KR102260451B1 - 반잠수식 해양구조물 - Google Patents

Abstract

반잠수식 해양구조물이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 반잠수식 해양구조물은 반잠수식 본체; 상기 본체 아래 수중에 배치되는 중량체; 상기 중량체를 상기 본체에 대해 지지하는 복수의 연결라인; 및 상기 연결라인들 중 일부가 손상된 경우 소실된 장력을 보상하기 위한 부력을 상기 중량체에 제공하는 부력 제공장치를 포함한다.

Description

반잠수식 해양구조물{Semi-submersible marine structure}

본 발명은 반잠수식 해양구조물에 관한 것이다.

최근 해저 유전 또는 가스전에 대한 시추 작업 또는 생산 작업을 수행하기 위해 반잠수식 해양구조물인 TLP(Tension Leg Platform)가 활발히 사용되고 있다.

종래의 TLP는 폰툰(potoon)과 컬럼(column) 등으로 구성된 선체(hull)와 선체를 해저에 지지하는 텐던(Tendon)으로 이루어진다. 텐던이 선체를 해저에 대해 지지하기 때문에 해양구조물의 운동 성능이 향상된다.

그런데 텐던을 해저에 고정하기 위해서는 많은 시간과 비용이 들기 때문에 반잠수식 해양구조물의 설치 비용 및 시간이 증가한다.

본 발명의 실시예는, 상하 운동 성능이 좋고 설치 비용 및 시간이 저감되는 반잠수식 해양구조물을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 반잠수식 본체; 상기 본체 아래 수중에 배치되는 중량체; 상기 중량체를 상기 본체에 대해 지지하는 복수의 연결라인; 및 상기 연결라인들 중 일부가 손상된 경우 소실된 장력을 보상하기 위한 부력을 상기 중량체에 제공하는 부력 제공장치를 포함하는, 반잠수식 해양구조물이 제공될 수 있다.

상기 부력 제공장치는, 상기 본체에 배치되는 에어 공급원; 및 상기 중량체에 설치되고, 상기 에어 공급원으로부터 에어를 공급받아 팽창 가능한 벌룬을 포함할 수 있다.

상기 부력 제공장치는, 상기 복수의 연결라인의 장력을 측정하는 센서부;

상기 센서부의 측정 결과를 기초로 상기 에어 공급원을 작동시키는 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기 본체는, 폰툰; 상기 폰툰의 상측에 배치되는 데크; 및 상기 데크를 상기 폰툰에 대해 지지하는 복수의 컬럼을 포함할 수 있다.

상기 중량체는 복수로 제공되고, 상기 복수의 중량체는 각각 상기 컬럼들 각각에 대응하여 배치될 수 있다.

상기 폰툰은 링 형상을 가지며, 상기 중량체는 상기 폰툰에 대응하는 형상을 가질 수 있다.

상기 중량체는 플레이트 또는 박스 형상을 가질 수 있다.

상기 중량체는 수면에서 80M 이상 120M 이하의 깊이에 위치할 수 있다.

상기 중량체에는 발라스트 탱크가 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 반잠수식 본체를 수중에 배치된 중량체 대해 지지함으로써, 반잠수식 해양구조물은 일반적인 TLP와 유사하거나 거의 동일한 상하운동 성능을 가지는 반면, 일반적인 TLP와 달리 텐던을 해저에 고정시키기 위한 시간 및 비용이 효과적으로 저감된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반잠수식 해양구조물을 측면에서 바라본 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반잠수식 해양구조물의 일부를 나타내는 사시도이고,
도 3은 도 2에 도시된 중량체(200)의 일 변형례를 나타내는 도면이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반잠수식 해양구조물의 상하운동(Heave) 운동특성(RAO: Response amplitude operator)을 나타내는 그래프이고,
도 5 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 부력 제공장치의 작동을 설명하기 위한 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 반잠수식 해양구조물을 측면에서 바라본 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반잠수식 해양구조물의 일부를 나타내는 사시도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 반잠수식 해양구조물(10)은 본체(100)와, 중량체(200)와, 연결라인(300)과, 부력 제공장치(400)를 포함한다.

본체(100)는 반잠수식 구조물로서 폰툰(110)과, 데크(120)와, 컬럼(130)을 포함한다.

폰툰(110)은 부력체로서 수면 아래에 위치할 수 있다. 폰툰(110)에는 발라스트 탱크(미도시)가 형성되어 부력 조절이 가능하다. 폰툰(110)은 도 2와 같이 링 형상을 가질 수 있으나 이에 국한되지 않는다.

데크(120)는 수면 위에 위치한다. 데크(120)에는 시추 설비 또는 생산 설비 등 각종 장비(115)가 탑재된다.

폰툰(110)과 데크(120) 사이에 컬럼(130)이 개재된다. 컬럼(130)은 데크(120)와 폰툰(110)을 상호 연결하고, 폰툰(110)에 대하여 데크(120)를 지지한다. 컬럼(130)은 복수로 제공될 수 있다.

본체(100) 아래 수중에 중량체(200)가 배치된다. 중량체(200)는 연결라인(300)에 의해 본체(100)에 지지된다. 연결라인(300)은 복수로 제공될 수 있다. 연결라인(300)은 일반적인 TLP의 텐던과 같은 강관 형태를 가질 수 있다. 또는 연결라인(300)은 와이어, 체인, 로프 등 다양한 형태를 가질 수 있다.

중량체(200)는 자중에 의해 본체(100)의 무게 중심을 낮추어 본체(100)의 정적 안정성을 향상시킨다. 특히 본체(100)가 일반적인 TLP의 선체와 같이 과잉 부력 상태에 놓인 경우, 중량체(200)의 음성 부력이 본체(100)의 과잉 부력을 완화하여 본체(100)의 정적안정성을 향상시킨다.

나아가 중량체(200)는 본체(100)를 그 아래에서 지지함으로써 본체(100)의 상하 운동 성능을 향상시킨다. 그리고 중량체(200)와 본체(100) 사이의 물은 본체(100)의 상하 운동 시 부가 질량으로 작용하여 본체(100)의 상하 운동 성능을 향상시킨다.

중량체(200)는 수면에서 80M 이상 120M 이하의 깊이에 위치할 수 있다. 이 경우, 본체(100)의 무게 중심이 충분히 낮아질 수 있어 본체(100)의 정적 안정성을 극대화할 수 있다. 그리고 본체(100)의 상하 운동에 대한 부가 질량을 충분히 확보할 수 있어 본체(100)의 상하 운동 성능이 극대화될 수 있다.

중량체(200)는 플레이트 또는 박스 형상을 가질 수 있다. 이때, 중량체(200)는 수평 방향으로 납작한 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 본체(100)의 상하 운동에 대한 부가 질량이 증가하여 본체(100)의 상하 운동 성능이 향상될 수 있다.

중량체(200)가 박스 형상을 가질 때, 중량체(200)에는 발라스트 탱크가 형성될 수 있다. 이 경우, 설치 위치 수면 상에 부유 중이던 중량체(200)의 발라스트 탱크에 물을 채워 가라앉히는 방법으로 중량체(200)를 수중에 배치시킬 수 있다.

중량체(200)는 도 2와 같이 복수로 제공될 수 있다. 이때, 복수의 중량체(200)는 각각 본체(100)를 구성하는 복수의 컬럼(120) 각각에 대응하여 배치될 수 있다. 이 경우, 복수의 중량체(200)는 라이저(미도시)와 간섭하지 않고 라이저를 중심으로 그 주변에 이격되어 배치될 수 있다.

대안적으로 중량체(200')는 단일 구조물로서 도 3과 같이 링 형상의 폰툰(110)에 대응하여 링 형상을 가질 수 있다. 이 경우 라이저(미도시)는 중량체(200)와 간섭하지 않고 중량체(200')의 중심을 통과할 수 있다. 참고로 도 3은 도 2에 도시된 중량체(200)의 일 변형례를 나타내는 도면이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반잠수식 해양구조물의 상하운동(Heave) 운동특성(RAO: Response amplitude operator)을 나타내는 그래프이다. 도 4에서 실험예는 본 실시예에 따른 반잠수식 해양구조물(도 1의 100)에 대한 수치해석 결과이고, 비교예 1은 텐덤이 없는 일반적인 반잠수식 해양구조물에 대한 수치해석 결과이고, 비교예 2는 텐덤을 포함하는 일반적인 TLP에 대한 수치해석 결과이다.

도 4를 참조하면, 실험예는 비교예 1에 비해 현저히 낮은 RAO 값을 가진다. 그리고 실험예는 비교예 2와 유사한 RAO값을 가지며, 특히 운용조건(파주기 5초~10초)에서 비교예 2와 거의 동일한 RAO값을 가진다.

이와 같은 도 4를 통해, 본 실시예에 따른 반잠수식 해양구조물(도 1의 100)은 텐덤이 없는 일반적인 반잠수식 해양구조물에 비해 현저히 향상된 상하 운동 성능을 가지며, 텐덤을 포함하는 일반적인 TLP와 유사하거나 거의 동일한 상하 운동 성능을 가진다는 것을 알 수 있다.

따라서 본 실시예에 따른 반잠수식 해양구조물(100)은 일반적인 TLP와 유사하거나 거의 동일한 상하운동 성능을 가지는 반면, 일반적인 TLP와 달리 텐던을 해저에 고정시키기 위한 시간 및 비용이 효과적으로 저감된다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 반잠수식 해양구조물은 부력 제공장치(400)를 포함한다. 부력 제공장치(400)는 연결라인들(300) 중 일부(301)가 손상된 경우 손실된 장력을 보상하기 위한 부력을 중량체(200)에 제공한다. 이에 대한 설명은 후술한다.

부력 제공장치(400)는 에어 공급원(410)과 벌룬(420)을 포함할 수 있다. 에어 공급원(410)은 벌룬(420)에 에어를 공급한다. 에어 공급원(410)은 펌프 또는 컴프레서 등을 포함할 수 있으나 이에 국한되지 않는다. 에어 공급원(410)은 본체(100)에 배치될 수 있다. 일례로 에어 공급원(410)은 폰툰(110)에 배치될 수 있으나 이에 국한되지 않는다.

벌룬(420)은 중량체(200)에 지지되고, 에어 공급원(410)으로부터 에어를 공급받아 팽창 가능한 구조 및 재질을 가진다. 벌룬(420)은 초기에 중성 부력 상태에 놓여 있다가 에어의 공급으로 양성 부력 상태에 놓인다. 이러한 벌룬(420)의 양성 부력은 복수의 연결라인(300) 중 일부(301)가 손상된 경우 손실된 장력을 보상하여 나머지 연결라인(302)에 추가적인 부하가 걸리는 것을 방지한다. 이에 대한 설명은 후술한다.

에어 공급원(410)에서 공급되는 에어는 에어 공급라인(점선)을 통해 벌룬(420)으로 공급된다. 일례로, 연결라인(300)이 와이어, 로프 또는 체인 형태를 가지는 경우 에어 공급라인은 연결라인(300)과 이격되어 위치할 수 있다. 또는 연결라인(300)이 강관 형태를 가지는 경우, 에어 공급라인은 연결라인(300)의 내부를 통해 벌룬(420) 측으로 연장될 수 있다. 이외에도 에어 공급원(410)과 벌룬(420)을 연결하는 에어 공급라인의 다양한 배치가 가능할 것 이다.

부력 제공장치(400)는 센서부(미도시)와 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 센서부는 복수의 연결라인(300)의 장력을 측정한다.

제어부는 센서부의 측정 결과를 기초로 에어 공급원(410)을 작동시킨다. 다시말해, 제어부는 센서부의 측정 결과를 취합하고 장력이 소실된 연결라인(301)을 알아낸다. 그리고 제어부는 소실된 장력을 보상하기 위한 부력을 중량체(200)에 제공하도록 에어 공급원(410)을 작동시킨다.

도 5 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 부력 제공장치의 작동을 설명하기 위한 도면이다. 이하, 도 1, 도 5 및 도 6을 참조하여 본 실시예에 따른 부력 제공장치(400)의 작동을 설명한다.

먼저, 도 1을 참조하면, 중량체(200)는 복수의 연결라인(300)에 의해 본체(100)에 지지된다. 이때, 복수의 연결라인(300)은 모두 손상되지 않은 정상 상태에 놓여 있다. 이 경우, 중량체(200)는 본체(100)에 대해 균형감을 가지고 지지되며, 복수의 연결라인(300)에는 각각 소정의 장력이 작용한다.

도 5를 참조하면, 반잠수식 해약구조물(10)을 운용하는 과정에서 복수의 연결라인들(300) 중 일부(도 1의 301)가 손상될 수 있다. 이 경우, 손상된 연결라인(도 1의 301)에 작용하던 장력은 소실되고, 소실된 장력을 보상하기 위해 나머지 연결라인들(302)에 부하가 가중되어 손상 가능성이 커진다. 손상된 연결라인(도 1의 301)에 작용하던 장력이 소실되면, 손상된 연결라인(도 1의 301)과 연결되었던 중량체(200)는 본체(100)에 대한 균형감을 상실할 수 있다.

위와 같은 문제점을 해결하기 위해, 부력 제공장치(400)가 작동한다.

도 6을 참조하면, 복수의 연결라인들(300) 중 일부(도 1의 301)가 손상되면, 에어 공급원(410)은 손상된 연결라인(도 1의 301)과 연결되었던 중량체(200)에 설치된 벌룬(420)으로 에어를 공급한다. 공급된 에어에 의해 팽창한 벌룬(420)은 중량체(200)에 부력을 제공하여 소실된 장력을 보상한다. 이에 따라 나머지 연결라인(302)에 부하가 가중되는 것이 방지되고, 중량체(200)는 균형감을 가지고 본체(100)에 지지될 수 있다.

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 : 반잠수식 해양구조물
100 : 본체
110 : 폰툰
120 : 데크
130 : 컬럼
200 : 중량체
300 : 연결라인
400 : 부력 제공장치
410 : 에어 공급원
420 : 벌룬

Claims (6)

1. 반잠수식 본체;
   상기 본체 아래 수중에 배치되는 중량체;
   상기 중량체를 상기 본체에 대해 지지하는 복수의 연결라인; 및
   상기 연결라인들 중 일부가 손상된 경우 소실된 장력을 보상하기 위한 부력을 상기 중량체에 제공하는 부력 제공장치를 포함하고,
   상기 중량체는 자중에 의해 상기 본체의 무게 중심을 낮추고,
   상기 중량체와 상기 본체 사이의 물은 상기 본체의 상하 운동 시 부가 질량으로 작용하는, 반잠수식 해양구조물.
2. 제1항에 있어서,
   상기 부력 제공장치는,
   상기 본체에 배치되는 에어 공급원;
   상기 중량체에 설치되고, 상기 에어 공급원으로부터 에어를 공급받아 팽창 가능한 벌룬;
   상기 복수의 연결라인의 장력을 측정하는 센서부; 및
   상기 센서부의 측정 결과를 기초로 상기 에어 공급원을 작동시키는 제어부를 포함하는, 반잠수식 해양구조물.
3. 제1항에 있어서,
   상기 본체는,
   폰툰;
   상기 폰툰의 상측에 배치되는 데크; 및
   상기 데크를 상기 폰툰에 대해 지지하는 복수의 컬럼을 포함하고,
   상기 중량체는 복수로 제공되고,
   상기 복수의 중량체는 각각 상기 컬럼들 각각에 대응하여 배치되는, 반잠수식 해양구조물.
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