KR101468313B1 - 타워크레인 마스트를 이용한 시추탑을 변형시켜 이루는 케이싱 삽입시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 타워크레인 마스트(Tower Crane Mast)를 이용한 시추탑(1)을 변형시켜서 즉, 상기 시추탑(1)의 상부를 구성하는 마스트섹숀(Mast Section)들을 철거하여, 상기 철거된 마스트섹숀들로 상기 시추탑(1)의 하부구조(2) 위에 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11)를 축조하여 케이싱 삽입탑(7)을 가설(假設)함으로써, 케이싱(Casing) 삽입작업 시에 발생되는 최대훅하중(Hook Load)을 안전하게 감당하면서 케이싱 삽입작업을 실시할 수 있게 만드는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은, 특히 도서지역에서 시추하는 경우, 상기 최대훅하중을 해결하기 위한 보강기둥탑을 가설하는데 드는 비용을 현저히 줄일 수 있게 만드는 효과를 제공하며, 그에 따라 상기 효과를 통해서, 우리 국토에서 그만큼 더 많은 심부시추를 실시해서 이지에스(EGS)를 조성하여 지열발전을 펼칠 수 있게 만들어, 순수국산에너지만으로 생산해내는 전력의 량을 증대시켜, 우리나라의 에너지자급률을 높이고, 그만큼 에너지 수입과 온실가스 배출을 줄일 수 있게 만드는 효과를 제공한다.
[색인어]
기둥탑, 보강기둥탑, 시추탑, 심부시추, 이지에스, 지열발전, 지열에너지, 최대훅하중, 케이싱 삽입작업, 케이싱 삽입탑, 타워크레인 마스트
본 발명은, 특히 도서지역에서 시추하는 경우, 상기 최대훅하중을 해결하기 위한 보강기둥탑을 가설하는데 드는 비용을 현저히 줄일 수 있게 만드는 효과를 제공하며, 그에 따라 상기 효과를 통해서, 우리 국토에서 그만큼 더 많은 심부시추를 실시해서 이지에스(EGS)를 조성하여 지열발전을 펼칠 수 있게 만들어, 순수국산에너지만으로 생산해내는 전력의 량을 증대시켜, 우리나라의 에너지자급률을 높이고, 그만큼 에너지 수입과 온실가스 배출을 줄일 수 있게 만드는 효과를 제공한다.
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Description
본 발명은, 특허문헌 5에 개시된 타워크레인 마스트(Tower Crane Mast)를 이용한 시추탑(1)을 변형시켜서 케이싱(Casing) 삽입작업을 실시할 수 있게 만드는 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 케이싱 삽입작업 시에 발생되는 최대훅하중(Hook Load)을 안전하게 감당할 수 있는 케이싱 삽입탑(7)을 가설(假設)하되, 상기 시추탑(1)의 기둥탑 1(3)과 기둥탑 2(4)의 상부를 구성하는 마스트섹숀(Mast Section)들을 철거하여, 상기 철거된 마스트섹숀들로 상기 시추탑(1)의 하부구조(2) 위에 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11)를 축조하고, 상기 기둥탑 1(3)과 기둥탑 2(4)의 상부가 철거된 기둥탑 3(8)과 기둥탑 4(9)와 상기 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11) 위에 가로질러 크로스빔(Crossbeam)(12)을 설치하며, 또 상기 크로스빔(12) 위에 크라운블록(Crown Block)(6) 등 필요한 설비 및 장치들을 설치하여 케이싱 삽입탑(7)을 축조하여, 케이싱 삽입작업을 실시할 수 있게 만듦으로써, 특히 도서지역에서 시추하는 경우, 상기 최대훅하중을 해결하기 위한 보강기둥탑을 가설하는데 드는 비용을 현저히 줄일 수 있게 만드는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
우리나라는 국가적 차원에서 장기간에 걸쳐 에너지 개발에 많은 노력을 기울여왔는데도 에너지자급률은 아직도 3％대에 머물고 있어, 소요에너지의 약 97％를 수입에 의존해야 하는 매우 취약한 구조인데, 에너지 가격은 오르고 있고, 설상가상으로 '기후변화에 관한 UN협약'에 따라 세계 10위권의 온실가스 배출국인 관계로 온실가스 감축요구가 높아지고 있어, 에너지상황은 점점 더 어려운 방향으로 옥죄이고 있는 실정인데, 이에 더하여 2011년 3월 일본 대지진으로 인해 발생된 후쿠시마 원자력발전소 사고는 우리나라의 에너지상황을 한층 더 어렵게 만들고 있다.
국제사회의 흐름을 볼 때, 전력수요의 절반 정도를 원자력발전으로 공급하기로 한 우리나라의 장기 전력수급기본계획에 대하여 수정 요구가 높아질 것으로 예상된다. 그에 따라 원자력발전에 대한 의존도를 낮출 수 있는 대체에너지원의 발굴 또한 시급한 과제로 떠오르고 있다.
상기한 3％대의 에너지자급률 중 전력생산 부문만 보면, 태양광, 풍력 등 재생에너지들을 이용한 전력생산은 대규모 수력발전을 포함하더라도 총 전력생산량의 1％대에 그리고 대규모 수력발전을 제외할 경우 0.5％대에 머물고 있다. 상기 결과가 초래된 것은 재생에너지들을 이용하는 전력생산을 비용효과적으로 이루어내고 촉진시켜나갈 수 있는 수단과 방법들이 도출되지 못하였기 때문이다.
이지에스(EGS: Enhanced Geothermal Systems)를 조성해서 생산되는 지열수를 열원으로 이용하는 지열발전 부문만 보더라도, 대한민국의 영토 안에도 어느 지점에나 심부지열에너지가 부존돼 있고 그 규모도 거의 무한에 가까운데도, 종래의 지열발전방법으로는 개발할 가치가 없는 것으로 인식되어 전혀 개발되지 못한 채 방치돼 왔다. 최근에 이르러서야, 특허문헌 1 내지 23의 발명들에서 우리 국토의 특성들을 활용함으로써 실익 있는 지열에너지 생산 및 지열발전을 이룰 수 있게 만드는 수단과 방법들이 개시된 바 있다.
이에, 장기간에 걸친 국가적 차원의 노력에도 불구하고 소기의 수준으로 높여지지 못하고 있는 재생에너지발전에 물꼬를 틀고, 상기와 같이 심각한 어려움에 처해 있는 우리나라의 에너지상황을 해결해나가기 위해서는, 우리 국토에 부존된 거의 무한에 가까운 규모인 심부지열에너지를 비롯하여 풍력 등 각종 재생에너지들을 활용하면서 재생에너지발전들을 비용효과적으로 이루어내고 촉진시켜나갈 수 있는 수단과 방법들의 창출이 요구되고 있다.
전술한 바와 같이 심각한 어려움에 처해 있는 우리나라의 에너지상황을 해결해나갈 수 있는 수단들 중 하나로 이지에스(EGS)를 조성해서 지열발전(Geothermal Power Generation)을 펼쳐나가는 방안이 떠오르고 있다.
그런데, 이지에스(EGS)를 조성해서 지열발전소를 건설하기 위해서는, 발전소 부지 및 각종 공사에 필요한 토지 등 가능한 한 평탄하고 또한 필요한 규모의 수원(水源)에 가까운 상당한 면적의 토지를 확보해야 하고, 대형의 중장비들을 사용해야 하는 다양한 공사들을 펼치기 위해, 특히 심부시추에 필요한 수백 톤(ton)에 달하는 시추리그(Drilling Rig)를 시추지점으로 운반하여 설치하기 위해, 기존의 도로를 절개하거나 건물 등 구조물들을 철거하는 등 훼손이 발생될 수 있으므로, 상기 토지 주변에는 가능한 한 기존의 구조물들의 규모나 수가 적어야 한다.
지난 100여년에 걸쳐 지열발전을 활발히 펼쳐온 이태리, 일본, 미국, 뉴질랜드, 인도네시아, 아이슬랜드 등지에서는 지열발전소들을 대부분 화산지대들에 건설하였다. 상기 화산지대들에는 인공적인 시설물들이 별로 없고 인구밀도도 낮으며 유휴지들도 많은 관계로 큰 어려움 없이 지열발전소들을 건설할 수 있었다.
하지만 우리 국토의 여건은 매우 다르고 불리하다. 우리 국토의 평탄한 지역들은 상업, 주거, 농업지역 등으로 매우 조밀하게 개발돼 있다.
위와 같이 매우 조밀하게 개발된 지역들에서는 수백 톤(ton)에 달하는 시추리그를 시추지점으로 운반해서 설치하는 데 심각한 어려움이 따르게 된다.
심부시추에 사용되는 시추리그(Drilling Rig)의 주요부분인 통상의 시추탑들은 일반적으로 수 개의 부분으로 분리해서 대형 평판트레일러(Flatbed Trailer)에 적재해 운반하게 되는데, 상기 시추탑을 적재한 대형 평판트레일러가 진입하기 위해서는 상당한 폭과 규모의 도로가 필요하다. 즉, 조밀하게 개발되고 소로로 연결된 국내의 많은 장소들에는 진입할 수 없다. 예컨대, 좁은 농로만이 있는 농업지역들에는 진입할 수 없다. 임시도로를 개설하면 가능하겠으나, 기존의 지형과 시설들을 감안할 때, 큰 비용이 들 수 있고, 개설 자체가 불가능할 수도 있다. 헬리콥터를 이용해 운반하는 방법이 있기는 하지만, 이에는 막대한 비용이 든다.
운반과 관련된 상기 문제점에 더하여, 통상의 시추탑을 설치할 수 있는 장소 역시 상당히 넓어야 한다, 협소한 장소에는 설치할 수 없다.
그런데 우리 국토에서 펼치게 될 심부시추는 많은 경우 소로로 연결돼 있는 매우 협소한 장소들에서 실시되어야 한다. 그에 따라 통상의 시추탑으로는 운반이나 설치가 어려워 많은 비용이 들거나 운반이나 설치 자체가 불가능할 수도 있다.
우리 국토에서 지열발전 등 재생에너지발전들을 성공적으로 개척해나가는 전략으로서, 특허문헌 16은 우선적으로 울릉도, 추자도, 흑산도, 거문도 등, 국가 전력계통과 연계되어 있지 못한 관계로, 매우 높은 발전단가가 들고 있을 뿐만 아니라 인체에 유해하고 또 기후변화를 악화시키는 디젤엔진 연소가스를 배출하는 경유발전 등으로 독립전력계통을 구성하고 있는 도서지역들에 이지에스·심해수 지열발전소(EGS·DSW Power Plant) 또는 이지에스·해수 지열발전소(EGS·SW Power Plant)들을 건설하고, 상기 지열발전에 풍력 등 간헐성 재생에너지(Intermittent Renewable Energy)들을 결합시켜 전력공급시스템들을 구축해나갈 것을 제시한 바 있다.
그런데, 상기 도서지역들에서 지열발전소 건설에 필요한 이지에스(EGS)를 조성하기 위해 통상의 시추탑을 운반해서 상기 도서지역들에 설치하려 한다면 막대한 비용이 들거나 설치 자체가 불가능할 수도 있다.
하지만, 등록특허 제10-1121477호 및 특허문헌 5에 개시된 "타워크레인 마스트를 이용한 시추탑 축조시스템 및 방법"은 타워크레인(Tower Crane)의 마스트(Mast)들을 이용하여 시추탑을 축조함으로써, 이상의 난제를 해결하였다.
타워크레인 마스트는 일반적으로 먼저 기초앵커(Basic Anchor)를 설치하고, 그 위에 기초마스트(Basic Mast)를, 그 위에 마스트섹숀(Mast Section)들을 필요한 높이로 조립하여 축조하게 되며, 상기와 같이 모듈(Module)화 돼 있고, 각개 모듈(Module)은 소로를 통해서도 운반이 가능한 크기로 되어 있어, 모듈 단위로 운반하여 설치현장에서 차례대로 조립하게 됨으로써, 국내 건설현장들에서 볼 수 있듯이, 소로로 연결된 매우 협소한 장소에도 설치가 가능하고, 크게는 100톤 이상의 하중을 지탱할 수 있게 제작돼 있으며, 또한 국내에서도 제작되고 있을 뿐만 아니라 현재 국내에는 상당수의 운휴 타워크레인 마스트가 야적돼 있어 임대 등이 용이하다.
상기 시추탑 축조시스템 및 방법(특허문헌 5)을 이용하면, 통상의 시추탑으로는 운반이나 설치가 불가능한 소로로 연결된 협소한 장소에도 설치하여 시추할 수 있고, 또한 시추탑을 스키딩(Skidding)시키지 아니한 상태에서 다수의 정(Well)들을 시추할 수 있으며, 또한 시추작업장에 추가하여 시추보조작업장을 설치할 수 있고, 또한 케이싱 삽입작업(Casing Lowering Operation) 시에 발생되는 최대훅하중(Hook Load)을 상기 삽입작업 시에만 보강기둥탑을 가설(假設)하여 해결할 수 있는 등 통상의 시추장비들이 갖고 있지 못한 여러 기능들을 지니고 있어, 매우 조밀하게 개발돼 있는 우리 국토의 협소한 장소들에서도 시추할 수 있고, 시추비용도 현저히 줄일 수 있다.
여기서, 상기 시추탑 축조시스템 및 방법(특허문헌 5)이 보강기둥탑을 가설하는 이유를 살펴본다.
통상의 시추탑에서 인양장비(Drawworks)의 용량을 최대훅하중(Hook Load) 수백 톤(ton) 이상으로 높이고 그에 따라 시추탑을 대형으로 제작하게 되는 주된 이유는 케이싱(Casing)과 시추봉(Drill Pipe)의 무게가 크기 때문이다.
예컨대, 직경 244.5mm 길이 3,000m 케이싱스트링(Casing String)의 중량은 300톤 이상에 달할 수 있으며, 직경 114.3mm 길이 4,000m 시추스트링(Drill String)의 중량은 120톤 이상에 달할 수 있다.
상기 스트링(String)이 시추공에 달라붙는 경우에도 인양할 수 있게 인양장비(Drawworks)의 용량을 높이고, 그 만큼 시추탑을 대형으로 제작하게 된다.
상기와 같은 대형 시추탑으로 시추하는데 따르는 어려움을 개량하고자 시추산업계는 많은 노력을 기울여 왔다. 한 예로서 특허문헌 5의 '종래기술의 문헌정보'란에 기재된 문헌 8에 개시된 기술을 들 수 있다.
인양장비(Drawworks)에, 즉 크라운블록(Crown Block)에 걸리게 되는 최대훅하중(Hook Load)은 케이싱스트링(Casing String)으로 인한 것과 시추스트링(Drill String)으로 인한 것으로 분류할 수 있다.
예컨대, 해당 시추에서 케이싱 삽입작업(Casing Lowering Operation) 시에 발생되는 케이싱스트링(Casing String)으로 인한 최대훅하중이 300톤이고, 시추작업 시에 발생되는 시추스트링(Drill String)으로 인한 최대훅하중이 150톤이며, 총 시추기간은 90일이라고 한다면, 상기 케이싱스트링으로 인한 훅하중이 상기 150톤을 초과하는 기간은 상기 케이싱 삽입작업기간의 마지막 수 시간에 불과할 수 있다. 상기와 같은 경우 통상의 시추탑에서는 수 시간 동안에만 발생되는 150톤을 초과하는 훅하중을 해결하기 위해 총 시추기간(90일)에 걸쳐 300톤 용량의 시추탑을 사용하게 된다.
문헌 8에 개시된 기술은 케이싱잭(Casing Jack)을 사용하여 케이싱 삽입작업을 실시함으로써, 상기와 같은 경우에 150톤을 초과하는 훅하중을 시추탑이 아니라 케이싱잭(Casing Jack)이 담당하게 하여, 150톤 용량의 시추탑으로 시추작업을 수행할 수 있게 만들어 시추비용을 절감할 수 있도록 개량한 것이다.
특허문헌 5에 개시된 시추탑 축조시스템 및 방법은, 해당 시추의 케이싱 삽입작업 시에 발생될 최대훅하중(Hook Load)을 사용 중인 시추탑이 감당할 수 없는 경우, 상기 최대훅하중을 상기 시추탑과 함께 안전하게 감당할 수 있도록 보강기둥탑을 하부구조 위에 가설(假設)한 후 케이싱 삽입작업을 수행하되, 상기 보강기둥탑을 필요한 용량과 수의 타워크레인(Tower Crane) 마스트(Mast)들로 구성하고, 상기 타워크레인 마스트들을 구성하는 모듈(Module)들을 필요한 높이로 조립하여, 상기 시추탑의 크로스빔(Crossbeam)과 크라운블록(Crown Block)을 떠받치도록 축조하며, 상기 케이싱 삽입작업이 완료되면 상기 보강기둥탑을 철거하도록 하였다.
상기 시추탑 축조시스템 및 방법(특허문헌 5)은, 위와 같이, 케이싱 삽입작업 시에 발생되는 최대훅하중을 상기 케이싱 삽입작업 시에만 보강기둥탑을 가설하여 해결함으로써, 상기 삽입작업 시 외의 기간에는 시추스트링(Drill String)으로 인한 최대훅하중만을 해결하는 훨씬 축소된 규모의 시추탑으로 시추할 수 있게 만들어, 필요한 시추사이트(Drilling Site)의 면적을 축소시키어, 보다 협소한 장소에서도 시추할 수 있게 만들 뿐만 아니라 상기한 기능을 갖고 있지 못한 통상의 시추탑에 비해 시추비용도 현저히 절감시키는 효과를 제공한다.
그런데, 특히 도서지역에서 시추하는 경우, 케이싱 삽입작업 시에 발생될 최대훅하중을 해결하기 위해 보강기둥탑을 가설하려면, 상당수의 타워크레인 마스트들을 바지선(Barge) 등을 이용하여 운반해 오고 또 케이싱 삽입작업을 완료한 후에는 되돌려 보내야 하는데, 그에는 큰 비용이 들게 된다.
이에, 특히 도서지역에서 시추하는 경우, 상기 보강기둥탑을 가설하는데 드는 비용을 보다 더 줄일 수 있는 수단과 방법의 창출이 요구되고 있다.
본 발명은 이상의 필요성에 따라 창출된 것으로, 본 발명의 목적은, 타워크레인 마스트를 이용한 시추탑(특허문헌 5)을 이용하여 특히 도서지역에서 시추하는 경우, 케이싱 삽입작업 시에 발생되는 최대훅하중을 해결하기 위한 보강기둥탑을 가설하는데 드는 비용을 보다 더 줄일 수 있는 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명인은, 열원(Heat Source)으로는 이지에스(EGS)를 조성해서 생산되는 지열수(Geothermal Fluid)를 이용하고, 냉원(Heat Sink)으로는 심해수(DSW: Deep Sea Water)를 이용하는 이지에스·심해수 지열발전(EGS·DSW Power Generation)을 또는 냉원으로는 일반 해수(SW: Sea Water)를 이용하는 이지에스·해수 지열발전(EGS·SW Power Generation)을 세계 최초로 시범실시하기 위하여, 상기 지열발전을 하는 세계 최초의 이지에스·심해수 지열발전소(EGS·DSW Power Plant)를 또는 이지에스·해수 지열발전소(EGS·SW Power Plant)를 건설해서 운용하는 시범사업을 시행하고 후속 사업들을 개척해나가고자, 부지확보비 및 건설공사비와 운용비를 최소화하면서 환경친화적으로 건설해서 운용해 나갈 수 있는 시스템과 방법 및 최적의 부지들을 탐색해오던 중, 해당 케이싱 삽입작업(Casing Lowering Operation) 시에 발생되는 최대훅하중(Hook Load)을 안전하게 감당할 수 있는 케이싱 삽입탑(7)을 가설(假設)하되, 타워크레인 마스트(Tower Crane Mast)를 이용한 시추탑(1)의 기둥탑 1(3)과 기둥탑 2(4)의 상부를 구성하는 마스트섹숀(Mast Section)들을 철거하여, 상기 철거된 마스트섹숀들로 상기 시추탑(1)의 하부구조(2) 위에 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11)를 축조하고, 상기 기둥탑 1(3)과 기둥탑 2(4)의 상부가 철거된 기둥탑 3(8)과 기둥탑 4(9)와 상기 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11) 위에 가로질러 크로스빔(Crossbeam)(12)을 설치하며, 또 상기 크로스빔(12) 위에 크라운블록(Crown Block)(6) 등 필요한 설비 및 장치들을 설치하여 케이싱 삽입탑(7)을 가설하여, 케이싱 삽입작업을 실시할 수 있게 만듦으로써, 상기한 목적을 달성할 수 있다는 결론과 함께 본 발명에 이르게 되었다.
등록특허 제10-1121477호 및 특허문헌 5에 개시된 "타워크레인 마스트를 이용한 시추탑 축조시스템 및 방법"은, 도 1에 보인 바와 같이, 기둥탑 1(3)과 기둥탑 2(4)를 필요한 용량과 수의 타워크레인 마스트들로 구성하고, 하부구조(2) 위에 기초앵커(Basic Anchor)를 설치하며, 상기 기초앵커 위에 기초마스트(Basic Mast)를, 상기 기초마스트 위에 마스트섹숀(Mast Section)들을 조립·축조해 올라가면서 상기 기둥탑 1(3)과 기둥탑 2(4)를 축조하고, 상기 기둥탑 1(3)과 기둥탑 2(4) 위에 가로질러 크로스빔(Crossbeam)(5)을 설치하며, 상기 크로스빔(5) 위에 크라운블록(Crown Block)(6)을 설치하고, 상기 기둥탑 1(3) 또는 기둥탑 2(4)에 접하여 핑거보드 및 몽키보드를 설치하는 등 필요한 설비 및 장치들을 설치하여 시추탑(1)을 완성한다.
상기 시추탑 축조시스템 및 방법(특허문헌 5)은, 적어도 3개 이상의 시추봉(Drill Pipe)들을 연결한 연결체를 핑거보드(Fingerboard)에 기대어 쌓아놓을(Rack back) 수 있는 높이로 즉, 130피트(feet) 이상 높이로 시추탑(1)을 축조한다.
또한, 상기 시추탑 축조시스템 및 방법(특허문헌 5)은, 케이싱 삽입작업(Casing Lowering Operation) 시에 발생되는 최대훅하중(Hook Load)을 상기 케이싱 삽입작업 시에만 보강기둥탑을 가설하여 해결함으로써, 상기 삽입작업 시 외의 기간에는 시추스트링(Drill String)으로 인한 최대훅하중만을 해결하는 훨씬 축소된 규모의 시추탑으로 시추한다. 예컨대, 해당 시추에서 케이싱 삽입작업 시에 발생되는 케이싱스트링(Casing String)으로 인한 최대훅하중이 300톤(ton)이고, 시추작업 시에 발생되는 시추스트링(Drill String)으로 인한 최대훅하중이 150톤이라면, 상기 시추탑 축조시스템 및 방법(특허문헌 5)은, 최대훅하중 150톤만을 감당할 수 있도록 시추탑을 축조하여 시추작업을 실시하고, 케이싱 삽입작업 시에는 최대훅하중 300톤을 감당할 수 있도록 보강기둥탑을 가설하여 케이싱 삽입작업을 실시한다.
특히 도서지역에서 시추하는 경우, 상기 '타워크레인 마스트를 이용한 시추탑'(특허문헌 5)으로 시추하다가 케이싱 삽입작업 시에 발생될 최대훅하중을 해결하기 위해 보강기둥탑을 가설하려면, 상당수의 타워크레인 마스트들을 바지선(Barge) 등을 이용하여 운반해 오고 또 케이싱 삽입작업을 완료한 후에는 되돌려 보내야 하는데, 그에는 큰 비용이 들게 된다.
여기서, 이지에스(EGS) 조성 등을 위해 지하 3km 이상 깊이로 시추되는 웰(Well)에 케이싱(Casing)들을 삽입하고 시멘팅(Cementing)하는 과정을 살펴본다.
해당 웰(Well)에 제일 먼저 컨덕터파이프(Conductor Pipe or Casing)를 설치한다. 컨덕터파이프는 표토층 내지 미고결층을 차단하기 위한 것으로서, 육상에서는 지하 수m 내지 수십m 깊이로 필요한 대구경 파이프를 삽입하고 시멘팅(Cementing)하게 된다. 컨덕터파이프는 오거(Auger), 소형시추기, 항타기(Pile Driver) 또는 시추리그(Drilling Rig)를 사용하여 설치할 수 있다.
다음으로, 상기 설치된 컨덕터파이프를 통해 필요한 구간을 시추하고 써휘스케이싱(Surface Casing)을 설치한다. 써휘스케이싱은 지하수층을 차단하고, 또한 압력통제장치(Blowout Preventer 등)들을 설치해서 시추과정에서 분출될 수 있는 높은 압력을 통제할 수 있게 하며, 또한 시추에 장애가 될 수 있는 지층들을 차단하고, 또한 후속 케이싱(Casing)들을 설치·고정하는 지지대로 이용하기 하기 위한 것으로서, 육상에서는 지하 백여m 내지 수백m 정도 필요한 깊이까지 필요한 구경의 케이싱(Casing)을 삽입하고 시멘팅(Cementing)하게 된다.
상기 써휘스케이싱(Surface Casing)을 통해 시추를 진행하면서, 필요한 수의 중간케이싱(Intermediate Casing)들을 차례로 설치하고 시멘팅할 수 있고, 마지막에 생산케이싱(Production Casing)을 설치하고 시멘팅한 후, 완결(Completion)하거나, 또는 소정구간을 추가로 시추한 후 시추된 오픈홀(Open Hole) 구간에 슬롯티드 라이너(Slotted Liner) 등을 삽입하고 완결하기도 한다.
상기 써휘스케이싱의 길이는 백여m 내지 수백m 정도이고, 또 중간케이싱들의 길이도 대부분 1,000m 이하이다. 그러나 마지막으로 삽입하게 되는 생산케이싱의 길이는 일반적으로 시추공(Drilled Hole)의 깊이와 같게 된다. 즉, 4,000m 깊이로 시추된 시추공에 삽입될 생산케이싱의 길이는 4,000m에 달하게 된다.
이상의 이유로, 특허문헌 5에 개시된 시추탑 축조시스템 및 방법에 따라 축조된 타워크레인 마스트를 이용한 시추탑(1)을 이용하여 3,000m 이상 깊이로 웰(Well)을 시추하면서 이상과 같은 여러 종류의 케이싱들을 삽입하는 작업들 중에서, 매우 특수한 시추를 제외하고는, 상기 생산케이싱(Production Casing)을 삽입하는 작업에서만 시추공에 삽입해야 하는 케이싱들로 인해 발생되는 최대훅하중(Hook Load)을 상기 시추탑(1)이 감당할 수 없게 된다. 즉, 상기 써휘스케이싱 및 중간케이싱들은 상기 시추탑(1)을 이용하면서 시추공에 삽입할 수 있다.
본 발명의 케이싱 삽입시스템 및 방법은, 특히 도서지역에서 시추하는 경우, 다음과 같이, 케이싱 삽입작업(Casing Lowering Operation)을 실시하기 위해 보강기둥탑을 가설하는데 드는 비용을 현저히 줄일 수 있게 하였다.
본 발명의 케이싱 삽입시스템 및 방법은, 먼저, 상기 시추탑 축조시스템 및 방법(특허문헌 5)에 따라 축조된 타워크레인 마스트를 이용한 시추탑(1)을 이용하면서, 해당 웰(Well)을 시추하던 중, 시추공(14)에 삽입해야 하는 케이싱들로 인해 발생되는 최대훅하중(Hook Load)을 상기 시추탑(1)이 감당할 수 없게 된 경우, 상기 최대훅하중을 안전하게 감당하면서 케이싱 삽입작업(Casing Lowering Operation)을 실시할 수 있게 만드는 케이싱 삽입탑(7)을 상기 시추탑(1)의 하부구조(2) 위에 가설(假設)하되, 상기 케이싱 삽입탑(7)의 기둥탑들을, 도 1 및 도 2에 보인 바와 같이, 기둥탑 3(8), 기둥탑 4(9), 보강기둥탑 1(10) 및 보강기둥탑 2(11)로 구성하고, 상기 시추탑(1)의 기둥탑 1(3)과 기둥탑 2(4)의 상부를 구성하는 마스트섹숀(Mast Section)들을 철거하여, 상기 철거된 마스트섹숀들로 상기 시추탑(1)의 하부구조(2) 위에 상기 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11)를 축조하되, 상기 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11)가 평면도 상에서, 도 2에 보인 바와 같이, 상기 시추공(14)을 중앙에 두고 서로 마주보도록 배치하고, 또 상기 기둥탑 1(3)과 기둥탑 2(4)의 상부가 철거된 상기 기둥탑 3(8)과 기둥탑 4(9)의 높이와 상기 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11)의 높이가 같아지도록 축조하며, 또 상기 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11)의 최소높이를 상기 케이싱(Casing) 1개를 상기 시추공(14) 안으로 밀어넣거나 또는 상기 시추공(14) 안에 삽입된 상기 케이싱 1개를 상기 시추공(14) 밖으로 뽑아내는 작업을 실시할 수 있는 높이로 하며, 또 상기 기둥탑 1(3)과 기둥탑 2(4)의 상부에서 철거한 마스트섹숀들만으로는 상기 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11)를 상기 최소높이로 축조할 수 없는 경우에는 보충해야 할 마스트섹숀들을 외부로부터 반입(搬入)해서, 하기와 같이 축조되는 상기 케이싱 삽입탑(7)을 설계하도록 하였다.
그 다음, 본 발명의 케이싱 삽입시스템 및 방법은, 상기 시추탑(1)을 이용하면서, 상기 시추공(14)에 삽입할 수 있는 수의 상기 케이싱들을 삽입하고, 상기 삽입된 마지막 케이싱의 상단을 상기 시추공(14)의 보울(Bowl)에 고정시키도록 하였다.
그 다음, 본 발명의 케이싱 삽입시스템 및 방법은, 상기 시추탑(1)의 기둥탑 1(3), 기둥탑 2(4) 및 크로스빔(Crossbeam)(5)에 설치된 모든 설비들 및 장치들을 철거한 후, 상기 크로스빔(5)을 철거하도록 하였다.
그 다음, 본 발명의 케이싱 삽입시스템 및 방법은, 상기 케이싱 삽입탑(7) 설계에 따라, 상기 시추탑(1)의 기둥탑 1(3)과 기둥탑 2(4)의 상부로부터 차례로 마스트섹숀들을 철거하여 상기 시추탑(1)의 하부구조(2) 위에 상기 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11)를 축조하도록 하였다.
그 다음, 본 발명의 케이싱 삽입시스템 및 방법은, 상기 기둥탑 3(8), 기둥탑 4(9), 보강기둥탑 1(10) 및 보강기둥탑 2(11) 위에 가로질러 상기 케이싱 삽입작업에 필요한 용량의 크로스빔(Crossbeam)(12)을 설치하도록 하였다.
그 다음, 본 발명의 케이싱 삽입시스템 및 방법은, 상기 크로스빔(12)에 상기 시추탑(1)의 크라운블록(Crown Block)(6)을 비롯한 상기 케이싱 삽입작업에 필요한 설비 및 장치들을 설치하되, 상기 크라운블록(6)에 매달린 이동블록(Traveling Block)의 훅(Hook)의 연직방향 중심선과 상기 시추공(14)의 보울(Bowl)의 중심이 일치되도록 설치하도록 하였다.
그 다음, 본 발명의 케이싱 삽입시스템 및 방법은, 상기 기둥탑 3(8), 기둥탑 4(9), 보강기둥탑 1(10) 또는 보강기둥탑 2(11)에 접하여 필요한 높이에 상기 케이싱 삽입작업에 필요한 케이싱 핑거보드 및 몽키보드(Casing Fingerboard and Monkeyboard)(13)를 설치하도록 하였다.
그 다음, 본 발명의 케이싱 삽입시스템 및 방법은, 상기 케이싱 삽입탑(7)을 이용하면서, 상기 시추공(14)에 삽입해야 할 나머지 케이싱(Casing)들을 모두 삽입하도록 하였다.
마지막으로, 본 발명의 케이싱 삽입시스템 및 방법은, 상기 케이싱 삽입탑(7)을 이용하면서 상기 시추공(14)에서 추가로 시추해야 할 구간을 시추하고 상기 웰(Well)을 완결(Completion)하거나, 또는 상기 시추탑(1)으로 복원시킨 후에 상기 시추공(14)에서 추가로 시추해야 할 구간을 시추하고 상기 웰(Well)을 완결할 필요가 있는 경우에는 상기 케이싱 삽입탑(7)을 상기 시추탑(1)으로 복원시키도록 하였다.
본 발명의 케이싱 삽입시스템 및 방법은, 상기한 시스템 및 방법에 따라, 케이싱 삽입작업(Casing Lowering Operation) 시에 발생되는 최대훅하중(Hook Load)을 안전하게 감당할 수 있는 케이싱 삽입탑(7)을 축조하여 케이싱 삽입작업을 실시하게 만듦으로써, 특히 도서지역에서 시추하는 경우, 케이싱 삽입작업 시에 발생되는 최대훅하중을 해결하기 위한 보강기둥탑을 가설하는데 드는 비용을 현저히 줄일 수 있게 만드는 효과를 제공한다.
그에 따라 본 발명은, 상기 효과를 통해서, 우리 국토에서, 특히 도서지역에서 그만큼 더 많은 심부시추를 실시해서 이지에스(EGS)를 조성하여 심부지열에너지를 개발·생산해서 지열발전(Geothermal Power Generation)을 펼칠 수 있게 만들고, 또한 상기 지열발전과 더불어 풍력에너지 등 간헐성 재생에너지(Intermittent Renewable Energy)들을 활용하면서 재생에너지발전(Renewable Energy Power Generation)들을 펼칠 수 있게 만들어, 순수국산에너지만으로 생산해내는 전력의 량을 증대시켜, 우리나라의 에너지자급률을 높이고, 그만큼 에너지 수입과 온실가스 배출을 줄일 수 있게 만드는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 타워크레인 마스트를 이용한 시추탑을 변형시켜 이루는 케이싱 삽입시스템 및 방법을 정면도로 설명한 것으로서, 왼쪽에 보인 타워크레인 마스트(Tower Crane Mast)를 이용한 시추탑(1)은 특허문헌 5에 개시된 "타워크레인 마스트를 이용한 시추탑 축조시스템 및 방법"에 따라 축조된 시추탑으로서, 상기 시추탑(1)의 하부구조(2), 기둥탑 1(3), 기둥탑 2(4), 크로스빔(Crossbeam)(5) 및 크라운블록(Crown Block)(6)이 설명되어 있다.
도 1에서 오른쪽에 보인 케이싱(Casing) 삽입탑(7)은 본 발명의 케이싱 삽입시스템 및 방법에 따라 해당 케이싱 삽입작업(Casing Lowering Operation) 시에 발생되는 최대훅하중(Hook Load)을 안전하게 감당할 수 있도록 축조된 것으로서, 상기 케이싱 삽입탑(7)의 기둥탑들은, 기둥탑 3(8), 기둥탑 4(9), 보강기둥탑 1(10) 및 보강기둥탑 2(11)로 구성되었고, 상기 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11)는 상기 시추탑(1)의 기둥탑 1(3)과 기둥탑 2(4)의 상부를 구성하는 마스트섹숀(Mast Section)들을 철거하여, 상기 철거된 마스트섹숀들로 축조된 것이며, 상기 기둥탑 3(8)과 기둥탑 4(9)는 상기 기둥탑 1(3)과 기둥탑 2(4)의 상부가 위와 같이 철거된 것이다. 상기 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11)는 평면도 상에서, 도 2에 보인 바와 같이, 시추공(14)을 중앙에 두고 서로 마주보도록 배치되며, 상기 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11)의 최소높이는 해당 케이싱(Casing) 1개를 상기 시추공(14) 안으로 밀어넣거나 또는 상기 시추공(14) 안에 삽입된 상기 케이싱 1개를 상기 시추공(14) 밖으로 뽑아내는 작업을 실시할 수 있는 높이로 한다. 상기 기둥탑 3(8), 기둥탑4(9), 보강기둥탑 1(10) 및 보강기둥탑 2(11)가 함께 크로스빔(Crossbeam)(12)을 떠받치도록 설치되었고, 상기 크로스빔(12) 위에 크라운블록(Crown Block)(6)이 설치되었으며, 상기 보강기둥탑 1(10)에 접하여 케이싱 핑거보드 및 몽키보드(Casing Fingerboard and Monkeyboard)(13)가 설치되어 있다. 위와 같이 설치됨으로써, 상기 크라운블록(6)에 걸리게 되는 상기 케이싱 삽입작업 시에 발생되는 최대훅하중(Hook Load)은 상기 크로스빔(12)에 전달되고, 상기 크로스빔(12)에 걸리게 되는 상기 최대훅하중은 상기 기둥탑 3(8), 기둥탑 4(9), 보강기둥탑 1(10) 및 보강기둥탑 2(11)에 분산되어 걸리게 된다.
도 2는 본 발명의 케이싱 삽입시스템 및 방법을 평면도로 설명한 것으로서, 상기 시추탑(1)의 하부구조(2) 위에 설치된 상기 케이싱 삽입탑(7)의 기둥탑 3(8)과 기둥탑 4(9)의 위치들 및 상기 시추공(Drilled Hole)(14)을 중앙에 두고 서로 마주보도록 배치된 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11)의 위치들을 설명한 것이다. 해당 케이싱 삽입작업을 효율적으로 실시할 수 있는 공간을 확보하면서 가능한 한 상기 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11) 간의 거리를 짧게 배치하는 것이 바람직하다.
도 1에서 오른쪽에 보인 케이싱(Casing) 삽입탑(7)은 본 발명의 케이싱 삽입시스템 및 방법에 따라 해당 케이싱 삽입작업(Casing Lowering Operation) 시에 발생되는 최대훅하중(Hook Load)을 안전하게 감당할 수 있도록 축조된 것으로서, 상기 케이싱 삽입탑(7)의 기둥탑들은, 기둥탑 3(8), 기둥탑 4(9), 보강기둥탑 1(10) 및 보강기둥탑 2(11)로 구성되었고, 상기 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11)는 상기 시추탑(1)의 기둥탑 1(3)과 기둥탑 2(4)의 상부를 구성하는 마스트섹숀(Mast Section)들을 철거하여, 상기 철거된 마스트섹숀들로 축조된 것이며, 상기 기둥탑 3(8)과 기둥탑 4(9)는 상기 기둥탑 1(3)과 기둥탑 2(4)의 상부가 위와 같이 철거된 것이다. 상기 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11)는 평면도 상에서, 도 2에 보인 바와 같이, 시추공(14)을 중앙에 두고 서로 마주보도록 배치되며, 상기 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11)의 최소높이는 해당 케이싱(Casing) 1개를 상기 시추공(14) 안으로 밀어넣거나 또는 상기 시추공(14) 안에 삽입된 상기 케이싱 1개를 상기 시추공(14) 밖으로 뽑아내는 작업을 실시할 수 있는 높이로 한다. 상기 기둥탑 3(8), 기둥탑4(9), 보강기둥탑 1(10) 및 보강기둥탑 2(11)가 함께 크로스빔(Crossbeam)(12)을 떠받치도록 설치되었고, 상기 크로스빔(12) 위에 크라운블록(Crown Block)(6)이 설치되었으며, 상기 보강기둥탑 1(10)에 접하여 케이싱 핑거보드 및 몽키보드(Casing Fingerboard and Monkeyboard)(13)가 설치되어 있다. 위와 같이 설치됨으로써, 상기 크라운블록(6)에 걸리게 되는 상기 케이싱 삽입작업 시에 발생되는 최대훅하중(Hook Load)은 상기 크로스빔(12)에 전달되고, 상기 크로스빔(12)에 걸리게 되는 상기 최대훅하중은 상기 기둥탑 3(8), 기둥탑 4(9), 보강기둥탑 1(10) 및 보강기둥탑 2(11)에 분산되어 걸리게 된다.
도 2는 본 발명의 케이싱 삽입시스템 및 방법을 평면도로 설명한 것으로서, 상기 시추탑(1)의 하부구조(2) 위에 설치된 상기 케이싱 삽입탑(7)의 기둥탑 3(8)과 기둥탑 4(9)의 위치들 및 상기 시추공(Drilled Hole)(14)을 중앙에 두고 서로 마주보도록 배치된 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11)의 위치들을 설명한 것이다. 해당 케이싱 삽입작업을 효율적으로 실시할 수 있는 공간을 확보하면서 가능한 한 상기 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11) 간의 거리를 짧게 배치하는 것이 바람직하다.
본 발명의 타워크레인 마스트를 이용한 시추탑을 변형시켜 이루는 케이싱 삽입시스템 및 방법의 실시를, 도 1 및 도 2를 참조하여, 순서대로 설명한다.
(1) 타워크레인 마스트를 이용한 시추탑(1)을 이용하여 웰(Well)을 시추한다.
특허문헌 5에 개시된 "타워크레인 마스트를 이용한 시추탑 축조시스템 및 방법"에 따라 축조된 시추탑(1)을 이용하면서, 해당 웰(Well)을 시추(Drilling)한다.
따라서 상기 시추탑(1)은 적어도 3개 이상의 시추봉(Drill Pipe)들을 연결한 연결체를 핑거보드(Fingerboard)에 기대어 쌓아놓을(Rack back) 수 있는 높이로 즉, 130피트(feet) 이상 높이로 축조되고, 또 시추스트링(Drill String)으로 인한 최대훅하중만을 감당할 수 있는 규모로 축조된다. 예컨대, 해당 시추에서 시추스트링(Drill String)으로 인한 최대훅하중이 150톤(ton)이고 케이싱 삽입작업 시에 발생되는 케이싱스트링(Casing String)으로 인한 최대훅하중은 300톤이라면, 상기 시추탑(1)은 최대훅하중 150톤만을 감당할 수 있는 규모로 축조되고, 케이싱 삽입작업 시에는 최대훅하중 300톤을 감당할 수 있도록 보강기둥탑을 가설(假設)한다.
또한, 본 발명의 케이싱 삽입시스템 및 방법을 이용할 수 있도록, 도 2에 보인 실시예를 참조하여, 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11)를 설치할 위치들을 미리 정해놓고, 뒤 제(5)항에 설명된 바와 같이 마스트섹숀(Mast Section)이 올려놓여지게 될 상기 하부구조(2)의 상부 철골빔(Steel Beam)이 케이싱 삽입작업 시에 걸리게 될 하중을 안전하게 지탱할 수 있도록 상기 하부구조(2)를 축조한다.
(2) 케이싱 삽입탑(7)을 설계한다.
상기 웰(Well)을 시추하던 중, 시추공(Drilled Hole)(14)에 삽입해야 하는 케이싱(Casing)들로 인해 발생되는 최대훅하중(Hook Load)을 상기 시추탑(1)이 감당할 수 없게 된 경우, 상기 최대훅하중을 안전하게 감당하면서 케이싱 삽입작업(Casing Lowering Operation)을 실시할 수 있게 만드는 케이싱 삽입탑(7)을 상기 시추탑(1)의 하부구조(2) 위에 가설(假設)한다.
특허문헌 5에 개시된 시추탑 축조시스템 및 방법에서는 보강기둥탑을 가설하는데 필요한 타워크레인 마스트들을 모두 외부로부터 반입(搬入)한다.
하지만, 본 발명의 케이싱 삽입시스템 및 방법에서는 보강기둥탑을 가설하는데 필요한 타워크레인 마스트들을 외부로부터 전혀 반입하지 않거나 반입을 최소화한다.
본 발명의 케이싱 삽입시스템 및 방법은, 해당 케이싱 삽입작업 시에 발생되는 최대훅하중을 안전하게 감당할 수 있는 케이싱 삽입탑(7)을 하기와 같이 축조한다.
본 발명의 케이싱 삽입시스템 및 방법은, 상기 케이싱 삽입탑(7)의 기둥탑들을, 도 1 및 도 2에 보인 바와 같이, 기둥탑 3(8), 기둥탑 4(9), 보강기둥탑 1(10) 및 보강기둥탑 2(11)로 구성하고, 상기 시추탑(1)의 기둥탑 1(3)과 기둥탑 2(4)의 상부를 구성하는 마스트섹숀(Mast Section)들을 철거하여, 상기 철거된 마스트섹숀들로 상기 시추탑(1)의 하부구조(2) 위에 상기 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11)를 축조하되, 상기 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11)가 평면도 상에서, 도 2에 보인 바와 같이, 상기 시추공(14)을 중앙에 두고 서로 마주보도록 배치하고, 또 상기 기둥탑 1(3)과 기둥탑 2(4)의 상부가 철거된 상기 기둥탑 3(8)과 기둥탑 4(9)의 높이와 상기 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11)의 높이가 같아지도록 축조하며, 또 상기 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11)의 최소높이를 상기 케이싱(Casing) 1개를 상기 시추공(14) 안으로 밀어넣거나 또는 상기 시추공(14) 안에 삽입된 상기 케이싱 1개를 상기 시추공(14) 밖으로 뽑아내는 작업을 실시할 수 있는 높이로 하며, 또 상기 기둥탑 1(3)과 기둥탑 2(4)의 상부에서 철거한 마스트섹숀들만으로는 상기 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11)를 상기 최소높이로 축조할 수 없는 경우에는 보충해야 할 마스트섹숀들을 외부로부터 반입한다.
상기 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11)의 최소높이는, 예컨대, 상기 케이싱 삽입탑(7)의 크로스빔(12) 위에 설치된 크라운블록(Crown Block)(6)에 매달린 이동블록(Traveling Block)이 최고점으로 이동해서 정지한 상태에서, 상기 이동블록에 훅(Hook)이 매달리고, 또 상기 훅(Hook)에 케이싱 승강기(Casing Elevator)가 매달리고, 또 상기 케이싱 승강기에 상기 케이싱(Casing) 1개가 매달릴 수 있고, 또 상기 케이싱 승강기에 매달린 케이싱을 상기 시추공(14) 안으로 밀어넣거나 또는 상기 시추공(14) 안에 삽입된 케이싱 1개를 상기 시추공(14) 밖으로 뽑아내는 작업을 실시할 수 있는 높이가 된다. 예컨대, 삽입할 케이싱 1개의 길이가 13m인 경우 상기 보강기둥탑 1 (10)과 보강기둥탑 2(11)의 최소높이는 20m일 수 있다.
상기 케이싱 삽입탑(7)을 설계함에 있어서 최우선적으로 검토해야 할 사항은, 상기 기둥탑 1(3)과 기둥탑 2(4)의 상부를 구성하고 있는 마스트섹숀들을 철거하여, 상기 철거된 마스트섹숀들로 상기 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11)를 축조하되, 상기 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11)를 상기 기둥탑 1(3)과 기둥탑 2(4)의 높이의 절반 높이로 축조하였을 때, 상기 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11)의 높이가 상기 최소높이에 도달되는지, 또 해당 케이싱 삽입작업 시에 발생되는 최대훅하중을 안전하게 감당할 수 있는지를 검토하는 것이다. 위와 같이 축조하는 것이 축조작업을 가장 단순화할 수 있기 때문이다.
위와 같이 절반 높이로 축조할 수 없는 경우, 다음 대안은, 상기 기둥탑 1(3)과 기둥탑 2(4)의 상부를 구성하고 있는 마스트섹숀들을 철거하여, 상기 철거된 마스트섹숀들로 해당 케이싱 삽입작업 시에 발생되는 최대훅하중을 안전하게 감당할 수 있도록 상기 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11)를 축조하되, 상기 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11)를 상기 최소높이 보다 높게 또 가능한 한 높게 축조하는 것이다.
위와 같이 축조할 수 없는 경우, 마지막 대안은 상기 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11)를 상기 최소높이로 축조하는 것이다. 여기서, 상기 기둥탑 1(3)과 기둥탑 2(4)의 상부에서 철거한 마스트섹숀들만으로는 상기 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11)를 상기 최소높이로 축조할 수 없는 경우에는, 보충해야 할 마스트섹숀들을 외부로부터 반입한다.
상기 케이싱 삽입탑(7)을 설계함에 있어서, 상기 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11)를 평면도 상에서, 도 2에 보인 바와 같이, 상기 시추공(14)을 중앙에 두고 서로 마주보도록 배치한다. 또한, 케이싱 삽입작업을 효율적으로 실시할 수 있는 공간이 확보되도록 하면서 가능한 한 상기 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11) 간의 거리를 짧게 배치하는 것이 바람직하다.
본 발명의 케이싱 삽입시스템 및 방법은, 도 1에 보인 바와 같이, 상기와 같이 축조된 상기 기둥탑 3(8), 기둥탑 4(9), 보강기둥탑 1(10) 및 보강기둥탑 2(11) 위에 가로질러 해당 케이싱 삽입작업에 필요한 용량의 크로스빔(Crossbeam)(12)을 설치하고, 또 상기 크로스빔(12) 위에 크라운블록(Crown Block)(6) 등 해당 케이싱 삽입작업에 필요한 설비 및 장치들을 설치하고, 또 상기 기둥탑 3(8), 기둥탑 4(9), 보강기둥탑 1(10) 또는 보강기둥탑 2(11)에 접하여 필요한 높이에 상기 케이싱 삽입작업에 필요한 케이싱 핑거보드 및 몽키보드(Casing Fingerboard and Monkeyboard)(13)를 설치한다.
본 발명의 케이싱 삽입시스템 및 방법은, 이상과 같이, 상기 케이싱 삽입탑(7)을 상기 시추탑(1)의 하부구조(2) 위에 가설한 후, 상기 최대훅하중을 안전하게 감당하면서 케이싱 삽입작업(Casing Lowering Operation)을 실시한다.
상기한 설명과 후술한 보다 상세한 설명들을 참고하여, 해당 케이싱 삽입작업 시에 발생될 최대훅하중을 안전하게 감당할 수 있는 케이싱 삽입탑(7)을 설계한다.
(3) 시추탑(1)을 이용하면서 케이싱들을 삽입한다.
상기 시추탑(1)을 이용하면서, 상기 시추공(Drilled Hole)에 삽입할 수 있는 수의 상기 케이싱(Casing)들을 삽입하고, 상기 삽입된 마지막 케이싱의 상단을 상기 시추공(14)의 보울(Bowl)에 고정시킨다.
예컨대, 상기 시추탑(1)이 최대훅하중 150톤(ton)까지 감당할 수 있도록 축조되었는데, 케이싱 삽입작업 시에 발생되는 케이싱(Casing)들로 인한 최대훅하중은 300톤이라면, 삽입해야 할 모든 케이싱(Casing)들 중 대략 절반은 상기 시추탑(1)을 이용하면서 상기 시추공(14)에 삽입할 수 있다.
상기 시추탑(1)에는 시추작업장에 더하여 각종 시추보조작업을 수행할 수 있는 시추보조작업장이 하부구조(2) 위에 설치되어 있을 뿐만 아니라, 또한 케이싱(Casing)도 2개씩 연결된 연결체 단위로 삽입할 수도 있으므로, 가능한 한 많은 수의 케이싱(Casing)들을 상기 시추탑(1)을 이용하면서 삽입하는 것이 바람직하다.
(4) 시추탑(1)의 크로스빔(5)을 철거한다.
상기 시추탑(1)의 기둥탑 1(3) 또는 기둥탑 2(4)에 설치된 핑거보드 및 몽키보드(Fingerboard and Monkeyboard) 등 모든 설비들 및 장치들을 철거하고, 또 상기 시추탑(1)의 크로스빔(Crossbeam)(5)에 설치된 크라운블록(Crown Block)(6)을 비롯한 모든 설비들 및 장치들을 철거한 후, 상기 크로스빔(5)을 철거한다.
상기 시추탑(1)의 크로스빔(5)에는 일반적으로 붐 크레인(Boom Crane) 등 다양한 종류의 크레인들이 설치되어 있으므로, 상기 붐 크레인 등을 이용하여 상기 철거작업을 개시하여 일부 진행하고, 후속 철거작업은 별도의 크레인을 동원해서 실시할 수도 있겠으나, 본 발명이 특히 도서지역에서 시추하는 경우를 위한 것이며, 도서지역에서는 대형 크레인을 동원하기가 용이치 않으므로, 특허문헌 23에 개시된 기둥탑 축조시스템 및 방법을 이용하여 후속 철거작업을 실시하는 것이 바람직하다.
(5) 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11)를 축조한다.
앞서 제(2)항에서 설계된 대로, 상기 시추탑(1)의 기둥탑 1(3)과 기둥탑 2(4)의 상부로부터 차례로 마스트섹숀들을 철거하여, 상기 철거된 마스트섹숀들로 상기 시추탑(1)의 하부구조(2) 위에 상기 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11)를 축조한다.
상기 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11)가 평면도 상에서, 도 2에 보인 바와 같이, 상기 시추공(14)을 중앙에 두고 서로 마주보도록 배치한다. 또한, 해당 케이싱 삽입작업을 효율적으로 실시할 수 있는 공간을 확보하면서 가능한 한 상기 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11) 간의 거리를 짧게 배치하는 것이 바람직하다.
케이싱 삽입작업 시에 상기 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11)에는 연직방향의 하중만이 걸리게 되므로, 상기 시추탑(1)의 하부구조(2) 위에 설치되는 첫 번째 마스트섹숀(Mast Section)을 상기 하부구조(2)에 볼트 등으로 고정시킬 필요없이 케이싱 삽입작업 시에 걸리게 될 하중을 안전하게 지탱할 수 있는 상기 하부구조(2)의 상부 철골빔(Steel Beam) 위에 단순히 올려놓는 것으로 충분하다.
(6) 크로스빔(12)을 설치한다.
상기 시추탑(1)의 기둥탑 1(3)과 기둥탑 2(4)의 상부가 철거된 상기 기둥탑 3(8)과 기둥탑 4(9)와 상기 축조된 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11) 위에 가로질러 상기 케이싱 삽입작업에 필요한 용량의 크로스빔(Crossbeam)(12)을 설치한다. 즉, 상기 기둥탑 3(8), 기둥탑 4(9), 보강기둥탑 1(10) 및 보강기둥탑 2(11)가 함께 상기 크로스빔(12)을 떠받치도록 설치한다.
상기 크로스빔(12)도, 상기 시추탑(1)의 크로스빔(5)처럼, 인양 및 설치를 용이하게 하기 위해 다수의 경량급 철골빔(Steel Beam)들로 구성하는 것이 바람직하다.
(7) 크라운블록(6), 이동블록 등을 설치한다.
상기 크로스빔(12) 위에 상기 시추탑(1)의 크라운블록(Crown Block)(6)을 비롯한 상기 케이싱 삽입작업에 필요한 설비 및 장치들을 설치하되, 상기 크라운블록에 매달린 이동블록(Traveling Block)의 훅(Hook)의 연직방향 중심선과 상기 시추공(14)의 보울(Bowl)의 중심이 일치되도록 설치한다.
상기 시추탑(1)의 크라운블록(6)과 이동블록(Traveling Block)은, 특허문헌 5에 개시된 "타워크레인 마스트를 이용한 시추탑 축조시스템 및 방법"에 따라, 해당 시추의 케이싱 삽입작업(Casing Lowering Operation) 시에 발생되는 최대훅하중(Hook Load)까지 해결할 수 있는 용량으로 설치된 것이다.
위와 같이 설치됨으로써, 상기 크라운블록(6)에 걸리게 되는 케이싱 삽입작업 시에 발생되는 최대훅하중(Hook Load)은 상기 크로스빔(12)에 전달되고, 상기 크로스빔(12)에 걸리게 되는 상기 최대훅하중은 4개의 기둥탑들에, 즉 상기 기둥탑 3(8), 기둥탑 4(9), 보강기둥탑 1(10) 및 보강기둥탑 2(11)에 분산되어 걸리게 된다.
(8) 케이싱 핑거보드 및 몽키보드(13)를 설치한다.
상기 기둥탑 3(8), 기둥탑 4(9), 보강기둥탑 1(10) 또는 보강기둥탑 2(11)에 접하여 상기 케이싱 삽입작업에 필요한 높이에 상기 케이싱 삽입작업에 필요한 케이싱 핑거보드 및 몽키보드(Casing Fingerboard and Monkeyboard)(13)를 설치한다.
상기 케이싱 핑거보드 및 몽키보드(13)는 상기 시추공(14)에 삽입할 케이싱(Casing)을 상기 시추공(14)에 삽입하기 전에 기대어 쌓아놓거나(Rack back), 또는 세워져 있거나 케이싱 승강기에 매달려 있는 상기 케이싱의 상단에서 수행해야 하는 작업들을 가능하게 하기 위한 설비이다.
(9) 케이싱 삽입탑(7)을 이용하면서 나머지 케이싱들을 삽입한다.
상기 케이싱 삽입탑(7)을 이용하면서, 상기 시추공(14)에 삽입해야 할 나머지 케이싱(Casing)들을 모두 삽입한다.
(10) 웰(Well)을 완결하거나 케이싱 삽입탑(7)을 시추탑(1)으로 복원시킨다.
상기 케이싱 삽입탑(7)을 이용하면서 상기 웰(Well)을 완결(Completion)하거나 또는 상기 케이싱 삽입탑(7)을 상기 시추탑(1)으로 복원시킨다.
상기 케이싱 삽입탑(7)을 이용하면서 상기 시추공(14)에 삽입된 케이싱(Casing)들은, 전술한 바와 같이 대부분의 시추에 있어서, 상기 시추공(14)에 마지막으로 삽입되는 생산케이싱(Production Casing)을 구성하는 케이싱들이다. 상기 생산케이싱이 삽입되어 시멘팅(Cementing)된 후에는, 완결방식에 따라 달라지겠으나, 더 이상 시추할 필요가 없는 경우도 있고 또는 비교적 짧은 구간만을 추가로 시추해야 하는 경우도 있고 또는 상당히 긴 구간을 추가로 시추해야 하는 경우도 있을 수 있다.
따라서, 상기 케이싱 삽입작업을 완료한 상기 시추공(14)에서 더 이상 시추할 필요가 없는 경우에는, 상기 케이싱 삽입탑(7)을 이용하면서, 시멘팅 작업을 완료한 후, 필요한 나머지 작업들을 실시하여 상기 웰(Well)을 완결(Completion)한다.
상기 시추공(14)에서 추가로 시추해야 할 구간이 비교적 짧은 경우에도, 상기 케이싱 삽입탑(7)을 이용하면서, 시멘팅 작업을 완료한 후, 상기 추가로 시추해야 할 구간을 시추하고, 시추된 오픈홀(Open Hole) 구간에 슬롯티드 라이너(Slotted Liner)를 삽입하는 등 필요한 나머지 작업들을 실시하여 상기 웰(Well)을 완결한다.
특히 상기 시추된 웰(Well)이 상기 하부구조(2) 위에서 시추되는 마지막 웰(Well)인 경우, 위와 같이 상기 케이싱 삽입탑(7)을 이용하면서 상기 웰(Well)을 완결하고 상기 케이싱 삽입탑(7)을 철거함으로써, 관련비용을 줄일 수 있다.
하지만, 상기 케이싱 삽입탑(7)을 이용하면서 시추하기에는 상기 시추공(14)에서 추가로 시추해야 할 구간이 너무 긴 경우, 상기 케이싱 삽입탑(7)을 상기 시추탑(1)으로 복원시켜서, 시추를 완료하고 완결한다.
타워크레인 마스트를 이용한 시추탑(1)에서는, 시추탑(1)을 스키딩(Skidding)시키지 아니한 상태에서, 크로스빔(5) 위에서 크라운블록(6)을 이동시키면서, 다수의 정(Well)들을 시추한다. 따라서 상기 하부구조(2) 위에서 추가로 시추할 웰(Well)이 있는 경우, 상기 케이싱 삽입탑(7)을 상기 시추탑(1)으로 복원시키게 된다.
상기한 케이싱 삽입시스템 및 방법에 따라, 케이싱 삽입작업(Casing Lowering Operation) 시에 발생되는 최대훅하중(Hook Load)을 안전하게 감당할 수 있는 케이싱 삽입탑(7)을 축조하여 케이싱 삽입작업을 실시함으로써, 특히 도서지역에서 시추하는 경우, 상기 최대훅하중을 해결하기 위한 보강기둥탑을 가설하는데 드는 비용을 현저히 줄일 수 있게 된다.
그에 따라 상기 효과를 통해서, 우리 국토에서, 특히 도서지역에서 그만큼 더 많은 심부시추를 실시해서 이지에스(EGS)를 조성하여 심부지열에너지를 개발·생산해서 지열발전(Geothermal Power Generation)을 펼칠 수 있게 되고, 또한 상기 지열발전과 더불어 풍력에너지 등 간헐성 재생에너지(Intermittent Renewable Energy)들을 활용하면서 재생에너지발전(Renewable Energy Power Generation)들을 펼칠 수 있게 돼, 순수국산에너지만으로 생산해내는 전력의 량을 증대시켜, 우리나라의 에너지자급률을 높이고, 그만큼 에너지 수입과 온실가스 배출을 줄일 수 있게 된다.
1 : 타워크레인 마스트(Tower Crane Mast)를 이용한 시추탑(특허문헌 5)
2 : 상기 시추탑(Drilling Derrick)의 하부구조(Drilling Rig Substructure)
3 : 상기 시추탑의 기둥탑 1
4 : 상기 시추탑의 기둥탑 2
5 : 상기 시추탑의 크로스빔(Crossbeam)
6 : 상기 시추탑의 크라운블록(Crown Block)
7 : 케이싱(Casing) 삽입탑
8 : 상기 케이싱 삽입탑의 기둥탑 3
9 : 상기 케이싱 삽입탑의 기둥탑 4
10 : 상기 케이싱 삽입탑의 보강기둥탑 1
11 : 상기 케이싱 삽입탑의 보강기둥탑 2
12 : 상기 케이싱 삽입탑의 크로스빔(Crossbeam)
13 : 상기 케이싱 삽입탑의 케이싱 핑거보드 및 몽키보드(Casing Fingerboard and Monkeyboard)
14 : 시추공(Drilled Hole)
2 : 상기 시추탑(Drilling Derrick)의 하부구조(Drilling Rig Substructure)
3 : 상기 시추탑의 기둥탑 1
4 : 상기 시추탑의 기둥탑 2
5 : 상기 시추탑의 크로스빔(Crossbeam)
6 : 상기 시추탑의 크라운블록(Crown Block)
7 : 케이싱(Casing) 삽입탑
8 : 상기 케이싱 삽입탑의 기둥탑 3
9 : 상기 케이싱 삽입탑의 기둥탑 4
10 : 상기 케이싱 삽입탑의 보강기둥탑 1
11 : 상기 케이싱 삽입탑의 보강기둥탑 2
12 : 상기 케이싱 삽입탑의 크로스빔(Crossbeam)
13 : 상기 케이싱 삽입탑의 케이싱 핑거보드 및 몽키보드(Casing Fingerboard and Monkeyboard)
14 : 시추공(Drilled Hole)
Claims (1)
- 타워크레인 마스트(Tower Crane Mast)를 이용한 시추탑(특허문헌 5)을 이용하여 시추된 시추공(Drilled Hole)에 케이싱(Casing)을 삽입하는 방법에 있어서,
타워크레인 마스트를 이용한 시추탑(1)을 이용하면서, 해당 웰(Well)을 시추하던 중, 시추공(14)에 삽입해야 하는 케이싱들로 인해 발생되는 최대훅하중(Hook Load)을 상기 시추탑(1)이 감당할 수 없게 된 경우, 상기 최대훅하중을 안전하게 감당하면서 케이싱 삽입작업을 실시할 수 있게 만드는 케이싱 삽입탑(7)을 상기 시추탑(1)의 하부구조(2) 위에 가설(假設)하되, 상기 케이싱 삽입탑(7)의 기둥탑들을 기둥탑 3(8), 기둥탑 4(9), 보강기둥탑 1(10) 및 보강기둥탑 2(11)로 구성하고, 상기 시추탑(1)의 기둥탑 1(3)과 기둥탑 2(4)의 상부를 구성하는 마스트섹숀(Mast Section)들을 철거하여, 상기 철거된 마스트섹숀들로 상기 시추탑(1)의 하부구조(2) 위에 상기 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11)를 축조하되, 상기 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11)가 평면도 상에서 상기 시추공(14)을 중앙에 두고 서로 마주보도록 배치하고, 또 상기 기둥탑 1(3)과 기둥탑 2(4)의 상부가 철거된 상기 기둥탑 3(8)과 기둥탑 4(9)의 높이와 상기 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11)의 높이가 같아지도록 축조하며, 또 상기 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11)의 최소높이를 상기 케이싱 1개를 상기 시추공(14) 안으로 밀어넣거나 또는 상기 시추공(14) 밖으로 뽑아내는 작업을 실시할 수 있는 높이로 하며, 또 상기 기둥탑 1(3)과 기둥탑 2(4)의 상부에서 철거한 마스트섹숀들만으로는 상기 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11)를 상기 최소높이로 축조할 수 없는 경우에는 보충해야 할 마스트섹숀들을 외부로부터 반입해서, 하기와 같이 축조되는 상기 케이싱 삽입탑(7)을 설계하는 단계;
상기 시추탑(1)을 이용하면서, 상기 시추공(14)에 삽입할 수 있는 수의 상기 케이싱(Casing)들을 삽입하고 상기 시추공(14)의 보울(Bowl)에 고정시키는 단계;
상기 시추탑(1)의 기둥탑 1(3)과 기둥탑 2(4) 위에 가로질러 설치되어 있는 크로스빔(5)을 철거하되, 상기 기둥탑 1(3), 기둥탑 2(4) 및 크로스빔(Crossbeam)(5)에 설치되어 있는 크라운블록(6)을 비롯한 모든 설비들 및 장치들을 철거한 후, 상기 크로스빔(5)을 철거하는 단계;
상기 케이싱 삽입탑(7) 설계에 따라, 상기 시추탑(1)의 기둥탑 1(3)과 기둥탑 2(4)의 상부로부터 차례로 마스트섹숀들을 철거하여 상기 시추탑(1)의 하부구조(2) 위에 상기 보강기둥탑 1(10)과 보강기둥탑 2(11)를 축조하는 단계;
상기 기둥탑 3(8), 기둥탑 4(9), 보강기둥탑 1(10) 및 보강기둥탑 2(11) 위에 가로질러 상기 케이싱 삽입작업에 필요한 용량의 크로스빔(12)을 설치하는 단계;
상기 크로스빔(12)에 상기 시추탑(1)의 크라운블록(Crown Block)(6)을 설치하되, 상기 크라운블록(6)에 매달린 이동블록(Traveling Block)의 훅(Hook)의 연직방향 중심선과 상기 시추공(14)의 보울(Bowl)의 중심이 일치되도록 설치하는 단계;
상기 기둥탑 3(8), 기둥탑 4(9), 보강기둥탑 1(10) 또는 보강기둥탑 2(11)에 접하여 상기 케이싱 삽입작업에 필요한 높이에 상기 케이싱 삽입작업에 필요한 케이싱 핑거보드 및 몽키보드(Casing Fingerboard and Monkeyboard)(13)를 설치하는 단계;
상기 케이싱 삽입탑(7)을 이용하면서, 상기 시추공(14)에 삽입해야 할 나머지 케이싱(Casing)들을 모두 삽입하는 단계; 및
상기 케이싱 삽입탑(7)을 이용하면서 상기 시추공(14)에서 추가로 시추해야 할 구간을 시추하고 상기 웰(Well)을 완결(Completion)하거나, 또는 상기 시추탑(1)으로 복원시킨 후에 상기 시추공(14)에서 추가로 시추해야 할 구간을 시추하고 상기 웰(Well)을 완결할 필요가 있는 경우에는 상기 케이싱 삽입탑(7)을 상기 시추탑(1)으로 복원시키는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 타워크레인 마스트를 이용한 시추탑을 변형시켜 이루는 케이싱 삽입방법.
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| KR (1) | KR101468313B1 (ko) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101528038B1 (ko) * | 2013-10-04 | 2015-06-10 | 이시우 | 코일튜빙 시추와 결합된 타워크레인 마스트를 이용한 시추탑 축조시스템 및 방법 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4836300A (en) * | 1986-10-23 | 1989-06-06 | Parco Mast And Substructures, Inc. | Method of performing drilling operations from a derrick |
| US6085851A (en) * | 1996-05-03 | 2000-07-11 | Transocean Offshore Inc. | Multi-activity offshore exploration and/or development drill method and apparatus |
| KR20100028480A (ko) * | 2009-08-24 | 2010-03-12 | 이시우 | 타워크레인 마스트를 이용한 시추탑 축조시스템 및 방법 |
| KR20130036098A (ko) * | 2013-02-14 | 2013-04-10 | 이시우 | 타워크레인 마스트를 이용한 시추탑의 기둥탑 축조시스템 및 방법 |
-
2013
- 2013-06-21 KR KR1020130071319A patent/KR101468313B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4836300A (en) * | 1986-10-23 | 1989-06-06 | Parco Mast And Substructures, Inc. | Method of performing drilling operations from a derrick |
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| KR20100028480A (ko) * | 2009-08-24 | 2010-03-12 | 이시우 | 타워크레인 마스트를 이용한 시추탑 축조시스템 및 방법 |
| KR20130036098A (ko) * | 2013-02-14 | 2013-04-10 | 이시우 | 타워크레인 마스트를 이용한 시추탑의 기둥탑 축조시스템 및 방법 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20130090390A (ko) | 2013-08-13 |
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