KR100495021B1 - 해저 유정 - Google Patents

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KR100495021B1
KR100495021B1 KR10-1999-7001545A KR19997001545A KR100495021B1 KR 100495021 B1 KR100495021 B1 KR 100495021B1 KR 19997001545 A KR19997001545 A KR 19997001545A KR 100495021 B1 KR100495021 B1 KR 100495021B1
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인게브리트젠아틀레비.
에이데요르겐
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스타토일 에이에스에이
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Abstract

석유 또는 가스의 근해 시추용 해저 유정 장치는 유정 헤드(5-8)와, 유정 헤드 상에 장착된 크리스마스 트리(10-19)와, 해수면에서 시추선에 연결되는 하나 이상의 라이저(31-32)를 포함한다. 크리스마스 트리와 연통하는 스위블 장치(20)는 크리스마스 트리(10-19)의 상부 상에 마련되고, 스위블 장치는 라이저 또는 호스(31, 32)용 및 연결관 또는 제어 케이블(33)용 측방향의 연결 부재(31A, 32A, 33A)를 바람직하게 갖추고 있다.

Description

해저 유정{SUBSEA WELL}
본 발명은 유정 헤드(wellhead), 유정 헤드 상에 장착된 크리스마스 트리(christmas tree) 및 해수면에서 시추선(production vessel)에 연결되는 적어도 하나의 라이저(riser)를 포함하는 석유 또는 가스의 근해 시추용 해저 유정 장치에 관한 것이다.
연근해의 시추 현장을 개발할 때에, 비용을 낮추는 것이 중요하다. 알려진 개발 형태에 있어서 대부분의 비용 요인은 산물 수용기 위치, 예를 들어 플랫폼 또는 부유하는 시추선과 유정의 크리스마스 트리 사이의 해저 수송관과 케이블에 기인한다. 통상적으로 여기에는 거리가 약 2 km 라는 문제가 있다. 이와 관련하여, 시추공 또는 유정이 여러개의 지류를 가질 수 있으므로 최신의 드릴링 기술은 감소된 개수의 크리스마스 트리에 의해 생산하는 것이 가능하도록 하게 한다는 것이 알려져 있다. 이것은 몇몇 경우에 단 하나만의 해저 크리스마스 트리를 사용함으로써 해저 현장을 개발하는 것을 가능하게 할 것이다.
국제 특허 출원 제 PCT/NO96/00201호(1996.08.07)는 정박된 시추선을 사용함으로써 탄화수소의 근해 시추를 위한 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 또 다른 개발로서 간주될 수 있으며, 시추선이 해저에 있는 크리스마스 트리 바로 위에 또는 바로 인접 부근에 놓일 수 있고 유정의 유체 유동이 해저의 수송관 또는 케이블에 의존하지 않고 크리스마스 트리와 시추선 사이에서 직접 전달된다는 사상에 근거한 것이다. 이와 관련하여, 본 발명은 전술된 국제 특허 출원에 따르는 바와 같이 정박에 의한 시추선의 위치를 기초로 할 뿐만 아니라, 알려진 바와 같이 시추선의 동적인 위치 설정을 위한 본래의 수단을 이용할 수 있다.
도1은 공통 크리스마스 트리와 함께 종래의 유정을 기초로 부분 정면 단면도로 도시된 본 발명에 따른 장치 실시예의 하나의 예를 도시한 도면이다.
도2는 해저에서의 이러한 장치에서의 시추선의 정박에 근거한 장치 내에 구체적으로 적용된 크리스마스 트리가 채용된 본 발명에 따른 실시예를 대응하는 방식으로 도시한 도면이다.
도3은 그 장치의 토대에 기여하는 흡인 앵커가 합체된 도2에 따른 해결책의 변형을 도시한다.
도4는 해저에서 장치에 결합되고 도2 및 도3의 실시예에 대응하는 원리로 정박되는 시추선을 구비한 전체 시스템의 단순 개략도이다.
이하의 명세서에서 설명되는 해결책은 존재하거나 이미 설치된 시추선 및 또한 해저에서의 종래의 크리스마스 트리에서 이용될 수 있거나, 또는 특별하고 바람직한 간단한 형태의 크리스마스 트리를 채용함으로서, 이하의 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 장치로 다소 통합된다.
상기 도입부에서 설명한 바와 같은 장치에서, 본 발명에 따른 신규 특정한 특징은 주로 크리스마스 트리와 연통하는 스위블 장치가 크리스마스 트리의 상부 상에 제공되고 스위블 장치가 라이저 또는 호스용 및 연결관 또는 제어 케이블용의 바람직한 측방향 연결 부재를 갖추고 있다는 데 있다.
실제 실행에 있어서 다양한 형태로 구체화될 수 있는 이러한 기본적인 해결책을 기초로 하여, 특히 이하에 언급된 몇몇 장점을 얻을 수 있게 된다.
- 채용된 시추선은 일반적인 선박 설계와 관련하여 개조할 필요가 없게 되어, 비교적 비용이 저렴하다.
- 동일한 시추선이 설치 및 스위블 장치의 가능한 회수, 또한 조작 비용을 줄일 수 있게 하는 양호한 유지 보수를 위해 이용될 수 있다.
- 매우 작은 영해 현장은 이러한 신규 장치를 이용함으로써 이익을 얻을 수 있게 되어, 그 현장에서 수확을 증가시킬 수 있다.
- 채용된 장치는 현장 간에 이동시킴으로써 재활용될 수 있다.
이하의 설명에서 본 발명은 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도1, 도2 및 도3에서, 해수면에서 바람과 날씨 및 다른 상태 하에 특히 파도로 시추선이 해저 유정 헤드 주위에서 이동할 때 요동 또는 회전 운동을 하게 하는 각각의 장치에서의 그러한 부품 및 요소를 해칭으로 나타낸다. 도1, 도2 및 도3에 도시된 대로, 장치는 도1의 유정 헤드(8) 및 도2 및 도3의 유정 헤드(48), 즉 시추관 상부의 축과 일치하는 중심 공통 수직축(20X)을 구비하여 제작되는 것이 바람직하다.
도1에 예로서 도시된 본 발명에 따른 장치의 실시예는 유정 헤드에 이미 설치된 크리스마스 트리의 존재를 기초로 하여, 유정으로부터 해수면 선박으로의 직접 시추를 위해 장치를 해저에 설치하는 것이 바람직한 상황을 개시점으로 간주한다. 간략히 말하면, 이러한 실시예는 크리스마스 트리의 상부 상에 스위블 장치를 직접 장착하는 것을 포함하고, 변형을 전혀 필요로 하지 않거나 가능한 최소한의 변형으로 변경될 수 있다. 이 경우에, 해수면에서의 시추선은 본래의 공지된 방식으로 동적 위치 설정에 의해 제 위치로 적절히 유지될 수 있고, 채용된 라이저 또는 호스에서 인장력이 높아지는 경우, 일예로 동적 위치 설정 장치가 고장나거나 또는 너무 강한 바람이나 너무 큰 파도에 있게 될 때 유정을 긴급 폐쇄하고 신속히 분리시키기 위한 수단을 포함하는 것이 바람직하다.
도1은 해저(1)에서의 석유 또는 가스 유정의 상부에서의 다소간의 공통 구조물을 비교적 더 상세히 도시한 것이다. 콘크리트 기초판(5)은 해저(1)에 기초부를 형성하고 차례로 공통 도관(7)에 연결되는 자체 조절되는 볼 조인트형 프레임(6)을 지지하기 위한 중심 개구를 갖는다. 공지된 방식으로, 이는 해저(1) 아래의 구조물 안의 하방으로 수십 미터까지 연장될 수 있다. 도관(7) 내에서 실제의 시추 배관은 유정 헤드(8) 자체 내의 상부에 걸려서 말단을 이룬다.
공지된 대로 밸브 블록(10)의 형태로 주요 부품을 구비한 크리스마스 트리는 유정 헤드(8) 상에 장착된다. 밸브 블록에서, 도1에 도시된 대로 통상의 방식으로 몇몇 밸브들, 즉 도1에 도시된 바와 같은 이하의 시추 마스터 밸브(11), 환형 마스터 밸브(12), 시추 날개 밸브(13), 환형 날개 밸브(14), 크로스오버 밸브(16) 및 유지 밸브(18)가 제공될 수 있다. 그 외에 크리스마스 트리에서의 제어 및 점검 기능용 제어 모듈(19)이 도시되어 있다.
그 하부에 크리스마스 트리(10)는 공지된 바와 같이 바람직하게 유정 헤드(8) 상에 탈착식으로 장착되는 커넥터 또는 커플링 수단(10B)을 구비한다. 또한 상부에서 크리스마스 트리(10)는 유정 헤드(8)의 상단부와 유사할 수 있는 커넥터 부재(10A)를 구비하고, 이하의 설명에서 더 상세히 설명될 스위블 장치(20)의 바닥에서 커넥터 수단(20B)과 협력하게 된다.
이러한 방식으로 협력하는 탈착식 커넥터 또는 연결 수단으로, 교체 또는 유지 보수 작업의 목적을 위해 크리스마스 트리(10)와 스위블 장치(20)는 분리될 수 있고 공동으로 또는 별개로 해수면으로 회수될 수 있음을 알 수 있다. 크리스마스 트리(10)와 그것이 합체된 완전한 장치는 주로 도관(7)에 의해 또한 콘크리트 기초판(5)에 의해 지탱 및 지지됨을 알 수 있다.
스위블 장치(20)는 시추 보어(21) 및 환형 보어(22)를 포함하는 축방향 관통 보어를 갖춘 정지 상태의 중심 코어 부재(25)를 구비한다. 이들 모두는 특히, 여러가지 밸브 기능을 가능하게 하기 위해 밸브 블록(10) 내의 대응 유체 통로와 하방으로 연통한다. 또한, 그 코어 부재(25) 주위의 스위블 장치(20)는 대개 도면부호 27로 도시된 바와 같이 결합 밀봉 및 베어링 요소를 갖춘 2개 이상의 환형 유체 통로를 구비한다. 유체 스위블의 이러한 부품들은 주로 다른 용도로서 사용되는 축방향으로 분리 가능한 스위블 장치를 도시한 노르웨이 특허 제177.780호로서 이미 공지되어 있다.
스위블 장치(20)는 해수를 통해 시추선으로 상향 연장하도록 된 라이저 또는 호스(31, 32)용의 도면부호 31A 및 32A로 나타낸 연결 부재를 갖추고 있다.(도4 참조) 유체 전달용 연결 부재(31A, 32A)가 스위블(20) 상의 비교적 중심에 배치되어 측방향으로 지향하고 있는 반면에, 연결관(33)용 상부 연결 부재(33A)는 스위블(20)의 상부에 배치되거나, 더 명확하게는 전술된 회전 운동 중에 축(20X) 주위로 회전하도록 된 스위블 하우징(24)에 배치된다. 베어링(30)은 스위블 하우징(24)과 전체 스위블 장치(20)를 지탱하여, 전체 조립체가 크리스마스 트리(10)의 상부에 장착된 커넥터 수단(20B)에 대해 회전할 수 있게 된다.
전술된 연결 부재(31A, 32A)는 도1에 나타낸 대로 폐쇄 밸브를 포함할 수 있다. 이러한 특정 스위블 실시예에서의 유체 통로 또는 보어(21, 22)는 여기에서 하우징(24) 위로 돌출하는 코어 부재(25)의 상부 까지 항상 연장되어, 스위블 장치(20)의 상부로부터 내부 작동 실행이 가능하도록 하기 위해 스위블 장치(20)의 상부로부터 이러한 보어와 밸브 블록(10)을 거쳐 밸브 내의 하방으로의 접근이 가능하게 된다. 정상 작동 중에, 보어(21, 22)의 이러한 상부 개구는 플러그 부재(29)등에 의해 차단된다.
연결 부재(33A)의 높이에 있는 특정 스위블 부품(28)은 연결관(33)과 특히 크리스마스 트리(10)의 전술된 제어 모듈(19) 사이의 제어 목적등을 위한 필요한 전기 및 유체식 연통을 위해 제공된다. 점선은 크리스마스 트리의 외부에서 스위블 장치(20)를 통한 이러한 연통 통로를 부분적으로 개략 도시한다.
제1 위치에서의 도1의 전형적인 실시예가 동적 위치 설정에 의해 제 위치에 유지되는 시추선과 협력하기 위한 것인 반면에, 도2 및 도3의 실시예는 해저의 유정 헤드 장치의 하나 이상의 라인에 의한 선박의 정박에 근거하고 있다. 이러한 2 개의 실시예에서 해저 설비 또는 장치는 스위블 장치와 합체하도록 구체적으로 설계된다. 이러한 실시예에서 라이저나 호스 및 가능하게는 연결관에 의해 가해지는 것 보다 훨씬 큰 정박력은 실제 크리스마스 트리 조립체에 직접 연결되지 않는 구조에 의해 수용된다. 따라서, 크리스마스 트리 자체, 스위블 장치 또는 실제 유정 헤드는 어느 정도 언급할 필요가 없으며, 시추선의 정박으로 인해 응력을 받기 쉽다.
도2의 실시예에서, 도1에 도시된 것에 상당히 대응하는 도관(47) 뿐만 아니라 기초판(45) 및 볼 조인트형 프레임(46)이 또한 존재한다. 그 외에 도2에서 그 위의 전체 장치를 지지하기 위한 기부 구조물(49)이 도시되어 있다. 강한 지지 구조물 요소를 통해, 기부 구조물(49)은 그에 정박력을 전달하기 위해 도관(47)에 직접 연결된다. 중심축(20X) 주위로 회전 가능한 강한 캐루셀(carousel)형 하우징(60)이 기부 구조물(49)에 저널링 되어 도시되어 있다. 하우징(60)에는 상단부(64)가 하나 이상의 정박 라인(69)에 연결되도록 구성된 요크(63)에 대해 돌출 스터드 형태의 바람직하게 정반대로 대향하는 부착 부재(61)가 마련된다. 요크(63)는 상단부 또는 교차편(64)에서 접합되는 2개의 레그를 구비한다는 것을 알 수 있을 것이다. 요크(63)는 부착 부재(61)들 사이에서 정반대로 연장된 수평 축을 중심으로 선회함으로써 여러 각도를 취할 수 있으며, 이에 의해 요크 이동의 각도 범위는 적어도 대략 수직 위치로 상향으로 연장되는 반면, 실제 최저 각도 위치는 연결관(33) 및/또는 라이저(31, 32)를 고려하여 제한된다.
정박된 시추선과의 작업 중에, 이는 라인 또는 라인들(69)의 중개부와 요크(63)를 통하여 장치의 해칭된 부분이 축(20X)을 중심으로 회전하도록 할 것이다. 대응 회전 운동은 실제의 스위블 장치에서 발생되며, 이에 의해 중심 코어 부재(25)가 밸브 블럭(50)과 함께 정치되는 반면, 스위블 하우징(24)을 포함하는 스위블의 나머지 부분은 회전 운동을 하게 된다.
하우징(60)과 스위블 장치(20)의 동시적인 공통 회전 운동을 고정하기 위하여, 도2에 개략 도시된 바와 같이 하우징(60)과 스위블 하우징(24)에 각각 연결된 방사상 아암을 갖춘 단부에서 협력하는 직립 로드 형태의 기구적 조인트 또는 커플링(66)이 도시되어 있다. 이러한 커플링 장치(66)는 또한 하우징(60) 또는 밸브 블록(50) 상에 장치 부품의 설치 및 랜딩 중에 이용될 수 있다. 이를 위해, 스위블 하우징 아암에서의 연결 슬리브는 로드(66)의 상단부가 랜딩 중에 그 안으로 들어갈 수 있는 하향 원추형 부재(66A)를 갖출 수 있다.
도2의 도면부호 20 내지 30으로부터 알 수 있는 바와 같이, 대체로 실제 스위블 장치(20)는 도1과 관련하여 도시 및 설명된 것과 동일하다. 그러나, 도2에서 연결관(33) 뿐만 아니라 라이저(31, 32)가 2개의 요크 레그(63) 사이의 바람직하게 중심으로 측방향 외향 연장한다는 것을 알아야 한다. 또한, 이와 관련하여 모든 작동 상태 중에 그리고 정박력 뿐만 아니라 선박 위치의 변동 중에 가능한 연결관(33) 뿐만 아니라 라이저(31, 32)가 요크 레그(63)의 각도 위치 보다 더 수평의 각도 위치에서 스위블 장치(20)로부터 연장되는 것이 바람직하다.
도2에 도시된 더욱 통합되거나 맞추어 만든 실시예에서, 여기에서 단지 2개의 밸브, 즉 시추 마스터 밸브(51) 및 환형 마스터 밸브(52)를 포함하는 것으로 도시된 밸브 블록(50) 상에 토대를 둔 간단한 크리스마스 트리를 채용하는 장점이 있게 된다. 필요하다면 2개 이상의 밸브가 있을 수 있다. 또한, 크리스마스 트리는 제어 모듈(59)을 포함한다.
도3에 도시된 본 발명에 따른 장치의 실시예는 기초부로서 기능하는 흡인 앵커와 같은 앵커 수단(80)이 추가된 것을 제외하고는 도2의 실시예와 상당한 공통점을 갖게 된다. 실제 스위블 장치(20)는 여기에서 약간 덜 상세히 도시되어 있지만, 라이저/호스/케이블(31/32/33)은 선행 실시예에서와 같이 여기에 존재한다. 마찬가지로 크리스마스 트리(50)는 도2와 동일 설계로 될 수 있다. 정박 라인 또는 케이블(79)에 연결된 단부편(74)을 갖춘 요크(73)에 동일 적용되어, 레그의 하단부에서의 요크는 회전식 하우징(70) 상에서 부착 부재(71)에 연결된다. 이것은 특히 앵커 수단(80)에 정박력을 전달하는 관점에서 도2의 하우징(60) 보다 비교적 더 큰 직경을 갖는다. 앵커 수단(80)는 하우징(70)이 그 위에서 회전식으로 지지되는 상부판 또는 프레임(88)을 갖는다. 그 하측면에서 프레임(88)은 도2에 따른 구조물와 유사한 방식으로, 유정 헤드 주위의 구조물 내에 합체된 기부 구조물(89)에 연결된다. 따라서, 지지 프레임(88)은 또한 다른 형태의 앵커 수단에 의해 대치될 수 있는 앵커 수단(80)에 의해 해저(1)에 독립된 기초부를 갖게 된다. 이러한 방식으로 라인(79)으로부터의 정박력은 요크(73)와 부착 부재(71)를 통해 앵커 수단(80)에 직접 전달되고, 크리스마스 트리(50), 스위블 장치(20) 또는 유정 헤드 요소(45-48)는 큰 응력의 영향을 받지 않게 된다.
최종적으로 도4는 시추선 또는 선박(3)이 대개 해저(1)에서 통상 도면부호 4로 도시된 유정 헤드를 갖춘 유정과 공동으로 작동할 때의 전체 장치의 개략도이다. 전술된 라이저 또는 호스(31, 32)는 여기에서 선박(3) 까지 그 전체 길이로 도시되어 있고, 여기에서 그들은 개략 도시된 처리 유닛(3A)에 연결된다. 또한 정박 라인(79)은 대체로 해수면(2)을 거쳐 선박(3)의 만곡부에서의 정박 수단 까지 연장 도시되어 있다. 정박 라인(79)의 중간 구역은 부력 요소를 갖추고 있고 마찬가지로 라이저(31, 32)는 라이저 또는 호스를 바닥(1)으로부터 상승시키기 위해 하부에 부력체를 구비한다. 이러한 일반적인 장치는 전술된 국제 특허 출원에 더 상세히 기재되어 있다.

Claims (12)

  1. 석유 또는 가스의 근해 시추용 해저 유정 장치이고,
    해저 상에 기초부를 갖는 기부 구조물과,
    기부 구조물 상에 제1 중심 수직 축을 중심으로 회전 가능하게 장착되는 하우징과,
    유정 헤드와,
    유정 헤드 상에 장착되는 크리스마스 트리와,
    해수면에서 시추선에 연결되는 하나 이상의 라이저와,
    상기 크리스마스 트리와 연통하고, 제1 중심 수직 축을 중심으로 회전 가능하고, 크리스마스 트리의 상부에 제공되는 스위블 장치와,
    하나 이상의 라이저 또는 호스와 연통하기 위하여 스위블 장치 상에 제공되는 하나 이상의 연결 부재와, 연결관 또는 제어 케이블과 연통하기 위하여 스위블 장치 상에 제공되는 하나 이상의 다른 연결 부재와,
    하우징 상에 제공되는 하나 이상의 부착 부재와,
    수평 축을 중심으로 제1 각도 이내에서 회전 가능하고, 하나 이상의 부착 부재에 연결되고, 외부 단부에서 시추선의 하나 이상의 정박 라인에 연결되는 요크를 포함하고,
    해저에 기초부를 구비한 해저 구조물 상에 회전 가능하게 장착되는 하우징은 정박력을 상기 하나 이상의 부착 부재로부터 상기 기초부로 직접 전달하여 크리스마스 트리 또는 스위블 장치에 현저한 응력을 인가하지 않는 것을 특징으로 하는 해저 유정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 유정 헤드는 도관을 포함하고, 상기 기부 구조물은 도관에 강성 연결되어, 상기 기처부를 구성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기부 구조물은 흡인 앵커를 포함하는 해저 상의 독립된 기초부를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 스위블 장치와 하우징의 공동 회전을 위해 스위블 장치와 하우징 사이에 기계식 커플링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항에 있어서, 스위블 장치의 코어 부재의 전체 길이를 통해 축 방향으로 스위블 장치의 상부까지 연장하는 중심 유체 통로와,
    스위블 장치의 상부에 위치한 유체 통로용 탈착식 차단 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제1항에 있어서, 요크는 두 개의 부착 부재에 연결된 두 개의 요크 레그를 구비하고,
    하나 이상의 라이저의 하단부는 스위블 장치의 중심에 연결되고 두 개의 요크 레그들 사이의 중심에서 스위블 장치로부터 외향으로 연장하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제6항에 있어서, 모든 정박 상태 중에 복수의 라이저들이 요크 레그의 각도 위치보다 더 수평한 각도 위치에서 상기 스위블 장치로부터 연장하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제6항에 있어서, 연결관용 연결 부재는 상기 스위블 장치의 상부에 위치되고, 상기 스위블 장치는 연결관용 연결 부재와 동일한 높이에서 케이블 연결부용 스위블 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 크리스마스 트리는 하부에서 유정 헤드와 협력하기 위한 탈착식 커넥터 수단을 구비하고,
    상기 스위블 장치는 상기 크리스마스 트리와 상기 스위블 장치를 공동으로 또는 개별적으로 회수하기 위한 협력 수단을 하부에 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 크리스마스 트리는 단순화된 크리스마스 트리이고, 단 하나의 시추 마스터 밸브와 하나의 환형 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 연결 부재는 윙 밸브로서 작용하는 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 삭제
KR10-1999-7001545A 1996-08-27 1997-08-21 해저 유정 KR100495021B1 (ko)

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