석유는 어떻게 생산되나요? (생산 시스템, 생산정, 해양 플랫폼, 운송 파이프라인, 육상 터미널)
안녕하세요 오일드림 서포터즈 박재경 입니다.
지난 포스팅에서는 다소 생소한 생산공학의 개념이 무엇인지에 대해 설명드렸습니다.
전혀 이해하셨나요? 오늘은 생산공학에 대한 두 번째 포스팅으로 석유생산의 핵심이라 할 수 있는 생산시스템에 대해 이야기해 보려고 합니다.
생산시스템이란 지하 저장소에서 생산된 원유에 포함된 불순물을 제거하고, 원유와 가스를 분리하여 최종 판매자에게 보내는 일련의 공정을 말합니다.
생산엔지니어링의 관점에서는 저비용, 고효율로 석유 생산을 극대화하는 것이 목표이므로 생산엔지니어링 전문가가 생산 시스템에 포함된 생산 유정과 지상 생산 시설을 이해하는 것은 매우 중요합니다.
일반적으로 생산시스템은 크게 해저생산시설, 해양플랫폼, 수송파이프라인, 육상터미널 등으로 구성되는데, 예를 들어 해양의 경우에는 이렇다.
(그림 1. 해상 석유가스전 개략도 참조) 그림 1. 해상 석유가스전 개략도(동해-1 가스전) 이제 석유가 생산되는 일련의 공정을 간략하게 설명하겠습니다.
생산 시스템. (그림 2. 해상 유전 생산 공정 참조) 먼저, 원유, 물, 가스의 혼합유체가 저류층에서 생산정으로 유입되면 생산관을 통해 지상(바닥)에서 해저로 흘러간다.
(튜빙)이 생산정에 설치되었습니다.
다수의 생산정에서 생산된 혼합유체는 ②해저 매니폴드에 포집된 후 ③생산유동라인을 거쳐 해양플랫폼으로 이동됩니다.
먼저 ④분리기를 거쳐 원유, 물, 가스로 분리됩니다.
원유는 ⑤원유저장탱크로 이송된 후 ⑥부스터펌프를 거쳐 원유배관망으로 이송되고, 물은 ⑦저수조, ⑧물주입펌프로 이송됩니다.
이는 땅에 주입되어 저수지 압력을 보충하는 데 사용됩니다.
가스는 전기를 생산하기 위한 발전기의 연료로 사용되거나, 가스 리프팅*을 위해 생산 파이프에 주입되어 생산을 보조하거나, 가스 소각탑으로 이송되어 긴급 상황에서 문제가 발생한 경우 소각되는 등 다양한 용도로 사용됩니다.
시설. , 최종적으로 남은 잉여 가스는 가압기의 압력을 받아 가스 배관망으로 보내져 판매됩니다.
마지막으로 육상 터미널에 도착한 원유 및 가스는 특정 사양을 충족시키기 위한 최종 가공 과정을 거쳐 최종 판매자에게 전달됩니다.
결론적으로 지하층에서 생산된 석유가 수익성을 갖기 위해서는 일련의 생산시스템을 거쳐야 하므로 생산공학에서 매우 중요한 부분이다.
이제 생산 시스템을 구성하는 주요 요소에 대해 자세히 살펴보겠습니다.
그림 2. 해양 유전 생산 공정 * 가스 리프팅(Gas Lifting) : 생성된 가스를 튜빙에 주입해 혼합 유체 생성을 돕는 방식. 물과 원유에 비해 상대적으로 비중(무게)이 가벼운 가스가 튜빙에 혼합되어 있기 때문에 생산배관 내의 혼합유체는 가벼워지고(바닥에서 유체를 끌어당기기 쉬워짐), 가스버블이 발생하고, 정상에 오르다.
1. 생산정 생산정이란 석유를 지표면으로 생산하는 유정을 말하며, 크게 지하에 설치하는 유정과 지표에 설치하는 유정으로 구분됩니다.
(그림 3. 일반적인 생산정 시스템 참조) 보어 장비는 오일이 저장소에서 표면으로 흐를 수 있는 통로 역할을 하며, 보어 벽을 지지하는 보호관인 케이싱과 튜빙으로 구성됩니다.
, 이는 석유 생산 파이프입니다.
이 두 가지 유형의 강관은 몇 달에서 수십 년 동안 석유를 생산할 수 있는 내구성 있는 재료로 만들어졌습니다.
이제 케이싱과 튜빙 설치가 완료되면 저유조와 접촉하는 케이싱 주변에 미세한 폭약을 폭발시켜 저유기에서 홀 안으로 오일이 흘러나오도록 함으로써 인위적으로 보호관에 구멍을 뚫는다.
이것을 드릴링 작업이라고 합니다.
천공 후 튜빙 하단에 패커(Packer)를 설치하여 튜빙과 케이싱 사이의 빈 공간을 천공부로부터 격리시켜 천공부에서 유입되는 오일이 튜빙 내부로만 유입될 수 있도록 한다.
일반적으로 튜빙(생산관)의 직경이 클수록 더 높은 유속을 생산할 수 있으나, 직경이 너무 크면 바닥에서 지상으로 끌어올리는데 많은 에너지가 소모될 수 있으므로 저수조의 에너지(압력)에 따라 최적의 크기를 설계하는 것이 중요합니다.
이는 생산 엔지니어가 수행하는 중요한 작업 중 하나입니다.
유정 장비는 흔히 “크리스마스 트리”라고 불리며, 그 역할은 압력 및 온도 게이지를 통해 실시간 유정 데이터를 모니터링하고 부착된 다양한 제어 밸브를 열고 닫아 유정에서 땅으로 흐르는 오일의 흐름을 제어하는 것입니다.
내가 해냈어. 결국 석유를 지하에서 지상으로 이동시키고 생산정 장비를 통해 생산을 조절하기 때문에 생산 엔지니어들이 최적의 시스템 구축에 가장 많은 노력을 기울이는 부분이다.
그림 3. 대표적인 생산정 시스템(ⓒ석유생산엔지니어링, 해외자원개발협회) 2. 해양플랫폼(일명 생산시설) 해양플랫폼 내에는 생산을 통해 지상으로 유입되는 혼합유체를 분리 처리하는 생산시설이 많다.
잘. 설치되어 있습니다.
주로 혼합유체를 원유, 가스, 물로 분리하는 분리기, 원유를 파이프라인 네트워크로 밀어넣고 물을 지반에 주입하는 펌프, 가스를 파이프라인 네트워크로 전달하기 위해 가스 압력을 높이는 가압기 , 각종 저장탱크 등으로 구성되어 있다.
그림 4. 해상플랫폼 사진(베트남 15-1군) 생산된 혼합유체가 해상플랫폼에 도달하면 가장 먼저 마주치는 장비는 분리기이다.
혼합유체는 보통 3상(원유, 가스, 물)으로 분리기로 유입되며, 가벼운 가스는 분리기 상부로 부상하여 빨간색으로 표시된 방향으로 배출됩니다.
물탱크를 채우듯 물과 원유가 바닥부터 채워지며, 원유는 물보다 밀도가 높습니다.
밀도가 낮기 때문에 위쪽으로 떠서 녹색 화살표처럼 내부에 설치된 칸막이를 지나 원유만 분리됩니다.
이는 시간이 지나면서 물이 바닥으로 가라앉고, 바닥에 모인 물은 바닥으로 배출(파란색 화살표 방향)되어 분리되는 원리로 이해하시면 될 것 같습니다.
그림 5. 수평 3상 분리기 모식도 및 사진(ⓒKIMRAY Inc.) 이렇게 분리된 원유는 배관망(파이프라인)을 통해 육상 터미널로 이송되고, 부스터 펌프를 이용해 물리적인 에너지를 생성한다.
원활한 운송을 위한 힘. ) 사용. 다른 유전의 원유는 이미 원유 파이프라인 네트워크에 고압으로 흐르고 있기 때문에, 우리가 생산하는 원유가 파이프라인 네트워크로 유입될 수 있도록 펌프를 통해 충분한 에너지를 증가시켜야 합니다.
마찬가지로, 분리된 물을 물주입펌프를 이용하여 지층에 고압으로 주입하여 저류층에 원유가 생산될 때 생성되는 빈 공극을 채워 저류층의 압력을 보충하거나(수축된 풍선을 다시 부풀리는 원리), 또는 빈 공간에 원유를 펌핑합니다.
밀어내서 생산량을 늘리는 역할을 합니다.
지층에 물을 주입할 필요가 없을 경우 깨끗한 정화과정을 거쳐 바다로 방류됩니다.
압축기는 말 그대로 압력을 가하는 장치로, 분리기에서 분리된 가스가 판매용 배관망으로 보내지면 압축기를 통과하면서 유동압력을 얻게 된다.
배관망의 압력이 너무 높은 경우 등 필요한 경우 여러 개의 가압기를 여러 단계로 설치하여 압력을 충분히 높입니다.
그림 6. 물분사펌프(좌)와 가압기(우) 모듈 사진 외에 각종 시설의 동력원인 가스발생기, 생산된 원유와 물을 송출하기 전 임시로 저장할 수 있는 저장탱크가 있다.
외부로 나가고, 작업자들이 먹고 자는 공간이다.
거주 공간도 해양 플랫폼 내에 있습니다.
3. 수송 파이프라인 수송 파이프라인은 해상 플랫폼 내의 각종 시설을 통해 분리된 원유 및 가스를 육상 터미널까지 수송하는 통로(배관망)라 할 수 있다.
실제로 해저 유동선과 크게 다르지 않지만 다량의 원유나 가스가 모여서 흐르기 때문에 직경이 매우 크고 손상 없이 오랫동안 견뎌야 하므로 제작하여 연결하게 된다.
견고한 강철 파이프를 사용하여 해저에 설치합니다.
파이프라인 운송은 장거리, 다양한 환경 조건에서도 석유를 원활하게 운송할 수 있어야 합니다.
특히, 가장 중요한 파이프라인의 크기는 현장에서 요구되는 압력 및 유체 흐름 특성에 따라 결정되며, 이 경우 생산 설비 엔지니어와 생산 엔지니어 간의 협업이 매우 중요합니다.
생산엔지니어는 몇 년간 생산량이 얼마나 될지에 대한 생산 예측을 제공하고, 생산설비 엔지니어는 오랫동안 안전하게 작동할 수 있는 최적의 강관 설계를 담당한다.
그림 7. 육상 수송 파이프라인 사진 (출처: Gas Outlook) 4. 육상 터미널 최종적으로 수송 파이프라인을 통해 육상 터미널에 도착한 원유 및 가스는 판매자가 원하는 사양으로 가공된 후 최종적으로 보내집니다.
파는 사람. 백펌프와 가압기를 거쳐 판매자에게 보내집니다.
원유의 경우 원유에 함유된 불순물과 수분을 제거하고, 중유의 경우 비중을 낮추기 위해 일부 경유를 혼합합니다.
가스의 경우 가스에 포함된 수분을 최대한 제거하고, 칼로리 함량이 낮을 경우 프로판을 혼합하여 판매자가 원하는 칼로리 함량을 조절한다.
많은 과정을 거친다는 것은 결국 비용이 발생한다는 뜻이겠죠? 석유와 가스전마다 원유와 가스의 구성 성분이 다르고 해당 특성도 다르기 때문에 필요한 장비도 다릅니다.
지금까지 생산 시스템이 무엇인지, 그리고 그 구성 요소에 대해 설명했습니다.
다양한 생산 현장을 경험하면서 실제로 느낀 점을 조금 적어보려고 했는데, 이웃님들께 잘 전달이 되었는지 모르겠습니다.
다음번에는 저수지에서 시추공으로 유입된 유체가 생산관을 통해 표면으로 흘러나오는 원리에 대해 설명하겠습니다.
다음에 또 만나요~~ 땅 속 기름이 제품이 될 때까지 (feat. 한국석유공사 역할) 안녕하세요. 오일드림 이웃 여러분, 한국석유공사 대학생 인턴 정지영 입니다.
저는 전… blog.naver.com 석유와 한국석유공사 (에너지안보, 산유국, 저탄소 신에너지, 탄소중립정책) 안녕하세요. 2024년 대한석유공사 서포터 유한서입니다 🙂 2024년 한 해 동안의 대한석유공사와 관련하여… blog.naver.com