KR100493346B1 - 스위블 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적어도 2개의 통로(21, 22)를 구비한 메인 스위블 또는 유체 스위블과 신호 통신 및 전력 전달을 위한 전기/유압식 보조 스위블(28)을 포함하는, 해수면의 시추선에 연결되도록 구성되고 석유 또는 가스의 해저 시추용 웰에 설치되는 스위블 장치에 관한 것이다. 유체 스위블은 시추 마스터 밸브(51) 및 환형 마스터 밸브(52)와 같은 소수의 밸브를 포함하는 정지 상태의 크리스마스 트리(50)의 상부 상에 회전 가능한 스위블 하우징(24)을 구비한다. 상기 통로(21, 22)는 유체 스위블의 상부측으로부터 웰 인터밴션을 가능하게 하기 위하여 유체 스위블의 중심 코어 부재(25) 내에 수직으로 관통 연장된다.

Description

스위블{SWIVEL}

본 발명은 적어도 2개의 유체 통로를 구비한 메인 스위블 또는 유체 스위블과 신호 통신 및 전력 전달을 위한 전기/유압식 보조 스위블을 포함하는, 해수면의 시추선에 연결되도록 구성되고 석유 또는 가스의 해저 시추용 웰에 설치되는 스위블 장치에 관한 것이다.

연근해의 시추 현장을 개발할 때에 비용을 낮추는 것이 중요하다. 공지된 개발 형태에 있어서 대부분의 비용 요인은 산물 수용기 위치, 예를 들어 플랫폼 또는 부유하는 시추선과 웰의 크리스마스 트리 사이의 해저 수송관과 케이블에 기인한다. 통상적으로 크리스마스 트리와 플랫폼 또는 시추선 사이의 거리는 2 km라는 문제가 있다. 이와 관련하여, 시추공 또는 웰이 여러 개의 지류를 가질 수 있으므로 최신의 드릴링 기술은 감소된 개수의 크리스마스 트리에 의해 생산하는 것을 가능하게 한다는 것이 알려져 있다. 이것은 몇몇 경우에 단 하나만의 해저 크리스마스 트리를 사용함으로써 해저 현장을 개발하는 것을 가능하게 할 것이다.

국제 특허 출원 제 PC/NO96/00201호(1996.8.7)는 정박된 시추선을 사용함으로써 탄화수소의 근해 시추를 위한 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 보다 발전된 것으로 간주될 수 있으며, 시추선이 해저 바닥에 있는 크리스마스 트리 바로 위에 또는 크리스마스 트리의 인접 부근에 놓일 수 있고 웰의 유체 유동이 해저 바닥 상의 수송관 또는 케이블에 관계없이 크리스마스 트리와 시추선 사이에서 직접 전달된다는 개념에 근거한 것이다.

유리하게도, 이하의 명세서에서 설명되는 해결책은 양호하게는 이하의 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 의한 장치에 다소 통합되는 단순화된 특정 형태의 크리스마스 트리를 사용할 수 있다.

그래서, 상기 도입부에서 설명한 바와 같은 장치에서, 본 발명에 의한 신규의 특정한 특징은 유체 스위블이 정지 상태의 크리스마스 트리의 상부에 회전 가능한 스위블 하우징을 구비하고, 시추 마스터 밸브 및 환형 마스터 밸브와 같은 소수의 밸브를 포함하고, 상기 통로는 유체 스위블의 상부측으로부터 웰 인터밴션(well intervention)을 가능하게 하기 위하여 유체 스위블의 중심 코어 부재 내에 수직으로 관통 연장되는 것으로 주로 이루어진다.

실제 여러 가지 형태로 실시될 수 있는 이러한 기본적인 해결책에 근거하여, 특히 이하에 언급한 수많은 이점을 얻을 수 있다.

- 사용된 시추선은 보통의 선박 설계와 관련하여 특히 언급할 만한 어떠한 수정이 필요 없으므로, 비교적 저가이다.

- 스위블 장치를 설치하고 회수하기 위해 또는 웰의 수리를 위해 동일한 시추선이 사용될 수 있으며, 이것은 작업 비용을 감소시킨다.

- 상당히 작은 연근해 현장은 이러한 신규의 장치를 사용함으로써 유리하며, 이 현장에 대한 채취량이 증가될 수 있다.

- 사용된 장비는 한 현장에서 다른 현장으로 이동됨으로써 재사용될 수 있다.

이하의 설명에서 본 발명을 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도1은 시추선이 해저 바닥에 설치된 장치에 결합되어 정박된 전체 장치를 단순화한 개략도이다.

도2는 본 발명에 의한 장치의 바람직한 실시예의 부분 단면 정면도이다.

도1은 시추선(3)이 해저 바닥(1) 상의 웰 또는 설치된 유사 장치와 결합되어 작동할 때의 전체 장치를 개략적으로 도시하고 있다. 라이저(riser) 또는 호스(31, 32)들은 시추선(3)까지의 전체 길이로 도시되어 있으며, 이 호스들은 단순히 개략적으로 도시된 처리 유닛(3A)에 연결되어 있다. 또한, 정박 라인(69)은 해수면(2)을 통해서 시추선(3)의 뱃머리 부분의 정박 수단까지 연장된다. 정박 라인(69)의 중간 부분에는 부력 요소가 마련되며, 또한 라이저(31, 32)도 라이저 또는 호스를 해저 바닥(1)으로부터 들어올리기 위하여 하부에 부력체를 구비한다. 이러한 일반적인 시스템은 앞에서 언급한 국제 특허 출원에 보다 상세하게 설명되어 있다.

도2에는 바람 및 기상, 특히 파도의 영향하에서 시추선이 해저 설치 장치 둘레에서 이동할 때에 선회 또는 회전 운동에 관계된 부분 및 구성 요소를 해칭으로 나타내고 있다. 이 장치는 해저의 석유 또는 가스 웰이 관련될 때에, 웰 헤드(48), 즉 시추 배관의 상부의 축과 일치하는 중심의 공통 수직 축(20X)과 일치하게 설치하는 것이 바람직하다.

도2는 주로 해저 바닥(1)에 있는 석유 또는 가스 웰의 상부의 다소 공통적인 구조를 비교적 더 상세하게 도시한다. 콘크리트 플레이트 또는 베이스(45)는 해저 바닥(1) 상에 기초부를 형성하며, 공통의 도관(47)에 연결된 자동 조절 볼 조인트식 프레임(46)을 지지하는 중심 개구를 구비한다. 도관(47)은 공지된 방식으로 해저 바닥(1) 아래의 구조물 내로 수십 미터까지 연장될 수 있다. 도관(47) 내에서, 실제의 시추 배관은 현수되어 웰 헤드(48) 자체 내의 상부에서 종료한다.

베이스 구조물(49)은 전체 장치를 그 위에 지지하는 기능을 한다. 강한 지지 구조체 요소를 통해서, 베이스 구조물(49)은 정박력을 도관(47)에 전달하기 위하여 도관(47)에 직접 연결된다. 중심 축(20X)을 중심으로 회전 가능한, 강한 캐루셀(carousel)형 하우징(60)이 베이스 구조물(49)에 축받이된 것이 도시되어 있다. 하우징(60)에는 상단부(64)가 하나 이상의 정박 라인(69)에 연결되도록 구성된 요크(63)에 대한 돌출 스터드 형태의, 양호하게는 정반대로 대향하는 부착 부재(61)가 마련된다. 요크(63)는 상단부 또는 교차편(64)에서 결합되는 2개의 레그를 구비한다는 것을 알 수 있을 것이다. 요크(63)는 부착 부재(61)들 사이에서 정반대로 연장된 수평 축을 중심으로 선회함으로써 여러 각도 위치를 취할 수 있으며, 이에 의해 요크 이동의 각도 범위는 적어도 대략 수직 위치로 상방으로 연장되는 반면, 실제 최저 각도 위치는 연결체(33) 및/또는 라이저(31, 32)를 고려하여 제한된다.

정박 라인 또는 라인들(69)을 중개로 하는 정박된 시추선과의 작업 중에, 요크(63)는 장치의 해칭된 부분이 축(20X)을 중심으로 회전하도록 한다. 이러한 회전 운동은 실제의 스위블 장치에서 발생되며, 이에 의해 중심 코어 부재(25)가 크리스마스 트리(50)와 함께 정지되는 반면, 스위블 하우징(24)을 포함하는 스위블의 나머지 부분은 회전 운동을 하게 된다. 그래서, 스위블 하우징(24)은 도면 부호 30에서 웰 헤드(48) 위의 크리스마스 트리(50) 상부에 축받이된다.

하우징(60)과 스위블 하우징(24)의 동시적인 공통 회전 운동을 확실하게 하기 위하여, 하우징(60)에 부착된 브래킷(71)에 의해 하단부에서 지지되고 스위블 하우징(24)으로부터 측방으로 돌출된 지지 아암(73) 상의 슬리브(73A)를 통해서 더 연장된 수직 로드 요소(72)의 형태인 기계적 안내부 또는 커플링이 도시되어 있다. 이러한 기계적 커플링은, 요크(63)가 정박 라인(69)을 통해서 해수면의 시추선에 연결될 때, 스위블 하우징(24)이 요크(63)의 영향하에 있는 캐루셀 또는 하우징(60)과 동일한 회전 운동을 행하도록 충분히 견고하게 제작된다. 설명된 바와 같이 하우징(60)과 유체 스위블 하우징(24) 사이의 회전 상호 연결에 부가하여, 슬리브(73A)와 협동하는 로드 요소(72)는 스위블 장치를 웰 헤드 상에 설치하는 중에 유용하고 유리하게 기능할 수도 있다. 이러한 목적을 위해, 슬리브(73A)는 유체 스위블과 크리스마스 트리(50)를 웰 헤드(48) 상에 안착시킬 때에 로드 요소(72)의 상단부와 협동하도록 하방으로 넓은 원추형 부재(73B)를 구비한다. 크리스마스 트리(50)은 그 자체로 공지된 바와 같이 그 하단부에서 웰 헤드(48) 상에 탈착 가능하게 장착하는 장착 또는 커넥터 장치(50B)를 구비한다.

스위블 장치(20)는 시추 보어(21) 및 환형 보어(22)를 포함하는 축방향 관통 보어 또는 통로와 함께 정지 상태의 중심 코어 부재(25)를 구비한다. 이들 모두는 특히, 여러 가지 밸브 기능을 가능하게 하기 위해 크리스마스 트리(50) 내의 대응 유체 통로 또는 도관과 하방으로 연통한다. 이와 관련하여 이들 유체 보어 또는 통로는 스위블의 중심 코어 부재(25)의 상부로부터 수직으로 연장되며, 바람직하게는 크리스마스 트리(50) 내에 표시된 대응 통로(56, 57) 내에서 직접 연장되는 것에 특히 유의해야 한다. 그래서, 유체 스위블의 상부측으로부터 웰 인터밴션이 가능하다. 그러나, 이것은 이하에 보다 상세하게 설명된 바와 같이, 전체 스위블 장치의 상부 부재(77)가 제거되는 상태에 있다.

더욱이, 코어 부재(25)의 둘레에서 스위블 장치(20)는 결합된 시일 및 베어링 요소를 갖춘 2개 이상의 환형 유체 통로(27)를 구비한다. 유체 스위블의 이러한 부분들은, 예를 들어, 주로 타 용도로 의도된 축방향으로 분리 가능한 스위블 장치를 예시한 노르웨이 특허 제177,780호에서는 본래 그 자체로서 알려져 있다.

스위블 하우징(24)에는 해수를 통해서 시추선까지 상방으로 연장되도록 구성된 라이저 또는 호스(31, 32)에 대한 연결 부재(31A, 32A)가 구비된다(도1 참조). 유체 전달용 연결 부재(31A, 32A)는 스위블(20)에서 비교적 중심에 위치되는 반면, 연결체(33)에 대한 상부 연결 부재(33A)는 상기한 회전 운동 중에 축(20X)을 중심으로 회전하도록 구성되어 있다. 베어링(30)은 스위블 하우징(24)이 크리스마스 트리(50)에 대하여 회전할 수 있도록 스위블 하우징(24)을 지지한다.

케이싱으로 나타낸 상부 부재(77)는 커넥터(20B)에 의하여 도2의 전체 스위블 장치(20)에 합체된다. 커넥터(20B)는, 이하의 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 상부 부재가 나머지 스위블 장치로부터 분리되어 회수되도록 한다. 신호 및 전력을 전달하기 위한 보조 스위블(28)은 크리스마스 트리용 제어 모듈(29)도 수용하는 상부 부재(77) 내에 위치되어 있다. 슬립 링 기구(79)는 상부 부재(77) 내의 상기 구성 요소와 크리스마스 트리(50) 사이의 각종 전선 연결에 필요한 회전 연결을 위해 기능하며, 또한 이러한 기능은 다른 유닛들을 웰 헤드 내에 합체될 수 있게 한다.

다른 한편, 상부 부재 케이싱(77)의 측벽으로부터 커넥터(20B)의 측면을 따라 외측 및 하측으로 연장된 브리지 아암(77B)을 통해서 상부 부재(77)로부터의 전기 및 유압식 연결이 제공되며, 연결체(33)에 대한 연결 부재(33A) 상의 상보적 커넥터 부분과 협동하기 위한 커넥터 플레이트(78) 등이 제공된다. 따라서, 이것은 커넥터 플레이트(78), 브리지 아암(77B), 슬립 링 기구(79)를 포함하는 상부 부재(77)의 내부를 통해서 크리스마스 트리(50) 등과 연통할 수 있다.

상부 부재(77)의 하부 부분(26)은 커넥터(20B) 상에 회전 가능하게 축받이된다. 요크(63)의 영향하에서 상부 부재(77)의 동시적인 회전 운동은 반경 방향 아암(75)을 통해서 상부 부재 케이싱(77)에 연결된 슬리브(75A) 내로 들어가는 로드 요소(72)에 의해 확실하게 된다. 슬리브(75A)는 도면 부호(78)에서 연결이 이루어질 때에 아래의 원추형 부재(73B)와 유사하게 상부 부재(77)를 코어 부재(25)의 상단부 상에 별개로 안전하게 안착 및 설치하도록 하는 하방으로 개방된 원추형 부재(75B)를 구비한다. 상부 부재(77)의 이러한 설치 또는 회수를 위해, 상부 부재(77)에는 본질적으로 알려진 방식으로 적당한 도구와 협동하도록 형성되고 치수가 정해질 수 있는 상부 핸들링 헤드(77A)가 구비된다. 핸들링 헤드(77A)에 의한 이러한 작업은 웰 헤드(48)에서의 설치를 위해 주위 환경에 따라 유체 스위블(24, 27)과, 크리스마스 트리(50) 뿐만 아니라 그 위에 커넥터(50B)를 구비하는 전체 스위블 장치를 포함할 수 있음이 확실하다.

라이저에 대하여 측방으로 향하는 연결 부재(31A, 32A)는 연결체(33)에 대한 연결 부재(33A)와 동일한 평면에 놓이는 것이 바람직하며, 모든 연결 부재는 요크 레그(63)들 사이의 중심의 스위블 하우징(24)으로부터 실질적으로 외측으로 향하는 것이 바람직하다. 도2로부터 알 수 있는 바와 같이, 연결 부재와 스위블 하우징(24) 사이에 차단 밸브(31B, 32B)들을 마련하는 것이 실용적일 수 있다. 이들 차단 밸브는, 크리스마스 트리(50)의 바람직한 단순한 형태의 측면에서 볼 때 중요한 윙 밸브(wing valve)로서 작용할 수도 있다.

상기한 바와 같이 스위블 설계의 여러 특징은 "해저 웰 장치"에 관한 노르웨이 특허 제305197호에서 기재된 구조적 특징과 대응한다.

Claims (20)

1. 적어도 2개의 통로를 가지는 메인 유체 스위블과, 중심 코어 부재와, 보조 스위블을 포함하는, 해수면의 시추선에 연결되도록 구성되고 석유 또는 가스의 해저 시추용 웰에 설치되는 스위블 장치이며,

   상기 유체 스위블은 정지 상태의 크리스마스 트리의 상부 상에 회전 가능한 스위블 하우징을 구비하고,

   상기 통로는 유체 스위블의 상부측으로부터 웰 인터밴션을 가능하게 하기 위하여 유체 스위블의 상기 중심 코어 부재 내에 수직으로 관통 연장되고,

   상기 크리스마스 트리의 하부 부분에는 저부 구조물 상의 공통 수직 축을 중심으로 회전 가능하게 축받이된 힘 전달 하우징이 구비되고,

   정박 요크는 2개의 레그를 가지는데, 레그의 일 단부는 힘 전달 하우징의 어느 한 측면에 회전 가능하게 연결되고, 대향 단부는 정박 라인의 단부에 부착되도록 구성되고,

   힘 전달 하우징과 스위블 하우징 사이에는 기계적 커플링이 구비되어서, 스위블 하우징은 요크의 영향을 받는 힘 전달 하우징과 동일한 회전 운동을 행하게 되는 스위블 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 코어 부재 내의 통로는 크리스마스 트리 내의 대응 통로의 직접 연장부 내에 정렬되는 스위블 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 코어 부재는 스위블 하우징의 상부측으로부터 상방으로 약간 돌출하는 스위블 장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 보조 스위블과 합체된 회수 가능한 상부 부재를 더 포함하며, 상기 상부 부재는 그 하부 부분에 유체 스위블의 코어 부재와 협동하도록 구성된 커넥터를 구비하는 스위블 장치.
5. 제2항에 있어서, 상기 스위블 하우징에는 연결체에 대한 연결 부재와 동일한 평면에 놓이는 적어도 2개의 라이저에 대하여 측방으로 향하는 연결 부재가 구비되고, 상기 연결 부재는 요크 레그들 사이에서 중앙 외측으로 향하는 스위블 장치.
6. 제2항에 있어서, 상기 웰은 도관을 구비한 웰 헤드를 포함하며, 상기 힘 전달 하우징은 정박력을 요크로부터 도관에 직접 전달하도록 상기 도관에 연결된 저부 구조물 상에 회전 가능하게 제공되는 스위블 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 힘 전달 하우징과 스위블 하우징 사이의 기계적 커플링은 크리스마스 트리와 스위블 하우징의 측부에서 상기 공통 수직 축에 평행하게 연장된 로드 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위블 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 로드 요소는 그 하단부에서 상기 힘 전달 하우징에 부착되고, 내측 단부가 상기 스위블 하우징에 부착된 아암의 외측 단부에서 슬리브와 협동하며, 상기 슬리브는 상기 로드 요소의 상단부와 협동하기 위한 하방 안내 원추형 부재를 구비하는 스위블 장치.
9. 제7항에 있어서, 상기 웰은 도관을 구비한 웰 헤드를 포함하며, 상기 힘 전달 하우징은 정박력을 요크로부터 도관에 직접 전달하도록 상기 도관에 연결된 저부 구조물 상에 회전 가능하게 제공되는 스위블 장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 보조 스위블과 합체된 회수 가능한 상부 부재를 더 포함하며, 상기 상부 부재는 그 하부 부분에 유체 스위블의 코어 부재와 협동하도록 구성된 커넥터를 구비하는 스위블 장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 상부 부재는 상기 커넥터 상에 회전 가능하게 축받이된 스위블 장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 상부 부재는 크리스마스 트리용 제어 모듈을 수용하는 스위블 장치.
13. 제11항에 있어서, 브리지 아암은 상기 상부 부재로부터 외향 및 하향 연장하고, 스위블 하우징 상에서 측방으로 돌출된 연결 부재와 결합된 상보적 커넥터 부분과 협동하도록 구성된 커넥터 플레이트를 그 하단부에 구비한 스위블 장치.
14. 제11항에 있어서, 상기 상부 부재는 설치 또는 회수를 위한 핸들링 헤드를 구비한 스위블 장치.
15. 제10항에 있어서, 상기 상부 부재는 설치 또는 회수를 위한 핸들링 헤드를 구비한 스위블 장치.
16. 제10항에 있어서, 상기 상부 부재는 상기 로드 요소와 협동하도록 구성된 원추형 부재를 갖춘 슬리브를 구비한 아암을 갖는 스위블 장치.
17. 제1항에 있어서, 상기 스위블 하우징에는 연결체에 대한 연결 부재와 동일한 평면에 놓이는 적어도 2개의 라이저에 대하여 측방으로 향하는 연결 부재가 구비되고, 상기 연결 부재는 요크 레그들 사이에서 중앙 외측으로 향하는 스위블 장치.
18. 제17항에 있어서, 라이저를 위한 상기 연결 부재와 스위블 하우징 사이에는, 차단 밸브가 구비된 스위블 장치.
19. 제1항에 있어서, 상기 웰은 도관을 구비한 웰 헤드를 포함하며, 상기 힘 전달 하우징은 정박력을 요크로부터 도관에 직접 전달하도록 상기 도관에 연결된 저부 구조물 상에 회전 가능하게 제공되는 스위블 장치.
20. 제1항에 있어서, 상기 코어 부재는 스위블 하우징의 상부측으로부터 상방으로 약간 돌출하는 스위블 장치.