KR100263809B1 - 낮은 흘수의 부유식 해양굴착 및 생산구조물 - Google Patents

Abstract

낮은 흘수의 부유식 해양 굴착/생산 구조물은 그 위에 하나 이상의 모듈 혹은 갑판이 정유설비, 석유 굴착장치, 각종 설비들과 직원용 숙소를 지지하도록 된 부유식 선체로 형성되는데, 굴착 및/또는 생산은 선체의 중심 관통부를 통하여 이루어지게 되어 있다. 상기 선체는 고정 밸러스트, 오일 저장공간, 균형유지를 위해 저장된 석유의 가벼운 중량을 재배치하기 위한 빈공간 및 가변 밸러스트를 구비한다. 선체는 비교적 적은 수선면적을 갖춤과 더불어 선체가 설치되는 지역의 파도주기에서 많이 벗어난 피치와 롤링 주기를 갖게 된다.

Description

낮은 흘수의 부유식 해양굴착 및 생산구조물

본 발명은 해양의 석유를 굴착하고 생산하는 구조물(drilling and producing oil offshore)에 관한 것으로, 특히 이와 같은 작업에 사용되는 부유식 구조물(floating structure)에 관한 것이다.

해양의 석유 산업 분야에서, 부유식 구조물은 해저에 고정되는 사다리식 구조물인 자켓(jacket)을 설치하는 비용이 너무나 과도해서 많은 석유매장량에도 불구하고 충분한 경제적 대가를 얻지 못하는 지역에서 사용되어 지는데, 이러한 부유식 구조물로는 반이 물에 잠길 수 있는 갑판 승강식 해양석유 굴착장치와 다수의 닻을 사용하여 정위치에 계류시키는 배, 다수의 추진기를 사용하여 제 위치에 바지선을 유지하는 동적 위치제어선 및 텐션레그 플랫폼(tension leg platform, TLP)이 사용되어 왔다.

각 구조물은 장점과 단점을 갖는데, 예컨대 동적 위치제어선은 닻과 계류삭(mooring lines)은 필요로 하지 않지만, 파도와 해류에 대하여 넓은 표면적을 갖게 되고, 이는 배를 제 위치에 고정하는 데 다량의 동력을 필요로 하며, 넓은 표면적으로 인해, 배가 파도의 작용에 대응하여 큰 수직운동(heave)과 피치(수직각운동, pitch), 롤링(rolling) 운동을 받게 된다. 반이 물에 잠기는 갑판 승강식 해양석유 굴착장치는 파도에 대하여 더 작은 수선면적(water plane area)을 가지며, 피치와 롤링 운동에 대하여 만감성이 둔화되지만, 여전히 수직운동을 받고 많은 양의 석유를 저장할 수는 없었다.

굴착과 생산은 구조물의 운동을 수용하도록 설계되어야만 하므로, 주변 환경으로 인해 유도되는 운동들을 최소화하는 것은 안정성과 편안함의 견지에서뿐만 아니라 작업의 견지에서도 바람직하다. 설계와 건조비용은 직접적으로 구조물의 수직운동, 피치, 롤링의 양에 관계된다.

한편 TLP는 수직운동, 피치, 롤링의 최소화에는 비교적 성공적이지만, TLP는 바다가 비교적 거친 심해용으로 설계된 깊은 흘수의 구조물이었다.

이제까지 본 기술 분야의 현재 상태로는 해수가 온화하고, 파도의 최대높이가 30 또는 40피트를 초과하는 경우가 적은 심해 지역에 적절하도록 하는데 주안점을 둔 구조물은 없었다.

이에 본 발명의 목적은 서로 독립적으로 제조되어 선체와 갑판이 반드시 최종 현장이 아닌 장소에서도 조립될 수 있어서 공기(공기)와 비용을 줄일 수 있는 부유식 해양 구조물을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 매우 바람직한 수직운동과, 피치, 롤링운동 특성을 구비하는 부유식 해양 구조물을 제공하기 위한 것으로, 생산과 굴착용 석유 공급관(steel Production and drilling riser)을 사용하고 기상상태에 영향을 적게 받는 굴착 작업을 가능하게 하는 것이다.

제1도는 본 발명을 동일 축척으로 도시한 사시도.

제2도는 갑판이 장착된 본 발명의 외부측면도.

제3도는 갑판이 장착된 본 발명의 내부측면도.

제4도는 제3도의 4-4선 단면도.

제5도는 제3도의 5-5선 단면도.

제6도는 제3도의 6-6선 단면도.

제7도는 제4도의 7-7선 단면도.

제8도는 제4도의 8-8선 단면도이다.

본 발명은 파도가 낮은 심해 지역에 중점을 둔 것으로 현재 사용하는 부유식 구조물의 상이한 형태의 장점을 결합한 낮은 흘수의 부유식 구조물을 제공하게 되는 바, 이러한 구조물은 정유설비와 해양석유 굴착장치, 각종 설비 및 선원 숙소를 지지하기 위해 하나 이상의 모듈 또는 갑판이 위치 가능한 부유식 선체로 형성된다. 여기서 굴착 및/또는 생산은 선체내에 중심 관통부를 통해 이루어지는 바, 상기 선체는 고정 밸러스트, 오일 저장공간, 균형유지를 위해 저장된 석유의 가벼운 중량에 의한 부력보정을 하기 위한 빈공간 및 가변 밸러스트를 구비하며 선체는 비교적 적은 수선면적을 갖게 된다. 또한 선체는 이 선체가 설치될 지역에서 발생하는 파도의 주기와 크게 벗어나는 롤링과 피치 주기를 갖게 된다.

이하 본 발명은 첨부한 예시도면에 의거 상술한다.

도면에 있어서, 제1도에는 븐 발명에 따른 구조물이 참조 번호 10으로 도시된바, 낮은 흘수(吃水)의 부유식 구조물(10)은 부유식 선체(12)로 구성되고, 상기 선체는 고정 밸러스트(ballast;14)와 오일 저장부(16), 빈 공간 및 가변 밸러스트부(18) 및, 정유설비와, 해양 석유의 굴착 장치, 각종 설비 및 직원 숙소용 갑판 또는 모듈을 수용하고 지지하는 부분(20)으로 구성된다. 여기서 상기한 선체(12)는 바다 밑의 유정을 굴착하고 이로부터 생산하는 동안 사용되는 공급관을 수용하는 선체를 관통하여 수직으로 연장되는 관통부(22)를 구비한다.

바람직한 실시예에서, 고정 밸러스트부(14)는 선체(12)의 하부 바닥에 위치하고 구조물의 하부 바닥에 고정 밸러스트를 배치함으로써, 부력중심 아래에 중력중심이 위치하게 된다. 또한 고정 밸러스트는 콘크리트와 같은 적당한 물질로 형성 가능하여 비용을 절감하는 데 도움을 줄 수 있다. 물론 고정 밸러스트의 두께와 중량은 구조물의 크기, 무게, 배수량에 따라 결정된다.

석유 저장부(16)는 해수가 바닥으로부터 저장부로 유입되도록 함으로써 압력평형이 이루어지는데, 이는 제3도에 나타나 있으며, 참조 번호 17은 해수이고 바다에 대해 압력평형을 위한 것이다. 특정 유조선의 규약에 부합시킬 필요가 있다면, 석유 저장부(17)를 이중의 벽을 사용함으로써 형성할 수도 있다.

제3도와 제4도, 제5도, 제7도, 제8도에 도시된 빈공간 및 가변 밸러스트부(18)의 빈 공간(19)은 부유식 구조물(10)에 부양력을 제공하고, 제3도과 제6도 및 제8도에 도시된 빈공간 및 가변 밸러스트부(18)의 가변 밸러스트부(21)는 저장된 석유의 더 가벼운 중량에 따른 부력보정에 사용되는데, 일정한 흘수를 유지하기 위해, 대략적으로 석유 1배럴의 부력의 보정에 해수 1입방 피트가 필요하다. 여기서 일정한 흘수를 유지하는 것은 석유 공급관이 해저에 연결되고 배관트리(trees)의 상대 이동이 제한되므로 바람직한 것이다.

제1도 내지 제3도에 도시된 바와 같이, 선체(12)는 흘수선(24)으로 표시된 바와 같은 선체의 작업 흘수에서 선체 수선면적이 선체의 주요부의 잠수된 하부의 수선 면적보다 아주 적게 되는데, 이는 제3도와 제4도, 제5도 및 제8도에 도시된 바와 같이 선체의 중심과 각 선단부에 이 선체의 각 선단부와 중심으로부터 상방향으로 연장되어 선체의 각 선단부와 중심에서 대체로 U자형부 또는 절취된 부분을 형성하도록 빈공간(19′)을 구비함으로써 가능하게 된다. 또한 작업 흘수에서, U-자형부의 바닥은 수중에 있게 되는데, 선박의 경우처럼 선체의 작업흘수가 석유 저장부(16)에 있는 경우보다 훨씬 작은 수선면적을 초래하게 되고 비교적 작은 수선면적은 선체에 파도 주기보다 훨씬 긴 수직운동 고유주기를 제공하게 된다.

선체의 롤링과 피치 주기는 파도의 주기에서 크게 벗어나게 되어 구조물이 바람직한 롤링과 피치 운동을 갖게 되며, 구조물의 운동은 가변 밸러스트부(21) 위에 선체의 각 선단에 절취부 또는 U-자형부내에 배플(baffles, 26)을 제공하여 더욱 향상될 수 있는데, 제4도에 도시된 바와 같이 배플(26)은 선단 빈 공간(19′)과 선체의 중심부 사이로 이어지는 수직벽으로 형성된다. 작업 흘수에 있을 때, 배플(26)은 갑판을 지지하는 선체의 벽들 사이에 이동하는 해수의 자유 수면 효과와 해수의 튀어 오름을 경감시킨다. 중심의 U-자형부는 작업 흘수선 상부에 위치하도록 하면서 파도 작용으로부터 중심의 관통부(22)를 지나는 석유 공급관을 보호하도록 설계 한다.

작업 중에, 구조물(10)의 가변 밸러스트부(21)는 작업의 상이한 단계 중에 구조물(10)의 흘수를 변화시키는 데 사용될 수 있다. 예컨대, 경량상태에서 상기 수는 45피트로 조절가능하고, 어떤 장소로 구조물을 견인하기 위해서, 흘수는 50 내지 70피트의 적절한 흘수로 조절될 수 있으며, 굴착 및/또는 생산작업 중에 흘수는, 제1도와 제2도에 도시된 바와 같이 160피트의 흘수로 조절될 수 있다. 제1도와 제2도에 도시된 30피트의 건현(乾舷, freeboard)지역은 단지 예이고, 특정 해양 상태에서는 45피트가 더욱 적절할 수도 있다.

상기 구조물(10)은 정유장비와 석유 굴착 장치, 각종 설비들과 직원 숙소 등을 위한 지지모듈 또는 갑판과는 다른 장소에서 건조될 수 있어서 건조와 설치 면에서 공기와 비용을 줄일 수 있게 되는 장점을 가지고 있다. 한편 상기 구조물(10) 위에 갑판을 설치할 때는 흘수선 아래로 상기 구조물(10)을 필요한 깊이만큼 가라 앉히고 상기 갑판을 실은 바지선을 선체의 상기 절취부 안으로 들어가게 하고, 갑판이 지지부(20) 상부에 위치될 수 있게 한 다음, 바지선을 가라앉게 하거나 밸러스트를 제거하여 상기 구조물을 상승시켜, 또는 두 가지를 혼합하여 사용함으로써 갑판을 구조물로 이동시킨다. 일단 갑판이 설치되고 나면, 구조물(10)은 작업 장소로 견인된 다음 바람직한 작업 흘수로 밸러스팅되어 정위치에 계류된다.

상기 구조물(10)과 함께 사용되는 굴착과 생산용 석유 공급관은 해양 산업에서 공지된 몇가지 형태 중에서 선택 가능하다.

추가될 수 있는 다른 특징은 제3도에 도시된 흐름 저항판(28)이며, 이저항판(28)은 관통부(22) 내의 해수운동이 파도주기에 유사한 주기를 가질 때, 관통부(22)내에 수위가 수직으로 공진하는 것을 방지하게 되며, 상기 저항판은 해수 유동을 위한 전체 개방면적이 관통부(22)의 횡단면적의 거의 20% 내지 30% 정도로 된다.

구조물은 도면에서 도시된 바와 같은 크기로 하려면 다음의 수치가 적용되는바, 구조물(10)은 31,900톤의 갑판 하중과 함께 10,000톤 중량의 갑판 구조물로 총 41,900톤을 수용하며, 석유 저장부(16)는 1,500,000배럴의 석유를 저장할 수 있으며 선체(12)는 514,000톤의 배수량과 72,100톤의 고정 밸러스트를 가지며 강철로 된 선체 자중은 약 60,000톤이 될 것이다. 또한 관통부(22)는 생산과 굴착용으로 40개의 슬롯을 구비할 수 있다. 도면에서 기재된 수치는 단지 크기의 일례로서 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

다양하고 상이한 실시예들이 본 발명의 범주 내에서 만들어질 수 있으며, 상세한 설명은 본 발명을 설명하는 것이지 한정하기 위한 것은 아니다.

본 발명은 서로 독립적으로 제조되어 선체와 갑판이 반드시 최종 현장이 아닌 장소에서도 조립될 수 있어서 공기(工期)와 비용을 줄일 수 있는 부유식 해양구조물을 제공할 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 선체 내에서 적어도 하나의 U-자형부를 형성하여 선체가 작업 흘수에 놓였을 때 U-자형부 상부는 수선면 위에 있고, U-자형부의 바닥은 수중에 있게 되는 선단부를 구비하며, 이 U-자형부 상부에 갑판을 수용하게 되는 부유식 선체(12)와; 상기 선체의 하부 선단에 위치되는 고정 밸러스트부(14); 상기 선체내에 형성되는 석유 저장부(16); 상기 선체내에 형성되는 가변 밸러스트부(21) 및; 상기 선체(12)를 관통하는 수직 관통부(22)를 구비한 낮은 흘수의 부유식 해양 굴착 및 생산 구조물.
2. 제1항에 있어서, 상기 석유 저장부(16)가 해수압과 평형이 이루어지게 되는 것을 특징으로 하는 낮은 흘수의 부유식 해양 굴착 및 생산 구조물.
3. 선체 내에 적어도 하나의 U-자형부를 형성하여 선체가 작업 흘수에 놓였을 때 U-자형부 상부는 수선면 위에 있고, U-자형부의 바닥은 수중에 있게 되는 선단부를 구비하며, 이 U-자형부 상부에 갑판을 수용하게 되는 부유식 선체(12)와; 상기 선체의 하부 선단에 위치되는 고정 밸러스트부(14); 상기 선체(12) 내에 형성되도 해수와 압력평형이 이루어져 있는 석유 저장부(16); 상기 선체내에 형성되는 가변 밸러스트부(21) 및; 상기 선체를 관통하는 수직 관통부(22); 및 선체내에 형성된 U-자형부의 하부내에 배플(26)을 구비한 낮은 흘수의 부유식 해양 굴착 및 생산 구조물.

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