KR101933971B1 - 해양구조물 - Google Patents

Abstract

해저의 토사 압력 분포를 조절하여 스퍼드캔(spudcan)을 해저에 안착시킬 수 있는 해양구조물이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 해양구조물은 본체; 본체에 대해 상하 방향으로 이동 가능하도록 설치되어 본체를 지지하는 레그; 및 레그의 하단부에 구비되어 해저에 고정되는 스퍼드캔을 포함하며, 스퍼드캔은 해저의 토사를 흡입하여 외부로 배출시킴으로써 해저의 압력 분포를 조절한다. 본 발명의 실시예에 의하면, 스퍼드캔 측의 해저의 압력을 분산시켜 스퍼드캔의 고정력을 확보하고, 레그의 휨모멘트를 줄일 수 있다.

Description

해양구조물{OFFSHORE STRUCTURE}

본 발명은 해양구조물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 해저의 토사 압력 분포를 조절하여 스퍼드캔(spudcan)을 해저에 안착시킬 수 있는 해양구조물에 관한 것이다.

통상적으로 시추 작업을 위해, 잭업 리그(jack-up rig)를 정해진 해역으로 이동시킨 후, 잭킹 시스템(jacking system)을 이용하여 레그(leg)를 해저로 하강시켜 선체(hull) 및 캔틸레버(cantilever) 부분을 수면 위로 들어올리는 작업이 선행된다. 이때, 해저면에 레그를 안정적으로 고정시키기 위하여, 레그의 가장 아래 부분에 스퍼드캔(spudcan)이 마련된다.

조류 등의 원인으로 인해, 레그 하단부 주변의 해저가 부분적으로 침식되는 현상이 발생할 수 있는데, 이를 세굴(scouring)이라 한다. 이러한 세굴 현상은 특히 조류가 센 곳에서 많이 발생하고 있다. 잭업 리그의 경우, 시추 지점이 정해지면 일정한 위치에서 장시간 작업을 수행하므로, 조류의 흐름으로 인해 해저면이 조금씩 깎이는 세굴 현상에 의해 해저의 파지력이 점차 약해지고, 이로 인해 레그에 큰 휨모멘트가 발생하여 레그가 손상되고, 구조물 전체의 안정성이 저하되는 문제가 생길 수 있다.

본 발명은 스퍼드캔 측의 해저의 압력을 분산시켜 스퍼드캔의 고정력을 확보하고, 레그의 휨모멘트를 줄일 수 있는 해양구조물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 해양구조물은 본체; 상기 본체에 대해 상하 방향으로 이동 가능하도록 설치되어 상기 본체를 지지하는 레그; 및 상기 레그의 하단부에 구비되어 해저에 고정되는 스퍼드캔을 포함하고, 상기 스퍼드캔은 해저의 토사를 흡입하여 외부로 배출시킴으로써 해저의 압력 분포를 조절한다.

상기 스퍼드캔은, 상기 레그의 하단부에 결합되는 하우징; 및 상기 하우징에 설치되고, 해저의 토사를 흡입하여 상기 하우징의 외부로 배출시키는 배출부;를 포함할 수 있다.

상기 배출부는, 상기 하우징의 하면에 형성된 흡입구와, 상기 하우징의 상면에 형성된 배출구 간에 연결되는 배출관; 상기 배출관에 형성되어 상기 배출관을 개폐하는 밸브; 및 상기 배출관에 연결되고, 해저의 토사를 상기 흡입구로 흡입시켜 상기 배출구로 배출시키는 펌프;를 포함할 수 있다.

상기 스퍼드캔은, 상기 하우징의 하면 중심부에 장착되고, 해저의 토사를 가압하는 콘솔;을 더 포함할 수 있다.

상기 흡입구는, 상기 하우징의 하면에 상기 콘솔의 둘레를 따라 다수개 마련될 수 있다.

상기 스퍼드캔은 상기 하우징 하부 측의 해저 지형을 측정하는 센서부를 더 포함하고, 상기 해저 지형에 따라 상기 밸브 및 상기 펌프가 제어될 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 스퍼드캔 측의 해저의 압력을 분산시켜 스퍼드캔의 고정력을 확보하고, 레그의 휨모멘트를 줄일 수 있는 해양구조물이 제공된다.

본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해양구조물을 개략적으로 보여주는 측면도이다.
도 2는 도 1의 'A'부 확대도로서, 본 발명의 실시예에 따른 해양구조물을 구성하는 스퍼드캔의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 해양구조물을 구성하는 스퍼드캔의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 해양구조물을 구성하는 스퍼드캔의 저면도이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 해양구조물의 동작 및 작용효과를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술하는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 공지된 구성에 대한 일반적인 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위해 생략될 수 있다. 본 발명의 도면에서 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 가급적 동일한 도면부호가 사용된다. 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 도면에서 일부 구성은 다소 과장되거나 축소되어 도시될 수 있다.

본 출원에서 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 출원에서, "포함하다", "가지다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 실시예에 따른 해양구조물은 스퍼드캔이 해저의 토사를 흡입하여 외부로 배출시킴으로써 해저의 압력 분포를 조절하도록 제공된다. 일 실시예에서, 스퍼드캔은 하우징; 하우징에 설치되고, 해저의 토사를 흡입하여 하우징의 외부로 배출시키는 배출부; 및 하우징에 설치되고, 해저의 토사를 가압하는 콘솔;을 포함하여 구성된다.

본 발명의 실시예에 의하면, 콘솔에 의해 하우징 하부측의 해저 토사가 압력이 낮은 쪽으로 분산됨과 동시에, 압력이 높은 쪽의 해저 토사가 스퍼드캔의 상부로 배출된다. 이에 따라, 스퍼드캔의 하부측 해저 압력이 균일한 분포를 가지게 되므로, 스퍼드캔을 해저에 안착시킬 수 있으며 세굴(scouring) 현상을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해양구조물(100)을 개략적으로 보여주는 측면도이다. 본 실시예에 따른 해양구조물(100)은 본체(10), 다수의 레그(20), 및 스퍼드캔(30)을 포함하여 구성된다.

본체(10)는 예를 들어, 원유, 가스, 해저광물 등의 탐사, 채취, 시추, 가공, 정제, 재기화, 풍력 발전 설비, 저장이나 수송을 위한 터미널 설비 등을 탑재하여 목적으로 하는 해양 작업을 수행할 수 있다.

도 1에 도시된 예에서, 본체(10)는 웰헤드(wellhead)로부터 라이저 파이프(riser pipe)(40)를 통해 원유를 시추하도록 제공되나, 본 발명은 언급되지 않은 다양한 목적 및 용도를 갖는 해양 구조물에 적용될 수 있으며, 특정 용도나 목적으로 한정되지는 않는다.

본체(10)는 원유 시추를 위한 잭업 플랫폼(jack-up platform)이나 풍력 발전기 설치 선박(wind turbine installation vessel)일 수 있으나, 이에 제한되지 않고 다양한 해상구조물로 제공될 수 있다.

본체(10)는 복수의 레그(20)에 의하여 잭업(jack-up)되지 않은 상태에서 해상에 부유할 수 있도록 제공되고, 레그(20)에 의해 잭업되면 복수의 레그(20)에 의해 지지된다.

레그(20)는 본체(10)를 관통하여 상하 방향으로 이동 가능하게 설치된다. 레그(20)는 선체(hull) 및 캔틸레버(cantilever)를 포함하는 본체(10)를 수면 위로 들어 올리기 위해, 본체(10)에 대해 해저면 측으로 하강될 수 있다. 레그(20)는 본체(10)를 지지하기 위하여 3개 이상 구비될 수 있다.

본체(10)에는 레그(20)를 상하 방향으로 상대 운동시키는 승강구동장치(미도시)가 구비된다. 본체(10)에는 레그(20)의 승강을 위한 구동장치의 작동을 제어하는 제어부(미도시)가 마련될 수 있다.

레그(20)를 승강시키는 구동장치는 모터, 기어 등을 갖는 잭킹 유닛(jacking unit)을 구비할 수 있다. 잭킹 유닛의 작동에 의해 레그(20)가 본체(10)에 대해 상하 방향으로 이동되거나, 본체(10)가 레그(20)에 대해 상하 방향으로 이동될 수 있다.

잭킹 유닛은 예를 들어, 레그(20)에 형성된 랙(rack) 기어와 결합하는 피니언(pinion) 기어 및 피니언 기어를 구동하기 위한 모터를 포함할 수 있으며, 피니언과 랙의 연동에 의해 본체(10)와 레그(20) 사이에 상하 방향으로 상대 운동이 이루어질 수 있다.

레그(20)는 잭업(jack-up) 모드시 본체(10)의 하중을 견딜 수 있을 정도의 강성을 갖도록 형성된다. 레그(20)는 원기둥, 사각 트러스 구조, 삼각 트러스 구조 혹은 그 밖의 다양한 형태로 형성될 수 있다.

스퍼드캔(30)은 각 레그(20)의 하단부에 구비되며, 레그(20)의 말단을 해저(50)에 안정적으로 고정시키는 기능을 수행한다. 스퍼드캔(30)은 잭업(jack-up) 모드에서 해저(50) 지반으로 침투(penetration)될 수 있다. 스퍼드캔(30)은 레그(20)의 안정적인 고정을 위해 레그(20)의 평면적보다 더 넓은 평면적을 갖도록 형성될 수 있다.

도 2는 도 1의 'A'부 확대도로서, 본 발명의 실시예에 따른 해양구조물을 구성하는 스퍼드캔의 사시도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 해양구조물을 구성하는 스퍼드캔의 단면도이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 해양구조물을 구성하는 스퍼드캔의 저면도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 스퍼드캔(30)은 레그(20)의 하단부에 결합되는 하우징(32)과, 하우징(32)에 설치되는 가압부(34), 배출부(36), 및 센서부(38)를 포함하여 구성될 수 있다.

가압부(34)는 하우징(32) 하부 측의 해저 토사를 가압하여 토사를 주변으로 분산시키고, 해저에 침투되어 스퍼드캔(30)의 평형 유지를 위한 중심축으로 작용한다. 일 실시예에서, 가압부(34)는 콘솔(342) 및 구동부(344)를 포함할 수 있다.

콘솔(342)은 하우징(32)의 하면 중심부에 장착되어, 구동부(344)의 구동에 따라 하방으로 작동하여 해저의 토사를 가압할 수 있다. 콘솔(342)은 토사 가압을 위하여 하면 중심부가 하방으로 돌출된 추 형상으로 제공될 수 있다.

일 실시예에서, 구동부(344)는 하우징(32) 내에 설치되어 콘솔(342)을 승강 작동시키는 유압램으로 제공될 수 있다. 하우징(32)의 저면에는 콘솔(342)의 승강 구동시키는 구동부(344)의 로드가 삽입되는 홈(32a)이 관통된다.

배출부(36)는 하우징(32)을 상하 방향으로 관통하여 설치되며, 해저(50)의 토사를 흡입하여 하우징(32)의 외부로 배출시키도록 구성된다. 일 실시예에서, 배출부(36)는 배출관(322), 밸브(324), 및 펌프(326)을 포함하여 구성될 수 있다.

하우징(32)의 하면에는 해저 토사가 흡입되는 흡입구(36a)가 개구되고, 하우징(32)의 상면에는 해저 토사를 배출하는 배출구(36b)가 개구된다. 흡입구(36a)는 하우징(32)의 하면에 콘솔(342)의 둘레를 따라 다수개 마련될 수 있다.

배출관(322)은 하우징(32)에 형성된 흡입구(36a)와, 배출구(36b) 간에 연결될 수 있다. 밸브(324)는 배출관(322)에 형성되어 배출관(322)을 개폐시킨다. 펌프(326)는 해저의 토사를 배출관(322)의 하단부인 흡입구(36a)로 흡입시켜 배출관(322)의 상단부인 배출구(36b)로 배출시킨다.

도시된 실시예에서, 각 흡입구(36a)는 서로 다른 배출구(36b)와 배출관(322)을 통해 연결되어 있으나, 다수의 흡입구(36a)가 하나의 배출구(36b)와 연결되거나, 하나의 흡입구(36a)가 여러개의 배출구(36b)와 연결되도록 구성될 수도 있다.

또한, 다수의 배출관(322)이 하나의 펌프(326)로 연결되어, 각 배출관(322)에 형성된 밸브(324)의 개도를 제어하여, 하나의 펌프(326)에 의해 다수의 배출관(322)을 통한 토사의 배출량을 조절하는 것도 가능하다.

제어부(도시생략)는 각 배출관(322)에 형성된 밸브(324)의 개도를 제어하여 해저 토사의 흡입 위치 및 흡입량을 조절할 수 있다. 제어부는 해저(50)의 경사 상부 영역일수록 많은 양의 토사가 흡입되어 배출되도록 밸브(324)의 개도를 증가시키고, 해저(50)의 경사 하부 영역은 밸브(324)의 개도를 감소시킬 수 있다.

센서부(38)는 하우징(32)에 설치되어 하우징(32) 하부 측의 해저 지형을 측정한다. 센서부(38)에 의해 측정된 해저 지형에 따라 밸브(324) 및 펌프(326)가 제어될 수 있다.

일 실시예에서, 센서부(38)는 하우징(32)의 외주연을 따라 배치되거나, 하우징(32)의 저면에 분산 배치될 수 있다. 도시에서, 센서부(38)는 하우징(32)의 저면 주연부에 핀 형상으로 하방으로 돌출되어 있으며, 하단부에 센서(38a)가 고정될 수 있다.

일 실시예에서, 센서부(38)는 스퍼드캔(30)의 저면 측에서 아래를 향하여 거리를 탐지하기 위한 신호를 발생하도록 설치될 수 있다. 일 실시예에서, 센서부(38)는 해저(50)에 이르는 거리를 탐지하는 초음파 센서를 포함할 수 있다. 초음파 센서는 수중 매질을 이용하기 때문에 속도도 빠를 뿐만 아니라 측정되는 거리 값도 정확한 장점이 있다.

스폿(spot) 형태의 초음파 센서를 스퍼드캔(30) 하부에 여러 군데 장착하고, 각 초음파 센서의 측정값을 통해 해저지형의 형상을 탐지할 수 있다. 초음파 센서의 배치 및 개수는 해저지형을 판단하기 위한 해상도로서 요구되는 값에 따라 적절한 값으로 선택될 수 있다.

다른 실시예로, 스퍼드캔(30)에 설치된 하나의 이미징 소나(imaging SONAR) 혹은 멀티빔 에코사운드(multibeam eco-sound) 장비를 이용하여 해저지형을 탐지하는 것도 가능하다. 또 다른 실시예로, 센서부(38)는 해저와 접촉시 하중을 측정하는 로드셀(load cell)로 제공될 수도 있다.

도 5 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 해양구조물의 동작 및 작용효과를 설명하기 위한 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 스퍼드캔(30)이 경사진 해저(50)에 접촉되는 경우를 예로 들면, 먼저 구동부(344)에 의해 콘솔(342)이 작동되며, 그에 따라 콘솔(342)이 해저(50)에 침투되어 고정된다. 해저(50)에 중앙부 콘솔(342)이 우선적으로 고정되기 때문에, 좌우 이동에 의한 추가적인 구조 하중 전달이 최소화된다.

콘솔(342)의 작동에 의해 밀려난 토사들은 압력이 낮은 쪽으로 이동하게 되므로, 해저 토사의 압력을 주변으로 분산시킬 수 있다. 이때, 경사진 해저(50)의 상부측 영역(A1)보다 하부측 영역(A2)으로 더 많은 토사들이 이동하게 되며, 이에 의해 경사진 해저(50)의 하부측 영역(A2)으로 토사들이 일부 밀려나 경사도를 줄이게 된다.

경사진 해저(50)의 상부측 영역(A1)으로도 일부 토사가 이동하여 압력 증가를 초래하게 되는데, 이를 적절히 해소하기 위하여 배출부(36)가 작동한다. 즉, 배출부(36)는 경사진 해저(50)의 상부측 영역(A1) 상부측의 흡입구 밸브만을 개방시켜, 경사진 해저(50)의 상부측 영역(A1)으로부터 토사를 흡입하여 배출함으로써 압력을 분산시킨다. 이에 따라, 도 6에 도시된 바와 같이, 스퍼드캔(30) 하부측의 해저(50)가 평탄화되므로, 스퍼드캔(30)이 콘솔(342)을 중심으로 해저(50)에 수평을 이루어 침투되어 고정될 수 있다.

도 7은 조류 등으로 인한 세굴(scour) 현상으로 레그 일측의 해저면이 파인 것을 보여주는 도면이다. 도 7의 도시와 같이 세굴 현상이 발생하는 경우, 해저면의 파인 부분에서 지속적으로 유실이 발생하여 파인 부분이 더 깊어지고, 레그의 지지에 악영향을 끼칠 수 있다.

이와 같은 세굴 현상으로 인한 레그의 지지력 약화를 방지하기 위하여, 콘솔(342)을 작동시켜 해저 토사를 압력이 낮은 주변 영역(A3)으로 분산시키는 동시에, 배출부(36)에 의해 스퍼드캔(30) 하부의 흡입구에서 해저 토사를 흡입하여 해저면의 파인 부분인 세굴 영역(S) 측으로 이송 및 배출시킴으로써, 세굴 영역(S)의 파인 부분을 메워주게 된다. 그에 따라, 도 8의 도시와 같이 세굴 현상을 상쇄시키고, 레그의 지지력을 확보할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 의하면, 스퍼드캔(30)과 해저(50) 간의 경사각으로 인한 편심 하중과 세굴 현상을 방지하여 레그의 좌굴을 방지하고, 해양구조물이 침몰되는 사고를 예방할 수 있다.

이상의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.

10: 본체 20: 레그
30: 스퍼드캔 32: 하우징
322: 배출관 324: 밸브
326: 펌프 34: 가압부
342: 콘솔 344: 구동부
36: 배출부 36a: 흡입구
36b: 배출구 38: 센서부
40: 라이저 파이프 50: 해저
100: 해양구조물

Claims (6)

1. 본체;
   상기 본체에 대해 상하 방향으로 이동 가능하도록 설치되어 상기 본체를 지지하는 레그; 및
   상기 레그의 하단부에 구비되어 해저에 고정되는 스퍼드캔을 포함하고,
   상기 스퍼드캔은 해저의 토사를 흡입하여 외부로 배출시키도록 구성되고,
   상기 스퍼드캔은,
   상기 레그의 하단부에 결합되는 하우징; 및
   상기 하우징에 설치되고, 해저의 토사를 흡입하여 상기 하우징의 외부로 배출시키는 배출부;를 포함하고,
   상기 배출부는,
   상기 하우징의 하면에 형성된 흡입구와, 상기 하우징의 상면에 형성된 배출구 간에 연결되는 배출관;
   상기 배출관에 형성되어 상기 배출관을 개폐하는 밸브; 및
   상기 배출관에 연결되고, 해저의 토사를 상기 흡입구로 흡입시켜 상기 배출구로 배출시키는 펌프;를 포함하는 해양구조물.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1 항에 있어서,
   상기 스퍼드캔은,
   상기 하우징의 하면 중심부에 장착되고, 해저의 토사를 가압하는 콘솔;을 더 포함하는, 해양구조물.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 흡입구는, 상기 하우징의 하면에 상기 콘솔의 둘레를 따라 다수개 마련되는, 해양구조물.
6. 제5 항에 있어서,
   상기 스퍼드캔은 상기 하우징 하부 측의 해저 지형을 측정하는 센서부를 더 포함하고,
   상기 해저 지형에 따라 상기 밸브 및 상기 펌프가 제어되는, 해양구조물.

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