KR101439943B1 - 잭업 리그의 캐비티 깊이를 측정하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

잭업 리그의 캐비티 깊이를 측정하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 잭업 리그 하부 지반의 지지력 계산 및 잭업 리그 인발 시 인발력 예측 등을 위해 필요한 잭업 리그의 캐비티 깊이를 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 잭업 리그의 캐비티 깊이를 측정하기 위한 장치에 있어서, 상기 잭업 리그의 레그의 하단에 설치된 받침부재에 수직으로 설치되는 파이프; 상기 파이프의 외부에 설치되는 압력 측정 장치; 및 상기 압력 측정 장치가 측정한 압력 값들로부터 캐비티 깊이를 도출하는 프로세서를 포함하는 잭업 리그의 캐비티 깊이를 측정하기 위한 장치가 제공된다.

Description

잭업 리그의 캐비티 깊이를 측정하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING CAVITY DEPTH OF JACK UP RIG}
본 발명은 잭업 리그에 관한 것으로서, 잭업 리그 하부 지반의 지지력 계산 및 잭업 리그 인발 시 인발력 예측 등을 위해 필요한 잭업 리그의 캐비티 깊이를 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
국제적으로 급격하게 산업 및 공업이 발전함에 따라 석유와 같은 지구 자원의 사용량은 점차 증가하고 있으며, 이에 따라 원유의 안정적인 생산과 공급이 전지구적인 차원에서 대단히 중요한 문제로 떠오르고 있다.
이와 같은 이유로 인해서, 최근에는 경제성이 없어 무시되어 왔던 군소의 한계 유전(marginal field)이나 심해 유전의 개발이 경제성을 가지게 되었으며, 해저 채굴 기술의 발달과 더불어 이런 유전의 개발에 적합한 시추설비를 구비한 리그(rig)가 개발되어 있다.
일반적으로, 리그(rig)는 바아지(barge)에 설치한 3 ~ 6개 정도의 각주를 해저에 내려 세워 바아지를 해상에 설치하는 잭업(jack-up)형, 수중의 하부선각에 세워진 각주로서 해상의 갑판을 지탱하는 반잠수형, 선각과 같은 모양의 선형과 토사를 매립하여 인공섬으로 만든 매립식 인공섬형, 잠함 등을 해저에 침설 하여 중량으로 파력이나 지진력을 견디게 하는 중력형, 원반형상의 부유식 구조체를 이루는 원반 부채형 등이 있다.
이중 잭업 리그(jack-up rig)는 수심이 얕은 지역에서 안정된 작업이 가능하고, 해저면에 직접 설치하여 작업한 후, 작업이 완료되면 다른 곳으로 이동이 가능하다. 잭업 리그의 레그(leg)들은 잭업 리그를 떠받치도록 해저면에 세워지고 레그들 각각은 하단에 스퍼드캔(spudcan)이라 불리는 받침부재가 설치된다. 그런데, 받침부재가 해저면 속으로 관입되면서 받침부재 위에 흙 등이 쌓이게 되는데, 일정 상부 하중을 지지하도록 설계된 스퍼드캔 위에 과도한 흙 등이 받침부재 위에 많이 쌓이게 되면 과도한 상부 하중으로 인하여 스퍼드캔의 지중 관입량이 예상 범위 외로 벗어나거나, 심할 경우 받침부재가 땅속으로 무너질 수 있다. 따라서, 받침부재의 지지력을 알기 위해서는 받침부재 위에 흙이 얼마나 쌓였는지를 알아야 한다. 또한 이러한 정보는 잭업 리그 받침 부재의 지지력 및 관입 깊이를 예상하는 데에 필수적으로 요구되는 정보이나, 현재까지는 지반 종류에 따라 대강의 값을 적용하고 있다.
그리고, 설치되어 있는 레그 및 받침 부재를 끌어올릴 때는 레그 및 받침부재를 인발하기 필요한 인발력이 얼마인지, 인발할 때 받침 부재위에 쌓인 흙을 제거하기 위해 워터 제팅(water jetting)을 사용해야 하는지, 및 워터 제팅의 사용 방법 예를 들어, 워터 제팅의 위치, 압력, 수량 등을 알기 위해서도 받침부재 위에 흙이 얼마나 쌓였는지를 알아야 한다.
레그를 설치하기 위해 해저면에 생긴 구멍의 깊이를 캐비티 깊이(cavity depth)라고 하는데, 받침부재 위에 흙이 얼마나 쌓였는지를 알기 위해서는 이 캐비티 깊이를 알아야 한다.
그런데 캐비티 깊이는 실측이 어렵고 해저지반의 성질, 조류 등 해저 환경에 따라 달라지기 때문에 통계화된 자료를 모든 현장에 적용하기에는 무리가 따른다. 그리고, 종래 기술에 따르면, 캐비티 깊이의 측정은 원심 모형 실험(centrifuge test) 등 실험적 방법에 의존되어 왔다. 따라서, 캐비티 깊이를 정확히 측정할 수 없고 실시간으로 모니터링할 수 없다는 문제점이 있다.
선행기술 : 한국 공개 번호 제10-2012-0138568 (2012.12.26 공개)
본 발명의 목적은 캐비티 깊이를 정확하게 측정할 수 있고 실시간 모니터링할 수 있는 잭업 리그의 캐비티 깊이를 측정하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 잭업 리그의 캐비티 깊이를 측정하기 위한 장치에 있어서, 상기 잭업 리그의 레그의 하단에 설치된 받침부재에 수직으로 설치되는 파이프; 상기 파이프의 외부에 설치되는 압력 측정 장치; 및 상기 압력 측정 장치가 측정한 압력 값들로부터 캐비티 깊이를 도출하는 프로세서를 포함하는 잭업 리그의 캐비티 깊이를 측정하기 위한 장치가 제공된다.
특히, 상기 압력 측정 장치는 깊이에 따른 압력을 연속적으로 측정하는 광섬유 센서(fiber optic sensor)일 수 있다.
또한, 상기 압력 측정 장치는 상기 파이프의 길이 방향을 따라 설치된 복수의 압력계들일 수 있다.
또한, 상기 프로세서는 해저면부터 상기 압력 측정 장치가 측정한 압력 값들의 증가하는 기울기가 달라지는 지점까지의 깊이를 상기 캐비티 깊이로 결정할 수 있다.
또한, 상기 압력 측정 장치와 상기 프로세서는 케이블로 연결되고, 상기 케이블을 통해 상기 압력 측정 장치가 측정한 압력 값들이 상기 프로세서로 전달될 수 있다.
또한, 상기 파이프는 상기 받침부재의 중앙부에 설치될 수 있다.
또한, 상기 파이프의 길이는 상기 받침부재의 예상 관입 깊이보다 길 수 있다.
또한, 상기 프로세서는 상기 도출된 캐비티 깊이를 이용하여 상기 받침부재의 지지력을 계산할 수 있다.
또한, 상기 프로세서는 상기 도출된 캐비티 깊이를 이용하여 상기 받침부재 및 상기 레그를 인발할 때 필요한 인발력을 계산할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 잭업 리그의 캐비티 깊이를 측정하기 위한 방법에 있어서, 상기 잭업 리그의 레그의 하단에 설치된 받침부재에 수직으로 설치되는 파이프의 외부에 설치된 압력 측정 장치에서 깊이별 압력을 측정하는 단계; 및 상기 압력 측정 장치가 측정한 압력 값들로부터 캐비티 깊이를 도출하는 단계를 포함하는 잭업 리그의 캐비티 깊이를 측정하기 위한 방법이 제공된다.
특히, 상기 압력 측정 장치는 깊이에 따른 압력을 연속적으로 측정하는 광섬유 센서(fiber optic sensor)일 수 있다.
또한, 상기 압력 측정 장치는 상기 파이프의 길이 방향을 따라 설치된 복수의 압력계들일 수 있다.
또한, 상기 캐비티 깊이를 도출하는 단계는 해저면부터 상기 압력 측정 장치가 측정한 압력 값들의 증가하는 기울기가 달라지는 지점까지의 깊이를 상기 캐비티 깊이로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 잭업 리그의 캐비티 깊이를 측정하기 위한 방법은 상기 도출된 캐비티 깊이를 이용하여 상기 받침부재의 지지력을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 잭업 리그의 캐비티 깊이를 측정하기 위한 방법은 상기 계산된 지지력에 따라 상기 받침부재의 관입 깊이를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 잭업 리그의 캐비티 깊이를 측정하기 위한 방법은 상기 도출된 캐비티 깊이를 이용하여 상기 받침부재 및 상기 레그를 인발할 때 필요한 인발력을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 잭업 리그의 레그의 하단에 설치된 받침부재에 파이프를 수직으로 설치되고, 파이프의 외부에 압력 측정 장치를 설치하여 깊이별 압력을 실시간으로 측정함으로써, 캐비티 깊이를 정확하게 측정할 수 있고 캐비티 깊이를 실시간 모니터링할 수 있다.
도 1은 해상에 설치되어 있는 잭업 리그를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 캐비티 깊이를 측정하기 위한 장치의 파이프가 레그에 설치되어 있는 모습을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 센서가 설치된 캐비티 깊이를 측정하기 위한 장치를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 압력계들이 설치된 캐비티 깊이를 측정하기 위한 장치를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 캐비티 깊이를 측정하기 위한 장치에서 측정한 압력 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 잭업 리그의 캐비티 깊이를 측정하기 위한 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
먼저, 도 1을 참조하여 잭업 리그의 구조를 간략히 설명한다. 도 1은 해상에 설치되어 있는 잭업 리그를 개략적으로 나타낸 도면이다.
잭-업 리그는 선체(110) 및 복수의 레그(120)들을 포함한다. 도 1에서는 2개의 레그들이 도시되어 있으나, 잭-업 리그는 3~6 개의 레그들을 가질 수 있다. 복수의 레그들은 서로 평행하고 각각 종방향으로 가동된다. 선체(110)는 예를 들면 오일 매장 지대 개발을 위한 드릴링 장비를 지지한다. 복수의 레그(120)들은 해저면에 설치되어 잭업 리그가 해상에 안정되게 설치될 수 있도록 한다.
그리고, 복수의 레그(120)들 각각의 하단에는 받침 부재(130)가 설치된다. 받침부재(130)는 레그(120)가 지반침투를 하지 못하도록 방지하는 역할을 하고, 스퍼드캔(spudcan)이라 불린다.
다음으로, 도 2 내지 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 잭업 리그의 캐비티 깊이를 측정하기 위한 장치를 설명한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 캐비티 깊이를 측정하기 위한 장치의 파이프가 레그에 설치되어 있는 모습을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 센서가 설치된 캐비티 깊이를 측정하기 위한 장치를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 압력계들이 설치된 캐비티 깊이를 측정하기 위한 장치를 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 잭업 리그의 캐비티 깊이를 측정하기 위한 장치는 받침부재(130)에 수직으로 설치되는 파이프(210), 파이프의 외부에 설치되는 압력 측정 장치, 및 프로세서를 포함한다.
파이프(210)는 받침부재(130)에 수직으로 설치되어 압력 측정 장치가 설치될 수 있는 지지대 역할을 한다. 도 2에 도시된 바와 같이 파이프(210)는 파이프 지지용 부재에 의해 지지될 수 있다.
레그가 관입된 깊이를 따라 각 지점들의 압력을 측정하기 위해 파이프(210)의 길이는 레그의 예상 관입 깊이보다 길게 형성될 수 있다. 그리고, 파이프(210)는 도 2 내지 4에 도시된 바와 같이 받침부재(130)의 중앙부에 설치될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 다른 위치에 설치될 수도 있다. 그리고, 본 발명의 실시예에서는 하나의 레그에 하나의 캐비티 깊이를 측정하기 위한 장치가 설치되는 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 정확한 측정을 위해 하나의 레그에 캐비티 깊이를 측정하기 위한 장치를 복수 개 설치할 수도 있다. 예를 들어, 받침 부재(130)의 중앙과 가장 자리에 캐비티 깊이를 측정하기 위한 장치를 설치할 수도 있다.
압력 측정 장치는 잭업 리그의 레그가 관입된 해저의 깊이별 압력을 측정하는 장치로서 광섬유 센서(221) 또는 복수의 압력계들(222)일 수 있다. 도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 압력 측정 장치는 파이프(210)의 길이 방향을 따라 설치되어 깊이에 따라 각각의 지점들의 압력을 측정한다. 즉, 광섬유 센서(221)는 파이프(210)의 길이 방향으로 길게 부착되어 깊이별 압력을 연속적으로 측정할 수 있다. 그리고, 복수의 압력계들(222)은 파이프(210)의 길이 방향을 따라 설치되어 설치된 위치의 압력을 측정한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 캐비티 깊이를 측정하기 위한 장치에서 측정한 압력 변화를 나타낸 그래프이다. 도 5의 그래프에서 실선은 광섬유 센서(221)가 측정한 깊이별 압력을 나타내고, 원형은 복수의 압력계들(222)이 측정한 깊이별 압력을 나타낸다. 도 5의 그래프에 도시된 바와 같이, 광섬유 센서(221)는 깊이에 따라 압력을 연속적으로 측정하고, 복수의 압력계(222)들은 압력계가 설치된 위치의 압력만 측정하므로 불연속적인 압력 값들을 제공한다.
프로세서는 압력 측정 장치가 측정한 압력 값들로부터 캐비티 깊이를 도출한다. 프로세서는 압력 측정 장치와 케이블(230)로 연결될 수 있고, 케이블(230)을 통해 압력 측정 장치가 측정한 압력 값들이 프로세서로 전달될 수 있다. 도면에 도시되지는 않았으나, 프로세서는 선체(110) 위에 있을 수 있다.
도 5의 그래프를 보면, 깊이에 따라 압력은 증가한다. 그런데, 정수압보다 토압이 더 크기 때문에, 해수가 있는 지점까지는 일정한 기울기로 증가하다가 흙이 쌓여 있는 부분부터는 압력이 증가하는 기울기가 갑자기 급해진다. 따라서, 해저면부터 압력 값들이 증가하는 기울기가 달라지는 지점까지의 깊이가 캐비티 깊이가 된다.
그리고, 프로세서는 도출된 캐비티 깊이를 이용하여 상기 받침 부재의 지지력을 계산할 수 있다. 그리고, 지지력에 따라 받침부재의 관입 깊이를 조절할 수 있다. 예를 들어, 받침부재(130) 위에 흙이 많이 쌓여 있으면 받침부재(130)가 받는 하중이 커지므로 받침부재(130)의 지지력이 약해진다. 그러면, 받침부재(130)의지지력을 높이기 위해 받침부재(130)를 더 깊게 관입시킬 수 있다.
그리고, 받침 부재와 레그를 인발하기 위해서는 인발하기 위해 필요한 힘인 인발력을 알아야 하는데, 프로세서는 도출된 캐비티 깊이로부터 인발력을 계산할 수도 있다. 그리고, 인발 시 워터 제팅(water jetting)이 필요한지 여부 및 워터 제팅의 사용 방법도 캐비티 깊이로부터 판단할 수 있다.
다음으로, 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 잭업 리그의 캐비티 깊이를 측정하는 방법을 설명한다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 잭업 리그의 캐비티 깊이를 측정하기 위한 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 압력 측정 장치에서 깊이별 압력을 측정한다(S610). 압력 측정 장치에서 측정한 깊이별 압력 값들은 케이블을 통해 프로세서로 전달되고, 프로세서는 압력 측정 장치가 측정한 깊이별 압력 값들로부터 캐비티 깊이를 도출한다(S620). 이때, 해저면부터 압력 값들이 증가하는 기울기가 달라지는 지점까지의 깊이가 캐비티 깊이가 된다.
그리고, 도출된 캐비티 깊이를 이용하여 받침부재의 지지력을 계산할 수 있고(S630), 계산된 지지력에 따라 받침부재의 관입 깊이를 조절할 수 있다.
또, 도출된 캐비티 깊이를 이용하여 레그 및 받침부재의 인발 시 필요한 인발력을 계산하여(S640), 인발 시 이용할 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110 : 선체
120 : 레그
130 : 받침부재
210 : 파이프
221 : 광섬유 센서
222 : 복수의 압력계들
230 : 케이블

Claims (16)

  1. 잭업 리그의 캐비티 깊이를 측정하기 위한 장치에 있어서,
    상기 잭업 리그의 레그의 하단에 설치된 받침부재에 수직으로 설치되는 파이프;
    상기 파이프의 외부에 설치되는 압력 측정 장치; 및
    상기 압력 측정 장치가 측정한 압력 값들로부터 캐비티 깊이를 도출하는 프로세서를 포함하는 잭업 리그의 캐비티 깊이를 측정하기 위한 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 압력 측정 장치는 깊이에 따른 압력을 연속적으로 측정하는 광섬유 센서(fiber optic sensor)인, 잭업 리그의 캐비티 깊이를 측정하기 위한 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 압력 측정 장치는 상기 파이프의 길이 방향을 따라 설치된 복수의 압력계들인, 잭업 리그의 캐비티 깊이를 측정하기 위한 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 프로세서는 해저면부터 상기 압력 측정 장치가 측정한 압력 값들의 증가하는 기울기가 달라지는 지점까지의 깊이를 상기 캐비티 깊이로 결정하는, 잭업 리그의 캐비티 깊이를 측정하기 위한 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 압력 측정 장치와 상기 프로세서는 케이블로 연결되고, 상기 케이블을 통해 상기 압력 측정 장치가 측정한 압력 값들이 상기 프로세서로 전달되는, 잭업 리그의 캐비티 깊이를 측정하기 위한 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 파이프는 상기 받침부재의 중앙부에 설치되는, 잭업 리그의 캐비티 깊이를 측정하기 위한 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 파이프의 길이는 상기 받침부재의 예상 관입 깊이보다 긴, 잭업 리그의 캐비티 깊이를 측정하기 위한 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 도출된 캐비티 깊이를 이용하여 상기 받침부재의 지지력을 계산하는, 잭업 리그의 캐비티 깊이를 측정하기 위한 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 도출된 캐비티 깊이를 이용하여 상기 받침부재 및 상기 레그를 인발할 때 필요한 인발력을 계산하는, 잭업 리그의 캐비티 깊이를 측정하기 위한 장치.
  10. 잭업 리그의 캐비티 깊이를 측정하기 위한 방법에 있어서,
    상기 잭업 리그의 레그의 하단에 설치된 받침부재에 수직으로 설치되는 파이프의 외부에 설치된 압력 측정 장치에서 깊이별 압력을 측정하는 단계; 및
    상기 압력 측정 장치가 측정한 압력 값들로부터 캐비티 깊이를 도출하는 단계를 포함하는 잭업 리그의 캐비티 깊이를 측정하기 위한 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 압력 측정 장치는 깊이에 따른 압력을 연속적으로 측정하는 광섬유 센서(fiber optic sensor)인, 잭업 리그의 캐비티 깊이를 측정하기 위한 방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 압력 측정 장치는 상기 파이프의 길이 방향을 따라 설치된 복수의 압력계들인, 잭업 리그의 캐비티 깊이를 측정하기 위한 방법.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 캐비티 깊이를 도출하는 단계는 해저면부터 상기 압력 측정 장치가 측정한 압력 값들의 증가하는 기울기가 달라지는 지점까지의 깊이를 상기 캐비티 깊이로 결정하는 단계를 포함하는, 잭업 리그의 캐비티 깊이를 측정하기 위한 방법.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 도출된 캐비티 깊이를 이용하여 상기 받침부재의 지지력을 계산하는 단계를 더 포함하는 잭업 리그의 캐비티 깊이를 측정하기 위한 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 계산된 지지력에 따라 상기 받침부재의 관입 깊이를 조절하는 단계를 더 포함하는, 잭업 리그의 캐비티 깊이를 측정하기 위한 방법.
  16. 청구항 10에 있어서,
    상기 도출된 캐비티 깊이를 이용하여 상기 받침부재 및 상기 레그를 인발할 때 필요한 인발력을 계산하는 단계를 더 포함하는 잭업 리그의 캐비티 깊이를 측정하기 위한 방법.
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