KR101359517B1 - 심해저 구조물 - Google Patents

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KR101359517B1
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Abstract

심해저 구조물이 개시된다.
본 발명의 심해저 구조물은 일측이 유정과 연결되는 제 1 유체통로부, 일측이 상기 제 1 유체통로부와 연통되며, 타측은 해상구조물 또는 육상구조물과 연결되는 제 2 유체통로부, 상기 제 1 유체통로부와 상기 제 2 유체통로부 사이에 구비되어 선택적으로 개폐 가능한 메인밸브 및 상기 제 2 유체통로부와 연통되어 선택적으로 상기 제 2 유체통로부의 내부로 해수를 유입시키는 해수유입부를 포함할 수 있다.

Description

심해저 구조물{Subsea Manifold}
본 발명은 심해저 구조물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유정으로부터 생산된 원유 및 가스 등의 생산을 제어하하기 위한 밸브들로 이루어지는 심해저 구조물에 관한 것이다.
도 1은 해수면에서 원유 및 가스 생산 작업을 하고 있는 선박 및 해저 구조물의 위치를 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 해저바닥(10)에는 원유 및 가스 등의 생산을 제어하고, 물이나 가스 등을 유정(12)에 재주입하기 위한 심해저 구조물(100)이 설치된다. 그리고, 상기와 같은 심해저 구조물(100)에는 다수의 밸브들이 구비될 수 있다.
도 2는 종래의 심해저 구조물의 단면도이다.
원유 또는 가스 등의 유체를 생산할 때 유체의 압력이 갑작스럽게 상승하거나 유정(12) 내부에 이상 고압이 발생하는 등의 긴급 상황이 종종 발생할 수 있다. 이러한 긴급 상황이 발생할 때에는 유정(12)과 연통된 심해저 구조물(100)의 밸브들을 신속히 닫아 심해저 구조물(100) 내부의 유체의 유동을 차단하게 된다.
이 때, 밸브 외부의 송유파이프(30) 등의 배관에서는 급격한 유체 유동의 차단으로 인한 음압이 발생하고, 온도가 급격히 낮아진다. 때문에, 도 2에 도시된 바와 같이 수화물(Hydrate) 또는 왁스(Wax)와 같은 플러그(Plug)(1)가 발생하였다. 일반적으로 파이프 내부의 온도가 낮아질수록 플러그(1)의 생성 속도는 더욱 빨라진다.
그리고, 수화물 플러그(1)는 서로 뭉치는 성질이 있기 때문에 플러그(1)에 의하여 송유파이프(30) 등이 폐쇄될 수 있다.
따라서, 종래에는 강철 스트링의 끝단에 플러그를 제거하기 위한 코일 등을 부착하여 파이프 내부에 삽입하는 방식으로 파이프 내부에 부착된 플러그를 제거하였다.
또한, 종래에는 수화물이 형성될 것으로 예상되는 위치에 화학물질을 주입하여 수화물의 형성을 방지하는 방법이 개발되었다.
본 발명은 유체가 이동하는 배관 내부에 플러그가 생기는 것을 방지하여 플러그에 의해 배관이 폐쇄되는 것을 방지할 수 있는 심해저 구조물을 제공하고자 한다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르는 심해저 구조물은 일측이 유정과 연결되는 제 1 유체통로부; 일측이 상기 제 1 유체통로부와 연통되며, 타측은 해상구조물 또는 육상구조물과 연결되는 제 2 유체통로부; 상기 제 1 유체통로부와 상기 제 2 유체통로부 사이에 구비되어 선택적으로 개폐 가능한 메인밸브; 및 상기 제 2 유체통로부와 연통되어 선택적으로 상기 제 2 유체통로부의 내부로 해수를 유입시키는 해수유입부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 해수유입부는 상기 메인밸브가 폐쇄되어 상기 제 1 유체통로부로부터 상기 제 2 유체통로부로의 유체의 유동이 차단되면, 상기 제 2 유체통로부로 해수를 유입시킬 수 있다.
또한, 상기 해수유입부는 상기 제 2 유체통로부로 해수가 유입되는 것을 선택적으로 차단하는 해수유입밸브를 포함할 수 있다.
또한, 상기 메인밸브가 열려 상기 제 1 유체통로부로부터 상기 제 2 유체통로부로 유체가 이동하면, 상기 해수유입밸브가 닫혀 상기 제 2 유체통로부로 해수가 유입되는 것을 차단할 수 있다.
또한, 상기 메인밸브가 닫혀 상기 제 1 유체통로부로부터의 유체의 유동이 차단되면, 상기 해수유입밸브가 열려 상기 제 2 유체통로부로 해수가 유입될 수 있다.
또한, 상기 해수유입부는 상기 해수유입부로 해수를 유입시키는 펌프를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 심해저 구조물은 상기 제 2 유체통로부 상에 구비되며, 상기 메인밸브와 상기 해수유입밸브 사이에 배치되어 상기 메인밸브와 함께 상기 제 2 유체통로부 내부의 유체의 유동을 선택적으로 차단하는 서브밸브를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 2 유체통로부로 유입되는 상기 해수의 온도를 높이는 해수가열장치를 더 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 심해저 구조물에 의하면, 메인밸브가 닫혔을 시 제 2 유체통로부 및 송유파이프 내부에 해수를 유입시켜 해수의 유동에 의해 해수의 유동에 의해 제 2 유체통로부 및 송유파이프 내부에 수화물 또는 왁스 등의 플러그가 생기는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 플러그에 의해 제 2 유체통로부 및 송유파이프가 폐쇄되는 것을 방지할 수 있으며, 이로 인하여 유지 및 보수를 위한 비용이 절감될 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
아래에서 설명하는 본 출원의 바람직한 실시예의 상세한 설명뿐만 아니라 위에서 설명한 요약은 첨부된 도면과 관련해서 읽을 때에 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 본 발명을 예시하기 위한 목적으로 도면에는 바람직한 실시예들이 도시되어 있다. 그러나, 본 출원은 도시된 정확한 배치와 수단에 한정되는 것이 아님을 이해해야 한다.
도 1은 해수면에서 원유 및 가스 생산 작업을 하고 있는 선박 및 해저 구조물의 위치를 나타내는 도면;
도 2는 종래의 심해저 구조물의 단면도;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 심해저 구조물 중 메인밸브와 서브밸브가 열린 모습을 도시한 단면도; 및
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 심해저 구조물의 제 2 유체통로부 내부로 해수가 유입되는 모습을 도시한 단면도이다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다.
그리고, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 동일 기능을 갖는 구성요소에 대해서는 동일 명칭 및 동일부호를 사용할 뿐 실질적으론 종래기술의 구성요소와 완전히 동일하지 않음을 미리 밝힌다.
또한, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 심해저 구조물 중 메인밸브와 서브밸브가 열린 모습을 도시한 단면도이다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 심해저 구조물의 구성 및 구조에 대하여 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 심해저 구조물(100)은 제 1 유체통로부(112), 제 2 유체통로부(120), 해수유입부(130) 및 메인밸브(122)를 포함할 수 있다.
제 1 유체통로부(112)는 유정(12)과 연결될 수 있다.
일반적으로 유정(12)에는 생산파이프(20)가 삽입되며, 제 1 유체통로부(112)는 생산파이프(20)와 연통되도록 구비될 수 있다. 이 때, 제 1 유체통로부(112)는 몸체(110)의 내부에 위치하며, 몸체(110)는 유정헤드(40)상에 구비될 수 있다. 여기서, 유정헤드(40)는 유정(12)까지 삽입된 생산파이프(20)의 가이드 역할을 하는 동시에 생산파이프(20)의 흔들림을 방지하기 위하여 해저면(10)에 생산파이프(20)를 지지하는 것이다.
제 2 유체통로부(120)는 일측이 제 1 유체통로부(112)와 연통될 수 있다. 그리고, 제 2 유체통로부(120)의 타측은 해상구조물 또는 육상구조물과 연결될 수 있다. 이 때, 제 2 유체통로부(120)의 타측과 해상구조물 또는 육상구조물 사이에는 생산된 유체를 해상으로 이송하는 송유파이프(30)가 구비될 수 있다.
메인밸브(122)는 제 1 유체통로부(112)와 제 2 유체통로부(120) 사이에 구비되어 선택적으로 개폐 가능하게 이루어질 수 있다. 따라서, 메인밸브(122)는 제 1 유체통로부(112)로부터 제 2 유체통로부(120)로의 유체의 유동을 선택적으로 차단할 수 있다.
해수유입부(130)는 일측이 제 2 유체통로부(120)와 연통되도록 구비되어 제 2 유체통로부(120)의 내부로 선택적으로 해수를 유입시킬 수 있다. 그리고, 해수유입부(130)의 타측은 해수를 흡입할 수 있도록 개구될 수 있다.
제 1 유체통로부(112)와 제 2 유체통로부(120)가 이루는 각도 및 제 2 유체통로부(120)와 해수유입부(130)가 이루는 각도는 내부의 유체의 유동이 자유로운 형태라면 어떤 각도로든 이루어질 수 있다.
그리고, 해수유입부(130)는 메인밸브(122)가 폐쇄되어 제 1 유체통로부(112)로부터 제 2 유체통로부(120)로의 유체의 유동이 차단되면, 제 2 유체통로부(120)로 해수를 유입시킬 수 있다.
이를 위하여, 해수유입부(130)상에는 제 2 유체통로부(120)로 해수가 유입되는 것을 선택적으로 차단하는 해수유입밸브(134)가 더 구비될 수 있다.
이 때, 해수유입밸브(134)는 해수유입부(130)상에 어디에나 위치할 수 있지만, 본 발명의 일 실시예에서는 해수유입밸브(134)가 후술할 해수유입부(130)상의 펌프와 제 2 유체통로부(120) 사이에 구비되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다. 메인밸브(122)가 열려 제 1 유체통로부(112)로부터 제 2 유체통로부(120)로 유체가 이동하면, 해수유입밸브(134)가 닫혀 제 2 유체통로부(120)로 해수가 유입되는 것을 차단할 수 있다.
그리고, 메인밸브(122)가 닫혀 제 1 유체통로부(112)로부터의 유체의 유동이 차단되면, 해수유입밸브(134)가 열려 제 2 유체통로부(120)로 해수가 유입될 수 있다.
한편, 제 2 유체통로부(120)상에는 서브밸브(124)가 더 구비될 수 있다. 서브밸브(124)는 메인밸브(122)와 해수유입밸브(134) 사이에 배치되어 메인밸브(122)와 함께 제 2 유체통로부(120) 내부의 유체의 유동을 선택적으로 차단할 수 있다. 서브밸브(124)는 메인밸브(122)와 함께 작동하며, 메인밸브(122)의 파손 시 또는 메인밸브(122)가 오작동할 시 이차적으로 제 1 유체통로부(112)로부터 제 2 유체통로부(120)로의 유체의 유동을 차단할 수 있다.
또한, 해수유입부(130) 상에는 해수유입부(130)로 해수를 유입시키는 펌프(132)가 더 구비될 수 있다. 펌프(132)는 해수유입부(130)상에 구비되어 메인밸브(122)가 닫혀 제 1 유체통로부(112)로부터 제 2 유체통로부(120)로의 유체의 유동이 차단되었을 시 해수를 심해저 구조물(100) 내부로 유입할 수 있다.
그리고, 메인밸브(122)가 닫혀 제 1 유체통로부(112)로부터의 유체의 유동이 차단되었을 때 제 2 유체통로부(120) 및 송유파이프(30)의 급격한 온도 저하를 방지하기 위하여 해수의 온도를 높여 제 2 유체통로부(120)에 공급할 수 있는 해수가열장치(136)를 더 구비할 수 있다.
해수가열장치(136)는 해수유입부(130)상에 구비되거나, 펌프(132) 내부에 구비될 수도 있다. 그러나, 해수가열장치(136)의 위치는 이에 한정되는 것이 아니며, 해수의 온도를 높여 제 2 유체통로부(120)에 공급할 수 있는 위치라면 어디에든 위치할 수 있다.
예를 들어, 해수가열장치(136)는 해수유입부(130)에 감긴 코일을 포함할 수 있으며, 코일에 전류가 공급되면 코일 저항에 의하여 열이 발생하여 해수유입부(130) 내부에 흐르는 해수에 열이 가해질 수 있다(도 3 및 도 4 참조).
그리고, 펌프(132)의 입구와 출구 중 적어도 일측에는 역류방지밸브(138)가 구비되어 오일 및 해수가 역류하는 것을 방지할 수 있다.
이 때, 선체 또는 심해저 구조물에는 메인밸브(122), 서브밸브(124), 해수유입밸브(134) 및 후술할 역류방지밸브(138) 등의 작동을 제어하는 컨트롤러가 구비될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 심해저 구조물의 제 2 유체통로부 내부로 해수가 유입되는 모습을 도시한 단면도이다.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 상술한 바와 같이 이루어지는 본 발명의 일 실시예에 따른 심해저 구조물(100)의 작동에 대해서 설명한다.
우선, 도 3에 도시된 바와 같이, 유정(12)으로부터 유체를 생산하여 해상으로 이송할 때에는 메인밸브(122)와 서브밸브(124)가 열려 유정(12)으로부터 생산파이프(20)를 따라 이동된 유체가 제 1 유체통로부(112)를 지나 제 2 유체통로부(120)로 이동하고, 따라서 유체는 송유파이프(30)로 이송될 수 있다.
상기와 같이 제 2 유체통로부(120) 내부에 유체가 이동될 때에는 펌프(132)의 작동이 정지되고, 해수유입밸브(134)가 닫혀 제 2 유체통로부(120)로의 해수의 유입을 차단할 수 있다.
한편, 원유 또는 가스 등의 유체를 생산할 때 유체의 압력이 갑작스럽게 상승하거나 유정(12) 내부에 이상 고압이 발생하는 등의 긴급 상황이 일어날 수 있다. 이러한 긴급 상황이 발생할 때에는 유정(12)과 연통된 심해저 구조물(100)의 밸브를 신속히 닫게 된다.
이 때, 제 2 유체통로부(120) 및 송유파이프(30) 내부에서는 압력과 온도가 급격히 낮아지기 때문에 수화물 또는 왁스와 같은 플러그(1)가 발생하고, 플러그(1)에 의해 제 2 유체통로부(120) 및 송유파이프(30)가 폐쇄될 수 있다(도 2 참조).
이를 방지하기 위하여 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 심해저 구조물(100)은 우선 메인밸브(122)를 닫아 제 1 유체통로부(112)로부터 제 2 유체통로부(120)로의 유체의 유동을 차단할 수 있다. 그리고, 제 2 유체통로부(120)로 해수를 유입하기 위해 펌프(132)를 가동할 수 있다. 이 때, 해수유입밸브(134)를 열어 상기 제 2 유체통로부(120)로 해수가 유입될 수 있다.
따라서, 제 2 유체통로부(120) 및 송유파이프(30) 내부에는 지속적으로 유체가 유동될 수 있다. 때문에, 제 2 유체통로부(120) 및 송유파이프(30) 내부의 압력이 유지되어 수화물 또는 왁스 등과 같은 플러그(1)의 발생이 방지되고, 플러그(1)에 의해 제 2 유체통로부(120) 및 송유파이프(30)가 폐쇄되는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 배관이 폐쇄되었을 심해저 구조물(100)을 분해하고 배관을 수리 또는 교체하기 위한 비용을 절감할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
1: 플러그 10: 해저바닥
12: 유정 20: 생산파이프
30: 송유파이프 40: 유정헤드
100: 심해저 구조물 110: 몸체
112: 제 1 유체통로부 120: 제 2 유체통로부
122: 메인밸브 124: 서브밸브
130: 해수유입부 132: 펌프
134: 해수유입밸브 136: 해수가열장치
138: 역류방지밸브

Claims (8)

  1. 일측이 유정과 연결되는 제 1 유체통로부;
    일측이 상기 제 1 유체통로부와 연통되며, 타측은 해상구조물 또는 육상구조물과 연결되는 제 2 유체통로부;
    상기 제 1 유체통로부와 상기 제 2 유체통로부 사이에 구비되어 선택적으로 개폐 가능한 메인밸브; 및
    상기 제 2 유체통로부와 연통되어 선택적으로 상기 제 2 유체통로부의 내부로 해수를 유입시키는 해수유입부;
    를 포함하는 심해저 구조물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 해수유입부는 상기 메인밸브가 폐쇄되어 상기 제 1 유체통로부로부터 상기 제 2 유체통로부로의 유체의 유동이 차단되면, 상기 제 2 유체통로부로 해수를 유입시키는 심해저 구조물.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 해수유입부는
    상기 제 2 유체통로부로 해수가 유입되는 것을 선택적으로 차단하는 해수유입밸브를 포함하는 심해저 구조물.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 메인밸브가 열려 상기 제 1 유체통로부로부터 상기 제 2 유체통로부로 유체가 이동하면,
    상기 해수유입밸브가 닫혀 상기 제 2 유체통로부로 해수가 유입되는 것을 차단하는 심해저 구조물.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 메인밸브가 닫혀 상기 제 1 유체통로부로부터의 유체의 유동이 차단되면, 상기 해수유입밸브가 열려 상기 제 2 유체통로부로 해수가 유입되는 심해저 구조물.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 해수유입부는
    상기 해수유입부로 해수를 유입시키는 펌프를 포함되는 심해저 구조물.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 제 2 유체통로부 상에 구비되며, 상기 메인밸브와 상기 해수유입밸브 사이에 배치되어 상기 메인밸브와 함께 상기 제 2 유체통로부 내부의 유체의 유동을 선택적으로 차단하는 서브밸브를 더 포함하는 심해저 구조물
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 유체통로부로 유입되는 상기 해수의 온도를 높이는 해수가열장치를 더 포함하는 심해저 구조물.
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