KR101497418B1 - 머드 응고 방지장치 - Google Patents
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Abstract
초음파 진동을 통해 머드의 응고를 방지하며, 너비가 넓은 보관탱크나 폭이 좁은 관로 등에 간편하게 설치할 수 있어, 시추선 등의 머드 순환 시스템에 용이하게 적용 가능한 머드 응고 방지장치가 제공된다. 머드 응고 방지장치는, 내부에 머드(mud)가 수용되는 머드 수용수단 및 머드 수용수단의 일 측에 설치되며 상기 머드를 가진하는 초음파 진동자를 포함한다.
Description
본 발명은 머드의 응고를 방지하는 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 초음파 진동을 통해 머드의 응고를 방지하는 머드 응고 방지장치에 관한 것이다.
머드(mud)는 점토 및 실트(silt)와 같은 미세 토사 입자가 물과 혼합되어 만들어진 유체이다. 머드는 해저면이나 바닷가 등지에서 자연상태로 채취될 수 있지만, 물 외에도 오일이나 그 밖의 첨가물과 혼합되어 인공적으로 제조될 수도 있다. 이와 같이 자연상태에서 직접 채취되거나 또는 인공적으로 제조된 머드(mud)는 근해 또는 심해에서 이루어지는 해양 시추작업이나, 내륙에서 이루어지는 시추작업에서 시추용 드릴 비트(bit)를 구동시키는 구동 유체 즉, 드릴링 플루이드(drilling fluid)로 사용된다.
드릴링 플루이드로 사용되는 머드는 시추공(bored hole/well)의 내 외부로 순환하면서, 드릴 비트의 윤활작용, 컷팅된 암석 파편의 운반 및 제거작용, 및 시추공의 압력을 안정시키는 작용과 함께, 외부 유입물의 침투를 방지하는 등 시추시 매우 중요하고도 다양한 역할을 한다. 머드는 물이나 오일 등의 베이스에 다양한 종류의 분체화된 암석 및 화학적 첨가물 등이 첨가되면서 밀도 및 점도와 그 밖의 윤활특성 등이 더욱 향상될 수 있다.
이러한 머드는 쉽게 응고될 수 있어, 순환과정 동안 머드의 응고를 지속적으로 방지해 주지 않으면 드릴링 플루이드의 역할을 정상적으로 수행할 수 없게 된다. 이와 같은 이유로 종래 머드 응고 방지를 위한 교반기(agitator)가 사용되어 왔다. 교반기는 임펠러를 회전시켜 머드를 강제로 유동시킬 수 있으며, 주로 머드가 저장되어 있는 저장탱크 또는 머드 핏(pit)의 내부에 설치된다. 대한민국 공개특허 제10-2010-0126745호 에는 이러한 교반기가 설치된 머드 탱크를 구비하고 있는 해상 시추 선박의 일 례가 개시되어 있다.
하지만, 종래 교반기는 기계적인 회전력을 이용한 것이므로, 임펠러를 회전시키는 데 사용되는 액츄에이터의 설치공간이 필요하고, 따라서 이를 별도의 룸(room) 형태로 구성하는 등 불필요한 공간 낭비가 불가피 하였으며, 여러 대의 교반기를 작동시키는 데 과다한 에너지가 소비되는 문제점이 있었다. 또한, 교반기는 탱크나 핏 형태의 상대적으로 넓은 공간 내부에만 장착이 용이하여 머드가 유동하는 관로와 같은 그 밖의 머드 순환로에는 적용되기 어렵다는 단점 역시 가지고 있었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 간편하게 설치 가능하며, 다양한 크기의 머드 저장공간 및 유동공간에 용이하게 적용 가능한 머드 응고 방지장치를 제공하려는 것이다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 의한 머드 응고 방지장치는, 내부에 머드(mud)가 수용되는 머드 수용수단 및 상기 머드 수용수단의 일 측에 설치되며 상기 머드를 가진하는 초음파 진동자를 포함한다.
상기 머드 수용수단은 머드 보관탱크, 머드 이송파이프, 머드 순환펌프 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 머드 보관탱크, 상기 머드 이송파이프, 상기 머드 순환펌프는 시추선 내부에 탑재되고, 상기 머드를 순환시켜 상기 시추선의 시추용 드릴 비트를 구동할 수 있다.
상기 초음파 진동자는 상기 머드 수용수단의 내부에 위치할 수 있다.
상기 초음파 진동자는 유동 가능하게 상기 머드 내부에 위치하며, 상기 머드 상에서 부유(浮遊) 가능하고, 상기 초음파 진동자의 일 측에 결합되어 상기 초음파 진동자를 상기 머드 표면에서 일정한 깊이로 유지시키는 부유구(浮遊具)를 더 포함할 수 있다.
상기 머드 수용수단은 일 측에 진동자 삽입홀이 형성되고, 상기 초음파 진동자는 상기 진동자 삽입홀에 삽입되어 상기 머드 수용수단의 내부로 노출될 수 있다.
상기 머드 응고 방지장치는 상기 머드 수용수단을 적어도 일부 감싸며, 초음파를 흡수하는 재질로 형성된 초음파 차단재를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 머드 응고 방지장치는 다양한 크기로 이루어진 머드 저장공간 및 머드 유동공간 등에 간편하게 설치되어 머드를 가진하며, 이를 통해 용이하게 머드의 응고를 방지할 수 있다.
또한, 시추 선박 등에 탑재되는 머드 보관탱크, 머드 이송파이프, 머드 순환펌프 등에도 용이하게 적용되어 머드의 순환을 통해 이루어지는 시추 선박의 드릴링 작업이 더욱 원활하게 진행되도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 머드 응고 방지장치의 사시도이다.
도 2a 내지 도 2c는 도 1의 머드 응고 방지장치의 작동원리를 설명한 도면이다.
도 3 내지 도 5는 도 1의 머드 응고 방지장치의 변형례를 도시한 도면들이다.
도 6은 시추선의 머드 순환과정을 도시한 도면이다.
도 7은 도 6의 시추선에 탑재된 머드 수용수단에 머드 응고 방지장치가 적용된 모습을 도시한 도면이다.
도 2a 내지 도 2c는 도 1의 머드 응고 방지장치의 작동원리를 설명한 도면이다.
도 3 내지 도 5는 도 1의 머드 응고 방지장치의 변형례를 도시한 도면들이다.
도 6은 시추선의 머드 순환과정을 도시한 도면이다.
도 7은 도 6의 시추선에 탑재된 머드 수용수단에 머드 응고 방지장치가 적용된 모습을 도시한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 머드 응고 방지장치에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 머드 응고 방지장치의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 머드 응고 방지장치(100)는 내부에 머드(mud)가 수용되는 머드 수용수단 및 머드 수용수단의 일 측에 설치되어 머드 수용수단에 수용된 머드(A)를 가진하는 초음파 진동자(140)를 포함한다. 이 때, 머드 수용수단은 머드(A)가 저장되는 저장공간이나 머드가 유동 가능한 유동공간 등이 내부에 형성된 것으로서 다양한 형상으로 형성될 수 있으며, 좀 더 구체적으로는 머드(A)가 보관되는 머드 보관탱크(110)나, 머드(A)가 그 내부를 따라 이동하는 머드 이송파이프(도 5의 120 참조), 피스톤 등을 이용하여 머드를 유동시키되, 머드의 유입/유출 공간이 마련된 머드 순환펌프(도 7의 130 참조) 중 적어도 하나가 될 수 있다. 도 1에는 이러한 머드 수용수단 중 머드 보관탱크(110)에 적용된 머드 응고 방지장치(100)가 도시되었다.
머드(mud)는 다양한 토질의 세토들이 함유된 유체로서, 내륙의 석유 시추 작업이나, 해양의 자원 개발목적 또는 탐사 목적의 시추 작업시에, 파이프를 따라 시추공의 내 외부를 순환하면서 시추용 드릴 비트(Drill bit)를 구동시키고, 드릴 비트가 유연하게 회전하도록 윤활작용을 하며, 컷팅된 암석 파편을 지하로부터 운반하는 등의 다양한 역할을 하는 드릴링 플루이드(drilling fluid)로 사용된다.
본 발명에 의한 머드 응고 방지장치(100)는 드릴링 머드(drilling mud) 즉, 드릴링 플루이드로 사용되는 머드(A)가 순환 주기의 중간에 고착되는 일이 없도록 지속적 진동을 통해 머드(A)의 응고를 방지할 수 있으며, 종래 사용되던 교반기(agitator)와 달리 간편하게 설치가 가능하여, 다양한 종류의 머드 수용수단에 용이하게 적용될 수 있는 장점을 갖는다. 따라서, 머드(A)가 보관되어 있는 머드 보관탱크(110)뿐만 아니라, 머드(A)가 이송되는 머드 이송파이프(120), 머드(A)를 순환 시키는 머드 순환펌프(130) 등에 복합적으로 적용되어 머드의 순환상태를 용이하게 유지시킬 수 있다.
하지만, 본 발명에 의한 머드 응고 방지장치(100)는 이러한 시추 작업시 사용되는 머드 순환 시스템에 한정적으로 적용될 것은 아니며, 이 밖에도 머드를 사용하거나 공급, 보관하기 위한 여타 장치나, 머드가 아니더라도, 머드와 같이 일정한 밀도 및 점도를 가지며 응고되기 쉬운 또 다른 유체를 다루는 장치 등에도 효과적으로 적용될 수 있을 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 머드 응고 방지장치(100)는 박스 형태의 머드 보관탱크(110)의 내부에 하나 또는 하나 이상의 초음파 진동자(140)를 포함하며, 머드 보관탱크(110)의 외부에는 초음파 차단재(150)가 설치되어 초음파 진동이 머드 응고 방지장치(100)의 외부로 방출되는 것을 차단한다. 따라서, 머드 응고 방지장치(100)는 선박에 탑재된 각종 기기를 손상시키거나, 소나(SONAR)와 같은 수중 음향장비를 교란시키는 일 없이 선박 내에서도 안전하게 사용될 수 있다. 이 때, 초음파 차단재(150)는 초음파 진동자(140)로부터 전달된 진동 및 이에 의해 형성된 초음파를 흡수하고, 부가적인 진동파의 형성을 차단할 수 있는 물질, 예를 들어, 다공질의 탄성 고분자 화합물로 형성될 수 있다.
초음파 진동자(140)는 방형의 패널 또는 블록 형태로 형성될 수 있으나, 이러한 형상에 한정될 것은 아니며, 적용 대상인 머드 수용수단의 형태에 따라 다양한 형태 및 크기로 형성될 수 있다. 도면상으로는 평평한 박스 형태로 형성된 머드 보관탱크(110)에 용이하게 설치될 수 있도록 방형으로 형성된 초음파 진동자(140)가 도시되었다.
초음파 진동자(140)는 내부에 복수의 압전소자(Piezoelectric material)를 구비한 것일 수 있으며, 복수의 압전소자에 교류를 인가하여 진동을 유발하도록 한 것일 수 있다. 따라서, 내부에 구비된 압전소자의 개수, 인가되는 전류의 크기 등을 변화시켜 초음파 진동자(140)의 진동수 및 진동 패턴 등을 조절할 수 있다. 이 때, 각각의 초음파 진동자(140)는 머드 보관탱크(110)의 외부로 연장된 전력선(미도시)에 연결되어 전력을 공급받을 수 있다.
이러한 초음파 진동자(140)는 머드 보관탱크(110) 내부의 어느 곳에나 용이하게 설치될 수 있다. 즉, 종래 사용되던 교반기(agitator)는 교반기를 구동하기 위한 액츄에이터가 특정 장소(이를 테면, 머드 보관탱크의 상부)에 설치되어야만 하므로 교반기의 설치장소에 제약이 있었으며, 따라서 교반기의 설치가 유연하게 이루어지지 못하였다. 반면, 본 발명에 의한 머드 응고 방지장치(100)는 서로 다른 복수 개의 초음파 진동자(140)를 머드 보관탱크(110)의 저면이나 측면 등의 서로 다른 위치에 용이하게 설치할 수 있으며, 이에 따라, 머드 보관탱크(110) 내부의 서로 다른 지점에서 머드(A)를 골고루 가진하여 머드(A) 응고를 더욱 효과적으로 방지할 수 있는 것이다.
이하, 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 머드 응고 방지장치의 작동방식에 대해 좀 더 상세히 설명한다.
도 2a 내지 도 2c는 도 1의 머드 응고 방지장치의 작동원리를 설명한 도면이다.
먼저 도 2a를 참조하면, 최초에 초음파 진동자(140)가 구동되지 않은 상태에서 머드(A)는 정적으로 유지되며, 이러한 때, 응집력 또는 점성에 의해 머드(A) 내부에 응고물(B)이 형성될 수 있다. 응고물(B)은 세토질의 점토 성분이 서로 부착되어 형성된 것일 수 있으며, 머드(A)의 점성을 향상시키기 위한 인공적인 첨가물이 혼합된 경우, 이러한 첨가물들로 인해 형성된 것일 수도 있다. 응고물(B)은 머드(A)의 표면부나 내부의 어느 지점에라도 형성될 수 있는 것이며, 특히, 머드 보관탱크(110)와 같이 유동이 없이 머드(A)가 정적으로 유지되는 상태에서는 유동시에 비해 과량의 응고물(B)이 형성될 수 있다. 또한, 머드 보관탱크(110)의 상부가 밀폐되지 않고 개방 형성된 경우 즉, 머드 핏(pit)과 같은 형태로 머드 보관탱크(110)가 구성된 경우에는 공기와 접촉되는 표면부 측의 머드(A)가 더 쉽게 응고될 수 있다.
도 2b를 참조하면, 초음파 진동자(140)가 구동되기 시작하면, 머드(A)의 내부로 진동파가 퍼져 나가게 되며, 진동파에 의해 머드(A)가 가진되어 함께 진동하게 된다. 초음파 진동자(140)는 초당 20,000회 이상 진동하며 머드(A) 유체를 진동시키게 되며, 이에 따라 머드(A) 내부 및 표면부에 분포하는 서로 다른 크기의 응고물(B)들이 균열을 일으키고, 작은 덩어리로 갈라지게 된다.
도시된 바와 같이 응고물(B)이 진동파의 파면과 나란한 방향으로 연장된 경우, 진동파의 에너지가 더욱 효과적으로 전달되어 응고물(B)이 더욱 용이하게 분쇄될 수 있으며, 또한, 머드(A)의 진동폭이 상승하고, 진동회수가 증가함에 따라, 응고물(B)과 머드(A)의 사이에서는 캐비테이션(cavitation)현상에 의한 미세 버블(bubble)(미도시)이 발생하여 응고물(B)의 균열을 더욱 성장시키고, 이에 따라 응고물(B)이 더 쉽게 분쇄될 수 있다.
이어서, 도 2c를 참조하면, 지속적으로 진동이 인가되면, 갈라졌던 응고물들의 균열이 심화되어 응고물(B)들은 머드(A) 내부에 완전히 분해되어 입자상으로 분포하게 된다. 따라서, 머드(A)는 유동 가능한 유체상태로 지속적으로 유지될 수 있는 것이다. 이 때, 동일 진동수의 진동파가 지속적으로 전달됨에 따라, 머드(A)의 진폭은 비약적으로 증가될 수 있다. 이상의 설명에서 초음파 진동자(140)는 머드 보관탱크(110)의 저면에 위치한 상태로 도시되었으나, 초음파 진동자(140)는 전술한 바와 같이 머드 보관탱크(110)의 저면 뿐만 아니라 측면 및 그 밖의 임의의 지점에 용이하게 설치될 수 있는 것이며, 따라서, 머드(A) 내부에 서로 다른 방향의 진동을 유발할 수 있는 것이다. 또한, 서로 교차하는 방향으로 진동파가 형성되는 경우, 이를 이용해 응고가 쉽게 일어나는 머드 보관탱크(110)의 특정 부위에 더욱 강한 진동파를 형성할 수도 있을 것이다.
이하, 도 3 내지 도 5를 참조하여, 머드 응고 방지장치의 변형례에 대해 상세히 설명한다.
도 3 내지 도 5는 도 1의 머드 응고 방지장치의 변형례를 도시한 도면들이다.
도 3을 참조하면, 초음파 진동자(140-1)는 머드 보관탱크(110)와 같은 머드 수용수단의 내부에 위치하되, 유동 가능하게 형성될 수 있다.
이러한 경우, 초음파 진동자(140-1)가 머드(A)의 중심부로부터 진동파를 형성하여 상대적으로 진동이 약해질 수 있는 머드(A)의 표면부나 그 근방에 강한 진동을 형성할 수 있다. 이 때, 머드 보관탱크(110)의 저면이나 측면 등에는 일 지점에 고정된 초음파 진동자(140)를 함께 설치할 수 있으며, 각각의 초음파 진동자(140, 140-1)들은 서로 다른 위치에서 각각 서로 다른 방향으로 진동을 유발하여 머드(A)의 응고를 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.
머드(A) 내부에 유동 가능하게 형성되는 초음파 진동자(140-1)는 머드 보관탱크(110)의 내부 또는 외부에 고정된 지지케이블(141)에 연결되어 지지될 수 있으며, 지지케이블(141)의 길이 변화에 따라 머드(A) 내부에서 유동되는 위치를 적절하게 조절할 수 있다. 또한, 이러한 경우, 초음파 진동자(140)의 형상은 머드(A) 중심부로부터 모든 방향으로 진동을 전달하기 유리한 형상, 이를 테면, 구형으로 형성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 머드(A) 내부에 유동 가능하게 형성되는 초음파 진동자(140-1)는 별도의 케이블 등에 고정되지 않고, 머드(A)상에서 부유(浮遊)하도록 형성될 수도 있다.
이와 같은 경우, 초음파 진동자(140-1)는 머드(A)의 저장량 또는 유동량의 변화에 따라 자연스럽게 위치를 변화시키면서 머드(A)에 지속적인 진동을 유발할 수 있는 것이다. 이러한 초음파 진동자(140-1)는 머드 보관탱크(110)에 배출관(111)이 형성되어 머드(A)의 유동이 있는 경우나, 머드(A)의 유동량이 머드 수용수단 내부에서 큰 폭으로 변화하는 경우에 더욱 유용하게 사용될 수 있다.
유동 가능한 초음파 진동자(140-1)는 초음파 진동자(140-1)의 일 측에 결합되는 부유구(浮遊具)(142)에 의해 부유될 수 있으며, 부유구(142)와 초음파 진동자(140-1)를 서로 연결하는 연결케이블(143)에 의해 머드(A) 표면으로부터 일정한 깊이로 유지될 수 있다. 이 때, 연결케이블(143)의 길이 변화에 따라 초음파 진동자(140-1)와 머드(A) 표면과의 거리가 적절히 조절될 수 있으며, 이를 통해, 초음파 진동자(140-1)의 진동위치를 결정할 수 있다. 예를 들어, 머드 핏과 같이 상부가 개방된 형태로 형성된 머드 수용수단의 경우, 연결케이블(143)의 길이는 상대적으로 짧게 형성되어 표면부 주위에 초음파 진동자(140-1)가 지속적으로 유지되도록 할 수 있으며, 이에 따라 표면부 주변에 형성되는 응고물은 더욱 효과적으로 분해될 수 있다.
부유구(142)는 내부에 공기가 주입될 수 있는 밀폐공간이 마련된 것으로, 가볍고 탄력 있는 합성 섬유나 플라스틱 또는 가벼운 금속재 등으로 형성 가능하다. 부유구(142)의 형상은 특정한 형상으로 한정되지 않고 다양한 형상으로 변형될 수 있다. 또한, 이 때에도 전술한 바와 같이, 고정적으로 설치되는 초음파 진동자(140)를 함께 사용하여 유동하는 초음파 진동자(140-1)로부터 유발된 진동이 미치지 못하는 지점까지 적절한 강도의 진동이 도달되도록 할 수 있다.
이어서, 도 5를 참조하면, 초음파 진동자(140-2)는 너비가 넓은 보관 탱크 형태의 머드 수용수단이 아닌, 좁은 관로 형태의 머드 수용수단 즉, 머드 이송파이프(120)에 설치될 수 있으며, 이를 통해 관로 내부를 유동하는 머드(A)에 진동을 유발하여, 머드(A)가 좀 더 원활히 순환되도록 할 수 있다.
이 때, 머드 이송파이프(120)의 일 측에는 진동자 삽입홀(121)이 형성되고, 초음파 진동자(140-2)는 진동자 삽입홀(121)에 삽입되어 머드 이송파이프(120)에 결합될 수 있다. 초음파 진동자(140-2)는 진동자 삽입홀(121)에 삽입이 용이한 형태, 이를 태면, 도시된 바와 같이 단차진 형태로 형성될 수 있으며, 적어도 일부는 진동자 삽입홀(121)을 통해 머드 이송파이프(120)의 내부로 노출될 수 있다. 머드 이송파이프(120)의 외측에는 초음파 차단재(150)가 설치되어 머드 이송파이프(120)의 외부로 전달되는 초음파를 미리 차단할 수 있다.
따라서, 머드 이송파이프(120)와 같이 좁은 관로 형태로 형성된 머드 수용수단의 경우에도 초음파 진동자(140-2)가 유발하는 진동을 이용하여 머드(A)의 응고를 방지할 수 있다. 특히, 이러한 관로를 통해 유동하는 머드(A)는 유동시에는 유연하게 흐를 수 있으나, 머드(A)의 순환을 의도적으로 정지시키는 경우나, 의도치 않은 순환 시스템의 고장 등으로 머드(A)의 순환이 정지된 경우, 보관 탱크와 같은 넓은 공간에 수용된 머드(A)보다 빠르게 응고될 수 있다. 초음파 진동자(140-2)는 이러한 비상시에도 관로 내부의 머드(A)에 진동을 유발하여 머드(A)가 응고되는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 것이다.
한편, 이러한 관로는 머드(A)를 순환시키기 위한 머드 순환펌프(도 7의 130 참조)와 같은 상대적으로 복잡한 유압기기의 내부에도 형성될 수 있는 것이며, 따라서, 초음파 진동자(140-2)는 머드 순환펌프(130) 내부에도 설치될 수 있다. 따라서는 머드 순환펌프(130)의 작동이 중지되는 때 펌프 내에 충전된 상태의 머드(A) 역시 초음파 진동자(140-2)가 유발하는 진동에 의해 효과적으로 응고가 방지될 수 있는 것이다.
다만, 머드 이송파이프(120)와 달리 머드 순환펌프(130) 등의 내부에 형성된 관로는 상대적으로 폭이 더 좁을 수 있으므로, 초음파 진동자(140-2)는 그 크기가 더 작게 형성되거나, 관로의 형태에 알맞은 특정 형태로 변형되어야 할 것이다.
이하, 도 6 및 도 7을 참조하여, 이와 같은 머드 응고 방지장치가 적용되는 적용례에 대해 상세하게 설명한다.
도 6은 시추선의 머드 순환과정을 도시한 도면이고, 도 7은 도 6의 시추선에 탑재된 머드 수용수단에 머드 응고 방지장치가 적용된 모습을 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 해상 시추선(1)은 선박의 중앙부에 시추작업을 위한 시추탑(20)이 마련되어 있으며, 시추탑(20)의 직하방으로 선박에 적재된 시추용 드릴 비트(drill bit)(40)를 수직하강 시켜 해저면에 도달시킨 후, 드릴 비트(40)의 드릴링 작업을 통해 시추공(bored hole/well)을 형성하게 된다. 드릴 비트(40)는 내부에 설치된 유체 터빈(hydraulic turbine)에 의해 구동되는데, 드릴링 머드는 이러한 유체 터빈에 공급되어 결국, 드릴 비트(40)를 구동시킨다. 뿐만 아니라, 드릴 비트(40)의 구동 과정에서 머드는 드릴 비트(40) 주위로 배출되어 드릴 비트(40)가 원활하게 드릴링 작업을 할 수 있도록 윤활시키는 역할을 하며, 라이저(riser)를 통해 시추시 발생하는 암석파편 등을 시추공 외부로 배출하는 역할도 한다. 즉, 머드는 시추 작업시 지속적으로 이용되는 것이며, 도시된 바와 같은 순환 과정(화살표 참조)을 통해 시추선(1)과 드릴 비트(40) 사이를 순환하면서 반복적으로 재사용된다.
시추선(1)에 탑재된 머드 순환 시스템은 크게 머드를 공급하는 머드 공급부(10), 머드를 회수하는 머드 회수부(50) 및, 머드 공급부(10)와 머드 회수부(50) 사이를 순환하는 머드에 의해 구동되는 드릴 비트(40)로 구성된다. 드릴 비트(40)는 드릴 파이프(30)를 통해 시추선(1)과 연결된다.
머드 공급부(10)는 시추작업시 최초로 머드가 공급되는 곳이며, 머드가 보관되는 머드 보관탱크(도 7의 110 참조) 및, 머드를 순환시키는 머드 순환펌프(도 7의 130 참조)가 탑재되어 있다. 머드 순환펌프(130)가 동작함에 따라 머드는 시추선(1)에 장비된 머드 순환라인을 따라 시추탑(20)으로 향하게 된다. 시추탑(20)으로 이동된 머드는 시추탑(20)의 직하방으로 연장되어 드릴 비트(40)와 연결된 드릴 파이프(30)를 통해 드릴 비트(40)에 공급된다. 드릴 비트(40)에 공급된 머드는 전술한 바와 같이 드릴 비트(40)를 구동시키고, 윤활작용을 하며, 드릴 작업에 의해 파쇄된 암석 부스러기들과 함께 드릴 파이프(30)의 내부 또는 외부에 형성된 라이저를 따라 다시 시추선(1)을 향해 상승된다.
해저로부터 회수된 머드는 머드 회수부(50)에 일차적으로 저장된다. 회수된 머드는 다량의 암석 파편들과 불순물들을 포함하고 있으므로 이를 즉시 사용하기 어려우며, 따라서 머드 회수부(50)에는 이를 여과하기 위한 여과장비나 원심 분리장치(centrifuge) 등이 탑재되어 있다.
이러한 과정을 거쳐 회수된 머드는 머드 순환라인을 따라 다시 머드 공급부(10)에 수용되어 다시 재순환될 수 있다. 따라서, 초음파 진동자를 포함한 머드 응고 방지장치는 이와 같은 시추선(1)의 머드 순환 시스템 중 어느 곳에도 적용이 가능한 것이다. 즉, 머드가 저장되는 저장공간이나, 머드가 유동되는 유동공간이 마련되어 있는 다양한 형태의 머드 수용수단에 머드 응고 방지장치가 적용될 수 있는 것이다. 머드 응고 방지장치가 적용되는 머드 수용수단은 전술한 바와 같이, 머드 보관탱크, 머드 이송파이프, 머드 순환펌프 중 적어도 하나를 포함하는 것이며, 이 밖에도, 예를 들어 내부 머드 유동로가 마련된 호스 등으로 형성된 머드 순환라인의 일 지점 역시 머드 응고 방지장치가 적용 가능한 머드 수용수단이 될 수 있는 것이다.
도 7을 참조하면, 도 6의 시추선에 탑재된 머드 수용수단으로서, 머드 보관탱크(110), 머드 이송파이프(120), 머드 순환펌프(130)가 도시되어 있다. 이는 전술한 머드 공급부(도 6의 10 참조)를 예시적으로 도시한 것이며, 머드 보관탱크(110), 머드 이송파이프(120), 머드 순환펌프(130) 각각은 서로 연동하여 머드(A)를 순환 시킴으로써 시추 작업시 드릴 비트를 구동할 수 있다. 이 때, 전술한 바와 같이 머드 보관탱크(110)의 내부에 초음파 진동자(140)를 설치하여 저장상태의 머드(A)를 유동시키고, 이를 통해 순환하는 머드의 응고를 방지할 수 있다. 머드 보관탱크(110)는 그 목적에 따라 각각 서로 다른 크기로 형성될 수 있는데, 초음파 진동자(140)는 각각의 머드 보관탱크(110)에 적합한 개수가 적합한 위치에 설치되어 최적의 응고 방지 효과를 낼 수 있다.
또한, 머드 보관탱크(110)와 연결된 머드 이송파이프(120) 및 머드 순환펌프(130)의 내부에도 전술한 바와 같이 관로 내측으로 노출되도록 초음파 진동자(140)가 설치될 수 있으며, 이를 통해 머드 보관탱크(110)로부터 유출되어 머드 이송파이프(120) 및 머드 순환펌프(130) 내부를 차례로 통과하는 머드(A)가 응고되는 일 없이 원활하게 순환될 수 있는 것이다.
이상 첨부된 도면과 함께 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1: 시추선 10: 머드 공급부
20: 시추탑 30: 드릴 파이프
40: 드릴 비트(Drill bit) 50: 머드 회수부
100: 머드 응고 방지장치 110: 머드 보관탱크
111: 배출관 120: 머드 이송파이프
121: 진동자 삽입홀 130: 머드 순환펌프
140, 140-1,140-2: 초음파 진동자 141: 지지케이블
142: 부유구(浮遊具) 143: 연결케이블
150: 초음파 차단재
A: 머드(mud) B: 응고물
20: 시추탑 30: 드릴 파이프
40: 드릴 비트(Drill bit) 50: 머드 회수부
100: 머드 응고 방지장치 110: 머드 보관탱크
111: 배출관 120: 머드 이송파이프
121: 진동자 삽입홀 130: 머드 순환펌프
140, 140-1,140-2: 초음파 진동자 141: 지지케이블
142: 부유구(浮遊具) 143: 연결케이블
150: 초음파 차단재
A: 머드(mud) B: 응고물
Claims (7)
- 내부에 머드(mud)가 수용되는 머드 수용수단;
상기 머드 수용수단의 일 측에 설치되며, 상기 머드 내부에 유동 가능하게 위치하여 상기 머드를 가진하는 초음파 진동자;
초음파를 흡수하는 재질로 형성되고 상기 머드 수용수단 외부를 감싸는 초음파 차단재;
상기 머드 상에서 부유 가능한 부유구(浮遊具); 및
상기 부유구와 상기 초음파 진동자를 연결하는 연결케이블을 포함하여, 상기 연결케이블의 길이 변화에 따라 상기 초음파 진동자와 상기 머드 표면과의 거리가 조절되는 머드 응고 방지장치. - 제 1항에 있어서,
상기 머드 수용수단은 머드 보관탱크, 머드 이송파이프, 머드 순환펌프 중 적어도 하나인 머드 응고 방지장치. - 제 2항에 있어서,
상기 머드 보관탱크, 상기 머드 이송파이프, 상기 머드 순환펌프는 시추선 내부에 탑재되고, 상기 머드를 순환시켜 상기 시추선의 시추용 드릴 비트를 구동하는 머드 응고 방지장치. - 삭제
- 삭제
- 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 머드 수용수단은 일 측에 진동자 삽입홀이 형성되고, 상기 초음파 진동자는 상기 진동자 삽입홀에 삽입되어 상기 머드 수용수단의 내부로 노출되는 머드 응고 방지장치. - 삭제
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