EHMUX 시스템의 반응 시간에 대한 민감도해석

Abstract

19세기 말, California의 Santa Barbara Channel을 시작으로 해상에서 석유를 생산하는 설비들이 개발되기 시작했다. 초기에는 수심이 얕은 천수 영역이 중점적으로 개발되었지만, 점차 영역을 넓혀서 최근에는 ultra-deep water라 불리는 수심 6,000 ft이상의 해저지역에서도 석유와 가스 생산을 활발히 진행하고 있다. 하지만, 이러한 심해저 유전 개발은 많은 기술적인 어려움을 가지고 있다. 높은 압력과 높은 온도라는 가혹한 환경 속에서 효율적이고 안전하게 석유와 가스를 생산하기 위해서는 많은 생산 장비와 안전 설비들이 필요하다. 그리고 무엇보다 이러한 안전 설비들이 필요한 때에 적절한 속도로 작동하여 사고를 미연에 방지하고, 생산에 차질이 없도록 하는 것이 중요한 사안일 것이다. 해저 생산 제어 시스템은 유정으로부터 석유나 가스를 생산하기 위해 필요로 하는 모든 설비들을 제어하는 시스템을 의미한다. 초기 천수 영역에서는 플랫폼에서의 신호와 심해저에 설치된 장비를 구동하는 동력을 모두 유압을 이용하는 Direct Hydraulic 제어 시스템을 사용하였다. 하지만, 심해영역에서는 유압만을 사용하는 제어 시스템은 반응 시간이 늦고, 필요한 유압 라인의 수가 너무 많다는 한계점을 가지고 있다. 따라서 전기 신호와 유압을 동시에 사용하는 Multiplex ElectroHydraulic 제어 시스템이 개발되어, 현재에 이르기까지 대다수의 필드에서 이를 사용하고 있다. 본 논문에서는 Multiplex ElectroHydraulic 제어 시스템의 반응 시간과 lag time에 대한 민감도 해석을 수행하였다. 먼저, 서브시 트리 를 제어하는 시스템 대한 모델링을 작성하였다. 이 모델의 검증을 위해서 수심의 변화에 따른 반응 시간 계산 결과가 실제 경향을 잘 따르는 지를 우선적으로 검증하였다. 이후, 민감도 해석 기법 중 Morris method를 이용하여 15개의 입력 변수가 반응 시간과 lag time에 미치는 영향력을 정량적으로 분석하였다. 끝으로 밸브가 열리는 반응 시간에 대한 regression model을 구성하여 결과에 대한 검증을 수행했다. 그 결과 반응 시간에 가장 큰 영향을 미치는 장비는 게이트 밸브와 hydraulic line이었으며, lag time에 영향력이 큰 장비로는 게이트 밸브와 HPU(Hydraulic Power Unit)이 있었다. 이러한 내용을 토대로 제어 시스템의 반응 시간을 개선할 때, 고려해야 할 변수의 목록과 이들의 우선 순위를 결정하는데 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.