This study presents a methodology to assess flow assurance issues for methane hydrate production in the Ulleung Basin. The explorations conducted near the Ulleung Basin confirmed the existence of hydrates, but many studies have focused on geological issues. Because of the high cost of producing methane hydrates, a production system must be designed to safely transport methane gas to the platform. A typical flow assurance issues are the hydrates reformation. The dissociated methane gas and water easily reform hydrate, and the excessive amounts of thermodynamic inhibitor are injected to prevent the reformation. The kinetic inhibitor may be used along with the thermodynamic hydrate inhibitor to reduce the injection amounts of inhibitor. This study suggests the methodology to estimate the optimized injection amounts of kinetic inhibitor. The second observed flow assurance issue is slugging. As the amount of inhibitor injected decreases, the liquid velocity slows down and the probability of slugging occurrence increases. Slugging can affect piping and topside facility. Among the many ways to eliminate slugging, we have established an active slug control design methodology that is easily controllable even with minimal facility changes. Two established methodologies were verified through simulation and experiments and applied to the methane hydrate production system of the Ulleung Basin. The economic benefits to the production system design from each methodology were analyzed.
본 연구는 울릉 분지의 메탄 하이드레이트 생산 시스템에서 발생할 수 있는 유동 안정성 문제를 파악하고 해결할 수 있는 방법론을 제시한다. 울릉 분지에서 수행된 탐사를 통해 하이드레이트 부존을 확인하였지만 많은 연구들이 지질학적 연구에 집중하고 있다. 메탄 하이드레이트를 생산하는데 고비용이 소요되기 때문에 메탄 가스를 해상 플랫폼까지 안전하게 이송할 수 있는 생산 시스템을 설계해야 한다. 대표적인 유동 안정성 문제로 하이드레이트 재형성이 있다. 해리된 메탄 가스와 물은 쉽게 하이드레이트를 재형성하는데 이 현상을 방지하기 위하여 과량의 열역학적 저해제를 주입한다. 주입량을 줄이기 위해 동역학적 억제제를 함께 사용하기도 하는데 이 때 주입량 최적화 방법론을 제시한다. 두 번째로 관찰되는 유동 안정성 문제는 슬러깅이다. 저해제 주입량이 감소하면 액상의 속도가 느려지고 슬러깅이 발생할 확률이 높아진다. 슬러깅이 발생하면 배관 설비와 탑사이드 설비에 영향을 미친다. 슬러깅을 제어할 수 있는 많은 방법 중 적은 설비 변경으로도 쉽게 제어 가능한 액티브 슬러그 제어 설계 방법론을 확립하였다. 시뮬레이션과 실험을 통해 확립한 두 개의 방법론을 검증하고 울릉 분지의 메탄 하이드레이트 시스템에 적용하였다. 각각의 방법론이 생산 시스템 설계에 미친 경제적 이익을 분석하였다.
