KR101894338B1 - 연속시추용 권상장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 연속시추용 권상장치는, 복수의 파이프를 결합시키고, 회전시켜 시추를 수행하는 시추 어셈블리 및 상기 시추 어셈블리의 상부에 구비되는 도르래유닛과, 상기 시추 어셈블리의 구성요소 중 적어도 어느 하나의 상하 이동을 보조하는 권상유닛과, 상기 도르래유닛를 경유하여 상기 시추 어셈블리 및 상기 권상유닛을 연결하는 와이어를 포함하는 권상 어셈블리를 포함한다.

Description

연속시추용 권상장치{Winding Apparatus for Continuous Boring}

본 발명은 연속시추용 권상장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 권상력을 제공하는 드라이브 장치를 외부로 분리하여 권상 효율을 극대화시킬 수 있는 연속시추용 권상장치에 관한 것이다.

기존 시추선에서는 탑드라이브에서 발생시킨 회전력으로 드릴스트링을 회전하며 해저 지층을 굴진하게 된다.

따라서 드릴스트링이 해저로 일정 깊이를 파고 내려갔을 때 상단에 새로운 파이프를 추가로 연결시켜야 하며, 일반적으로 이러한 작업을 위해 잠시 시추 기능이 멈추는 순간이 발생한다.

이러한 불연속 공정은 시추공의 안정성 저하, 침전된 이수 및 커팅을 부유시키기 위한 추가 이수순환 공정의 소요, 재시추 시 피크 출력 발생 등 여러 문제점을 야기하므로 멈추는 시간을 최대한 단축시키거나 없애는 것이 바람직하다. 이를 위해 최근 시추작업을 연속적으로 수행하는 연속 시추 기술이 제안되어 개발되고 있다.

그리고 종래의 연속 시추 기술은 상하 회전 유닛이 데릭에 고정된 랙 기어를 따라 회전 유닛의 피니언 기어가 맞물려 상하 이동하도록 구성된 랙 앤 피니언 구동 방식을 적용하고 있는 것이 일반적이다.

하지만, 해양 시추에서는 시추 중 발생하는 선박의 헤비 모션을 보상하여야 하며, 이러한 랙 앤 피니언 구동 방식은 기어 이빨의 지속적인 마찰로 인해 내구성이 떨어지는 문제가 있다.

또한 심해 시추와 같은 경우 고하중을 권상해야 하는 경우 시스템의 크기가 커져 회전 유닛의 무게가 증가하고, 이로 인해 권상 효율이 저하될 수 있는 문제도 있다.

따라서 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구된다.

한국공개특허 제10-2015-0130576호

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 종래 랙 앤 피니언 구동 방식의 단점을 보완할 수 있도록 권상력을 제공하는 드라이브 장치를 외부로 분리하여 권상 효율을 극대화시킬 수 있도록 하기 위한 목적을 가진다.

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

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 연속시추용 권상장치는, 복수의 파이프를 결합시키고, 회전시켜 시추를 수행하는 시추 어셈블리 및 상기 시추 어셈블리의 상부에 구비되는 도르래유닛과, 상기 시추 어셈블리의 구성요소 중 적어도 어느 하나의 상하 이동을 보조하는 권상유닛과, 상기 도르래유닛를 경유하여 상기 시추 어셈블리 및 상기 권상유닛을 연결하는 와이어를 포함하는 권상 어셈블리를 포함한다.

그리고 상기 시추 어셈블리는, 파이프를 회전시키며, 상기 와이어에 의해 상기 권상유닛과 연결된 시추회전유닛, 서로 인접한 파이프를 결합시키는 러프넥 및 상기 시추회전유닛의 상부에 구비되어 파이프를 지지 및 회전시키며, 상기 와이어에 의해 상기 권상유닛과 연결된 탑드라이브를 포함할 수 있다.

또한 상기 권상 어셈블리는, 상기 시추회전유닛과 와이어에 의해 연결되며, 상하 이동에 따라 상기 시추회전유닛을 상하 이동시키는 제1권상모듈 및 상기 탑드라이브와 와이어에 의해 연결되며, 상하 이동에 따라 상기 탑드라이브를 상하 이동시키는 제2권상모듈을 포함할 수 있다.

그리고 상기 권상 어셈블리는, 상기 제1권상모듈 또는 상기 제2권상모듈과 결합 가능하게 형성된 무게추를 더 포함할 수 있다.

또한 상기 권상 어셈블리는, 상기 시추회전유닛과 와이어에 의해 연결되며, 상기 와이어를 감거나 풀어 상기 시추회전유닛을 상하 이동시키는 제1윈치모듈 및 상기 탑드라이브와 와이어에 의해 연결되며, 상기 와이어를 감거나 풀어 상기 탑드라이브를 상하 이동시키는 제2윈치모듈을 포함할 수 있다.

그리고 상기 권상 어셈블리는, 상기 시추회전유닛과 와이어에 의해 연결되며, 왕복 이동되는 피스톤의 행정에 의해 상기 시추회전유닛을 상하 이동시키는 제1피스톤모듈 및 상기 탑드라이브와 와이어에 의해 연결되며, 왕복 이동되는 피스톤의 행정에 의해 상기 탑드라이브를 상하 이동시키는 제2피스톤모듈을 포함할 수 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 연속시추용 권상장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 연속시추 공정 중 권상력을 제공하는 권상 어셈블리를 외부로 분리하여 권상 효율을 극대화시킬 수 있는 장점이 있다.

둘째, 권상 어셈블리의 형태를 다양한 실시예로서 구현할 수 있는 장점이 있다.

셋째, 파이프 연결에 따른 시추 어셈블리의 무게 변화에 능동적으로 대응할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 연속시추용 권상장치의 모습을 나타낸 도면;
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 연속시추용 권상장치에 있어서, 도르래유닛의 구조를 나타낸 도면;
도 3 내지 도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 연속시추용 권상장치를 통해 복수의 파이프를 연결시키는 과정을 나타낸 도면;
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 연속시추용 권상장치의 모습을 나타낸 도면;
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 연속시추용 권상장치의 모습을 나타낸 도면; 및
도 10은 본 발명의 제4실시예에 따른 연속시추용 권상장치의 모습을 나타낸 도면이다.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 연속시추용 권상장치의 모습을 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 연속시추용 권상장치는 시추 어셈블리와, 권상 어셈블리(50)를 포함한다.

상기 시추 어셈블리는 복수의 파이프(100a)를 결합시키고, 회전시켜 시추를 수행하는 역할을 수행하며, 상기 권상 어셈블리(50)는 상기 시추 어셈블리의 구성요소들에 대한 이동을 보조하는 역할을 수행한다.

본 실시예에서 상기 시추 어셈블리는 파이프(100a)를 회전시켜 시추 공정을 수행하는 시추회전유닛(10)과, 서로 인접한 파이프(100a)를 결합시키는 러프넥(30)과, 상기 시추회전유닛(10)의 상부에 구비되어 파이프(100a)를 지지 및 회전시키는 탑드라이브(20)를 포함한다.

그리고 상기 권상 어셈블리(50)는 상기 시추회전유닛(10) 및 상기 탑드라이브(20)의 상하 이동을 보조하는 권상유닛(60a, 60b)과, 상기 시추 어셈블리의 상부에 구비되는 도르래유닛(40, 42)과, 상기 도르래유닛(40, 42)을 경유하여 상기 시추회전유닛(10) 및 탑드라이브(20)과 상기 권상유닛(60a, 60b) 간을 각각 연결하는 와이어(51a, 51b)를 포함한다.

보다 구체적으로 본 실시예의 경우 상기 권상유닛(60a, 60b)은 상기 시추회전유닛(10)과 제1와이어(51a)에 의해 연결되며, 상하 이동에 따라 상기 시추회전유닛(10)을 상하 이동시키는 제1권상모듈(60a)과, 상기 탑드라이브(20)와 제2와이어(51b)에 의해 연결되며, 상하 이동에 따라 상기 탑드라이브(20)를 상하 이동시키는 제2권상모듈(60b)을 포함한다.

그리고 상기 도르래유닛(40, 42)은 상기 제1와이어(51a)의 진행 방향을 전환시키는 제1도르래모듈(42)과, 상기 제2와이어(51b)의 진행 방향을 전환시키는 제2도르래모듈(40)를 포함하며, 이때 상기 제2도르래모듈(40)은 한 쌍의 도르래(40a, 40b)로 구성되어 상기 제1도르래모듈(42)보다 넓은 전환 폭을 가질 수 있도록 하였다.

이때 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제2도르래모듈(40)을 구성하는 한 쌍의 도르래(40a, 40b)는 복열로 구비될 수 있으며, 이에 따라 상기 제1와이어(51a) 및 상기 제2와이어(51b) 역시 상기 도르래(40a, 40b)의 개수에 대응되도록 구비될 수 있다. 또한 도시되지는 않았으나 상기 제1도르래모듈(42) 역시 복열로 구비될 수 있음은 물론이다.

또한 본 실시예의 권상장치는 복수의 레일이 형성된 프레임(1)을 포함하며, 이에 따라 상기 각 구성요소들은 레일을 따라 상하 이동이 가이드될 수 있다.

구체적으로 본 실시예의 경우 도 1에 도시된 바와 같이 총 3개의 레일이 구비되며, 도면을 기준으로 가장 좌측의 레일에는 러프넥(30)이 상하 이동 가능하게 구비되며, 가장 우측의 레일에는 제2권상모듈(60b)이 상하 이동 가능하게 구비된다. 그리고 중앙의 레일 일측에는, 시추회전장치(10) 및 탑드라이브(20)가 상하 이동 가능하게 구비되며, 타측에는 제1권상모듈(60a)이 상하 이동 가능하게 구비된다. 이에 따라 각 구성요소들은 이동 시 서로 간섭을 일으키지 않도록 배치될 수 있다.

특히 상기 시추회전장치(10) 및 상기 탑드라이브(20)는 각각 상기 제1권상모듈(60a) 및 상기 제2권상모듈(60b)의 상하 이동에 따라 제어될 수 있다.

그리고 이들 각 구성요소와 레일 간의 결합 방식은 랙 앤 피니언 방식으로 이루어질 수 있으며, 이외의 다른 방식이 적용될 수도 있음은 물론이다.

한편 본 실시예에서 상기 권상 어셈블리(50)는, 상기 제1권상모듈(60a) 또는 상기 제2권상모듈(60b)과 결합 가능하게 형성된 무게추(61, 61b)를 더 포함할 수 있다.

상기 무게추(61, 61b)는 각각 상기 제1권상모듈(60a) 또는 상기 제2권상모듈(60b)에 선택적으로 결합되어 무게를 가변시킬 수 있도록 하며, 또한 상기 무게추(61, 61b)는 복수 개가 구비될 수 있다.

이에 따라 본 실시예의 경우, 상기 시추회전유닛(10) 또는 탑드라이브(20)가 지지하는 파이프(100a)의 결합 개수에 따라 변동되는 무게에 대해 최적의 카운터 웨이트 효과를 가져올 수 있다.

이하에서는, 도 3 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 권상장치를 통한 시추 공정 중 트립 인 과정을 예시하여 설명하도록 한다. 본 과정을 나타낸 도면에서는 상기 무게추(61, 61b)의 도시를 생략하였다.

먼저, 도 3에 도시된 바와 같이 시추회전유닛(10)이 파이프(100a)를 회전시켜 시추 공정을 진행하게 된다.

이와 같은 상태에서 도 4에 도시된 바와 같이 별도의 핸들링장치를 통해 새로운 파이프(100b)가 권상장치 내로 진입되고, 상기 러프넥(30)은 새로운 파이프(100b)를 상기 파이프(100a)의 회전속도보다 빠른 속도로 회전시켜 상기 파이프(100a)와 새로운 파이프(100b)를 상호 결합시킨다. 이에 따라 각 파이프(100a, 100b)가 서로 연결된다.

이때 각 파이프(100a, 100b) 사이에는 이들을 연결시키기 위한 서브(Sub)가 구비될 수 있으나, 이하 설명에 있어서 상기 서브에 대해서는 생략하도록 한다.

이후 도 5에 도시된 바와 같이, 러프넥(30)이 상승하여 상부 파이프(100b)의 상부 위치로 이동하여 상부 파이프(100b)에 연결되고, 탑드라이브(20)는 상부 파이프(100b)와 결합된다.

이후 도 6에 도시된 바와 같이 탑드라이브(20)가 시추를 위한 회전력을 발생시키게 되며, 시추회전유닛(10)은 제1권상모듈(60a)의 인양에 의해 상부 파이프(100b)의 상부 위치로 이동하여 상기 상부 파이프(100b)와 연결된다. 본 과정에서 상기 시추회전유닛(10)과 상기 탑드라이브(20)의 회전 속도는 서로 동기화될 수 있다.

이후 도 7에 도시된 바와 같이 탑드라이브(20)의 메인 구동축을 반대로 회전시키게 되고, 탑드라이브(20)는 상부 파이프(100b)로부터 분리되어 대기 위치로 이동하게 된다.

그리고 도 20에 도시된 바와 같이, 시추회전유닛(10)은 파이프 결합체(100a, 100b)를 회전시켜 시추 작업을 지속하여 수행하게 되며, 상기의 전 과정을 반복하여 시추 작업을 연속적으로 진행할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 다른 실시예들에 대해 설명하도록 한다.

도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 연속시추용 권상장치의 모습을 나타낸 도면이다.

도 8에 도시된 본 발명의 제2실시예는, 전술한 제1실시예와 전체적으로 동일한 구성요소를 가지나, 제2도르래모듈(40')의 형태가 다르게 형성된다.

전술한 제1실시예의 경우 상기 제2도르래모듈(40, 도 1 참조)은 한 쌍의 도르래(40a, 40b)로 구성되어 상기 제1도르래모듈(42)보다 넓은 전환 폭을 가질 수 있도록 하였으나, 본 실시예의 경우 상기 제2도르래모듈(40')이 하나의 도르래만으로 구성된다.

다만, 본 실시예에서 상기 제2도르래모듈(40')은 제1실시예의 한 쌍의 도르래(40a, 40b, 도 1 참조)의 폭을 합친 폭고 동일한 직경을 가지며, 이에 따라 상기 제1도르래모듈(42)보다 넓은 전환 폭을 가질 수 있게 된다.

또한 상기 제2도르래모듈(40') 역시 복열로 구비될 수 있음은 물론이다.

도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 연속시추용 권상장치의 모습을 나타낸 도면이다.

도 9에 도시된 본 발명의 제3실시예의 경우, 전술한 제1실시예 및 제2실시예와 시추 어셈블리 측은 동일하게 형성되나, 권상 어셈블리(50)의 형태가 다르게 형성된다.

구체적으로 본 실시예의 경우 상기 권상 어셈블리(50)는 상기 시추회전유닛(10)과 제1와이어(51a)에 의해 연결되며, 상기 제1와이어(51a)를 감거나 풀어 상기 시추회전유닛(10)을 상하 이동시키는 제1윈치모듈(70a)과, 상기 탑드라이브(20)와 제2와이어(51b)에 의해 연결되며, 상기 제2와이어(51b)를 감거나 풀어 상기 탑드라이브(20)를 상하 이동시키는 제2윈치모듈(70b)을 포함한다.

즉 본 실시예의 경우 상기 권상 어셈블리(50)가 직접 상하 이동에 따라 상기 시추회전유닛(10) 및 상기 탑드라이브(20)를 이송시키는 방식을 와이어(51a, 51b)의 권취를 통한 방식으로 전환시켜 구조를 보다 간단히 하였다.

그리고 상기 제1윈치모듈(70a) 및 상기 제2윈치모듈(70b)로는 싱글 레이어 윈치 등이 적용될 수 있을 것이다.

도 10은 본 발명의 제4실시예에 따른 연속시추용 권상장치의 모습을 나타낸 도면이다.

도 10에 도시된 본 발명의 제4실시예 역시 제3실시예와 마찬가지로, 전술한 제1실시예 및 제2실시예와 시추 어셈블리 측은 동일하게 형성되나, 권상 어셈블리(50)의 형태가 다르게 형성된다.

구체적으로 본 실시예의 경우 상기 권상 어셈블리(50)는 상기 시추회전유닛(10)과 제1와이어(51a)에 의해 연결되며, 왕복 이동되는 피스톤(82)의 행정에 의해 상기 시추회전유닛을 상하 이동시키는 제1피스톤모듈(80a)과, 상기 탑드라이브(20)와 제2와이어(51b)에 의해 연결되며, 왕복 이동되는 피스톤(82)의 행정에 의해 상기 탑드라이브를 상하 이동시키는 제2피스톤모듈(80b)을 포함한다.

즉 본 실시예의 경우 상기 권상 어셈블리(50)가 직접 상하 이동에 따라 상기 시추회전유닛(10) 및 상기 탑드라이브(20)를 이송시키는 방식을 실린더(81) 내에 수용되어 유입 등에 의해 왕복 운동 가능하게 형성되는 피스톤(82)의 행정에 따른 이송 방식으로 전환시켜 구조를 보다 간단히 하였다.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

10: 시추회전장치 20: 탑드라이브
30: 러프넥 40: 제1도르래모듈
42: 제2도르래모듈 50: 권상 어셈블리
51a: 제1와이어 51b: 제2와이어
60a: 제1권상모듈 60b: 제2권상모듈
70a: 제1윈치모듈 70b: 제2윈치모듈
80a: 제1피스톤모듈 80b: 제2피스톤모듈
100a, 100b: 파이프

Claims (6)

1. 파이프를 회전시키는 시추회전유닛과, 서로 인접한 파이프를 결합시키는 러프넥과, 상기 시추회전유닛의 상부에 구비되어 파이프를 지지 및 회전시키는 탑드라이브를 포함하여, 복수의 파이프를 결합시키고, 회전시켜 시추를 수행하는 시추 어셈블리; 및
   상기 시추 어셈블리의 상부에 구비되는 도르래유닛과, 상기 시추회전유닛 및 상기 탑드라이브의 상하 이동을 보조하는 권상유닛과, 상기 도르래유닛을 경유하여 상기 시추 어셈블리 및 상기 권상유닛을 연결하는 와이어를 포함하는 권상 어셈블리; 를 포함하고,
   상기 도르래유닛은,
   제1도르래모듈; 및
   상기 제1도르래모듈의 상부에 서로 측 방향으로 배열된 한 쌍의 도르래를 포함하여, 상기 제1도르래모듈보다 넓은 폭을 가지도록 형성된 제2도르래모듈;
   을 포함하며,
   상기 와이어는,
   상기 제1도르래모듈을 경유하여 상기 시추회전유닛을 상기 권상유닛과 연결하는 제1와이어; 및
   상기 제2도르래모듈을 경유하여 상기 탑드라이브를 상기 권상유닛과 연결하도록 형성되어, 상기 제1와이어보다 넓은 전환 폭을 가지는 제2와이어;
   를 포함하는 연속시추용 권상장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 권상 어셈블리는,
   상기 시추회전유닛과 와이어에 의해 연결되며, 상하 이동에 따라 상기 시추회전유닛을 상하 이동시키는 제1권상모듈; 및
   상기 탑드라이브와 와이어에 의해 연결되며, 상하 이동에 따라 상기 탑드라이브를 상하 이동시키는 제2권상모듈; 을 포함하는 연속시추용 권상장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 권상 어셈블리는, 상기 제1권상모듈 또는 상기 제2권상모듈과 결합 가능하게 형성된 무게추를 더 포함하는 연속시추용 권상장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 권상 어셈블리는,
   상기 시추회전유닛과 와이어에 의해 연결되며, 상기 와이어를 감거나 풀어 상기 시추회전유닛을 상하 이동시키는 제1윈치모듈; 및
   상기 탑드라이브와 와이어에 의해 연결되며, 상기 와이어를 감거나 풀어 상기 탑드라이브를 상하 이동시키는 제2윈치모듈; 을 포함하는 연속시추용 권상장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 권상 어셈블리는,
   상기 시추회전유닛과 와이어에 의해 연결되며, 왕복 이동되는 피스톤의 행정에 의해 상기 시추회전유닛을 상하 이동시키는 제1피스톤모듈; 및
   상기 탑드라이브와 와이어에 의해 연결되며, 왕복 이동되는 피스톤의 행정에 의해 상기 탑드라이브를 상하 이동시키는 제2피스톤모듈; 을 포함하는 연속시추용 권상장치.

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