KR101138756B1 - 드릴링 플랫폼 - Google Patents

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KR101138756B1
KR101138756B1 KR1020080100420A KR20080100420A KR101138756B1 KR 101138756 B1 KR101138756 B1 KR 101138756B1 KR 1020080100420 A KR1020080100420 A KR 1020080100420A KR 20080100420 A KR20080100420 A KR 20080100420A KR 101138756 B1 KR101138756 B1 KR 101138756B1
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하인철
이재용
강동수
최윤서
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

본 발명에 따른 드릴링 플랫폼은, 시추를 위한 드릴링 파이프의 주위에 배치되는 라이저 텐셔너(riser-tensioner)를 포함하는 드릴링 플랫폼(drilling platform)에 있어서, 라이저를 시추면 방향으로 변위시키거나 선박의 회전요동을 보상하기 위하여, 라이저에 결합되어 라이저에 시추면 방향의 힘을 인가하기 위한 하나 이상의 하방 텐션 인가 구조를 포함하여, 라이저의 하방 운동을 더욱 효율적으로 수행할 수 있으며, 이로써, 다양한 방향의 플랫폼 요동을 보상할 수 있게 되고 시추의 안정성이 증대되는 효과가 있다.
드릴링 파이프, 라이저, 하방 장력, 유압 실린더

Description

드릴링 플랫폼{DRILLILNG PLATFORM}
본 발명은 드릴링 선박(drilling ship)에 사용되는 드릴링 플랫폼(drilling platform)에 관한 것으로서, 구체적으로는 플랫폼 또는 선박의 다양한 방향의 이동을 보상할 수 있도록 운동 자유도가 증가된 드릴링 플랫폼에 관한 것이다.
드릴링 플랫폼 또는 드릴링 선박(이하, "드릴링 플랫폼"으로 통칭한다)에서는 시추를 위하여 드릴링 파이프를 사용한다. 드릴링 파이프가 해저면을 시추하는 동안 진흙이나 기름 성분이 혼합된 액체(drilling fluid, 드릴링 플루이드)가 발생하게 되는데, 이 드릴링 플루이드가 바다에 노출되어 오염을 일으키는 것을 방지하기 위하여 드릴링 파이프를 둘러싸는 파이프 형태의 구조물인 라이저(riser)가 배치된다. 라이저는 라이저 홀더(riser holder)를 포함되어 라이저의 위치를 제어하게 되는데, 이에 대하여서는 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1을 참조하면, 종래의 드릴링 플랫폼은 시추를 위한 드릴링 파이프(108)와 드릴링 파이프(108)를 둘러싸도록 배치된 라이저(102)를 포함한다. 드릴링 파이프(108)와 라이저(102)는, 선박의 경우, 문풀 (moon pool; 106) 에 배치되어 시 추 위치에 적용된다. 또한 드릴링 파이프(108)는 데릭(derrick; 130)에 의해 고정된다.
시추 동안에 데릭(130)이 설치된 선박 또는 플랫폼이 파랑이나 바람에 의하여 요동할 수 있는데, 이러한 요동에도 불구하고 라이저(102)를 일정한 위치로 유지하여야 드릴링 파이프(108)에 의한 시추 및 드릴링 플루이드의 누액 방지가 원활하게 이루어질 수 있다. 이를 위해 도르레(110, 112, 114)에 의해 지지되는 와이어(120)가 라이저(102)에 포함된 라이저 홀더(104)에 고정된다. 도르레(110, 112, 114) 중 하나의 도르레(110)는 유압 실린더(116)에 의해 플랫폼에 고정된다. 따라서, 플랫폼이 요동하는 경우, 그 요동은 유압 실린더(116)를 그 요동의 반대방향으로 수축 또는 확장시켜 보상될 수 있다. 따라서 라이저(102)가 와이어(120)에 의해 제어된 위치에서 유지될 수 있다.
그러나 종래의 드릴링 플랫폼은 라이저(102)의 하방 이동을 용이하게 수행할 수 없다는 문제가 있다. 예를 들어, 플랫폼이 상방으로 요동(heave)하는 것을 보상하기 위해 라이저(102)를 하방으로 이동시켜야 하는 경우, 도 1의 드릴링 플랫폼에 의하면 유압 실린더(116) 수축에 의해 단순히 도르레(110)를 하방으로 이동시킴으로써 와이어(120)의 장력을 감소시키게 된다. 그러나, 와이어(120) 장력 감소에 이은 라이저(102)의 하방 이동은 라이저(102)의 하중에 의해서만 이루어지므로, 신속하고 정확한 하방 이동 제어가 어렵다. 특히, 라이저(102) 내부에는 드릴링 플루이드가 채워져 있으므로, 그 부력에 의해 라이저(102)가 실제로 와이어(120)에 가하는 하중이 줄어들게 되고, 이는 라이저(102)의 하방 이동을 한층 어렵게 한다.
이 뿐만 아니라, 종래의 드릴링 플랫폼은 선박의 선수 내지 측방향 회전요동(선수방향 회전요동: roll, 측방향 회전요동: pitch)에 대하여 라이저(102)의 이동을 제어할 수 없어, 이러한 선박의 회전요동은 보상할 수 없다는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 인식하여 이루어진 것으로, 라이저의 하방 운동을 더욱 효율적으로 수행할 수 있도록 하는 드릴링 플랫폼을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 다양한 방향의 플랫폼 요동을 보상할 수 있도록 운동 자유도가 증가된 드릴링 플랫폼을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 태양에 따르면, 시추를 위한 드릴링 파이프의 주위에 배치되는 라이저 텐셔너(riser-tensioner)를 포함하는 드릴링 플랫폼(drilling platform)에 있어서, 라이저(riser)를 시추면 방향으로 변위시키거나 선박의 회전요동을 보상하기 위하여, 상기 라이저에 결합되어, 상기 라이저에 상기 시추면 방향의 힘을 인가하기 위한 하방 텐션 인가 구조를 포함하는 드릴링 플랫폼이 제공된다.
일 실시형태에서, 상기 하방 텐션 인가 구조는 상기 라이저에 결합된 와이어와, 상기 라이저에 시추면 방향의 힘을 인가하도록 상기 와이어를 감거나 풀 수 있는 윈치(winch)를 포함할 수 있다.
다른 실시형태에서, 상기 하방 텐션 인가 구조는 상기 라이저에 결합된 와이어와, 상기 와이어를 고정하는 앵커와, 상기 앵커와 상기 라이저 사이에서 상기 와 이어를 지지하는 도르레를 포함하고, 상기 도르레의 이동에 의해 상기 라이저에 힘이 인가될 수 있다. 바람직하게는, 상기 도르레는 유압 실린더에 의해 이동된다.
라이저 텐셔너는 상기 하방 텐션 인가 구조를 2 이상 포함하고, 각각의 하방 텐션 인가 구조는 라이저에 상이한 강도의 힘을 인가하도록 제어될 수 있다.
본 발명에 따르면, 라이저의 하방 운동을 더욱 효율적으로 수행할 수 있으며, 이로써, 다양한 방향의 플랫폼 요동을 보상할 수 있게 되고 시추의 안정성이 증대되는 효과가 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명한다. 본 명세서에 있어서, ＂드릴링 플랫폼＂이라는 용어는 드릴링 파이프와 라이저가 설치되어 시추를 수행할 수 있는 선박 기타 장비를 포함하는 것으로 사용된다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 드릴링 플랫폼을 도시하는 도면이다. 본 실시형태의 드릴링 플랫폼은 시추를 위한 드릴링 파이프(28)와, 드릴링 파이프(28)의 주위를 감싸는 파이프 형상을 갖고 드릴링 플루이드의 누액을 방지하는 라이저(22)를 포함한다. 통상, 하나의 라이저(22)는 75 내지 90 ft(약 23 내지 27 m)의 길이를 갖고, 200 kg/m의 하중을 가질 수 있다. 이러한 라이저가 복수 연결되어 사용될 수 있다. 또한, 본 실시형태의 드릴링 플랫폼은 플랫폼의 요동(상하 방 요동: heave, 선수측 요동: surge, 측면 요동: sway, 상방 회전요동: yaw, 선수방향 회전요동: roll, 측방향 회전요동: pitch)을 모두 보상할 수 있도록 라이저(22)를 이동시키기 위한 구조를 포함한다.
구체적으로, 드릴링 플랫폼은 라이저(22)에 상방(즉, 시추면의 반대 방향)의 장력을 인가하기 위하여, 와이어(20)와 와이어(20)를 지지하는 도르레(10, 12, 14)를 포함한다. 와이어(20)는 앵커(미도시)에 의해 드릴링 플로어에 고정되는 동시에 라이저(22)에 설치된 라이저 홀더(24)에 고정된다. 또한, 와이어(20)는 도르레(10, 12, 14)에 의해 변위되어 그 장력이 라이저 홀더(24)에 전달된다. 이 때, 도르레(10)는 유압 실린더(16)에 결합되어 상하로 운동할 수 있다. 도르레(10)의 상하 운동에 의하여 도르레(12)와 앵커 사이의 와이어 길이가 변화되고, 결국 이는 라이저(22)에 장력이 가해지도록 한다. 특히, 라이저(22)가 상방으로 이동할 필요가 있는 경우에는 도르레(10)도 상방으로 변위되어 라이저(22)에 장력을 가한다. 와이어(20)의 변위 범위는 약 15m(50 ft)일 수 있으며, 그에 의해 약 1,400 톤(3,200,000 lbs)의 힘을 라이저(22)에 인가할 수 있다.
한편, 드릴링 플랫폼은 라이저(22)를 시추면 방향으로 변위시키거나 선박의 회전요동을 보상하기 위하여 라이저(22)에 하방(즉, 시추면 방향)의 힘을 인가하기 위한 하방 텐션 인가 구조를 포함한다. 본 실시형태의 하방 텐션 인가 구조는 라이저(22)에 결합된 와이어(36)와, 라이저(22)에 시추면 방향의 힘을 인가하도록 상기 와이어를 감거나 풀 수 있는 윈치(winch; 32)를 포함한다.
와이어(36)는 와이어(20)와 유사하게 라이저 홀더(24)를 통해 라이저(22)에 결합된다. 또한 와이어(36)는 윈치(32)에 감기도록 배치된다. 윈치(32)는, 선박의 경우, 문풀(26)에 고정된 지지부(34)에 의해 고정됨으로써 와이어(36)를 감거나 풀 수 있다. 따라서, 라이저(22)가 하방으로 이동할 필요가 있는 경우에는 윈치(32)가 와이어(36)를 감고 라이저(22)에 하방의 장력이 작용하게 된다.
본 실시형태에 따르면, 라이저가 상방으로 이동하여야 하는 경우(예를 들어, 드릴링 플랫폼이 하방으로 요동하는 경우), 유압 실린더(16)가 팽창하여 도르레(10)를 상방으로 변위시킨다. 따라서, 앵커와 도르레(12) 사이의 와이어(20)의 길이가 길어지고, 도르레(14) 및 라이저 홀더(24)를 통해 라이저(22)에 상방의 장력이 작용한다. 이와 동시에, 윈치(32)는 와이어(36)를 풀어 라이저(22)의 상방 이동을 허용한다. 윈치(32)가 와이어(36)를 푸는 것은 동력에 의한 것일 수도 있고, 단순히 라이저(22)의 이동에 의해 이루어지는 수동적인 것일 수도 있다.
반대로 라이저(22)가 하방으로 이동하여야 하는 경우(예를 들어, 드릴링 플랫폼이 상방으로 요동하는 경우), 윈치(32)가 와이어(36)를 감아 라이저(22)에 하방의 장력을 인가한다. 이와 동시에, 유압 실린더(16)가 수축하여 도르레(10)가 하방으로 변위되고, 앵커와 도르레(12) 사이의 와이어(20)의 길이가 짧아짐으로써 라이저(22)에 가해지는 상방의 장력이 해제된다. 유압 실린더(16)의 수축은 제어에 의해 이루어지는 능동적인 것일 수도 있지만, 와이어(36)에 의해 가해지는 하방 장력이 와이어(20)에 전달되어 수동적으로 수축될 수도 있다.
이와 같이, 종래 기술과 달리, 라이저(22)의 하방 이동이 라이저(22) 자체의 하중에 의할 뿐만 아니라 윈치(32)에 의한 와이어(36) 장력에 의해서도 이루어지므 로, 라이저(22)의 하방 이동이 신속하고 정확하게 이루어질 수 있다.
한편, 본 실시형태에 있어서, 하방 장력 인가 구조인 윈치(32)와 와이어(36)는 라이저(22)의 주위에 2 이상, 도면에서는 좌우에 2쌍 배치될 수 있다. 각각의 윈치(32)를 제어하여 라이저(22)에 상이한 장력을 인가함으로써 라이저(22)의 단순한 하방 이동 뿐만 아니라 미세한 변위가 가능하여 선박의 회전요동을 보상할 수 있고, 이로써 선박의 안정성을 증대시킬 수 있게 된다.
즉, 드릴링 플랫폼의 다양한 방향의 요동, 선박의 경우에는 상하방 요동(heave), 선수측 요동(surge), 측면 요동(sway) 뿐만 아니라, 선수방향 회전요동(roll), 측방향 회전요동(pitch), 또는 상방 회전요동(yaw) 등 다양한 방향의 요동을 정밀하게 보상하고 라이저(22)를 일정한 위치로 유지할 수 있게 된다. 특히, 선수방향 회전요동(roll) 및 측방향 회전요동(pitch)도 정밀하게 보상함으로써, 선박의 모든 요동을 보상할 수 있게 된다.
구체적으로, 라이저의 외주면에 결합되어 배치되는 2 이상의 하방 장력 인가 구조에 있어서, 각각의 하방 장력 인가 구조가 서로 상이하게 제어됨으로써, 각각의 라이저(22)에 서로 상이한 장력이 인가되고, 이로써 라이저(22)가 미세하게 회전될 수 있도록 함으로써, 선박의 회전요동에 대해서도 보상이 가능하게 된다.
추가적으로 또는 다르게는, 유압 실린더(16)를 2 이상 배치하고 각각의 유압 실린더(16)를 독립적으로 제어하여 라이저(22)를 미세하게 조정하는데 도움을 줄 수도 있다.
한편, 도 2에서 윈치(32)가 문풀(26)에 고정된 것으로 도시되어 있으나, 이 는 일 예에 불과하며 다수의 도르레를 더 설치하고 윈치(32)를 드릴링 플로어에 고정시키는 등 다른 고정 위치를 이용하는 것도 가능하다.
도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 드릴링 플랫폼을 도시하는 도면이다. 본 실시형태에 있어서, 이전 실시형태에서와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하고 구체적인 설명은 생략한다.
드릴링 플랫폼은 시추를 위한 드릴링 파이프(28)와 라이저(22)를 포함한다. 또한, 본 실시형태의 드릴링 플랫폼은 플랫폼의 요동을 보상하도록 라이저(22)를 이동시키기 위한 구조를 포함한다. 드릴링 플랫폼은 라이저(22)에 상방의 장력을 인가하기 위하여, 와이어(20)와 와이어(20)를 지지하는 도르레(10, 12, 14)를 포함한다. 도르레(10)는 유압 실린더(16)에 결합되어 상하로 운동할 수 있으며, 이에 의해 라이저(22)에 장력이 가해진다.
드릴링 플랫폼은 라이저를 시추면 방향으로 변위시키거나 선박의 회전요동을 보상하기 위하여 라이저에 결합되어 라이저에 하방(즉, 시추면 방향)의 힘을 인가하기 위한 하방 텐션 인가 구조를 포함한다. 본 실시형태의 하방 텐션 인가 구조는 라이저(22)에 결합된 와이어(36), 와이어를 고정하는 앵커(38), 및 앵커(38)와 라이저(22) 사이에서 와이어(36)를 지지하는 도르레(42)를 포함한다. 라이저(22)로의 장력 인가는 도르레(42)의 이동에 의해 이루어지는데, 본 실시형태에서 도르레(42)는 유압 실린더(44)에 의해 좌우로 이동된다. 한편, 도르레(42)의 이동에 의하여 라이저(22)에 장력을 전달하기 위하여, 도르레(46, 48)가 더 설치된다. 이들 도르레(42, 46, 28)와 유압 실린더(44)는, 선박의 경우, 문풀(26)의 내벽에 고 정 설치될 수 있다. 그러나, 그 고정 설치의 위치는 적용 분야 또는 도르레의 수 등에 따라 상이할 수 있음은 당업자에게 명백하다. 이와 같은 구성에 의해, 도르레(42)의 상하 운동은 앵커(38)와 도르레(46) 사이의 와이어(36)의 길이를 변화시키게 되고, 그에 의해 도르레(48)를 통해 라이저(22)에 장력이 인가된다.
본 실시형태에 따르면, 라이저가 상방으로 이동하여야 하는 경우(예를 들어, 드릴링 플랫폼이 하방으로 요동하는 경우), 유압 실린더(16)가 팽창하여 도르레(10)를 상방으로 변위시킨다. 반대로 라이저(22)가 하방으로 이동하여야 하는 경우(예를 들어, 드릴링 플랫폼이 상방으로 요동하는 경우), 유압 실린더(44)가 팽창하여 도르레(42)를 도면에서 라이저(22)를 향하는 방향으로 이동시킨다. 따라서, 앵커(38)와 도르레(46) 사이의 와이어(36)의 길이가 길어지게 되고, 도르레(48)를 통해 라이저(22)에 하방으로의 장력이 작용하게 된다.
이와 같이, 종래 기술과 달리, 라이저(22)의 하방 이동이 라이저(22) 자체의 하중에 의할 뿐만 아니라 도르레(42)의 이동에 의한 와이어(36) 장력에 의해서도 이루어지므로, 라이저(22)의 하방 이동이 신속하고 정확하게 이루어질 수 있다.
한편, 본 실시형태에 있어서, 유압 실린더(44), 도르레(42) 및 와이어(36)를 포함하는 하방 장력 인가 구조는 라이저(22)의 주위에 2 이상, 도면에서는 좌우에 2쌍 배치될 수 있다. 이로써, 라이저의 외주면에 결합되어 배치되는 2 이상의 하방 장력 인가 구조에 있어서, 각각의 하방 장력 인가 구조가 서로 상이하게 제어됨으로써, 각각의 라이저(22)에 서로 상이한 장력이 인가되고, 이로써 라이저(22)가 미세하게 회전될 수 있도록 함으로써, 선박의 회전요동에 대해서도 보상이 가능하 게 된다.
이상 본 발명의 구체적 실시형태들을 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 이는 예시에 불과하며 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니다. 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 설명된 실시형태들을 변경 또는 변형할 수 있다. 본 명세서에서 설명된 각 구성요소들은 공지된 다양한 소자들로 구현 또는 대체될 수 있으며, 각각 별개로 구현되거나 2 이상이 하나로 통합되어 구현될 수도 있다. 예를 들어, 본 명세서에서 설명된 도르레는 도정 도르레, 움직 도르레, 겹 도르레 등 다양한 형태로 구현될 수도 있다. 또한, 필요에 따라 공지된 동력 전달 수단으로 대체되는 것도 가능하다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시형태가 아니라 첨부된 청구범위 및 그 균등물에 의해 정해져야 한다.
도 1은 종래의 드릴링 플랫폼을 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 드릴링 플랫폼을 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 드릴링 플랫폼을 도시하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10, 12, 14, 42, 46, 48: 도르레 16, 44: 유압 실린더
20, 36: 와이어 22: 라이저
24: 라이저 홀더 28: 드릴링 파이프

Claims (5)

  1. 드릴링 플랫폼의 라이저(22)에 설치된 라이저 홀더(24)와,
    상기 라이저 홀더(24)와 드릴링 플로어의 앵커 사이에 고정된 와이어(20)와,
    상기 와이어(20)에 장력 인가를 위한 도르레(10)와,
    상기 도르레(10)에 결합되고, 상기 라이저(22)의 상방 이동을 위해 상기 도르레(10)를 상하로 운동시키는 유압 실린더(16)와,
    상기 라이저 홀더(24)를 통해 상기 라이저(22)와 문풀(26)의 앵커(38) 사이에 결합된 다른 와이어(36), 상기 문풀(26)의 앵커(38)와 상기 라이저(22) 사이에서 상기 다른 와이어(36)를 지지하는 다른 도르레(42), 상기 다른 도르레(42)를 좌우로 이동시키도록 문풀(26)의 내벽에 고정된 다른 유압 실린더(44)를 구비하고, 상기 라이저(22)에 각각 상이한 강도의 힘을 인가하도록 2 이상으로 마련된 하방 텐션 인가 구조,
    를 포함하는 드릴링 플랫폼.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
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