계장기술(PROCON)

특별기고 석유 및 가스 시추 장비 디지털화

페이지 정보

작성자 최고관리자 댓글 0건 조회 112회 작성일 19-08-20 16:16

본문

-석유및 가스 시추장비를 위한 완전 자동화(무인화) 로봇

1705c3f9653a673f9fee2ce06e4ccff1_1566285236_1995.png
마침내 석유 및 가스산업은 자동화 및 디지털 공정 제어의 세계로 접어들었다. 노르웨이에 본사를 두고 있는 Robotic Drilling System AS와 Siemens는 석유 및 가스 시추를 위한 작업 중 드릴 교환을 위한 완전 로봇 자동화(무인화) 솔루션 개발을 위해 협력했다.


석유 및 가스 시추는 현 시대의 가장 모험적인 비즈니스 중 하나다. 그러나 육상 및 해상 플랫폼에서 시추 장비를 운영하는 것은 제정적인 측면뿐만 아니라 플랫폼에서 근무하는 근로자에게는 항상 위험을 수반하는 비즈니스다. 세계 경제 포럼(World Economic Forum)의 백서 “디지털 전환 구상(Digital Transformation Initiative)”에 따르면, 2014년에만 약 1,600건의 부상과 18건의 사망자가 발생되었다고 보고되었다. 그 결과 건강, 안전, 보안 및 환경(HSSE) 문제는 전 세계 석유 및 가스 시추 회사의 운영에 영향을 주는 주요 측면이 되었다. 회사들은 환경 법규를 준수해야 하는 것은 물론, 현장 작업자의 안전을 개선시키는 동시에 완전히 신뢰할 수 있는 플랫폼의 운영을 보장하는데 전적으로 집중하고 있다.

1705c3f9653a673f9fee2ce06e4ccff1_1566285308_1551.png
 


높은 관련 비용으로 인한 위험한 운영

특정 글로벌 에너지 마켓의 수요 증가와 이익 감소로 인해, 시추 회사들은 작업의 전반적인 비용 구조를 감소시키는데 어려움을 겪고 있다. 특히 해상 시추 작업은 고도의 숙련된 인력을 필요로 하고 높은 운영 경비에 직면하고 있다. 해상 근로자의 경우 특별한 인증을 받기 위해 상당한 비용이 발생한다. 또한 해상 인력은 해상 플랫폼과의 왕래를 위해 보통 헬리콥터를 이용하는데, 이로 인해 높은 운송 비용이 발생한다. 이 모든 것을 고려하면 인건비는 전체 비용의 높은 비용을 차지하므로 신중하게 고려되야 하는 부분 중 하나다.

또 다른 요소는 석유나 가스가 실제로 시추부터 첫 펌핑이 될 때까지 필요한 시간이다. 이 시간이 짧을수록 시추 프로젝트의 수익성이 향상된다. 이는 기업이 사용하는 장비의 안정성과 가용성을 향상시킴으로써 운영 효율성을 높이는데 매우 관심이 있음을 의미한다.

시추 및 운영을 위한 장비(설비 및 시추공)의 흔적을 최소화하고 운영에 필요한 에너지를 줄이며, 환경에 악영향을 미칠 수 있는 사고를 예방하기 위한 노력을 요구하는 환경적인 문제도 있다.


로봇 공학을 이용한 수작업 감소

자동차산업이 증명했던 것처럼 수작업을 로봇으로 대체하는 것은 운영 비용을 낮추는 것뿐만 아니라, 상당한 품질 향상과 더 빠른 반복 작업을 가능하게 했다. Robotic Drilling System AS(RSD)는 이 기술을 전 세계 석유 및 가스산업에 이전하는 과정에 있다. 2005년에 설립된 이 회사는 노르웨이 스타방에르(Stavanger) 지역에 위치하고 있다. RSD는 완전히 무인 운전을 가능하게 하는 혁신적인 드릴 플로어 솔루션을 개발했다. 이 자동화 시스템은 석유 및 가스산업의 혁명이라 할 수 있으면 시추 공정을 완전히 자동화하기 위해 설계되었다. 신규 또는 기존 육상 및 해상 설비에 통합되어 시추에 요구되는 파이프 및 공구를 자동으로 처리할 수 있다.

이 시스템은 기본적으로 드릴 플로어 로봇, 로봇 채굴기, 멀티 사이즈 엘리베이터 및 로보틱 파이프 핸들러로 구성된다. 이 솔루션은 시추 플랫폼에서 속도, 정확도 및 신뢰성을 향상시키고 고위험성 수작업을 제거하기 위해 설계되었다. RDS의 최고 운영 책임자인 지미 보스트롬(Jimmy Bostrøm)은 시스템의 주요 이점을 “RDS 솔루션을 통해 석유 및 가스 시추 회사는 유정당 채굴시간을 단축하고, 건강·안전 및 환경 사고를 줄이면서 일관된 운영을 통해 운영 비용을 절감할 수 있다. 또한, 이 시스템은 소음과 에너지 소비 감소는 물론 빠른 설치와 같은 이점을 제공한다. 우리 회사의 솔루션은 장비와 관련된 인건비를 줄여줄 뿐만 아니라 드릴 작업자(조작자)의 역할을 재 정의합니다.”라고 요약했다.

1705c3f9653a673f9fee2ce06e4ccff1_1566285331_5857.png
 


로봇 간의 원활한 상호 작용

핸들링 로봇은 지능형 모션 제어가 필요하다. 또한, 인간의 개입 없이 완벽한 작업 과정을 처리하기 위해 복잡한 자동화 시스템이 필요하다. RDS는 SIEMES와 협력하여 산업 자동화 및 산업 통신 분야에서 세계적으로 선도하는 업체의 노하우를 활용하고, 풍부한 경험을 석유 및 가스 업계에 적용했다. 그 결과, 시스템의 모든 전자 장비는 드라이브를 포함하여 SIEMENS의 제품으로 구성되었다.

각각의 로봇은 제어 캐비닛 내부에 디지털화된 제어 시스템을 갖추고 있다. SIMATIC STEP 7 소프트웨어와 SIMATIC IPC는 센서 신호를 해석하고, 프로세스 명령을 모션 제어 시퀀스로 변환하며, 관련 로봇의 상호작용을 제한한다. 각각의 요소들은 파이프 처리, 툴 위치 지정 및 부착, 그리고 드릴링 작업에 요구되는 디지털화된 지능을 제공한다.

머신 단계에서 SIEMENS 솔루션은 SINAMIC 120 인버터 드라이브, SIMATIC S7-300 컨트롤러, 그리고 SIMATIC ET200 분산 IO들과 함께 결합된다. 이 제어 시스템들은 드릴 플로어(층)에 있는 모든 기계 설비들을 디지털 세계로 연결하여 분산된 기계 제어시스템을 구성한다. 제어룸에서는, WinCC Advanced가 SIMATIC HMI 패널을 통해 시각화되고, 이 시각화 시스템은 숙련된 드릴링 기술자의 수동 개입 작업 없이 진행중인 드릴링 작업을 모니터링하고 제어할 수 있다. 제어실과 로봇 그리고 로봇 상호간의 통신은 최고 사양의 산업용 통신 제품인 SCALANCE S와 SCALANCE X 제품을 사용하여 구성이 되었다. 이 산업용 이더넷 스위치 SCALANCE는 다양한 자동화 제어기와 모션 드라이브, 그리고 시각화 컴포넌트들 간에 안정적인 데이터 전송을 보장한다. 이 스위치들은 매우 가혹한 환경에 설치할 수 있도록 설계가 되었고, 시추작업과 같은 중요한 어플리케이션에 최적화되어 있다.

지멘스가 가진 석유 및 가스산업과 산업용 통신 이 두 시장에서의 경험이 SCALANCE 스위치의 포괄적인 포트폴리오에 반영이 되었고, 이러한 부분들이 석유 및 가스산업에서 요구되는 광범위한 사양에 부합된다. 이러한 표준의 예로 해양 어플리케이션을 위한 ABS, BV, DNV- GL, LR 뿐만 아니라 위험지역에서 사용하기 위한 ATEX, FM, IECEx 및 UL HazLoc 인증 또한 포함된다. 실시간으로 작동하는 SCALANCE X-200IRT 산업용 이더넷 스위치는 엄격한 리얼타임 어플리케이션을 위해 특별히 설계되었다. Profinet 환경은 모든 고성능 머신 어플리케이션부터 플랜트 섹션 단위의 네트워크 시스템까지 적용하여 사용할 수 있다.

SCALANCE S 제품군의 보안 모듈은 자동화 네트워크 환경에서 사용하도록 특별히 설계되었지만, 사무실 및 IT 네트워크 환경의 보안 구조와 원활하게 연결될 수 있다. 보안을 보장하고 자동화 시스템의 특별한 요구사항을 충족시킨다. 예를 들어 기존 시스템을 간단히 업그레이드할 수 있으며, 설치 또한 간단하고, 장애 발생 시 중단 시간을 최소화할 수 있다. 보안의 요구사항에 따라 다양한 보안 조치를 결합할 수 있다.
이러한 SCALANCE의 장점들은 산업용 통신이 석유 및 가스산업에서 드릴링 시스템의 신뢰성, 안전성, 그리고 지속적으로 데이터 전송을 보장해야 하는 중요한 부분의 디지털화를 가능하게 하는 열쇠라는 것을 명확히 설명한다.


전문가 간의 상호작용

RDS와 SIEMENS 간의 협력은 회사가 설립된 약 10년 전으로 거슬러 올라가고, 협력한 이래로 SIEMENS는 다양한 크기의 드라이브 및 완벽한 자동화 및 통신 시스템뿐만 아니라 지속적인 컨설팅 및 기술 지원을 통해 프로젝트를 지원해왔다. RDS가 개발한 혁신적인 시추 시스템은 중요한 프로젝트로 분류되어 노르웨이 현지 유능한 담당자 뿐 아니라 독일 SIEMENS 본사에서 직접 지원을 받는다. 이 시스템은 더 이상 개발 단계에 있지 않으며, 실제 현장에서 테스트를 거쳤다. 지미 보스트롬(Jimmy Bostrøm)은 “최초의 시스템은 북미 석유 및 가스 시추 회사에 인도되었습니다.”라고 말하면서 다음과 같이 덧붙였다. “우리는 또한 노르웨이 연안 근처 북해에 이 시스템을 설치했습니다.”

RDS가 SIEMENS를 기술 파트너로 선택했던 한 가지 측면은 SIEMENS가 진정한 글로벌 기업이기 때문에 전 세계 어디서나 로봇 드릴링 머신의 제어시스템의 기술 지원을 제공받을 수 있었기 때문이다.


디지털 미래를 향한 한걸음

RDS는 로봇 시추 시스템을 통해 석유 및 가스 시추 작업을 디지털 시대로 이끌었다. 이 혁신적인 시스템은 로봇을 사용하여 노동 집약적이고, 비용이 많이 들고, 그리고 잠재적인 위험에 노출되어 있는 수작업을 대체한다. 이것은 비용을 절감하는 동시에 신뢰성, 장비 가용성 및 환경보호를 향상시킬 뿐 아니라 석유 및 가스산업의 진화를 위한 길을 열어준다.

로봇 기반의 드릴링 작업은 프로세스를 간소화하고 성공적인 드릴링 작업을 결정하는 요소 중 더 나은 방법을 얻는데 사용할 수 있는 풍부한 프로세스 데이터를 생성한다. 지미 보스트롬(Jimmy Bostrøm)은 “RDS에서 20 20년까지 자동화 및 로봇 분야의 업계 통합이 이루어질 것으로 기대한다. 또한, 드릴링 및 드릴 플로어(층) 자동운전은 크라운 블록에서 다운 홀까지 모든 매개변수를 최적화하기 위해 다운 홀 데이터 수집과 결합될 것입니다.”라고 마무리 지었다.


자동화에서 빅데이터에 이르기까지

석유 및 가스 시추는 여전히 육상 및 해상 시추 플랫폼에서 광범위하게 수작업을 필요로 한다. 노르웨이 스타방에르(Stavanger) 부근의 Robotic Drilling Systems AS(RSD)는 무인 드릴링 작업을 위한 완전 자동화 드릴링 시스템을 개발했다. 4개의 핸들링 로봇을 결합하여 드릴링 장비의 신뢰성과 가용성을 크게 향상시키면서 비용을 절감할 수 있었다. 이 혁신적인 기술은 디지털 산업 통신, 제어 및 자동화를 기반으로 보다 효율적이고 위험성이 적으며, 수익성이 높은 드릴링 작업을 향한 첫걸음이라고 할 수 있다. 또한, 드릴링 프로세스를 보다 잘 이해하고 최적화할 수 있는 풍부하고 가치 있는 프로세스 데이터를 제공할 것이다.
 

www.siemens.com/scalance
www.siemens.com/communications-for-oil-gas