Technologies for Petroleum and Mineral

Jin S. Chung(鄭鎭秀) 한국해양공학회 1987 韓國海洋工學會誌 Vol.1 No.1

날로 枯渴되어 가는 陸地의 資源을 海洋에서 얻고자 하는 노력은 今世紀 初 캘리포니아 海岸에서 시작되었다. 초기 단계의 해양개발은 陸地와 連하여 試圖되었으므르 陸上에서 얻은 探査 및 生産技術을 그대로 적응할 수 있었다. 그러나 資源의 需要가 급증하면서 生産地域도 陸地에서 점차 멀어지게 되고 水探 또한 깊게 되자 종래의 技術과 方法에 한계를 느끼게 되었다. 1960년代에 들어서면서 이와 같은 問題點들을 해결하기 위한 새로운 노력이 시작되었고 이 후 해양개발 기술은 눈부신 발전을 거듭하여 왔다. 계속 늘어나는 資源의 需要를 충족시키기 위해서는 꾸준한 生産地域의 확장이 불가피하게 되었으며, 海洋 뿐만 아니타 極地에서도 資源을 획득하려는 새로운 도전이 시작되었다. 오늘날 수심 약 610m까지의 石油개발기술은 어느 정도 확립되었으나 水探이 더 깊은 地域 또는 해양환경과 상당한 差異가 있는 極地 환경下에서의 石油개발 기술은 많은 問題點들을 내포하고 있다. 이러한 問題點들은 海洋工學과 極地工學에 관련된 모든 학문이 總體的으로 지원을 함으로써 비로소 해결해 나갈 수 있을 것으로 본다.<br/> 海洋에는 石油資源뿐만 아니라 鑛物資源도 상당량 분포되어 있다. 이 중 經濟的 가치가 있는 망간단괴는 水探 약 3.000~5,400m에서 발견되며 유용광물을 포함하고 있는 海洋地殼은 水探 약 2,500m에서 발견되고 있다. 海底鑛物 資源의 개발은 위와 같은 深海환경에서 이루어지므로 그에 따른 많은 技術的인 問題點들을 내포하고 있다. 深海底의 망간단괴를 회수하기 위하여 많은 試驗開發이 수행되었으며 각 기술개발에 대한 타당성 여부도 이미 檢討되었다. 그러나 商業性있는 효율적인 개발방법은 아직 확립되어 있지 못한 실정이며, 특히 海洋地殼의 개발은 미개척 분야로 남아 있다.<br/> 筆者는 本稿를 통하여 해양기술개발의 과정을 서술하면서 深海 및 極地환경下에서의 資源開發에 따른 技術的인 問題點들을 導出하고자 한다. 또한 이를 問題點들을 解決하기 위한 方案을 모색하고, 앞으로 海洋과 極地에서 이루어질 石油 및 鑛物資源의 개발에 대한 海洋工學의 役割에 대하여 記術하고자 한다.

인장계류식 해양구조물의 구조응답에 미치는 굽힘강성의 영향

이창호,이수룡 한국해양공학회 2007 韓國海洋工學會誌 Vol.21 No.4

The structural response characteristics of Tension leg platforms(TLPs) in waves are examined for presenting the basic data for structural design of TLPs. The numerical approach is based on a combination of the three dimensional source distribution method and the structural response analysis method, in which the superstructure of TLP is assumed to be flexible instead of rigid. Hydrodynamic and hydrostatic forces on the submerged surface of a TLP have been accurately calculated by excluding the assumption of the slender body theory. The hydrodynamic interactions among TLP members, such as columns and pontoons, and the structural damping are included in structural analysis. The mooring forces are estimated as the sum of pretension of tendons and variational tension due to longitudinal displacements. Stiffness matrices of elastic beam elements connecting nodes are formulated by ordinary method of three dimensional frame analysis. The equation of motion about the whole structure is obtained by the sum of forces and moments acting on each nodes.1. 서 론최근의 해양개발은 심해로 관심을 돌리고 있으며, 21세기의 새로운 해저자원 개발은 대부분 500m 이상의 심해에서 이루어질 것으로 예상되며, 인장계류식 해양구조물(TLP)은 이러한 심해 해저자원의 시추 및 생산을 위한 대표적인 구조물이다(Mercier et al., 1991). 미국, 유럽, 일본 등 해양 선진국에서는 경제적인 TLP의 실용화 기술 개발을 위한 많은 연구와 해양실험이 진행되었으며(Teigen and Haver, 1998; Kanetsuna et al., 1994 ; Zou, 2003), 국내에서도 한국해양연구원에서 해양공학수조를 활용하여 TLP의 운동 모형시험과 수치계산 결과의 해석을 수행하였다(김진하 등, 2000).구자삼 등(1995;1996)은 3차원 특이점 분포법과 탄성응답 해석법을 결합하는 것에 의해 구조물을 다수의 외각요소로 분할하고 외각요소간의 유체역학적 상호간섭을 고려하여 유체력을 평가하였으며, 외각요소의 중앙점을 절점으로 하고, 이 절점들을 탄성 보요소로 연결하여 유한요소법에 의해 운동방정식을 정식화함으로써 해양구조물에 작용하는 정밀한 유체력 평가와 구성부재간의 유체역학적 상호간섭을 고려할 수 있는 인장계류식 해양구조물의 탄성응답 해석법을 개발하였다.

世界의 海洋開發 現況

韓健模(Kun-Mo Han) 한국해양공학회 1991 韓國海洋工學會誌 Vol.5 No.1

韓國이 海洋開發의 重要性을 갖기 시작한것은 約10여년전 부터이다. 世界各國의 情況도 그 나라의 自然條件, 政治, 經濟의 影響에 따라서 相異하다.<br/> 世界的으로 보아 海洋에 관한 硏究는 조기에 시작하였으나 海洋開發에 새로히 바다를 活用한 것은 第2次 大戰 以後부터 國際的인 面으로 考察하게 되었다.

속초 해양방류 하·폐수의 혼합구역에 대한 특성분석

강시환,박연숙,김상익,이호진 한국해안해양공학회 2001 한국해안해양공학회 논문집 Vol.13 No.3

속초 하수종말처리장에서의 하·폐수 해양방류에 따른 혼합구역 특성을 파악하기 위해 Huang et al.(1996)의 분석방법을 활용하여 혼합구역 모형을 수립하였다. 겨울철인 11월 하순부터 1월까지 약 2개월 동안 속초 해양방류수역에서 매시간 연속 관측된 해류, 해수 밀도의 성층자료, 그리고 하수 방류량자료를 입력한 모형모의를 통해 속초 해양방류수역에서 하수농도의 분포변화를 계산하였으며, 동일 기간에 관측된 조석자료를 토대로 약 15일 간격으로 구분한 기간 동안에 대해 평균한 농도분포를 제시하였다. 이 결과에 의하면 겨울철동안 평균된 최소희석률은 130으로 방류 하수의 혼합·의석이 대체로 양호했다. 그러나 해안에 평행한 연안류와 조류의 주 방향에 따라 방류하수의 혼합구역이 외해보다는 해변 쪽으로 확장되고 있어 인근 해수욕장의 수질악화에 큰 영향을 미칠 것으로 판단된다. Mixing zone characteristics of the wastewater effluents discharged from Sokcho ocean outfall have been investigated using an outfall mixing zone model which was developed on the basis of Huang et al.'s(1996) analysis method. The model was applied to Sokcho ocean outfall case and was used to simulate the concentration distribution of wastewater effluents using winter season's data, ie. daily effluent flowrate, ocean current and density stratification data which were measure for two months in the outfall area. Hourly concentration distribution of outfall effluent discharges was calculated and they were averaged for the period of 15 days which covers the ambient flow variability of the neap and the spring tidal currents. The results show that near-field dilution was relatively high with the minimum dilution of 130 for the winter season. The mixing zone was extended to the coastal beach area rather than offshore because of major direction of coastal currents. This may cause a deteriorating impact on coastal water quality, especially to the adjacent swimming beach area.

한국해양공학회지 편집위원회 외

편집부(편집자) 한국해양공학회 2017 韓國海洋工學會誌 Vol.31 No.2

해양 콘크리트구조물의 철근부식 모니터링을 위한 매크로셀 센서 시스템의 적용

이승태(Lee, Seung-Tae),문대중(Moon, Dae-Joong),김완종(Kim, Wan-Jong),문재흠(Moon, Jae-Heum),김학수(Kim, Hak-Soo) 한국해안해양공학회 2010 한국해안해양공학회 논문집 Vol.22 No.4

철근부식은 해양 콘크리트 구조물의 내구성능을 저하시키는 가장 중요한 인자 중 하나이다. 본 논문은 해양환경에 노출된 콘크리트 구조물의 부식거동을 평가하기 위하여 매크로셀 센서 기법 중 하나인 anode-ladder-system의 적용성을 평가한 것이다. 해양환경으로부터 유입되는 염화물의 침투, 확산에 의한 철근부식 위험성에 노출되어 있는 철근콘크리트 구조물의 전위 및 전류를 측정하여 철근의 부식거동을 정성적으로 평가하였다. 부식 모니터링 센서는 평균 해수면으로부터 각각 3.7, 6.0 및 8.2 m 높이에 매설하였으며, 애노드 단자의 부식특성은 평균해수면의 거리에 따라 다르게 거동함을 확인하였다. 또, migration 실험을 통하여 콘크리트 강도와 확산거동과의 관계를 고찰하였다. 결론적으로, 해양 콘크리트 구조물의 부식을 방지 및 완화하기 위해서는 적절한 콘크리트 피복두께의 확보 및 초기 콘크리트의 품질 개선이 중요한 것으로 조사되었다. Corrosion of steel embedded in concrete is one of the foremost factors that affect the durability of concrete structures in marine environments. This paper presents an application technique of anode-ladder-system to evaluate corrosion behaviours of marine concrete structure. In order to investigate the behaviours quantitatively, the measurement of potential and current was performed on the concrete elements subjected to the penetration and diffusion of chloride ions. The main variable was the heights from seawater level; namely 3.7, 6.0 and 8.2 m. As a result of the monitoring, it was found that the corrosion characteristics differently behaved with the increasing height. Additionally, through migration test, the relationship between compressive strength of concrete and diffusivity of chloride ions was observed. It is suggested, ultimately, that in order to reduce or mitigate steel corrosion, both appropriate concrete cover depth and high-quality of concrete in early ages should be done.

종합관측부이 개발 및 실시간 관측기술

심재설,이동영,박우선,박광순 한국해안해양공학회 1999 한국해안해양공학회 논문집 Vol.11 No.1

장기간의 해양 모니터링을 위해서는 종합관측부이를 국산화하여 활용하는 것이 요구된다. 이런 요구에 부응하여 한국과 비슷한 여건의 대만 성공대학과 공동연구를 통해 종합관측부이 제작기술을 도입하여 이를 한국에서 효율적으로 해양 환경 모니터링에 활용할 수 있게 발전·개선시켰다. 부이의 크기는 육상 운반과 해상 설치에 편리하도록 직경 2.5m로, NOAA의 3.0m 부이보다 작다. 부이의 동적특성을 수치모델로 해석하였는데, 주기가 4초 이상의 파랑을 관측하는 데는 문제가 없는 것으로 나타났다. 부이의 관측 및 제어 시스템을 개선하여 더 많은 관측센서를 부착할 수 있고, 전원 소모량을 줄이고 또 자료의 분석 및 관리 기능을 높혔다. 이 논문에서는 개선된 종합관측부이의 각 구성부분을 자세히 설명하였다. 종합관측부이는 풍향, 풍속,기온, 습도, 기압 및 파랑 등 기존의 해양 기상 요소에다 수온, 염분, DO, pH 및 탁도 등 해양환경 요소를 첨가하였다. 원해에 설치된 부이로부터 실시간 자료 전송을 위해 Inmarsat 위성통신 시스템을 이용하였다. 개선 제작된 부이는 포항 앞바다에서 1개월 간의 시범 운영을 통하여 계류, 자료 송신에 대한 성능 실험과 파랑자료를 검증하기 위하여 네덜란드의 Datawell사의 Wave-rider부이와 동시 관측 실험을 수행하였는데, 좋은 결과를 얻었다. It is desired to use a domestically manufactured ocean data buoy for the long-term operational ocean monitoring. The ocean data buoy manufacturing technology was introduced through the research cooperation with the Qingkong University of Taiwan. The introduced ocean data buoy system was further expanded and improved for more efficient application for the marine environmental monitoring in Korea. The size of the ocean data buoy is 2.5 m in diameter, which is smaller compared to the NOAA's 3.0 m discus buoy to allow easy land transportation and ocean deployment as well. From the dynamic response test of the buoy carried out numerically, it was shown that the measurement of waves with period greater than 4 seconds is acceptable. The measurement and control system of the data buoy were improved to increase the number of measuring parameters, to reduce power consumption and to enhance better data analysis and management. Each component of the improved data buoy system was described in detail in this paper. Water quality sensors of water temperature, salinity, DO, pH and turbidity were added to the system in addition to the marine meteorological sensors of wind speed and direction, air temperature, humidity, air pressure and wave. Inmarsat satellite communication system is used for the real-time data telemetry from the buoy deployed offshore. A field performance test of the improved and domestically manufactured buoy was carried out for a month at the open sea off Pohang together with DatawelI's Wave-rider buoy to compare the wave data. The results of the test were satisfactory.

해양소수력 건설에 따른 방류수로의 수위 변화 특성 분석

강금석(Kang, Keum-Seok),김지영(Kim, Ji-Young),유무성(Ryu, Moo-Sung) 한국해안해양공학회 2009 한국해안해양공학회 논문집 Vol.21 No.5

삼천포 화력발전소에서 냉각수로 이용되고 방류되는 해수를 이용한 소수력 발전소를 건설하였다. 본 연구에서는 해양소수력 발전소 건설시 가장 중요한 문제인 기존 화력발전소의 순환수 계통에 미치는 영향을 평가하기 위한 방안으로 배수로 수위의 해양소수력 건설 이전, 건설 중, 건설 이후 해양소수력 운전 상태에서의 변화를 예측한 값과 실제 계측값을 분석하였다. 설계시 일반적으로 이용되는 개수로 수리식에서부터 Flow 3D를 이용하여 3차원적인 수리해석 기법을 이용하는 것까지 다양한 예측을 시도하였고 관측을 통하여 검증하고자 하였다. 예측치와 실제 관측치의 비교 결과, 수위의 전체적인 평균값은 예측치와 관측치가 유사하였지만 수위의 변화 폭은 건설 중과 해양소수력 운전 상태에서 매우 크게 나타났다. 또한, 소수력 건설 이전에는 표준위어식과 Honma식의 예측값이 관측값과 가장 유사하였으나, 소수력 건설 이후에는 HEC-2, HEC-RAS, Flow-3D의 예측값이 실측값과 가까운 결과를 보였다. A small hydropower plant(SHP) using cooling water discharged from the power plant was constructed in Samcheonpo. This study presents predicted and measured hydrological data in the construction process of small hydropower plant in order to evaluate characteristics of water level variation of cooling water discharge channel which is a key factor in the design of SHP since the water level rise of channel is related to impact on circulating water system of the existing power plant. Various methods were applied for prediction of water level variation in the design stage from simple empirical formula to sophisticated 3-dimensional CFD method. Measured results reveal that mean value was similar between measured and predicted, but measured results were larger than predicted in deviation. Moreover, simple formula, i.e. standard weir equation and Honma equation, were more useful before installation of SHP, but sophisticated methods during operation of SHP.

Introduction to the European Offshore Steel Projects

J. de Back(제이 드 백) 한국해양공학회 1989 韓國海洋工學會誌 Vol.3 No.1

70年代에 中東의 政治的, 財政的 狀況이 複雜해진 것과 더불어 世界 石油備蓄量이 不足함에 따라 海洋石油와 가스田에 對한 開發이 점점 더 要求되어왔다. 例를 들어 北海와 같이 더 깊고 더 거친 곳으로 海洋開發이 進行됨에 따라 매우 큰 構造物들과 厚板의 鋼들을 使用할 必要가 있게 되었다. 그런데 그것들은 設計, 組立(例를 들면, 熔接), 材料選擇, 鋼製造 등 特別한 問題를 안고 있다. 그것 뿐만 아니라 이러한 構造物에는 많은 量의 鋼이 使用되기 때문에, 設計者들이 使用할 수 있는 資料들을 供給하기 爲해서 完全한 試驗프로그램이 더욱 切實히 必要하게 되었다. 이미 存在하고 있는 英國의 海洋構造物用 鋼硏究 프로젝트를 基礎로 하여 유럽의 硏究 프로그램이 計劃되었고 유럽의 石炭과 鋼 共同體가 後援하게 되었다.<br/> 이 프로그램에는 英國, 프랑스, 獨逸, 이탈리아, 텐마크와 네덜란드가 參加하게 되었다. 各國의 鋼製造會社와 硏究所들이 이 共同硏究를 행해왔다. 海洋의 鋼構造物로써 사용되는데 關聯된 情報를 얻기 爲해서 모두 40個 以上의 硏究室들이 全體 共同硏究에 包含되어 있다.<br/> 이 프로그램으로 바다라는 環境에서 鋼構造物이 어떻게 擧動하는지 더 잘 理解함으로써 鋼製造會社와 石油會社 양쪽 모두 實質的인 利益을 얻었다. 게다가 이 刮目할만한 發展으로유럽의 프로그램 內에서만 아니라 노르웨이와 캐나다의 프로그램과의 共同硏究가 매우 重要하다는 것을 알게 되었다. In the seventies the shortage of world oil reserves together with the complex political and financial situation in the Middle East has led to an ever increasing demand for the exploitation of offshore oil and gasfields. The movement of these offshore exploitations of deeper and rougher areas, for instance the North Sea, required very large structures and the use of thick plate steels, which constitute special problems in designing, fabrication (e. g. welding), material selection, steelmaking etc. This and the large amount of steel being used in these structures made it apparent that a complete test programme would be needed to provide data which could be used by designers. With the already existing programme of the U. K. Offshore Steels Research Projects as a basis, an European Research Programme was designed and sponsored by the European Coal and Steel Community. In this programme the U. K, France, Germany, Italy, Denmark and the Netherlands were participation.<br/> This joint research has been undertaken by steel companies and research laboratories. In all more than 40 laboratories have been involved in the overall collaboration aimed at generating information relevant to the performance of offshore steel structures.<br/> The programme has produced tangible benefits for both the steel and oil industries through the contribution or has made to a better under-standing of the behaviour of steel structures in marine environments.<br/> Furthermore the significant progress achieved furnished a clear proof of the importance of collaboration not only within this European Programme but also with related Norwegian and Canadian Programmes.

해양 이상 자료 탐지를 위한 오토인코더 활용 기법 최적화 연구

김현재(Hyeon-Jae Kim),김동훈(Dong-Hoon Kim),임채욱(Chaewook Lim),신용탁(Yongtak Shin),이상철(Sang-Chul Lee),최영진(Youngjin Choi),우승범(Seung-Buhm Woo) 한국해안해양공학회 2021 한국해안해양공학회 논문집 Vol.33 No.6

해양 이상 자료 탐지의 연구는 이전부터 활발하게 이루어지고 있으며, 통계 및 거리 기반의 기계 학습 알고리즘을 활용하는 기법들이 개발되었다. 최근에는 AI 기반의 해양 자료 이상 탐지 기법이 많은 관심을 받고 있으며, AI를 활용한 해양 이상 자료 탐지 기법은 정답이 주어지는 지도학습 기법이 주를 이루고 있다. 이러한 방법은 학습에 필요한 모든 자료에 수작업으로 분류 정보(라벨)를 지정해야 한다는 점에서 많은 시간과 비용이 요구된다. 본 연구에서는 이러한 문제를 극복하기 위해 비지도학습 기반의 오토인코더를 이상 자료 탐지 기법에 사용하였다. 실험으로는 오토인코더의 평가를 위해 단변수·다변수학습 두가지 실험을 구성하였고, 단변수 학습은 기상청에서 제공하는 덕적도 부이 정점 관측 자료 중 수온만 사용하였으며, 다변수 학습은 수온과 기온, 풍향, 풍속, 기압, 습도 등을 사용하였다. 사용기간은 1996~2020년의 25년간이며 학습 자료에 해양-기상 자료의 특성을 고려한 전처리 기법을 적용하였다. 학습된 다변수와 단변수 오토인코더를 활용하여 실제 표층 수온에 대한 이상 탐지를 시도하였다. 모델 성능 비교를 위해 오차를 삽입한 합성 자료에 다변수와 단변수 오토인코더를 포함한 여러 이상 탐지 기법을 적용하여 정량적으로 평가하였으며, 다변수/단변수의 정확도가 각각 약 96%/91%로써 다변수 오토인코더가 더 나은 이상 자료 탐지 성능을 보였다. 오토인코더를 이용한 비지도학습 기반 이상 탐지 기법은 주관적 판단에 의한 오류와 자료 라벨링에 필요한 시간과 비용을 줄일 수 있다는 점에서 다양하게 활용될 것으로 판단된다. Outlier detection research in ocean data has traditionally been performed using statistical and distance-based machine learning algorithms. Recently, AI-based methods have received a lot of attention and so-called supervised learning methods that require classification information for data are mainly used. This supervised learning method requires a lot of time and costs because classification information (label) must be manually designated for all data required for learning. In this study, an autoencoder based on unsupervised learning was applied as an outlier detection to overcome this problem. For the experiment, two experiments were designed: one is univariate learning, in which only SST data was used among the observation data of Deokjeok Island and the other is multivariate learning, in which SST, air temperature, wind direction, wind speed, air pressure, and humidity were used. Period of data is 25 years from 1996 to 2020, and a pre-processing considering the characteristics of ocean data was applied to the data. An outlier detection of actual SST data was tried with a learned univariate and multivariate autoencoder. We tried to detect outliers in real SST data using trained univariate and multivariate autoencoders. To compare model performance, various outlier detection methods were applied to synthetic data with artificially inserted errors. As a result of quantitatively evaluating the performance of these methods, the multivariate/univariate accuracy was about 96%/91%, respectively, indicating that the multivariate autoencoder had better outlier detection performance. Outlier detection using an unsupervised learning-based autoencoder is expected to be used in various ways in that it can reduce subjective classification errors and cost and time required for data labeling.