KR101541135B1 - 파일제거장치 - Google Patents

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KR101541135B1 KR1020130110413A KR20130110413A KR101541135B1 KR 101541135 B1 KR101541135 B1 KR 101541135B1 KR 1020130110413 A KR1020130110413 A KR 1020130110413A KR 20130110413 A KR20130110413 A KR 20130110413A KR 101541135 B1 KR101541135 B1 KR 101541135B1
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황창호
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    • E21B23/00—Apparatus for displacing, setting, locking, releasing or removing tools, packers or the like in boreholes or wells
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 파일제거장치는 해저면에 묻힌 파일에 홀을 형성하는 천공부, 상기 천공부가 상기 홀을 형성할 때 상기 파일의 내측면과 접촉하도록 팽창하여 상기 천공부의 위치를 고정시키는 고정용 패커, 및 상기 홀이 형성된 후 유체를 상기 파일 내부에 분사하는 노즐부를 포함한다.

Description

파일제거장치{PILE REMOVAL APPARATUS}
본 발명은 파일제거장치에 관한 것이다.
과거 근해 지역 오일/가스 채굴을 위해 자켓 타입(jacket type)의 설비가 많이 채용되었고, 최근에 들어서는 심해로 채굴 범위가 확장됨에 따라 self elevating type, tension leg type, spar type, FPSO 등의 설비가 점차 각광받고 있는 상태이다.
이전에 설치된 자켓 타입은 대부분 수심이 얕고 또 이미 오일/가스의 생산량이 고갈된 상태이므로 환경 및 안정 목적 상 설비가 제거되어야 하나 대부분의 국가에서는 해저(seabed) 상부에서 자켓 레그(jacket leg)만 절단, 수거함으로써 해저면과 그 하부에 여전히 파일(pile)이 설치된 상태로 방치되어 있다.
최근의 보도에 의하면 북해지역의 경우 이와 같은 잔류물에 의해 해저 파이프라인 설치 경로가 확보되지 않아 문제가 발생하고 있으며, 향후 10년 이내 수백기의 폐기된 자켓 회수 소요가 예상되고 있다.
이와 같이 해저에 남아있는 파일 제거가 필요하나 적정 기술 부재 및 전용 해체선박/설비가 마련되지 않아 제거에 많은 비용이 예상되고 있다.
미국등록특허 7090734 (등록일 : 2006년8월15일)
본 발명의 실시예에 따른 파일제거장치는 해저면에 박혀 있는 파일을 보다 쉽게 제거하기 위한 것이다.
본 출원의 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제는 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 해저면에 묻힌 파일에 홀을 형성하는 천공부; 상기 천공부가 상기 홀을 형성할 때 상기 파일의 내측면과 접촉하도록 팽창하여 상기 천공부의 위치를 고정시키는 고정용 패커; 및 상기 홀이 형성된 후 유체를 상기 파일 내부에 분사하는 노즐부를 포함하는 파일제거장치가 제거될 수 있다.
상기 천공부는 상기 유체에 가해진 압력을 통하여 상기 홀을 형성하고, 상기 고정용 패커는 상기 유체가 상기 고정용 패커의 내부로 유입됨으로써 팽창할 수 있다.
상기 고정용 패커가 상기 파일의 내측면과 접촉할 때 상기 고정용 패커는 상기 파일의 내측면과 접촉하는 제1 영역과 상기 파일의 내측면과 이격된 제2 영역을 포함할 수 있다.
본 발명의 일측면에 따른 파일제거장치는 상기 파일 내부의 머드를 제거하는 드릴부를 더 포함하며, 상기 드릴부의 드릴비트에 형성된 드릴 노즐로부터 상기 유체가 분사되고 상기 유체는 상기 제2 영역과 상기 파일 내측면 사이의 공간을 통과할 수 있다.
상기 드릴 비트는 상기 유체의 압력에 의하여 구동될 수 있다.
본 발명의 일측면에 따른 파일제거장치는 상기 노즐부가 상기 유체를 분사할 때 상기 파일의 내측면과 접촉하도록 팽창하는 실링용 패커를 더 포함할 수 있다.
상기 노즐부보다 높은 제1 위치 및 상기 노즐부보다 낮은 제2 위치 각각에 상기 실링용 패커가 위치하며, 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치의 상기 실링용 패커들 사이에 상기 홀이 위치할 수 있다.
상기 실링용 패커는 상기 유체가 상기 실링용 패커의 내부로 유입됨으로써 팽창할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 파일제거장치는 해저면에 박힌 파일에 홀을 형성한 후 유체를 분사함으로써 파일 내외부의 마찰력을 감소시킴으로서 보다 쉽게 파일을 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 파일제거장치가 설치될 수 있는 시추 데릭을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 파일제거장치를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 파일제거장치의 천공부의 일례를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 파일제거장치의 고정용 패커의 일례를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 파일제거장치의 노즐부의 일례를 나타낸다.
도 6은 고정용 패커 및 천공부의 동작을 나타낸다.
도 7은 고정용 패커의 평면도를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 파일제거장치의 실링용 패커의 일례를 나타낸다.
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.
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 1은 본 발명의 실시예에 따른 파일제거장치를 설치될 수 있는 시추 데릭을 나타내고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 파일제거장치를 나타낸다.
도 1에 도시된 바와 같이, 해저면에 파일(110)이 박혀 있으며, 파일(110)을 해저면으로부터 분리하기 위하여 파일 제거 부재(115)가 시추 데릭(drilling derrick)에 설치될 수 있다. 연결부(120)는 파일(110)과 파일 제거 부재(115)를 연결시키며, 파일(110)과 파일 제거 부재(115)가 연결부(120)에 삽입될 수 있다. 파일(110)과 연결부(120)의 연결, 그리고 파일 제거 부재(115)와 연결부(120)는 잠수부나 ROV(Remotely-Operated Vehicle)에 의하여 용접됨으로써 서로 연결될 수 있다.
파일 제거 부재(115)는 시추 데릭의 로터리 테이블(rotary table)(210)에 고정될 수 있다. 로터리 테이블(210)이 회전하면 파일 제거 부재(115) 역시 회전할 수 있다.
파일 제거 부재(115)는 트레블링 블록(travelling block)(220)에 매달리며, 스위블(swivel)(230)은 시추관이 트레블링 블록(220)에 매달려 있는 동안에 파일 제거 부재(115)가 자유롭게 회전할 수 있도록 할 수 있다.
트레블링 블록(230)은 다중 시브 리프팅 블록(multi-sheave lifting block)으로 파일 제거 작업 동안, 파일 제거 부재(115)의 무게를 지지하며 드로워크스(drawworks)에 의한 상하 운동으로 파일 제거 부재(115)에 인장력을 제공할 수 있다.
이상에서 설명된 바와 같이 시추 데릭에 파일 제거 부재가 설치될 경우 인장력 및 비틀림력은 각각 트래블링 블록 및 로터리 테이블(210)에 의하여 파일 제거 부재(115)에 인가될 수 있다. 이 때 인장력은 파일(110)을 해저면에서 뽑을 수 있는 방향으로 인가될 수 있다.
이와 같이 파일(110)이 해저면으로부터 제거될 때 도 2에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 파일제거장치는 파일(110) 외측면과 해저면의 토양 사이의 마찰력 및 파일(110) 내측면과 머드 사이의 마찰력을 줄일 수 있다. 이에 따라 본 발명의 실시예에 따른 파일제거장치는 보다 쉽게 파일(110)을 제거할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 파일제거장치는 천공부(130), 고정용 패커(packer)(140), 및 노즐(nozzle)부(150)를 포함한다.
천공부(130)는 해저면에 묻힌 파일(110)에 홀(111)을 형성한다. 도 3은 천공부(130)의 일례를 나타낸다. 도 3에 도시된 바와 같이, 천공부(130)는 타격부(131), 탄성부(133), 및 천공용 밸브(135)를 포함할 수 있다.
천공용 밸브(135)가 열리면 해수와 같은 고압의 유체가 타격부(131)에 압력을 가하게 된다. 이 때 타격부(131)가 파일(110)에 가하는 충격량을 제어하기 위하여 천공용 밸브(135)의 개폐 시간이 조절될 수 있다.
이 때 드릴 데릭 등에 설치된 펌프(미도시)는 유체에 압력을 가할 수 있으며, 이에 따라 고압 호스(hose)와 같은 유체 이송부(125)는 고압의 유체를 이송시킬 수 있다.
고압 유체에 따른 압력에 따라 타격부(131)는 파일(110)을 타격함으로써 파일(110)에 홀(111)을 형성할 수 있다. 탄성부(133)는 파일(110)을 향하여 전진한 타격부(131)를 원래의 위치로 복귀시킬 수 있다.
도 3에서는 고압의 유체가 타격부(131)에 압력을 가하는 구조이나 이와 같은 구조 대신에 별도의 천공부용 유체(예를 들어, 오일)를 이용하여 타격부(131)에 압력을 가할 수도 있다.
고정용 패커(140)는 천공부(130)가 홀(111)을 형성할 때 파일(110)의 내측면과 접촉하도록 팽창하여 천공부(130)의 위치를 고정시킨다. 도 4는 고정용 패커(140)의 일례를 나타낸다. 도 4에 도시된 바와 같이, 고정용 패커(140)는 고정용 튜브(141)와 고정용 밸브(143)를 포함할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 고정용 밸브(143)가 열리면 고정용 튜브(141)에 고압의 유체가 주입되어 고정용 튜브(141)가 팽창할 수 있다. 이에 따라 고정용 패커(140)는 파일(110)의 내측면과 접촉할 수 있다. 고정용 밸브(143)가 닫히면 고정용 튜브(141)의 팽창 상태가 유지될 수 있다.
이후 고압의 유체 공급이 중지된 상태에서 고정용 밸브(143)가 열리면 고정용 튜브(141) 내부의 압력은 고정용 튜브(141)의 탄성력 등으로 인하여 낮아지므로 고정용 튜브(141)가 수축할 수 있다.
천공부(130)가 파일(110)에 홀(111)을 형성하기 위해서는 천공부(130)의 위치가 고정되어야 한다. 이를 위하여 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 천공부(130)의 상하에 각각 위치한 고정용 패커(140)가 팽창하여 파일(110)의 내측면과 접촉함으로써 천공부(130)의 위치를 고정시킬 수 있다.
고정용 패커(140)는 도 4와 다른 구조를 통하여 동작할 수 있다. 예를 들어, 고압의 유체가 고정용 튜브(141)에 주입되는 것이 아니라 공기나 오일과 같은 별도의 유체가 고정용 밸브(143)가 구비된 이송용 파이프(미도시)를 통하여 고정용 튜브(141)에 주입될 수 있다. 고정용 밸브(143)가 열린 상태에서 드릴 데릭 등에 설치된 고정용 펌프가 상기 별도의 유체 방향을 반대로 흐르게 함으로써 고정용 튜브(141)가 수축할 수 있다.
한편, 도 2 및 도 5의 노즐부(150)는 홀(111)이 형성된 후 고압 유체를 파일(110) 내부에 분사한다. 노즐부(150)는 노즐용 밸브(151)와 노즐(153)을 포함할 수 있다. 노즐용 밸브(151)가 열리면 고압 유체의 일부가 노즐(153)을 통하여 파일(110)의 내측면으로 분사될 수 있다. 이에 따라 파일(110) 내측면에 부착된 머드를 제거할 수 있을 뿐만 아니라 고압의 유체가 홀(111)을 통하여 파일(110) 외부로 분사되므로 파일(110) 외측면과 토양 사이의 마찰력이 감소할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 파일제거장치의 동작을 도면을 통해 상세히 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 앞서 설명된 유체 이송부(125)는 파일(110) 내부의 머드를 제거하는 드릴부(160)와 연결되며, 드릴부(160)의 드릴 비트(drill bit)(161)에는 상기 고압의 유체가 분사되는 드릴 노즐(drill nozzle)(163)이 형성될 수 있다.
이 때 드릴 비트(161)는 유체의 압력에 의하여 구동될 수 있다. 즉, 드릴 비트(161)는 회전자(미도시)의 축과 연결될 수 있고, 회전자는 회전자재하게 고정자(미도시)에 설치될 수 있다. 고정자를 통하여 고압의 유체가 유입되어 회전자에 공급됨으로써 회전자가 고속 회전할 수 있다. 이에 따라 드릴 비트(161)가 회전하여 파일(110) 내부의 머드를 제거할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 고정용 패커(140)가 팽창하여 천공부(130)의 위치를 고정시킬 수 있으며, 천공부(130)는 홀(111)을 파일(110)에 형성할 수 있다. 이와 같이 고정용 패커(140)가 파일(110)의 내측면과 접촉할 때 도 7에 도시된 바와 같이, 고정용 패커(140)는 파일(110)의 내측면과 접촉하는 제1 영역과 파일(110)의 내측면과 이격된 제2 영역을 포함할 수 있다.
이 때 앞서 설명된 드릴 노즐(163)로부터 유체가 분사되고 유체는 제2 영역과 파일(110) 내측면 사이의 공간을 통과할 수 있다. 이에 따라 천공부(130)의 위치 고정을 위하여 고정용 패커(140)가 팽창하여 파일(110)의 내측면과 접촉하더라도 드릴 노즐(163)을 통하여 분사된 유체의 이동이 고정용 패커(140)에 의하여 방해받는 것을 막을 수 있다.
유체 이송부(125) 및 드릴부(160)는 머드를 제거하면서 파일(110)의 하부로 소정 거리만큼 이동하며 홀(111)을 형성할 수 있다.
노즐부(150)를 통하여 분사된 유체가 홀(111)을 통하여 파일(110) 밖으로 유출될 때 유체가 홀(111) 이외의 영역으로 이동하는 것을 막기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 파일제거장치는 실링(sealing)용 패커(170)를 더 포함할 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 실링용 패커(170)는 실링용 튜브(171)와 실링용 밸브(173)를 포함할 수 있다.
실링용 밸브(173)가 열리면 실링용 튜브(171)에 고압의 유체가 주입되어 실링용 튜브(171)가 팽창할 수 있다. 이에 따라 실링용 패커(170)는 파일(110)의 내측면과 접촉할 수 있다.
노즐부(150)가 유체를 분사할 때 실링용 패커(170)가 팽창하여 파일(110)의 내측면과 접촉함으로써 노즐부(150)를 통하여 분사된 유체가 홀(111) 이외의 영역으로 이동할 수 없다. 이에 따라 홀(111)을 통하여 유출되는 유체의 속도가 증가하여 파일(110) 외측면이 토양을 용이하게 제거할 수 있다.
이와 같이 드릴 비트(161) 및 드릴 노즐(163)에 의하여 파일(110) 내부의 머드가 제거되고, 홀(111)을 통하여 분사되는 유체에 의하여 파일(110) 외부의 토양이 제거되므로 파일(110)과 토양 사이의 마찰력 그리고 파일(110)과 머드 사이의 마찰력이 줄어들어 파일(110) 제거가 용이하게 이루어질 수 있다.
실링용 밸브(173)가 닫히면 실링용 패커(170)의 팽창 상태가 유지될 수 있다. 고압의 유체 공급이 중지되고 실링용 밸브(173)가 열리면 실링용 튜브(171) 내부의 압력은 실링용 튜브(171)의 탄성력 등으로 인하여 낮아지므로 실링용 튜브(171)는 수축할 수 있다.
또한 실링용 패커(170)는 노즐부(150)보다 높은 제1 위치 및 노즐부(150)보다 낮은 제2 위치 각각에 위치하며, 제1 위치 및 제2 위치의 실링용 패커(170)들 사이에 홀(111)이 위치할 수 있다. 이에 따라 제1 위치 및 제2 위치의 실링용 패커(170)들 사이의 파일(110) 내부 공간에 노즐부(150)가 유체를 분사할 수 있으며, 상기 파일(110) 내부 공간에 형성된 홀(111)을 통하여 유체가 파일(110) 외부로 분사될 수 있다.
실링용 패커(170)는 도 8과 다른 구조를 통하여 동작할 수 있다. 예를 들어, 고압의 유체가 실링용 튜브(171)에 주입되는 것이 아니라 공기나 오일과 같은 별도의 유체가 실링용 밸브(173)가 구비된 이송용 파이프(미도시)를 통하여 실링용 튜브(171)에 주입될 수 있다. 실링용 밸브(173)가 열린 상태에서 드릴 데릭 등에 설치된 실링용 펌프가 상기 별도의 유체 방향을 반대로 흐르게 함으로써 실링용 튜브(171)가 수축할 수 있다.
이와 같이 천공부(130), 고정용 패커(140), 드릴 비트(161), 실링용 패커(170) 중 적어도 하나가 고압의 유체를 이용하여 동작하므로 본 발명의 실시예에 따른 파일제거장치의 구조가 간단해질 수 있다.
한편, 이상에서 설명된 천공용 밸브(135), 고정용 밸브(143), 노즐용 밸브(151), 실링용 밸브(173)의 개폐는 시추 데릭 등에 설치된 제어부(미도시)에 의하여 제어될 수 있다. 제어부로부터 출력된 밸브제어신호는 유체 이송부(125) 내부에 구비된 튜빙(미도시)에 의하여 보호되는 제어라인을 통하여 상기 밸브들로 전송될 수 있다.
이상의 설명에서는 도면에 한 쌍의 고정용 패커(140) 및 한 쌍의 실링용 패커(170)가 도시되어 있으나 이에 한정되지 않으면 본 발명의 실시예에 따른 파일제거장치는 필요에 따라 두 쌍 이상의 고정용 패커(140)나 실링용 패커(170)를 포함할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 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.
파일 : 110 홀 : 111
파일 제거 부재 : 115 연결부 : 120
유체 이송부 : 125 천공부 : 130
타격부 : 131 탄성부 : 133
천공용 밸브 : 135 고정용 패커 : 140
고정용 튜브 : 141 고정용 밸브 : 143
노즐부 : 150 노즐용 밸브 : 151
노즐 : 153 드릴부 : 160
드릴 비트 : 161 드릴 노즐 : 163
실링용 패커 : 170 실링용 튜브 : 171
실링용 밸브 : 173

Claims (8)

  1. 해저면에 묻힌 파일에 홀을 형성하는 천공부;
    상기 천공부가 상기 홀을 형성할 때 상기 파일의 내측면과 접촉하도록 팽창하여 상기 천공부의 위치를 고정시키는 고정용 패커; 및
    상기 홀이 형성된 후 유체를 상기 파일 내부에 분사하는 노즐부를 포함하며,
    상기 고정용 패커가 상기 파일의 내측면과 접촉할 때 상기 고정용 패커는 상기 파일의 내측면과 접촉하는 제1 영역과 상기 파일의 내측면과 이격된 제2 영역을 포함하고,
    상기 파일 내부의 머드를 제거하는 드릴부를 더 포함하며, 상기 드릴부의 드릴비트에 형성된 드릴 노즐로부터 상기 유체가 분사되고 상기 유체는 상기 제2 영역과 상기 파일 내측면 사이의 공간을 통과하는 파일제거장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 천공부는 상기 유체에 가해진 압력을 통하여 상기 홀을 형성하고, 상기 고정용 패커는 상기 유체가 상기 고정용 패커의 내부로 유입됨으로써 팽창하는 파일제거장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 드릴 비트는 상기 유체의 압력에 의하여 구동되는 파일제거장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 노즐부가 상기 유체를 분사할 때 상기 파일의 내측면과 접촉하도록 팽창하는 실링용 패커를 더 포함하는 파일제거장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 노즐부보다 높은 제1 위치 및 상기 노즐부보다 낮은 제2 위치 각각에 상기 실링용 패커가 위치하며,
    상기 제1 위치 및 상기 제2 위치의 상기 실링용 패커들 사이에 상기 홀이 위치하는 파일제거장치.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 실링용 패커는 상기 유체가 상기 실링용 패커의 내부로 유입됨으로써 팽창하는 파일제거장치.
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