KR100799958B1

KR100799958B1 - 해저 갱정 개재 선박

Info

Publication number: KR100799958B1
Application number: KR1020027008187A
Authority: KR
Inventors: 안토니 패트릭 헤이네스; 콜린 존스
Original assignee: 멀티 오퍼레이셔널 서비스 탱커즈 아이엔씨
Priority date: 1999-12-23
Filing date: 2000-12-20
Publication date: 2008-01-31
Also published as: DK1240404T3; HK1047611A1; DE60006998T2; CN1413286A; MXPA02006375A; NO327209B1; GB0208346D0; BR0016527A; EP1240404A2; GB2374048A; US6840322B2; NO20022981D0; WO2001048351A2; ES2211656T3; US20030000740A1; WO2001048351A3; DE60006998D1; ATE255674T1; CA2392331C; CA2392331A1

Abstract

해저 갱정 개재 선박은 자동적 위치제어가능한 탱커와 상기 탱커의 갑판에 장착된 직접적 갱정 개재 장비를 포함하여 구성된다. 상기 직접적 갱정 개재 장비는 상기 탱커의 주 갑판 위쪽의 선루상에 장착될 수 있으며, 불균형 비회전 시추 및 탄화수소 액체 분리를 위한 장비를 포함한다. 상기 액체 분리 장비는 상기 탱커의 저장 탱크에 연결되어 분리된 탄화수소 액체를 저장하도록 수용한다.

해저 갱정, 시추, 탄화수소

Description

해저 갱정 개재 선박{SUBSEA WELL INTERVENTION VESSEL}

본 발명은 해저 갱정 개재 선박에 관한 것이다.

탄화수소 산출 갱정은 회전 드릴 조립체를 사용함으로써 형성된다. 회전 드릴 조립체는 해저 갱정의 경우에, 일반적으로 갱정 위쪽에 배치된 플랫폼상에 장착된 유정굴착장치(rig)로부터 표면으로부터 구동된다. 그 플랫폼은 해저에 장착될 수 있거나 또는 반잠수형 조립체로 될 수 있는데, 그것의 위치는 가장 극단의 조건을 제외한 모든 곳에 유지될 수 있다. 시추의 완료 후, 갱정은 튜빙(tubing)으로 안이 대어짐으로써, 튜빙이 연장하는 탄화수소 매장지로부터 튜빙을 통하여 탄화수소 액체가 유동할 수 있다. 지층의 구조에 따라서는, 탄화수소 액체와 물이 동일한 저장소를 점거하며, 단화수소 유체가 물의 위쪽의 층을 형성한다. 갱정의 생산 튜빙이 초기에 탄화수소 액체에 의해 점거된 지층을 침투하는 경우에, 유체가 갱정의 튜빙으로 유동함에 따라, “워터 코닝(water coning)”으로 공지된 현상, 다시말하면, 탄화수소 액체와 갱정을 향하여 상향으로 물의 경사면 사이의 간섭이 발생할 수 있다. 이러한 결과는 지층을 통하여 갱정 튜빙까지 유체 유동의 결과로서 저장 지층내에 확립된 압력경도에 기인한다. 원뿔형 계면의 끝이 갱정의 튜빙에 이를경우, 대량의 물이 갱정의 튜빙에 진입함으로써, 탄화수소 액체의 생산율을 감소시키 며, 생산된 탄화수소 유체를 물로부터 분리시키는 비용을 증가시킨다.

워터 코닝이 문제가 되는 갱정의 경우에 있어서는, 워터 콘의 발생을 방지 또는 최소화하도록 부가의 시추 작업을 하는 것이 공지되어 있다. 예를들면, 저부 구멍 시추 조립체가, 탄화수소 액체를 포함하는 지층내로 측방향 통로를 뚫기위해 사용될 수 있다. 이것은 통상의 시추 기술을 사용하여 실시될 수 있지만, 그러한 기술은 갱정의 폐쇄를 요구하며, 때때로 갱정의 안을 대는 튜빙의 제거를 필요로 한다. 이것은 상당한 비용과 위험을 수반한다. 더우기, 탄화수소 액체를 포함하는 지층이 부가의 시추 작업을 위해 요구되는 유체의 시추에 의해 손상될 수 있다.

시추의 개재로 인하여 갱정에 대한 손실 또는 손상의 가능성을 회피하기 위하여, 기술적인 어려운 시추가 지층에 대한 실질적인 손상의 위험없이 실시될 수 있도록 하는 향상된 시추 기술이 개발되었다. 그 기술은 “불균형(underbalanced)” 시추로 지칭된다. 불균형 시추로 인하여, 갱정은 항상 유효하다(표면에서 양의 압력이다). 이것은 경량의 시추 유체를 사용하거나 또는 특정 목적을 위해 만들어진 분출 방지 조립체를 사용하는 가스 리프트 제어(gas lift control)에 의해 실시될 수 있다. 순수한 시추 유체가 갱정을 따라 송출되며, 그것은 갱정 위쪽으로 유동되는 지층 유체와 혼합되며, 그러한 유동은 암반 절삭물을 표면까지 운반한다. 그 후, 5개의 위상(가스, 오일, 지층의 물, 시추 유체 및 시추 고체)으로 분리된다. 육지에서는, 공간이 노출되어 있으므로, 그것은 간단한 공정이다. 그러나, 그 장비는 대형이며, 따라서 해양 작업을 위해서는 적절하지 않은 것으로 생각된다.

불균형 시추는 통상의 회전 시추 또는 코일 튜빙 시추(coiled tubing drilling)를 이용하여 실시될 수 있다. 북해(North Sea; 영국, 덴마크, 노르웨이에 에워싸인 해역)의 영국 영역에서는 4개의 갱정이 불균형 시추를 사용하여 시추되어 왔지만, 그것은 비교적 큰 고정된(해저-지지된) 플랫폼을 사용해야만 가능하다. 육지에서는, 코일 튜빙 시추가 사용되어 왔다. 이러한 공지된 적용에 있어서는, 드럼상에 저장되는 길다랗고 이음매없는 파이프가 인젝터에 의해 유효한 갱정 압력에 대항하여 갱정내로 밀어넣어진다. 터빈 드릴이 파이프의 하단부상에 장착되며, 그 파이프를 통하여 터빈 드릴에 유압이 전달된다. 상기 유압은 터빈을 구동하여 시추가 이루어질 수 있도록 한다. 파이프의 작은 직경(일반적으로 1 내지 2 7/8″)은 그 파이프가 현존하는 갱정-라이닝 튜빙(일반적으로 완성품으로 지칭됨)을 통과할 수 있도록 함으로써, 그러한 튜빙을 제거하는 상당한 비용과 위험을 부담할 필요가 없게 된다.

경량의 개재 선박이 이용될 수 있는데, 그것은 예를들면 갱정의 검층과 일반적인 유지와 같은 갱정의 정비 작업을 실시할 수 있도록 한다. 그러나, 그러한 선박은, 그 선박이 상기 작업중에 충분히 안정적이지 않으므로 시추를 필요로 하는 개재를 위한 적절한 플랫폼으로 고려될 수 없으며, 더우기, 그 선박은 너무 소형이라서 시추로 인하여 발생하는 재료의 체적을 처리할 수 없으므로 불균형 시추 작업을 할 수 없다. 더우기, 경량의 개재 선박은 악천후에 매우 취약하여 개재 비용이 비교적 많이 들고 이용기간이 비교적 짧으므로, 발생될 수 있는 수익에 비하여 많은 자본의 투자를 필요로 한다. 물론, 갱정의 개재를 위해 반잠수형 굴착장치를 사용할 수도 있지만, 반잠수형 굴착장치는 불균형 시추를 위해서는 아직 사용될 수 없다. 그러한 접근방법에도 불구하고, 발생된 액체와 고체를 수용하기 위한 보조선박이 필요하다. 부동식(浮動式) 유닛으로부터 불균형의 코일 튜빙 시추를 사용하기 위한 적절한 시도는 아직까지 없었다.

본 발명의 목적은, 그것의 생산 모드로부터 갱정을 제거하지 않고, 또한 시추 고체와 같은 갱정 개재 폐기물로 해저 생산 시스템을 오염시키지 않고 갱정 개재가 이루어질 수 있도록 하는 방식으로 현존하는 생산 갱정에 재진입가능한 해저 갱정 개재 선박을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 자동적 위치제어가능한 탱커(tanker; 유조선)와 상기 탱커의 갑판에 장착된 직접적 갱정 개재 장비를 포함하여 구성되며, 상기 직접적 갱정 개재 장비는 불균형 비회전 시추를 위한 장비 및 상기 탱커의 저장 탱크에 연결되어 분리된 탄화수소 액체가 상기 탱커에 저장될 수 있도록 하는 탄화수소 액체 분리기를 포함하는 것을 특징으로 하는 해저 갱정 개재 선박이 제공된다.

본 발명은 또한 해양에서 불균형 시추를 실시하기 위한 방법을 제공하는데, 갑판상에 장착된 직접적 갱정 개재 장비를 지니는 탱커가 해저 갱정으로부터 연장하는 라이저(riser) 위쪽에 자동적으로 배치되며, 상기 갱정 개재 장비는 상기 라이저에 연결되며, 불균형 비회전 시추가 실시되어, 합성된 다상(multi-phase)의 혼합물이 탱커상에서 분리되며, 분리된 탄화수소 액체는 탱커의 저장 탱크에 저장된다.

여기서, 상기 용어 “비회전 시추”는, 비회전 드릴 스트링을 통하여 구동되 는 회전 드릴 헤드를 사용하는 불균형 시추에 단지 한정되지 않고, 그것을 포함하는 드릴 스트링의 회전이 일어나지 않는 모든 시추를 포함하는 의미로 사용된다.

갱정 개재 장비는 통상의 셔틀 탱커의 주갑판 위쪽의 선루(superstructure)상에 장착될 수 있다. 코일 튜빙 장비는 갱정 라이저 위쪽의 선외 위치에 배치될 수 있는 스키드 갑판(skid deck)에 인접하게 장착될 수 있으며, 상기 라이저에는 상기 코일 튜빙 장비가 연결되어 있다. 따라서, 갱정 개재는, 셔틀 탱커를 갱정 라이저에 인접하게 자동적으로 배치시키는 단계, 상기 스키드 갑판을 상기 선외 위치까지 이동시키는 단계, 상기 코일 튜빙 장비를 상기 라이저에 연결시키는 단계 및 상기 라이저가 연결되는 갱정에서 필요한 개재를 실시하는 단계에 의해 이루어질 수 있으며, 상기 코일 튜빙 시추 공정 중 발생된 유체 및 고체는 선루상에 장착된 장비에 의해 분리되며, 상기 탄화수소 액체는 분리 장비로부터 셔틀 탱커 저장소로 전달된다.

선외 위치로 변위가능한 스키드 갑판을 제공하는 것에 대한 변형으로서, 상기 시추 장비는 탱커 갑판을 통하여 연장하는 문 풀(moon pool)에 인접하게 장착될 수 있다.

이제, 본 발명이 첨부도면을 참조하여 실시예 방식으로 설명될 것이다.

도1은 워터 코닝 현상을 제시하는, 이용가능한 문서로부터 취해진 개략적 도면이다.

도2는 탄화수소 액체의 생산율을 개선하도록 도1의 구조물에 코일 튜빙 시추 의 결과를 제시하는 문서로부터 취해진 개략적 도면이다.

도3은 본 발명에 따른 직접적 갱정 개재 장비를 합체하는 공지된 북해 셔틀 탱커의 측면도이다.

도4는 도3의 측면도에 제시된 직접적 갱정 개재 장비의 개략적 배치도이다.

도5는 코일 튜빙 시추가 실시될 수 있는 문 풀을 형성하는 탱커의 개략적 도면이다.

도1을 참조하면, 그것은 함수층(2) 위쪽에 배치되는 탄화수소 포함층(1)을 포함하는 일련의 지층을 도시한다. 갱정(3)은 지층(1 및 2)을 통하여 시추된다. 탄화수소 액체와 물의 압력은 갱정(3)에서 유동이 이루어지도록 한다. 그러한 유동의 결과로서, “워터콘”(4)이 갱정(4)의 주위에 형성되며, 그 결과 탄화수소 액체와 물 사이에 원뿔형 계면(5)이 형성된다. 갱정(3)이 지층(1)의 정상까지 하향으로 강철 튜빙으로 라이닝되고, 워터콘이 갱정의 라이닝된 부분에 인접하게 될 경우, 대량의 물이 발생할 것이다. 이것이 매우 불리하다는 것은 확실하며, 따라서, 워터코닝 작용으로 피해를 입는 갱정에 개재하는 것이 공지되어 있다. 도2는 그러한 개재의 결과를 도시한다.

도2를 참조하면, 지층(1)내로 시추된 것으로서의 분기 갱정(6)이 제시되어있다. 그러한 분기(6)의 시추는 탄화수소 액체로 구성되는 산출 액체의 비율을 상당히 개선할 수 있다. 도2의 분기(6)와 같은 코일 튜빙 시추 기술을 사용하는 분기를 형성하는 것이 잘 공지되어 있다. 그러나, 그러한 기술을 사용할 경우에는, 갱정에 손상을 주는 고체를 시추하는 것을 회피하도록 불균형 조건(갱정(3)의 정상에서 양의 압력을 유지하는 것)을 유지하는 것이 필요하다. 그러한 기술은, 발생된 재료의 체적이 큰 장비에서 처리될 수 밖에 없으므로 해양에서는 사용되지 않는다.

도3은 본 발명은 구체화하는 셔틀 탱커를 도시한다. 도3은 “퍼스트 올센 탱커즈(First Olsen Tankers)”로부터 발췌된 도면에 기초하며, 북해에서 널리 사용되는 형태의 셔틀 탱커를 제시한다. 그러한 기준이 되는 셔틀 탱커에 가해진 유일한 변형은, 설치된 갑판 파이프들 및 벤트(vent)들을 제거하도록, 탱커의 위쪽에, 예를들면, 약 3 m 의 높이에 선루(7)를 장착한 것이다. 그 선루상에, 직접적 갱정 개재를 위해 필요한, 크레인(8)을 포함하는 모든 장비가 장착된다. 도3의 선루(7)상에 장착된 장비의 상세한 배치는 도4에 제시되어 있다.

도4를 참조하면, 스키드 갑판(9)은 선루(7)의 중앙에서 갠트리 크레인(10; gantry crane)에 인접하게 장착된다. 통상적인 형태의 코일 튜빙 시추 장비(11)가 상기 갠트리 크레인(10)에 인접하게 장착된다. 상기 선루(7)상에는 또한 분기기 조립체(12)와 보조 시추 지지 장비 조립체(13)가 장착된다. 상기 선루(7)상에는 또한 필요한 직접적 갱정 개재를 실시하기 위해 필요한 다른 모든 장비가 장착된다. 상기 분리기 조립체(12)는 예를들면 선박의 선미(도시되지 않았음)에 적절히 배치된 플레어 스택(flare stack)에 연결되며, 또한 생산된 탄화수소 유체가 계속되는 운반을 위해 저장될 수 있도록 하기 위해 탱커의 저장 탱크에 연결된다.

사용시, 탱커는 해저 갱정 라이저에 인접하게 자동적으로 배치된다. 그 후, 스키드 갑판(9)이 라이저 위쪽의 선외 위치(도시되지 않았음)로 이동되어, 코일 튜 빙 장비(11)가 라이저에 연결될 수 있도록 한다. 그 후, 라이저를 통하여 적절한 개재가 이루어질 수 있으며, 특히, 코일 튜빙 시추는, 후에 분리기 조립체(12)에서 다른 상으로 분리되는 다상 혼합물을 발생시키는 방식으로 실시될 수 있다.

도3 및 도4와 관련하여 개시된 시스템은, 해상 시추, 테스팅, 폐기물 처리 및 갱정 보수에 있어서의 획기적인 진전을 제시한다. 탱커 화물창이 불균형 시추 중 생산된 오일의 수집을 위해 사용될 수 있다. 상기 시스템은 연장된 지속시간동안 해저 갱정을 테스트하기 위해 직접적 접근을 제공할 수 있다. 상기 시스템은 확장된 물 분사 시험을 위해 사용될 수 있으며, 또한 해저 갱정내로 폐기물의 처분을 가능하게 한다. 반면에 현존하는 시스템은 코일 튜빙 시추를 할 수 없으며, 시추 중 오일이 생산되는 경우에 분리된 셔틀 탱커를 필요로 하므로, 생산된 오일을 수집할 수 없다.

더우기, 상기 셔틀 탱커의 본래의 특징은 유지되며, 따라서, 상기 선박은 직접적 갱정 개재를 위해 사용되지 않을 때도 여전히 용선시장(charter market)에서 사용될 수 있다. 결과적으로, 본 발명은 전문 선박의 건조 및 작동과 관련된 많은 비용을 들이지 않고, 코일 튜빙 시추으로 직접적 갱정 개재를 실시함에 있어서의 문제점에 대한 해결책을 제공한다.

자동 위치 제어되는 표준의 북해 특정 셔틀 탱커는, 설치된 갑판 파이프와 벤트를 위쪽에서 새로운 갑판으로 용이하게 용선되고 조리되도록 할 수 있다. 상기 갑판상에는 다음과 같은 적절한 장비가 설치될 수 있다:

해저 제어 패널과 함께 유닛을 조종하는 스키드 장착 데릭 라이저;

해저 갱정 개재 장비용 스텀프(stump);

파이프 래크;

코일 튜빙 릴, 제어 유닛 및 전원함;

코멘팅 유닛 및 블렌더(blender);

초크 매니폴드, 히터 처리기, 분리기 가스 제거용 부트 및 가스 플레어를 포함하는 생산 시험 장비;

머드(mud) 제거용 탱크;

불균형 시추 중 시추 머드와 시추된 고체를 처리하기 위한 폐쇄회로 시스템;

화학적 폐기물과 고체 폐기물용 저장 탱크;

해저 장비와 공급품용 크레인;

작업 및 관측 임무를 위한 원격 제어 비클(vehicle);

냉각 및 소방 설비를 위한 급수 설비.

현재 작업중인 2000개 정도의 해저 완성물이 있는 것이 사실이다. 본 발명으로 인하여, 그러한 완성물은, 현재 매일 200,000 내지 300,000 US$ 정도로 할당된 비용과는 대조적으로, 매일 100,000 US$ 정도로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은, 해저 산업이 직면하고 있는 경제적 압박과 관련하여 해저 산업의 기술적 역량에 극적인 영향을 미친다.

코일 튜빙 시추 해결책은 표준 머드 시스템용의 비용-효율적인 하부 조립체 및 거품 및 공기 시스템의 사용을 포함하는, 관통-튜빙 시추의 이점을 완전히 활용하는 와이어라인-베이스 하부 구멍 조립체를 포함한다. 본 발명은, 확장된 장비 개 발없이도 육상 불균형 시추 기술이 해상으로 이전될 수 있도록 한다. 본 발명은 또한 부가의 저장 선박을 필요로 하지 않고 상당한 량의 탄화수소의 생산을 가능하게 함으로써, 현금 흐름에 대한 요구를 감소시키는 동시에, 시추 작업의 결과로서 갱정에 대한 손상을 회피할 수 있도록 한다. 비교적 큰 셔틀 탱커의 이동 특성은, 정교한 불균형 시추 작업에 더 적합하며, 또한 이용가능한 비교적 더 작고 더 잘 뜨는 대체 선박에 더 적합하다. 이것은 기상조건이 허용하는 작업의 시간량을 연장시키며, 탱커로부터 해저 갱정 라이저에 공급되는 코일 튜빙상의 피로 응력을 감소시킨다. 본 발명은 또한 개재후에 갱정이 적절히 청소될 수 있도록 함으로써, 때때로 민감한 생산 시스템의 오염을 회피한다. 시추 폐기물은 최적의 방식으로 처리될 수 있으며, 이러한 모든 것은 이용가능한 넓은 갑판 공간에서 비교적 안전하게 이루어질 수 있다. 이러한 이점 모두는, 통상의 반잠수형 선박 또는 통상의 특정 목적용 갱정 개재 선박을 사용할 경우에는 무효이다.

도3 및 도4와 관련하여 설명된 본 발명의 실시예에 있어서, 본 발명의 작업을 위해 필요한 구성요소들은, 선외 위치로 이동될 수 있는 스키드 갑판상에 장착된다. 도5에 도시된 변형 배치에 있어서, 그러한 구성요소들은 다른 통상의 탱커의 구조물을 통하여 연장하는 문 풀에 인접하게 장착된다.

도5를 참조하면, 2개의 문 풀(13 및 14)이 변형된 셔틀 탱커의 구조물을 통하여 수직하게 연장한다. 3개의 크레인(15, 16, 17)은 문 풀의 위쪽과, 카고 매니폴드(18), 데릭 모듈(19) 및 레이다운 영역(20)을 지시하는 영역들 위쪽에서 연장한다. 영역(21)은 가스 압력과 처리 유닛을 수용하고, 영역(22)은 플레어 붐을, 영 역(23)은 플레어 녹-아웃 드럼 스키드를, 영역(24)은 크레인(25)에 의해 공급되는 부가의 레이다운 영역을 수용한다.

표준 이중 선각 셔틀 탱커를 예로 살펴보면, 본 발명에 따라 기능할 수 있는 도5에 개략적으로 도시된 선박을 형성하기 위해 필요한 변형에는, 자동적 배치 성능의 향상, 개재 작업을 위한 제1의 문 풀(8m²)의 설치, 원격 조작되는 비클 작업을 위한 제2의 문 풀(4m²)의 설치, 크레인, 처리 설비 및 갑판 장착 설비를 위한 레이다운 영역의 장착 및 플레어 설비 및 관련된 기구의 장착이 있을 것이다.

Claims

자동적 위치제어가능한 탱커(tanker; 유조선)와 상기 탱커의 갑판에 장착된 직접적 갱정 개재 장비를 포함하여 구성되며, 상기 직접적 갱정 개재 장비는 불균형 비회전 시추를 위한 장비 및 상기 탱커의 저장 탱크에 연결되어 분리된 탄화수소 액체가 상기 탱커에 저장될 수 있도록 하는 탄화수소 액체 분리기를 포함하는 것을 특징으로 하는 해저 갱정 개재 선박.
제1항에 있어서, 상기 갱정 개재 장비는 셔틀 탱커의 주 갑판 위쪽의 선루상에 장착되는 것을 특징으로 하는 선박.
제1항에 있어서, 코일 튜빙 시추 장비는 갱정 라이저 위쪽의 선외 위치에 배치될 수 있는 스키드 갑판에 인접하게 장착되며, 상기 라이저에는 상기 코일 튜빙 시추 장비가 연결되는 것을 특징으로 하는 선박.
제1항에 있어서, 코일 튜빙 시추 장비는 갱정 라이저 위쪽에 배치된 문 풀에 인접하게 장착되며, 상기 갱정 라이저에는 상기 코일 튜빙 시추 장비가 연결되는 것을 특징으로 하는 선박.
갑판상에 장착된 직접적 갱정 개재 장비를 지니는 탱커가 해저 갱정으로부터 연장하는 라이저(riser) 위쪽에 자동적으로 배치되며, 상기 갱정 개재 장비는 상기 라이저에 연결되며, 불균형 비회전 시추가 실시되어, 합성된 다상(multi-phase)의 혼합물이 탱커상에서 분리되며, 분리된 탄화수소 액체는 탱커의 저장 탱크에 저장되는 것을 특징으로 하는 해양에서 불균형 시추를 실시하기 위한 방법.
삭제
삭제