KR100442502B1 - 해양석유생산플래트폼 - Google Patents

Abstract

본 발명의 해양 석유생산 플래트 폼은 해수면 상에 걸쳐 있는 상부바지(1)를 포함한다. 이 바지(1)는 부력탱크를 형성하고 수직으로 연장된 부분 잠수형 연결 지지각(2)에 의하여 완전 잠수된 중공형의 하부 베이스(3)에 연결된다. 지지각(2)은 이들의 잠수높이를 따라 적어도 두 연속부분(10, 14)을 포함하며, 제 1 부분 (10)은 단일벽체로 구성되어 폐쇄공간을 형성하므로서 부력탱크를 형성하고 제 2 부분(14)은 개방골격구조의 측벽으로 되어 있다. 이 제 2 부분(14)의 내부공간은 주위 해양환경에 대하여 개방되어 있다.

Description

해양 석유생산 플래트폼{Off-shore Oil Prodution Platform}

본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 석유생산 플래트폼의 개략 정면도.

도 2는 파도주기의 함수로서 종래기술의 플래트폼의 전달함수를 보인 그래프.

도 3은 파도주기의 함수로서 종래기술의 플래트폼에 가하여지는 압력의 힘과과 가속력의 힘의 변화를 나타내는 그래프.

도 4와 도 5는 본 발명에 따른 플래트폼에 대한 도 2와 도 3에 유사한 그래프.

본 발명은 해양 석유생산 플래트폼에 관한 것으로, 특히 해수면상에 배치되고 부분적으로 잠수되고 수직으로 연장되어 부력탱크를 형성하는 연결지지각으로 완전 잠수된 중공형 하부베이스에 연결된 상부바지(upper barge)를 포함하는 형태의 해양 석유생산 플래트폼에 관한 것이다.

이러한 형태의 플래트폼은 반잠수형 플래트폼으로서 알려져 있다. 생산지에서 이러한 플래트폼을 안정화하기 위하여, 하부베이스는 예를 들어, 이에 해수를 채우므로서 평형이 유지된다. 공지의 플래트폼에 있어서, 지지각은 플래트폼의 부력탱크를 형성하는 폐쇄공간을 그 전 높이에 걸쳐 한정하는 단일벽체의 수직컬럼으로 구성된다.

이들 플래트폼은 해상(海床)에 직접 놓이지 아니하고 계류라인으로 간단히 고정된다. 따라서 이들은 파도에 매우 민감하여 플래트폼이 수직으로 승강운동하게 된다. 이들 운동의 진폭은 매우 크다. 이러한 현상으로 플래트폼에서의 석유생산은 어렵다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 지지각의 길이를 연장하므로서 베이스가 아주 깊게 잠수되도록 하는 것이 제안된 바 있다. 이러한 해결방법으로 얻은 결과는 불완전하고 이러한 플래트폼은 제조와 설치가 복잡하였다. 더우기 이들은 설치 중에 잠정적으로 불안정하게 된다.

프랑스 특허출원 FR-A-2,713,588에는 전 길이가 금속 격자구조물로 구성된 지지각을 갖는 잭업 플래트폼이 기술되어 있다. 지지각으로 구성된 부체는 플래트폼이 부력을 갖도록 한다. 그러나, 이들은 플래트폼의 수직운동을 줄일 수는 없다.

본 발명의 목적은 파도에 별 영향이 없으며 상부바지를 하부베이스에 연결하는 지지각의 길이가 제한된 해양 석유생산 플래트폼을 제공하는데 있다.

이를 위하여, 본 발명에 따른 해양 석유생산 플래트폼, 특히 상기 언급된 형태의 해양 석유생산 플래트폼은 지지각이 이들의 잠수된 부분에 적어도 두 연속부분, 즉 폐쇄공간을 형성하여 부력탱크를 구성하는 단일벽체로 된 제1부분과, 개방골격구조의 측벽을 갖는 제2부분을 포함하고, 이 제2부분의 내부공간의 주위의 해양환경에 대하여 개방됨을 특징으로 한다.

특정한 실시형태에 따라서, 본 발명은 다음과 같은 하나 이상의 특징을 갖는다.

- 개방골격구조의 측벽을 갖는 제2부분이 금속 격자구조물이다.

- 개방골격구조의 측벽을 갖는 제2부분이 단일벽체로 구성되는 제1부분과 베이스 사이에 배치된다.

- 단일벽체로 된 제1부분이 상기 상부바지의 바로 아래에 적어도 부분적으로 연장된다.

- 제1부분과 제2부분은 통상적인 파도주기에서 단일벽체로 된 제1부분에 강하여지는 압력이 플래트폼의 가속력을 보상한다.

- 제1부분과 제2부분은 통상적인 파도주기 범위 내에 놓이는 파도주기의 두 값에 대하여 압력과 가속력이 동일하다.

- 압력과 가속력이 동일한 동안의 파도주기의 최소값은 4초 이상이다.

- 제2부분의 잠수된 높이는 지지각의 총 잠수깊이의 1/4-3/4 사이에 놓인다.

- 제2부분의 잠수높이는 지지각의 총 잠수깊이의 0.4-0.65배 사이이다.

- 지지각은 원통형의 외부형상을 갖는다.

- 베이스는 이를 통하여 수직으로 관통하는 적어도 하나의 통로를 포함한다.

- 베이스는 유체로 구성되는 밸러스트, 특히 해수로 채워진다.

- 상부바지는 지지각을 따라서 이동될 수 있게 착설되고 지지각에 대하여 상부바지의 상대운동과 고정을 위한 인상기구가 제공된다.

- 개방골격구조의 상기 제2부분은 지지각의 잠수높이를 따라 단일벽체의 두 부분 사이에 배열된다.

도 1은 반잠수형태의 잭업오일 플래트폼을 보인 것이다. 이는 플래트폼이 생산모우드에 있을 때에 해수면 상부에 놓이고 지지각(2)으로 잠수된 하부베이스(3)에 연결된 상부바지(1)를 포함한다.

통상적인 방법으로, 상부바지는 유정천공헤드(4)와 함께 기술관제빌딩과 숙박설비(도시하지 않았음)를 포함한다.

더우기, 통로(5)가 상부바지(1)에 형성되어 지지각(2)이 통과할 수 있게 되어 있다. 통공(5)의 둘레에는 인상기구(6)가 배치되어 있어 지지각(2)과 베이스(3)가 하강될 수 있도록 하고 상부바지(1)가 최대 파고를 벗어난 위치에 놓이도록 해수면의 상부로 인상될 수 있도록 한다. 인상기구(6)는 예를 들어 래크와 피니언 기구로 되어 있으며 래크는 지지각(2)의 전 길이에 걸쳐 연장되어 있다. 더우기 이들 인상기구(6)는 지지각과 상부바지 사이를 견고히 연결하기 위하여 상부바지(1)에 지지각(2)을 고정하는 수단을 포함한다.

지지각(2)은 예를 들어 4개 이며, 전체 외부형상은 원통형으로 되어 있다. 도 1에서 보인 실시형태에서 이들은 사각단면의 형태로 되어 있으나 이들은 원형 또는 삼각형의 단면 형태로 구성될 수 있다.

지지각(2)은 모두 동일하며 이들의 잠수된 부분이 두 연속한 상부의 제1부분(10) 및 하부의 제2부분(14)으로 되어 있다. 제1부분(10)은 저면부(12)에 의하여 하단이 폐쇄된 단일벽체의 튜우브로 구성된다. 따라서 이 제1부분(10)은 주위의 해양환경으로부터 격리된 폐쇄공간을 형성하므로서 플래트폼의 부력탱크를 형성한다. 이 제1부분(10)의 상측부는 상부바지(1)의 양측에서 해수면의 상부로 연장된다. 그 하측부는 상부바지(1)의 바로 아래로 연장되어 부분적으로 잠수된다.

제1부분(10)은 개방 골격구조의 측벽을 갖는 제2부분(14)으로 연장되며, 이 제2부분의 내측부는 주위의 해양환경에 대하여 개방되어 있다. 이 제2부분(14)은 제1부분(10)과 베이스(3) 사이에 개재되어 있고 예를 들어 금속제 격자구조체를 형성한다. 이러한 구조는 금속튜우브의 격자구조물(18)로 연결되는 4개의 금속직립부(16)를 포함한다.

제2부분(14)은 그 상측단부가 제1부분(10)의 하측단부에 용접되고 그 하측단부는 베이스(3)에 용접되어 있다.

도 1에서 보인 바와 같이, 석유생산 위치에서 단일벽으로 구성되는 제1부분(10)의 잠수높이(Zt)는 지지각(2)의 총 잠수높이 Zm의 ⅓이다. 이와 같이, 격자구조물의 제2부분은 완전히 잠수되며 도시된 실시형태에서는 지지각(2)의 전체 잠수높이의 ⅔가 된다. 일반적으로 개방골격구조의 측벽을 갖는 제2부분의 잠수높이는 지지각(2)의 전체 잠수높이의 1/4-3/4 사이이다.

실제의 계산에서는 제2부분(14)의 잠수높이가 지지각의 전체 잠수높이의 0.4-0.65배 사이이다.

베이스(3)는 속이 비어 있는 중공형이고 전체형상이 정사각형, 직사각형 또는 삼각형이다. 이 베이스는 해수가 채워져 전체 플래트폼에 대한 밸러스트를 형성한다. 이는 또한 내부에 저장조가 구성되어 있어 탄화수소가 저장된다. 또한 베이스(3)에는 중앙통공(20)이 관통되어 있다. 이 중앙통공은 플래트폼의 수직운동 중 해수에 대한 저항면을 줄이기 위한 것이다. 이는 또한 이를 통하여 유정천공기구가 관통할 수 있도록 한다.

도 1에서 보인 위치에서, 플래트폼은 단일벽체로 구성된 제1부분(10)의 잠수부분에 의하여 부유한다. 이들 부분은 저면부(12)에 가하여지는 압력 Fp를 받는다. 이 압력 Fp는 제1부분(10)의 잠수높이 Zt에 따라 달라진다.

이는 제1근사식으로서 다음과 같이 나타낼 수 있다.

여기에서, A_ω는 부력면의 면적, 즉 저면부(12)의 면적을 나타내고, β는 파도의 파수를 나타내며 f(t)는 시간의 함수로서 해수면의 높이를 나타낸다.

더우기, 전체 플래트폼은 해수의 운동, 특히 베이스(3)에 대한 이들의 효과에 의한 가속력 Fa를 받는다. 이 가속력은 지지각(2)의 전체 잠수높이 Zm에 따라 달라지며 이는 제1근사식으로 다음과 같이 나타낼 수 있다.

여기에서, k₁은 주어진 파고에 대한 상수이고 B는 해수가 채워진 베이스(3)의 질량과 부가질량의 합을 나타낸다. 부가질량은 플래트폼이 이동할 때 플래트폼에 대하여 베이스를 둘러싸고 있는 해수의 작용을 고려한 의사질량이다.

플래트폼에 작용하는 두 힘 즉 가속력 Fa와 압력 Fp는 위상이 반대이다. 이들 조건에서 제1부분(10)의 잠수높이가 통상적인 파도주기에서 이 제1부분에 가하여진 압력 Fp이 플래트폼의 가속력 Fa을 보상할 수 있도록 지지각(2)의 제1부분(10) 및 제2부분(14)의 크기를 결정할 수 있다. 아울러, 이러한 크기는 통상적인 파도주기 범위내의 두 파도주기 값에 대하여 이들 두 힘(Fa와 Fp)이 동일하게 결정될 것이다.

이를 위하여 플래트폼의 크기를 결정할 때에, 부동면, 즉 해수면과 지지각이 교차하는 면과, 베이스의 체적이 먼저 결정된다. 통상적인 안정화 방법에 의하여 지지각(2)에 대하여 요구된 전체 잠수높이 Zm가 결정된다.

단일벽체로 구성된 제1부분(10)의 잠수높이 Zt는 플래트폼에 가하여지는 힘인 가속력 Fa와 압력 Fp를 동일한 것으로 한 등식을 풀어 결정된다.

플래트폼 자세의 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 이들 힘 Fa와 Fp가 동일하게되는 파도주기의 두 값이 통상적인 파도주기 범위 내에 놓이는 것이 입증된다. 특히 두 힘이 동일한 파도주기의 최소값이 4초 보다 큼이 입증된다.

만약 그렇지 않은 경우에는 상이한 체적 또는 상이한 형상의 베이스(3)로 높이 Zm과 Zt의 새로운 계산이 수행된다. 이는 베이스(3)의 구조의 변경, 특히 그 형상의 변경이 부가질량을 변화시키기 때문이다. 이러한 방법으로 높이 Zm과 Zt는 두 힘 Fa와 Fp가 동일한 파도주기의 값에 따라 변경된다.

도 2는 종래기술의 플래트홈, 즉 베이스(3)로부터 연장된 단일형의 단일벽체 구조로 된 지지각과 상부바지(1)로 구성되는 플래트폼의 전달함수를 보이고 있으며 파도주기 T의 함수는 초단위로 표현하였다. 상하부동의 전달함수는 플래트폼의 파운딩 운동의 진폭과 1 미터의 진폭을 갖는 파도 사이에 비율이며, 상하부동은 파도의 효과하에서 플래트폼의 수직 승강운동을 나타내는 크기이다.

이러한 커어브로부터 플래트폼의 상하부동은 18-28초의 시간대에서 큼을 알 수 있다. 이러한 시간대는 통상적으로 만나게 되는 파도주기의 최고 값에 일치한다. 더우기 상하부동은 24초에 근접한 파도주기에서 매우 크다.

도 3은 종래기술의 플래트폼에 대하여 초 단위로 보인 파도주기 T의 함수로서 압력 Fp의 변화와 가속력 Fa의 변화를 보인 것이다. 이 커어브로부터 28초 이하의 주어진 시간대에서 힘 Fa와 Fp의 진폭이 매우 큼을 알 수 있다. 더우기 힘 Fa와 Fp의 값 사이의 불일치가 크다. 이와 같이 플래트폼은 주로 가속력 Fa을 받게 되며 그 결과는 도 2의 커어브에서 상하부동이 크게 나타남을 알 수 있다. 31초대의 시간대에서 Fa와 Fp의 값이 동일한 바, 이는 비현실적인 상하부동에 해당하는 것이다.

도 1에서 보인 본 발명에 따른 플래트폼에 있어서는 전달함수가 도 4에서 설명되는 힘, 즉 가속력 Fa와 압력 Fp는 도 5에 도시되어 있다.

도 5로부터 지지각을 두 연속부분으로 설계하므로서, 즉 단일벽체 구조로 된 부분과 개방골격 구조의 측벽으로 된 다른 부분의 두 부분으로 지지각을 설계하므로서 0-24초의 통상적인 광범위한 파도주기에서 힘 Fa와 Fp의 값을 서로 매우 근접시킬 수 있다. 더우기 힘 Fa와 Fp를 보인 커어브는 이러한 값의 범위에서 두 지점에서 교차하는 바 이는 이들 힘이 위상이 반대이므로 플래트폼에 가하여지는 합성의 힘이 소거되는 것이다.

도 4로부터, 가속력 Fa과 압력 Fp은 통상적인 파도의 전체 주기범위에서 서로 상쇄되므로 플래트폼의 상하부동은 매우 낮음을 알 수 있다. 특히 이러한 범위에서 얻는 최대 상하부동은 종래기술의 플래트폼의 최대 상하부동의 1/6에 해당한다.

더우기, 도 4에서, 커어브는 상이한 두 시간대 T(15.5초와 23.5초)에서 스스로 소거되었으며 이는 공지의 플래트폼의 경우와 같이 하나의 값이 아니다. 이들 두 소거값은 가속력 Fa과 압력 Fp를 나타내는 커어브의 교차점이 두 점이기 때문이다.

도 5에서 보인 커어브는 단일벽체 구조로 된 제1부분(10)의 잠수높이가 50m이고 지지각의 전체 잠수높이 Zm이 140m인 플래트폼에서 얻은 것이다. 베이스의 체적은 33,000㎥이고 부동면의 면적(저면부 12의 면적의 합)은 841㎡ 이었다. 플래트폼의 부가질량은 194,750톤 이었다.

또한 도시하지는 않았으나 격자구조물의 제 2 부분(14)의 하단부와 단일벽체 구조부분의 베이스(3) 사이에는 부가적인 부력탱크나 저장탱크가 개재될 수 있다. 이들 조건에서, 격자구조물의 제2부분(14)은 지지각의 잠수높이를 따라서 두 단일벽체 구조로 된 부분 사이에 배열될 수 있다.

더우기 연속부분의 다른 구성으로서 일부가 단일벽체 구조이고 다른 일부는 플래트폼의 지지각(2)을 제작시에 개방골격구조의 측벽인 구성이 가능하게 이루어질 수 있다.

이러한 형태의 플래트폼에서, 지지각(3)의 길이는 석유생산지의 깊이와는 무관하다.

더우기 플래트폼의 양호한 안정성은 유정천공헤드를 상부바지상(1)에 설치할 수 있도록 한다.

Claims (14)

1. 해수면 상부에 걸쳐 있고 수직으로 연장되어 부력탱크를 형성하는 부분잠수형 지지각(2)에 의하여 완전잠수되는 하부의 중공형 베이스(3)에 연결되는 상부바지(1)를 포함하는 형태의 해양 석유생산 플래트폼에 있어서, 지지각(2)이 그 잠수높이를 따라서 두 연속부분인 제1부분(10)과 제2부분(14)을 포함하고, 단일벽체로 된 제1부분(10)이 폐쇄공간을 형성하여 부력탱크를 구성하고 제2부분(14)은 개방골격구조의 측벽으로 되어 있으며, 이 제2부분(14)의 내부공간이 주위 해양환경에 개방되어 있음을 특징으로 하는 해양 석유생산 플래트폼.
2. 제1항에 있어서, 개방골격구조의 측벽으로 된 제2부분(14)이 금속 격자구조물(18)로 구성됨을 특징으로 하는 플래트폼.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 개방골격구조의 측벽으로 된 제2부분(14)이 단일벽체로 된 제1부분(10)과 베이스(3) 사이에 배치됨 특징으로 하는 플래트폼.
4. 제1항에 있어서, 단일벽체로 된 제1부분(10)이 상기 상부바지(1)의 바로 아래에 부분적으로 연장됨을 특징으로 하는 플래트폼.
5. 제1항에 있어서, 제1부분(10)과 제2부분(14)은 그 크기가 통상적인 파도주기의 범위에서 단일벽체로 된 제1부분(10)에 가하여지는 압력(Fp)이 플래트폼의 가속력(Fa)을 보상할 수 있도록 결정됨을 특징으로 하는 플래트폼.
6. 제5항에 있어서, 제1부분(10)과 제2부분(14)이 그 크기가 통상적인 파도주기의 범위에 놓이는 파도주기의 두 값에서 압력(Fp)과 가속력(Fa)이 동일하게 되도록 결정됨을 특징으로 하는 플래트폼.
7. 제6항에 있어서, 압력(Fp)과 가속력(Fa)이 4-24초의 파도주기범위에서 4초 이상인 동일한 최소파도주기값을 가짐을 특징으로 하는 플래트폼.
8. 제1항에 있어서, 제2부분(14)의 잠수높이가 지지각(2)의 전체 잠수높이의 1/4-3/4 사이임을 특징으로 하는 플래트폼.
9. 제8항에 있어서, 제2부분의 잠수높이가 지지각(2)의 전체 잠수높이의 0.4-0.65 배임을 특징으로 하는 플래트폼.
10. 제1항에 있어서, 지지각(2)은 그 전체 외부형상이 원통형임을 특징으로 하는 플래트폼.
11. 제1항에 있어서, 베이스(3)가 이를 통하여 수직으로 관통된 하나 이상의 중앙통공(20)을 포함함을 특징으로 하는 플래트폼.
12. 제1항에 있어서, 베이스(3)가 밸러스트 형성유체, 특히 해수로 채워짐을 특징으로 하는 플래트폼.
13. 제1항에 있어서, 상부바지(1)가 지지각(2)을 따라서 이동토록 착설되고 지지각(2)에 대하여 상부바지(1)의 상대운동과 고정을 위한 인상기구(6)가 제공됨을 특징으로 하는 플래트폼.
14. 제1항에 있어서, 개방골격구조의 측벽으로 된 상기 제2부분(l4)이 지지각(2)의 잠수높이를 따라 단일벽체로 된 두 부분 사이에 배치됨을 특징으로 하는 플래트폼.