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과업지시서
“600BPD급 웰패드 탑재 분리장치의 성능평가를 위한 비전통오일 물성 모사 및 정밀 수치해석 평가”
2026. 7.
한국건설기술연구원
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과업지시서
1. 과업명
○ 600BPD급 웰패드 탑재 분리장치의 성능평가를 위한 비전통오일 물성 모사 및 정밀 수치해석 평가
2. 과업의 배경 및 목적
○ 웰패드 탑재 분리장치는 비전통오일 생산공정에서 생산유체 내 기체, 오일 및 물을 분리하는 핵심 설비로, 실증 운전환경에서의 분리성능을 사전에 예측하고 설계 적정성을 검토하기 위해서는 신뢰성 있는 수치해석 평가가 필요함.
○ 기존 수치해석 기법은 분리장치의 주요 성능지표를 검토하는 데 활용되어 왔으나, 실증 광구가 선정됨에 따라 해당 광구의 원유 특성, 유체 물성 및 운전조건을 보다 정밀하게 반영할 수 있도록 해석 기법을 고도화할 필요가 있음.
○ 비전통오일은 광구, 생산 조건, 온도, 압력, API degree, 점도, 밀도, 수분 함량 및 유화 특성 등에 따라 유체 물성이 상이하며, 이러한 물성 변화는 상 간 밀도차, 액적 침강속도, 계면 안정성, 액적 병합 및 분리 효율에 직접적인 영향을 미침.
○ 특히 원유의 조성 및 물성에 따라 분리장치 내 emulsion의 안정성이 달라질 수 있으며, 안정한 emulsion이 형성될 경우 액적의 병합과 침강이 저해되어 오일-물 분리성능이 저하될 수 있음. 따라서 분리장치 수치해석 시 단순한 3상 유동 모사뿐만 아니라 원유 물성 및 emulsion 형성 가능성이 분리성능에 미치는 영향을 고려할 필요가 있음.
○ 또한 분리장치 내부에서는 입구부 유동 교란, Inlet Diverter에 의한 운동량 변화, 압력강하, 국부 재순환 및 계면 교란 등이 복합적으로 발생할 수 있으며, 이로 인해 기포 발생, 액적 재비산, 기체 동반 액적 및 액체 내 기포 유입 등이 나타날 수 있음. 이러한 현상은 분리장치 성능 예측의 불확실성을 증가시키므로, 기존 해석 모델의 적용 한계와 개선 가능성을 검토할 필요가 있음.
○ 본 과업은 실증 광구의 비전통오일 특성을 반영할 수 있는 원유 물성 모사 방안을 도출하고, 기존 분리장치 수치해석 기법을 고도화함으로써 600BPD급 웰패드 탑재 분리장치의 성능을 보다 정밀하게 평가하는 것을 목적으로 함.
○ 아울러 수치해석 결과의 정확도를 시험자료, 설계식 또는 기존 해석 결과와 비교·검증하고, 원유 물성 변화, emulsion 안정성, 운전조건 및 분리장치 형상에 따른 성능 민감도를 분석함으로써 향후 실증급 분리장치 설계 개선, 운전조건 설정 및 성능평가 기준 마련에 활용 가능한 기초자료를 확보하고자 함.
3. 과업의 범위
○ 본 과업에서는 600BPD급 웰패드 탑재 분리장치의 성능평가 신뢰도를 향상시키기 위하여, 실증 광구의 비전통오일 특성을 고려한 원유 물성 반영 방안을 도출하고, 기존 분리장치 수치해석 기법을 고도화하여 실증 운전조건에서의 분리성능을 정밀하게 평가하는 것을 과업범위로 설정함.
○ 하위 주요 과업은 다음과 같이 구성됨.
- 실증 광구 비전통오일 특성을 고려한 원유 물성 반영 방안 도출
- 600BPD급 웰패드 탑재 분리장치 수치해석 기법 고도화
- 분리장치 수치해석 결과의 정확도 검증
- 600BPD급 웰패드 탑재 분리장치 수치해석 평가
- 수치해석 기법 고도화 및 정밀 성능평가 결과보고서 작성
4. 과업수행기간 및 예산 규모
○ 수행기간 : 계약일로부터 4개월 이내
※ 착수보고 : 계약일로부터 15일 이내
※ 중간보고 : 계약일로부터 2개월 이내
※ 최종보고 : 과업 종료일로부터 15일 이내
※ 다음의 경우 그 기간을 조정할 수 있음
- 천재지변 등 불가피한 상황이 발생하여 정상적인 과업수행이 어려울 경우
- 한국건설기술연구원의 방침 또는 계획변경으로 과업내용이 변경 또는 중단될 경우
○ 예산규모 : 49,965,000원(부가세 포함)
5. 과업내용
○ 실증 광구 비전통오일 특성을 고려한 원유 물성 반영 방안 도출
- 분리장치 성능에 주요한 영향을 미치는 밀도, 점도, 계면장력, 오일-물 밀도차 및 유화 특성 등 핵심 물성 인자를 선정
- 원유 물성 변화와 emulsion 안정성이 액적 침강, 계면 형성 및 오일-물 분리성능에 미치는 영향을 정성적으로 검토
- 확보 가능한 물성자료 수준을 고려하여 수치해석에 적용할 대표 물성값, 물성 범위 및 입력조건 설정 방안을 도출
○ 600BPD급 웰패드 탑재 분리장치 수치해석 기법 고도화
- 기존 분리장치 수치해석 모델, 경계조건, 격자 구성, 상간 모델 및 후처리 방법을 검토하고 개선 필요사항 도출
- 3상 유동, 자유수면, 계면 형성 및 상분리 거동을 고려한 해석 모델 적용성 검토
- 실증 광구 원유 물성 및 600BPD급 운전조건을 반영할 수 있도록 해석 입력조건과 물성 정의 체계 개선
- Liquid carryover, gas carryunder, 오일-물 계면 위치, 분리효율 등 주요 성능평가 지표 산정을 위한 후처리 체계 개선
○ 분리장치 수치해석 결과의 정확도 검증
- 기존 실험 결과, 문헌 자료, 설계식, 기존 수치해석 결과 또는 운전자료와 비교가능한 검증 항목 선정
- 분리장치 내 액면 위치, 오일-물 계면 형성, 압력강하, 유출부 상분율, liquid carryover 및 gas carryunder 등 주요 성능지표 검증
- 물성‧유량‧입구 조건 및 출구 제어조건 변화에 따른 해석 결과의 일관성 검토
- 기존 기법과 고도화된 기법의 결과를 비교 → 물성 반영 및 모델 개선 효과 분석
- 격자 의존성 및 시간 간격 민감도 검토
- 주요 경계조건 변화에 따른 해석 결과 안정성 확인
- 원유 물성, emulsion 관련 입력자료의 불확실성이 수치해석 결과에 미치는 영향 검토
- 검증 결과를 바탕으로 수치해석 모델의 적용 가능 범위, 한계, 보정 필요사항 및 향후 개선 방향 도출
- 수치해석 결과 정확도 검증 절차, 비교 기준, 오차 산정 방법 및 결과 채택 기준 정리
○ 600BPD급 웰패드 탑재 분리장치 수치해석 평가
- 분리장치의 형상, 내부장치, 입구부, 출구부 및 운전조건을 반영한 해석 모델 구성
- 실증 광구 원유 물성, 생산유체 조건, 유량, 온도·압력 조건 및 수분 함량을 고려한 대표 해석 케이스 설정
- 원유 물성 모델에 따른 수치해석 결과 민감도 조사
- 원유 물성, emulsion 안정성, 입구 유량, 유입 상분율에 따른 분리성능 민감도 분석
- 분리장치 내부 유속장, 압력장, 상분율 분포, 오일-물 계면 위치, 재순환 영역, Liquid carryover, gas carryunder, 오일 내 수분 잔류 등 내부 유동 특성 분석
○ 수치해석 기법 고도화 및 정밀 성능평가 결과보고서 작성
- 실증 광구 원유 물성 반영 방안, 입력자료, 적용 상관식 및 해석 시나리오 정리
- 기존 기법과 고도화된 기법의 차이점, 개선 내용 및 적용 범위 정리
- 해석 모델, 지배방정식, 상간 모델, 경계조건, 격자 구성, 수렴 기준 및 후처리 방법에 대한 기술자료 작성
- 수치해석 정확도 검증 결과, 비교자료, 오차/민감도 분석 및 모델 적용 한계 정리
- 수치해석 결과를 유동장, 상분율, 계면 위치, 압력장, 성능지표 중심으로 정리
- 원유 물성 변화 및 emulsion 안정성 변화가 분리성능에 미치는 영향 분석 결과 제시
- Liquid carryover, gas carryunder, 분리효율, 운전 안정성 및 설계 적정성에 대한 종합 평가 결과 작성
6. 과업수행 예정공정표
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추정일정
과업내용
수행 기간(월)
계
(%)
M
M+1
M+2
M+3
착수 보고
5
실증 광구 비전통오일 물성 반영 방안 도출
20
600BPD급 분리장치 수치해석 기법 고도화
20
분리장치 수치해석 결과의 정확도 검증
5
중간보고
20
600BPD급 웰패드 탑재 분리장치 수치해석 평가
15
정밀 성능평가 결과보고서 작성
10
최종 보고/제출
5
과업진도율
(%)
월별(%)
15
30
30
25
100
누적(%)
15
45
75
100
100
7. 보고서 작성
○ 용역세부추진계획서는 착수 후 15일 이내 제출하며, 준공 15일 전까지 최종보고서(안)을 작성하여 감독관의 검토 후 준공 일까지 제출한다. 용역세부추진계획서는 과업수행 방법, 절차, 분야별 과업책임자, 참여자별 과업수행담당 업무 등을 포함시켜야 한다.
○ 연구기간 중, 한국건설기술연구원에 월간 진도보고를 수행하며, 그 시기 및 방법은 발주처와 협의 하에 결정한다.
○ 용어는 국어사용을 원칙으로 하되 전문용어 또는 뜻이 혼동되어 불명확한 경우에는 영문, 한문 등으로 표기하며, 교육부 제정 한글 맞춤법 및 외래어 표기법에 따른다. 숫자는 아라비아 숫자를 사용하고 기호는 로마자로 한다.
○ 최종보고서의 규격 및 작성방법은, 한국건설기술연구원 위탁용역보고서 작성요령을 기준으로 한다.
○ 최종보고서(안) 및 최종보고서 제출 시, 그 내용을 워드프로세스 (한글 2010 이상)으로 제출한다.
8. 성과품 제출
○ 본 과업은 아래 표에서 제시된 최종산출물을 과제종료 7일 이전에 제출하여야 하며, 성과품과 관련하여 중요 결정사항은 감독원과 협의 후 결정한다.
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구분
제출기일
수량
비고
제작 장치 및 시스템 개발 관련 모든 조사·분석자료
(설계 파일, 획득 데이터 원본 등)
협의하에 제출
1부
USB 또는 CD 제출
최종보고서
준공일 전 7일
2부
9. 기타사항(보안대책, 정산조건 등)
○ 이 사업과 관련하여 발생하는 분쟁 조정은 국가계약법 제28조 2에 따라 동법 제29조에 따른 국가계약분쟁조정위원회 조정결정에 따라 해결하는 것으로 정함(동법 제28조에서 정한 이의신청 대상에 해당하는 경우로 한정한다)
※ 별첨 참고
별첨 1. 분리장치 수치해석 과업 개요 및 참고자료
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별첨 2. 분리장치 수치해석 케이스 분류
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