KR102512308B1 - 무인 및 원격 가동되는 생산설비의 구조 - Google Patents

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Abstract

크리스마스 트리를 가지는 유정헤드 조립체(1)와, 유정으로부터 생산된 탄화수소 액체를 유정헤드 조립체를 경유하여 하나 이상의 연속적인 처리장비들(3, 4, 5, 6)로 수송하고 또한 반송 파이프라인(8)을 통하여 목적지까지 수송하는 플로우라인(2)을 갖는 유정 플랫폼을 포함하는 무인이면서 원격으로 가동되는 생산설비의 구조가 제공된다. 유정헤드 조립체(1)로부터의 방출지점(A)보다 높은 레벨에 위치된 처리 장비 및/또는 파이프라인 구역은, 상기 플로우라인(2)을 따라서 배치된 각 밸브들의 도움에 의하여 크리스마스 트리로 복귀 방출되거나 또는 상기 반송 파이프로 하향 방출되도록 구성된다.

Description

무인 및 원격 가동되는 생산설비의 구조
본 발명은, 크리스마스 트리 (즉, 유정 내의 파이프의 유량을 제어하는데 사용되는 밸브, 스풀 및 피팅들의 조립체)를 가지는 유정헤드 (wellhead) 조립체와, 크리스마스 트리로부터의 방출지점으로부터 시작하여 하나 이상의 연속적인 처리장비들 그리고 더 나아가서 방출지점보다 낮은 레벨에 위치하는 지점에서 시작되는 반송 파이프라인을 통하여 목적지까지 유정헤드 조립체를 통하여 유정으로부터 생산된 탄화수소 액체를 수송하는 플로우라인 (flowline)을 포함하는 유정 플랫폼을 포함하는, 무인 또는 통상적으로 무인이면서 원격적으로 가동되는 생산설비에 관한 것이다.
본 발명은 또한 처리 시스템 내에서의 액체의 방출과도 관련된 것으로서, 보다 상세하게는 처리 시스템 내의 세그먼트 (segments)로부터 동일한 처리 시스템의 다른 구역 및 그 시스템의 최종 압력 방출구역으로의 액체의 방출에 관련된 것이다.
처리 시스템의 일부에서 액체를 방출하기 위한 시스템, 구조 및 방법을 기술하는 본 발명의 개념은, 전형적으로 구성부의 보수유지 및 교체와 같은 간섭적인 활동으로 인하여 처리 시스템의 가동을 중지할 필요가 있는 상황, 또는 처리 시스템 내의 부품이나 구성부의 가동을 중지할 필요가 있는 상황에서 사용하도록 적용되는 것이다.
유인 설비에 대해서는, 세그먼트로부터 액체를 방출하기 위한 전용적인 폐쇄식 방출시스템이 주지되어 있다. 이러한 방식의 시스템은 여러개의 위치에서 일상적으로 사용된다. 그러한 설비에 대해서, 시스템들은 어떠한 간섭 활동 또는 연장된 기간의 가동 중지의 전에 수동적으로 방출된다. 액체들은 전형적으로 폐쇄식 방출 시스템으로 통하게 되고, 여기에서 세그먼트내에 남아 있는 어떤 액체들을 수집하고 방출한다.
특허출원 PCT/NO2015/050135 호에는, 유정헤드 조립체로부터의 액체 방출에 대한 개념이 기술되어 있다. 이 개념은 액체의 방출을 위하여 윙밸브 (wing valve)로부터 라이저 (riser)에 이르기까지 중력의 작용하에 연속적으로 경사진 파이프 구성을 기술한다. 그러한 설계는 물리적인 설계뿐 아니라 액체가 흘러야 하는 선호방향을 갖는 특정한 처리 부품의 사용에 대하여 제한을 가지게 된다.
미국특허 US 6397948호에는 해저에 직접적으로 설치되는 해저 생산 시스템의 플로우라인 및 감압 매니폴드용 방출라인이 개시되어 있다.
본 발명에 따르면, 상술한 종류의 무인 및 원격 가동되는 생산설비의 구조가 제공되며, 그 구조는 유정헤드 조립체로부터의 방출지점보다 높은 레벨에 위치된 어떠한 처리 장비 및/또는 파이프라인 구역들이 크리스마스 트리로 복귀 방출시키거나 또는 플로우라인을 따라서 배치되는 각 밸브들의 도움에 의하여 반송 파이프라인으로 하향 방출시키도록 배치된다는 특징을 갖는다. 통상적으로 모든 처리장비는 방출지점(A 및 B)보다 더 높게 위치하지만, 어떤 장비는 방출지점(A)보다 낮으면서도 방출지점(B)보다는 높게 배치될 수도 있다. 적어도 처리장비들 중의 한 개는 방출지점(A)보다 높게 위치되어야만 한다 (하지만 통상적으로 처리장비들의 대부분은 상기 방출지점(A)의 위쪽에 배치된다).
바람직하게는, 처리 장비는 미터 (meters), 밸브, 센서, 매니폴드, 베셀 (vessels), 기계적 장비 또는 처리 조립부와 같은 구성부들을 포함할 수 있다.
처리장비의 낮은 레벨 포켓이, 액체를 낮은 레벨로 안내하는 각각의 작동가능한 단락회로 밸브 및 관련 배관을 사용하여 더 낮은 파이프라인 세그먼트에 접속된다.
또한 다른 실시예에 있어서, 관련 배관 및 회로 밸브들은 상류에 배치되었거나 또는 하류에 배치된 파이프라인 세그먼트로의 단락회로이다.
또한, 생산설비는 하나 이상의 부가적인 유정들로부터의 액체를 수납하고 목적지로의 반송을 위한 반송 파이프라인으로 보내는 임의적인 매니폴드를 포함할 수 있다. 그러한 목적지는 처리설비일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 구조는 가동 중지 후에 플로우라인 및 처리장비를 감압하기 위하여 플로우라인에 접속된 서비스 라인을 더욱 포함한다. 그 서비스 라인은 바람직하게는 유정헤드 조립체로의 윙 밸브의 근방에서 플로우라인에 접속된다.
따라서, 본 발명은 유전으로부터의 탄화수소 액체의 추출을 위한 원격/무인 작업이 용이하게 되도록 설계된 생산 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 전용적인 방출 시스템 및 연속적으로 경사진 배관이 필요없게 된다. 이와 같이, 본 발명의 설계에 의하면, 생산 배관에 있어서의 높은 지점의 임의적인 갯수와, 물리적인 배치설계와 관련한 고도의 탄력성이 가능하게 된다. 이러한 탄력성은 시스템을 보다 콤팩트하게 만들 수 있으며 및/또한 내부 선로 부품의 상향적 흐름을 위한 설비 요구에 부합할 수 있다.
예를 들어 외부에서의 보수유지의 목적 또는 가동상의 난점 때문에 원격으로 가동되는 설비를 가동 중지하는 경우, 남아 있는 탄화수소 액체의 상부측 전체 또는 일부를 방출함으로써 탄화수소 액체를 제거할 필요가 있다. 유인 설비에 있어서는, 작업자가 호스 또는 영구적인 방출라인을 방출 시스템에 연결함으로써 액체를 모아 방출하는 것이 통상적이다. 이러한 수작업은 원격 가동되는 설비에는 적절하지 않다. 스스로 방출을 행하는 배관이 사용될 수는 있지만, 배치설계에 있어서 최적이 아닌 제한을 가할 수 있다. 본 발명은 이하의 것을 포함하는 시스템 설계 조립체를 제공한다.
- 종래의 유정헤드 조립체 (크리스마스 트리)
- 액체 반송 파이프 (플로우라인)
- 밸브, 미터, 탐지기, 트랜스미터, 장비 및 조립체와 같은 내부선로 구성품
- 다수 개의 유정으로부터 액체를 수집하고 파이프라인 연결부로 반송하도록 보내는 임의적인 매니폴드
- 처리설비로의 반송 파이프라인의 접속부
종래의 유정헤드 조립체와 반송 파이프라인의 사이에는 임의의 개수의 국부적인 높은 지점이 있을 수 있고, 시스템 내에 포켓 (pockets)을 도입할 수도 있고 도입하지 않을 수도 있다. 작동식 단락회로 밸브 및 배관을 사용하여, 포켓의 낮은 지점을 하부 세그먼트에 연결한다.
이러한 구성으로, 액체가 낮은 지점에 갇혀 있더라도 전용의 방출 시스템의 사용이 없이, 또한 배치 설계에 제한을 두지 않고서, 액체가 담겨있던 포켓으로부터 원격적으로 방출될 수 있다. 국부적인 높은 지점을 가지는 세그먼트이면서 포켓이 없는 세그먼트는 높은 지점의 어느 쪽인가로 스스로 방출된다. 액체는 유정으로 돌아가거나 또는 반송 파이프라인으로 가게 된다.
본 발명의 결과로, 비용이 들고 가동이 복잡해지는 별개의 방출 시스템이 없는 설비가 설계될 수 있다. 보다 콤팩트한 배치설계를 사용할 수 있고, 또한 상부 방향으로의 흐름이 유리하거나 필수적인 것으로 고려되는 내부 배관 부분에 사용할 수도 있다.
단락회로 밸브는 플랫폼 운용자에 의하여 수동적으로, 또는 시스템 트립/가동 중지에 의하여 자동적으로 작동될 수 있다. 자동적인 방출을 위하여, 설비와 반송 파이프라인 사이의 최종 밸브를 폐쇄하기 전에 액체를 반송 파이프라인 내로 방출할 수 있도록 순차적인 밸브 가동의 사용에 의해 시스템이 실시될 수 있을 것이다. 지연기간은 각 설비마다 특정되어 있고, 액체의 비율, 액체의 보유량, 파이프의 방향, 파이프의 규격 및 길이와 같은 요인에 근거하여 계산된다.
본 발명의 기타 및 또다른 목적, 특징 및 장점들은, 예시의 목적으로 주어지고 첨부된 도면과의 맥락에서 주어진 이하의 발명의 바람직한 실시예로부터 명확할 것이다.
도 1은 크리스마스 트리 및 포켓식으로 된 배관 및 단락회로 라인들을 갖는 유정 플랫폼을 나타내는 모식도,
도 2는 도 1에 나타낸 유정 플랫폼과 유사하지만 포켓식으로 된 배관 및 단락회로 라인들이 생략된 모식도,
도 3은 유정 조립부에 부착된 서비스 라인(9)을 갖는 도 2의 유정 조립부의 모식도이다.
도 1은, 크리스마스 트리와, 유정으로부터 생산된 액체들이 미터, 밸브, 센서, 매니폴드, 베셀, 기계적 장비 또는 처리 조립체와 같은 처리 구성부(3, 4, 5, 6)로 흐르는 플로우라인(2)을 포함하는 유정헤드 조립체(1)를 갖는 유정 플랫폼의 모식도를 나타낸다. 크리스마스 트리는 유정헤드 조립체(1)의 방출 지점(A)에 배치된 윙 밸브(11)를 가지는 종래의 크리스마스 트리이다. 처리 구성부(3, 4, 5, 6)는 도 1에 나타낸 바와 같이 포켓식으로 된 배관(P)과 함께 높은 위치에 있을 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 낮은 레벨 포켓(P)이라 함은 도 1에 나타낸 바와 같이 처리장비(3, 4, 5, 6)들의 사이에 배치되거나 또는 처리장비(3, 4, 5, 6)들 내의 임의의 라이프 라인 세그먼트로서, 연결되는 처리장비들보다 낮은 위치에 배치되는 것 및 남은 파이프라인 세그먼트(2a)를 의미한다. 포켓들은 자동화된 밸브(7)들을 사용함으로써 하류 파이프라인 세그먼트(2a)로 단락(短絡)회로로 되어 있다. 추출된 액체들은 반송 파이프라인(8)으로 방출된다. 이러한 방식으로, 포켓식으로 된 배관(P)으로부터 방출된 액체는 직접적으로 낮은 배관 세그먼트(2a)로 방출된다. 이와 같이 하지 않으면, 액체는 포켓들 내에 갇혀서 유정헤드 조립체(1)로 복귀 방출되거나 또는 반송 파이프라인(8) 쪽으로 방출될 가능성이 없게 된다. 처리장비들 중의 적어도 한 개는 방출지점(A)(B)보다 높게 위치되어야만 함으로써, 액체가 유정헤드 조립체(1) 또는 반송 파이프(8)로 방출될 수 있게 된다.
도 2는 크리스마스 트리와, 유정으로부터 생산된 액체들이 미터, 밸브, 센서, 매니폴드, 베셀, 기계적 장비 또는 처리 조립체와 같은 처리 구성부(3, 4, 5, 6)로 흐르는 플로우라인(2)을 포함하는 유정헤드 조립체(1)를 갖는 유정 플랫폼의 모식도를 나타낸다. 처리 구성부들은 유정(1)과 반송 파이프라인(8) 내로의 액체의 축적을 용이하게 하도록 어느 쪽인가의 연속적으로 경사진 배관을 가지고 높은 지점에 위치될 수도 있고 아닐 수도 있다. 국부적인 높은 지점은 설치된 장비(3, 4, 5, 6) 중의 어느 하나일 수 있다. 본 실시예에 있어서, 플로우라인(2)과 처리장비(3, 4, 5, 6) 내의 액체는 구성부에서 액체가 방출될 때 플로우라인을 따라서 반송 라인으로 가거나 또는 유정쪽으로 되돌아가게 된다. 플로우 라인은 도 1의 제1 실시예에서와 같은 낮은 레벨 포켓(P)들을 포함하지 않는다. 도 1에서와 마찬가지로, 처리장비 중의 적어도 한 개는 방출지점(A)(B) 보다 더 높은 곳에 있어야만 함으로써 액체가 유정헤드 조립체(1)로 돌아가거나 또는 반송 파이프(8)로 갈 수 있도록 한다.
도 3은 유정헤드 조립체(1)에 부착된 서비스 라인(9)을 갖는 도 2에서 나타낸 유정헤드 조립체(1)를 나타낸다. 서비스 라인(9)은 그 자체로 주지된 장비로서, 예를 들면 미국특허 6397948 호에 개시되어 있다. 서비스 라인(9)은 일단 플로우라인(2)과 처리장비가 액체를 방출하게 되면, 조립체의 가동 중지 시에 가스에 대한 방출구를 제공함으로써 시스템을 감압하는데 사용될 수 있도록 구성된다. 이는 서비스 라인(9) 상의 밸브(10)를 개방함으로써 달성될 수 있다. 밸브는 일단 시스템이 액체를 방출하면 개방된다. 서비스 라인(9)은 도 3에 나타낸 바와 같이 유정헤드 조립체의 방출구(A) 근방에서 유정헤드 조립체(1)에 부착된다. 또한 유정헤드 조립체(1)와 관련하여 배치된 윙 밸브(11)의 근방에도 부착될 수 있다. 서비스 라인(9)은 유정헤드 조립체(1) 내의 압력 가스에 대한 방출 통풍구로서 기능할 수 있다. 서비스 라인(3)의 반대쪽 끝단은 감압을 위하여 시스템에 이어진다. 이는, 예를 들어 설비일 수 있다. 서비스 라인(9)은 또한 플로우라인(2) 및 처리 장비(3, 4, 5)로 화학물질을 제공하는데 사용될 수 있도록 배치될 수 있다. 서비스 라인(9)은 조립체(1)의 가동 중지 후에 플로우라인(2)과 처리장비(3, 4, 5)를 감압하는데 사용될 수 있다. 서비스 라인(9)은 도 2의 실시예와 관련되어 도시되었지만, 도 1의 실시예에서도 동일하게 적용가능하다.

Claims (8)

  1. 크리스마스 트리를 가지는 유정헤드 (wellhead) 조립체(1); 및
    유정으로부터 생산된 탄화수소 액체를, 상기 유정헤드 조립체(1)를 통하여, 상기 크리스마스 트리의 방출지점(A)으로부터 출발하여 하나 이상의 연속적인 처리장비(3, 4, 5, 6)로 수송하고, 또한 방출지점(A)보다 낮은 레벨에 위치하는 방출지점(B)에서 출발하는 반송 파이프라인(8)을 통하여 목적지까지 수송하는 플로우라인(2);
    을 갖는 유정헤드 플랫폼을 포함하는 무인이면서 원격으로 가동되는 생산설비의 구조에 있어서,
    상기 유정헤드 조립체(1)로부터의 상기 방출지점(A)보다 높은 레벨에 위치된 처리 장비 또는 파이프라인 구역은, 상기 플로우라인(2)을 따라서 배치된 각 밸브들의 도움에 의하여, 상기 크리스마스 트리로 복귀 방출되거나 또는 상기 반송 파이프라인을 향하여 하류로 방출되도록 구성되는 것과,
    상기 처리장비(3, 4, 5, 6)의 낮은 레벨 포켓(P)은, 액체를 더 낮은 레벨로 안내하는 각각의 작동가능한 단락회로 밸브(7) 및 이에 연관된 배관(12)을 이용하여 더 낮은 파이프라인 세그먼트(2a)에 접속되는 것을 특징으로 하는,
    무인이면서 원격으로 가동되는 생산설비의 구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리장비(3, 4, 5, 6)는 미터, 밸브, 센서, 매니폴드, 베셀, 기계적 장비 또는 처리 조립체와 같은 처리 부품을 포함하는 것을 특징으로 하는, 무인이면서 원격으로 가동되는 생산설비의 구조.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 배관(12) 및 단락회로 밸브(7)는 상류에 배치되거나 또는 하류에 배치된 파이프라인 세그먼트(2a)로의 단락회로인 것을 특징으로 하는. 무인이면서 원격으로 가동되는 생산설비의 구조.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 생산설비는, 하나 이상의 부가적인 유정들로부터의 액체를 수납하고 목적지로의 반송을 위한 반송 파이프라인으로 보내는 선택적인 매니폴드를 포함하는 것을 특징으로 하는, 무인이면서 원격으로 가동되는 생산설비의 구조.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 목적지가 처리설비인 것을 특징으로 하는, 무인이면서 원격으로 가동되는 생산설비의 구조.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 생산설비의 구조는 상기 유정헤드 조립체의 가동 중지 후에 플로우라인(2) 및 처리장비(3, 4, 5)를 감압하기 위하여 플로우라인(2)에 접속된 서비스 라인(9)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 무인이면서 원격으로 가동되는 생산설비의 구조.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 서비스 라인(9)은 상기 유정헤드 조립체로부터의 방출지점(A)의 근방에서 플로우라인(2)에 접속되는 것을 특징으로 하는, 무인이면서 원격으로 가동되는 생산설비의 구조.
  8. 삭제
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