KR101924325B1 - 연속시추용 복합구동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 연속시추용 복합구동장치는, 드릴파이프를 파지하고 회전시키는 회전유닛 및 상기 드릴파이프의 상부에 연결되는 서브를 파지하고, 상기 서브의 측부에 형성된 유동홀을 통해 이수를 선택적으로 주입하는 이수주입유닛을 포함한다.

Description

연속시추용 복합구동장치{Combined Driving Apparatus for Continuous Boring}

본 발명은 연속시추용 복합구동장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연속시추용 시스템에 적용되어 드릴파이프의 회전 및 이수의 공급을 동시에 수행할 수 있는 연속시추용 복합구동장치에 관한 것이다.

해양 유정 및 가스정에서 석유자원을 채취하기 위한 시추선의 경우, 시추선에 탑재된 여러 종류의 드릴파이프를 상황에 맞게 연결하여 드릴스트링을 구축하고, 이를 이용해 굴진함으로써 해저면의 시추공을 형성시키게 된다.

특히 기존 시추선에서 드릴스트링을 내리거나 올리는 트리핑(Tripping) 공정은 탑드라이브(Topdrive)라 불리는 장치를 통해 단위 파이프를 들어 올리고, 기 형성된 드릴스트링과 중심축과 높이를 맞춘 후 통(Tong)이라 불리는 러프넥장치가 탑드라이브에 매달린 파이프를 회전시켜 연결하는 방식으로 진행된다.

따라서 트리핑 공정은 파이프가 정지 후 연결 또는 분해되는 과정이 반복되는 불연속 공정이 되어, 전체 시추 공정의 속도를 늦추는 주요 요인이 되는 문제가 있다.

따라서 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구된다.

한국등록특허 제 10-1577793호

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 종래 트리핑 과정에서의 불연속 공정을 개선하여 연속된 공정을 수행할 수 있도록 하는 연속시추용 시스템에 적용되어 드릴파이프의 회전 및 이수의 공급을 동시에 수행할 수 있는 연속시추용 복합구동장치를 제공하기 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 복합구동장치는, 드릴파이프를 파지하고 회전시키는 회전유닛 및 상기 드릴파이프의 상부에 연결되는 서브를 파지하고, 상기 서브의 측부에 형성된 유동홀을 통해 이수를 선택적으로 주입하는 이수주입유닛을 포함한다.

그리고 상기 회전유닛은, 내측에 상기 드릴파이프가 안착되는 안착공간이 형성되고, 상기 드릴파이프의 도입을 위해 일측이 개방 가능하게 형성된 파지부 및 상기 파지부에 회전 구동력을 전달하는 구동부를 포함할 수 있다.

또한 상기 파지부는 상기 안착공간에 안착된 드릴파이프를 가압하여 고정시키는 고정부재를 포함할 수 있다.

그리고 상기 드릴파이프는 외경이 증가하도록 경사진 확장부를 포함하며, 상기 파지부는, 상기 드릴파이프의 상기 확장부에 대응되는 위치를 파지하는 하부 파지부 및 상기 하부 파지부의 상측에 구비되어 상기 드릴파이프의 상기 확장부 상측을 파지하는 상부 파지부를 포함할 수 있다.

또한 상기 이수주입유닛은, 내측에 상기 서브가 안착되는 안착공간 및 상기 안착공간을 감싸는 순환공간이 형성되고, 상기 서브의 도입을 위해 일측이 개방 가능하게 형성된 밀폐부 및 내측에 상기 순환공간과 연통되는 유동공간이 형성되고, 상기 밀폐부의 외측으로 연장되어 외부의 이수공급장치와 연결되는 이수유동부를 포함할 수 있다.

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

첫째, 시추 공정 전체가 정지 과정 없이 연속적으로 수행될 수 있어 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

둘째, 드릴파이프의 회전 및 이수의 공급을 동시에 수행할 수 있으므로, 드릴파이프를 통한 시추 공정, 파이프 간의 결합, 이수의 순환 등 다양한 작업을 모두 통합하여 수행할 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 일 실시예에 따른 연속시추용 복합구동장치의 모습을 나타낸 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연속시추용 복합구동장치에 있어서, 드릴파이프 및 서브가 도입되는 모습을 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연속시추용 복합구동장치에 있어서, 파지부에 의한 드릴파이프의 파지 과정을 나타낸 도면;
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연속시추용 복합구동장치에 있어서, 이수의 유동 과정을 나타낸 도면; 및
도 6 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 연속시추용 복합구동장치를 통한 연속시추 공정을 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 일 실시예에 따른 연속시추용 복합구동장치의 모습을 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연속시추용 복합구동장치는 회전유닛(100)과, 이수주입유닛(200)과, 이들을 지지하는 동시에 상하 이동을 위한 구동력을 전달받는 베이스유닛(110)을 포함한다.

상기 회전유닛(100)은 드릴파이프(10)를 파지하고 회전시키는 역할을 수행하며, 상기 이수주입유닛(200)은 상기 드릴파이프(10)의 상부에 연결되는 서브(20)를 파지하고, 상기 서브(20)의 측부에 형성된 유동홀(23, 도 5 참조)을 통해 이수를 선택적으로 주입하는 역할을 수행한다.

본 실시예의 경우, 상기 회전유닛(100)은 파지부(130) 및 구동부(120a, 120b)를 포함한다.

상기 파지부(130)는 내측에 상기 드릴파이프(10)가 안착되는 안착공간이 형성되어 전체적으로 링 형태를 가질 수 있으며, 특히 상기 파지부(130)는 상기 드릴파이프(10)를 도입할 수 있도록 하기 위해 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 일측이 개방 가능하게 형성된다.

본 실시예에서 상기 파지부(130)는 중심각을 분할하는 복수의 단위파트(132a, 132b, 133c)를 포함하며, 각 단위파트(132a, 132b, 133c)는 서로 힌지 연결되어 회전에 따라 일측에 드릴파이프(10)가 도입될 수 있는 개방홀(131)을 형성할 수 있다.

또한 도 3에 도시된 바와 같이 각 단위파트(132a, 132b, 133c)에는 상기 안착공간 내에 안착된 드릴파이프(10)를 가압하여 고정시키는 고정부재(133)가 구비될 수 있으며, 이에 따라 상기 드릴파이프(10)를 안정적으로 고정시킬 수 있다.

상기 고정부재(133)는 전후 이동 가능하게 형성되어, 전방으로 이동 시 상기 드릴파이프(10)를 가압하게 되며, 후방으로 이동 시 상기 드릴파이프(10)의 가압 상태를 해제하게 된다.

다시 도 1을 참조하여 설명하면, 상기 구동부(120a, 120b)는 상기 파지부(130)에 회전 구동력을 전달하는 구성요소이다.

본 실시예의 경우 상기 구동부(120a, 120b)는 상기 파지부(130)와 기어 등에 의해 치합되어 상기 파지부(130)를 회전시킬 수 있도록 하며, 또한 상기 구동부(120a, 120b)는 상기 파지부(130)의 양측으로 한 쌍이 구비되어 출력을 보다 높일 수 있도록 하였다.

그리고 상기 이수주입유닛(200)은 밀폐부(210)와 이수유동부(220)를 포함한다.

본 실시예에서 상기 밀폐부(210)는 파지부(130)와 같이 전체적으로 링 형태로 형성되며, 내측에 상기 드릴파이프(10) 상에 결합되어 드릴파이프를 서로 연결시키는 서브(20)가 안착되는 안착공간이 형성된다.

또한 상기 밀폐부(210)는 상기 서브의 도입을 위해 일측이 개방 가능하게 형성되어 개방홀(211)을 형성할 수 있으며, 본 실시예의 경우 상기 밀폐부(210)는 상기 파지부(130)와 같이 복수의 단위파트가 서로 힌지 연결된 형태를 가진다.

또한 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 밀폐부(210)의 내측에는 상기 안착공간을 감싸는 순환공간(212)이 형성되며, 이는 상기 서브(20)가 회전함에 따라 유동홀(23)의 위치가 변동된다고 하더라도 상기 유동홀(23) 내측으로 이수를 공급할 수 있도록 하기 위한 것이다.

상기 이수유동부(220)는 내측에 상기 순환공간(212)과 연통되는 유동공간(222)이 형성되고, 상기 밀폐부(210)의 외측으로 연장되어 외부의 이수공급장치와 연결된다.

그리고 상기 유동공간(222) 내에는 볼밸브(223)가 구비될 수 있으며, 이에 따라 이수의 역류를 방지할 수 있다.

또한 상기 서브(20)는 측부에 형성된 유동홀(23)을 선택적으로 차폐하는 전환밸브(22)를 포함할 수 있으며, 상기 전환밸브(22)는 도 4 및 도 5와 같이 회전됨에 따라 상기 유동홀(23) 또는 상기 서브(20) 내의 중공(H) 중 어느 하나를 개방시킬 수 있다.

이에 따라 서브(20)의 상부에 다른 드릴파이프를 연결하는 과정에서 상기 전환밸브(22)는 상기 중공(H)을 차폐하여 상기 유동홀(23)로부터 이수가 유입되도록 하며, 드릴파이프의 연결이 완료된 이후에는 다시 유동홀(23)을 차폐하여 상부로부터 이수가 유입될 수 있도록 한다.

한편 본 실시예에서 상기 드릴파이프(10)는 외경이 증가하도록 경사진 확장부(12)를 포함한다.

그리고 상기 파지부(120)는, 상기 드릴파이프(10)의 확장부(12)에 대응되는 위치의 적어도 일부를 감싸 파지하는 하부 파지부(120a)와, 상기 하부 파지부(120a)의 상측에 구비되어 상기 드릴파이프(10)의 상기 확장부(12)의 나머지 일부를 감싸 파지하는 상부 파지부(120b)를 포함하여 이중 구조를 가진다.

이와 같이 하는 이유는, 상기 드릴파이프(10)의 확장부(12)가 상기 하부 파지부(120a)에 걸리도록 하여 하부로 낙하하는 것을 방지하는 한편, 원활한 회전이 가능하도록 하기 위한 것이다.

이하에서는, 도 6 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 연속시추용 복합구동장치를 통한 연속시추 공정에 대해 설명하도록 한다. 본 공정에서는 한 쌍의 연속시추용 복합구동장치가 구비된다.

먼저 도 6에 도시된 바와 같이, 하부에 위치된 복합구동장치로 드릴파이프(10)와 서브(20)가 연결된 결합체를 파지하여 회전유닛(100)을 통해 회전시킨다. 그리고 이와 함께 이수주입장치(200)를 통해 상기 서브(20)의 측부로 이수를 주입한다.

다음으로 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 서브(20) 상측으로 새로운 드릴파이프(10)를 도입시키고, 도 8과 같이 상부에 위치된 복합구동장치로 새로운 드릴파이프(10)를 파지하여 상기 서브(20)에 결합시킨다. 이때 하부의 드릴파이프(10) 및 서브(20) 역시 회전되고 있는 상태이므로, 상부에 위치된 복합구동장치는 새로운 드릴파이프(10)를 보다 빠른 속도로 회전시켜 체결을 수행하도록 한다.

새로운 드릴파이프(10)의 체결이 완료된 이후, 도 9에 도시된 바와 같이 상부에 위치된 복합구동장치가 상승하여 새로은 드릴파이프(10)의 상부와 새로운 서브(20)를 파지한다.

그리고 도 10과 같이 상부에 위치된 복합구동장치가 상기 드릴파이프 결합체를 회전시키게 되며, 이와 동시에 하부에 위치된 복합구동장치는 상기 드릴파이프 결합체에 회전력 전달을 중단한다.

이후 도 11과 같이 하부에 위치된 복합구동장치는 상기 드릴파이프 결합체로부터 이탈하여 상측으로 이동하고, 상기의 과정을 반복하여 연속적인 시추 공정을 수행할 수 있게 된다.

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: 드릴파이프 20: 서브
100: 회전유닛 110: 베이스유닛
120a, 120b: 구동부 130: 파지부
133: 고정부재 200: 이수주입유닛
210: 밀폐부 212: 순환공간
220: 이수유동부 222: 유동공간
223: 볼밸브

Claims (5)

1. 외경이 증가하도록 경사진 확장부를 포함하는 드릴파이프를 파지하고 회전시키는 회전유닛; 및
   상기 드릴파이프의 상부에 연결되는 서브를 파지하고, 상기 서브의 측부에 형성된 유동홀을 통해 이수를 선택적으로 주입하는 이수주입유닛;
   을 포함하고,
   상기 회전유닛은,
   내측에 상기 드릴파이프가 안착되는 안착공간이 형성되고, 상기 드릴파이프의 도입을 위해 일측이 개방 가능하도록 중심각을 분할하며, 서로 힌지 연결되어 회전에 따라 일측에 개방홀을 형성하는 복수의 단위파트를 포함하는 파지부; 및
   상기 파지부에 회전 구동력을 전달하는 구동부; 를 포함하며,
   상기 파지부는,
   상기 드릴파이프의 상기 확장부에 대응되는 위치의 적어도 일부를 감싸 파지하는 하부 파지부;
   상기 하부 파지부의 상측에 구비되어 상기 드릴파이프의 상기 확장부에 대응되는 위치의 나머지 일부를 감싸 파지하여 상기 하부 파지부와 함께 상기 확장부 전체를 지지하는 상부 파지부; 및
   상기 각 단위파트마다 구비되어 상기 안착공간의 중심 방향으로 전후 이동 가능하게 형성되며, 전방 이동 시 상기 안착공간에 안착된 드릴파이프를 가압하여 고정시키고, 후방 이동 시 상기 드릴파이프의 가압 상태를 해제하는 고정부재; 를 포함하는 연속시추용 복합구동장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 이수주입유닛은,
   내측에 상기 서브가 안착되는 안착공간 및 상기 안착공간을 감싸는 순환공간이 형성되고, 상기 서브의 도입을 위해 일측이 개방 가능하게 형성된 밀폐부; 및
   내측에 상기 순환공간과 연통되는 유동공간이 형성되고, 상기 밀폐부의 외측으로 연장되어 외부의 이수공급장치와 연결되는 이수유동부; 를 포함하는 연속시추용 복합구동장치.

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