KR100864530B1

KR100864530B1 - 석유 시추장치

Info

Publication number: KR100864530B1
Application number: KR1020080024954A
Authority: KR
Inventors: 장희식
Original assignee: (주)우성정기
Priority date: 2008-03-18
Filing date: 2008-03-18
Publication date: 2008-10-21

Abstract

본 발명은 석유 시추장치에 관한 것으로서, 천공된 시추구멍 내에 삽입된 펌프와 로드로 연결되어 펌프를 펌핑시키는 구동부를 갖는 시추장치에 있어서, 상기 구동부는, 로드가 걸림되고 회전 시 로드가 풀리거나 감김되는 스프로킷휠과; 상기 스프로킷휠에 체인을 매개로 각각 연결된 피스톤을 갖는 복수의 실린더와; 상기 실린더에 흡입력 또는 팽창력을 교대로 제공하는 펌프;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하여, 시추장치의 구성이 간소화됨으로써 시추장치의 크기 및 부피가 슬림화되고, 여러 개의 시추장치를 별다른 제약없이 간편하게 설치할 수 있게 된다.

석유, 채굴, 시추, 실린더, 체인, 피스톤, 사판펌프

Description

석유 시추장치{oil drilling apparatus}

본 발명은 석유 시추장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 지상에 설치된 시추장치의 규모를 간소화 및 슬림화한 석유 시추장치에 관한 것이다.

일반적으로, 땅 속의 석유를 채굴하기 위한 석유 시추장치는 지상에 고정식으로 설치된다.

이러한 고정식 시추장치를 첨부도면 도 1을 참조하여 설명하면 하기와 같다.

도 1은 종래의 석유 시추장치를 도시한 도면으로서, 석유 시추장치(1)는 지상에 설치 고정된다.

상기 시추장치(1)는 지상에 고정되게 설치된 시추탑(10)과, 상기 시추탑(10)의 상단부에 회전가능하게 결합된 회전링크(20)가 설치된다.

그리고, 상기 회전링크(20)의 일단부에는 회전링크(20)를 회전시키는 구동부가 구성되고, 타단부에는 땅 속의 석유를 펌핑하는 펌핑부가 구성된다.

상기 구동부는 회전링크(20)의 일단부에 연결링크(30)의 일단부가 연동될 수 있도록 연결되고, 상기 연결링크(30)의 타단부에는 카운터밸런스(60)의 일단부가 회전가능하게 연결되어 연동되며, 상기 카운터밸런스(60)의 타단부에는 카운터밸런스(60)를 회전시키는 감속기(50)가 연결되고, 상기 감속기(50)에는 모터(40)가 연결된다.

상기 펌핑부는 석유 채굴을 위해 지상에서 땅 속으로 천공한 시추구멍내에 설치되는 것으로, 시추구멍에 설치되어 채굴된 석유를 지상으로 유출하는 유출관(70)과, 상기 회전링크(20)의 타단부에 연결되고 유출관(70)을 통해 시추구멍으로 삽입된 로드(90)와, 상기 로드(90)의 단부에 연결되어 시추구멍 내부에서 상하로 승강되면서 펌핑작동을 하는 펌프(80)로 이루어진다.

이와 같은 종래 시추장치(1)의 작동은, 모터(40)가 구동되면 이의 동력이 감속기(50)를 통해 감속되고, 감속기(50)에 연결된 카운터밸런스(60)가 감속 회전하게 된다.

이때, 카운터밸런스(60)는 감속기(50)에 편심된 상태로 연결되어 있으므로, 카운터밸런스(60)에 연결된 연결링크(30)가 대략 상하방향으로 승강되고, 이와 같은 연결링크(30)의 승강작동으로 인해 시추탑(10)에 힌지된 회전링크(20)가 시소와 같은 회전운동을 반복하게 된다.

따라서, 회전링크(20)의 단부에 연결된 로드(90)는 회전링크(20)의 왕복 회전운동에 의해 시추구멍 내에서 상하로 왕복 이동하면서 그 단부에 연결된 펌 프(80)를 펌핑하게 된다.

이와 같이 펌핑된 석유는 시추구멍 상부의 유출관(70)을 통해 지상으로 압송되어 토출된다.

그러나, 이러한 종래의 석유 시추장치(1)는, 시추구멍 내의 펌프(80)를 펌핑시키기 위해 지상에 설치되는 구동부가 모터(40), 감속기(50), 카운터밸런스(60), 연결링크(30), 회전링크(20) 등과 같은 다수의 구성으로 이루어져 있기 때문에 그 구조가 복잡해질 뿐만 아니라 시추장치(1)의 부피가 거대화되므로 인해 시추장치(1)의 설치에 공간적, 시간적, 비용적으로 많은 제약이 따르는 문제점이 있었다.

이에, 본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 시추장치의 구성을 간소화하여 시추장치를 단순 및 슬림화함으로써 시추장치를 별다른 제약없이 간단하게 설치할 수 있도록 한 석유 시추장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적은, 천공된 시추구멍 내에 삽입된 펌프와 로드로 연결되어 펌프를 펌핑시키는 구동부를 갖는 시추장치에 있어서, 상기 구동부는, 로드가 걸림되고 회전 시 로드가 풀리거나 감김되는 스프로킷휠과; 상기 스프로킷휠에 체인을 매개로 각각 연결된 피스톤을 갖는 복수의 실린더와; 상기 실린더에 흡입력 또는 팽창력을 교대로 제공하는 펌프;를 포함하여 구성된 석유 시추장치에 의해 달성된다.

그리고, 상기 펌프는 사판식 펌프으로 구성되고, 그 구성은 적어도 두 개 이 상의 보어가 형성되어 있는 배럴과; 상기 배럴의 보어에 복동가능하게 설치되고, 단부에 볼이 형성되어 있는 피스톤과; 상기 피스톤의 볼에 상대 회전가능하게 결합되는 슈가 그 일면에 형성된 사판과; 상기 사판을 관통하면서 사판과 일체로 회전 구동되는 구동축;을 포함하여 구성된다.

또한, 상기 시추장치에는, 펌프와 실린더 사이에 작용하는 압력을 조정하는 압력조정부가 구성되되, 상기 압력조정부는, 펌프와 실린더를 연결하는 각 연결라인에 연결된 압력조정라인과; 상기 압력조정라인에서 분기되어 연결라인상의 압력을 회수하거나 또는 연결라인에 압력을 제공하는 분기라인과; 상기 압력조정라인에 연결되어 연결라인으로 압력을 공급하는 조정펌프;를 포함하여 구성된다.

그리고, 상기 분기라인은, 그 일측의 유로에는 연결라인 상의 압력이 설정압력보다 높아질 때 개방되어 압력을 빼내는 릴리프밸브가 설치되고, 타측의 유로에는 조정펌프에 의해 형성된 압력을 연결라인으로 공급하도록 개방되는 체크밸브가 설치된다.

본 발명의 석유 시추장치에 따르면, 시추장치의 펌프를 펌핑시키기 위한 구동부의 구성이 사판식 펌프와 복수개의 실린더로 간소화됨으로써 시추장치의 크기 및 부피가 슬림화되고, 여러 개의 시추장치를 별다른 제약없이 간편하게 설치할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

여기서, 본 발명을 설명하기에 앞서, 종래기술과 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 설명한다.

첨부도면 도 2는 본 발명에 따른 석유 시추장치를 도시한 구성도이고, 도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 석유 시추장치에 구성된 펌프의 작동상태를 도시한 도면이다.

본 발명의 시추장치(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 펌핑부, 구동부, 압력조정부 등으로 대별되어 구성된다.

상기 펌핑부는, 석유 채굴을 위해 지상에서 땅 속으로 천공한 시추구멍 내에 설치되는 것으로, 시추구멍에 설치되어 채굴된 석유를 지상으로 유출시키는 유출관(70)과, 상기 유출관(70)을 통해 시추구멍으로 삽입된 로드(90)와, 상기 로드(90)에 연결되고 로드(90)에 의해 시추구멍 내부에서 상하로 승강되면서 펌핑되는 펌프로 구성된다.

이와 같은 펌프의 펌핑작동으로 인해 시추구멍 내부에서 채굴된 석유가 유출관(70)을 통해 상부로 압송되어 지상으로 유출된다.

상기 구동부는 펌프를 펌핑시키기 위한 구동수단으로 지상에 설치된다.

상기 구동부는, 지상에 설치된 시추탑(도 2에서는 도시하지 않았고 도 1의 도시로 대체함)(10)에 스프로킷휠(800)이 회전가능하게 설치되고, 상기 스프로킷휠(800)의 일측에는 상기 로드(90)의 일단부가 수회에 걸쳐 감김되어 구비된다.

여기서, 상기 스프로킷휠(800)의 일면에는 도시되지는 않았지만, 스프로킷휠(800)과 같이 일체로 회전되는 풀리가 설치되고, 이 풀리에는 상기 로드(90)가 감김되어 있음과 아울러 상기 로드(90)는 와이어로드로 구성됨이 바람직하다.

따라서, 상기 스프로킷휠(800)의 회전 시는 스프로킷휠(800)과 같이 회전되는 풀리에 로드(90)가 감김거나 또는 풀리게 된다.

그리고, 상기 스프로킷휠(800)에는 체인(810)이 설치되고, 상기 체인(810)의 양단부에는 후술될 실린더(400)(500)의 피스톤(410)(510)이 고정되게 연결되어, 상기 체인(810)과 피스톤(410)(510)이 일체로 작동된다.

상기 실린더(400)(500)는 두 개로 설치되고, 양 실린더(400)(500)는 하나의 연결라인(600)으로 연결되되, 상기 연결라인(600)의 중간부분에는 펌프가 설치되어, 양 실린더(400)(500)에 흡입력 또는 팽창력을 교대로 교번되게 제공하여 시추구멍 내의 펌프(80)를 펌핑시키게 된다.

이때, 상기 펌프는 사판식 펌프(이하 "사판펌프" 라 한다)(300)로 구성되어 무단변속되고, 그 구성은 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 적어도 두 개 이상의 보어(310a)(310b)가 형성되어 있는 배럴(310)과, 상기 배럴(310)의 보어(310a)(310b)에 복동가능하게 설치되고 그 단부에 볼(311a)이 일체로 돌출되게 형성되어 있는 피스톤(311)과, 상기 피스톤(311)의 볼(311a)에 상대 회전가능하게 결합되는 슈(314)가 그 일면에 원주방향을 따라 형성된 사판(313)과, 상기 사 판(313)을 관통하면서 사판(313)과 일체로 회전 구동되는 구동축(312)으로 구성된다.

상기 배럴(310)은 원통형상으로서, 그 중심을 기준으로 외주부측에 180도 간격으로 이격된 두 개의 보어(310a)(310b)가 배럴(310)의 길이 즉 축방향으로 관통된 것을 그 일례를 도시하였으나, 보어를 배럴(310)의 원주방향을 따라 다수 개로 형성할 수 있고, 다수의 보어가 형성되는 경우에는 상기 배럴(310)을 감싸는 사판펌프(300)의 하우징(미도시)에 압력 즉 오일이 출입되는 두 개의 포트(미도시)가 상기 실린더(400)(500)에 각각 연결라인(600)으로 연통되게 형성함이 바람직하다.

상기 슈(314)는 일측이 개구된 반개구형의 링형상으로서, 피스톤(311)의 볼(311a)에 대향되는 사판(313)의 일면에 형성됨으로써, 사판(313)이 배럴(310)의 보어(310a)(310b)에 삽입되어 회전불가한 피스톤(311)과 간섭되지 않고 용이하게 회전될 수 있게 된다.

상기 구동축(312)은 사판(313)과 배럴(310)의 중앙부분을 관통하되, 상기 사판(313)에는 스플라인 또는 세레이션 결합되어 일체로 회전되고, 배럴(310)에는 베어링(미도시)을 매개로 공회전될 수 있게 연결된다.

또한, 상기 구동축(312)의 일단에는 모터(200)가 연결되어, 모터(200)의 작동에 의해 구동축(312)이 회전 구동된다.

여기서, 상기 모터(200)는 도 2에서 하나만 도시되어 상기한 사판펌프(300)와 후술될 조정펌프(750)를 모두 작동시킬 수 있는 것처럼 도시되었지만, 이는 사판펌프(300)만을 작동시키기 위한 것이고, 후술될 조정펌프(750)는 별도의 모터에 의해 작동되도록 구성됨이 바람직하다.

상기 압력조정부는, 시추장치(100)의 사판펌프(300)와 양 실린더(400)(500) 사이에 작용하는 압력(오일압)을 조정하는 것으로, 그 구성은 사판펌프(300)와 양 실린더(400)(500)를 연결하는 각 연결라인(600)에 연결된 압력조정라인(700)과, 상기 압력조정라인(700)의 일측에서 분기되어 연결라인(600) 상의 압력(오일)을 회수하거나 또는 연결라인(600)에 압력(오일)을 제공하는 복수 개의 분기라인(710)과, 상기 압력조정라인(700)에 연결되어 연결라인(600)으로 압력(오일)을 공급하는 조정펌프(750)를 포함하여 구성된다.

상기 압력조정라인(700)은, 양 실린더(400)(500)와 사판펌프(300) 사이를 연결하는 폐회로로서, 양 실린더(400)(500)와 사판펌프(300) 사이에 작용하는 압력 즉 오일압이 일정하게 유지되도록 한다.

그리고, 상기 분기라인(710)은 압력조정라인(700)의 일측에서 두 갈래로 분기되었다가 다시 하나로 합쳐지는 폐회로로서, 상기 분기라인(710)은 실린더(400)(500)에 대응한 개수로 형성됨이 바람직하다.

상기 분기라인(710)의 일측 유로에는 릴리프밸브(720)가 설치되어 연결라인(600)의 내부 압력이 설정압력보다 높아질 때 릴리프밸브(720)가 개방되어 연결라인(600) 상의 오일을 빼내게 되고, 타측의 유로에는 체크밸브(730)가 설치되어 연결라인(600)의 내부 압력이 설정압력보다 낮을 때 조정펌프(750)에 의해 압송된 오일이 체크밸브(730)를 통해 연결라인(600)으로 공급되어 연결라인(600)의 압력을 보충하게 된다.

또한, 상기 분기라인(710)에는 연결라인(600)으로부터 배출된 오일이 저장되는 저장탱크(740)가 연결되되, 바람직하게는 분기라인(710) 중 릴리프밸브(720)가 설치된 일측의 유로에 저장탱크(740)를 연결시키는 것이 좋고, 상기 저장탱크(740)에는 별도의 릴리프밸브(741)가 설치된다.

여기서, 상기와 같이 설치된 릴리프밸브(720)(741)는 역류방지기능을 갖도록 설계되고, 상기 릴리프밸브(720)보다 릴리프밸브(741)가 낮은 압력하에서 개방되도록 설계됨이 바람직하다.

따라서, 상기 연결라인(600) 상에 작용하는 압력에 의해 분기라인(710) 상의 릴리프밸브(720)가 개방되면, 저장탱크(740) 상의 릴리프밸브(741)도 개방되게 된다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 석유 시추장치의 작동을 설명한다.

먼저, 석유 시추장치(100)를 도 2와 같이 설치한 상태에서, 사판펌프(300)가 작동된다.

이와 같이 작동되는 사판펌프(300)는 도 3a 내지 도 3c에서와 같이, 사판(313)이 반바퀴 즉 180도 회전되면 배럴(310)의 보어(310a)(310b)에 삽입된 피스톤(311)이 도 3a에서 도 3b의 과정을 거쳐 도 3c와 같이 반대편 측으로 이송된 상태가 되고, 여기서 반바퀴를 더 회전하게 되면 피스톤(311)이 다시 도 3c에서 도 3b의 과정을 거쳐 도 3a와 같이 원상태로 되돌아오면서 각 보어(310a)(310b)에서는 압축과 흡입작용이 반복적으로 일어나게 된다.

이때, 사판(313)은 피스톤(311)과 슈(314)와 볼(311a)로서 연결되어 있으므로, 사판(313)은 피스톤(311)과의 간섭없이 자유롭게 회전되면서 피스톤(311)을 배럴(310)의 보어(310a)(310b)내에서 왕복 이동시키게 된다.

따라서, 배럴(310)의 보어(310a)(310b)에 연결라인(600)으로 연결된 양 실린더(400)(500)는 보어(310a)(310b)와 동일하게 압축과 흡입작용이 반복적으로 일어나게 되고, 체인(810)으로 연결된 양 피스톤(410)(510)은 시소와 같이 번갈아가면서 승강됨으로써 스프로킷휠(800)이 정.역회전을 반복하게 되며, 스프로킷휠(800)의 정.역회전에 의해 스프로킷휠(800)에 걸림된 로드(90)가 풀리고 감김되면서 시추구멍 내에 설치된 펌프(80)를 지속적으로 펌핑시켜 석유를 시추하게 된다.

한편, 이와 같은 작동 중에 실린더(400)(500)와 보어(310a)(310b)를 연결하는 연결라인(600) 상의 압력이 설정압력 이상으로 상승(즉 릴리프밸브(720)의 개방압력 이상으로 상승)되면, 압력조정부가 작동하게 된다.

즉, 연결라인(600) 상의 압력이 릴리프밸브(720)의 개방압력 이상으로 상승되면, 릴리프밸브(720)가 개방되어 연결라인(600) 상의 오일을 압력조정라인(700)과 분기라인(710)을 통해 저장탱크(740)의 또 다른 릴리프밸브(741)를 지나 저장탱크(740)로 배출시켜 저장한다.

그리고, 연결라인(600) 상의 압력이 설정압력 이하이면, 조정펌프(750)가 작동하여 저장탱크(740)에 저장된 오일을 압력조정라인(700)과 분기라인(710)으로 공급한다. 공급된 오일은 분기라인(710) 상의 릴리프밸브(720)를 통하지 못하고 모두 체크밸브(730)를 통해 연결라인(600)으로 공급되어 압력을 보충하게 된다.

따라서, 실린더(400)(500)와 배럴(310)의 보어(310a)(310b) 및 이를 연결하는 연결라인(600) 상의 압력이 일정하게 유지됨으로써 시추장치(100)의 펌핑작동을 항상 일정하게 유지할 수 있게 된다.

도 1은 종래의 석유 시추장치를 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 석유 시추장치를 도시한 구성도이다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 석유 시추장치에 구성된 펌프의 작동상태를 도시한 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 시추장치 10 : 시추탑

20 : 회전링크 30 : 연결링크

40 : 모터 50 : 감속기

60 : 카운터밸런스 70 : 유출관

80 : 펌프 90 : 로드

100 : 시추장치 200 : 모터

300 : 사판펌프 310 : 배럴

310a,310b : 보어 311 : 피스톤

311a : 볼 312 : 구동축

313 : 사판 314 : 슈

400,500 : 실린더 410,510 : 피스톤

600 : 연결라인 700 : 압력조정라인

710 : 분기라인 720 : 릴리프밸브

730 : 체크밸브 740 : 저장탱크

741 : 릴리프밸브 750 : 조정펌프

800 : 스프로킷휠 810 : 체인

Claims

천공된 시추구멍 내에 삽입된 펌프와 로드로 연결되어 펌프를 펌핑시키는 구동부를 갖는 시추장치에 있어서,

상기 구동부는, 로드가 걸림되고 회전 시 로드가 풀리거나 감김되는 스프로킷휠과;

상기 스프로킷휠에 체인을 매개로 각각 연결된 피스톤을 갖는 복수의 실린더와;

상기 실린더에 흡입력 또는 팽창력을 교대로 제공하는 펌프;를 포함하여 구성되고,

상기 펌프는 사판식 펌프인 것을 특징으로 하는 석유 시추장치.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 사판식 펌프는, 적어도 두 개 이상의 보어가 형성되어 있는 배럴과;

상기 배럴의 보어에 복동가능하게 설치되고, 단부에 볼이 형성되어 있는 피스톤과;

상기 피스톤의 볼에 상대 회전가능하게 결합되는 슈가 그 일면에 형성된 사판과;

상기 사판을 관통하면서 사판과 일체로 회전 구동되는 구동축;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 석유 시추장치.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

상기 시추장치에는, 펌프와 실린더 사이에 작용하는 압력을 조정하는 압력조정부가 구성되되,

상기 압력조정부는, 펌프와 실린더를 연결하는 각 연결라인에 연결된 압력조정라인과;

상기 압력조정라인에서 분기되어 연결라인상의 압력을 회수하거나 또는 연결라인에 압력을 제공하는 분기라인과;

상기 압력조정라인에 연결되어 연결라인으로 압력을 공급하는 조정펌프;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 석유 시추장치.
제 4 항에 있어서,

상기 분기라인은, 그 일측의 유로에는 연결라인상의 압력이 설정압력보다 높아질 때 개방되어 압력을 빼내는 릴리프밸브가 설치되고, 타측의 유로에는 조정펌 프에 의해 형성된 압력을 연결라인으로 공급하도록 개방되는 체크밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 석유 시추장치.