KR101620923B1 - 부표식 생산 시스템을 위한 계류 시스템 - Google Patents

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Abstract

부표식 생산 시스템을 위한 계류 시스템으로서, 무어링 라인(mooring line)에 의해 계류되고 잠수 또는 부상이 가능하도록 발라스트 탱크를 구비하는 마커 부이(marker buoy);를 포함하며, 상기 마커 부이에는 유연한 라이저(flexible riser)의 상단부가 연결되고, 상기 마커 부이의 상면은 생산 설비 또는 운반선의 하면에 분리 가능하게 결합되는 구성을 마련함으로써, 환경 조건 악화시에는 마커 부이가 생산 설비 또는 운반선과 분리된 후 바닷속 지표면에 위치되는바, 극한의 환경에서도 파도 및 조류에 의해 파손될 위험성을 감소시킬 수 있다.

Description

부표식 생산 시스템을 위한 계류 시스템{Mooring System for Buoy Type Production System}
본 발명은 부표식 생산 시스템을 위한 계류 시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 무어링 라인(mooring line) 및 라이저(riser)가 연결된 마커 부이(marker buoy)의 상면이 생산 설비 또는 운반선의 하면에 분리 가능하게 결합될 수 있고, 환경 조건 악화시에는 마커 부이가 생산 설비 또는 운반선과 분리된 후 바닷속 지표면에 위치될 수 있는 부표식 생산 시스템을 위한 계류 시스템에 관한 것이다.
해수면 밑에 설치되는 채굴·분리·이송 설비는 보통 '서브시(subsea)'로 불린다. 해양 플랜트는 크게 해상 플랫폼과 서브시 두 부문으로 나뉘며, 시장 규모는 서브시가 현재 두 배 가까이 크다.
서브시 시장의 급성장은 육상(陸上)·천해(淺海)에 매장된 에너지 자원 고갈로 수심 500m 이상의 심해(深海)에 위치한 유정(油井) 개발 수요가 급증하고 있기 때문이다. 세계 에너지 전문가들은 세계 석유 매장량의 30% 이상인 1조6000만 배럴이 해양에 매장돼 있는 것으로 추산하고 있다. 유가 급등과 원유 시추 기술 발달에 따라 새로 발견되는 원유와 가스 유정의 평균 수심은 1990년대 초반 수심 200m 안팎에서 2000년대 후반 1000m로 깊어졌다. 최근 들어서는 수심 3000m 안팎의 심해 유정 개발에도 성공한 상태이다.
서브시는 크게 바닷속 지표면인 해상(海床)에 설치되는 해저 생산처리 설비와, 해상 플랫폼과 생산처리 설비를 연결하는 파이프·케이블인 URF(엄빌리컬·라이저·플로라인)로 분류할 수 있다.
해저 생산처리 설비로는 유정에서 나오는 유정 분출 혼합물(well fluid)의 양을 제어하는 크리스마스 트리, 크리스마스 트리에서 이송된 유정 분출 혼합물을 모으고 해상으로 쏘아올리는 매니폴드(manifold), 원유·가스·물을 1차 분리하는 분리기 등이 있다.
URF는 해상 플랫폼과 매니폴드를 연결해 전력이나 유압 등을 제어하는 케이블인 엄빌리컬, 해상 플랫폼으로 유정 분출 혼합물이 이송되는 통로인 라이저(riser), 크리스마스 트리와 매니폴드를 연결하는 플로라인(flowline)을 각각 일컫는 말이다.
일반적으로 해저생산플랜트는 다수의 유정(well)에 대응하여 하나의 매니폴드를 설치하고, 매니폴드에 해저 파이프라인을 연결하여 유정 분출 혼합물을 해상의 플랫폼(platform)으로 이송하는 방법이 이용된다.
해저 파이프라인은 해저면 상에 설치되는 플로라인과 플로라인에서 해수면 방향으로 설치되어 해상의 플랫폼으로 이송하는 라이저로 구분된다.
해상에서 시추나 석유 및 천연가스를 생산하기 위한 해상 플랫폼에는 고정식 플랫폼(fixed platform), 컴플라이언트 타워(compliant tower), 반잠수식 플랫폼(semi-submersible platform), 갑판승강형 플랫폼(jack-up platform), 드릴쉽(drillships), 부유식 생산 시스템(floating production system: FPSO, FSO, FSU, FSRU 등), 텐션 레그 플랫폼(tension-leg platform), 스파 플랫폼(SPAR platform) 등이 있다.
FPSO나 FSRU 등의 선박은 해저 유전(또는 가스전)이 위치하는 심해지역의 해상에서 부유하며, 해저 유전(또는 가스전)으로부터 직접 원유(또는 가스)를 이송받아 이를 저장하거나 가스를 재 기화하는 공정을 수행한다.
이때, 해저 유전(또는 가스전)으로부터 FPSO, FSRU등의 선박에 원유(또는 가스)를 이송하기 위해서는 교합용 커넥터의 역할을 하는 수중 부이(submerged buoy)가 필요하다. 따라서, FPSO, FSRU 등의 선박에는 수중 부이를 선체쪽으로 견인하여 교합시키기 위한 STL(Submerged Turret Loading) 시스템이 설치되어야 한다.
수중 부이가 선박 하부의 수용공간에 체결되는 STL 시스템에 관한 기술의 일 예로서, 하기의 특허문헌 1에서는 '선박용 ＳＴＬ 모듈화 설치방법 및 구조'가 제안된 바 있고, 하기의 특허문헌 2에서는 '선박에 설치되는 ＳＴＬ시스템의 콘구조물'이 제안된 바 있으며, 해양 구조물을 계류시키기 위한 계류장치에 관한 기술의 일 예로서, 하기의 특허문헌 3에서는 '부유구조물 또는 선박의 계류설비'가 제안된 바 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-0785479호(공고일자 2007년 12월 13일) 대한민국 등록특허공보 제10-1019179호(공고일자 2011년 03월 04일) 대한민국 등록특허공보 제10-1422502호(공고일자 2014년 07월 29일)
상기한 바와 같이, 육상·천해에 매장된 에너지 자원 고갈로 수심 500m 이상의 심해에 위치한 유정 개발 수요가 급증하고 있어, 유가 급등에 따라 중소형 유전 개발을 위하여 경제성을 갖춘 부표식 무인 생산 시스템을 활용하는 방안이 부각되고 있는바, 이를 위한 효율적인 생산 설비 및 계류 시스템을 제안하고자 한다.
세계 해양 생산설비 계류 시스템 시장은 연간 10억 달러 규모이고 안전성이 가장 중요한 요소이며, 무인 생산 시스템의 경우는 설치 및 해체에 대한 소요 시간을 줄이는 것이 중요하다.
현재, 북해 영국 해역의 유전을 기준으로 경제성이 낮은 소형 유전 개발의 필요성이 부각되고 있어 4천5백만 석유 환산 배럴(MMboe) 이하의 규모를 갖는 수심 600m의 유정을 개발하려 하고 있다.
유전 개발시에는 CAPEX(Capital expenditures: 미래의 이윤을 창출하기 위해 지출된 비용) 비중이 중요하다.
부유식 원유 생산·저장·하역 설비(FPSO; Floating Production Storage and Offloading)를 이용한 유전 개발의 경우는 CAPEX 비중이 높아 경제성이 낮은바, 단순화된 무인 생산 시스템을 개발하여 경제성을 확보할 필요가 있으므로, 시장이 요구하는 저비용 고효율 생산 시스템을 개발하고자 하는 것이다.
본 발명의 목적은, 무어링 라인(mooring line) 및 라이저(riser)가 연결된 마커 부이(marker buoy)의 상면이 생산 설비 또는 운반선의 하면에 분리 가능하게 결합될 수 있도록 하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 무어링 라인 및 라이저가 연결된 마커 부이의 상면이 생산 설비 또는 운반선의 하면에 자성체를 이용하여 분리 가능하게 결합될 수 있도록 하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 환경 조건 악화시에는 마커 부이가 생산 설비 또는 운반선과 분리된 후 바닷속 지표면에 위치되도록 하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 무어링 노드(mooring node)에 다수의 무어링 라인(mooring line)이 연결될 경우에 하중이 분산되도록 하는 데 있다.
상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 부표식 생산 시스템을 위한 계류 시스템으로서, 무어링 라인(mooring line)에 의해 계류되고 잠수 또는 부상이 가능하도록 발라스트 탱크를 구비하는 마커 부이(marker buoy);를 포함하며, 상기 마커 부이에는 유연한 라이저(flexible riser)의 상단부가 연결되고, 상기 마커 부이의 상면은 생산 설비 또는 운반선의 하면에 분리 가능하게 결합되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 마커 부이의 상면에 구비되는 마커 부이 자성체; 및 상기 생산 설비 또는 상기 운반선의 하면에 구비되는 설비 자성체;를 더 포함하며, 상기 마커 부이 자성체는 영구 자석 또는 전자석이고, 상기 설비 자성체는 전자석이며, 상기 마커 부이의 상면과 상기 생산 설비 또는 상기 운반선의 하면은, 상기 마커 부이 자성체와 상기 설비 자성체 사이의 인력을 이용하여 결합되고, 상기 마커 부이 자성체와 상기 설비 자성체 사이의 척력을 이용하여 분리되는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 상기 생산 설비 또는 상기 운반선은 상기 마커 부이를 중심으로 자유롭게 회전될 수 있도록 일점 계류(single point mooring) 방식으로 계류되는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 상기 마커 부이에는, 상기 마커 부이의 위치를 알아내기 위한 GPS 수신기 및 상기 마커 부이의 위치 정보를 쏘아 보내기 위한 위치 정보 송신기가 더 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 상기 마커 부이에는, 상기 발라스트 탱크의 부력을 조절하기 위한 신호를 수신하는 동작 신호 수신기, 상기 발라스트 탱크 내부에 물을 채우거나 상기 발라스트 탱크 내부의 물을 외부로 배출시키는 펌프 및 상기 동작 신호 수신기를 통해 수신된 신호에 따라 상기 펌프를 동작시켜 상기 발라스트 탱크의 부력을 조절하는 제어기가 더 구비되어, 상기 생산 설비 또는 상기 운반선에서 원격으로 상기 마커 부이를 잠수 또는 부상시킬 수 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 상기 생산 설비는 무인 설비인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명은, 유정 분출 혼합물(well fluid)을 원유, 가스 및 물로 분리하는 부유식 생산 설비로서, 횡동요(rolling)를 감소시키도록 상기 생산 설비의 선저 만곡부(bilge)로부터 돌출되어 선수에서 선미 방향으로 형성되는 만곡부 용골(bilge keel);을 포함하며, 무어링 라인(mooring line)에 의해 계류되고 잠수 또는 부상이 가능하도록 발라스트 탱크를 구비하는 마커 부이(marker buoy) 상에 분리 가능하게 결합되고, 상기 마커 부이에는 유연한 라이저(flexible riser)의 상단부가 연결되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 생산 설비는 무인 설비인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명은, 무어링 라인(mooring line)이 결합되도록 마커 부이의 하부에 마련되는 무어링 노드(mooring node)로서, 상기 무어링 노드는 다각뿔 또는 원뿔 형태로 형성되고, 상기 무어링 라인은 상기 무어링 노드의 다각형 밑면의 꼭짓점 부위 또는 원형 밑면의 테두리 부위에 결합되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 부표식 생산 시스템을 위한 계류 시스템에 의하면, 환경 조건 악화시에는 마커 부이가 생산 설비 또는 운반선과 분리된 후 바닷속 지표면에 위치되는바, 극한의 환경에서도 파도 및 조류에 의해 파손될 위험성이 감소되는 효과가 얻어진다.
그리고, 무어링 라인 및 라이저가 연결된 마커 부이의 상면이 생산 설비 또는 운반선의 하면에 자성체를 이용하여 분리 가능하게 결합될 수 있어, 생산 설비 또는 운반선에의 설치 및 생산 설비 또는 운반선으로부터의 해체가 용이해지는바, 설치 및 해체에 필요한 작업시간이 감소되고 생산 효율이 증대되는 효과가 얻어진다.
그리고, 본 발명에 따른 부표식 생산 시스템을 위한 계류 시스템에 의하여 생산 설비 또는 운반선(tanker vessel)의 일점 계류(single point mooring)가 가능해지는 효과가 얻어진다.
그리고, 생산 설비 또는 운반선에서 원격으로 마커 부이를 부상 또는 잠수시킬 수 있는 효과가 얻어진다.
그리고, 중소형 유전을 다양한 지역에 적은 비용으로 효율적으로 개발하여 경제성을 확보할 수 있는 효과가 얻어진다.
그리고, 유전 고갈시에는 생산 설비가 마커 부이로부터 분리되어 다른 유전으로 이동될 수 있는바 기존의 생산 설비를 재활용할 수 있으므로, CAPEX 비중을 줄일 수 있고, 프로젝트의 리스크(risk)를 줄일 수 있으며, 저비용 고효율의 생산 시스템을 제공할 수 있고, 생산 지연 시간을 줄일 수 있는 효과가 얻어진다.
그리고, 생산 설비에는 만곡부 용골이 구비되는바, 항행 중뿐만 아니라 정지 중에도 횡동요가 감소되는 효과가 얻어진다
그리고, 다수의 무어링 라인이 연결될 경우에 하중이 분산되도록 하여 응력 집중에 의해 무어링 노드가 파손될 위험성이 감소되는 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명에 따른 부표식 생산 시스템을 위한 계류 시스템에서 마커 부이가 수면 위로 부상된 상태를 도시한 정면도,
도 2는 본 발명에 따른 부표식 생산 시스템을 위한 계류 시스템에서 생산 설비가 마커 부이에 결합된 상태를 도시한 정면도,
도 3은 환경 조건 악화시에 마커 부이가 생산 설비와 분리된 후 바닷속 지표면에 위치된 상태를 도시한 도면,
도 4는 종래의 무어링 노드를 도시한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 부표식 생산 시스템을 위한 계류 시스템에서 제안된 트러스형 무어링 노드를 도시한 도면,
도 6은 본 발명에 따른 부표식 생산 시스템을 위한 계류 시스템에서 제안된 원뿔형 무어링 노드를 도시한 도면.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명하면 다음과 같으며, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 부표식 생산 시스템을 위한 계류 시스템(1)의 구성을 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 부표식 생산 시스템을 위한 계류 시스템에서 마커 부이가 수면 위로 부상된 상태를 도시한 정면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 부표식 생산 시스템을 위한 계류 시스템에서 생산 설비가 마커 부이에 결합된 상태를 도시한 정면도이며, 도 3은 환경 조건 악화시에 마커 부이가 생산 설비와 분리된 후 바닷속 지표면에 위치된 상태를 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 부표식 생산 시스템을 위한 계류 시스템(1)은 무어링 라인(mooring line)(12)에 의해 계류되고 잠수 또는 부상이 가능하도록 발라스트 탱크(11)를 구비하는 마커 부이(marker buoy)(10);를 포함한다.
마커 부이(10)는 수면 방향으로 상승하려는 양의 부력을 갖고 조류에 떠내려가지 않게 강선으로 계류되는 것으로서, 잠수 또는 부상이 가능하도록 발라스트 탱크(11)를 구비하며, 본 실시예에서는 무어링 라인(12)에 의해 계류된다.
마커 부이(10)에는 유연한 라이저(flexible riser)(31)의 상단부가 연결된다.
해저 유정에는 유정에서 나오는 유정 분출 혼합물의 양을 제어하는 크리스마스 트리가 설치되고, 크리스마스 트리로부터 나오는 유정 분출 혼합물은 매니폴드에 모여진다.
매니폴드에 모인 유정 분출 혼합물은 라이저에 의해 마커 부이(10)가 계류된 위치까지 쏘아 올려지게 된다.
이러한 라이저는, 유연한 라이저이거나, 휘지 않는(rigid) 라이저 위에 유연한 라이저를 사용하는 하이브리드 라이저일 수 있으며, 유연한 라이저(31)에는 부이가 결합되어 유연한 라이저(31)의 일부분이 바닷속 지표면으로부터 부상된 상태로 유지될 수 있다.
발라스트 탱크(11)는 내부에 채워지는 물의 양을 조절하여 마커 부이(10)를 잠수 또는 부상시키는 기능을 한다.
발라스트 탱크(11)를 구비함으로써, 평상시에는 마커 부이(10)가 수면에 부유된 상태로 유지될 수 있고, 환경 조건 악화시에는 마커 부이(10)가 바닷속 지표면에 위치될 수 있는 조건을 가지게 된다.
이러한 마커 부이(10)의 상면은 생산 설비(20) 또는 운반선(tanker vessel)의 하면에 분리 가능하게 결합될 수 있다.
생산 설비(20)는 수면에 부유되어 유정 분출 혼합물을 원유, 가스 및 물로 분리하는 기능을 하는 설비이고, 운반선은 석유 시추 장비에서 뽑아낸 유정 분출 혼합물을 육지로 실어 나르는 선박이다.
생산 설비(20)는 물·가스 분리 시스템과 발전 및 제어 장비가 탑재되어 소형 유전에서의 원유 생산에 필요한 기본적인 기능을 갖추고 있다.
즉, 마커 부이(10)에 연결된 유연한 라이저(31)를 통해 공급받은 유정 분출 혼합물을 원유, 가스 및 물로 분리하여 원유를 생산하게 되는 것이다.
생산 설비(20)에는, 횡동요(rolling)를 감소시키도록 생산 설비(20)의 선저 만곡부(bilge)로부터 돌출되어 선수에서 선미 방향으로 형성되는 만곡부 용골(bilge keel)(21)이 구비될 수 있다.
이러한 만곡부 용골(21)은 선저 만곡부 외판으로부터 수직에 가까운 각도로 돌출되어 작은 지느러미 형상으로 선수에서 선미 방향으로 형성되며, 대략 선박 길이의 1/3 정도의 길이로 형성한다.
만곡부 용골(21)은 선저부에 돌출하여 있어 그 부분의 상대속도의 차이로 압력이 커져서 횡동요를 멈추는 모멘트가 발생하게 되는바 횡동요 경감효과를 나타내며, 선박이 전진할 때는 유체의 상대속도가 커져서 더 좋은 경감효과를 볼 수 있다.
따라서, 만곡부 용골(21)을 구비함으로써 항행 중뿐만 아니라 정지 중에도 횡동요가 감소되는 이점이 있다.
이러한 생산 설비(20)의 경제성을 최대한으로 높이기 위해서는 무인 시스템으로 구성하는 것이 바람직하다.
마커 부이(10)의 상면이 생산 설비(20) 또는 운반선의 하면에 분리 가능하게 결합될 수 있도록 하기 위하여, 본 발명에 따른 부표식 생산 시스템을 위한 계류 시스템(1)은, 마커 부이(10)의 상면에 구비되는 마커 부이 자성체(15); 및 생산 설비(20) 또는 운반선의 하면에 구비되는 설비 자성체(25);를 더 포함할 수 있다.
여기서, 마커 부이 자성체(15)는 영구 자석 또는 전자석이고, 설비 자성체(25)는 전자석일 수 있다.
마커 부이 자성체(15)가 전자석인 경우, 마커 부이 자성체(15)를 자화시키기 위한 전력은 생산 설비(20) 또는 운반선과 마커 부이(10) 사이에 연결되는 전선(도면 미도시) 등에 의해 공급될 수 있다.
마커 부이(10)의 상면과 생산 설비(20) 또는 운반선의 하면은, 마커 부이 자성체(15)와 설비 자성체(25) 사이의 인력을 이용하여 결합되고, 마커 부이 자성체(15)와 설비 자성체(25) 사이의 척력을 이용하여 분리된다.
마커 부이(10)의 상면과 생산 설비(20) 또는 운반선의 하면을 결합시키는 경우는, 마커 부이 자성체(15)와 설비 자성체(25)의 결합되는 부분의 자극(紫極)이 서로 달라지도록 전자석을 통전하여 자화시킨다.
따라서, 마커 부이 자성체(15)와 설비 자성체(25) 사이에 발생되는 자기적인 인력에 의해 마커 부이(10)의 상면과 생산 설비(20) 또는 운반선의 하면을 용이하게 결합시킬 수 있는 조건을 가지게 된다.
이때, 마커 부이(10)의 상면과 생산 설비(20) 또는 운반선의 하면에는 돌출부와 오목부가 형성되어 마커 부이(10)의 상면과 생산 설비(20) 또는 운반선의 하면이 정확한 위치에서 결합되도록 안내할 수 있다.
마커 부이(10)의 상면과 생산 설비(20) 또는 운반선의 하면이 자기적인 인력에 의해 결합되면, 마커 부이(10)는 체결 수단(도면 미도시)에 의하여 생산 설비(20) 또는 운반선으로부터 분리되지 않도록 고정될 수 있다.
마커 부이(10)와 생산 설비(20) 또는 운반선을 체결시키는 체결 수단으로는, 나사 체결 방식 등의 적용 가능한 공지된 다양한 체결 수단들이 사용될 수 있다.
마커 부이(10)의 상면과 생산 설비(20) 또는 운반선의 하면을 분리시키는 경우는, 마커 부이 자성체(15)와 설비 자성체(25)의 결합되는 부분의 자극(紫極)이 서로 같아지도록 전자석을 통전하여 자화시킨다.
따라서, 마커 부이 자성체(15)와 설비 자성체(25) 사이에 발생되는 자기적인 척력에 의해 마커 부이(10)의 상면과 생산 설비(20) 또는 운반선의 하면을 용이하게 분리시킬 수 있는 조건을 가지게 된다.
이와 같이 마커 부이 자성체(15) 및 설비 자성체(25)를 이용함으로써 마커 부이(10)의 생산 설비(20) 또는 운반선에의 설치 및 생산 설비(20) 또는 운반선으로부터의 해체가 용이해지는바, 설치 및 해체에 필요한 작업시간이 감소되고 생산 효율이 증대되는 이점을 갖는다.
생산 설비(20) 또는 운반선은 마커 부이(10)와 결합된 상태에서 마커 부이(10)를 중심으로 자유롭게 회전될 수 있도록 일점 계류(single point mooring) 방식으로 계류될 수 있다.
일점 계류 방식이란 선박 등의 계류 구조물이 바람, 조류, 파도의 작용 방향에 따라 순응하며 선회하는 계류 방식으로서, 본 실시예에서 생산 설비(20) 또는 운반선은 마커 부이(10)와 결합된 상태에서 마커 부이(10)를 중심으로 자유롭게 회전할 수 있도록 하여 생산 설비(20) 또는 운반선에 작용하는 외력이 최소가 되도록 하며, 무어링 라인(12)에 의해 계류되는 마커 부이(10)가 생산 설비(20) 또는 운반선의 선회축을 형성하게 된다.
마커 부이(10)에는, 마커 부이(10)의 위치를 알아내기 위한 GPS 수신기(도면 미도시) 및 마커 부이(10)의 위치 정보를 쏘아 보내기 위한 위치 정보 송신기(도면 미도시)가 더 구비될 수 있다.
GPS 수신기는 지구를 돌고 있는 24개의 GPS 인공위성이 보내는 전파를 수신하여 자신의 위치를 확인하는 기능을 하는 장치이고, 위치 정보 송신기는 GPS 수신기를 통해 확인된 마커 부이(10)의 위치 정보를 쏘아 보내는 기능을 하는 장치이다.
마커 부이(10)에 GPS 수신기 및 위치 정보 송신기가 더 구비됨으로써, 마커 부이(10)와 결합하려고 하는 생산 설비(20) 또는 운반선은, 위치 정보 송신기로부터 발신되는 신호를 수신하고 마커 부이(10)의 위치를 확인하여, 마커 부이(10) 상부의 수면 위치로 용이하게 이동할 수 있는 조건을 가지게 된다.
마커 부이(10)에는, 발라스트 탱크(11)의 부력을 조절하기 위한 신호를 수신하는 동작 신호 수신기(도면 미도시), 발라스트 탱크(11) 내부에 물을 채우거나 발라스트 탱크(11) 내부의 물을 외부로 배출시키는 펌프(도면 미도시), 및 동작 신호 수신기를 통해 수신된 신호에 따라 펌프를 동작시켜 발라스트 탱크(11)의 부력을 조절하는 제어기(도면 미도시)가 더 구비될 수 있다.
신호 수신기의 유효 수신 거리 내로 접근한 생산 설비(20) 또는 운반선에서 발라스트 탱크(11)의 부력을 조절하기 위한 동작 신호를 보내면, 마커 부이(10)의 동작 신호 수신기에서 이를 수신하여 제어기로 보내고, 제어부는 수신된 동작 신호에 따라 펌프를 작동시켜 발라스트 탱크(11)의 부력을 조절한다.
이때, 마커 부이(10)에는 현재의 수심, 수압을 측정하는 수단과, 측정된 수치를 신호로 변환하여 전송하는 수단이 더 구비되어, 생산 설비(20) 또는 운반선에서 마커 부이(10)의 부상 또는 잠수 정도를 확인하면서 발라스트 탱크(11)의 부력을 조절할 수 있도록 구성될 수도 있다.
또한, 생산 설비(20) 또는 운반선에는 트랜시버 센서 등이 설치되고 마커 부이(10)에는 트랜스폰더 센서 등이 설치되어 마커 부이(10)의 위치 또는 마커 부이(10)와의 거리를 검출할 수 있도록 구성될 수도 있다.
따라서, 생산 설비(20) 또는 운반선에서 원격으로 마커 부이(10)를 부상 또는 잠수시킬 수 있는 이점이 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 부표식 생산 시스템을 위한 계류 시스템(1)에서 사용되는 무어링 노드의 구성을 설명하도록 한다.
도 4는 종래의 무어링 노드를 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 부표식 생산 시스템을 위한 계류 시스템에서 제안된 트러스형 무어링 노드를 도시한 도면이며, 도 6은 본 발명에 따른 부표식 생산 시스템을 위한 계류 시스템에서 제안된 원뿔형 무어링 노드를 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 종래의 무어링 노드는 단순한 고리 형태로서 다수의 무어링 라인이 연결될 경우에 걸리는 하중에 의해 응력이 집중되어 파손될 수 있는 위험이 있었다.
본 발명에 따른 부표식 생산 시스템을 위한 계류 시스템(1)에서 사용되는 무어링 노드(40)는, 응력 집중에 의해 파손될 위험성을 감소시키도록 한 것이다.
무어링 노드(40)는 금속 소재로 다각뿔 또는 원뿔 형태로 형성되는 것으로서, 다각뿔 또는 원뿔의 정점(apex) 부위는 마커 부이(10)의 하면에 연결되고, 무어링 노드(40)의 다각형 밑면의 꼭짓점 부위 또는 원형 밑면의 테두리 부위에는 무어링 라인(12)이 결합된다.
이러한 구성을 취함으로써, 사용되는 금속 소재의 중량을 크게 증가시키지 않으면서도 계류시에 가해지는 하중을 잘 견디도록 무어링 노드(40)를 충분한 강도로 제조할 수 있게 된다.
상기에서는 무어링 노드(40)가 금속재로 제조되는 것으로 설명되었으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되지 않으며, 무어링 노드(40)는 엔지니어링 플라스틱 등의 다른 소재로도 제조될 수 있다.
이러한 무어링 노드(40)를 사용함으로써, 다수의 무어링 라인(12)이 연결될 경우에 하중이 분산되도록 하여 응력 집중에 의해 무어링 노드(40)가 파손될 위험성이 감소되는 이점이 있다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 부표식 생산 시스템을 위한 계류 시스템(1)의 운용 방식을 설명하도록 한다.
유전이 개발되어 유정 상부에 크리스마스 트리가 설치되고 플로라인과 매니폴드 등이 설치되면 마커 부이(10)에 무어링 라인(12)을 연결하여 마커 부이(10)를 계류시킨다.
그 후, 유연한 라이저(31)의 상단부를 마커 부이(10)에 연결시킨다.
초기에 마커 부이(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 수면 위로 부상되어 계류된 상태이다.
생산 설비(20) 또는 운반선은 마커 부이(10)의 위치 정보 송신기로부터 발송되는 신호를 포착하여 마커 부이(10)가 계류된 위치로 이동된다.
생산 설비(20) 또는 운반선이 마커 부이(10)에 충분히 접근하면, 발라스트 탱크(11)의 부력을 조절하기 위한 동작 신호를 보내어 원격으로 마커 부이(10)를 적절한 수심으로 잠수시킨 후, 생산 설비(20) 또는 운반선은 마커 부이(10) 상부의 수면으로 이동된다.
그리고, 다시 원격으로 마커 부이(10)를 부상시켜서 마커 부이(10)의 상면과 생산 설비(20) 또는 운반선의 하면을 인접시킨 후, 전자석을 통전시켜 자화시킴으로써, 마커 부이(10)와 생산 설비(20) 또는 운반선을 결합시킨다.
마커 부이(10)의 상면과 생산 설비(20) 또는 운반선의 하면을 인접시키는 과정에서는, 마커 부이(10)의 위치를 조절할 수 있도록 마커 부이(10)를 안내하는 와이어 로프 등이 사용될 수 있다.
마커 부이(10)와 생산 설비(20) 또는 운반선이 자기적 인력에 의해 결합되면, 마커 부이(10)는 체결 수단에 의하여 생산 설비(20) 또는 운반선으로부터 분리되지 않도록 고정된다.
그 후, 생산 설비(20)에서는 마커 부이(10)에 연결된 유연한 라이저(31)를 통해 공급받은 유정 분출 혼합물을 원유, 가스 및 물로 분리하여 원유를 생산하게 된다(도 2 참조).
생산 설비(20) 또는 운반선은 마커 부이(10)와 결합된 상태에서 마커 부이(10)를 중심으로 자유롭게 회전될 수 있도록 일점 계류(single point mooring) 방식으로 계류된다.
환경 조건 악화시에는, 마커 부이(10)가 생산 설비(20) 또는 운반선과 분리된 후, 생산 설비(20) 또는 운반선에 의해 원격으로 조정되어 잠수됨으로써 바닷속 지표면에 위치될 수 있다(도 3 참조).
따라서, 극한의 환경에서도 파도 및 조류에 의해 파손될 위험성이 감소되는 이점이 있다.
즉, 생산 설비(20) 또는 운반선은 마커 부이(10)를 중심으로 분리 가능하게 일점 계류 방식으로 계류되는 것이다.
이러한 이점은, 생산 설비(20)의 소형화 및 분리 가능한 일점 계류 방식을 채용함에 따라 얻어진다.
종래의 터렛은 체결 또는 해체가 어렵고 복잡하여 필요한 작업시간이 큰 단점이 있었으며, 실제로 북해 및 중국해에서는 분리 가능한 터렛을 활용하여 작업성이 97% 이상 향상된 사례도 보고된 바 있다.
한편, 유전 고갈시에는 생산 설비(20)가 마커 부이(10)로부터 분리되어 다른 유전으로 이동될 수 있다.
따라서, 기존의 생산 설비를 재활용할 수 있으므로, CAPEX 비중을 줄일 수 있고, 프로젝트의 리스크(risk)를 줄일 수 있으며, 저비용 고효율의 생산 시스템을 제공할 수 있고, 생산 지연 시간을 줄일 수 있는 이점이 있다.
본 발명에 따른 부표식 생산 시스템을 위한 계류 시스템은, 환경 조건 악화시에는 마커 부이가 생산 설비 또는 운반선과 분리된 후 바닷속 지표면에 위치되는바, 극한의 환경에서도 파도 및 조류에 의해 파손될 위험성이 감소되는 이점이 있다.
그리고, 무어링 라인 및 라이저가 연결된 마커 부이 상에 생산 설비 또는 운반선이 자성체를 이용하여 결합될 수 있어, 생산 설비 또는 운반선에의 설치 및 생산 설비 또는 운반선으로부터의 해체가 용이해지는바, 설치 및 해체에 필요한 작업시간이 감소되고 생산 효율이 증대되는 이점이 있다.
그리고, 본 발명에 따른 부표식 생산 시스템을 위한 계류 시스템에 의하여 생산 설비 또는 운반선(tanker vessel)의 일점 계류(single point mooring)가 가능해지는 이점이 있다.
그리고, 생산 설비 또는 운반선에서 원격으로 마커 부이를 부상 또는 잠수시킬 수 있는 이점이 있다.
그리고, 중소형 유전을 다양한 지역에 적은 비용으로 효율적으로 개발하여 경제성을 확보할 수 있는 이점이 있다.
그리고, 유전 고갈시에는 생산 설비가 마커 부이로부터 분리되어 다른 유전으로 이동될 수 있는바 기존의 생산 설비를 재활용할 수 있으므로, CAPEX 비중을 줄일 수 있고, 프로젝트의 리스크(risk)를 줄일 수 있으며, 저비용 고효율의 생산 시스템을 제공할 수 있고, 생산 지연 시간을 줄일 수 있는 이점이 있다.
그리고, 생산 설비에는 만곡부 용골이 구비되는바, 항행 중뿐만 아니라 정지 중에도 횡동요가 감소되는 이점이 있다
그리고, 다수의 무어링 라인이 연결될 경우에 하중이 분산되도록 하여 응력 집중에 의해 무어링 노드가 파손될 위험성이 감소되는 이점이 있다.
이상 본 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상 및 범위를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 수정 및 변형 가능한 것은 물론이다. 따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 부표식 생산 시스템을 위한 계류 시스템
10: 마커 부이 11: 발라스트 탱크
12: 무어링 라인 15: 마커 부이 자성체
20: 생산 설비
21: 만곡부 용골 25: 설비 자성체
31: 유연한 라이저
40: 무어링 노드

Claims (9)

  1. 무어링 라인(mooring line)(12)에 의해 계류되고 잠수 또는 부상이 가능하도록 발라스트 탱크(11)를 구비하는 마커 부이(marker buoy)(10);를 포함하며,
    상기 마커 부이(10)에는 유연한 라이저(flexible riser)(31)의 상단부가 연결되고,
    상기 마커 부이(10)의 상면은 생산 설비(20) 또는 운반선의 하면에 분리 가능하게 결합되며,
    상기 마커 부이(10)의 상면에 구비되는 마커 부이 자성체(15); 및
    상기 생산 설비(20) 또는 상기 운반선의 하면에 구비되는 설비 자성체(25);를 포함하며,
    상기 마커 부이 자성체(15)는 영구 자석 또는 전자석이고,
    상기 설비 자성체(25)는 전자석이며,
    상기 마커 부이(10)의 상면과 상기 생산 설비(20) 또는 상기 운반선의 하면은, 상기 마커 부이 자성체(15)와 상기 설비 자성체(25) 사이의 인력을 이용하여 결합되고, 상기 마커 부이 자성체(15)와 상기 설비 자성체(25) 사이의 척력을 이용하여 분리되는 것을 특징으로 하는, 부표식 생산 시스템을 위한 계류 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 생산 설비(20) 또는 상기 운반선은 상기 마커 부이(10)를 중심으로 자유롭게 회전될 수 있도록 일점 계류(single point mooring) 방식으로 계류되는 것을 특징으로 하는, 부표식 생산 시스템을 위한 계류 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 마커 부이(10)에는,
    상기 마커 부이(10)의 위치를 알아내기 위한 GPS 수신기 및
    상기 마커 부이(10)의 위치 정보를 쏘아 보내기 위한 위치 정보 송신기가 더 구비되는 것을 특징으로 하는, 부표식 생산 시스템을 위한 계류 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 마커 부이(10)에는,
    상기 발라스트 탱크(11)의 부력을 조절하기 위한 신호를 수신하는 동작 신호 수신기,
    상기 발라스트 탱크(11) 내부에 물을 채우거나 상기 발라스트 탱크(11) 내부의 물을 외부로 배출시키는 펌프 및
    상기 동작 신호 수신기를 통해 수신된 신호에 따라 상기 펌프를 동작시켜 상기 발라스트 탱크(11)의 부력을 조절하는 제어기가 더 구비되어,
    상기 생산 설비(20) 또는 상기 운반선에서 원격으로 상기 마커 부이(10)를 잠수 또는 부상시킬 수 있는 것을 특징으로 하는, 부표식 생산 시스템을 위한 계류 시스템.
  6. 제3항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 생산 설비(20)는 무인 설비인 것을 특징으로 하는, 부표식 생산 시스템을 위한 계류 시스템.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 무어링 라인(mooring line)(12)이 결합되도록 마커 부이(10)의 하부에 마련되는 무어링 노드(mooring node)(40)로서,
    상기 무어링 노드(40)는 다각뿔 또는 원뿔 형태로 형성되고,
    상기 무어링 라인(12)은 상기 무어링 노드(40)의 다각형 밑면의 꼭짓점 부위 또는 원형 밑면의 테두리 부위에 결합되는 것을 특징으로 하는, 무어링 노드.
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