KR101623148B1 - 시추선의 운전방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시추선의 운전방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 시추선에 외력이 작용하거나 또는 시추작업시, 시추선을 안정적으로 유지하기 위하여 시추선의 발전기에 요구되는 가변요구부하량(Dynamic Demand Load)에 따라 전력을 생산하여 시추선에 장착된 설비에 전력을 공급하는 시추선의 운전방법으로서, 상기 발전기에 요구되는 가변요구부하량에 따른 발전기의 운전형태가 규정된 ELA(Electrical Load Analysis)를 이용하여, 실제 구동 중인 발전기의 운전형태의 적합성을 검증하여, 상기 가변요구부하량에 적합한 운전형태로 발전기를 구동시키도록 하는 발전기 운전형태 검증단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시추선의 운전방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 시추선의 발전기에 요구되는 가변요구부하량만큼 전력을 생산하여 시추선에 장착된 설비에 공급함으로써 에너지 효율을 높일 수 있고, 시시각각 변화하는 해상의 외력에 대하여 시시각각 변화하는 해상의 환경에 대하여 유동적으로 반응할 수 있어, 시추선의 안정성을 향상시킬 수 있다.

Description

시추선의 운전방법 {Method for Operating a Drillship}
본 발명은 시추선의 운전방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 시추선이 운용되는 지역의 가변적인 환경으로 인하여 시추선에 작용하는 외력으로부터 시추선을 안정적으로 유지하기 위해 필요한 전력소비를 절감할 수 있는 시추선의 운전방법에 관한 것이다.
근래에 접어들어 국제적으로 급격한 산업화 현상 및 공업발전 추이에 따라 한정된 지구 자원은 점차 바닥을 내보이고 있으며 이에 따른 원유의 안정적인 생산 및 공급은 대단히 중요한 사안이 되고 있다. 따라서, 최근에는 해저에 있는 석유 채굴기술의 발달과 더불어 대형 석유회사들은 지금까지 경제성을 상실했던 군소 한계유전(marginal field)이나 심해 유전의 개발에 적합한 시추설비를 구비한 시추선의 필요성을 절실히 느끼고 있고, 이에 대한 개발을 적극 모색하고 있는 현실이다.
시추선은 해양에서 원유나 가스 등의 해양 지하자원을 탐사하여 시추하는 장비이다. 시추선은 해상 플랫폼의 설치가 불가능한 심해 지역이나 파도가 심한 해상에서 원유나 가스 등의 채취 작업이 가능하도록 하고, 구조에 따라 반잠수식 시추장비(semisubmersible drilling rig)와 드릴쉽(drill ship)이 있으며, 해상에서의 작업을 수행하기 위하여 고도의 제작 기술이 요구된다.
해상 시추를 수행하는 시추선의 경우, 시추선이 운용되는 지역의 환경에 따라 시추선에 가변적인 외력이 작용하게 되어 쓰러스터(thruster)를 이용한 동적위치제어(DP: Dynamic Positioning)가 요구되고, 또한, 시추작업(Drilling Operation)시 부하변동(LF: Load Fluctuation)이 발생하게 된다.
동적위치제어가 요구되는 경우는, 바람(wind), 파도(wave), 해류(current) 등의 외력이 시추선에 작용할 때 시추작업을 안정하게 진행하기 위해서 일정 범위 내에서 시추선의 위치를 지속적으로 유지시키는 것이 필요한 경우로서, 쓰러스터, 예를 들어, 360°회전가능한 azimuth thruster를 운전하여 외력에도 시추선이 움직이지 않고 위치를 지키는 동적위치제어가 가능하다. 이때, 쓰러스터를 운전하기 위해서는 발전기에서 전기를 쓰러스터에 공급하여야 한다.
부하변동이 발생하는 경우는, 해저(sea bed) 아래에서 이루어지는 시추작업시 해저 아래의 지질 형상에 따라 시추선의 시추 장치(drilling machine)(예를 들어, 드로웍(drawwork), 머드펌프(mud pump), 탑 드라이브(top drive), 시멘트 유닛(cement unit))의 사용에 요구되는 부하가 급격하게 높아지거나 낮아지는 경우로서, 발전기는 이와 같이 급격하게 높아지거나 낮아지는 부하에 맞추어 전기를 시추 장치에 공급해줘야 한다.
다시 말해, 시추선에서 동적위치제어가 요구되거나, 부하변동이 발생할 때에는 발전기에서 생산된 전력을 쓰러스터 또는 시추 장비에 공급해줘야 한다.
일반적으로, DP3 Open bus tie in DP mode를 적용하는 6 generation plant Drillship은 기본적은 각 메인 스위치보드(main switchboard)당 적어도 1대의 발전기를 사용해야 함에 따라, 해상의 잔잔한 환경 조건(calm environment condition)에 의해 동적위치제어가 요구될 때에도 쓰러스터에 공급하기 위한 전력을 생산하기 위해서 최소한 3대의 발전기를 사용해야 하는 제약이 있다.
도 1은 종래 시추선에서 시추 작업시 부하변동이 발생하여 시추 장비에 전기를 공급하기 위하여 디젤 발전기 3대가 구동되는 모식도를 나타낸 것으로, 부하변동이 발생함에 따라 시추 장비가 필요로 하는 전력에 상관 없이 3대의 디젤 발전기가 구동되는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 종래에는 시추선에서 동적위치제어가 요구되거나 부하변동이 발생할 때에 필요한 전력량에 상관 없이 최소한 3대의 발전기가 구동되어 전력을 생산함에 따라 발전기를 구동시키는데 불필요한 에너지가 소모되는 문제가 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 시추선이 운용되는 지역의 해상 환경에 따라 시추선에 가변적인 외력이 작용하게 되어 요구되는 동적위치제어 또는 시추 작업시 발생하는 부하변동시에 생산하여야 하는 전력량만큼을 생산할 수 있도록 발전기를 구동시킬 수 있는 시추선의 운전방법을 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 시추선에 외력이 작용하거나 또는 시추작업시, 시추선을 안정적으로 유지하기 위하여 시추선의 발전기에 요구되는 가변요구부하량(Dynamic Demand Load)에 따라 전력을 생산하여 시추선에 장착된 설비에 전력을 공급하는 시추선의 운전방법으로서, 상기 발전기에 요구되는 가변요구부하량에 대한 부하분석 후 실제 구동 중인 발전기의 운전형태의 적합성을 검증하여, 상기 가변요구부하량에 적합한 운전형태로 발전기를 구동시키도록 하는 발전기 운전형태 검증단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시추선의 운전방법이 제공된다.
상기 부하분석은 발전기에 요구되는 가변요구부하량에 따른 발전기의 운전형태가 규정된 ELA(Electrial Load Analysis)를 이용할 수 있다.
상기 발전기 운전형태 검증단계는, 상기 발전기에 요구되는 가변요구부하량에 적합한 발전기의 운전형태를 ELA에서 선택하는 단계; 및 상기 ELA에서 선택된 발전기의 운전형태와 실제 구동 중인 발전기의 운전형태를 비교하는 단계를 포함하되, 상기 실제 구동 중인 발전기의 운전형태일 경우에 생산되는 전력량이 ELA에서 선택된 발전기의 운전형태일 경우에 생산되는 전력량보다 많은 경우, 발전기의 운전형태를 상기 ELA에서 선택된 발전기의 운전형태로 변경할 수 있다.
상기 ELA는 시추선 발전기에 요구되는 가변요구부하량에 따른 시추선 발전기의 운전형태를 규정해 놓은 매뉴얼(manual)로서, 상기 발전기의 운전형태는 발전기의 구동 대수, 발전기의 종류 및 연료종류에 따른 발전기의 운전모드로 구성된 군에서 선택된 1종 이상인 것일 수 있다.
상기 발전기는 디젤 발전기(Diesel Generator) 및 DFDE 발전기(Duel Fuel Diesel Electric Generator)를 포함할 수 있다.
상기 연료종류에 따른 발전기의 운전모드는 가스모드, 오일모드 및 FSM(Fuel Sharing Mode) 모드를 포함할 수 있다.
상기 ELA는 시추선에 작용하는 외력이 미미한 경우 발전기의 운전형태가 규정될 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 시추선에 외력이 작용하거나 또는 시추작업시, 시추선의 발전기에 요구되는 가변요구부하량에 따라, 디젤 발전기(Diesel Generator) 및 DFDE 발전기(Duel Fuel Diesel Electric Generator)를 포함하는 발전기의 운전형태를 결정하여, 시추선의 요구 전력량만큼의 전력을 생산함으로써 전력 에너지 소비를 최소화하는 것을 특징으로 하는 시추선의 운전방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 시추선에 포함된 시추 관련 각종 설비에 필요한 전력을 생산하여 공급하는 공정을 포함하는 시추선 운전방법에 있어서, 시추선 운전 중에 ELA에 규정된 발전기의 운전모드를 이용하여 발전기 운전형태의 적합성을 검증함으로써, 시추선에서 필요한 정도 이상의 에너지를 소모하지 않아도 되므로, 시추선의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 시추선에 작용하는 가변적인 외력 또는 시추작업시에 발생하는 부하유동에 의해 발전기에 예측하지 못한 가변요구부하량(Dynamic Demand Load)이 발생한다 하더라도, ELA를 이용하여 발전기의 운전형태를 검증하여, 발전기의 운전 대수, 발전기의 종류, 발전기의 운전모드 등을 검증하여 가변요구부하량에 적합하도록 발전기 운전형태를 변경할 수 있으므로, 시시각각 변화하는 해상의 환경에 대하여 유동적으로 반응할 수 있어, 시추선의 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래 시추선에서 발전기의 운전형태를 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시추선의 발전기 운전형태를 나타낸 모식도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 시추선에 외력이 작용하거나 또는 시추작업시, 시추선을 안정적으로 유지하기 위하여 시추선의 발전기에 요구되는 가변요구부하량(Dynamic Demand Load)에 따라 전력을 생산하여 시추선에 장착된 설비에 전력을 공급하는 시추선의 운전방법으로서, 상기 발전기에 요구되는 가변요구부하량에 대한 부하분석 후 실제 구동 중인 발전기의 운전형태의 적합성을 검증하여, 상기 가변요구부하량에 적합한 운전형태로 발전기를 구동시키도록 하는 발전기 운전형태 검증단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시추선의 운전방법에 관한 것이다.
상기 부하분석은 발전기에 요구되는 가변요구부하량에 따른 발전기의 운전형태가 규정된 ELA(Electrial Load Analysis)를 이용하여 실시할 수 있다.
상기 발전기 운전형태 검증단계는, 상기 발전기에 요구되는 가변요구부하량에 적합한 발전기의 운전형태를 ELA에서 선택하는 단계; 및 상기 ELA에서 선택된 발전기의 운전형태와 실제 구동 중인 발전기의 운전형태를 비교하는 단계를 포함하되, 상기 실제 구동 중인 발전기의 운전형태일 경우에 생산되는 전력량이 ELA에서 선택된 발전기의 운전형태일 경우에 생산되는 전력량보다 많은 경우, 발전기의 운전형태를 상기 ELA에서 선택된 발전기의 운전형태로 변경할 수 있다.
시추선은 시시각각 변화하는 해상 환경으로 인하여 동적위치제어가 필요하며, 이때, 시추선은 쓰러스터를 이용하여 동적위치제어(DP: Dynamic Positioning)를 수행할 수 있으며, 따라서 쓰러스터에 전력을 공급해줄 필요가 있다.
또한, 시추선은 쉽게 예측할 수 없는 해저 아래에서 이루어지는 시추작업시 시추 장비들의 사용에 요구되는 부하가 급격하게 높아지거나 낮아지는 부하요동(LF: Load Fluctuation)이 발생함에 따라 시추 장비들에 적절하게 전력을 공급해줄 필요가 있다.
이와 같이, 시추선에서 동적위치제어가 요구되거나, 부하요동이 발생할 때, 전력 공급이 필요한 상황으로 인하여, 발전기에서는 전력을 생산하여야 하며, 이때, 발전기에 요구되는 가변적인 부하량을 가변요구부하량(Dynamic Demand Load)이라고 한다.
본 발명에서는 시추선이 운전되는 중에 실제 구동 중인 발전기에서 생산되어 시추선에 장착된 설비에 공급되는 전력량이 적절한지 여부, 즉, 실제 구동 중인 발전기의 운전형태가 필요한 만큼의 전력량을 생산하여 공급하기에 적절한지에 대해 발전기의 운전형태에 대한 적합성을 검증하여, 필요 이상의 전력을 생산하여 에너지를 낭비하는 경우를 방지할 수 있도록 할 수 있다.
시추선이 운전되는 중에 실제 구동 중인 발전기의 운전형태에 대한 적합성을 검증하기 위해서는 ELA(Electrical Load Analysis)를 이용할 수 있다.
ELA는 시추선 발전기에 요구되는 가변요구부하량에 따른 시추선 발전기의 운전형태를 규정해 놓은 매뉴얼(manual)로서, 상기 발전기의 운전형태는 발전기의 구동 대수, 발전기의 종류 및 연료종류에 따른 발전기의 운전모드로 구성된 군에서 선택된 1종 이상인 것일 수 있다. 이때, 이때, 상기 발전기는 디젤 발전기(Diesel Generator) 및 DFDE 발전기(Duel Fuel Diesel Electric Generator)를 포함할 수 있으며, 상기 연료종류에 따른 발전기의 운전모드는 가스모드, 오일모드 및 가스와 오일을 함께 연료로 사용하는 FSM(Fuel Sharing Mode) 모드를 포함할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 ELA는 시추선에 작용하는 외력이 미미한 경우 발전기의 운전형태가 규정될 수 있어, 시추선에서 요구되는 전력량이 많지 않을 경우에는 발전기에서 생산되어 시추선에 공급되는 전력량을 감소시키도록 발전기의 운전형태를 제어하여 필요 이상의 에너지 소비를 방지할 수 있다.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 시추선의 발전기 운전형태를 나타낸 모식도가 도시되어 있다. 이때, 시추선의 발전기는 디젤 발전기 3대 및 DFDE 발전기 3대를 포함할 수 있다. 또한, 시추선이 운용되는 해상 환경은 잔잔한 상태이다.
상기 실시예에서 시추 작업 중인 시추선의 운전방법에서, 발전기의 운전형ㅌ태 검증단계에 따르면, 상기 시추선은 ELA에서 규정된 "Calm Environment Condition"이라는 작업 조건(Operating Condition)에 해당하여, "Calm Environment Condition"에 요구되는 전력량을 생산하여 공급하도록 규정된 발전기의 운전형태에 의해 시추선의 발전기를 운전할 수 있다.
상기 Calm Environment Condition에서 발전기의 운전형태는 DFDE 발전기 3대가 가스모드로 구동되게 규정되어 있을 수 있다.
상기 Calm Environment Condition에서는 시추선에 외력으로 인하여 요구되어 지는 동적위치제어도 낮고, 시추작업시 발생하는 부하요동의 정도도 낮아 발전기에 요구되는 가변요구부하량도 낮을 수 있다. 다시 말해, Calm Environment Condition에서는 갑작스런 전력량을 공급할 필요가 없기 때문에 응답성이 좋은 디젤 발전기를 사용할 필요가 없으므로, 디젤 발전기보다 응답성은 떨어지지지만 연료의 단가 측면에서 이점이 있는 가스를 사용할 수 있는 DFDE 발전기를 이용하여 연료비를 절감할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 시추선의 발전기 운전방법에 따르면, 오일 대시 연료가스를 연료로 사용할 수 있으므로 운용비 측면에 있어서 경제적으로 유리하다.
또한, Calm Environment Condition에서 예측하지 못한 가변요구부하량이 요구된다 하더라도, 디젤 발전기를 사용하거나 DFDE 발전기의 운전모드를 가스모드에서 오일모드 또는 FSM 모드로 변경하여 사용함으로써, 시시각각 변화하는 해상의 환경 외력에 따라 유동적으로 발전기의 운전형태를 최적화할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 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.

Claims (8)

  1. DFDE 발전기 및 디젤 발전기를 포함하는 시추선의 운전 방법에 있어서,
    1) ELA에 잔잔한 환경 조건(Calm Environment Condition)을 추가하고,
    2) 상기 잔잔한 환경 조건이 추가된 ELA에 의해, 상기 잔잔한 환경 조건에서 요구되는 전력량을 결정하고,
    3) 상기 잔잔한 환경 조건이 추가된 ELA에 의해, 상기 2)단계에서 결정된 전력량에 따라, 다수개의 발전기 중 구동되는 발전기의 댓수, 상기 구동되는 발전기 각각의 사용 비율, 상기 구동되는 발전기의 종류, 및 상기 구동되는 발전기의 운전모드를 결정하고,
    4) 상기 3)단계에서 결정된, 구동되는 발전기의 댓수, 상기 구동되는 발전기 각각의 사용 비율, 상기 구동되는 발전기의 종류, 및 상기 구동되는 발전기의 운전모드에 따라 전력을 생산하고,
    상기 3)단계에서, 상기 구동되는 발전기의 종류는 상기 DFDE 발전기를 우선적으로 지정하고, 상기 구동되는 발전기의 운전모드는 가스모드를 우선적으로 지정하는, 시추선의 운전 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    실제로 요구되는 전력량이 급격히 증가하는 경우, 구동되지 않고 있던 상기 디젤 발전기를 구동시키는, 시추선의 운전 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    실제로 요구되는 전력량이 급격히 증가하는 경우, 상기 DFDE 발전기를 오일 모드 또는 연료 분배 모드(Fuel Sharing Mode)로 구동시키는, 시추선의 운전 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 2)단계에서 요구되는 전력량은,
    시추 작업시의 부하 요동(Load Fluctuation)에 의해 요구되는 전력량; 및
    쓰러스터의 동적위치제어(Dynamic Positioning)를 위해 요구되는 전력량;
    을 포함하는, 시추선의 운전 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
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