KR101687974B1 - 하나의 텐던에 의해 계류되는 반잠수식 생산 시스템 - Google Patents

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Abstract

하나의 텐던에 의해 계류되는 반잠수식 생산 시스템으로서, 수면상에 부유되어 계류되는 생산 설비; 상기 생산 설비의 하면에 고정되어 상기 생산 설비를 계류시키는 하나의 텐던(tendon); 및 상기 텐던이 수면 아래의 지표면에 고정된 파일 파운데이션(pile foundation)에 대하여 회동 가능하게 고정되도록, 상기 텐던의 하단부와 상기 파일 파운데이션 사이에 설치되는 볼 조인트;를 포함하며, 상기 생산 설비에는 유정 분출 혼합물(well fluid)을 수면 방향으로 이송시키는 라이저(riser)의 상단부가 연결되는 구성을 마련함으로써, 해상에서 시추나 석유 및 천연가스를 생산하기 위한 반잠수식 생산 시스템이 파일 파운데이션에 의해 해저 바닥에 고정된 하나의 고장력 텐던에 의해 계류되도록 하여, 계류 시스템 설치 비용이 감소하고, 설치가 간단하여 설치 시간과 비용이 감소하며, 점검 및 수리가 편리해지게 된다.

Description

하나의 텐던에 의해 계류되는 반잠수식 생산 시스템{Semi-submersible Production System Moored by a Single Tendon}
본 발명은 하나의 텐던에 의해 계류되는 반잠수식 생산 시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 해상에서 시추나 석유 및 천연가스를 생산하기 위한 반잠수식 생산 시스템이 파일 파운데이션(pile foundation)에 의해 해저 바닥에 고정된 하나의 고장력 텐던(tendon)에 의해 계류되도록 한, 하나의 텐던에 의해 계류되는 반잠수식 생산 시스템에 관한 것이다.
산업화에 따라 각종 자원의 사용량이 급격하게 증가하고 있는바, 그 중에서 원유나 천연가스와 같은 자원의 개발은 매우 중요한 문제로 대두되고 있다. 이에 따라 최근에는 각종 탐사 및 시추를 위한 장비를 탑재한 특수선박, 예를 들면 드릴쉽(drill ship), 반잠수식 시추선(semi-submersible drilling rig) 및 부유식 해상 구조물(offshore floating structure) 등이 개발되어 심해로부터 각종 자원의 생산을 위한 탐사와 채굴 작업 등을 수행하고 있다.
해상에서 시추나 석유 및 천연가스를 생산하기 위한 해상 구조물 중에서, 반잠수식 해상 구조물 중의 하나인 텐션 레그 플랫폼(tension leg platform)은, 해양에서 큰 파도가 치는 경우에도 상하동요(heave), 선체의 전후방향 축에 대한 회전동요(roll), 선체의 좌우방향 축에 대한 회전동요(pitch)가 적도록 고안된 해상 플랫폼이다.
이러한 텐션 레그 플랫폼과 관련된 기술의 일 예로서, 하기의 특허문헌 1에서는 '개선된 유체역학적 성능을 갖는 텐션 레그 플랫폼'이 제안된 바 있고, 하기의 특허문헌 2에서는 'ＴＬＰ의 계류 시스템'이 제안된 바 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2012-0130239호(공개일자 2012년 11월 29일) 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0046681호(공개일자 2014년 04월 21일)
도 2에 도시된 바와 같이, 전형적인 텐션 레그 플랫폼의 선체 구조는, 1개, 3개 또는 4개의 수직 칼럼 및 이들 칼럼을 수면 아래에서 연결하는 3개 또는 4개의 폰툰(pontoon)으로 이루어지며, 이들 칼럼과 폰툰은 통상 직사각형 또는 원통형 단면을 갖는다.
칼럼 위에는, 상갑판 생산 설비, 시추 시스템, 생산 라이저(production riser), 거주 구역 등을 지지하는 하나 이상의 갑판을 포함한 상부 구조가 구비되어 있다.
그 설치 흘수(吃水)에서 텐션 레그 플랫폼의 폰툰은 잠기게 되고 칼럼은 수면 아래에서 부터 수면 위로 연장된다.
텐션 레그 플랫폼의 중심부에는 문풀(moonpool)이 형성되고, 문풀을 통하여 라이저가 해저 바닥으로 접근할 수 있도록 설치되며, 계류 시스템으로서 텐던이 가장자리에 위치하는 포치(porch)에 연결되어 해저 바닥에 고정된다.
텐션 레그 플랫폼의 계류 시스템은 텐던(tendon)으로 불리는 관형 강제 부재를 포함하는데, 이들 부재는 잠기거나 부분적으로 잠긴 부양성의 플랫폼 선체에 연결되기 때문에 큰 장력이 걸리게 된다.
텐던의 높은 강도는 시스템의 수직 고유 주기를 지배적인 파도 에너지보다 꽤 낮은 수준으로 감소시킨다. 그 결과, 수직운동의 동적 증폭이 거의 존재하지 않아 플랫폼은 히브(heave), 롤(roll) 및 피치(roll) 운동이 제한된다. 또한, 높은 장력이 걸린 텐던 시스템은 그 수평 오프셋을 수심에 대한 매우 작은 비율로 제한한다.
이러한 전형적인 텐션 레그 플랫폼은 3~6 개의 텐던을 가지나, 경제성을 더욱 높이기 위해서는 텐던의 수를 줄이는 것이 바람직하다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 해상에서 시추나 석유 및 천연가스를 생산하기 위한 반잠수식 생산 시스템이 파일 파운데이션에 의해 해저 바닥에 고정된 하나의 고장력 텐던에 의해 계류되도록 하는 데 있다.
상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 하나의 텐던에 의해 계류되는 반잠수식 생산 시스템으로서, 수면상에 부유되어 계류되는 생산 설비; 상기 생산 설비의 하면에 고정되어 상기 생산 설비를 계류시키는 하나의 텐던(tendon); 및 상기 텐던이 수면 아래의 지표면에 고정된 파일 파운데이션(pile foundation)에 대하여 회동 가능하게 고정되도록, 상기 텐던의 하단부와 상기 파일 파운데이션 사이에 설치되는 볼 조인트;를 포함하며, 상기 생산 설비에는 유정 분출 혼합물(well fluid)을 수면 방향으로 이송시키는 라이저(riser)의 상단부가 연결되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 라이저는 유연한 라이저(flexible riser) 또는 하이브리드 라이저(hybrid riser)인 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 상기 텐던의 무게중심을 조절하고 주위 유체에 대한 저항을 높이도록 상기 텐던의 중간부에 설치되는 발라스트 탱크(ballast tank);를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 상기 파일 파운데이션은, 수면 아래의 지표면에 수직 및 수평 하중을 견딜 수 있도록 관입되는 석션 앵커(suction anchor)인 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 수면 아래의 지표면에 인접하여 설치되는 저장 유닛;을 더 포함하고, 상기 생산 설비에서 생산된 원유는 상기 저장 유닛으로 이송되어 저장되는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 상기 생산설비는 무인 생산설비인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 하나의 텐던에 의해 계류되는 반잠수식 생산 시스템에 의하면, 해상에서 시추나 석유 및 천연가스를 생산하기 위한 반잠수식 생산 시스템이 파일 파운데이션에 의해 해저 바닥에 고정된 하나의 고장력 텐던에 의해 계류되도록 하여, 계류 시스템 설치 비용이 감소하고, 설치가 간단하여 설치 시간과 비용이 감소하며, 점검 및 수리가 편리해지는 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명에 따른 하나의 텐던에 의해 계류되는 반잠수식 생산 시스템의 정면도,
도 2는 전형적인 텐션 레그 플랫폼의 사시도.
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 하나의 텐던에 의해 계류되는 반잠수식 생산 시스템(1)의 구성을 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 하나의 텐던에 의해 계류되는 반잠수식 생산 시스템의 정면도이다.
본 발명에 따른 하나의 텐던에 의해 계류되는 반잠수식 생산 시스템(1)은, 수면상에 부유되어 계류되는 생산 설비(10); 생산 설비(10)의 하면에 고정되어 생산 설비(10)를 계류시키는 하나의 텐던(tendon)(20); 및 텐던(20)의 하단부와 파일 파운데이션(pile foundation)(30) 사이에 설치되는 볼 조인트(40);를 포함한다.
생산 설비(10)는 유정 분출 혼합물을 원유, 가스 및 물로 분리하는 기능을 하는 설비로서, 수면에 부유되어 계류된 상태로 가동된다.
생산 설비(10)에는, 유정 분출 혼합물(well fluid)을 수면 방향으로 이송시키는 라이저(riser)(50)의 상단부가 연결된다.
생산 설비(20)에는 물·가스 분리 시스템과 발전 및 제어 장비가 탑재되어 소형 유전에서의 원유 생산에 필요한 기본적인 기능을 갖추고 있다.
즉, 라이저(50)를 통해 공급받은 유정 분출 혼합물을 원유, 가스 및 물로 분리하여 원유를 생산하게 되는 것이다.
이러한 생산 설비(10)는 해상에서 시추나 석유 및 천연가스를 생산하기 위한 반잠수식 해상 구조물 또는 부표식 생산 시스템 등이 될 수 있다.
그리고, 이러한 생산 설비(10)의 경제성을 최대한으로 높이기 위해서는 무인 시스템으로 구성하는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이, 생산 설비(10)에는, 유정 분출 혼합물을 수면 방향으로 이송시키는 라이저(50)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 라이저(50)에 의해 생산 설비(10)가 계류된 위치까지 쏘아 올려지게 된다.
이러한 라이저(50)는, 유연한 라이저(flexible riser)이거나, 휘지 않는(rigid) 라이저 위에 유연한 라이저를 사용하는 하이브리드 라이저일 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이, 유연한 라이저에는 부이가 결합되어 유연한 라이저의 일부분이 수면 아래의 지표면으로부터 부상된 상태로 유지될 수 있다.
생산 설비(10)는 하면에 고정된 하나의 텐던(tendon)(20)에 의해 조류에 의해 떠내려가지 않도록 계류된다.
텐던(20)은 강선을 팽팽하게 수면 아래의 지표면에 고정하여 연직 방향의 움직임이 거의 없게 되는 텐션 레그(tension leg)의 일종이다.
이와 같이 하나의 텐던을 사용함으로써, 계류 시스템 설치 비용이 감소하고, 설치가 간단하여 설치 시간과 비용이 감소하며, 점검 및 수리가 편리해지는 이점이 있다.
텐던(20)은 수면 아래의 지표면에 고정된 파일 파운데이션(pile foundation)(30)에 대하여 회동 가능하게 고정된다.
이를 위하여, 도 1에 도시된 바와 같이, 텐던(20)의 하단부와 파일 파운데이션(30) 사이에는 볼 조인트(40)가 형성된다.
볼 조인트(40)에 의하여 텐던(20)은 파일 파운데이션(30)에 대하여 임의의 방향으로 회동 가능하게 고정되므로, 생산 설비(10)는 바람이나 파도 또는 조류와 같은 외부적인 힘에 의하여 6자유도(heave, pitch, yaw, surge, sway, roll)의 제한적인 움직임을 갖게 된다.
그리고, 파일 파운데이션(30)은 수면 아래의 지표면에 수직 및 수평 하중을 견딜 수 있도록 관입되는 석션 앵커(suction anchor)일 수 있다.
본 발명에 따른 하나의 텐던에 의해 계류되는 반잠수식 생산 시스템(1)은, 텐던(20)의 중간부에 설치되는 발라스트 탱크(ballast tank)(60)를 더 포함할 수 있다.
발라스트 탱크(60)는 텐던(20)의 무게중심을 조절하고 주위 유체에 대한 저항을 높이는 기능을 하는 것으로서, 텐던(20)의 중간부에 설치된다.
이러한 발라스트 탱크(60)에 의하여, 물 속의 텐던(20)의 움직임을 저감시킬 수 있는 이점이 있다.
본 발명에 따른 하나의 텐던에 의해 계류되는 반잠수식 생산 시스템(1)은, 수면 아래의 지표면에 인접하여 설치되는 저장 유닛(70);을 더 포함할 수 있다.
저장 유닛(70)은 수면 아래의 지표면이나 지하에 움직이지 않도록 고정되어 설치되며, 생산 설비(10)에서 생산된 원유는 저장 유닛(70)으로 이송되어 저장되게 된다.
본 발명에 따른 하나의 텐던에 의해 계류되는 반잠수식 생산 시스템은, 해상에서 시추나 석유 및 천연가스를 생산하기 위한 반잠수식 생산 시스템이 파일 파운데이션에 의해 해저 바닥에 고정된 하나의 고장력 텐던에 의해 계류되도록 하여, 계류 시스템 설치 비용이 감소하고, 설치가 간단하여 설치 시간과 비용이 감소하며, 점검 및 수리가 편리해지는 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: 하나의 텐던에 의해 계류되는 반잠수식 생산 시스템
10: 생산 설비 20: 텐던
30: 파일 파운데이션 40: 볼 조인트
50: 라이저 60: 발라스트 탱크
70: 저장 유닛

Claims (6)

  1. 해상에서 시추나 석유 및 천연가스를 생산하기 위한 반잠수식 생산 시스템으로서,
    수면상에 부유되어 계류되는 생산 설비;
    상기 생산 설비의 하면에 고정되어 상기 생산 설비를 계류시키는 하나의 텐던(tendon);
    상기 텐던이 수면 아래의 지표면에 고정된 파일 파운데이션(pile foundation)에 대하여 회동 가능하게 고정되도록, 상기 텐던의 하단부와 상기 파일 파운데이션 사이에 설치되는 볼 조인트; 및
    상기 텐던의 무게중심을 조절하고 주위 유체에 대한 저항을 높이도록 상기 텐던의 중간부에 설치되는 발라스트 탱크; 를 포함하며,
    상기 생산 설비에는 유정 분출 혼합물(well fluid)을 수면 방향으로 이송시키는 라이저(riser)의 상단부가 연결되는 것을 특징으로 하는, 하나의 텐던에 의해 계류되는 반잠수식 생산 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 라이저는 유연한 라이저(flexible riser) 또는 하이브리드 라이저(hybrid riser)인 것을 특징으로 하는, 하나의 텐던에 의해 계류되는 반잠수식 생산 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 파일 파운데이션은, 수면 아래의 지표면에 수직 및 수평 하중을 견딜 수 있도록 관입되는 석션 앵커(suction anchor)인 것을 특징으로 하는, 하나의 텐던에 의해 계류되는 반잠수식 생산 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    수면 아래의 지표면에 인접하여 설치되는 저장 유닛;을 더 포함하고,
    상기 생산 설비에서 생산된 원유는 상기 저장 유닛으로 이송되어 저장되는 것을 특징으로 하는, 하나의 텐던에 의해 계류되는 반잠수식 생산 시스템.
  6. 제1, 2, 4 및 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 생산설비는 무인 생산설비인 것을 특징으로 하는, 하나의 텐던에 의해 계류되는 반잠수식 생산 시스템.
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