KR101511212B1 - 해저 파이프라인 고형물 분리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해저 파이프라인 고형물 분리 장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 미세크기의 스틸망을 설치하여 모래, 진흙 등의 고형물을 분리하도록 구성된 해저 파이프라인 고형물 분리 장치에 관한 것으로써, 미세크기의 스틸망은 제작이 간단하여 초기비용이 매우 적게 들고, ROV를 통한 회수 및 설치가 가능하여 설치비용 및 운용비용이 적게 발생하며, 효율적으로 고형물을 분리함으로써 파이프내 부식 및 마모를 줄임으로써 파이프의 수명이 늘어나는 해저 파이프라인 고형물 분리 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 해저 파이프라인 고형물 분리 장치는 해양 시추를 위한 해저 파이프 장치에 있어서, 상기 해저 파이프라인 내에 고형물을 분리하기 위한 미세 스틸망을 제공한다.

Description

해저 파이프라인 고형물 분리 장치 {Desander in subsea pipeline}

본 발명은 해저 파이프라인 고형물 분리 장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 미세크기의 스틸망을 설치하여 모래, 진흙 등의 고형물을 분리하도록 구성된 해저 파이프라인 고형물 분리 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 육상에서만 이루어졌던 에너지 자원의 시추 작업이 해안에서 이루어지고 있고, 점차 해안에서 해양까지 확대되고 있다. 특히 해양에서 시추 작업은 깊은 심해 지역까지 실현 가능하게 되면서, 많은 시추 장비들이 새롭게 개발되어 왔다. 그 중에서 시추선(Drillship)은 현재 해양 시추에 반드시 필요한 선박 중의 하나로 자리잡아 가고 있으며, 빙하 지역에서 시추가 가능한 쇄빙선과 같은 특수한 목적으로 개발이 이어지는 등 그 역할이 점차 중요시되면서, 추가적인 특수 기능을 겸비하기 위하여 지속적인 개발이 이루어지고 있다.

이와 같은 시추선에 의해서 해저의 유정(well)으로부터 생산되는 유체에는 오일이나 가스와 함께 모래나 진흙과 같은 고형물도 함께 섞여져서 해저 파이프라인을 통과하는데 이로 인해 해저 파이프라인 내에 왁스(Wax)등이 쌓이면서 파이프 내경이 좁아지는 문제점이 발생한다. 또한 이러한 퇴적물이 관내에 퇴적되는 경우 생산된 오일이나 가스의 흐름을 방해하고 유체 내 존재하는 미생물에 의한 파이프내 부식을 유발하고 파이프 내 마모를 초래하여 해저파이프의 수명을 단축시킨다.

이러한 문제를 해결하기 위해 종래에는 해저 파이프라인 내에 인라인 세퍼레이터(In-line Separator)와 같은 장비를 설치하였다. 이러한 장비를 통해 원심 분리기 원리를 이용하여 모래와 같은 고형물의 흐름을 유도하여 분리하여 외부로 배출하는 방식을 사용하였다.

종래의 인라인 세퍼레이터를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 기술에 따른 인라인 세퍼레이터를 장착한 해저 파이프라인을 도시한 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 해저 파이프라인(10)에 장착된 인라인 세퍼레이트(20)를 설명하면, 유정에서 생산된 유체에는 오일, 가스 등과 함께 모래, 진흙과 같은 고형물도 포함되는데, 이러한 유체가 해저 파이프라인(10)내 제 1구간(11)을 지나 인라인 세퍼레이터(20)가 설치되어 있는 제 2구간(20)을 통과하면서 원심 분리기 원리를 통해 모래, 진흙이 포함된 고형물은 배수구(30)을 통해 외부로 배출되고 제 3구간(13)에서는 오일과 가스만이 통과하게 된다.

그러나 이러한 종래의 기술에 따른 고형물 분리기는 회전을 통해 유체에 흐르는 고형물의 흐름을 강제적으로 유도하여 외부로 버려지는 방식으로 제거 효율이 좋지 않으며 제작하고 설치하는데 따른 많은 비용과 시간이 소요되며 제작 기간도 오래 걸리는 단점을 가지고 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 제작이 간단하여 초기비용이 매우 적게 들고, ROV를 통한 회수 및 설치가 가능하여 설치비용 및 운용비용이 적게 발생하며, 효율적으로 고형물을 분리함으로써 파이프내 부식 및 마모를 줄임으로써 파이프의 수명을 늘이기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 해양 시추를 위한 해저 파이프라인 장치에 있어서, 상기 해저 파이프라인 내에 고형물을 분리하기 위한 미세 스틸망을 구비한 해저 파이프라인 고형물 분리 장치가 제공된다.

상기 미세 스틸망은 길이방향과 둘레를 따라 메쉬구조를 가지는 망이 형성되고 양단이 유체의 흐름방향을 따라 위치하도록 설치되며, 유체가 공급되는 측의 일단이 개방되도록 형성되고, 그 반대단은 막히도록 형성되는 것이 바람직하다.

상기 미세 스틸망은 고형물을 분리하기 위하여 미세 홀이 3mm 이상 5mm 이하인 것이 바람직하다.

상기 미세 스틸망에 쌓인 고형물의 무게를 감지하기 위한 센서를 상기 미세 스틸망 하단에 설치할 수 있다.

상기 미세 스틸망의 단면에 고형물이 쌓인 것을 제거하기 위한 물 분사 부재를 포함할 수 있다.

상기 해저 파이프라인 장치는 복수개로 분기되는 것을 더 포함할 수 있다.

상기 분기된 각각의 해저 파이프라인은 유체의 흐름을 제어하기 위한 개폐 밸브를 개별적으로 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 제작이 간단하여 초기비용이 매우 적게 들고, ROV를 통한 회수 및 설치가 가능하여 설치비용 및 운용비용이 적게 발생하며, 효율적으로 고형물을 분리함으로써 파이프내 부식 및 마모를 줄임으로써 파이프의 수명이 늘어나게 된다.

도 1은 종래 기술에 따른 인라인 세퍼레이터를 장착한 해저 파이프라인을 도시한 단면도.
도 2의 (a)는 본 발명의 일 실시례에 따른 고형물 분리 장치를 도시한 사시도.
도 2의 (b)는 본 발명의 일 실시례에 따른 고형물이 쌓인 고형물 분리장치를 도시한 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시례에 따른 해저 파이프라인 내에 고형물 분리 장치를 포함한 전체 구성도를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시례에 따른 분기 구조를 가지는 해저 파이프라인 내에 고형물 분리 장치를 포함한 전체 구성도를 도시한 도면.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시례에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 하기 실시례는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시례에 한정되는 것은 아니다.

도 2의 (a)는 본 발명의 일 실시례에 따른 고형물 분리 장치를 도시한 사시도이고, 도 2의 (b)는 본 발명의 일 실시례에 따른 고형물이 쌓인 고형물 분리장치를 도시한 사시도이다.

도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시례에 따른 고형물 분리기(200)는 해저 파이프라인(100) 내에 설치되되, 미세 메쉬구조를 가지는 스틸망으로 이루어질 수 있다.

고형물 분리기(200)는 양단이 유체의 흐름방향을 따라 위치하도록 설치됨으로써, 길이방향이 해저 파이프라인의 유체 흐름방향과 일치하도록 배치된다.

고형물 분리기(200)는 고형물이 빠져나가지 않도록 해저 파이프라인의 내경에 밀착되도록 설치되며, 유정에서 유체가 유입되는 측의 일단(201)은 개방되도록 형성되어 유체가 통과되도록 하고 그 반대단(202)은 유체의 고형물이 분리되도록 미세 메쉬구조로 막혀 있도록 형성될 수 있다.

고형물 분리기(200)는 단면 한 측이 막힌 원기둥 형태이고, 미세 홀이 3mm 이상 5mm 이하의 구조의 미세 스틸망으로 되어 있어서 오일과 가스는 통과되도록 하고 모레, 진흙과 같은 고형물은 걸려지도록 한다.

미세 스틸망의 구조는 메쉬 또는 격자구조도 가능하며, 그 외 고형물을 분리하기 위한 어떠한 형태도 가능하다.

도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 고형물 분리기의 반대단(202)에 유체의 고형물이 분리되도록 미세 메쉬구조로 막혀 있도록 형성되어 일정기간이 지나면 고형물들이 쌓이게 된다.

도 3은 본 발명의 일 실시례에 따른 해저 파이프라인 내에 고형물 분리 장치를 포함한 전체 구성도를 도시한 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 심해에 저장된 유체 저장소(430)으로부터 해저 X-MAS 트리(420)을 통해 생산된 유체는 해저 파이프라인(100)을 지나 라이저(410)를 통해 탑사이드 해양 플랫폼(400)의 저장소에 저장되게 된다.

해저 파이프라인(100)에 설치된 고형물 분리기(200)는 고형물에 의한 해저 파이프라인(100)의 마모 또는 부식을 최대한 없애고 퇴적물을 줄이기 위해, 가능한 한 X-Mas 트리(420)에 가까운 위치에 설치되는 것이 바람직하며, 고형물 분리기(200)의 퇴적물을 제거 또는 고형물 분리기(200)를 교체함으로써 고형물 분리 효율을 높일 수 있다.

고형물 분리기(200)의 하단에 무게 감지 센서(도면 미도시)를 구비하여 도2의 (b)에서 도시된 바와 같이 고형물이 일정 무게 이상 쌓일 경우 이에 대한 신호를 해양 플랫폼(400)에 보내어 고형물 제거 시기를 알릴 수 있다.

고형물이 고형물 분리기(200)의 단면 미세망에 쌓여 분리 효율이 떨어질 경우 고형물이 많이 쌓여있는 고형물 분리기(200)의 반대단(202) 상단에 워터 인젝터(Water Injector)를 설치하여 일정 주기로 물을 분사하여 고형물과 오일, 가스를 분리하는 효율을 향상시키는 것도 가능하다.

이러한 물 분사 방법은 고형물의 퇴적물을 일시적으로 고형물 분리기(200)의 단면의 망에서 제거하기는 하나 하단에 퇴적물은 그대로 고여지게 되므로 보조적인 방법으로 사용될 수 있다.

쌓인 고형물은 고형물 분리기(200)의 하단에 별도라인을 설치하여 고형물을 배출하고, 배출된 고형물은 탱크에 저장되도록 하여 해양으로 바로 배출되지 않도록 구성하는 것도 가능하다.

고형물을 제거하기 위한 또 다른 실시예로서 ROV(Remotely Operated Vehicle)에 의해서 고형물 분리기(200)를 일정 주기로 교체하는 방법이 있다.

고형물 분리기(200)에 설치된 무게 감지 센서로 고형물 분리기의 교체 시기를 결정하고 ROV를 이용하여 고형물 분리기(200)를 쉽게 교체할 수 있다.

고형물 분리기를 교체하거나 오작동이 발생할 시에 종래에는 시스템 자체를 셧-다운 (shut-down) 하여 장비를 교체하거나 오작동에 대한 문제점을 찾아 해결하였으나, 본 발명에서는 해저 파이프라인의 분기구간을 마련하여 이러한 문제를 해결할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시례에 따른 분기 구조를 가지는 해저 파이프라인 내에 고형물 분리 장치를 포함한 전체 구성도를 도시한 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 해저 파이프라인(100)은 제 1 분기관(110) 및 제 2 분기관(120)으로 분기되며, 제 1 분기관(110)에는 유체에서 고형물을 분리하기 위한 제 1 고형물 분리기(210)가 설치되고, 유체 흐름을 조절하기 위한 제 1 개폐 밸브(310)가 추가로 구비된다. 마찬가지로, 제 2 분기관(120)에는 유체에서 고형물을 분리하기 위한 제 1 고형물 분리기(220)가 설치되고, 유체 흐름을 조절하기 위한 제 2 개폐 밸브(320)가 추가로 구비된다.

제 1 고형물 분리기(210)를 교체하거나 오작동이 발생할 시에, 제 1 개폐 밸브(310)를 닫아 제 1 분기관(110)으로는 유체가 흐르지 않도록 유지하고, 제 2 개폐 밸브(320)는 열어서 시스템 중단 없이 유체를 지속적으로 생산이 가능하도록 한다. 제 1 개폐 밸브(310)가 닫히면 ROV를 이용하여 제 1 분기관(110)에 설치된 제 1 고형물 분리기(210)를 교체하도록 한다.

반대로, 제 2 고형물 분리기(220)를 교체하거나 오작동이 발생할 시에, 제 2 개폐 밸브(320)를 닫아 제 2 분기관(120)으로는 유체가 흐르지 않도록 유지하고, 제 1 개폐 밸브(310)는 열어서 지속적으로 유체를 생산할 수 있도록 한다. 제 2 개폐 밸브(320)가 닫히면 ROV를 이용하여 제 2 분기관(210)에 설치된 제 2 고형물 분리기(220)를 교체하도록 한다.

본 발명은 상기 실시례에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

100 : 해저 파이프라인 200 : 고형물 분리기
110 : 제 1 분기관 120 : 제 2 분기관
210 : 제 1 고형물 분리기 220 : 제 2 고형물 분리기
310 : 제 1 개폐 밸브 320 : 제 2 개폐 밸브
400 : 해양 플랫폼 410 : 라이저
420 : X-mas 트리 430 : 유체 저장소

Claims (7)

1. 해양 시추를 위한 해저 파이프라인 장치에 있어서,
   상기 해저 파이프라인 내에 고형물을 분리하기 위한 미세 스틸망 및
   상기 미세 스틸망을 교체하기 위한 ROV를 포함하며,
   상기 해저 파이프라인 장치는 복수 개로 분기되며,
   상기 분기된 각각의 해저 파이프라인은, 유체의 흐름을 제어하기 위한 개폐 밸브를 개별적으로 구비하며,
   상기 해저 파이프라인은 해양 플랫폼과 X-mas 트리를 연결하고, 상기 미세 스틸망은 상기 해저파이프라인 상에서 상기 해양 플랫폼보다 상기 X-mas 트리측에 가까운 위치에 설치되는, 해저 파이프라인 고형물 분리 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 미세 스틸망은,
   길이방향과 둘레를 따라 메쉬구조를 가지는 망이 형성되고 양단이 유체의 흐름방향을 따라 위치하도록 설치되며, 유체가 공급되는 측의 일단이 개방되도록 형성되고, 그 반대단은 막히도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 해저 파이프라인 고형물 분리 장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 미세 스틸망은,
   고형물을 분리하기 위하여 미세 홀이 3mm 이상 5mm 이하인 것을 특징으로 하는, 해저 파이프라인 고형물 분리 장치.
4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 미세 스틸망에 쌓인 고형물의 무게를 감지하기 위한 센서를 상기 미세 스틸망 하단에 설치하는 것을 특징으로 하는, 해저 파이프라인 고형물 분리 장치.
5. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 미세 스틸망의 단면에 고형물이 쌓인 것을 제거하기 위한 물 분사 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는, 해저 파이프라인 고형물 분리 장치.
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