Laura Schafer
에머슨 플로우석유 및 가스 부사장

그림 1. 전통적인 시험 분리기(Test Separator) 및 매니폴드 배열

최근 낮아진 원유 가격으로 유정 패드(Well pad)의 효율적인 운영비용 절감에 대한 관심이 쏠리고 있습니다.
기존 미국 내 사유 광업권의 형태는 토지 소유자가 단일 유정을 소유했지만, 다수의 토지 소유자가 여러 유정을 소유하는 방식이 등장함에 따라 유정에서의 측정 및 유지보수 비용이 증가하게 되었습니다. 각 유정마다 1개 이상의 시험 분리기(Test Separator)가 설치될 뿐만 아니라, 계기, 트랜스미터 및 케이블을 두루 갖춘 유정패드가 생겨나고 있습니다. 그렇기 때문에 원유를 합리적인 비용으로 생산하는 방법에 대한 중요성이 대두되고 있는 동시에 향후 몇 년간 원유의 낮은 가격이 유지될 것으로 예상됨에 따라, 유정 운영자들은 더욱 효율적이고 비용 지출을 최소화 할 수 있는 유정패드 개발 방법을 찾고 있습니다.
현재 원유의 공급과잉이 필연적으로 다시 수요의 위기를 초래할 것으로 예상되는 시점에서 원유의 생산 운영을 재조명하는 이들이야 말로 가장 높은 수익성을 내는 건실한 운영자들로 자리매김할 것입니다. 혁신적인 운영자들은 유정패드의 자동화, 새로운 기술 구현 및 생산 최적화 전략을 통해 자본 및 운영 지출에 소비되는 비용을 상당부분 절약할 수 있습니다.
미국의 생산자들은 유정패드 당 비용을 줄이기 위해 다상 유량계(Multiphase Flowmeter)로 눈을 돌리고 있습니다.
다상 유량계(Multiphase Flowmeter)의 등장은 초기의 유정패드 및 시설 자본 비용을 줄이는 동시에 그동안 분리기 (Test Separator)가 지원하지 못했던 기능을 통해 생산 최적화를 가능하게 하고 있습니다. 몇 년 전만해도 미국에서 다상 유량계(Multiphase Flowmeter)는 육상(Onshore)용 으로 사용하기에 너무 비싸거나 사용 및 데이터 신뢰성 측면에서 일관적이지 못했습니다. 그러나 원유 생산 비용 절감에 대한 생산자들의 관심은 육상(Onshore)용 다상 유량계(Multiphase Flowmeter)가 신뢰할 수 있고 반복적인 결과를 제공하는 방면으로 발전을 이끌 수 있었습니다.

다상 유량계(Multiphase Flowmeter)는 유정의 생산 능력에 대한 중요 정보를 제공한다.

측정을 하는 이유
생산자들은 대개 다음과 같은 이유들로 다상 유량 (Multiphase) 측정을 필요로 합니다.
•할당 - 생산된 혼합 유체를 거래하고 개별 유정에 대한 생산 가능량을 측정하여 원유 생산에 대한 통찰력 제공
•검침용/상거래용 - 상거래용 미터는 소유자 사이의 상업적 거래의 출발점이며 검침용 미터의 필요성과 더불어 정확성, 추적성 및 세금 요건에 관한 정부 규정이 추가 되어있다고 할 수 있습니다. 이런 거래는 보통 산업 단체가 정한 요건들을 따릅니다.
•저류층의 생산 최적화 - 각 유정이 생산가능한 양을 확실 하게 아는 것은 저류층의 생산을 이해하기 위해 매우 중요합니다. 생산자들은 이들 데이터와 시뮬레이션을 활용하여 모든유정과 필드 생산량의 변경을 예측합니다. 시설 또는 환경적 제약을 고려하면서 최적의 생산을 유지하기 위해서 조정 합니다.
•유량 보증 - 부식 및 침식 모니터링과 더불어 Scale, Wax, Hydrate 형성과 같은 위험성을 모니터링하고 제어하는 것은 다상 측정의 중요한 기능이라고 할 수 있습니다. Scale과 Wax를 확인하는 것이 다상 유량계(Multiphase Flowmeter)의 목적은 아니지만, 물 생산 내 작은 변화를 탐지하는 것은 중요하며 이를 통해 오퍼레이터에게 유용한 정보를 제공하여 Hydrate 형성 및 Scale 등을 예방하고 줄일 수 있도록 합니다.
미국의 육상(Onshore) 석유 및 가스의 경우, 기술의 발달에 따라 최근 들어 다상 유량계(Multiphase Flowmeter)가 할당 및 생산 최적화를 위한 도구로 고려하기 시작했습니다.

다상(Multiphase) 측정을 선택해야 하는 이유는?
용적식, 터빈, 벤튜리 및 코리올리스와 같은 유량계는 다상의 유체(Multiphase)를 측정할 수는 있지만, 유체들이 혼합될 경우석유, 가스 및 물을 각각 측정할 수 없기 때문에 이를 위해 유정에 전통적인 방식인 분리기를 필요로 합니다.
다상의 유체(Multiphase)를 간접적으로 추정하기 위한 모델을 개발하는데 상당한 노력이 투자되었지만, 시간이 지남에 따라 유정의 유량 및 생산 추이가 변화하면서 이러한 추정은 실패하는 경향이 있습니다. 코리올리스 유량계 기술은 가스 유입량이 15%보다 적거나 액체 비율이 5% 미만일 때 각각 유량의 정량화가 가능합니다. 하지만 이런 기술들이 제대로 실형하기 위해서는 유체가 양호한 상태여야 합니다. 유동 상태 또는 가스와 액체 비율이 시간이 지남에 따라 변화가 생기면, 이러한 기술의 정확도가 떨어집니다. 더불어 이 기술은 액체나 가스의 하나의 위상 측정만을 제공하며 석유,물 및 가스 유동률의 완벽한 데이터는 제공하지 못합니다.
기존 유량계의 한계 때문에 석유, 가스 및 물의 정확한 측정을 위해서는 시험 분리기(Test Separator)가 필요했습니다. 그림 1은 두 개의 분리기와 밸브 및 배관을 포함하는 대규모의 매니폴드를 필요로 하는 전통적인 시험 분리기(Test Separator)설치를 나타내고 있습니다. 또한, 테스트 시 유정을 변경하기 위해서는 자동화 기능이 있는 액추에이터가 필요합니다.

그림 2. 유정 헤드에직접 측정기를 설치한 단순화된 유정패드

그에 반해 그림 2는 다상 유량계(Multiphase Flowmeter)로 유정에서 올라오는 유체를 바로 측정하는 방식으로 기존 방식 보다 훨씬 더 적은 수의 배관과 더 작은 규모의 설치공간을 필요로 합니다. 또한, 사람의 개입이나 유지 보수 작업의 투입을 덜 필요로 하는 유정패드의 설계를 보여주고 있습니다. 다상 유량계(Multiphase Flowmeter)를 사용하여 각 유정을 개별적으로 시험할 수 있으며, 리디렉션을 제거함으로써 유정 Test 시 추가적인 공정이나 사람의 개입을 필요로 하지 않습니다. 이를 통해 중앙 수집 시설에서 여러 유정패드에서 올라온 유체를 혼합할 수 있기 때문에 분리 시설을 통합할 수 있습니다.
유정패드 배치의 세 번째 방법은 그림 1의 매니폴드를 유지하면서 시험 분리기(Test Separator)를 하나의 다상 유량계(Multiphase Flowmeter)로 교체합니다. 이는 해상(Off shore) 설치를 위해 무게 및 설치 공간을 줄이고자 하는 오퍼레이터나 공간이 부족한 육상(Onshore)에서의 경우 특히 유용합니다. 이런 배치의 다상 유량계(Multiphase Flowmeter) 설치는 유체가 잔류하는 시간을 줄여줍니다. 시험 분리기(Test Separator)는 대체적으로 큰 부피를 차지하고 있으며, 유정에서 유체를 내보내는데 한 시간 또는 그 이상의 시간을 필요로 합니다. 또한 Test 시 유정으로부터 정확한 생산 정보를 얻기 위해서는 몇 시간이 소요됩니다. 반면 다상 유량계(Multiphase Flowmeter)는 불과 몇 분 안에 다음 유정으로 사이클을 옮깁니다. 오퍼레이터는 이를 통해서 보다 높은 확실성으로 더 많은 유정을 더 자주 시험하면서 유정 및 생산 엔지니어들을 위한 데이터의 가용성과 유정에 대한 이해를 향상시킬 수 있습니다.

다상 측정의 발전
최고의 다상 유량계(Multiphase Flowmeter) 제조사들이 해상 및 해저 분야에서 한 단계 전진하는 동안, 육상(Onshore)에 적합한 가격대 및 해상의 과제들에 맞춰 다상 유량계(Multiphase Flowmeter)의 생산 효율성을 높이고 단련된 전문성을 제공 하고 있습니다.
생산자들은 여러 공정 조건에 적용할 수 있는 유연한 모듈식 플랫폼을 통해 필요로 하는 정확도와 성능을 선택하여 구매할 수 있습니다. 이런 모듈은 기존 모델의 진보와 함께 많은 생산자들이 감마 모듈이 없는 다상 유량계(Multiphase Flowmeter)를 선택 및 운영을 가능하게 하고 방사선원의 운반 및 유지에 대한 우려를 제거합니다. 또한, 소프트웨어를 통해 유정 상태를 지속적으로 확인하여 유정이 미터의 보장된 범위 내에 있는지를 확인하고 유정의 상태가 변화했을 때 원거리에 있는 오퍼레이터들에게 실시간으로 업데이트를 제공할 수 있기 때문에 측정의 신뢰성을 높일 수 있습니다.

예제: 육상(Onshore)에서의 다상 유량계(Multiphase Flowmeter) 사용
•안전성 : 카자흐스탄의 경우를 살펴보면, 한 오퍼레이터는 최대 18%에 달하는 까다로운 고황화수소(H2S) 조건을 견뎌야 하는 유정 관리를 위해 높은 정확도와 실시간 측정이 가능한 미터를 필요로 했습니다. 이 오퍼레이터는 다상 유량계(Multiphase Flowmeter)를 사용하여 이러한 환경에 노출을 최소화하면서 프로젝트에 필요한 유정 데이터를 얻을 수 있었습니다.
•효율성 : 중앙아메리카의 한 오퍼레이터는 모바일 시험 분리기가 제공하는 것보다 더 잦은 빈도로 유정 시험 데이터가 필요했습니다. 다상 유량계(Multiphase Flowmeter)를 트럭에 장착한Test Skid를 개발하여 유정의Test 빈도를 높이고, 오퍼레이터에게 고품질의 데이터를 제공하여 원유 생산을 최적화할 수 있었습니다.
•비용 효과 : 최근 미국의 한 경우를 살펴보면, 바켄 지역의 오퍼레이터는 분리기/히터 처리기 대신에 다상 유량계(Multiphase Flowmeter)를 사용하는 것으로 유정패드의 총지출의 평균 50%를 절약할 수 있다고 말했습니다. 회사가 이 기술에 익숙해지면, 다상 기능을 갖춘 유정 하나당 한 사람의 작업량은 기존 유정에 투입되었던 작업량 보다 약 절반 정도가 될 것으로 예상됩니다. 이러한 효율성 향상으로 기존의 직원 수를 유지하면서 앞으로 성장할 수 있는 가능성을 엿볼 수 있을 것으로 예측됩니다.
다상 유량계(Multiphase Flowmeter)는 석유 및 가스 생산자들이 비용대비 고효율로 얻어낸, 신뢰할 수 있는 실시간 데이터를 사용하여 공정 운영을 하고 싶어 하는 요구를 충족 시켜 주는 역할을 하고 있는 것으로 보입니다. 낮은 설비 비용으로 신뢰할 수 있는 데이터를 제공하는 차세대 모듈식 미터는 유정의 수명 동안 변화하는 공정의 요구사항들을 만족할 수 있는 유연성을 갖추고 있습니다.