 그림 2에서 볼 수 있듯이 Dry-Mate 커넥터는 정밀 세라믹 페룰을 사용하는 군용/항공우주 원형 커넥터 사용자에게 친숙할 것입니다.
습식 결합 가능 커넥터는 상단에서 결합할 수 있지만 기본 목적은 원격 작동 차량(ROV), 다이버 또는 작동 시스템을 통해 배포한 후 해저에 연결하는 것입니다. 이를 통해 모듈을 현장에서 상호 연결할 수 있습니다. 습식 결합 커넥터는 건식 결합 커넥터보다 설계가 더 복잡합니다. 결합된 커넥터와 결합되지 않은 커넥터 모두에 대해 밀봉된 인터페이스를 유지해야 하는데, 이는 심해 수압으로 인해 어려운 일입니다.
작동 및 설계 수명 전반에 걸쳐 절연을 유지하기 위해 커넥터는 오일로 채워지고 압력 균형을 이룹니다. 블래더 또는 피스톤 메커니즘은 커넥터의 내부 압력을 외부 수압과 동일하게 만듭니다. 이는 씰과 와이퍼 전체에 차압을 허용하지 않습니다.
광학 커넥터와 관련된 광섬유 침투기는 외부 환경으로부터 밀봉 무결성을 달성하거나 광학 피드스루 기능을 제공하면서 다른 챔버를 분리하기 위해 개발되었습니다. 침투기는 저장소 압력에 연결될 때 차압(5,000psi, 10,000psi, 15,000psi)을 견딜 수 있는 등급입니다.
가능하다면 해저 모듈은 압력 균형을 이룹니다. 즉, 유체가 채워지고 유체가 모듈 외부와 동일한 해수압으로 조정됩니다. 이를 통해 차압을 견디는 데 씰이 필요하지 않으므로 벽이 더 얇아지고 무게가 줄어들며 신뢰성이 높아집니다. 전자 장치나 기타 장치를 포함하는 일부 모듈은 대기압보다 높은 압력을 견딜 수 없습니다.
따라서 모듈에 물이 침수되는 것을 방지하기 위해 광섬유 침투 장치가 사용됩니다. 저수지 폐쇄 압력에 잠재적으로 노출될 수 있는 해저 펌프 및 유정과 같은 다른 장치에서는 고온과 결합하면 압력 등급이 최대 15,000psi까지 올라갈 수 있습니다.
침투기는 환경적으로 중요한 기능을 수행합니다. 광학적 오류는 감지 기능의 손실을 의미하지만 기계적 오류는 유정에서 환경으로 유체를 방출합니다.
강력한 케이블로 섬유를 보호합니다
섬유는 인장 강도가 높아 세로 방향으로 잡아당기는 것을 견딜 수 있지만 올바르게 보호하지 않으면 쉽게 부서지거나 손상될 수 있습니다. 결과적으로 광섬유 케이블에는 일반적으로 자체 외장이 있습니다. 일반적으로 아라미드 얀이 사용되지만 보다 견고한 디자인에는 금속 외장이 필요합니다. 높은 정수압 적용 압력은 섬유의 감쇠를 증가시킬 수 있습니다. 다음 세 가지 접근 방식을 사용할 수 있습니다.
FIST(Fiber in Steel Tube) - 섬유를 단단한 스테인리스 스틸 튜브에 넣어 정수압, 고온 및 부식성 환경으로부터 보호합니다. FIST 포장은 튜브 내에 느슨하게 고정되고 젤로 캡슐화된 여러 개의 섬유를 수용할 수 있는 느슨한 튜브 디자인입니다. 섬유는 튜브 내에서 "떠다니기" 때문에 섬유 길이가 튜브보다 약간 길어서 변형이 적습니다. FIST 기술은 가장 간단하고 저렴한 접근 방식이며 튜브의 응력을 분리하여 섬유에 낮은 변형을 유지합니다. 설치 또는 사용 중에 케이블이 늘어나면 여분의 섬유가 긴장 없이 늘어남을 수용할 수 있습니다. 느슨한 튜브 설계는 극한의 온도 변화에도 매우 관대하지만 극한 깊이 및 케이블 길이와 같은 가장 견고한 응용 분야에는 적합하지 않습니다. FIST는 또한 튜브에 다중 광섬유의 고밀도 패키징을 제공하며 세 가지 옵션 중 종단 처리가 가장 쉽습니다.
STEEL-LIGHT 장갑 – 이 옵션은 섬유 버퍼 주위에 동심원으로 배열된 정확한 크기의 쟁기 강철 가닥을 사용하여 섬유가 파손되지 않도록 보호합니다.
ELECTRO-LIGHT 장갑 – STEEL-LIGHT 장갑과 유사하지만 강철 대신 구리를 사용합니다. 구리는 또한 복합 케이블을 더 작은 외부 직경으로 설계할 수 있도록 전원으로 사용할 수도 있습니다.
STEEL-LIGHT 및 ELECTRO-LIGHT 섬유 요소는 모두 포장에 대한 긴밀하게 완충된 접근 방식입니다. 타이트 버퍼링은 보다 신중한 제조가 필요하지만 매우 동적인 애플리케이션에서 더 나은 성능을 제공하며 가장 견고한 선택입니다. STEEL-LIGHT 장갑은 가장 견고하며 10,000psi의 정수압을 견딜 수 있도록 설계되었습니다.
섬유의 밝은 미래
최근 석유 시장의 불확실성으로 인해 생산 효율성을 높여야 할 필요성이 강조되고 있습니다. 진화하는 기술은 석유 및 가스 생산을 향상시킬 뿐만 아니라 해양 유전의 수명을 관리하고 연장하기 위한 새로운 자원에 대한 접근을 제공합니다. 센서가 제공하는 정보는 운영자에게 조건에 대한 전례 없는 통찰력을 제공하고 실시간 운영 조정 및 장기 예측 모델링을 가능하게 합니다.
성공적인 광섬유 파일럿 시스템은 지난 10년 동안 배포되었으며 귀중한 데이터를 제공하고 고압 및 온도에서 안정적인 광학 성능을 제공합니다. 광섬유는 현재와 미래의 탐사 및 복구 문제를 해결하기 위한 훌륭한 도구이므로 광범위한 채택이 필수적입니다.
게시 시간: 2019년 9월 24일