KR101563724B1 - 머드 재생용 가스 제거장치 - Google Patents

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구근회
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이인수
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

머드 재생용 가스 제거장치가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 리퀴드 머드(liquid mud)로부터 가스를 분리하는 기액 분리탱크; 상기 기액 분리탱크에서 분리되는 상기 가스를 배출하는 가스 이송배관; 상기 가스 이송배관을 통해 배출되는 상기 가스의 전기저항을 측정하는 전기저항 측정센서; 및 상기 전기저항 측정센서에서 측정된 전기저항이 기 설정값을 초과하면, 상기 가스 이송배관을 폐쇄하도록 제어하는 제어부를 포함하는 머드 재생용 가스 제거장치가 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 배출되는 가스에 리퀴드 머드(liquid mud)가 분산된 형태로 섞여 있는지 탐지할 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 분리탱크에서 분리되는 상기 가스를 배출하는 가스 이송배관; 상기 가스 이송배관을 통해 배출되는 상기 가스의 전기저항을 측정하는 전기저항 측정센서; 및 상기 전기저항 측정센서에서 측정된 전기저항이 기 설정값을 초과하면, 상기 가스 이송배관을 폐쇄하도록 제어하는 제어부를 포함하는 머드 재생용 가스 제거장치가 제공된다.
상기 가스 이송배관에 설치되는 개폐밸브; 및 상기 개폐밸브의 폐쇄시간을 설정하는 타이머를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 가스 이송배관이 폐쇄된 후 상기 타이머에 의해 설정된 폐쇄시간이 경과하면 상기 가스 이송배관을 개방하도록 상기 개폐밸브를 제어할 수 있다.
상기 가스 이송배관의 입구는 상기 기액 분리탱크의 상부에 형성될 수 있다.
상기 개폐밸브는, 상기 가스 이송배관의 입구 아래에 배치되는 차단 플레이트; 및 상기 차단 플레이트를 상하 이송하여 상기 가스 이송배관의 입구를 개방하거나 폐쇄할 수 있는 구동부를 포함할 수 있다.
상기 차단 플레이트는 상기 가스 이송배관의 입구보다 큰 단면적을 가질 수 있다.
상기 전기저항 측정센서는, 상기 차단 플레이트의 윗면에서 상기 가스 이송배관의 입구를 향해 상향 돌출되게 설치되는 2개의 탐침(probe)을 포함할 수 있다.
상기 전기저항 측정센서는 복수의 전기저항 측정센서로 이루어지고, 상기 제어부는 상기 복수의 전기저항 측정센서에서 측정된 전기저항의 평균값을 상기 기 설정값과 비교하여 상기 개폐밸브를 제어할 수 있다.
상기 복수의 전기저항 측정센서는 상기 차단 플레이트에 방사상으로 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 기액 분리탱크에서 분리 배출되는 가스에 리퀴드 머드(liquid mud)가 분산된 형태로 섞여 있는지 전기저항 측정센서를 통해 탐지하고, 전기저항 측정센서에서 탐지된 결과에 따라 개폐밸브에 의해 가스 이송배관을 개방하거나 폐쇄함으로써, 리퀴드 머드(liquid mud)와 가스 사이의 기액 분리율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 시추설비를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 머드 재생용 가스 제거장치를 가스 이송배관이 개방된 상태로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 머드 재생용 가스 제거장치를 가스 이송배관이 폐쇄된 상태로 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2의 I - I´에서 절단하여 차단 플레이트를 나타낸 도면이다.
도 5는 제어부를 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 가스 이송배관이 개방된 상태로 나타낸 도면, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 머드 재생용 가스 제거장치를 가스 이송배관이 폐쇄된 상태로 나타낸 도면, 도 4는 도 2의 I - I´에서 절단하여 차단 플레이트를 나타낸 도면, 도 5는 제어부를 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 머드 재생용 가스 제거장치(20)는 기액 분리탱크(100), 진공펌프(110), 개폐밸브(120), 전기저항 측정센서(130), 타이머(140) 및 제어부(150)를 포함할 수 있다.
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.
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(110)에 고착되어 문제를 야기할 수 있다. 따라서, 리퀴드 머드(A)와 가스(B) 사이의 기액 분리율을 향상시켜 이러한 문제를 최소화할 필요가 있다.
진공펌프(110)는 가스 이송배관(105)에 설치된다.
진공펌프(110)는 가스(B)가 가스 이송배관(105)을 따라 이송될 수 있도록 가스 이송배관(105)에 부압(negative pressure)을 제공할 수 있다.
개폐밸브(120)는 가스 이송배관(105)에 설치된다.
개폐밸브(120)는 가스 이송배관(105)을 개방하거나 폐쇄함으로써 가스(B)가 가스 이송배관(105)으로 유입되는 것을 허용하거나 저지할 수 있다.
개폐밸브(120)는 차단 플레이트(121) 및 구동부(123)을 포함할 수 있다.
차단 플레이트(121)는 가스 이송배관(105)의 입구(107)를 개방하거나 폐쇄할 수 있다.
차단 플레이트(121)는 가스 이송배관(105)의 입구(107)가 기액 분리탱크(100)의 윗면에 형성되는 경우에 가스 이송배관(105)의 입구(107) 아래에 배치될 수 있고, 가스 이송배관(105)의 내벽에 밀착되어 가스 이송배관(105)의 입구(107)를 폐쇄할 수 있다.
구동부(123)는 차단 플레이트(121)를 상하로 이송할 수 있다.
예를 들어, 구동부(123)는 구동모터 및 구동모터의 회전 운동을 차단 플레이트(121)의 상하 왕복 운동으로 변환할 수 있는 기어 어셈블리를 포함할 수 있다. 기어 어셈블리는 차단 플레이트(121)의 윗면에서 상향 연장되는 가이드 막대(122)에 형성되는 랙 기어(rack gear) 및 구동모터의 회전축에 형성되고 랙 기어에 치합하는 피니언 기어(pinion gear)를 포함할 수 있다. 하지만, 구동부(123)는 이에 한정되지 않고, 유압 실린더 등의 다양한 공지기술이 사용될 수도 있다.
구동부(123)는 차단 플레이트(121)를 상하로 이송함으로써 가스 이송배관(105)의 입구(107)를 폐쇄하거나 개방할 수 있다. 그 결과, 가스(B)가 가스 이송배관(105)으로 유입되는 것이 저지되거나 허용될 수 있다.
한편, 차단 플레이트(121)는 가스 이송배관(105)의 입구(107)가 개방된 상태에서 기액 분리탱크(100)에 저장된 리퀴드 머드(A)가 자체 유동에 의해 비산하여 가스 이송배관(105)의 입구(107)로 직접 유입되는 것을 차단할 수도 있다. 이러한 효과를 극대화하기 위해, 차단 플레이트(121)는 가스 이송배관(105)의 입구(107)보다 큰 단면적을 가지도록 형성될 수도 있다.
전기저항 측정센서(130)는 가스 이송배관(105)을 통해 배출되는 가스(B)의 전기저항을 측정한다.
전기저항 측정센서(130)에서 측정된 가스(B)의 전기저항으로부터 가스(B) 내에 리퀴드 머드(A)가 분산된 형태로 섞여 있는지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 리퀴드 머드(A)는 바라이트(barite), 벤토나이트(bentonite) 등을 포함할 수 있는데, 이들은 가스(B) 고유의 전기저항보다 높은 전기저항을 가지기 때문에, 전기저항 측정센서(130)에서 측정된 가스(B)의 전기저항이 기 설정값, 예를 들어 가스(B) 고유의 전기저항보다 크면 가스(B) 내에 리퀴드 머드(A)가 분산된 형태로 섞여 있다고 판단할 수 있다.
전기저항 측정센서(130)는 2개의 탐침(probe)(131, 133)을 포함할 수 있다.
전기 저항 측정센서(130)는 2개의 탐침(131, 133) 사이로 유동하는 가스(B)의 전기저항을 측정할 수 있다.
2개의 탐침(131, 133)은 차단 플레이트(121)의 윗면에서 가스 이송배관(105)의 입구(107)를 향해 상향 돌출되게 설치됨으로써, 기액 분리탱크(100)에 저장된 리퀴드 머드(A)가 자체 유동에 의해 비산하여 전기저항 측정에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
2개의 탐침(131, 133)은 가스 이송배관(105)의 입구(107)의 직 하방에 배치됨으로써, 차단 플레이트(121)가 가스 이송배관(105)의 입구(107)를 차단하는 경우에는 가스 이송배관(105)의 내부로 이동할 수 있다. 그 결과, 차단 플레이트(121)가 기액 분리탱크(100)의 윗면에 밀착되는 것을 2개의 탐침(131, 133)이 방해하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 차단 플레이트(121)가 가스 이송배관(105)의 입구(107)보다 큰 단면적을 가지는 경우, 가스(B)는 기액 분리탱크(100)의 윗면과 차단 플레이트(121)의 윗면 사이로 형성되는 통로를 거친 후에 가스 이송배관(105)으로 배출되기 때문에, 가스(B)는 차단 플레이트(121)의 윗면을 따라 유동할 수 있고, 그 결과 가스(B)는 차단 플레이트(121)의 윗면에 설치된 2개의 탐침(131, 133) 사이로 유동할 수 있다. 즉, 차단 플레이트(121)는 가스(B)가 2개의 탐침(131, 133) 사이로 유동할 수 있도록 안내할 수 있다.
타이머(140)는 개폐밸브(120)의 폐쇄시간, 즉 개폐밸브(120)가 가스 이송배관(105)을 폐쇄하는 시간을 설정할 수 있다.
개폐밸브(120)의 폐쇄시간 동안, 기액 분리탱크(100) 내에서는 리퀴드 머드(A)와 가스(B) 사이의 비중 차이에 의해 가스(B)에 분산된 형태로 섞여 있는 리퀴드 머드(A)가 가스(B)로부터 분리되어 기액 분리탱크(100)의 하부로 이동하고, 가스(B)는 기액 분리탱크(100)의 상부로 이동할 수 있다. 즉, 리퀴드 머드(A)와 가스(B) 사이의 상 분리 시간이 충분히 확보됨으로써, 리퀴드 머드(A)와 가스(B) 사이의 기액 분리율이 향상될 수 있다.
제어부(150)는 전기저항 측정센서(130)와 타이머(140)에서 입력되는 신호를 기초로 진공펌프(110) 및 개폐밸브(120)를 제어할 수 있다.
구체적으로, 전기저항 측정센서(130)에서 측정된 전기저항이 기 설정값을 초과하면, 제어부(150)는 가스 이송배관(105)을 차단하도록 개폐밸브(120)를 제어하고 진공펌프(110)를 정지시킬 수 있다. 가스 이송배관(105)이 폐쇄된 후 타이머(140)에 의해 설정된 폐쇄시간이 경과하면, 제어부(150)는 가스 이송배관(105)을 개방하도록 개폐밸브(120)를 제어하고 진공펌프(110)를 작동시킬 수 있다. 상기 기 설정값은 상술한 것처럼 가스(B) 고유의 전기저항으로 설정되거나, 가스(B) 내에 소정의 범위 내로 리퀴드 머드(A)가 혼합된 상태를 허용한다면 이에 따라 가스(B) 고유의 전기저항보다 크게 설정될 수도 있다.
한편, 전기저항 측정센서(130)는 도 4에 도시된 것처럼 차단 플레이트(121)의 윗면에서 가스 이송배관(105)의 입구(107)의 중심축(C)을 중심으로 방사상으로 복수로 배치될 수 있다. 이 경우, 제어부(150)는 복수의 전기저항 측정센서(130)에서 측정된 전기저항의 평균값을 기 설정값과 비교하여 진공펌프(110) 및 개폐밸브(120)를 제어함으로써, 가스(B) 내에 리퀴드 머드(A)가 분산된 형태로 섞여 있는지 여부를 보다 정확하게 판단할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 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
107: 입구 110: 진공펌프
120: 개폐밸브 121: 차단 플레이트
122: 가이드 막대 123: 구동부
130: 전기저항 측정센서 131, 133: 탐침
140: 타이머 150: 제어부

Claims (8)

  1. 리퀴드 머드(liquid mud)로부터 가스를 분리하는 기액 분리탱크;
    상기 기액 분리탱크에서 분리되는 상기 가스를 배출하는 가스 이송배관;
    상기 가스 이송배관을 통해 배출되는 상기 가스의 전기저항을 측정하는 전기저항 측정센서; 및
    상기 전기저항 측정센서에서 측정된 전기저항이 기 설정값을 초과하면, 상기 가스 이송배관을 폐쇄하도록 제어하는 제어부를 포함하는 머드 재생용 가스 제거장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스 이송배관에 설치되는 개폐밸브; 및
    상기 개폐밸브의 폐쇄시간을 설정하는 타이머를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 가스 이송배관이 폐쇄된 후 상기 타이머에 의해 설정된 폐쇄시간이 경과하면 상기 가스 이송배관을 개방하도록 상기 개폐밸브를 제어하는 머드 재생용 가스 제거장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가스 이송배관의 입구는 상기 기액 분리탱크의 상부에 형성되는 머드 재생용 가스 제거장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 개폐밸브는,
    상기 가스 이송배관의 입구 아래에 배치되는 차단 플레이트; 및
    상기 차단 플레이트를 상하 이송하여 상기 가스 이송배관의 입구를 개방하거나 폐쇄할 수 있는 구동부를 포함하는 머드 재생용 가스 제거장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 차단 플레이트는 상기 가스 이송배관의 입구보다 큰 단면적을 가지는 머드 재생용 가스 제거장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 전기저항 측정센서는,
    상기 차단 플레이트의 윗면에서 상기 가스 이송배관의 입구를 향해 상향 돌출되게 설치되는 2개의 탐침(probe)을 포함하는 머드 재생용 가스 제거장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 전기저항 측정센서는 복수의 전기저항 측정센서로 이루어지고,
    상기 제어부는 상기 복수의 전기저항 측정센서에서 측정된 전기저항의 평균값을 상기 기 설정값과 비교하여 상기 개폐밸브를 제어하는 머드 재생용 가스 제거장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 전기저항 측정센서는 상기 차단 플레이트에 방사상으로 배치되는 머드 재생용 가스 제거장치.
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