KR101563721B1 - 머드 재생용 가스 제거장치 - Google Patents

Abstract

머드 재생용 가스 제거장치가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 리퀴드 머드(liquid mud)로부터 가스를 분리하는 기액 분리탱크; 상기 기액 분리탱크에 연결되어 상기 기액 분리탱크에서 분리된 상기 가스를 이송하는 가스 이송배관; 상기 가스 이송배관에 설치되는 가열부; 및 상기 가스 이송배관에서 분기되어, 상기 가열부에 의해 상기 가스 이송배관에서 상기 가스로부터 분리된 리퀴드 머드(liquid mud)를 상기 기액 분리탱크로 회송하는 회송배관을 포함하는 머드 재생용 가스 제거 장치가 제공된다.

Description

머드 재생용 가스 제거장치{DEGASSER FOR MUD TREATMENT}

본 발명은 머드 재생용 가스 제거장치에 관한 것이다.

육상 지하자원이 고갈되고 해저 자원에 대한 관심이 고조됨에 따라, 해저 자원을 개발하기 위해 다양한 해양 플랜트에 대한 연구가 진행되고 있다. 해양 플랜트 중에서도 시추설비의 대표적인 예로 드릴쉽(Drillship), 반잠수식 시추선(Semi-submersible drilling Rig), 잭업리그(Jack-up Rig) 등이 있다. 시추설비에는 단부에 드릴 비트(drill bit)가 형성된 드릴 파이프(drill pipe)가 구비된다. 드릴 비트의 드릴링 유체로 머드(mud)가 이용된다. 머드는 바라이트(barite), 벤토나이트(bentonite) 등을 포함하고, 시추설비에 탑재된 머드 탱크(mud tank)에 저장되었다가 머드 펌프(mud pump)에 의해 드릴 비트로 공급된다. 드릴 비트를 통해 배출된 머드는 라이저(riser)를 통해 회수되어 머드 재생 시스템을 거쳐 다시 머드 탱크로 순환된다. 머드 재생 시스템은 암석 제거기(shale shaker), 모래 제거기(desander), 가스 제거기(degasser) 및 미세모래 제거기(desilter)를 포함할 수 있다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0112636호(2011. 10. 13, 머드 재생용 가스 제거장치)에 개시되어 있다.

본 발명의 실시예들은 기액 분리탱크에서 분리 배출된 가스에 분산된 형태로 섞여 있는 리퀴드 머드(liquid mud)를 성층 분리하여 회수할 수 있는 머드 재생용 가스 제거장치를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 리퀴드 머드(liquid mud)로부터 가스를 분리하는 기액 분리탱크; 상기 기액 분리탱크에 연결되어 상기 기액 분리탱크에서 분리된 상기 가스를 이송하는 가스 이송배관; 상기 가스 이송배관에 설치되는 가열부; 및 상기 가스 이송배관에서 분기되어, 상기 가열부에 의해 상기 가스 이송배관에서 상기 가스로부터 분리된 리퀴드 머드(liquid mud)를 상기 기액 분리탱크로 회송하는 회송배관을 포함하는 머드 재생용 가스 제거 장치가 제공된다.

상기 가스 이송배관에 설치되는 진공펌프를 더 포함할 수 있다.

상기 가스 이송배관은 상기 가열부가 설치되는 제1 영역에서 상기 회송배관이 분기되는 제2 영역까지 상향 경사지게 형성될 수 있다.

상기 가스 이송배관의 내부에서 상향 돌출되고, 상기 제2 영역의 후단부에 배치되는 댐 플레이트를 더 포함할 수 있다.

상기 진공펌프는 상기 제2 영역 이후에 배치될 수 있다.

상기 회송배관은 상기 가스 이송배관으로부터 하향 분기될 수 있다.

상기 회송배관은 상기 기액 분리탱크에 저장된 상기 리퀴드 머드(liquid mud)의 수면 아래로 연결될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 기액 분리탱크에서 분리 배출된 가스에 분산된 형태로 섞여 있는 리퀴드 머드(liquid mud)를 성층 분리하여 회수함으로써, 리퀴드 머드(liquid mud)의 기액 분리율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 시추설비를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 머드 재생용 가스 제거장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 X부분을 확대하여 나타낸 도면이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

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.

이하, 본 발명에 따른 머드 재생용 가스 제거장치의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 시추설비를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 시추설비(10)는 단부에 드릴 비트(drill bit)(11)를 구비한 드릴 파이프(drill pipe)(12)를 포함한다.

드릴 파이프(12)는 해상에서 해저 면까지 연장될 수 있고, 드릴 비트(11)는 회전력을 이용하여 해저 면을 굴착할 수 있다. 드릴 비트(11)의 드릴링 유체로는 리퀴드 머드(liquid mud)가 사용된다. 리퀴드 머드는 바라이트(barite), 벤토나이트(bentonite) 등을 포함할 수 있다.

리퀴드 머드는 드릴 파이프(12)를 통해 머드 탱크(18)로부터 드릴 비트(11)까지 공급되고, 라이저(13)를 통해 회수되어 머드 재생 시스템을 거쳐 다시 머드 탱크(18)로 순환된다. 머드 재생 시스템은 암석 제거기(shale shaker)(14), 모래 제거기(desander)(15), 가스 제거기(degasser)(16) 및 미세모래 제거기(desilter)(17)를 포함할 수 있다. 가스 제거기(degasser)(16)에는 본 발명의 일 실시예에 따른 머드 재생용 가스 제거장치가 설치됨으로써 라이저(13)를 통해 회수된 리퀴드 머드에 섞인 가스를 제거할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 머드 재생용 가스 제거장치는 가스 제거기(16) 자체일 수도 있고, 후술하는 머드 공급배관(101) 및 머드 이송배관(103)을 통해 가스 제거기(16)에 연결됨으로써 리퀴드 머드는 가스 제거기(16)로부터 본 발명의 일 실시예에 따른 머드 재생용 가스 제거장치로 순환할 수 있다.

시추설비(10)는 예를 들어 드릴쉽(Drillship), 반잠수식 시추선(Semi-submersible drilling Rig) 또는 잭업리그(Jack-up Rig)일 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 머드 재생용 가스 제거장치를 나타낸 도면, 도 3은 도 2의 X부분을 확대하여 나타낸 도면이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 머드 재생용 가스 제거장치(20)는 기액 분리탱크(100), 가열부(110), 회송배관(120) 및 진공펌프(130)를 포함한다.

기액 분리탱크(100)에는 머드 공급배관(101), 머드 이송배관(103) 및 가스 이송배관(105)이 연결된다.

리퀴드 머드와 가스의 혼합물(A+B)은 머드 공급배관(101)을 통해 기액 분리탱크(100)로 공급되고, 기액 분리탱크(100)에서 리퀴드 머드(A)와 가스(B)로 분리될 수 있다.

기액 분리탱크(100)는 리퀴드 머드(A)와 가스(B) 사이의 비중 차이를 이용하여 리퀴드 머드(A)와 가스(B)를 상호간에 분리할 수 있다. 즉, 가스(B)에 비해 상대적으로 무거운 리퀴드 머드(A)는 기액 분리탱크(100)의 하부에 연결된 머드 이송배관(103)을 통해 외부로 배출되고, 리퀴드 머드(A)에 비해 상대적으로 가벼운 가스(B)는 기액 분리탱크(100)의 상부에 연결된 가스 이송배관(105)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 본 실시예에서, 기액 분리탱크(100)는 리퀴드 머드(A)와 가스(B) 사이의 비중 차이를 이용하여 리퀴드 머드(A)와 가스(B)를 상호간에 분리하였지만, 리퀴드 머드(A)와 가스(B)를 분리하는 원리는 이에 한정되지 않고 다양한 기액 분리기술이 사용될 수 있다.

가스 이송배관(105)을 통해 배출되는 가스(B)에는 소량의 리퀴드 머드(A)가 분산된 형태로 섞여 있을 수 있다. 이러한 리퀴드 머드(A)는 가스 이송배관(105)이나 진공펌프(130)에 고착되어 문제를 야기할 수 있다. 따라서, 리퀴드 머드(A)와 가스(B) 사이의 기액 분리율을 향상시켜 이러한 문제를 최소화할 필요가 있다.

가열부(110)는 가스 이송배관(105)에 설치된다.

가열부(110)는 가스 이송배관(105)의 일정 영역, 예를 들어 가스 이송배관(105)의 입구(105a)로부터 이격되어 배치되는 제1 영역(105b)에 설치될 수 있다.

가열부(110)는 전기, 온수, 증기 등을 이용하여 발열할 수 있다.

가열부(110)는 가스 이송배관(105)을 따라 이송되는 가스(B)를 가열함으로써, 가스(B) 내에 분산된 형태로 섞여 있는 리퀴드 머드(A)를 성층 분리할 수 있다. 가스(B)를 가열하면, 온도 변화에 따른 비중 변화가 리퀴드 머드(A)에 비해 가스(B)에서 크게 발생하기 때문에, 리퀴드 머드(A)와 가스(B) 사이의 상 분리가 촉진될 수 있고, 가스(B)에 비해 상대적으로 무거운 리퀴드 머드(A)는 가스 이송배관(105)의 하부로 이동하고, 리퀴드 머드(A)에 비해 상대적으로 가벼운 가스(B)는 가스 이송배관(105)의 상부로 이동할 수 있다. 즉, 리퀴드 머드(A)와 가스(B)는 가스 이송배관(105) 내에서 성층류(stratified flow)를 형성할 수 있다.

가열부(110)는 가스(B)의 이송 경로를 감싸도록 중공의 실린더 형상으로 형성되는 히팅 재킷(heating jacket) 또는 히팅 패드(heating pad)일 수 있고, 가스 이송배관(105)의 외면 또는 내면과 외면 사이에 설치될 수 있다.

회송배관(120)은 가스 이송배관(105)으로부터 분기되어 기액 분리탱크(100)로 연결된다.

회송배관(120)은 가스 이송배관(105) 내에서 가열부(110)에 의해 가스(B)로부터 성층 분리된 리퀴드 머드(A)를 기액 분리탱크(100)로 회송한다. 회송배관(120)은 가스 이송배관(105)의 하부에서 성층류를 형성하는 리퀴드 머드(A)를 효율적으로 회송하기 위하여 가스 이송배관(105)에서 하향 분기될 수 있다. 즉, 회송배관(120)은 가스 이송배관(105)의 저면에서 분기될 수 있다.

회송배관(120)은 가스 이송배관(105)의 일정 영역, 예를 들어 가스(B)의 이송 방향을 따라 제1 영역(105b) 이후에 배치된 제2 영역(105c)에서 분기되고, 회송배관(120)을 통해 이송되는 리퀴드 머드(A)의 이송 방향을 따라 하향 경사지게 형성될 수 있다. 그 결과, 리퀴드 머드(A)는 회송배관(120)에 펌프가 설치되지 않아도 중력에 의해 회송배관(120)을 통해 이송될 수 있다.

회송배관(120)은 기액 분리탱크(100)에 저장된 리퀴드 머드(A)의 수면 아래로 연결될 수 있다. 그 결과, 기액 분리탱크(100)에서 분리된 가스(B)가 가스 이송배관(105)이 아닌 회송배관(120)을 통해 배출됨으로써, 회송배관(120)을 통해 회송되는 리퀴드 머드(A)의 유동을 교란하는 것을 방지할 수 있다.

한편, 가스 이송배관(105)은 제1 영역(105b)에서 제2 영역(105c)까지 상향 경사지게 형성됨으로써, 성층 분리된 리퀴드 머드(A)의 일부가 가스(B)의 움직임에 동조하여 회송배관(120)으로 유입되지 않고 가스 이송배관(105)을 통해 계속하여 이송되는 것을 저지할 수 있다. 또한, 리퀴드 머드(A)가 가스 이송배관(105) 내에 체류하는 시간을 증가시킴으로써, 기액 분리율을 향상시키고 리퀴드 머드(A)가 회송배관(120)으로 유입되지 않고 가스 이송배관(105)을 통해 계속하여 이송되는 것을 최소화할 수 있다. 즉, 가스 이송배관(105)은 제1 영역(105b)에서 제2 영역(105c)까지 수평면과 소정의 각도(α)를 형성할 수 있다.

가스 이송배관(105)에는 댐 플레이트(107)가 설치될 수 있다.

댐 플레이트(107)는 제2 영역(105c)의 후단부, 즉 가스(B)의 이송 방향을 따라 회송배관(120)의 분기점 이후에 설치될 수 있다.

댐 플레이트(107)는 가스 이송배관(105)의 내면으로부터 상향 돌출됨으로써, 리퀴드 머드(A)가 회송배관(120)으로 유입되지 않고 가스 이송배관(105)을 따라 계속하여 이송되는 것을 저지할 수 있다.

댐 플레이트(107)는 가스 이송배관(105)에서 경사지게 돌출될 수 있다. 구체적으로, 댐 플레이트(107)는 가스 이송배관(105)의 내면과 소정의 각도(β)를 형성할 수 있다. 특히, 댐 플레이트(107)는 가스(B)의 이송 방향으로 경사지게 형성됨으로써, 가스(B)의 유동 저항을 최소화할 수 있다.

진공펌프(130)는 가스 이송배관(105)에 설치된다.

진공펌프(130)는 가스(B)가 가스 이송배관(105)을 따라 이송될 수 있도록 가스 이송배관(105)에 부압(negative pressure)을 제공할 수 있다.

진공펌프(130)는 가스(B)의 이송 방향을 따라 제2 영역(105c) 이후에 설치됨으로써, 가스(B) 내에 분산된 형태로 섞여 있는 리퀴드 머드(A)로 인한 손상을 최소화할 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

10: 시추설비 11: 드릴 비트
12: 드릴 파이프 13: 라이저
14: 암석 제거기 15: 모래 제거기
16: 가스 제거기 17: 미세모래 제거기
18: 머드 탱크 20: 머드 재생용 가스 제거장치
100: 기액 분리탱크 101: 머드 공급배관
103: 머드 이송배관 105: 가스 이송배관
105a: 입구 105b: 제1 영역
105c: 제2 영역 107: 댐 플레이트
110: 가열부 120: 회송배관
130: 진공펌프

Claims (7)

1. 리퀴드 머드(liquid mud)로부터 가스를 분리하는 기액 분리탱크;
   상기 기액 분리탱크에 연결되어 상기 기액 분리탱크에서 분리된 상기 가스를 이송하는 가스 이송배관;
   상기 가스 이송배관에 설치되는 가열부; 및
   상기 가스 이송배관에서 분기되어, 상기 가열부에 의해 상기 가스 이송배관에서 상기 가스로부터 분리된 리퀴드 머드(liquid mud)를 상기 기액 분리탱크로 회송하는 회송배관을 포함하는 머드 재생용 가스 제거장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 가스 이송배관에 설치되는 진공펌프를 더 포함하는 머드 재생용 가스 제거장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 가스 이송배관은 상기 가열부가 설치되는 제1 영역에서 상기 회송배관이 분기되는 제2 영역까지 상향 경사지게 형성되는 머드 재생용 가스 제거장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 가스 이송배관의 내부에서 상향 돌출되고, 상기 제2 영역의 후단부에 배치되는 댐 플레이트를 더 포함하는 머드 재생용 가스 제거장치.
5. 제3항에 있어서,
   상기 진공펌프는 상기 제2 영역 이후에 배치되는 머드 재생용 가스 제거장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 회송배관은 상기 가스 이송배관으로부터 하향 분기되는 머드 재생용 가스 제거장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 회송배관은 상기 기액 분리탱크에 저장된 상기 리퀴드 머드(liquid mud)의 수면 아래로 연결되는 머드 재생용 가스 제거장치.

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