KR102482340B1 - 시추 호이스팅 장치 및 이를 구비한 해양 구조물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시추 호이스팅 장치 및 이를 구비한 해양 구조물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수동 히브 보상기(passive heave compensator) 및 드로웍스(drawworks)와 결합된 웨이트 밸런스 시스템을 제공함으로써 수동 히브 보상기 및 탑 드라이브(top drive)에 걸리는 부하를 최소화하는 새로운 형태의 호이스팅 유닛을 제공하는 시추 호이스팅 장치 및 이를 구비한 해양 구조물에 관한 것이다.
본 발명의 시추 호이스팅 장치는 시추 플랫폼에 설치되는 시추 타워; 상기 시추 타워 상부에 설치되는 탑 시브 조립체; 상기 시추 타워의 전방에 설치되며, 상기 탑 시브 조립체를 통과한 와이어와 연결되고 시추 배관 부재를 지지하는 탑 드라이브; 및 상기 시추 타워 하부에 설치되며, 상기 탑 시브 조립체를 통과한 와이어와 연결되며 상기 탑드라이브를 호이스팅하는 호이스팅 유닛;을 포함하며, 상기 호이스팅 유닛은, 상기 탑 드라이브에 걸리는 하중의 균형을 유지하기 위한 웨이트 밸런스(Weight Balance); 상기 웨이트 밸런스와 결합되며, 상기 시추 플랫폼의 상하 요동을 보상하는 수동 히브 보상기(Passive Heave Compensator); 및 상기 웨이트 밸런스와 결합되며, 상기 탑 시브 조립체를 통과한 와이어가 감기는 드로웍스;를 포함하는, 시추 호이스팅 장치를 제공한다.

Description

시추 호이스팅 장치 및 이를 구비한 해양 구조물{Hoisting Apparatus and drilling marine structure having the same}
본 발명은 시추 호이스팅 장치 및 이를 구비한 해양 구조물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수동 히브 보상기(passive heave compensator) 및 드로웍스(drawworks)와 결합된 웨이트 밸런스 시스템을 제공함으로써 수동 히브 보상기 및 탑 드라이브(top drive)에 걸리는 부하를 최소화하는 새로운 형태의 호이스팅 유닛을 제공하는 시추 호이스팅 장치 및 이를 구비한 해양 구조물에 관한 것이다.
국제적인 급격한 산업화 현상과 공업이 발전함에 따라 석유와 같은 지구 자원의 사용량은 점차 증가하고 있으며, 이에 따라 오일의 안정적인 생산과 공급이 전 지구적인 차원에서 대단히 중요한 문제로 떠오르고 있다.
이러한 이유로 최근에는 지금까지 경제성이 없어 무시되어 왔던 군소의 한계 유전이나 심해유전의 개발이 경제에 적합한 다양한 해양 구조물이 개발되고 있다.
이러한 해양 구조물에는 부유식 해양설비, 반잠수식 해양설비, 고정식 해양설비, 승강식해양설비, 시추선 등과 같은 다양한 형태가 있다.
해저의 지하에 존재하는 석유나 가스 등을 시추하기 위해서는 각종 시추장비를 갖춘 해양 구조물 내에 해저의 지하에 존재하는 석유나 가스 등을 시추하기 위한 라이저(riser) 또는 드릴 파이프(drill pipe)등을 고정시켜 해저면까지 내려보내어 시추 작업을 실시한다.
이 때, 라이저 또는 드릴 파이프 등은 해저 수천미터를 내려가므로 파도나 해상 조건에 의한 시추선의 움직임이 과도하게 발생하면 라이저 또는 드릴 파이프 등에 손상이 발생하게 되고, 이는 시추작업의 중단을 초래하여 많은 재정적인 손해가 발생하게 된다.
따라서, 해저의 지하에 존재하는 석유나 가스 등을 시추하기 위해서는 육상플랜트의 시추장비와는 달리 시추선의 움직임을 보상하는 장치(compensator)가 필요하다.
즉, 시추선이 해상 조건에 대해 영향을 받아 움직이는 경우 선박은 병진운동(전후동요(surge), 좌우동요(sway), 상하동요(heave))과 회전운동(횡동요(roll), 종동요(pitch), 선수동요(yaw))으로 정의되는 선체운동을 하게 되며, 이러한 선체운동이 최소화되도록 설계하여 해저와 연결되는 시추장비들의 손상을 방지해야 한다. 이러한 해상에서의 선체운동은 밸러스트(ballast) 시스템과 DP(dynamic positioning) 시스템에 의해 상당부분보상이 이루어지고 있으나, 상하동요(heave)는 별도의 보상장치인 상하동요 보상장치(heave Compensator)가 필요하다.
종래의 호이스팅 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 탑 드라이브(top drive, 50)에 걸리는 하중의 균형을 잡아주는 시스템이 없기 때문에 상하동요 보상 장치(heave Compensator)인 수동 히브 보상기(30)와 능동 히브 보상기(40)에 걸리는 부하가 크고 상하동요 보상장치 시스템의 규모가 크고 복잡하다. 또한, 상하동요 보상장치가 데릭(10) 상부에 위치함으로써 해양 구조물의 무게중심이 높아지게 된다. 한편, 드릴 플로어에 드로웍스(drawworks, 20) 뿐만 아니라 많은 장비가 배치되어 안전한 작업환경 구성이 어렵고 크레인이 드릴 플로어로의 접근이 불가능해 드릴링 관련 장비의 유지보수시 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었다.
한국특허공개공보 제10-2015-0043083호(2015. 04. 22)
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 수동 히브 보상기(passive heave compensator) 및 드로웍스(drawworks)와 결합된 웨이트 밸런스 시스템을 제공함으로써 탑 드라이브(top drive) 및 수동 히브 보상기에 걸리는 부하를 최소화하는 새로운 형태의 호이스팅 유닛을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 시추 플랫폼에 설치되는 시추 타워; 상기 시추 타워 상부에 설치되는 탑 시브 조립체; 상기 시추 타워의 전방에 설치되며, 상기 탑 시브 조립체를 통과한 와이어와 연결되고 시추 배관 부재를 지지하는 탑 드라이브; 및 상기 시추 타워 내부 하단에 설치되며, 상기 탑 시브 조립체를 통과한 와이어와 연결되며 상기 탑드라이브를 호이스팅하는 호이스팅 유닛;을 포함하며, 상기 호이스팅 유닛은, 상기 탑 드라이브에 걸리는 하중의 균형을 유지하기 위한 웨이트 밸런스(Weight Balance); 상기 웨이트 밸런스와 결합되며, 상기 시추 플랫폼의 상하 요동을 보상하는 수동 히브 보상기(Passive Heave Compensator); 및 상기 웨이트 밸런스와 결합되며, 상기 탑 시브 조립체를 통과한 와이어가 감기는 드로웍스;를 포함하는, 시추 호이스팅 장치를 제공한다.
상기 수동 히브 보상기는 유압 방식으로, 상기 웨이트 밸런스 내부에 설치되는 복수 개의 실린더; 및 드릴 플로어에 일단이 고정되는 복수 개의 피스톤 로드;를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 드로웍스는, 상기 탑 시브 조립체를 통과한 와이어를 권취하는 윈치; 상기 시추 배관 부재의 수직 보상값을 감지하는 감지부; 및 상기 감지부에서 보내진 신호에 의해 상기 윈치를 조절하는 제어부;를 포함하며, 상기 제어부에 의해 윈치를 조절하여 상기 시추 배관 부재가 일정한 상하 높이를 유지하는 것이 바람직하다.
상기 수직 보상값은, 상기 시추 플랫폼의 상하 요동에 대해 상기 수동 히브 보상기로 보상되지 않은 일부 상하 요동값으로 인해 상기 시추 배관 부재의 상하 높이가 변경되는 것을 보상하기 위한 값인 것이 바람직하다.
상기 시추 타워에 설치되는 가이드 레일; 및 상기 호이스팅 유닛에 설치되어 상기 가이드 레일을 따라 이동하여, 상기 호이스팅 유닛의 수직 운동을 안내하는 롤러;를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 시추 호이스팅 장치가 마련되는 시추 해양 구조물을 제공한다.
본 발명은 수동 히브 보상기(passive heave compensator) 및 드로웍스(drawworks)와 결합된 웨이트 밸런스 시스템을 제공함으로써 탑 드라이브(top drive) 및 수동 히브 보상기에 걸리는 부하를 최소화하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 호이스팅 시스템이 데릭 하부에 설치됨으로써 해양 구조물의 무게중심이 낮아져 호이스팅이 안정적으로 이루어지는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 호이스팅 시스템은 데릭 내부에 배치됨으로써, 드릴 플로어를 효율적으로 활용할 수 있으며, 크레인 접근이 용이한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 호이스팅 시스템은 하나의 드릴 라인을 사용하므로, 와이어의 수명이 길어지고, 드로웍스 작동 속도가 낮아져 소음이 적게 발생하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 시추 호이스팅 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 시추 호이스팅 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 시추 호이스팅 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 시추 호이스팅 장치(100)는 시추 플랫폼에 설치되는 시추 타워(110), 시추 타워(110) 상부에 설치되는 복수 개의탑 시브 조립체(120), 시추 타워(110)의 전방에 설치되며, 탑 시브 조립체(120)를 통과한 와이어(1)와 연결되며 시추 배관 부재(30)를 지지하는 탑 드라이브(130) 및 시추 타워(110) 내부 하단에 설치되며, 탑 시브 조립체(120)를 통과한 와이어(1)와 연결되며 탑 드라이브(130)를 호이스팅하는 호이스팅 유닛(140);을 포함할 수 있다.
호이스팅 유닛(140)은, 탑 드라이브(130)에 걸리는 하중의 균형을 유지하기 위한 웨이트 밸런스(Weight Balance, 141), 웨이트 밸런스(141)와 결합되며, 시추 플랫폼의 상하 요동을 보상하는 수동 히브 보상기(Passive Heave Compensator, 142), 및 웨이트 밸런스(141)와 결합되며, 탑 시브 조립체(120)를 통과한 와이어(1)가 감기는 드로웍스(145)를 포함할 수 있다.
여기서, 시추 타워(110)에서 드릴 플로어(10)에 설치된 웰 센터(Well Center, 20)를 바라보는 쪽을 시추 타워(110)의 전방(도면 2의 A 방향) 이라고 기재하고, 그 반대 쪽을 시추 타워의 후방(도면 2의 B 방향)으로 기재하도록 한다.
종래에는 수동 히브 보상기가 시추 타워의 상부에 설치되었으나, 본 발명에서는 드릴 플로어(10) 상에 설치됨으로써, 무게 중심(CoG)을 낮추는 장점이 있다. 즉, 본 발명의 수동 히브 보상기(142)는 유압 방식으로, 웨이트 밸런스(141) 내부에 복수 개의 실린더(143)와 일단은 실린더(143) 내부의 피스톤과 연결되고 타단은 드릴 플로어(10)에 고정되는 복수 개의 피스톤 로드(144)를 포함할 수 있다.
시추가 진행되는 동안에 시추 플랫폼의 파도, 바람 등에 의한 상하 요동으로 인하여 시추 배관 부재(30)가 일정한 상하 높이를 유지하지 못하게 되는 것을 방지하기 위해, 수동 히브 보상기(142)의 피스톤 운동에 의해 시추 플랫폼의 상하 요동을 보상할 수 있다.
웨이트 밸런스(141)는 철 구조물로서, 탑 드라이브(130)에 걸리는 하중과 균형을 유지하는 역할을 하므로, 웨이트 밸런스(141)와 결합된 수동 히브 보상기(142)에 걸리는 로드는 종래에 비해 작게 된다.
예컨대, 웨이트 밸런스(141)의 무게가 약 300 톤이고, 드로웍스(145) 무게가 약 200톤 이라고 하면, 호이스팅 유닛(140)의 무게가 약 500톤이 넘게 된다. 이때 탑드라이브(130)에 걸리는 하중은 일반적으로 최대 1,250톤, 최소 500톤의 하중을 가지게 되는데, 본 발명과 같은 구조로 인해서 호이스팅 유닛(140)에서 500톤 정도의 무게를 보상해주기 때문에, 이를 통해 실제 탑드라이브(130)에 걸리는 부하는 그만큼 줄여주는 효과가 있게 된다.
한편, 수동 히브 보상기(142)는 시추 플랫폼의 상하 요동에 대해 스프링의 역할로서 피스톤 운동을 수행하게 된다. 수동 히브 보상기(142)에 의한 시추 플랫폼의 상하 요동은 일반적으로 시추 플랫폼의 상하 요동의 80 ~ 85%를 보상하게 되며, 나머지 10~15%는 능동 히브 보상기에 의해 실시간으로 시추 플랫폼의 상하 요동되는 정도를 감지하여 감지된 값에 의해 미세하게 제어하게 된다.
본 발명에서는 드로웍스(145)에서 능동 히브 보상기 역할을 포함하게 된다. 즉, 드로웍스(145)는 탑 시브 조립체(120)를 통과한 와이어를 권취하는 윈치, 시추 배관 부재(30)의 수직 보상값을 감지하는 감지부, 및 감지부에서 보내진 신호에 의해 윈치를 조절하는 제어부;를 포함할 수 있으며, 제어부에 의해 윈치를 조절하여 시추 배관 부재(30)가 일정한 상하 높이를 유지할 수 있다.
여기서 수직 보상값이란 시추 플랫폼의 상하 요동에 대해 수동 히브 보상기(142)로 보상되지 않은 일부 상하 요동값으로 인해 시추 배관 부재(30)의 상하 높이가 변경되는 것을 보상하기 위한 값으로 시추 배관 부재(30)가 상하로 요동되는 높이 차이값을 의미한다.
웨이트 밸런스에 드로웍스가 결합되고, 드로웍스가 능동 히브 보상기의 역할을 함께 수행하는 구조를 가짐으로써, 하나의 드릴 라인을 사용하므로 와이어의 수명이 길어지고 드로웍스의 작동 속도가 낮아져 소음이 적게 발생할 수 있다.
한편, 시추 타워(110)에 설치되는 가이드 레일(151)와 호이스팅 유닛(140)에 설치되어 호이스팅 유닛(140)의 수직 운동을 지지하며 안내하는 가이드 레일을 따라 이동하는 롤러(152)를 포함할 수 있다.
이상에서 살펴 본 바와 같이 본 실시에 따른 시추 호이스팅 장치는 수동 히브 보상기(passive heave compensator) 및 드로웍스(drawworks)와 결합된 웨이트 밸런스 시스템을 제공함으로써 탑 드라이브(top drive) 및 수동 히브 보상기에 걸리는 부하를 최소화하는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 호이스팅 시스템은 데릭 하부에 설치됨으로써 해양 구조물의 무게중심이 낮아져 호이스팅이 안정적으로 이루어지며, 호이스팅 시스템이 데릭 내부에 배치됨으로써, 드릴 플로어를 효율적으로 활용할 수 있으며, 크레인 접근이 용이한 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 호이스팅 시스템은 하나의 드릴 라인을 사용하므로, 와이어의 수명이 길어지고, 드로웍스 작동 속도가 낮아져 소음이 적게 발생하는 효과가 있다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
110 : 시추 타워 120 : 탑 시브 조립체
130 : 탑 드라이브 140 : 호이스팅 유닛
141 : 웨이트 밸런스 142 : 수동 히브 보상기
145 : 드로웍스

Claims (6)

  1. 시추 플랫폼에 설치되는 시추 타워;
    상기 시추 타워 상부에 설치되는 탑 시브 조립체;
    상기 시추 타워의 전방에 설치되며, 상기 탑 시브 조립체를 통과한 와이어와 연결되고 시추 배관 부재를 지지하는 탑 드라이브;
    상기 시추 타워 내부 하단에 설치되며, 상기 탑 시브 조립체를 통과한 와이어와 연결되며 상기 탑드라이브를 호이스팅하는 호이스팅 유닛;
    상기 시추 타워에 설치되는 가이드 레일; 및
    상기 호이스팅 유닛에 설치되어 상기 가이드 레일을 따라 이동하여, 상기 호이스팅 유닛의 수직 운동을 안내하는 롤러를 포함하며,
    상기 호이스팅 유닛은,
    상기 탑 드라이브에 걸리는 하중의 균형을 유지하기 위한 철 구조물 웨이트 밸런스(Weight Balance);
    상기 웨이트 밸런스와 결합되며, 상기 시추 플랫폼의 상하 요동을 보상하는 수동 히브 보상기(Passive Heave Compensator); 및
    상기 웨이트 밸런스와 결합되며, 상기 탑 시브 조립체를 통과한 와이어가 감기는 드로웍스를 포함하며,
    상기 수동 히브 보상기는 유압 방식으로,
    상기 웨이트 밸런스 내부에 설치되는 복수 개의 실린더; 및
    일단은 상기 실린더 내부의 피스톤과 연결되고, 타단은 드릴 플로어에 고정되는 복수 개의 피스톤 로드를 포함하며,
    상기 드로웍스는,
    상기 탑 시브 조립체를 통과한 와이어를 권취하는 윈치;
    상기 시추 배관 부재의 수직 보상값을 감지하는 감지부; 및
    상기 감지부에서 보내진 신호에 의해 상기 윈치를 조절하는 제어부;를 포함하며,
    상기 제어부에 의해 윈치를 조절하여 상기 시추 배관 부재가 일정한 상하 높이를 유지하며,
    상기 수직 보상값은,
    상기 시추 플랫폼의 상하 요동에 대해 상기 수동 히브 보상기로 보상되지 않은 일부 상하 요동값으로 인해 상기 시추 배관 부재의 상하 높이가 변경되는 것을 보상하기 위한 값이며,
    상기 시추 배관 부재가 상하로 요동되는 높이 차이값인, 시추 호이스팅 장치.
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  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
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