| 1차년도 |
① 개발 목표 - 주관연구기관((주)위드유): Water cut meter 공정조건 확립 및 기본설계 개발 요건 확립- 공동연구기관(앤츠이엔씨㈜): Multi-physics 수치해석 기반 water cut meter 설계 및 DB구축
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② 개발 내용 및 범위- 주관연구기관((주)위드유): Water cut meter 제작을 고려한 기본설계 개발 요건 확립* Meter body 내 두 개의 안테나(90° 또는 180°), resonance 플레이트, sensor의 모델링구현, 위치 배치 및 간섭확인을 통한 기본 설계 도출/평가. 수치해석결과 기반 안테나와 sensor 위치 효율성 증대 설계 적용. 연구수준 공정도 구상 및 작동유체의 모사 등을 통한 시작품 테스트 환경 구체화* Water cut meter의 material 및 구성 요소 파라미터 제작도면 도출. 모니터링 시스템 압력, 온도, water cut 등 디스플레이 적용 요소 및 sensor(probe) 사양 개념 설계- 공동연구기관(앤츠이엔씨㈜): 고점도 유체 관 내 유동특성 및 마이크로파 송출 경계조건확립* Water cut meter 해석을 위한 압력(P), 유량(Q), 오일과 물 혼합물(inlet mixture), water range 50∼100% ratio, turbulent condition(vertical velocity 0.6㎧, horizontal velocity 1.2㎧), 조건 등 전산해석모델 기초자료 확보* 원통형 캐비티의 공진 주파수 결정 및 공진 주파수 이론 및 관계식 정리 * 전산수치해석 결과 분석 및 최적 설계에 결과 적용* Multiphysics 해석을 통한 혼합물 내 물 함량에 따른 공명 DB구축(1) 핵심성과1 water cut meter 장비 최적화 설계？ 기초자료 및 연구사례 조사 - 기초자료 및 연구사례 조사● 현 시점에서 연구 개발하고자 하는 기술의 국내·외 시장/전망/산업/기술동향조사- 핵심기술 연구 방향 설정● 연구개발 대상 시장성 분석 및 연구 방향성 제시？ 조사자료 기반 목표성능 설정 구체화- 기본 설계에 대한 목표설정● 현재 시장에 적용되고 있는 최고기술수준에 준하는 목표를 설정● 선진 제품사례 및 벤치마킹을 통한 기본설계 목표(기능, 성능, 시스템) 확립● 특허 DB 조사를 통한 회피전략 마련● Sensor 방식 및 분석 알고리즘 적절성 구체화？ 기본설계 및 개발 요건 확립 - water cut meter 기본 설계● 3D modeling 및 2D drawing● 라이선스 회피 설계● A resonance element, 2 microwave antennas, a meter body, a temperature transmitter 배치 및 간섭확인● 기본설계 평가(2) 핵심성과2 전산수치해석 최적화 및 DB구축？ 전산수치해석모델 기초자료 확보- 고점도 혼합 유체 관내 유동 관련 국내외 기술 수준 분석 및 선행 연구 파악● 오일샌드 추출 혼합유체의 역학적 특성 및 물성(property) 분석● 해외 연구기관 및 기업의 수치해석 사례 조사·분석을 통한 참조 경계조건 DB확보- Water meter 운전조건 기초자료 확보● Wellhead에서 파이프를 통해 이송되는 유체의 실제 압력, 온도, 유량 관련 데이터 확보？ 고점도 유체 및 마이크로파 전산수치해석 기법 확립- 관내 마이크로파 및 작동유체 거동특성 분석을 위한 전산수치해석 기법 확립● 전산수치해석을 위한 수치모델 및 지배방정식(다상유동, 난류모델 등)확립● 마이크로파 공명 주파수 설정 및 안테나 최적배치 도출- In-line type 형상에 따른 변수 및 유동 상관관계 도출● 마이크로파 안테나, 온도 트랜스미터, 공명 장치의 관내 고점도 유체 유동과 주파수로 인한 예상 유동변화 도출？ water cut meter 관내 고점도 유체 다상유동 해석- 전산수치해석을 통한 meter body 내 장비 최적 위치 도출● 안테나, probe, 공명 장치 배치에 따른 해석결과 가시화 및 최적 배치 도출- 고점도 유체와 마이크로파 유전율 타켓 공명 주파수에 따른 전산수치해석 결과분석● 고주파수 발생장치 및 sensor 작동유체 유동특성에 따른 영향 해석결과 분석(3) 핵심성과3 water cut 모니터링 시스템？ water cut 모니터링 시스템 구성요소 분석- water cut 모니터링 적용 기술 및 선행 연구 기초조사 ● 해외 wellhead의 water cut을 모니터링 수준 및 관련 기술논문 조사- water cut 모니터링 시스템 구성 파악 및 분석● water cut meter의 water cut을 원거리(약1㎞) 모니터링 가능한 회로, 프로그래밍, 통신 장비 등 구성요소 분석？ 시스템 안정성 확보 및 목표성능 설정- 적용지역 위험성 분석 및 적용 가능성 도출● 모니터링이 필요한 지역 시스템 안정성 확인이 필요한 요소제시● 모니터링 요소 간 연계동작 및 상관관계 도출- 시스템 개발을 위한 조건 설정● 시추 또는 wellhead 주변 환경에 따른 모니터링 기술의 조건 조사 ● water cut meter 성능 연계 응답시간 설정？ 시스템 알고리즘 제작- water cut meter로부터 정보 전달 체계 구축 ● Modbus(RS-485), RTU를 이용한 원거리 통신 프로그래밍● Differential 동작모드로 멀티 water cut meter 모니터링 시스템 프로그래밍
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| 연구성과 |
기술적 기대성과 |
○ 기술적 측면- 기존 샘플링 방식의 구조적 복합성과 water cut 측정을 위한 소요시간, 케이블 통신 등의 소비를 줄이는 기술개발로 실시간 신호 전달시스템의 기술 체계를 확립 가능- Nuclear, gamma ray, MRI 등의 water cut 측정 기술 대비 비교적 높은 접근성으로 범용기술로 자리매김 가능- water cut meter 모니터링 시스템 기술의 적용 응용기술 및 용도별 효과성이 높을 것으로 전망- 국내 wellhead 및 오일샌드 목적 연구사례 부재로 추후 연구개발의 선행연구 자료로써 활용성을 높이고 국내 upstream process 패키지 및 시추·탐사 분야 등 package화 또는 공정기법의 척도로 활용가능- Big data, modbus, RTU, SCADA 등 IT 기술개발에 따른 효율성 증대와 연계 기술범위를 확장 가능- 해외 오일 에너지 및 계측 관련 메이저 업체의 기술개발이 꾸준히 진행되고 있으며, 시장수요에 의한 기술연구 및 현장적용이 진행되는 관련분야 선도 및 시장진입 가능 기술임- 실험실 연구수준에서 실증을 통한 신뢰성을 확보할 수 있는 기술로써 기술국산화를 통한 국가 기술 경쟁력을 확보
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| 사회 경제적 파급효과 |
○ 경제적 측면- 플랜트 산업 유지관리보수 및 운영에 소요되는 시간을 절감하여 생산성 향상에 의한 수익률 증가 측면에서 해외 선점 기술을 국산화로 외화수익률 증가효과- 에너지 자원 측정 및 모니터링 기술개발을 위한 water cut meter 및 시스템을 이용한 서비스 산업 진출을 위한 적용사업 확대를 통하여 신산업 창출에 기여- 기초원천 기술 확보를 통한 해외 비전통 에너지자원 관련 시장진입 선도- water cut meter 모니터링 시스템 연관기술 국가 R&D 및 해외 프로젝트에 적용함으로써 부가가치 증가와 산업 활성화○ 정책적 측면- Upstream metering 기술 인재에 대한 안전성을 더하여 국가 고유 기술력을 확보함으로써 종래의 국내 upstream metering 시장과 침체된 비전통자원 시장 활성화에 이바지함- 국가 주도 연구사업 수행을 통한 기술수준 및 산업규모 증가에 따른 일자리 창출효과 및 국가 에너지 안보 안정성 확보○ 사회적 안정화- water cut metering 기술 및 모니터링 시스템 현장 적용으로 인한 효율적인 공정운영으로 국제유가 변동의 폭을 줄이고 안정적인(stable) 에너지 수급과 공급에 기여함으로써, 국내 오일·가스 산업의 구조를 기업 중심으로 전환하여 활동적인 산업 환경조성 - 플랜트 산업의 해외의존도를 줄이고 시스템 운영관리 소요비용에 대한 국비유출 절감과 water cut meter 모니터링 시스템 기술의 특허, 성과 홍보를 통한 해외 비즈니스 모델 창출로 오일 분석 사업 분야 전문 인력양성에 기여 ○ 국민 복지 향상- 기초원천 기술 확보로 인한 경제적 이익창출, 인력양성, 기업 활동은 경제 활성화와 직결되어 경제순환구조를 원활히 작동하도록 하여 국민 인식변화와 국가재정을 국민 복지에 투자함으로써 국민 삶의 질적 향상 도모
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| 활용방안 |
○ Wellhead 적용 water cut meter 모니터링 시스템에 대한 기초원천 기술을 확보를 통한 해외기술 의존 탈피 및 기술개발 후 water cut full range 1∼100%, SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition), densitometer or coriolis meter연계 시스템, 50ppm 이하 sensitivity 등에서 선진기술과 동등 또는 이상의 기술 경쟁력을 달성(북극, 오지, 오일샌드 지역 오일·가스, 유수분리, 유류 저장시설, 시추 탐사 등에 활용도가 큼)- 본 연구개발 기술의 후속 계획된 big data 기반 wellhead water cut total 모니터링 시스템, water cut 대응 신 공정기법 개발 등과 연계하여 실시간 well 모니터링 솔루션 확보○ 수요자 중심의 개발을 통한 시장진출 지향- 국내·외 자원개발 업체를 중심으로 기술 설명회/박람회/컨퍼런스/학회 등 참석과 피드백을 통하여 시장 지향 성과물 활용- 개발 기술의 인증을 통한 신뢰성 확보로 정례적인 성과발표형식 기회를 통하여 인지도 제고- 발주사의 다양한 요구 조건에 대해 기술적 선제 대응 및 모델링 가능- Production oil, oil pipeline, refinery crude feed, refined pipeline, shipping terminals, oil reservoir, separation 등 오일 관련 산업분야가 넓게 분포되어 진입의 다양성 확보○ 오일 산업 유관기업 및 지역적 특성 적용 활용- 오일샌드를 포함하는 고점도 유체 내 오일은 대부분 극지 및 오지 지역에 분포되어 미개척 분야에 적용가능하며, 현장적용에 대한 검증을 통한 해외진출 가능- 사업계획상 시장, 기술성, 전망 조사기반 실용화 및 사업화 추진·운영 전략을 구체화하여 국내 국가 R&D 관리기준/방법 등을 고려한 가이드 확립- 기술 수요처 공급을 통한 feedback 적용 최적화로 관련기업에 기술적용 가능○ 핵심기술의 성과물에 대한 사례를 확보- 적용 가능한 실 프로젝트 또는 기술적으로 동등한 효과를 가지는 pilot 프로젝트 개발기술에 적용할 수 있도록 관련기관 협업체계 구축 및 사업화 기반 확보- 해외 오일·가스 에너지 개발 사업에 투자 및 생산 중인 기관과 협력하여 적용실적에 대한 검증을 통하여 진출- Wellhead 고점도 유체 water cut meter 모니터링 시스템 원천기술 역량확보로 실증 시험 테스트 베드를 구축하여 실증 시험 연구 진행○ 산학연 공동 발전전략기반 사업화 확장 및 관련생태계 구축 시너지 효과 창출- 기업의 마케팅 역량과 인프라, 연구기관의 연구시설과 정량적 검증, 학술기관의 기술개발과 전문 인력으로 구성한 사업체계로 원천기술에 대한 적극적인 참여유도 및 전문 인력양성 - water cut meter 모니터링 시스템 관련 원천 기술과 역량을 확보하고 실증시험 테스트 베드를 구축하여 실증 시험 연구 인프라와 관련 산업의 생태계 구축- 국내 고점도 water cut meter 모니터링 시스템의 설계 및 실증을 위해 IT 산업 및 자원개발 복합 기자재 산업 활성화 및 후속 연계가 가능○ 국제협력 가능성- 본 연구과제는 기업 중심의 응용·개발에 중점을 두고 있으며, 현장적용 및 사업화를 전제로 하고 있어 기초원천 기술 확보 이후 상용화를 위한 실증 개발이 요구됨에 따라 대외적인 성과홍보 및 전시 등 목적을 두고 협력 가능 국가와 에너지 자원 기술 개발의 연관 연구를 진행하는 계기가 될 수 있음
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