KR102253377B1 - 시추용 해양 구조물 및 시추용 해양 구조물을 이용한 시추 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시추용 해양 구조물에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 유정에서 배출되는 이산화탄소를 분리하여 공압 시추 장비의 동력원이나 비상용 발전 장치로 재활용하기 위한 시추용 해양 구조물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 시추작업을 수행하는 시추용 해양 구조물은, 유정으로부터 배출되는 가스에서 이산화탄소를 분리하는 분리기; 상기 분리기에서 분리된 이산화탄소를 저장하는 저장 수단; 및 상기 저장 수단에서 공급된 이산화탄소를 소비하는 수단을 제공한다.

Description

시추용 해양 구조물 및 시추용 해양 구조물을 이용한 시추 방법 {Offshore drilling structure and drilling method thereof}

본 발명은 시추용 해양 구조물에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 유정에서 배출되는 이산화탄소를 분리하여 공압 시추 장비의 동력원이나 비상용 발전 장치로 재활용하기 위한 시추용 해양 구조물에 관한 것이다.

최근 해양 유전으로부터 원유를 시추하기 위한 드릴쉽, 해양 플랫폼 과 같은 해양 구조물들을 통해 원유의 안정적인 생산 및 공급이 이루어지도록 기술개발이 이루어지고 있다.

시추용 해양 구조물은 유정을 시추할 때 시추시 석유 뿐만 아니라 다량의 가스 및 이산화탄소가 라이저를 통해 전달된다. 라이저를 통해 배출된 다량의 가스 및 이산화탄소는 시추용 해양 구조물의 상부에서 플레어(Flare)를 통해 태워지거나 혹은 대기에 배출된다. 플레어를 통해 태워지는 가스는 대부분 석유 가스이며, 이는 세퍼레이터를 통해 분리된 후 태워진다. 이 때 분리된 이산화탄소 가스는 대부분 대기중으로 날아가 지구의 온실가스 배출에 많은 양을 차지하고 있어 환경 오염 등의 문제점을 가지고 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 유정에서 배출되는 유체로부터 약 5 ~ 25%의 이산화탄소를 분리하여 공압 시추 장비의 동력원이나 비상용 발전 장치로 활용하여 시추시 발생하는 막대한 양의 이산화탄소 가스를 활용하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 시추작업을 수행하는 시추용 해양 구조물은, 유정으로부터 배출되는 가스에서 이산화탄소를 분리하는 분리기; 상기 분리기에서 분리된 이산화탄소를 저장하는 저장 수단; 및 상기 저장 수단에서 공급된 이산화탄소를 소비하는 수단을 제공한다.

상기 저장 수단은 분리된 이산화탄소를 기체로 저장하는 공압 용기이며, 상기 이산화탄소를 소비하는 수단은 이산화탄소를 동력원으로 사용하는 공압 시추 장비인 것이 바람직하다.

상기 공압 시추 장비는 라이저 텐션너, 수직 보상기 및 드로웍스 중 하나 이상인 것이 바람직하다.

상기 공압 용기는 300bar 내지 400bar로 이산화탄소를 저장하는 것이 바람직하다.

상기 공압 용기에 저장된 이산화탄소를 상기 공압 시추 장비로 공급하기 위해 상기 공압 시추 장비 전단에 감압기를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 공압 시추 장비는 부식 방지 재질인 것이 바람직하다.

상기 저장 수단은 이산화탄소를 액체로 저장하는 저장 탱크이며, 상기 이산화탄소를 소비하는 수단은 전기를 발생하는 발전장치인 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 시추작업을 수행하는 시추용 해양 구조물을 이용한 시추 방법은 유정으로부터 가스를 배출하는 단계; 배출된 가스에서 이산화탄소를 분리하는 단계; 및 분리된 이산화탄소를 소비하는 단계를 제공한다.

상기 분리된 이산화탄소를 저장하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 시추시 유정에서 배출되는 유체로부터 이산화탄소를 분리하여 공압 시추 장비의 동력원이나 비상용 발전 장치로 활용할 수 있으며, 막대한 양의 이산화탄소가 대기중으로 배출되지 않아 환경 오염을 줄이는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 공압 시추 장비의 동력원으로 사용된 질소가스의 소모를 줄이는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시례에 따른 시추용 해양 구조물에서 이산화탄소를 활용하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시례에 따른 라이저 텐션너에서 이산화탄소를 활용하기 위한 개념도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시례를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시례에 따른 시추용 해양 구조물에서 이산화탄소를 활용하기 위한 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시례에 따른 라이저 텐션너에서 이산화탄소를 활용하기 위한 개념도이다.

도 1 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시례에 따른 시추용 해양 구조물(100)은 해양 플랫폼(110) 또는 시추선이 마련되고 상부에 시추 장비들과 함께 데릭(120)이 장착되며, 유정(10)으로부터 배출되는 가스에서 이산화탄소를 분리하는 분리기(150) 및 분리기(150)에서 분리된 이산화탄소를 소비하는 수단을 포함한다.

유정(10)으로부터 이송되는 탄화수소 혼합물은 라이저(20)를 통해 이송된다. 이러한 탄화수소 혼합물은 해양 플랫폼(110) 상부에 설치된 분리기(150)에 공급되며, 공급된 탄화수소 혼합물은 분리기(150)를 통해 석유, 물, 가스 및 이산화탄소 등으로 분리된다. 분리된 물이나 고체와 같은 유정으로부터의 다량의 원하지 않는 부산물은 규정에 어긋나지 않는 선에서 환경에 다시 버려지거나, 분리된 고체가 처리 및 처분을 위해 해안으로 운송되어야 한다면 생산 유정 근처에 있는 처분 지역(disposal zone)등으로 재투입되도록 관리될 수 있다. 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 이미 공지의 기술인 분리기(150)에 대해서는 상세히 설명하지 않으며, 해양구조물의 특성이나 환경에 따라 분리기의 수는 다양하게 구성될 수 있다는 것은 당업자에게 자명하다.

분리기(150)을 통해 분리된 이산화탄소는 약 300 ~ 400 bar의 고압으로 공압 용기(Air pressure vessel, 160)에 저장된다. 이와 같이 저장된 이산화탄소는 공압 시추 장비인 라이저의 인장력(tension)을 일정하게 유지하기 위한 라이저 인장 장치(riser tensioner, 130), 파도에 의한 수직(heave) 운동에 대한 보상 장치인 히브 보상 장치(heave compensator, 140), 드릴 파이프의 수직 운동에 대한 보상 장치인 드로웍스(draw-works, 미도시) 등의 공유압 실린더에 동력원으로 공급될 수 있다.

즉, 기존에는 공압 시추 장비의 동력원으로 질소 가스(N₂)를 사용하였으나 유정에서 배출되는 이산화탄소 가스를 활용함으로써 질소 가스(N₂)의 사용량을 감소시킬 수 있다.

라이저 인장 장치(130)는 파도에 의해 시추용 해양 구조물이 이동하고 시추용 해양 구조물과 연결된 상부 라이저의 이동에 의해 발생되는 힘이 그대로 하부 라이저에 전달될 경우, 수천 미터에 이르는 라이저(20)에 좌굴 현상이 발생하지 않도록 시추용 해양 구조물에 연결됨으로써, 일정한 인장력으로 하부 라이저를 인장시킴으로써, 파도에 의한 시추용 해양 구조물의 움직임이 라이저(20)에 미치는 영향을 최소화한다.

라이저 인장 장치(130)는 인장력을 유지하기 위해 실린더 장치 및 유압장치 등으로 이루어지며, 실린더 장치는 라이저(20) 둘레를 따라 다수개 설치될 수 있다. 실린더 장치는 해양 구조물과 연결되는 실린더(131)와 서포트 링에 연결되는 피스톤 로드(132)를 포함하며, 실린더(131) 내로는 유압 장치에 의해 유압이 공급되어 피스톤 로드(132)가 상승함에 따라 하부 라이저를 인장시키게 된다.

유압 장치로는 공압 용기(160)과 어큐뮬레이터(135)로 구성되며, 공압 용기(160)는 저장되어 있는 이산화탄소를 어큐뮬레이터(135)로 공급하여 그 압력에 의해 어큐뮬레이터(135)의 오일이 실린더(131) 내로 공급되어 피스톤 로드(132)를 상승시키게 된다.

히브 보상 장치(140)은 시추용 해양 구조물의 상하동요(heave)에 대한 보상 장치로서 구동방식으로는 전기와 유압을 이용하는 2가지 방식이 있는데, 유압식 히브 보상 장치(140)의 경우에는 데릭(120)의 상부에 설치되며 보상 실린더를 유압으로 제어하며 상기에서 설명한 라이저 인장 장치(130)과 같은 방식으로 공압 용기(160)에 저장된 이산화탄소를 어큐뮬레이터에 공급하여 그 압력에 의해 보상 실린더가 조절되도록 한다.

드로웍스(미도시)도 상기에서 설명한 라이저 인장 장치(130), 히브 보상 장치(140)와 같은 유압 방식으로 제어될 수 있으며, 그 설명을 생략하기로 한다.

공압 용기(160)는 고압으로 이산화탄소를 저장하므로, 공압 시추 장비로 이산화탄소를 공급하기 위해서는 적절한 감압이 필요하므로, 공압 시추 장비 전단에 감압기를 설치하는 것이 바람직하다.

공압 용기 및 공압 시추 장비는 이산화탄소에 의해 부식될 수 있으므로 장비의 내부가 부식 처리가 되도록 한다.

한편, 이산화탄소 저장 탱크(170)은 분리기(150)에서 분리된 이산화탄소를 액화하여 저장하며, 시추선에 비상 상황이 발생하여 발전기가 작동하지 못하는 상황일때 비상용 발전장치(180)에 이산화탄소를 공급하여 비상 발전이 가능하도록 한다.

본 발명의 일 실시례에 따른 시추용 해상 구조물의 시추 방법은 유정으로부터 가스를 배출하는 단계; 배출된 가스에서 이산화탄소를 분리하는 단계; 및 분리된 이산화탄소를 소비하는 단계를 포함하며, 분리된 이산화탄소를 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 시추용 해상 구조물에서 이산화탄소를 활용하는 장치 및 방법에 따르면, 유정에서 배출되는 이산화탄소를 분리하여 공압 시추 장비의 동력원이나 비상용 발전 장치로 활용하여 시추시 발생하는 막대한 양의 이산화탄소가 대기중으로 배출되어 환경이 오염되는 것을 막을 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시례들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시례에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 시추용 해양 구조물 110 : 해양 플랫폼
120 : 데릭 130 : 라이저 인장 장치
131 : 실린더 132 : 피스톤 로드
135 : 어큐뮬레이터 140 : 히브 보상 장치
150 : 분리기 160 : 공압 용기
170 : 저장 탱크 180 : 발전 장치

Claims (9)

1. 시추작업을 수행하는 시추용 해양 구조물에 있어서,
   유정으로부터 배출되는 가스에서 이산화탄소를 분리하는 분리기;
   상기 분리기에서 분리된 이산화탄소를 기체로 저장하는 공압 용기; 및
   상기 공압 용기에 저장된 이산화탄소를 동력원으로 사용하는 공압 시추 장비를 포함하고,
   상기 공압 시추 장비는 라이저에 좌굴 현상이 발생하지 않도록 상기 라이저를 인장시키는 라이저 인장 장치이고,
   상기 라이저 인장 장치는 내부로 유압 장치에 의해 유압이 공급되는 실린더와 피스톤 로드를 포함하고,
   상기 유압 장치는 상기 공압 용기와 어큐뮬레이터로 구성되며,
   상기 분리기에서 분리된 이산화탄소는 300bar 내지 400bar의 고압으로 상기 공압 용기에 저장되고,
   상기 공압 용기에 저장되어 있는 이산화탄소를 어큐물레이터로 공급하여 그 압력에 의해 상기 어큐뮬레이터의 오일이 상기 실린더 내로 공급되어 상기 피스톤 로드를 상승시키는, 시추용 해양 구조물.
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5. 청구항 1에 있어서,
   상기 공압 용기에 저장된 이산화탄소를 상기 공압 시추 장비로 공급하기 위해 상기 공압 시추 장비 전단에 감압기를 더 포함하는, 시추용 해양 구조물.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 공압 시추 장비는 부식 방지 재질인, 시추용 해양 구조물.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 분리기에서 분리된 이산화탄소를 액화하여 저장하며, 발전기가 작동하지 못하는 상황일때 비상용 발전장치에 이산화탄소를 공급하는 저장 탱크를 더 포함하는, 시추용 해양 구조물.
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