KR101750962B1 - 해저 프로세스를 위한 원통형 강구조물 - Google Patents

해저 프로세스를 위한 원통형 강구조물 Download PDF

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Abstract

해저 프로세스를 위한 원통형 강구조물이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 해저 프로세스를 위한 원통형 강구조물은, 하단이 해저면(seabed)에 안착되고 상단이 해수면보다 높이 위치하는 원통형 강구조물을 포함하되, 상기 원통형 강구조물은 그 내부에 해저에서 채취한 원유 혹은 가스에 대한 분리 및 프로세스 작업을 수행하는 해저 세퍼레이터 및 프로세스 모듈이 설치되는 메인 공간과, 상기 메인 공간의 하부에 배치되며 해수보다 비중이 높은 물질이 채워져 무게추 역할을 수행하는 밸러스트 공간이 형성될 수 있다.

Description

해저 프로세스를 위한 원통형 강구조물{Cylinder type structure for subsea process}
본 발명은 해저 프로세스를 위한 원통형 강구조물에 관한 것이다.
가스나 석유의 심해 개발은 지난 1세기 동안 꾸준히 개발되어 왔다. 멕시코만의 근해(Near shore)부터 시작하여 중동 페르시아만, 북해, 그리고 멕시코만 심해, 지중해, 서아프리카, 동아프리카의 심해에까지 영역을 넓혀오고 있다.
해상에서의 원유 개발은 육상의 유전과 다르게 바닷속의 보이지 않는 환경에서 시추를 해야 하고, 뽑아올린 원유와 가스, 물의 혼합물을 해상에서 분리하여 석유는 셔틀 탱크(shuttle tanker) 등으로 보내고, 가스는 태우거나 파이프라인(pipeline)을 통해서 육상으로 보내고, 물 등은 다시 해저(sea bed) 속으로 다시 주입(injection)하기 때문에 경제성이 육상에 비하여 높을 수가 없다.
경제성을 높이는 방법은 기존의 해양생산설비(FPSO나 고정식 생산시설)에 위치하는 프로세스 설비들을 해저에 설치하는 방법이다. 그렇게 한다면 생산된 원유/가스 혼합물이 육상으로 올라오면서 떨어지는 압력저하 문제, 플로우라인(flowline)과 라이저(riser) 등의 경량화, 물 혹은 가스 주입 등에 소모되는 자재비와 에너지 절약 등의 장점이 있을 수 있다. 하지만, 프로세스 설비의 일부를 해저 바닥에 설치한다는 것은 제작 및 설치에 있어 상당히 높은 비용이 들어가고, 리스크가 커서 시도된 사례가 드물다.
해저 바닥에 해저 프로세스 설비 등을 설치했을 경우에는 설치도 어렵기 때문에 육상에서의 설치와 달리 많은 비용이 들어가고, 높은 수압을 견뎌내야 하는 등 자재의 사양도 고급화되어야 한다. 뿐만 아니라, 인력 접근이 매우 제한적이어서 유지 보수가 거의 어려운 단점도 있다.
한국공개특허 10-2015-0081899호 (2015.07.15 공개) - FPSO의 원유 처리장치
본 발명은 기존의 매니폴드와 기존에 해상 위에 설치되는 세퍼레이터 및 프로세스 설비를 해수가 제거된 상태에서 해저 바닥에 설치 가능하게 하는 해저 프로세스를 위한 원통형 강구조물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 해저 장비에 해당하는 다수의 장비들을 육상의 원유 생산 설비와 같이 다를 수 있게 되어 사양 경감화가 가능하고 인력이 직접 접근한 상태에서 유지 보수가 가능한 해저 프로세스를 위한 원통형 강구조물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 하단이 해저면(seabed)에 안착되고 상단이 해수면보다 높이 위치하는 원통형 강구조물을 포함하되, 상기 원통형 강구조물은 그 내부에 해저에서 채취한 원유 혹은 가스에 대한 분리 및 프로세스 작업을 수행하는 해저 세퍼레이터 및 프로세스 모듈이 설치되는 메인 공간과, 상기 메인 공간의 하부에 배치되며 해수보다 비중이 높은 물질이 채워져 무게추 역할을 수행하는 밸러스트 공간이 형성되는 해저 프로세스를 위한 원통형 강구조물이 제공된다.
상기 메인 공간의 내벽에는 높이 방향으로 하나 이상의 미들 데크가 설치되며, 상기 해저 세퍼레이터 및 상기 프로세스 모듈은 상기 하나 이상의 미들 데크 상에 설치될 수 있다.
상기 원통형 강구조물은 상기 메인 공간의 상부를 덮는 상부 커버를 더 포함하되, 상기 원통형 강구조물의 예인 과정에서는 상기 상부 커버가 닫혀 있어 상기 메인 공간을 밀폐시켜 부력을 발생시키고, 상기 원통형 강구조물이 설치장소에 도착하면 상기 상부 커버를 개방하여 상기 메인 공간 내에 해수가 유입되도록 하여 상기 원통형 강구조물을 해저면에 안착시키며, 이후 상기 메인 공간 내의 해수를 펌프를 통해 외부로 배출시킬 수 있다.
상기 원통형 강구조물의 외벽에 플레어 타워가 설치되되, 상기 플레어 타워의 하부는 해저에 설치되고 플레어 팁은 해수면 상으로 돌출되며, 상기 플레어 타워가 해수면을 지나는 지점을 둘러싸는 가이드 구조물이 해수면 높이에서 상기 원통형 강구조물의 외벽에 설치될 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 기존의 매니폴드와 기존에 해상 위에 설치되는 세퍼레이터 및 프로세스 설비를 해수가 제거된 상태에서 해저 바닥에 설치 가능하게 하는 효과가 있다.
또한, 해저 장비에 해당하는 다수의 장비들을 육상의 원유 생산 설비와 같이 다를 수 있게 되어 사양 경감화가 가능하고 인력이 직접 접근한 상태에서 유지 보수가 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해저 프로세스를 위한 원통형 강구조물의 개략적인 구성을 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해저 프로세스를 위한 원통형 강구조물의 사시도,
도 3은 도 2에 도시된 원통형 강구조물의 단면도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 해저 프로세스를 위한 원통형 강구조물의 시공 방법을 나타낸 순서도,
도 5a 내지 5d는 해저 프로세스를 위한 원통형 강구조물의 시공 방법의 각 단계를 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 해저 프로세스를 위한 원통형 강구조물의 구성을 나타낸 도면.
본 발명은 다양한 변경을 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 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 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 명세서에서, "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.
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.
또한, 명세서에 기재된 "…부", "…모듈", "…유닛" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해저 프로세스를 위한 원통형 강구조물의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 해저 프로세스를 위한 원통형 강구조물은 유정 혹은 가스정(well)을 제외한 기존의 매니폴드(manifold)와 기존 해상 위에 설치되는 세퍼레이터 및 프로세스 설비를 해저에 마련되어 있되 해수가 제거된 공간 내에 설치 가능하도록 한다.
원통형 강구조물(10) 내의 메인 공간(12)에는 해수가 제거된 상태에서 해저 바닥에 각종 설비들이 설치될 수 있으며, 해저 장비에 해당하는 다수의 장비들을 육상의 원유 생산 설비와 같이 다를 수 있게 되어 사양 경감화가 가능하고 인력이 직접 접근한 상태에서 유지 보수가 가능한 효과가 있다.
해저 세퍼레이터(24)는 유정 혹은 가스정(20)에서 나오는 석유/가스/물의 혼합물이 매니폴드(22)를 통과하여 유입되면 중력을 이용하여 3상 분리한다. 분리된 물은 물 주입 펌프(26)를 통해 해저로 다시 주입하게 된다. 그리고 원유와 가스 등은 다상 펌프(28)를 통해 프로세스 모듈(30)로 전달된다.
프로세스 모듈(30)에는 추가적인 세퍼레이터가 포함될 수 있으며, 그 외에도 원유와 가스를 처리하기 위한 각종 컴프레셔(compressor), 하이드로사이클론(hydrocyclone), 플로테이션 유닛(flotation unit), 글리콜 컨택터(glycol contactor) 등이 포함될 수 있다.
프로세스 모듈(30)에서는 해저에서 가능한 상분리를 충분히 하고, 불순물을 최대한 제거하여 순도높은 원유와 가스를 해상(예컨대, 스토리지 혹은 하역 선박)으로 보낼 수 있다. 이처럼 프로세서 모듈(30)에서 수행되는 상분리 과정 및 순도높은 원유와 가스를 얻기 위해 수행되는 일련의 처리 과정을 프로세스 작업이라 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해저 프로세스를 위한 원통형 강구조물의 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 원통형 강구조물의 단면도이다.
본 실시예에 따른 해저 프로세스를 위한 원통형 강구조물(10)은 내부가 빈 대형 원통 형상을 가지고 있다. 내부에는 각종 프로세스 설비들이 설치되는 메인 공간(12)이 형성되고, 메인 공간(12)의 하부에는 원통형 강구조물(10)을 해저 바닥에 수직으로 세우기 위해 비중이 높은 물질로 채워진 밸러스트 공간(14)이 형성된다. 밸러스트 공간(14)은 원통형 강구조물(10)에서 무게추 역할을 수행하여 수직으로 세워질 수 있게 한다.
원통형 강구조물(10)의 직경과 높이는 설치하고자 하는 해역의 깊이와 장비의 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 실용성 등의 측면을 고려할 때 본 실시예에 따른 원통형 강구조물(10)은 해역의 깊이가 100m 미만인 경우에 적용하기에 유용할 것이다.
원통형 강구조물(10)의 주변에는 지지대 역할을 수행하는 복수의 파일(pile)(40a~c, 이하 40으로 통칭함)이 설치되어, 원통형 강구조물(10)을 지지해 줄 수 있다. 도면에서는 파일(40)의 수가 3개인 것으로 도시되어 있지만, 이는 일 실시예에 불과하며, 필요에 따라 4개 이상의 파일이 설치될 수도 있음은 물론이다.
복수의 파일(40)이 지지대로서 균형을 가지도록 하기 위해, 원통형 강구조물(10)의 수직 중심축을 중심으로 일정 각도만큼 이격된 위치에 설치될 수 있다. 도면과 같이 3개의 파일(40)이 설치된 경우 각 파일들은 서로 120도(˚)만큼의 간격을 가짐으로써 전체적인 균형을 맞추어 줄 수 있을 것이다.
원통형 강구조물(10)은 해저 바닥에 세워진 후 메인 공간(12) 내에 채워진 물을 펌프를 이용하여 배출시킨다. 이러한 배출 과정을 통해 메인 공간(12)은 내부가 빈 하나의 거대한 공간이 된다.
메인 공간(12)의 내벽에는 높이 방향으로 하나 이상의 미들 데크(middle deck)(16)가 설치될 수 있다. 미들 데크(16) 상에는 프로세스 모듈(30)에 포함되는 각종 설비들이 설치될 수 있다.
해저 세퍼레이터(24)는 메인 공간(12)의 바닥면 상에 바로 설치될 수도 있고, 혹은 미들 데크(16) 중 하나(예를 들면, 최하단 미들 데크(16a)) 위에 설치될 수도 있다.
프로세스 모듈(30)은 업스트림(upstream)의 원유/가스 혼합물을 정제하는데 필요한 설비들을 통칭하는 것으로서, 프로세스 모듈(30)에서 처리된 원유와 가스 등이 상부 시설(32)로 올라가게 된다.
상부 시설(32)은 유틸리티 모듈(utility module)과 리빙 쿼터(living quarter) 등을 포함하며, 원통형 강구조물(10) 상에 배치될 수 있다. 여기서, 유틸리티 모듈은 일반적인 FPSO의 탑사이드(topside)에 위치하는 각종 전력이나 기타 유틸리티 생산에 필요한 설비들을 말한다.
리빙 쿼터는 본 생산설비에 근무하는 사람들이 주거하는 곳으로서, 보통은 유틸리티 모듈이나 리빙 쿼터 안의 사무실이나 침실에서 주거하다가, 메인 공간(12) 내의 설비에 대한 유지 보수가 필요한 경우 작업을 위해 내려가게 된다. 작업자의 접근을 위해 메인 공간(12) 내를 상하로 승강하는 엘리베이터가 설치될 수 있다.
또한, 크레인(34)이 설치되어 메인 공간(12) 내에 설치된 각종 설비들에 대한 유지 보수가 가능하도록 할 수 있다.
이러한 구조의 원통형 강구조물(10) 내에 설치된 프로세스 모듈(30)을 이용하여 생산된 원유, 가스 등은 원통형 강구조물(10)의 주변에 접근한 원유 저장 시설(storage unit)(50) 등에 저장될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 해저 프로세스를 위한 원통형 강구조물의 시공 방법을 나타낸 순서도이고, 도 5a 내지 5d는 해저 프로세스를 위한 원통형 강구조물의 시공 방법의 각 단계를 나타낸 도면이다.
원통형 강구조물(10)은 드라이 도크 등에서 제작된 후 예인선(60)에 의해 설치장소까지 예인된다(단계 S200, 도 5a). 원통형 강구조물(10)은 내부에 메인 공간(12)과 밸러스트 공간(14)을 가지고 있으며, 메인 공간(12)의 상부에는 상부 커버(11)가 닫혀 있어, 원통형 강구조물(10)은 선박과 같이 부력에 의해 해상에 떠 있을 수 있다.
예인 과정에서 원활한 예인을 위해 원통형 강구조물(10)은 수평 상태로 눕혀진 상태로 이송될 수 있다. 이 경우 메인 공간(12)의 상부에는 상부 커버(11)가 닫혀 있어 내부를 밀폐 공간으로 만들어줘 부력을 발생시킬 수 있다.
설치장소에 도착하면, 원통형 강구조물(10)에 마련된 파이프(15)를 통해 밸러스트 공간(14) 내에 해수보다 비중이 큰 재료를 주입한다(단계 S210, 도 5b). 고비중 재료로는 예를 들어 해양 구조물에서 주로 사용되는 시멘트(cement)가 활용될 수 있다.
고비중 재료가 밸러스트 공간(14)을 채움에 따라 원통형 강구조물(10)은 하부에 해당하는 부분이 서서히 가라앉으면서 점차 수직 상태로 놓여지게 된다.
고비중 재료가 채워짐과 동시에 상부 커버(11)를 일부 개방하여 메인 공간(12) 내에도 해수가 저속으로 유입되도록 할 수 있다. 메인 공간(12) 내에 해수가 채워짐으로써 원통형 강구조물(10)이 해저면까지 가라 앉을 수 있게 된다.
원통형 강구조물(10)이 가라앉으면 해저면에 하중에 의해 설치되고, 이후 상부 커버(11)를 제거한다(단계 S220, 도 5c).
그리고 원통형 강구조물(10)을 가라앉히기 위해 메인 공간(12) 내에 유입시킨 해수를 펌프(70)를 이용하여 외부로 배출시킨다(단계 S230, 도 5d).
메인 공간(12) 내의 해수가 배출되어, 내부가 빈 공간이 되면 각종 프로세스 모듈들을 설치하여, 고정식 해저 생산설비로서 기능하게 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 해저 프로세스를 위한 원통형 강구조물의 구성을 나타낸 도면이다.
메인 공간(12) 내에서 생산된 가스를 처리하기 위해 플레어 타워(80)를 설치할 필요가 있는데, 이 경우 원통형 강구조물(10)은 폭에 비해 높이가 큰 강구조물이어서 안전성 측면에서 문제가 있을 수 있다.
따라서, 플레어 타워(80)를 해저에서부터 설치하여 플레어 팁(82)이 가능한한 원통형 강구조물(10)에서 멀리 이격되어 플레어링(flaring)되도록 할 수 있다.
이 경우 플레어 타워(80)는 메인 구조물인 원통형 강구조물(10)에 비해 강도가 떨어질 수 있어, 플레어 타워(80)가 주위의 불특정 선박과 충돌하는 것을 회피하기 위해 가이드 구조물(90)이 설치될 수 있다.
가이드 구조물(90)은 원통형 강구조물(10)의 외벽 중 해수면과 만나는 높이에 설치되며, 강철 파이프 트러스(truss) 구조를 가지고 있을 수 있다.
가이드 구조물(90)은 플레어 타워(80)가 해수면과 만나는 지점에 대해 주위의 불특정 선박이 접근하지 못하도록 이를 둘러싸는 구조를 가질 수 있으며, 위에서 내려다 볼 때 반원 형상을 가질 수 있다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 원통형 강구조물 12: 메인 공간
14: 밸러스트 공간 16: 미들 데크
20: 유정 혹은 가스정 22: 매니폴드
24: 해저 세퍼레이터 26: 물 주입 펌프
28: 다상 펌프 30: 프로세스 모듈
40: 파일 32: 상부 시설
34: 크레인 50: 스토리지 유닛

Claims (4)

  1. 하단이 해저면(seabed)에 안착되고 상단이 해수면보다 높이 위치하는 원통형 강구조물을 포함하되,
    상기 원통형 강구조물은 그 내부에 해저에서 채취한 원유 혹은 가스에 대한 분리 및 프로세스 작업을 수행하는 해저 세퍼레이터 및 프로세스 모듈이 설치되는 메인 공간과, 상기 메인 공간의 하부에 배치되며 해수보다 비중이 높은 물질이 채워져 무게추 역할을 수행하는 밸러스트 공간이 형성되며,
    상기 원통형 강구조물의 외벽에 플레어 타워가 설치되되,
    상기 플레어 타워의 하부는 해저에 설치되고 플레어 팁은 해수면 상으로 돌출되며,
    상기 플레어 타워가 해수면을 지나는 지점을 둘러싸는 가이드 구조물이 해수면 높이에서 상기 원통형 강구조물의 외벽에 설치되는 해저 프로세스를 위한 원통형 강구조물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메인 공간의 내벽에는 높이 방향으로 하나 이상의 미들 데크가 설치되며, 상기 해저 세퍼레이터 및 상기 프로세스 모듈은 상기 하나 이상의 미들 데크 상에 설치되는 해저 프로세스를 위한 원통형 강구조물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 원통형 강구조물은 상기 메인 공간의 상부를 덮는 상부 커버를 더 포함하되,
    상기 원통형 강구조물의 예인 과정에서는 상기 상부 커버가 닫혀 있어 상기 메인 공간을 밀폐시켜 부력을 발생시키고, 상기 원통형 강구조물이 설치장소에 도착하면 상기 상부 커버를 개방하여 상기 메인 공간 내에 해수가 유입되도록 하여 상기 원통형 강구조물을 해저면에 안착시키며, 이후 상기 메인 공간 내의 해수를 펌프를 통해 외부로 배출시키는 해저 프로세스를 위한 원통형 강구조물.
  4. 삭제
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KR200387372Y1 (ko) * 2005-03-17 2005-06-17 주식회사 우진폼테크 수중 케이싱장치
JP2006240594A (ja) * 2005-03-07 2006-09-14 Taisei Corp 浮体式鋼管運搬装置及び浮体式鋼管運搬方法

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