KR102477560B1 - 복합 해양구조물 - Google Patents

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Abstract

반잠수식 해양구조물과 스파(SPAR) 구조물의 장점들을 동시에 가지는 복합(hybrid) 해양구조물이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 복합 해양구조물은 수면 아래에 잠수되고, 부력 수단을 구비하는 원통형 하부 구조물; 상기 하부 구조물의 원통형 외측면 둘레를 따라 결합되어 외부로 연장되는 다수의 수평 연장기둥과, 상기 수평 연장기둥의 외단부로부터 상부로 연장되는 다수개의 수직기둥을 포함하는 기둥부; 상기 기둥부에 의해 지지되는 탑사이드를 포함하는 상부 구조물; 및 상기 기둥부 내에 설치되고, 상기 상부 구조물과 상기 하부 구조물 간에 케이블 및 배관을 연결하는 연결부를 포함한다. 본 발명의 실시예에 의하면, 해양구조물의 운동 성능 및 원유 등의 저장용량을 증대시킬 수 있으며, 상부 구조물의 높이를 낮추어 해수면의 파도에 의한 영향을 줄일 수 있다.

Description

복합 해양구조물{HYBRID OFFSHORE STRUCTURE}
본 발명은 복합 해양구조물(hybrid offshore structure)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상부는 반잠수식(semi-submersible) 해양구조물의 형태를 가지고 하부는 원통형 스파(SPAR) 해양구조물의 형태를 가지는 복합 해양구조물에 관한 것이다.
해양 유전 생산 관련 부유식 해양구조물은 반잠수식(semi-submersible) 해양구조물, 원통형 스파(SPAR) 해양구조물, 시추선(drill ship)이나 부유식 원유생산저장하역설비(FPSO; Floating Production Storage and Offloading) 또는 부유식 액화천연가스설비(FLNG; Floating Liquefied Natural Gas) 등과 같은 선박형 해양구조물의 세 가지로 분류할 수 있다.
도 1은 종래의 반잠수식 해양구조물의 예시도이고, 도 2는 종래의 원통형 스파(SPAR) 해양구조물의 예시도이고, 도 3은 종래의 선박형 해양구조물의 예시도이다. 반잠수식 해양구조물은 상부 구조물의 면적이 넓은 장점이 있으나, 하부 구조물에 해당하는 폰툰이 수평 방향으로 긴 구조로 형성되어 있으며, 이로 인해 상부 구조물의 높이가 높아져 풍하중이 큰 단점을 가지고 있다.
또한, 반잠수식 해양구조물은 하부 구조물을 부력을 제공하는 폰툰으로 활용해야 하기 때문에 스파(SPAR) 해양구조물보다 원유 등의 저장공간이 적고, 운동 성능이 상대적으로 낮은 단점을 가지고 있다. 반대로, 스파(SPAR) 구조물은 반잠수식 해양구조물보다 운동 성능이 뛰어나고, 상대적으로 대용량의 저장공간을 가지고 있으나, 해수면의 파도에 의해 영향을 크게 받는 단점이 있다.
본 발명은 상부는 반잠수식(semi-submersible) 구조물 형태로 이루어지고, 하부는 스파(SPAR) 구조물 형태로 이루어져, 반잠수식 해양구조물과 스파(SPAR) 구조물의 장점을 동시에 가지는 복합(hybrid) 해양구조물을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 운동 성능이 우수하고, 원유 등을 저장할 수 있는 대용량의 저장공간을 가지며, 상부 구조물의 높이를 낮추어 해수면의 파도에 의한 영향을 줄일 수 있는 복합 해양구조물을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 반잠수식(semi-submersible) 구조물 형태의 상부 구조물과 스파(SPAR) 구조물 형태의 하부 구조물 사이에 형성되는 공간부 및 다수의 기둥부에 의해 파도의 영향을 줄일 수 있는 복합 해양구조물을 제공하기 위한 것이다.
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 실시예에 따른 복합 해양구조물은 수면 아래에 잠수되고, 부력 수단을 구비하는 원통형 하부 구조물; 상기 하부 구조물의 원통형 외측면 둘레를 따라 결합되어 외부로 연장되는 다수의 수평 연장기둥과, 상기 수평 연장기둥의 외단부로부터 상부로 연장되는 다수개의 수직기둥을 포함하는 다수의 기둥부; 상기 다수의 기둥부에 의해 수면 상부에 위치하도록 지지되는 탑사이드를 포함하는 상부 구조물; 및 상기 기둥부 내에 설치되고, 상기 상부 구조물과 상기 하부 구조물 간에 케이블 및 배관을 연결하는 연결부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 복합 해양구조물은 상기 다수의 기둥부에 의해 상기 하부 구조물의 상면이 상기 상부 구조물의 하면으로부터 이격되고, 상기 하부 구조물과 상기 상부 구조물 사이에 공간부가 형성될 수 있다.
상기 하부 구조물은 상기 상부 구조물로부터 상기 기둥부 내의 상기 배관을 통해 유체를 공급받아 저장하는 저장부를 구비할 수 있다.
상기 상부 구조물의 폭은 상기 하부 구조물의 지름보다 크고, 상기 하부 구조물의 상하 길이는 상기 상부 구조물과 상기 하부 구조물 간의 이격 거리보다 크게 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 복합 해양구조물은 상기 하부 구조물의 하단부에 설치되는 제1 고정부, 상기 하부 구조물의 상단부에 설치되는 제2 고정부, 상기 상부 구조물의 측면부에 설치되는 제3 고정부, 그리고 해저로부터 상기 제1 고정부, 상기 제2 고정부 및 상기 제3 고정부에 순차 연결되어 상기 복합 해양구조물을 계류하는 계류라인을 더 포함할 수 있다.
상기 수평 연장기둥은 상기 하부 구조물의 상단 측면에 결합되고, 상기 수평 연장기둥은 상면이 수평이고 하방으로 갈수록 면적이 작아지는 삼각형 단면 구조로 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상부는 반잠수식(semi-submersible) 구조물 형태로 이루어지고, 하부는 스파(SPAR) 구조물 형태로 이루어져, 반잠수식 해양구조물과 스파 구조물의 장점을 동시에 가지는 복합(hybrid) 해양구조물이 제공된다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 운동 성능이 우수하고, 원유 등을 저장할 수 있는 대용량의 저장 공간을 가지며, 상부 구조물의 높이를 낮추어 해수면의 파도에 의한 영향을 줄일 수 있는 복합 해양구조물이 제공된다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 반잠수식(semi-submersible) 구조물 형태의 상부 구조물과 스파(SPAR) 구조물 형태의 하부 구조물 사이에 형성되는 공간부 및 다수의 기둥부에 의해 파도의 영향을 줄일 수 있다.
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 종래의 반잠수식 해양구조물의 예시도이다.
도 2는 종래의 원통형 스파(SPAR) 해양구조물의 예시도이다.
도 3은 종래의 선박형 해양구조물의 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 해양구조물의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 해양구조물의 측면도이다.
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 복합(hybrid) 해양구조물은 상부는 반잠수식(semi-submersible) 구조물 형태로 이루어지고, 하부는 스파(SPAR) 구조물 형태로 이루어져, 반잠수식 해양구조물과 스파(SPAR) 구조물의 장점을 동시에 가지는 하이브리드 구조물로 제공된다. 본 발명의 실시예에 의하면, 해양구조물의 운동 성능을 향상시키고, 원유 등의 저장공간을 확대할 수 있으며, 상부 구조물(탑사이드)의 높이를 낮추어 해수면의 파도에 의한 영향을 줄일 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 해양구조물의 사시도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 해양구조물의 측면도이다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 복합 해양구조물(100)은 상부(100a)는 반잠수식 해양구조물의 형태를 가지고, 하부(100b)는 원통형 해양구조물의 형태를 갖는다. 본 발명의 실시예에 따른 복합 해양구조물(100)은 상부 구조물(110), 원통형 하부 구조물(120), 다수의 기둥부(130), 라이저(140), 계류부(150) 및 연결부(160)를 포함한다.
원통형 하부 구조물(120)은 수면 아래에 완전히 잠수되는 부분으로, 해수 중에 배치되어 상부 구조물(110)을 해상에 부유시키기 위한 부력을 제공하고, 상부 구조물(110)의 평형을 유지하는 기능을 수행할 수 있다. 하부 구조물(120)은 내부에 원유 등을 저장하는 저장부(122)와 부력을 제공하는 부력 수단(124)을 구비할 수 있다. 저장부(122)는 상부 구조물(110)로부터 배관을 통해 공급받은 유체를 저장하는 저장탱크로 제공될 수 있다. 부력 수단(124)은 부력 조절이 가능하게 제공될 수 있으며, 예를 들어 복합 해양구조물(100)의 평형 유지 및 부유 높이 조절을 위한 밸러스트 탱크(ballast tank)와 펌프 등을 포함할 수 있다.
다수의 기둥부(130)는 하부 구조물(120)과 상부 구조물(110)을 연결하고 하부 구조물(120)에 대해 상부 구조물(110)을 지지하기 위한 것으로, 다수의 수직기둥(132)과, 다수의 수평 연장기둥(134)을 포함할 수 있다. 다수의 기둥부(130)는 하부 구조물(120)을 중심으로 방사상으로 배열되고, 서로 대칭되는 형태로 제공될 수 있다. 다수의 수평 연장기둥(134)은 하부 구조물(120)의 원통형 외측면 둘레를 따라 결합되어 확장 거리(D4) 만큼 외부로 연장된다. 수평 연장기둥(134)은 하부 구조물(120)의 상단 측면에 결합될 수 있다.
실시예에서, 수평 연장기둥(134)은 상면이 수평이고 하방으로 갈수록 면적이 작아지는 삼각형의 단면 구조로 제공될 수 있다. 수평 연장기둥(134)은 상면이 하부 구조물(120)과 거의 동일한 높이를 가질 수 있다. 다수개의 수직기둥(132)은 수평 연장기둥(134)의 외단부로부터 상부를 향하여 상하 방향으로 연장된다. 수직기둥(132)은 하부 구조물(120)의 상면 높이로부터 상부 구조물(110)의 하면 높이까지 상하로 연장될 수 있다.
도시된 예에서, 복합 해양구조물(100)은 4개의 기둥부(130)를 포함하고 있으나, 상부 구조물(110)을 지지하는 기둥부(130)의 개수 및 형상은 복합 해양구조물(100)의 크기, 목적, 용도 등의 요인에 따라 다양하게 증감 변동될 수 있다. 기둥부(130)는 그 하단이 하부 구조물(120)의 상단부에 결합되고, 상단이 상부 구조물(110)의 하부에 결합되어, 하부 구조물(120)에 대해 상부 구조물(110)을 지지할 수 있다. 기둥부(130)에 의해 상부 구조물(110)의 하부면은 해수면으로부터 소정 간격 이격될 수 있다. 복합 해양구조물(100)은 다수의 기둥부(130)에 의해, 하부 구조물(120)의 상면이 상부 구조물(110)의 하면으로부터 이격 거리(D3) 만큼 이격되고, 하부 구조물(120)과 상부 구조물(110)의 사이에 공간부(110a)가 형성될 수 있다.
상부 구조물(110)은 다수의 기둥부(130)에 의해 지지되는 탑사이드를 포함한다. 상부 구조물(110)은 해수면 상측에 위치하며, 복합 해양구조물(100)의 목적 및 용도 등에 따라 탑재되는 각종 작업 설비를 포함할 수 있다. 예컨대, 상부 구조물(110)에는 원유, 가스, 해저광물 등의 탐사, 채취, 저장, 가공, 수송 등을 위한 설비, 원유 등의 탐사를 위한 시추 설비, 원유 등의 가공을 위한 정제 설비, 가스 등의 재기화 설비, 해상 자원의 저장이나 수송을 위한 터미널 설비 등이 탑재될 수 있다. 다만, 본 발명의 실시예에 따른 복합 해양구조물(100)은 그 밖의 다양한 용도나 목적으로 활용될 수 있으며, 특정 용도나 목적으로 한정되지는 않는다.
본 발명의 실시예에 따른 복합 해양구조물(100)은 기둥부(130) 내에 설치되는 연결부(160)를 통해 상부 구조물(110)과 하부 구조물(120) 간에 케이블 및 배관이 연결될 수 있다. 연결부(160)는 수직기둥(132) 및 수평 연장기둥(134)을 따라 연장되어 상부 구조물(110)의 탑사이드와 하부 구조물(120) 사이에 연결될 수 있다. 케이블은 저장부(122) 및 부력 수단(124)으로부터 수집되는 정보를 상부 구조물(110)로 제공하고, 상부 구조물(110)로부터 저장부(122) 및 부력 수단(124)에 제어신호를 전달하기 위해 제공될 수 있다. 배관은 저장부(122)에 유체를 이송하기 위한 유체 이송관을 포함할 수 있다.
라이저(140)는 하부 구조물(120)의 상부를 관통하여 상부 구조물(110)의 탑사이드로 수직 연결될 수 있다. 계류부(150)는 복합 해양구조물(100)를 계류하는 계류라인으로 제공될 수 있다. 하부 구조물(120)의 하단부에는 제1 고정부(152)가 설치되고, 하부 구조물(120)의 상단부에는 제2 고정부(154)가 설치되고, 상부 구조물(110)의 측면부에는 제3 고정부(156)가 설치될 수 있다. 계류부(150)의 계류라인은 해저로부터 제1 고정부(152), 제2 고정부(154) 및 제3 고정부(156)에 연결되어 복합 해양구조물(100)을 계류할 수 있다. 제1 내지 제3 고정부(156)는 체인 등을 고정하거나 가이드하는 윈치, 롤러, 고리, 후크 등의 다양한 수단으로 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 작업을 위한 탑사이드 공간 확보를 위하여 상부 구조물(110)의 폭은 하부 구조물(120)의 지름(D1)보다 크게 제공될 수 있다. 또한, 부력 제공 및 저장 공간 확장을 위하여, 하부 구조물(120)의 상하 길이(D2)는 상부 구조물(110)과 하부 구조물(120) 간의 이격 거리(D3)보다 크게 제공될 수 있다. 본 발명의 실시예에 의하면, 다수의 기둥부(130)에 의해 상부 구조물(110)의 면적을 확장시킬 수 있고, 상부 구조물(110)의 확장된 면적으로 인해 상부 구조물(110)의 높이(D6)를 줄일 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 원통형 하부 구조물(120)로부터 확장 거리(D4) 만큼 외측으로 확장되는 다수의 기둥부(130)에 의해, 수면 위에 올라온 상부 구조물(110)의 탑사이드는 상대적으로 넓은 면적을 가지게 되고, 낮은 높이를 가지게 된다. 따라서, 해양구조물에 가해지는 풍하중을 크게 절감할 수 있고, 파도의 영향도 최소화할 수 있다. 또한, 일부 탑사이드 장비를 원통형 하부 구조물(120) 내부로 내려 설치하면, 바람을 맞게 되는 상부 구조물(110)의 면적(풍하중면적)을 더욱 줄일 수 있다.
또한, 종래의 스파 구조물은 원통형 구조물에 파랑 하중이 가해져 파도의 영향을 크게 받았으나, 본 발명의 실시예에 의하면, 수평 간격(D5) 만큼 이격된 다수의 기둥부(130)에 의해 상부 구조물(110)과 하부 구조물(120) 사이에 공간부(110a)가 형성되고, 파랑의 하중이 다수의 기둥부(130)에 의해 분산되므로, 파도에 대한 운동 성능이 더욱 높아지게 된다. 또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 다수의 기둥부(130)를 상부 구조물(110)의 탑사이드와 원통형 하부 구조물(120) 간 계통 연계를 위한 케이블 및 파이프 라인의 통로로 활용함으로써, 복합 해양구조물의 공간 활용도를 보다 높일 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 발명까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.
100: 복합 해양구조물 110: 상부 구조물
120: 하부 구조물 122: 저장부
124: 부력 수단 130: 기둥부
132: 수직기둥 134: 수평 연장기둥
140: 라이저 150: 계류부
160: 연결부

Claims (4)

  1. 수면 아래에 잠수가 가능하도록 구비되는 원통형 하부 구조물;
    상기 하부 구조물의 원통형 외측면 둘레를 따라 결합되어 외부로 연장되는 다수의 수평 연장기둥과, 상기 수평 연장기둥의 외단부로부터 상부로 연장되는 다수개의 수직기둥을 포함하는 다수의 기둥부;
    상기 다수의 기둥부에 의해 수면 상부에 위치하도록 지지되는 탑사이드를 포함하는 상부 구조물; 및
    상기 기둥부 내에 설치되고, 상기 상부 구조물과 상기 하부 구조물 간에 케이블 및 배관을 연결하는 연결부를 포함하되;
    상기 하부 구조물은
    상기 상부 구조물로부터 상기 기둥부 내의 상기 배관을 통해 원유를 공급받아 저장하는 저장부; 및
    부력조절이 가능하도록 밸러스트 탱크와 펌프로 구성된 부력 수단을 포함하는 복합 해양구조물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 기둥부에 의해 상기 하부 구조물의 상면이 상기 상부 구조물의 하면으로부터 이격되고, 상기 하부 구조물과 상기 상부 구조물 사이에 공간부가 형성되는 복합 해양구조물.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상부 구조물의 폭은 상기 하부 구조물의 지름보다 크고, 상기 하부 구조물의 상하 길이는 상기 상부 구조물과 상기 하부 구조물 간의 이격 거리보다 큰 복합 해양구조물.
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