KR101784971B1 - 시추 장치 - Google Patents

Abstract

시추 장치가 제공된다. 본 발명의 일 면(aspect)에 따른 시추 장치는, 파이프를 클램핑하는 제1 클램핑부 및 머드를 주입하는 머드 주입부를 구비하는 상부 모듈과, 파이프를 클램핑하는 제2 클램핑부 및 상기 제2 클램핑부에 의해 클램핑된 파이프를 회전시키는 파이프 회전부를 구비하는 하부 모듈을 포함하는 제1 및 제2 탑 드라이브; 및 상기 제1 탑 드라이브 및 상기 제2 탑 드라이브를 제어하는 컨트롤러를 포함한다.

Description

시추 장치{Apparatus for drilling}

본 발명은 시추 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 해저에 위치한 가스정 또는 유정에서 자원을 채취하기 위한 시추 장치에 관한 것이다.

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

이러한 이유로 최근에는 지금까지 경제성이 없어 무시되어 왔던 군소의 한계 유전이나 심해유전의 개발이 경제성을 가지게 되었다. 따라서, 해저 채굴 기술의 발달과 더불어 이러한 유전의 개발에 적합한 시추설비를 구비한 부유식 시추설비가 개발되어 있다.

해저에 위치한 가스정 또는 유정으로부터 가스 또는 원유를 얻기 위해서는 가스정 또는 유정까지 연장되는 구멍을 뚫는 시추 작업이 필요하다.

드릴쉽(drill ship)과 같은 시추선은, 파이프를 장착하여 상하로 이동시키기 위하여 탑 드라이브(top drive)를 포함한다.

한국공개특허 KR 10-2011-0029965 (2011.03.23)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 제어 효율을 향상시킬 수 있는 시추 장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 면(aspect)에 따른 시추 장치는 파이프를 클램핑하는 제1 클램핑부 및 머드를 주입하는 머드 주입부를 구비하는 상부 모듈과, 파이프를 클램핑하는 제2 클램핑부 및 상기 제2 클램핑부에 의해 클램핑된 파이프를 회전시키는 파이프 회전부를 구비하는 하부 모듈을 포함하는 제1 및 제2 탑 드라이브; 및 상기 제1 탑 드라이브 및 상기 제2 탑 드라이브를 제어하는 컨트롤러를 포함한다.

또한, 상기 컨트롤러는, 상기 제1 탑 드라이브가 하강되어 있고, 상기 제2 탑 드라이브가 상승되어 있는 경우, 상기 제1 탑 드라이브의 머드 주입부, 제2 클램핑부 및 파이프 회전부를 제어하여, 제1 파이프를 클램핑하고, 상기 제1 파이프 내 머드를 주입하고, 상기 클램핑된 제1 파이프를 회전시킴으로써 시추(drilling) 작업을 진행하고, 상기 제2 탑 드라이브의 제2 클램핑부 및 파이프 회전부를 제어하여 제2 파이프를 클램핑하고, 제2 파이프를 고속으로 회전시킴으로써 상기 제1 파이프와 상기 제2 파이프를 연결하는 작업을 진행하고, 상기 제1 탑 드라이브의 작동을 정지시키고, 상기 제2 탑 드라이브의 머드 주입부 및 파이프 회전부를 제어하여 제2 파이프 내 머드를 주입하고, 상기 클램핑된 제2 파이프를 정속으로 회전시킴으로써 연속 시추 작업을 진행할 수 있다.

또한, 상기 컨트롤러는, 상기 제1 탑 드라이브가 상승되어 있고, 상기 제2 탑 드라이브가 하강되어 있는 경우, 상기 제1 탑 드라이브의 머드 주입부, 제2 클램핑부 및 파이프 회전부를 제어하여, 제1 파이프를 클램핑하고, 상기 제1 파이프 내 머드를 주입하고, 상기 클램핑된 제1 파이프를 회전시킴으로써 리밍(reaming) 작업을 진행하고, 상기 제1 탑 드라이브의 파이프 회전부를 제어하여 상기 제1 파이프의 회전을 정지시키고, 상기 제2 탑 드라이브의 제1 클램핑부, 제2 클램핑부 및 파이프 회전부를 제어하여 상기 제1 파이프 및 상기 제1 파이프에 연결된 제2 파이프를 클램핑하고, 상기 클램핑된 제2 파이프를 회전시킴으로써 상기 제1 파이프와 상기 제2 파이프를 분리시키고, 상기 제1 탑 드라이브의 작동을 정지시키고, 상기 제2 탑 드라이브의 머드 주입부와 제1 클램핑부를 제어하여 제1 파이프의 클램핑을 해제하고, 제2 파이프 내 머드를 주입함으로써 연속 리밍 직업을 진행할 수 있다.

또한, 상기 컨트롤러는, 제1 탑 드라이브가 상승되어 있고, 제2 탑 드라이브가 하강되어 있는 경우, 상기 제2 탑 드라이브의 제2 클램핑부를 제어하여 제2 파이프를 클램핑함으로써 트리핑 인(tripping in) 작업을 진행하고, 상기 제1 탑 드라이브의 제2 클램핑부 및 파이프 회전부를 제어하여 제1 파이프를 클램핑하고, 상기 클램핑된 제1 파이프를 회전시킴으로써 상기 제1 파이프와 상기 제2 파이프를 연결하고, 상기 제2 탑 드라이브의 작동을 정지시키고, 상기 제1 탑 드라이브의 파이프 회전부를 제어하여 상기 제1 파이프의 회전을 정지시킴으로써 연속 트리핑 인 작업을 진행할 수 있다.

또한, 상기 컨트롤러는, 제1 탑 드라이브가 상승되어 있고, 제2 탑 드라이브가 하강되어 있는 경우, 상기 제1 탑 드라이브의 제2 클램핑부를 제어하여 제1 파이프를 클램핑함으로써 트리핑 아웃(tripping out) 작업을 진행하고, 상기 제2 탑 드라이브의 제1 클램핑부, 제2 클램핑부 및 파이프 회전부를 제어하여 상기 제1 파이프 및 상기 제1 파이프에 연결된 제2 파이프를 클램핑하고, 상기 클램핑된 제2 파이프를 회전시킴으로써 상기 제1 파이프와 상기 제2 파이프를 분리시키고, 상기 제1 탑 드라이브의 작동을 정지시키고, 제2 탑 드라이브의 제1 클램핑부 및 파이프 회전부를 제어하여 상기 제1 파이프의 클램핑을 해제하고 상기 제2 파이프의 회전을 정지시킴으로써 연속 트리핑 아웃 작업을 진행할 수 있다.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

상기와 같은 본 발명의 시추 장치에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.

본 발명에 따르면, 4개의 제어 요소만으로도 연속 시추, 연속 리밍, 연속 트리핑 인, 연속 트리핑 아웃 작업을 진행할 수 있으므로 제어 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 구조물의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시추 장치의 블록도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 시추 장치의 개략도이다.
도 5 내지 도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 시추 장치의 동작도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.

하나의 소자(elements)가 다른 소자와 "접속된(connected to)" 또는 "커플링된(coupled to)" 이라고 지칭되는 것은, 다른 소자와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 소자가 다른 소자와 "직접 접속된(directly connected to)" 또는 "직접 커플링된(directly coupled to)"으로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자를 개재하지 않은 것을 나타낸다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 구조물의 개략도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 구조물(1)은 시추 설치가 장착되는 데릭(drilling derrick, 10)을 포함한다. 구체적으로, 해양 구조물에 적재된 파이프는 크레인 등의 리프팅 수단을 통해 데릭(10)으로 운반되고, 데릭(10) 상에 설치된 시추 장치는 상기 운반된 파이프를 이용하여 시추 작업을 진행한다. 이 때, 데릭(10)은 직선 부재와 경사 부재의 조립에 의해 트러스 구조를 이룰 수 있고, 해양 구조물의 문풀 상에 수직되게 설치될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 해양 구조물은 잭업 드릴링 리그, 잭업 리그, 시추선, 바지선, 해양작업선 및 해양플렌트 등을 통칭하는 것으로서, 자항능력을 가지는 선박뿐만 아니라 해양에 설치되는 모든 구조물을 포함할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시추 장치의 블록도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 시추 장치의 개략도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 시추 장치(20)는 제1 및 제2 탑 드라이브(100, 200)와, 컨트롤러(300)를 포함하나, 이외 추가적인 구성을 배제하지 않는다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 시추 장치(20)는 연속 시추(continuous drilling) 작업을 위해 2개의 탑 드라이브(top drive)를 포함하는 것을 예로 들어 설명하나, 이에 제한되지 않고 3개 이상의 탑 드라이브를 포함할 수도 있다.

제1 및 제2 탑 드라이브(100, 200)는 데릭(10)의 내측에 설치되어 상기 운반된 파이프를 장착하여 상하로 이동시켜 시추 작업을 진행할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 탑 드라이브(100, 200)는 파이프를 승강시키기 위하여 상기 파이프를 파지하고, 상기 파이프의 조립에 의해 드릴 스트링(drill string)을 이룰 수 있도록 할 수 있다. 다만, 운반된 파이프를 장착하여 연속 시추 등의 작업을 진행할 수 있다면, 제1 및 제2 탑 드라이브(100, 200)의 형상과 세부 구성은 다양하게 변경될 수 있다.

도 4를 참조하면, 제1 및 제2 탑 드라이브(100, 200)는 각각 상부 모듈(110, 210)과 하부 모듈(120, 220)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상부 모듈(110, 210)은 파이프를 클램핑(clamping)하는 제1 클램핑부와, 클램핑된 파이프를 통해 머드를 주입(inlet)하는 머드 주입부를 포함하고, 하부 모듈(120, 220)은 파이프를 클램핑하는 제1 클램핑부와 상기 제2 클램핑부에 의해 클램핑된 파이프를 회전(rotation) 시키는 파이프 회전부를 포함할 수 있다. 이 때, 제1 탑 드라이브(100)와 제2 탑 드라이브(200)의 세부 구성은 동일한 것을 의미한다. 다만, 상부 모듈(110, 210)이 클램핑 작업과 머드 주입 작업을 진행하고, 하부 모듈(120, 220)이 클램핑 작업과 회전 작업을 진행할 수 있다면, 상부 모듈(110, 210)과 하부 모듈(120, 220)의 형상과 세부 구성은 다양하게 변경될 수 있다. 여기에서, 머드(mud)란 시추 작업을 진행하는 동안 시추공을 위해 순환되는 특수한 혼합액을 지칭한다.

컨트롤러(300)는 제1 탑 드라이브와 제2 탑 드라이브를 각각 제어한다. 구체적으로, 클램핑된 파이프를 통해 머드를 주입시키는 머드 주입(inlet), 상부 모듈(110, 210)을 통해 파이프를 클램핑하는 상부 모듈 클램핑(clamping high), 하부 모듈(120, 220)을 통해 파이프를 클램핑하는 하부 모듈 클램핑(clamping low) 및 하부 모듈(120, 220)을 통해 클램핑된 파이프를 회전시키는 하부 모듈 회전(rotation low)인 4가지 제어 요소에 기초하여 제1 및 제2 탑 드라이브(100, 200)를 제어할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술한다.

도 5 내지 도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 시추 장치의 동작도이다.

도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 시추 장치(20)의 드릴링(drilling) 작업에 대해 설명한다. 이 때, 제1 탑 드라이브(100)는 하강되어 있는 상태이고, 제2 탑 드라이브(200)는 상승되어 있는 상태로 가정한다. 여기에서, 시추 작업이란, 시추공에 내려진 제1 파이프(예를 들어, 드릴 파이프)에 장착된 드릴 비트(drill bit)를 이용하여 구멍을 뚫는 작업을 의미한다.

먼저, 컨트롤러(300)는 하강되어 있는 제1 탑 드라이브(100)의 머드 주입부, 제2 클램핑부 및 파이프 회전부를 제어한다. 구체적으로, 컨트롤러(300)는 제1 탑 드라이브(100)에 머드 주입(inlet) 명령과, 하부 모듈 클램핑(clamping low) 명령과, 하부 모듈 회전(rotation low) 명령을 내려 시추(drilling) 작업을 진행한다. 이 때, 제1 탑 드라이브(100)의 하부 모듈(120)의 제2 클램핑부는 시추공에 내려진 제1 파이프를 클램핑하고, 제1 탑 드라이브(100)의 상부 모듈(110)의 머드 주입부는 상기 시추공에 머드를 주입하며, 상기 제1 탑 드라이브(100)의 하부 모듈(120)의 파이프 회전부는 상기 클램핑된 제1 파이프를 회전시켜 시추 작업을 진행한다.

시추 작업이 진행되고 있는 동안, 컨트롤러(300)는 상승되어 있는 제2 탑 드라이브(200)의 제2 클램핑부를 제어한다. 구체적으로, 컨트롤러(300)는 제2 탑 드라이브(200)에 하부 모듈 클램핑(clamping low) 명령을 내린다. 이 때, 제2 탑 드라이브(200)의 하부 모듈(220)의 제2 클램핑부는 상기 시추작업이 진행되는 제1 파이프와 연결될 제2 파이프를 클램핑한다.

또한, 컨트롤러(300)는 제2 탑 드라이브(200)의 파이프 회전부를 제어한다. 구체적으로, 컨트롤러(300)는 제2 탑 드라이브(200)에 하부 모듈 고속 회전(rotation low) 명령을 내린다. 이 때, 제2 탑 드라이브(200)의 하부 모듈(220)의 파이프 회전부는 상기 클램핑한 제2 파이프를 고속으로 회전시킨다.

따라서, 제2 탑 드라이브(200)에 의해 클램핑된 제2 파이프의 회전 속도가 제1 탑 드라이브(100)에 의해 클램핑된 제1 파이프의 회전 속도보다 빠르므로, 제1 탑 드라이브(100)에 의해 클램핑된 제1 파이프와 제2 탑 드라이브(200)에 의해 클램핑된 제2 파이프가 연결된다.

본 발명의 일 실시예에서, 상측에 위치한 파이프의 회전 속도가 하측에 위치한 파이프의 회전 속도보다 빠른 경우 상측에 위치한 파이프와 하측에 위치한 파이프가 연결되고, 상측에 위치한 파이프의 회전 속도보다 하측에 위치한 파이프의 회전 속도가 빠른 경우 상측에 위치한 파이프와 하측에 위치한 파이프가 분리되도록, 각 파이프의 나사선이 형성된 것을 예로 들어 설명한다.

제1 탑 드라이브(100)의 하부 모듈(120)의 제2 클램핑부에 의해 클램핑된 제1 파이프와 제2 탑 드라이브(200)의 하부 모듈(220)의 제2 클램핑부에 의해 클램핑된 제2 파이프가 연결된 후, 컨트롤러(300)는 제1 탑 드라이브(100)의 작동을 정지시킨다.

또한, 컨트롤러(300)는 제2 탑 드라이브(200)의 머드 주입부 및 파이프 회전부를 제어한다. 구체적으로, 컨트롤러(300)는 제2 탑 드라이브(200)에 머드 주입(inlet) 명령과, 하부 모듈 회전(rotation low) 명령을 내려 연속적인 시추(drilling) 작업을 진행한다.

이 경우, 제1 탑 드라이브(100)의 파이프 회전부는 클램핑된 제1 파이프의 회전을 정지시키고, 제1 탑 드라이브(100)의 제2 클램핑부는 제1 파이프의 클램핑을 해제한다. 또한, 제2 탑 드라이브(200)의 상부 모듈(210)의 머드 주입부는 상기 시추공에 머드를 주입하고, 제2 탑 드라이브(200)의 하부 모듈(220)의 파이프 회전부는 상기 클램핑된 제2 파이프 및 제2 파이프와 연결된 제1 파이프를 정속으로 회전시켜 연속적인 시추 작업을 진행할 수 있다.

이 때, 파이프를 클램핑하고 있지 않는 제1 탑 드라이브(100)는 상측으로 이동하여 다음 작업을 준비하고, 제2 파이프를 클램핑하고 있는 제2 탑 드라이브(200)는 하측으로 이동하며 시추 작업을 진행할 수 있다.

도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 시추 장치(20)의 리밍(reaming) 작업에 대해 설명한다. 이 때, 제1 탑 드라이브(100)는 상승되어 있는 상태이고, 제2 탑 드라이브(200)는 하강되어 있는 상태로 가정한다. 여기에서, 리밍 작업이란 시추공에 내려진 파이프(예를 들어, 드릴 파이프)를 상승시켜 구멍을 다듬는(예를 들어, 확장) 작업을 의미한다.

먼저, 컨트롤러(300)는 상승되어 있는 제1 탑 드라이브(100)의 머드 주입부, 제2 클램핑부 및 파이프 회전부를 제어한다. 구체적으로, 컨트롤러(300)는 제1 탑 드라이브(100)에 머드 주입(inlet) 명령과, 하부 모듈 클램핑(clamping low) 명령과, 하부 모듈 회전(rotation low) 명령을 내려 리밍(reaming) 작업을 진행한다. 이 때, 제1 탑 드라이브(100)의 하부 모듈(120)의 제2 클램핑부는 시추공에 내려진 제1 파이프를 클램핑하고, 제1 탑 드라이브(100)의 상부 모듈(110)의 머드 주입부는 상기 시추공에 머드를 주입하고, 제1 탑 드라이브(100)의 하부 모듈(120)의 파이프 회전부는 상기 클램핑한 제1 파이프를 회전시켜 리밍 작업을 진행한다.

리밍 작업이 진행되고 있는 동안, 컨트롤러(300)는 제1 탑 드라이브(100)의 파이프 회전부를 제어한다. 구체적으로, 컨트롤러(300)는 제1 탑 드라이브(100)에 하부 모듈 회전(rotation low)의 정지 명령을 내린다. 이 때, 제1 탑 드라이브(100)의 하부 모듈(120)의 파이프 회전부는 클램핑한 제1 파이프의 회전을 정지시킨다.

이 후, 컨트롤러(300)는 하강되어 있는 제2 탑 드라이브(200)의 제1 클램핑부 및 제2 클램핑부를 제어한다. 구체적으로, 컨트롤러(300)는 제2 탑 드라이브(200)에 상부 모듈 클램핑(clamping high), 하부 모듈 클램핑(clamping low) 명령을 내린다. 이 때, 제2 탑 드라이브(200)의 상부 모듈(210)의 제1 클램핑부는 제1 탑 드라이브(100)의 하부 모듈(110)에 의해 클램핑된 제1 파이프를 클램핑하고, 제2 탑 드라이브(200)의 하부 모듈(220)의 제2 클램핑부는 상기 제1 파이프와 연결된 제2 파이프를 클램핑한다.

또한, 컨트롤러(300)는 제2 탑 드라이브(200)의 하부 모듈(220)의 파이프 회전부를 제어한다. 구체적으로, 컨트롤러(300)는 제2 탑 드라이브(200)에 하부 모듈 회전(rotation low) 명령을 내린다. 이 때, 제1 파이프는 정지해있는 상태에서, 제2 탑 드라이브(200)의 하부 모듈(220)의 파이프 회전부는 제2 파이프만 회전시킨다. 따라서, 상측에 위치한 제1 파이프가 정지한 상태로 하측에 위치한 제2 파이프가 회전하므로, 제1 탑 드라이브(100)의 하부 모듈(120)의 제2 클램핑부 및 제2 탑 드라이브(200)의 상부 모듈(210)의 제1 클램핑부에 의해 클램핑된 제2 파이프와 제2 탑 드라이브(200)의 하부 모듈(220)의 제2 클램핑부에 의해 클램핑된 제2 파이프가 분리된다.

이 후, 컨트롤러(300)는 제1 탑 드라이브(100)의 작동을 정지시킨다.

또한, 컨트롤러(300)는 제2 탑 드라이브(200)의 머드 주입부 및 제1 클램핑부를 제어한다. 구체적으로, 컨트롤러(300)는 제2 탑 드라이브(200)에 머드 주입 명령(inlet)과 상부 모듈 클램핑 해제 명령을 내려 연속 리밍(reaming) 작업을 진행한다.

이 경우, 제1 탑 드라이브(100)의 파이프 회전부는 클램핑된 제1 파이프의 회전을 정지시키고, 제1 탑 드라이브(100)의 제2 클램핑부는 제1 파이프의 클램핑을 해제한다. 또한, 제2 탑 드라이브(200)의 상부 모듈(210)의 제1 클램핑부는 제1 파이프의 클램핑을 해제하고, 제2 탑 드라이브(200)의 하부 모듈(220)의 제2 클램핑부가 제2 파이프의 클램핑을 유지한 상태에서 제2 탑 드라이브(200)의 상부 모듈(210)의 머드 주입부는 상기 시추공에 머드를 주입하고, 제2 탑 드라이브(200)의 하부 모듈(220)의 파이프 회전부는 클램핑된 제2 파이프를 정속으로 회전시켜 연속적인 리밍 작업을 진행할 수 있다.

이 때, 제1 파이프를 클램핑하고 있지 않은 제1 탑 드라이브(100)는 하측으로 이동하여 다음 작업을 준비하고, 제2 파이프를 클램핑하고 있는 제2 탑 드라이브(200)는 상측으로 이동하며 리밍 작업을 진행할 수 있다.

도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 시추 장치(20)의 트리핑 인(tripping in) 작업에 대해 설명한다. 이 때, 제1 탑 드라이브(100)는 상승되어 있는 상태이고, 제2 탑 드라이브(200)는 하강되어 있는 상태로 가정한다. 여기에서, 트리핑 인 작업이란 파이프(예를 들어, 드릴 파이프나 라이저 파이프)를 시추공 안으로 주입하는 작업을 의미한다.

먼저, 컨트롤러(300)는 하강되어 있는 제2 탑 드라이브(200)의 제2 클램핑부를 제어한다. 구체적으로, 컨트롤러(300)는 제2 탑 드라이브(200)에 하부 모듈 클램핑(clamping low) 명령을 내려 트리핑 인(tripping in) 작업을 진행한다. 이 때, 제2 탑드라이브(200)의 하부 모듈(200)의 제2 클램핑부는 시추공에 내려진 제2 파이프를 클램핑하여 트리핑 인 작업을 진행한다.

제2 탑 드라이브(200)에 의해 트리핑 인 작업이 진행되고 있는 동안, 컨트롤러(300)는 상승되어 있는 제1 탑 드라이브(100)의 제2 클램핑부를 제어한다. 구체적으로, 컨트롤러(300)는 제1 탑 드라이브(100)에 하부 모듈 클램핑(clamping low) 명령을 내린다. 이 때, 제1 탑 드라이브(100)의 하부 모듈(120)의 제2 클램핑부 상기 트리핑 인 작업이 진행되는 제2 파이프와 연결될 제1 파이프를 클램핑한다.

이 후, 컨트롤러(300)는 제1 탑 드라이브(100)의 파이프 회전부를 제어한다. 구체적으로, 컨트롤러(300)는 제1 탑 드라이브(100)에 하부 모듈 회전(rotation low) 명령을 내린다. 이 때, 제1 탑 드라이브(100)의 하부 모듈(120)의 파이프 회전부는 클램핑된 제1 파이프를 회전시킨다.

따라서, 상측에 위치한 제1 파이프만 회전하고, 하측에 위치하여 트리핑 인 작업을 진행하고 있는 제2 파이프는 회전하지 않으므로, 제1 탑 드라이브(100)에 의해 클램핑된 제1 파이프와 제2 탑 드라이브(200)에 의해 클램핑된 파이프가 제2 연결된다.

제1 탑 드라이브(100)에 의해 클램핑된 제1 파이프와 제2 탑 드라이브(200)에 의해 클램핑된 제1 파이프가 연결된 후, 컨트롤러(300)는 제2 탑 드라이브(200)의 작동을 정지시킨다.

또한, 컨트롤러(300)는 제1 탑 드라이브(100)의 파이프 회전부를 제어한다. 구체적으로, 컨트롤러(300)는 제1 탑 드라이브(100)에 하부 모듈 회전(rotation low)의 정지 명령을 내려 연속적인 트리핑 인 작업을 진행한다.

이 경우, 제2 탑 드라이브(200)의 하부 모듈(120)의 제2 클램핑부는 제2 파이프의 클램핑을 해제한다. 또한, 제1 탑 드라이브(100)의 하부 모듈(120)의 파이프 회전부는 클램핑된 제1 파이프의 회전을 정지시키고, 제1 탑 드라이브(100)의 하부 모듈(120)의 제2 클램핑부가 제2 파이프와 연결된 제1 파이프를 클램핑한 상태에서 연속적인 트리핑 인 작업을 진행할 수 있다.

이 때, 파이프를 클램핑하고 있지 않는 제2 탑 드라이브(200)는 상측으로 이동하여 다음 작업을 준비하고, 파이프를 클램핑하고 있는 제1 탑 드라이브(100)는 하측으로 이동하며 트리핑 인 작업을 진행할 수 있다.

도 8을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 시추 장치(20)의 트리핑 아웃(tripping out) 작업에 대해 설명한다. 이 때, 제1 탑 드라이브(100)는 상승되어 있는 상태이고, 제2 탑 드라이브(200)는 하강되어 있는 상태로 가정한다. 여기에서, 트리핑 아웃 작업이란 파이프(예를 들어, 드릴 파이프나 라이저 파이프)를 시추공 안으로부터 빼내는 작업을 의미한다.

먼저, 컨트롤러(300)는 상승되어 있는 제1 탑 드라이브(100)의 제2 클램핑부를 제어한다. 구체적으로, 컨트롤러(300)는 제1 탑 드라이브(100)에 하부 모듈 클램핑(clamping low) 명령을 내려 트리핑 아웃(tripping out) 작업을 진행한다. 이 때, 제1 탑 드라이브(100)의 하부 모듈(120)의 제2 클램핑부는 시추공에 내려진 제2 파이프에 연결된 제1 파이프를 클램핑하여 트리핑 아웃 작업을 진행한다.

제1 탑 드라이브(100)에 의해 트리핑 아웃 작업이 진행되고 있는 동안, 컨트롤러(300)는 하강되어 있는 제2 탑 드라이브(200)의 제1 클램핑부를 제어한다. 구체적으로, 컨트롤러(300)는 제2 탑 드라이브(200)에 상부 모듈 클램핑(clamping high) 명령을 내린다. 이 때, 제2 탑 드라이브(200)의 상부 모듈(210)의 제1 클램핑부는 제1 탑 드라이브(100)의 하부 모듈(120)에 의해 클램핑된 제1 파이프를 클램핑 한다.

이와 동시에, 컨트롤러(300)는 제2 탑 드라이브(200)의 제2 클램핑부를 제어한다. 구체적으로, 컨트롤러(300)는 제2 탑 드라이브(200)에 하부 모듈 클램핑(clamping low) 명령을 내린다. 이 때, 제2 탑 드라이브(200)의 하부 모듈(220)의 클램핑부는, 제1 탑 드라이브(100)의 하부 모듈(120)과 제2 탑 드라이브(200)의 상부 모듈(210)에 의해 클램핑된 제1 파이프와 연결된 제2 파이프를 클램핑한다.

이 후, 컨트롤러(300)는 제2 탑 드라이브(200)의 파이프 회전부를 제어한다. 구체적으로, 컨트롤러(300)는 제2 탑 드라이브(200)에 하부 모듈 회전(rotation low) 명령을 내린다. 이 때, 제1 탑 드라이브(100)의 하부 모듈(120)의 제2 클램핑부와 제2 탑 드라이브(200)의 상부 모듈(210)의 제1 클램핑부에 의해 클램핑된 제1 파이프는 정지한 상태에서, 제2 탑 드라이브(200)의 하부 모듈(220)의 제2 클램핑부는 상기 클램핑된 제1 파이프와 연결된 제2 파이프만을 회전시킨다.

따라서, 상측에 위치한 제1 파이프가 정지한 상태에서 하측에 위치한 제2 파이프만 회전하므로, 제1 탑 드라이브(100)의 하부 모듈(120)의 제2 클램핑부와 제2 탑 드라이브(200)의 상부 모듈(210)의 제1 클램핑부에 의해 클램핑된 제1 파이프와, 제2 탑 드라이브(200)의 하부 모듈(220)의 제2 클램핑부에 의해 클램핑된 제2 파이프가 분리된다.

이 후, 컨트롤러(300)는 제2 탑 드라이브(200)의 상부 모듈(210)의 제1 클램핑부를 제어한다. 구체적으로, 컨틀로러(300)는 제2 탑 드라이브(200)에 상부 모듈 클램핑(clamping high) 해제 명령을 내린다. 이 때, 제2 탑 드라이브(200)의 상부 모듈(210)의 제1 클램핑부는 제1 파이프의 클램핑을 해제하므로, 제1 탑 드라이브(100)의 하부 모듈(120)의 제2 클램핑부에 의해 클램핑된 제1 파이프와 제2 탑 드라이브(200)의 하부 모듈(220)의 제2 클램핑부에 의해 클램핑된 제2 파이프가 완전히 분리된다.

제1 탑 드라이브(100)에 의해 클램핑된 제1 파이프와 제2 탑 드라이브(200)에 의해 클램핑된 제2 파이프가 완전히 분리된 후, 컨트롤러(300)는 제1 탑 드라이브(100)의 작동을 정지시킨다.

또한, 컨트롤러(300)는 제2 탑 드라이브(200)의 하부 모듈(200)의 파이프 회전부를 제어한다. 구체적으로, 컨트롤러(300)는 제2 탑 드라이브(200)에 하부 모듈 회전(rotation low)의 정지 명령을 내려 연속 트리핑 아웃 작업을 진행한다.

이 경우, 제1 탑 드라이브(100)의 하부 모듈(120)의 제2 클램핑부는 제1 파이프의 클램핑을 해제하고, 제2 탑 드라이브(200)의 하부 모듈(220)의 파이프 회전부는 클램핑된 제2 파이프의 회전을 정지시킴으로써, 제2 탑 드라이브(200)의 하부 모듈(220)의 제2 클램핑부가 제2 파이프를 클램핑한 상태에서 연속적인 트리핑 아웃 작업을 진행할 수 있다.

이 때, 제1 파이프를 클램핑하고 있지 않는 제1 탑 드라이브(100)는 하측으로 이동하여 다음 작업을 준비하고, 제2 파이프를 클램핑하고 있는 제2 탑 드라이브(200)는 상측으로 이동하며 트리핑 아웃 작업을 진행할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 시추 장치(20)는 4개의 제어 요소 만으로도 연속 시추, 연속 리밍, 연속 트리핑 인, 연속 트리핑 아웃 작업을 진행할 수 있으므로, 제어 효율을 향상시킬 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1: 해양 구조물
10: 데릭
20: 시추 장치
100, 200: 제1 및 제2 탑 드라이브(top drive)
110, 210: 상부 모듈
120, 220: 하부 모듈
300: 컨트롤러

Claims (5)

1. 삭제
2. 파이프를 클램핑하는 제1 클램핑부 및 머드를 주입하는 머드 주입부를 구비하는 상부 모듈과, 파이프를 클램핑하는 제2 클램핑부 및 상기 제2 클램핑부에 의해 클램핑된 파이프를 회전시키는 파이프 회전부를 구비하는 하부 모듈을 포함하는 제1 및 제2 탑 드라이브; 및
   상기 제1 탑 드라이브 및 상기 제2 탑 드라이브를 제어하는 컨트롤러를 포함하되,
   상기 컨트롤러는,
   상기 제1 탑 드라이브가 하강되어 있고, 상기 제2 탑 드라이브가 상승되어 있는 경우,
   상기 제1 탑 드라이브의 머드 주입부, 제2 클램핑부 및 파이프 회전부를 제어하여, 제1 파이프를 클램핑하고, 상기 제1 파이프 내 머드를 주입하고, 상기 클램핑된 제1 파이프를 회전시킴으로써 시추(drilling) 작업을 진행하고,
   상기 제2 탑 드라이브의 제2 클램핑부 및 파이프 회전부를 제어하여 제2 파이프를 클램핑하고, 제2 파이프를 고속으로 회전시킴으로써 상기 제1 파이프와 상기 제2 파이프를 연결하는 작업을 진행하고,
   상기 제1 탑 드라이브의 작동을 정지시키고,
   상기 제2 탑 드라이브의 머드 주입부 및 파이프 회전부를 제어하여 제2 파이프 내 머드를 주입하고, 상기 클램핑된 제2 파이프를 정속으로 회전시킴으로써 연속 시추 작업을 진행하는, 시추 장치.
3. 파이프를 클램핑하는 제1 클램핑부 및 머드를 주입하는 머드 주입부를 구비하는 상부 모듈과, 파이프를 클램핑하는 제2 클램핑부 및 상기 제2 클램핑부에 의해 클램핑된 파이프를 회전시키는 파이프 회전부를 구비하는 하부 모듈을 포함하는 제1 및 제2 탑 드라이브; 및
   상기 제1 탑 드라이브 및 상기 제2 탑 드라이브를 제어하는 컨트롤러를 포함하되,
   상기 컨트롤러는,
   상기 제1 탑 드라이브가 상승되어 있고, 상기 제2 탑 드라이브가 하강되어 있는 경우,
   상기 제1 탑 드라이브의 머드 주입부, 제2 클램핑부 및 파이프 회전부를 제어하여, 제1 파이프를 클램핑하고, 상기 제1 파이프 내 머드를 주입하고, 상기 클램핑된 제1 파이프를 회전시킴으로써 리밍(reaming) 작업을 진행하고,
   상기 제1 탑 드라이브의 파이프 회전부를 제어하여 상기 제1 파이프의 회전을 정지시키고, 상기 제2 탑 드라이브의 제1 클램핑부, 제2 클램핑부 및 파이프 회전부를 제어하여 상기 제1 파이프 및 상기 제1 파이프에 연결된 제2 파이프를 클램핑하고, 상기 클램핑된 제2 파이프를 회전시킴으로써 상기 제1 파이프와 상기 제2 파이프를 분리시키고,
   상기 제1 탑 드라이브의 작동을 정지시키고,
   상기 제2 탑 드라이브의 머드 주입부와 제1 클램핑부를 제어하여 제1 파이프의 클램핑을 해제하고, 제2 파이프 내 머드를 주입함으로써 연속 리밍 직업을 진행하는, 시추 장치.
4. 파이프를 클램핑하는 제1 클램핑부 및 머드를 주입하는 머드 주입부를 구비하는 상부 모듈과, 파이프를 클램핑하는 제2 클램핑부 및 상기 제2 클램핑부에 의해 클램핑된 파이프를 회전시키는 파이프 회전부를 구비하는 하부 모듈을 포함하는 제1 및 제2 탑 드라이브; 및
   상기 제1 탑 드라이브 및 상기 제2 탑 드라이브를 제어하는 컨트롤러를 포함하되,
   상기 컨트롤러는,
   제1 탑 드라이브가 상승되어 있고, 제2 탑 드라이브가 하강되어 있는 경우,
   상기 제2 탑 드라이브의 제2 클램핑부를 제어하여 제2 파이프를 클램핑함으로써 트리핑 인(tripping in) 작업을 진행하고,
   상기 제1 탑 드라이브의 제2 클램핑부 및 파이프 회전부를 제어하여 제1 파이프를 클램핑하고, 상기 클램핑된 제1 파이프를 회전시킴으로써 상기 제1 파이프와 상기 제2 파이프를 연결하고,
   상기 제2 탑 드라이브의 작동을 정지시키고,
   상기 제1 탑 드라이브의 파이프 회전부를 제어하여 상기 제1 파이프의 회전을 정지시킴으로써 연속 트리핑 인 작업을 진행하는, 시추 장치.
5. 파이프를 클램핑하는 제1 클램핑부 및 머드를 주입하는 머드 주입부를 구비하는 상부 모듈과, 파이프를 클램핑하는 제2 클램핑부 및 상기 제2 클램핑부에 의해 클램핑된 파이프를 회전시키는 파이프 회전부를 구비하는 하부 모듈을 포함하는 제1 및 제2 탑 드라이브; 및
   상기 제1 탑 드라이브 및 상기 제2 탑 드라이브를 제어하는 컨트롤러를 포함하되,
   상기 컨트롤러는,
   제1 탑 드라이브가 상승되어 있고, 제2 탑 드라이브가 하강되어 있는 경우,
   상기 제1 탑 드라이브의 제2 클램핑부를 제어하여 제1 파이프를 클램핑함으로써 트리핑 아웃(tripping out) 작업을 진행하고,
   상기 제2 탑 드라이브의 제1 클램핑부, 제2 클램핑부 및 파이프 회전부를 제어하여 상기 제1 파이프 및 상기 제1 파이프에 연결된 제2 파이프를 클램핑하고, 상기 클램핑된 제2 파이프를 회전시킴으로써 상기 제1 파이프와 상기 제2 파이프를 분리시키고,
   상기 제1 탑 드라이브의 작동을 정지시키고,
   제2 탑 드라이브의 제1 클램핑부 및 파이프 회전부를 제어하여 상기 제1 파이프의 클램핑을 해제하고 상기 제2 파이프의 회전을 정지시킴으로써 연속 트리핑 아웃 작업을 진행하는, 시추 장치.

Images