KR101629197B1 - 해저 시추시설의 분출방지기 스택의 비상 분리 하중 완화 시스템, 이를 포함하는 분출방지기 스택 및 분출방지기 스택의 재결합 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시추 작업시 유정으로부터의 폭발 유체를 가두기 위한 분출방지기 스택을 구성하는 하부 해상 수직관 패키지(LMRP, Lower Marine Riser Package)의 상부에 일 단이 결합되는 인장 와이어, 상기 인장 와이어의 타단에 결합되고 실린더 내에서 왕복 운동하도록 마련되는 피스톤 및 상기 피스톤에 의해 구획되는 상기 실린더의 하부 공간으로부터 상기 실린더의 외측으로 연통되는 해수 유입관을 포함하는 시추시설의 분출방지기 스택의 비상 분리 하중 완화 시스템으로서, 본 발명에 의하면, 종래의 하중 완화 시스템에 비해 간단한 구성으로 그 반응속도가 빠르면서도, 기존에 비해 하중 완화를 원활히 하여 좌굴(buckling) 현상을 최대한 억제시킬 수 있으며, 비상 분리시 충돌을 사전에 방지하고, 분출방지기 스택의 재결합시 충격을 최소화할 수 있는 효과를 가진다.

Description

해저 시추시설의 분출방지기 스택의 비상 분리 하중 완화 시스템, 이를 포함하는 분출방지기 스택 및 분출방지기 스택의 재결합 방법{TENSION ALLEVIATION SYSTEM FOR BLOW OFF PREVENTOR OF BORING FACILITY IN THE EMERGENCY-SEPERATION SITUATION, BLOW OFF PREVENTOR WITH THE SAME AND REUNION METHOD OF BLOW OFF PREVENTOR}

본 발명은 해저 시추시설의 분출방지기 스택의 비상 분리 하중 완화 시스템, 이를 포함하는 분출방지기 스택 및 분출방지기 스택의 재결합 방법으로서, 시추 선박의 분출방지기 스택의 비상 분리 상황에서 라이저에 작용되는 인장력을 완화시킬 수 있는 시스템 및 비상 분리 후 분출방지기 스택을 재결합하는 방법에 관한 것이다.

국제적인 급격한 산업화 현상과 공업이 발전함에 따라 석유와 같은 자원의 사용량은 점차 증가하고 있으며, 이에 따라 오일의 안정적인 생산과 공급이 전 지구적인 차원에서 대단히 중요한 문제로 떠오르고 있다.

이러한 이유로 최근에는 지금까지 경제성이 없어 무시되어 왔던 군소의 한계 유전(marginal field)이나 심해 유전의 개발이 경제성을 가지게 되었다. 따라서, 해저 채굴 기술의 발달과 더불어 이러한 유전의 개발에 적합한 시추설비를 구비한 시추선이 개발되어 있다.

종래의 해저 시추에는 다른 예인선에 의해서만 항해가 가능하고 계류 장치를 이용하여 해상의 일 점에 정박한 상태에서 해저 시추 작업을 하는 해저 시추 전용의 리그선(rig ship)이나 고정식 플랫폼이 주로 사용되었으나, 최근에는 첨단 시추장비를 탑재하고 자체의 동력으로 항해를 할 수 있도록 일반 선박과 동일한 형태로 제작된 소위, 시추선(drillship)이 개발되어 해저 시추에 사용되고 있다.

이러한 해저의 지하에 존재하는 석유나 가스 등을 시추할 수 있는 리그선 또는 시추선(이하, 시추선)은 시추 장비를 시설하여 해저의 지하에 존재하는 석유나 가스 등의 해저 자원을 시추하게 된다.

본 발명은 해저 시추 작업시 비상 분리시 적용되는 시스템에 관한 것인 바, 본 발명은 시추선 및 리그선 등 시추가 가능한 구조물에 모두 적용될 수 있다.

이와 같은 시추 작업을 위해서는 해저 시추를 위해서 드릴 비트(drill bit)를 사용하여 드릴링(drilling)을 수행하고, 드릴 비트에 머드를 공급하여 윤활 작용을 돕고, 시추 작업시 분출되는 진흙, 모래, 자갈 또는 머드를 회수하고 드릴 비트가 관통되어 드릴 비트를 보호하기 위한 라이저(riser)가 해저로부터 시추 시설까지 연결된다.

그리고, 해저 바닥의 유정에 설치된 웰헤드(well head)에 안착되어 이상 고압의 고압 가스, 물, 원유 등이 선박까지 올라오는 것을 차단하기 위한 분출 방지용 스택(blowout preventer; BOP STACK) 또한 설치된다.

도 1은 이러한 분출방지기 스택을 도시한 것이다.

일반적인 분출방지기 스택(subsea BOP STACK)은 하부해상 수직관 패키지(10, LMRP: Lower Marine Riser Package)와 하부 BOP 스택(20, Lower BOP Stack)의 상하 결합으로 이루어져 있다. 하부 BOP 스택은 시추 작업시 예상치 못한 Blow-Out에 대비하기 위해서 다수의 램(Ram)으로 구성되며, 이들을 제어하기 위한 유압 장치 및 제어 케이블이 라이저 조인트(Riser Joint)를 따라 시추 선박까지 연결 되어 있고, 하부해상 수직관 패키지는 라이저와 분출방지기 스택을 연결시켜 주는 장비로서, 플렉스 조인트(flex joint), 어댑트 조인트(adapt joint) 애뉼러(annular) 등으로 구성된다.

그 외, 이 두 구조체에 구성되는 세부 구성요소들에 대해서는 공지의 것을 채용하며, 본 발명의 대상을 명확히 하기 위하여 그에 대한 설명은 생략한다.

그런데, 시추 작업 중에 해상 상태가 악화되거나 시추 선박의 쓰러스터(thruster)가 오작동 하는 등의 문제가 발생하게 되면, 선박이 운전되지 못하는 상태(drift-off/drive-off condition)가 발생하게 되고, 이 때 시추 선박과 웰헤드를 연결하고 있던 라이저를 비상 분리시켜야 하는 경우가 발생하게 된다.

그리고, 시추 작업을 위한 라이저는 해저까지 연장 설치되는 특성상 항상 인장력이 작용되어야 하므로 인장 수단(tensioner, 30)이 구비되는데, 비상 분리시에는 순간적으로 인장력이 해소되면서 과도한 하중이 발생하게 되고, 그로 인한 비정상적 운동이 발생하게 된다. 이로 인해서 라이저 간 연결 부위에는 큰 압축력이 발생하게 되어 탄성 불안정 현상, 즉 좌굴현상(buckling)이 발생하게 되어 라이저를 비롯한 라이저 시스템 전체에 손상이 유발될 수 있다.

이렇게 순간적으로 발생되는 하중을 완화하기 위한 시스템이 도 2에 도시된 하중 완화 시스템(Anti-Recoil System, 40)이고, 이러한 하중 완화 시스템이 인장 수단(30)과 연결됨으로써 비상 분리시 발생되는 압축력의 전달을 완화시키게 된다.

그러나, 이러한 기존의 하중 완화 시스템은 해저 수천 미터 아래에서 발생하는 비상 분리시의 반작용을 제어하기에는 시스템의 메커니즘이 복잡하여 그 반응 속도가 빠르지 못하여 하중 완화 작용이 적시에 원활하게 진행되지 못하는 한계가 있다.

이와 같이 비상 분리를 실시하는 시점에서 하중 완화 작용이 제대로 작동되지 못하면, 라이저가 예측되지 않은 방향으로 심하게 운동하게 되고(buckling), 그로 인해서 다시 드릴링을 정상화하는 데 있어서 작업이 지연되어 인적, 물적 손해가 발생된다.

그리고, 하부해상 수직관 패키지 또한 상하동요(heave) 운동이 발생되어 하부 BOP 스택과의 충돌이 발생할 수도 있으며, 일반적으로 드릴링 작업 정상화를 위해 하부해상 수직관 패키지를 하부 BOP 스택에 재장착을 하는 과정은 환경 하중이 낮은 상태, 즉 해상 상태가 온화한 조건에서 작업이 수행된다 하지만 예상치 못한 순간적인 환경 하중에 의해서도 하부해상 수직과 패키지와 분출방지기 스택과의 충돌에 의해 심한 충격이 발생할 수 있어 이 또한 작업을 지연시키는 원인이 되기도 한다.

1. 한국공개특허공보 제10-2014-0122159호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 종래의 하중 완화 시스템에 비해 간단한 구성으로 그 반응속도가 빠르면서도, 기존에 비해 하중 완화를 원활히 하여 좌굴(buckling) 현상을 최대한 억제시킬 수 있으며, 비상 분리시 충돌을 사전에 방지하고, 분출방지기 스택의 재결합시 충격을 최소화할 수 있는, 시추시설의 분출방지기 스택의 비상 분리 하중 완화 시스템, 이를 포함하는 분출방지기 스택 및 분출방지기 스택의 재결합 방법을 제공한 데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 시추시설의 분출방지기 스택의 비상 분리 하중 완화 시스템은, 시추 작업시 유정으로부터의 폭발 유체를 가두기 위한 분출방지기 스택을 구성하는 하부 해상 수직관 패키지(LMRP, Lower Marine Riser Package)의 상부에 일 단이 결합되는 인장 와이어, 상기 인장 와이어의 타단에 결합되고 실린더 내에서 왕복 운동하도록 마련되는 피스톤 및 상기 피스톤에 의해 구획되는 상기 실린더의 하부 공간으로부터 상기 실린더의 외측으로 연통되는 해수 유입관을 포함한다.

여기서, 상기 인장 와이어는 복수일 수 있고,

상기 하부 해상 수직관 패키지의 상부에는 상부 프레임이 더 형성되어 상기 인장 와이어는 상기 상부 프레임에 결합되거나,

상기 해수 유입관은 상기 실린더의 하부 공간으로부터 수중으로 연통될 수 있다.

나아가, 상기 해수 유입관에는 유압에 의해 개폐되는 해수 유입 밸브가 더 형성됨으로써, 상기 실린더의 하부 공간의 압력 저하에 의해 개방되면, 해수가 상기 해수 유입관을 통해 상기 실린더의 하부 공간으로 유입되는 것을 더욱 특징으로 한다.

그리고, 상기 실린더의 상부 공간과 연통관에 의해 연통되게 마련되는 비상 챔버(Emergency Chamber)를 더 포함할 수 있으며,

상기 비상 챔버는 챔버 내의 압력에 따라 팽창 또는 수축되는 것을 특징으로 하며,

상기 연통관에는 유압에 의해 개폐되는 연통 밸브가 더 형성됨으로써, 상기 실린더의 상부 공간의 압력 증대에 의해 개방되면 상기 비상 챔버가 팽창될 수 있고,

상기 비상 챔버는 상기 하부 해상 수직관 패키지와 상기 하부 BOP 스택의 결합면에 마련됨으로써, 상기 하부 해상 수직관 패키지와 상기 하부 BOP 스택의 결합시에는 수축된 상태를 유지하고, 상기 하부 해상 수직관 패키지와 상기 하부 BOP 스택의 분리시에는 팽창될 수 있으며,

상기 실린더의 상부 공간과 상기 비상 챔버 간에는 오일이 채워져 있는 것을 보다 구체적인 특징으로 한다.

다음으로, 본 발명에 따른 시추시설의 분출방지기 스택은, 유정의 웰헤드에 안착되는 하부 BOP 스택(subsea BOP Stack), 상기 하부 BOP 스택의 상부에 결합되는 하부 해상 수직관 패키지(LMRP, Lower Marine Riser Package)를 포함하고, 상기 하부 해상 수직관 패키지의 상부에 일 단이 결합되는 인장 와이어를 포함하는 비상 분리 하중 완화 시스템을 포함함으로써, 상기 비상 분리 하중 완화 시스템은, 상기 하부 해상 수직관 패키지가 상기 하부 BOP 스택으로부터 비상 분리됨에 따라, 상기 인장 와이어가 상기 하부 해상 수직관 패키지로부터 분리되기까지의 상기 인장 와이어의 인장력의 시간당 변화를 최소화시키는 것을 특징으로 하고,

상기 비상 분리 하중 완화 시스템은, 상기 인장 와이어의 타단에 결합되고 실린더 내에서 왕복 운동하도록 마련되는 피스톤 및 상기 피스톤에 의해 구획되는 상기 실린더의 하부 공간으로부터 수중으로 연통되는 해수 유입관을 더 포함하는 것을 보다 구체적인 특징으로 한다.

여기서, 상기 실린더의 상부 공간과 연통관에 의해 연통되게 마련되고, 내부의 압력에 따라 팽창 또는 수축되는 비상 챔버(Emergency Chamber)를 더 포함할 수 있으며,

상기 비상 챔버는 상기 하부 해상 수직관 패키지와 상기 하부 BOP 스택의 결합면에 마련됨으로써, 상기 하부 해상 수직관 패키지와 상기 하부 BOP 스택의 결합시에는 수축된 상태를 유지하고, 상기 하부 해상 수직관 패키지와 상기 하부 BOP 스택의 분리시에는 팽창될 수 있다.

마지막으로, 본 발명에 따른 분출방지기 스택의 재결합 방법은, 유정의 웰헤드에 안착되어 있는 하부 BOP 스택(subsea BOP Stack)으로부터 비상 분리된 하부 해상 수직관 패키지를 상기 하부 BOP 스택의 상부로 이동하여 정위치시키는 단계, 상기 하부 해상 수직관 패키지를 상기 하부 BOP 스택의 상부에 안착시켜 결합하는 단계 및 비상 분리시 상기 하부 해상 수직관 패키지로부터 분리된 인장 와이어를 원격으로 작동되는 무인 잠수정에 의해 상기 하부 해상 수직관 패키지의 상부에 결합시키는 단계를 포함하고,

상기 결합하는 단계는, 상기 하부 BOP 스택의 상기 하부 해상 수직관 패키지와의 결합면 상에 마련되는 비상 챔버를 수축시키는 것을 보다 구체적인 특징으로 한다.

본 발명의 시추시설의 분출방지기 스택의 비상 분리 하중 완화 시스템, 이를 포함하는 분출방지기 스택 및 분출방지기 스택의 재결합 방법에 의하면,

종래의 하중 완화 시스템에 비해서 간단한 구성에 의해서도 분출방지기 스택의 비상 분리시 즉각적으로 반응됨으로써, 빠르게 하중 완화 역할을 수행할 수 있다.

그리고, 라이저에 하중이 발생되면서부터 이를 완화시킴으로써 라이저가 분리시 과도한 인장력의 방출이 발생되지 않는다.

그렇기 때문에 라이저가 과도하게 좌굴되는 현상(buckling)을 억제시키고, 하부해상 수직관 패키지가 상하동요(heave)하는 운동을 최대한 억제시킬 수 있고,

이 같은 현상 및 운동을 억제시킴으로써 비상 분리시 장치들간의 충돌을 최소화할 수 있어 작업 지연 등을 방지할 수 있다.

또한, 비상 분리 이후 정상 작업의 재개를 위해 분출방지기 스택을 재결합함에 있어서, 하부해상 수직관 패키지와 하부 BOP 스택의 충격을 최소화할 수 있어 작업의 재개가 빨라 그 효율을 높일 수 있다.

도 1은 분출방지기 스택을 도시한 것이다.
도 2는 종래의 하중 완화 시스템을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 시추시설의 분출방지기 스택의 비상 분리 하중 완화 시스템 및 이를 포함하는 분출방지기 스택을 도시한 것이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시추시설의 분출방지기 스택의 비상 분리 하중 완화 시스템 및 이를 포함하는 분출방지기 스택을 도시한 것이다.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 시추시설의 분출방지기 스택의 비상 분리 하중 완화 시스템 및 이를 포함하는 분출방지기 스택의 작동 상태를 도시한 것이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명에 따른 분출방지기 스택의 재결합 방법에 의한 동작 상태를 도시한 것이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

본 발명에 따른 분출방지기 스택은 유정의 웰헤드(Wellhead)에 안착되어 라이저를 연결시키고, 라이저를 보호하며, BO(Blow-Out) 발생을 억제하기 위한 것이며, 본 발명에 따른 비상 분리 하중 완화 시스템은 시추 선박이 해상 상황이나 선박 상황 등에 따라 분출방지기 스택이 비상 분리될 경우에 라이저 등에 작용되는 인장력의 방출을 최소화하기 위한 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 시추시설의 분출방지기 스택의 비상 분리 하중 완화 시스템 및 이를 포함하는 분출방지기 스택을 도시한 것이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 분출방지기 스택(50, BOP STACK)은, 하부해상 수직관 패키지(100), 하부 BOP 스택(200) 및 비상 분리 하중 완화 시스템을 포함한다.

분출방지기 스택(50)은 유정에 시설되는 웰헤드에 결합되는 하부 BOP 스택(200, Lower BOP Stack)과, 이의 상부에 결합되는 하부 해상 수직관 패키지(100, LMRP, Lower Marine Riser Package)로 구성됨으로써, 유정으로부터의 폭발 유체를 가둘 수 있게 마련된다.

본 발명에 따른 분출방지기 스택(50)은 이에 비상 분리 하중 완화 시스템을 더 포함한다.

비상 분리 하중 완화 시스템은 하부 해상 수직관 패키지(100)의 상부에 일 단이 결합되는 인장 와이어(310)를 포함하여 하부 해상 수직관 패키지(100)가 하부 BOP 스택(200)으로부터 비상 분리됨에 따라, 인장 와이어(310)가 하부 해상 수직관 패키지(100)로부터 분리도기까지의 인장 와이어(310)에 작용되는 시간당 인장력의 변화를 최소화시킴으로써, 궁극적으로 라이저(R)의 좌굴(buckling)을 방지하여 랄이저(R) 및 하부 해상 수직관 패키지(100)가 심각하게 변형되며 운동되지 않고 분리될 수 있도록 한다.

이를 위해 비상 분리 하중 완화 시스템은, 인장 와이어(310)의 타단에 결합되는 피스톤(320)과, 피스톤(320)이 내부에서 왕복 운동되는 실린더(330)를 포함하고, 실린더(330)의 하부 공간으로부터 실린더(330) 외측, 수중으로 관통 연결되는 해수 유입관(340) 및 해수 유입관(340)에 형성되는 해수 유입 밸브(341)를 포함한다.

여기서 인장 와이어(310), 피스톤(320), 실린더(330)는 둘 이상 형성될 수 있고, 도시에는 양 측면으로 한 쌍이 형성된 것을 예로 들었다.

그리고, 별도의 하중 완화 시스템과 연결되어 하중을 완화시키기 위한 인장 수단(T)이 더 구비될 수 있고, 본 발명의 비상 하중 완화 시스템이 이중적으로 작용될 수도 있다.

인장 와이어(310)의 하부 해상 수직관 패키지(100)의 상부 결합을 위해서 하부 해상 수직관 패키지(100)의 상단에는 별도의 상부 프레임(110)이 더 형성될 수 있고, 상부 프레임(110) 상에는 인장 와이어(310)와의 결합을 위한 인장 와이어 커넥터(120)가 구비될 수 있으며, 비상 분리시 인장 와이어(310)는 인장 와이어 커넥터(120)로부터 분리될 수 있게 된다.

실린더(330)는 피스톤(320)이 내부에서 왕복 운동 할 수 있도록 마련되며, 도 4와 같이 하부 BOP 스택(200)의 측면 해저면 상에 설치시킬 수 있으며, 도 3과 같이 심해 바닥에 삽입, 설치될 수도 있다.

또한, 도 5와 같이 하부 BOP 스택(200)과 결합된 일 구성으로서, 하부 BOP 스택(200)과 일체로 마련되어 해저에 설치될 수 있다.

그리고, 하부 BOP 스택(200) 내부에 마련되어, 하부 BOP 스택(200)의 일 구성으로 제작되거나 다른 기타 장치에 구비될 수도 있다.

즉, 실린더(330)는 하부 BOP 스택(200)과 저촉이 되지 않는 위치에 고정 설치될 수 있으면 되고, 실린더(330) 내부에서 왕복 운동하는 피스톤(320)에 연결되는 인장 와이어(310)가 상부 프레임(110)에의 연결에 저해가 되지 않게 설치되면 충분하다.

본 발명의 실시 예에서는 도 3과 같이 설치된 것을 예로 들어 연속적으로 설명한다.

피스톤(320)은 실린더(330) 내에서 왕복 운동할 수 있게 마련되고, 인장 와이어(310)에 연결됨으로서, 인장 와이어(310)의 인장력에 따라 운동하게 된다.

피스톤(320)에 의해서 구획된 실린더(330)의 하부 공간에서부터 실린더(330) 외부, 수중으로 연결되는 해수 유입관(340)은 해수 유입 밸브(341)의 개폐에 따라 해수가 유입, 유출된다.

해수 유입 밸브(341)는 밸브를 통과하는 유압에 따라 개폐될 수 있는 콘트롤 밸브(Control Valve)로 구성됨으로써, 유압이 정상 범위를 벗어나는 경우 일 방향으로 열리게 되어 해수가 실린더(330) 하부 공간으로 유입 또는 수중으로 유출될 수 있게 된다.

본 발명에 따른 비상 분리 하중 완화 시스템은, 상기 구성에 비상 챔버(350, Emergency Chamber)와 연통관(351) 및 연통 밸브(352)를 더 포함할 수 있다.

비상 챔버(350)는 연통관(351)에 의해 실린더(330)의 상부 공간과 연결되고, 연통 밸브(352)는 연통관(351)을 통과하는 유압에 따라 개폐될 수 있는 콘트롤 밸브로 구성되어 유압이 정상 범위를 벗어나는 경우 일 방향으로 열리게 되어 유체가 비상 챔버(350) 또는 실린더(330) 상부 공간으로 흐를 수 있게 한다.

이러한 비상 챔버(350)는 챔버 내의 압력에 따라서 팽창 또는 수축될 수 있는 형태로 마련된다. 즉, 비상 챔버(350) 내에 유압이 커지면 팽창될 수 있고, 유압이 작아지면 수축될 수 있는 형태의 챔버이다.

이러한 비상 챔버(350)는 상술한 역할이 수행될 수 있는 한, 하부 해상 수직관 패키지(100) 또는 하부 BOP 스택(200)의 어디에도 마련될 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 비상 챔버(350)가 하부 해상 수직관 패키지(100)와 하부 BOP 스택(200)의 결합면 상에 마련되는 것을 예로 들었다.

더욱 바람직하게는, 하부 BOP 스택(200)의 하부 해상 수직관 패키지(100)와의 결합면 상에 고정 설치될 수 있다.

비상 챔버(350)와 연통되는 실린더(330)의 상부 공간에는 오일이 채워져 있을 수 있고, 피스톤(320)의 운동에 따라 오일의 비상 챔버(350)를 채우거나 비상 챔버(350)로부터 빠져 나오도록 구성될 수 있다.

도 6 내지 도 7은 본 발명에 따른 시추시설의 분출방지기 스택의 비상 분리 하중 완화 시스템 및 이를 포함하는 분출방지기 스택의 작동 상태를 도시한 것이다.

도 6 내지 도 7을 참조하여, 본 발명에 따른 분출방지기 스택(50)의 비상 분리시 작동 상태를 설명하기로 한다.

도 3 내지 도 5와 같은 구성이 모두 가능하고, 또한 실린더가 다른 형태로의 배치도 가능하나, 본 실시 예에서는 도 3과 같은 형태를 기준으로 설명하기로 한다.

앞서 설명된 도 3의 상태는 하부 해상 수직관 패키지(100)와 하부 BOP 스택(200)이 안정적으로 결합된 상태이며, 그에 따라 인장 와이어(310)는 정상 상태의 인장력을 가지고, 피스톤(320)의 상태는 도시의 상태로 평형을 이룬다.

화살표 상 도시된 바와 같이 라이저(R)에는 해수에 쉽게 영향을 받지 않도록 적절한 인장력이 해저면을 기준으로 상부로 작용하고 있는 상태가 된다.

이 때, 실린더(330) 상부 공간에는 오일이 가득 채워진 상태가 되고, 반면에 비상 챔버(350)는 수축된 상태가 된다.

그리고, 실린더 (330) 하부 공간으로는 해수가 유입되지 않는 상태로 유지된다.

이와 같은 상황에서 비상 분리 상황이 발생하게 되면, 비상 분리 시스템이 작동하여 하부 해상 수직관 패키지(100)가 하부 BOP 스택(200)과의 결합을 끊게 된다.

도 6은 이와 같은 상황을 도시한 것이다.

결합이 끊어지면서, 인장 와이어(310)는 정상 상태에 비해서 늘어나게 되고, 화살표로 도시된 바와 같이 인장력이 계속적으로 커지게 된다.

그러나, 인장 와이어(310)에 작용하는 인장력으로 인해 최대한 하부 해상 수직관 패키지(100)가 정상적으로 분리될 수 있다.

피스톤(320)이 인장 와이어(310)와 함께 상승하게 되고, 실린더(330) 상부 공간의 오일은 차츰 비상 챔버(350) 내로 유입되어 비상 챔버(350)는 서서히 팽창이 된다.

그리고, 실린더(330) 하부 공간이 수중에 비해서 압력이 낮아져서 해수 유입관(340)을 통해서 실린더(330) 하부 공간으로 해수가 유입된다.

인장 와이어(310)의 작용 외에도 실린더 하부 공간으로 유입되는 해수에 의해서 피스톤(320)이 보상적으로 상승할 수 있는 바, 인장 와이어(310)가 늘어남에 있어서의 인장력의 증가를 최소화할 수 있게 되어, 라이저(R) 및 하부 수직관 패키지(100)의 좌굴(buckling) 및 상하요동(heave)는 최소화되고, 최대한 안정적으로 분리되게 된다.

도 7은 인장 와이어(310)의 인장력이 임계치가 되어 인장 와이어(310)가 인장 와이어 커넥터(120)로부터 분리되고, 비상 분리가 완료된 상태이다.

분리 후의 라이저(R)에 작용되는 힘은 화살표로 도시된 바와 같이 약해져서, 갑작스런 인장력의 방출로 인해 라이저(R) 등이 제어가 되지 않는 상태를 모면하여 안정적인 상태가 된다.

피스톤(320)은 최대로 상승되고, 실린더(330) 상부 공간의 오일은 비상 챔버(350)를 최대한 채워 비상 챔버(350)도 최대한 팽창된 상태가 된다.

그리고, 실린더(330) 하부 공간은 해수로 최대한 채워져 압력 평형을 이루게 된다.

이상에서 살핀 바와 같이, 본 발명에 따른 비상 분리 하중 완화시스템에 의해서 하부 해상 수직관 패키지(100)의 비상 분리시에도 분리가 종료될 때까지 인장 와이어(310)가 급격히 늘어나지 않고 점차적으로 늘어날 수 있게 하여 하부 해상 수직관 패키지(100)에 갑작스런 큰 힘이 적용되지 않게 하여 비상 분리를 안정적으로 수행할 수 있게 하고, 이를 통해 장비의 손상이 최소화되고 작업 재개 또한 빠르게 진행될 수 있게 한다.

도 8 내지 도 10은 본 발명에 따른 분출방지기 스택의 재결합 방법에 의한 동작 상태를 도시한 것이다.

도 8 내지 도 10을 참조하여 본 발명에 따른 분출방지기 스택의 재결합 방법을 설명하기로 한다.

도 7의 상태로 비상 분리가 완료되고, 작업을 재개할 수 있는 정상 상태가 다시 되면, 분리시켰던 하부 해상 수직관 패키지(100)를 다시 재결합하여 시추 작업을 재개하여야 한다.

도 8과 같이 비상 분리되었던 하부 해상 수직관 패키지(100)를 하부 BOP 스택(200)의 상부로 이동시켜 결합을 위해서 정위치시킨다.

정위치시킨 하부 해상 수직관 패키지(100)를 결합면에 맞게 하강시켜 하부 BOP 스택(200)의 상부에 안착시켜 결합시킨다.

이를 위해서 비상 챔버(350)는 하부 BOP 스택(200)의 하부 해상 수직관 패키지(100)와의 결합면 상에 마련되는 것이 바람직하다.

결합에 의해서 비상 챔버(350)는 도 9와 같이 수축되고 도10과 같이 최대로 수축되어 도 3과 같은 분리전 정상 상태에 놓이게 되고, 실린더의 상하부 공간 상의 압력 등은 앞서 설명한 바와 같이 정상적으로 평형에 이르게 된다.

비상 챔버(350)는 비상 분리시 하중 완화의 역할만 수행하는 것이 아니라, 이와 같이 재결합시 완충 기능을 함으로써 하부 해상 수직관 패키지(100)와 하부 BOP 스택(200)의 마찰을 최소화시켜, 안정적인 결합과 장비의 손상 방지, 작업의 정확, 신속을 도모한다.

하부 해상 수직관 패키지(100)의 안착, 결합의 진행과 더불어, 비상 분리시 떨어졌었던 인장 와이어(310)는 도 8 내지 10에 도시된 바와 같이, 원격으로 작동되는 무인 잠수정(W, WROV, Working Class Remotely Operated Vehicle)에 의해 다시 하부 해상 수직관 패키지(100)의 상부 프레임(110) 상의 인장 와이어 커넥터(120)에 연결시키게 된다.

이상과 같이 정상적으로 재결합을 이룬 후, 시추 작업을 정상적으로 재개할 수 있고, 다시 비상 상황에 돌입하면 앞서 설명한 방법에 따라 안정적으로 비상 분리를 실시하게 된다.

이상과 같이 본 발명에 따른 비상 분리 하중 완화 시스템, 이를 포함하는 ㅂ분출방지기 스택 및 그것의 재결합 방법은, 예시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시 예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

100: 하부 해상 수직관 패키지
110: 상부 프레임 120: 인장 와이어 커넥터
200: 하부 BOP 스택
310: 인장 와이어
320: 피스톤
330: 실린더
340: 해수유입관 341: 해수유입밸브
350: 비상챔버 351: 연통관 352: 연통밸브

Claims (16)

1. 시추 작업시 유정으로부터의 폭발 유체를 가두기 위한 분출방지기 스택을 구성하는 하부 해상 수직관 패키지(LMRP, Lower Marine Riser Package)의 상부에 일 단이 결합되는 인장 와이어;
   상기 인장 와이어의 타단에 결합되고 실린더 내에서 왕복 운동하도록 마련되는 피스톤; 및
   상기 피스톤에 의해 구획되는 상기 실린더의 하부 공간으로부터 상기 실린더의 외측으로 연통되는 해수 유입관을 포함하는,
   시추시설의 분출방지기 스택의 비상 분리 하중 완화 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 인장 와이어는 복수인 것을 특징으로 하는, 시추시설의 분출방지기 스택의 비상 분리 하중 완화 시스템.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 하부 해상 수직관 패키지의 상부에는 상부 프레임이 더 형성되어 상기 인장 와이어는 상기 상부 프레임에 결합되는 것을 특징으로 하는, 시추시설의 분출방지기 스택의 비상 분리 하중 완화 시스템.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 해수 유입관은 상기 실린더의 하부 공간으로부터 수중으로 연통된 것을 특징으로 하는, 시추시설의 분출방지기 스택의 비상 분리 하중 완화 시스템.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 해수 유입관에는 유압에 의해 개폐되는 해수 유입 밸브가 더 형성됨으로써, 상기 실린더의 하부 공간의 압력 저하에 의해 개방되면, 해수가 상기 해수 유입관을 통해 상기 실린더의 하부 공간으로 유입되는 것을 특징으로 하는, 시추시설의 분출방지기 스택의 비상 분리 하중 완화 시스템.
6. 청구항 2에 있어서,
   상기 실린더의 상부 공간과 연통관에 의해 연통되게 마련되는 비상 챔버(Emergency Chamber)를 더 포함하는, 시추시설의 분출방지기 스택의 비상 분리 하중 완화 시스템.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 비상 챔버는 챔버 내의 압력에 따라 팽창 또는 수축되는 것을 특징으로 하는, 시추시설의 분출방지기 스택의 비상 분리 하중 완화 시스템.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 연통관에는 유압에 의해 개폐되는 연통 밸브가 더 형성됨으로써, 상기 실린더의 상부 공간의 압력 증대에 의해 개방되면 상기 비상 챔버가 팽창되는 것을 특징으로 하는, 시추시설의 분출방지기 스택의 비상 분리 하중 완화 시스템.
9. 청구항 7에 있어서,
   상기 비상 챔버는 상기 하부 해상 수직관 패키지와 상기 하부 BOP 스택의 결합면에 마련됨으로써, 상기 하부 해상 수직관 패키지와 상기 하부 BOP 스택의 결합시에는 수축된 상태를 유지하고, 상기 하부 해상 수직관 패키지와 상기 하부 BOP 스택의 분리시에는 팽창되는 것을 특징으로 하는, 시추시설의 분출방지기 스택의 비상 분리 하중 완화 시스템.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 실린더의 상부 공간과 상기 비상 챔버 간에는 오일이 채워져 있는 것을 특징으로 하는, 시추시설의 분출방지기 스택의 비상 분리 하중 완화 시스템.
11. 삭제
12. 유정의 웰헤드에 안착되는 하부 BOP 스택(subsea BOP Stack);
    상기 하부 BOP 스택의 상부에 결합되는 하부 해상 수직관 패키지(LMRP, Lower Marine Riser Package)를 포함하고,
    상기 하부 해상 수직관 패키지의 상부에 일 단이 결합되는 인장 와이어를 포함하는 비상 분리 하중 완화 시스템을 포함함으로써,
    상기 비상 분리 하중 완화 시스템은,
    상기 하부 해상 수직관 패키지가 상기 하부 BOP 스택으로부터 비상 분리됨에 따라, 상기 인장 와이어가 상기 하부 해상 수직관 패키지로부터 분리되기까지의 상기 인장 와이어의 인장력의 시간당 변화를 최소화시키는 것을 특징으로 하고,
    상기 비상 분리 하중 완화 시스템은,
    상기 인장 와이어의 타단에 결합되고 실린더 내에서 왕복 운동하도록 마련되는 피스톤; 및
    상기 피스톤에 의해 구획되는 상기 실린더의 하부 공간으로부터 수중으로 연통되는 해수 유입관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 시추시설의 분출방지기 스택.
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 실린더의 상부 공간과 연통관에 의해 연통되게 마련되고, 내부의 압력에 따라 팽창 또는 수축되는 비상 챔버(Emergency Chamber)를 더 포함하는, 시추시설의 분출방지기 스택.
14. 청구항 13에 있어서,
    상기 비상 챔버는 상기 하부 해상 수직관 패키지와 상기 하부 BOP 스택의 결합면에 마련됨으로써, 상기 하부 해상 수직관 패키지와 상기 하부 BOP 스택의 결합시에는 수축된 상태를 유지하고, 상기 하부 해상 수직관 패키지와 상기 하부 BOP 스택의 분리시에는 팽창되는 것을 특징으로 하는, 시추시설의 분출방지기 스택.
15. 삭제
16. 유정의 웰헤드에 안착되어 있는 하부 BOP 스택(subsea BOP Stack)으로부터 비상 분리된 하부 해상 수직관 패키지를 상기 하부 BOP 스택의 상부로 이동하여 정위치시키는 단계;
    상기 하부 해상 수직관 패키지를 상기 하부 BOP 스택의 상부에 안착시켜 결합하는 단계; 및
    비상 분리시 상기 하부 해상 수직관 패키지로부터 분리된 인장 와이어를 원격으로 작동되는 무인 잠수정에 의해 상기 하부 해상 수직관 패키지의 상부에 결합시키는 단계를 포함하고,
    상기 결합하는 단계는, 상기 하부 BOP 스택의 상기 하부 해상 수직관 패키지와의 결합면 상에 마련되는 비상 챔버를 수축시키는 것을 특징으로 하는, 분출방지기 스택의 재결합 방법.

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