KR101824559B1 - 해양 구조물 및 그 운용방법 - Google Patents

해양 구조물 및 그 운용방법 Download PDF

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Abstract

해양 구조물이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 해양 구조물은 문풀이 형성된 본체; 상기 본체에 설치되어 상기 문풀의 제 1 영역을 통해 라이저를 승강시키는 데릭 장치; 및 상기 제 1 영역에서 상기 라이저를 클램핑하여 상기 문풀의 제 2 영역으로 이동시키는 클램핑 장치를 포함한다.

Description

해양 구조물 및 그 운용방법{Marine structure and Operation method of the same}
본 발명은 해양 구조물 및 그 운용방법에 관한 것이다.
일반적으로, 육상에서만 이루어졌던 에너지 자원의 시추 작업이 해안에서 이루어지고 있고, 점차 해안에서 해양까지 확대되고 있다. 특히 해양에서 시추 작업은 깊은 심해 지역까지 실현 가능하게 되면서, 많은 시추 장비들이 새롭게 개발되어 왔다.
예컨대, 예인선으로 이동시켜 계류 장치를 이용해 해상의 일 지점에 정박한 상태로 해저 시추 작업을 하는 해저 시추 전용 리그선(rig ship)이나 고정식 플랫폼이 개발되었고, 첨단 시추장비를 탑재하고 자체 동력으로 항해 가능한 선박 형태로 제작된 드릴쉽(Drillship)이 개발되었다.
위와 같은 해양 구조물은 해저의 석유나 가스 등을 시추하기 위한 라이저(riser) 또는 드릴 파이프(drill pipe)가 상하로 이동될 수 있도록 문풀(moonpool)이 형성되어 있고, 시추장비가 집약된 타워 형태의 데릭(derrick)이 문풀 주위의 데크에 고정된 형태를 가진다.
이러한 해양 구조물은 통상적으로 싱글 데릭 형태를 가지는데 이러한 해양 구조물은 하나의 데릭을 이용하여 작업을 수행하기 때문에 작업 시간이 길어지는 문제가 있다.
이를 해결하기 위해 더블 데릭 형태의 해양 구조물이 개발되었으나 이러한 해양 구조물은 두 개의 데릭이 갑판 상에 배치되어 있기 때문에 작업 공간을 심하게 잠식하고 제작 비용을 증가시키는 문제가 있다.
본 발명의 실시예는, 작업 시간 및 제작 비용을 저감하도록 구성된 해양 구조물 및 그 운용방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 문풀이 형성된 본체; 상기 본체에 설치되어 상기 문풀의 제 1 영역을 통해 라이저를 승강시키는 데릭 장치; 및 상기 제 1 영역에서 상기 라이저를 클램핑하여 상기 문풀의 제 2 영역으로 이동시키는 클램핑 장치를 포함하는, 해양 구조물이 제공될 수 있다.
상기 클램핑 장치는, 상기 제 1 영역에서 상기 제 2 영역으로 이동 가능하게 상기 본체에 설치되는 이동 몸체; 상기 이동 몸체를 이동시키기 위한 구동력을 제공하는 구동부; 및 상기 이동 몸체에 설치되고, 상기 라이저에 대해 클램핑 동작하는 클램프부를 포함할 수 있다.
상기 이동 몸체에는 상기 라이저가 상하 방향으로 관통하는 관통홀이 형성될 수 있다.
상기 구동부는, 구동 모터; 상기 구동 모터의 모터축에 결합되는 피니언 기어; 및 상기 피니언 기어와 맞물리고 상기 이동 몸체의 이동 방향으로 연장된 랙 기어를 포함할 수 있다.
상기 클램프부는, 상기 라이저를 둘러싸도록 배치되고 라이저의 반경 방향으로 신축하는 다수의 실린더를 포함할 수 있다.
상기 클램핑 장치는, 상기 제 1 영역에서 상기 제 2 영역으로 이동 가능하게 상기 본체에 설치되는 제 1 이동 몸체; 상기 제 1 이동 몸체를 이동시키기 위한 구동력을 제공하는 제 1 구동부; 상기 제 1 이동 몸체의 이동 방향에 수직한 방향으로 이동 가능하게 상기 제 1 이동 몸체에 설치되는 제 2 이동 몸체; 및 상기 제 2 이동 몸체를 이동시키기 위한 구동력을 제공하는 제 2 구동부를 포함하고, 상기 클램프부는 상기 제 2 이동 몸체에 설치될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 데릭 장치가 상기 제 1 영역을 통해 하단에 제 1 대상물이 결합된 상기 라이저를 상승시키는 단계; 상기 클램프 장치가 상기 라이저를 클램핑하고, 상기 제 1 영역에서 상기 제 2 영역으로 이동시키는 단계; 상기 데릭 장치가 상기 제 1 영역을 통해 하단에 제 2 대상물이 결합된 다른 라이저를 하강시켜 상기 제 2 대상물을 해저에 설치하는 단계; 상기 데릭 장치가 상기 다른 라이저를 회수하고, 상기 클램프 장치는 상기 라이저를 상기 제 1 영역으로 이동시키는 단계; 및 상기 클램프 장치는 클램핑 해제 동작을 수행하고, 상기 데릭 장치는 상기 제 1 대상물을 상기 제 2 대상물에 설치하는 단계를 포함하는, 해양 구조물 운용 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 해양 구조물이 하나의 데릭 장치가 탑재된 구조를 가짐으로써, 듀얼 데릭을 가지는 해양 구조물에 비해 제작 비용이 효과적으로 저감될 수 있다.
또한 해양 구조물이 싱글 데릭 형태를 가짐에도 불구하고 문풀의 제1영역에서 라이저를 클램핑하여 문풀의 다른 제2영역으로 이동시키는 클램핑 장치를 포함함으로써 대상물들에 대한 설치 작업을 신속하게 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 구조물을 나타내는 도면이고,
도 2는 본본 발명의 일 실시예에 따른 클램핑 장치를 위에서 바라본 도면이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 클램핑 장치의 구동부를 위에서 바라본 도면이고,
도 4는 도 3의 AA선에 따른 단면을 나타내는 도면이고,
도 5 내지 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 구조물의 운용방법을 설명하기 위한 도면이고,
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 클램핑 장치를 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 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 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 구조물을 나타내는 도면이고, 도 2는 본본 발명의 일 실시예에 따른 클램핑 장치를 위에서 바라본 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 클램핑 장치의 구동부를 위에서 바라본 도면이고, 도 4는 도 3의 AA선에 따른 단면을 나타내는 도면이다. 참고로 본 실시예에서 해양 구조물(10)은 드릴쉽 형태로 도시되었으나 이에 국한되지 않는다. 그리고 도 2에서 도 3 및 도 4에 도시된 구동부는 생략되어 있다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 해양 구조물(10)은 본체(100)와, 데릭 장치(200)와, 클램핑 장치(300)를 포함한다.
본체(100)에는 문풀(110)이 형성된다. 문풀(110)은 해저 유전 또는 가스전 개발을 위해 본체(100)에 탑재된 각종 장비가 해저로 이동하기 위한 통로를 제공한다. 예컨대, 라이저(미도시)는 문풀(110)을 통해 해저로 하강하거나 상승할 수 있다.
본 실시예에서 문풀(110)은 도 2와 같이 제 1 영역(111)과 제 2 영역(112)을 포함할 수 있다. 제 1 영역(111)과 제 2 영역(112)은 문풀(110)의 일부로서 후술하는 이동 몸체(310)의 이동 방향으로 상호 이격되어 위치한다. 본 실시예에서 이동 몸체(310)의 이동 방향은 본체(100) 또는 문풀(110)의 길이방향(X축 방향)으로 한다. 이동 몸체(310)는 문풀(110)의 제 1 영역(111)과 제 2 영역(112) 사이에서 이동할 수 있다.
본체(100)에는 데릭 장치(200)가 설치될 수 있다. 데릭 장치(200)는 문풀(110)의 제 1 영역(111)을 통해 라이저(미도시)를 승강시킨다. 라이저는 파이프 형태의 구조체로서, 다수의 라이저 유니트(미도시)가 결합된 구조를 가진다. 이러한 라이저는 최상단에 라이저 유니트가 연속적으로 결합되면서 해저로 하강할 수 있다. 그리고 라이저는 최상단 라이저 유니트가 연속적으로 제거되면서 해저에서 상승할 수 있다.
라이저의 하단부에는 대상물(미도시)이 결합될 수 있다. 대상물은 라이저의 하단부에 결합된 상태로 라이저가 승강할 때 함께 승강할 수 있다.
데릭 장치(200)는 마스트(210)와, 윈치(미도시)를 포함할 수 있다. 마스트(210)는 본체(100)의 갑판에 설치될 수 있다. 마스트(210)는 트러스 구조를 가질 수 있으나 이에 국한되지 않는다. 마스트(210)는 문풀(110)의 위에 배치될 수 있다. 윈치는 마스트(210)에 설치될 수 있다. 윈치는 마스트(210)에 지지된 상태로 문풀(110)을 통해 라이저를 승강시킬 수 있다.
데릭 장치(200)는 라이저 유니트들을 상호 결합시키거나 분리시키는 장치(미도시)를 더 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 클램핑 장치(300)는 라이저(미도시)를 클램핑한 상태로 문풀(110)의 길이방향으로 이동 가능하다.
클램핑 장치(300)는 이동 몸체(310)와, 구동부(330)와, 클램프부(350)를 포함할 수 있다.
이동 몸체(310)는 문풀(110)의 제 1 영역(111)에서 제 2 영역(112)으로 이동 가능하게 본체(100)에 설치될 수 있다. 일례로, 문풀(110)의 측벽에는 이동 몸체(310)의 이동 방향으로 연장된 가이드(120)가 형성될 수 있다. 이동 몸체(310)는 가이드(120)를 따라 이동할 수 있다.
이동 몸체(310) 및 가이드(120)의 접촉 부위는 이동 몸체(310)가 가이드(120)를 따라 이동하기 용이한 형상을 가질 수 있다. 일례로, 이동 몸체(310) 및 가이드(120)의 접촉 부위는 도 4와 같이 'L'자 형상을 가질 수 있다.
이동 몸체(310)는 플레이트 형상을 가질 수 있으나 이에 국한되지 않는다.
이동 몸체(310)에는 라이저가 상하 방향으로 관통하는 관통홀(310a)이 형성될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 구동부(330)는 이동 몸체(310)를 이동시키기 위한 구동력을 제공한다.
본 실시예에 따른 구동부(330)는 랙 피니언 방식으로 구동력을 제공할 수 있다. 보다 상세히, 구동부(330)는 구동 모터(331)와, 피니언 기어(333)와, 랙 기어(335)를 포함할 수 있다. 구동 모터(331)는 이동 몸체(310)의 설치될 수 있다. 이때 구동 모터(331)는 모터축이 이동 몸체(310)의 이동 방향에 수직하게 배치될 수 있다.
구동 모터(331)의 모터축에는 피니언 기어(333)가 결합될 수 있다. 피니언 기어(333)와 맞물리는 랙 기어(335)는 이동 몸체(310)의 이동 방향으로 연장 형성될 수 있다. 랙 기어(335)는 도 3 및 도 4와 같이 가이드(120)의 일측에 형성될 수 있으나 이에 국한되지 않는다.
위와 같은 형태의 구동부(330) 외에 유압 또는 공압 실린더 방식 등 다양한 형태의 구동부(330)가 제안될 수 있음은 물론이다.
클램프부(350)는 이동 몸체(310)에 설치된다. 클램프부(350)는 라이저에 대한 클램핑 동작 그리고 클램핑 해제 동작을 수행할 수 있다. 클램프부(350)는 라이저를 둘러싸도록 배치되고 라이저의 반경 방향으로 신축하는 다수의 실린더(350a)를 포함할 수 있다.
이 경우, 실린더들(350a)이 신장하면 라이저에 대한 클램핑 동작이 수행되고 실린더들(350a)이 수축하면 라이저에 대한 클램핑 동작이 해제된다. 그리고 위와 같은 실린더들(350a)은 다양한 직경의 라이저에 대한 클램핑 동작을 수행할 수 있다.
본 실시예에 따른 클램핑 장치(300)는 도 2와 같이 본체(100)에 하나 제공되나 이는 예시에 불과하고 복수로 제공될 수 있다.
도 5 내지 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 구조물의 운용방법을 설명하기 위한 도면이다. 이하, 도 5 내지 도 14를 참조하여 본 실시예에 따른 해양 구조물(10)의 운용방법을 설명한다.
먼저 도 5를 참조하면 데릭 장치(200)가 문풀(110)의 제 1 영역(111)을 통해 하단에 제 1 대상물(31)이 결합된 제 1 라이저(21)를 상승시킨다. 일례로, 제 1 대상물(31)은 해저에 설치된 비오피(Balance Of Plant)일 수 있다.
이 경우, 도 6을 참조하면 클램핑 장치(300)는 문풀(110)의 제 1 영역(111)에서 제 1 라이저(21)에 대해 클램핑 해제 동작을 수행한다.
이후, 도 7 및 도 8을 참조하면, 클램핑 장치(300)는 제 1 라이저(21)를 클램핑하고 제 1 영역(111)에서 제 2 영역(112)으로 이동시킨다.
이후, 도 9 및 도 10을 참조하면, 데릭 장치(200)가 제 1 영역(111)을 통해 하단에 제 2 대상물(32)이 결합된 제 2 라이저(22)를 하강시켜 제 2 대상물(32)을 해저에 설치한다. 이 경우, 클램핑 장치(300)는 제 2 영역(112)에서 하단에 제 1 대상물(31)이 결합된 제 1 라이저(21)에 대해 클램핑 동작을 수행한다.
이후, 도 11 및 도 12를 참조하면, 데릭 장치(200)가 해저에 설치된 제 2 대상물(32)과 분리된 제 2 라이저(22)를 회수한다. 이후, 클램핑 장치(300)는 제 1 라이저(21)를 제 1 영역(111)으로 이동시킨다.
이후, 도 13 및 도 14를 참조하면, 클램핑 장치(300)는 클램핑 해제 동작을 수행하고, 데릭 장치(200)는 제 1 대상물(31)을 제 2 대상물(32)에 설치한다.
본 실시예에 따른 해양 구조물(10)은 하나의 데릭 장치(200)가 탑재된 구조를 가짐으로써, 듀얼 데릭을 가지는 해양 구조물에 비해 제작 비용이 효과적으로 저감될 수 있다.
또한 해양 구조물(10)은 싱글 데릭 형태를 가짐에도 불구하고 제1영역(21)에서 라이저(21)를 클램핑하여 제2영역(22)으로 이동시키는 클램핑 장치(300)를 포함함으로써 대상물들(31, 32)에 대한 설치 작업을 신속하게 수행할 수 있다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 클램핑 장치를 나타내는 도면이다. 도 15를 참조하면, 클램핑 장치(301)는 제 1 이동 몸체(321)와, 제 1 구동부(341)와, 제 2 이동 몸체(322)와, 제 2 구동부(342)와, 클램프부(360)를 포함할 수 있다.
제 1 이동 몸체(321)는 제 1 영역(111)에서 제 2 영역(112)으로 이동 가능하게 본체(100)에 설치될 수 있다. 일례로, 문풀(110)의 측벽에는 제 1 이동 몸체(321)의 이동 방향(ex. X축 방향)으로 연장된 가이드(120)가 형성될 수 있다. 제 1 이동 몸체(321)는 가이드(120)를 따라 이동할 수 있다. 제 1 이동 몸체(321)에는 라이저가 상하 방향으로 관통하는 관통홀(321a)이 형성될 수 있다.
제 1 구동부(341)는 제 1 이동 몸체(321)를 이동시키기 위한 구동력을 제공한다. 이러한 제 1 구동부(341)는 도 3 및 도 4에 도시된 구동부(330)와 같이 랙 피니언 방식으로 구동력을 제 1 이동 몸체(321)에 제공할 수 있으나 이에 국한되지 않는다.
제 2 이동 몸체(322)는 제 1 이동 몸체(321)의 이동 방향(ex. X축 방향)에 수직한 방향(ex. Y축 방향)으로 이동 가능하게 제 1 이동 몸체(321)에 설치될 수 있다. 일례로, 제 1 이동 몸체(321)의 상면에는 제 1 이동 몸체(321)의 이동 방향에 수직한 방향으로 연장된 가이드(321b)가 형성될 수 있다. 제 2 이동 몸체(322)는 가이드(321b)를 따라 이동할 수 있다.
제 2 이동 몸체(322)에는 라이저가 상하 방향으로 관통하는 관통홀(322a)이 형성될 수 있다.
제 2 구동부(342)는 제 2 이동 몸체(322)를 이동시키기 위한 구동력을 제공한다. 이러한 제 2 구동부(342)는 도 3 및 도 4에 도시된 구동부(330)와 같이 랙 피니언 방식으로 구동력을 제 2 이동 몸체(322)에 제공할 수 있으나 이에 국한되지 않는다.
클램프부(360)는 제 2 이동 몸체(322)에 설치될 수 있다. 클램프부(360)는 앞선 실시예에 따른 클램프부(350)의 설명으로 대체한다.
위와 같은 클램핑 장치(300)는 클램프부(360)가 라이저(미도시)를 클램핑한 상태에서 제 1 이동 몸체(321)가 제 1 영역(111)과 제 2 영역(112) 사이를 이동할 뿐 아니라 제 2 이동 몸체(322)가 제 1 이동 몸체(321)의 이동 방향에 수직한 방향으로 이동할 수 있다. 따라서 문풀(110) 내에서 클램프부(360)에 클램핑된 라이저를 제 1 이동 몸체(321)의 이동 방향에 수직한 방향으로 위치 조정하기 용이하다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
10 : 해양 구조물
100 : 본체
110 : 문풀
111 : 제 1 영역
112 : 제 2 영역
200 : 데릭 장치
210 : 마스트
300 : 클램핑 장치
310 : 이동 몸체
330 : 구동부
331 : 구동 모터
333 : 피니언 기어
335 : 랙 기어
350 : 클램프

Claims (7)

  1. 문풀이 형성된 본체;
    상기 본체에 설치되어 상기 문풀의 제 1 영역을 통해 라이저를 승강시키는 데릭 장치; 및
    상기 제 1 영역에서 상기 라이저를 클램핑하여 상기 문풀의 제 2 영역으로 이동시키는 클램핑 장치를 포함하고,
    상기 클램핑 장치는,
    상기 데릭 장치가 제 1 대상물이 결합된 상기 라이저를 상승시킨 후, 상기 라이저를 클램핑하여 상기 제 1 영역에서 상기 제 2 영역으로 이동시키고,
    상기 데릭 장치가 제 2 대상물을 해저에 설치한 후, 상기 라이저를 상기 제 2 영역에서 상기 제 1 영역으로 이동시키고,
    상기 클램핑 장치는,
    상기 제 1 영역에서 상기 제 2 영역으로 이동 가능하게 상기 본체에 설치되는 제 1 이동 몸체;
    상기 제 1 이동 몸체를 이동시키기 위한 구동력을 제공하는 제 1 구동부;
    상기 제 1 이동 몸체의 이동 방향에 수직한 방향으로 이동 가능하게 상기 제 1 이동 몸체에 설치되는 제 2 이동 몸체; 및
    상기 제 2 이동 몸체를 이동시키기 위한 구동력을 제공하는 제 2 구동부; 및
    상기 제 2 이동 몸체에 설치되고, 상기 라이저에 대해 클램핑 동작하는 클램프부를 포함하는, 해양 구조물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 이동 몸체 및 상기 제 2 이동 몸체에는 각각 상기 라이저가 상하 방향으로 관통하는 관통홀이 형성되는, 해양 구조물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 구동부 및 상기 제 2 구동부는 각각,
    구동 모터;
    상기 구동 모터의 모터축에 결합되는 피니언 기어; 및
    상기 피니언 기어와 맞물리는 랙 기어를 포함하는, 해양 구조물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 클램프부는,
    상기 라이저를 둘러싸도록 배치되고 라이저의 반경 방향으로 신축하는 다수의 실린더를 포함하는, 해양 구조물.
  6. 삭제
  7. 제1, 3, 4, 및 5항 중 어느 한 항에 따른 해양 구조물을 운용하는 방법으로서,
    상기 데릭 장치가 상기 제 1 영역을 통해 하단에 상기 제 1 대상물이 결합된 상기 라이저를 상승시키고, 상기 클램핑 장치가 상기 라이저에 대한 클램핑 해제 동작을 하는 단계;
    상기 클램핑 장치가 상기 라이저를 클램핑하고, 상기 제 1 영역에서 상기 제 2 영역으로 이동시키는 단계;
    상기 데릭 장치가 상기 제 1 영역을 통해 하단에 상기 제 2 대상물이 결합된 다른 라이저를 하강시켜 상기 제 2 대상물을 해저에 설치하는 단계;
    상기 데릭 장치가 상기 다른 라이저를 회수하고, 상기 클램핑 장치는 상기 라이저를 상기 제 1 영역으로 이동시키는 단계; 및
    상기 클램핑 장치는 클램핑 해제 동작을 수행하고, 상기 데릭 장치는 상기 제 1 대상물을 상기 제 2 대상물에 설치하는 단계를 포함하는, 해양 구조물 운용 방법.
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