KR102641243B1 - 시추를 위한 해상 플랫폼에 장착되는 라이저의 각도 감지 시스템 및 각도 감지 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시 예에 따른 장착되는 라이저의 각도 감지 시스템은, 시추선을 포함하는 해상 플랫폼과 해저 유정을 연결하는 라이저(Riser), 상기 해상 플랫폼의 본체 내부에 형성된 시추 플랫폼과 상기 라이저를 연결하는 플렉서블 조인트(Flexible Joint), 상기 플렉서블 조인트 상에서 일정한 간격을 두고 이격되어 형성되는 복수의 기준부들, 각각의 기준부를 촬영한 영상 신호를 생성하는 복수의 영상 촬영 장치들, 및 상기 영상 촬영 장치들과 데이터 통신하여 상기 영상 신호를 수신하며, 상기 영상 신호에 포함된 상기 기준부의 이미지를 처리하고 분석하는 영상 처리 장치를 포함하며, 상기 복수의 촬영 장치들 각각은, 상기 해상 플랫폼의 본체 내부에서 상기 각각의 기준부를 마주보도록 상기 본체 내부에 서로 일정한 간격을 두고 배치되며, 상기 영상 처리 장치는 상기 이미지를 통해 3차원 상에서 상기 라이저가 기울어진 각도를 산출하는, 시추를 위한 해상 플랫폼에 장착된다.
Description
본 발명은 시추를 위한 해상 플랫폼에 장착되는 라이저의 각도 감지 시스템에 관한 것으로써, 보다 구체적으로는 라이저를 촬영한 영상 이미지를 분석하여 라이저의 중심축이 다른 구조물 또는 해저면과 이루는 각도를 계산할 수 있는 라이저의 각도 감지 시스템에 관한 것이다.
시추선은 해상에서 해저 지하 자원을 탐사하거나 지층의 상태를 조사하기 위해 해저 땅속 깊이 구멍을 파는 선박 또는 해상 플랜트의 한 종류를 의미한다.
이러한 시추선은 다시 반 잠수식 오일 리그(Semi-Submersible Oil-Rig), 드릴쉽(Drillship) 및 FPSO(Floating Production Storage Offloading, FPSO)를 포함한다.
이러한 시추선은 해상에서 해저면으로부터 지각 수천 미터에 이르기까지 천공, 즉 드릴링(Drilling)을 할 수 있도록 구성된다.
예를 들어, 도 1에 도시된 드릴쉽(10)은, 시추 장비로써 드릴 비트(1100)를 포함하며, 드릴 비트(1100)는 시추를 하는 동안 많은 열과 다량의 암석 부스러기를 만들어 낸다.
이렇게 과열된 드릴 비트(1100)를 냉각시킴과 동시에 암석 부스러기들을 효율적으로 제거하기 위해서, 드릴쉽(10)에서는 일반적으로 진흙 순환 방식을 사용한다.
즉, 드릴링 작업 시에 고압으로 머드를 드릴링 파이프 내에 주입하여, 드릴 비트(1100)를 거쳐 다시 라이저(Riser)를 통해 머드를 회수하고 다시 순환시킨다.
라이저(1000)는 해저 유정과 해상 플랫폼을 잇는 파이프 형태의 구조를 의미하며, 드릴링 파이프와 유사한 의미로 혼용된다.
한편, 드릴링 파이프 즉, 라이저(1000) 끝에 도착한 진흙은 노즐에서 강한 압력으로 분사되고, 분사 후에는 유정의 벽과 라이저(1000) 사이의 틈을 통해 다시 위로 밀려 올라온다.
이 때, 머드는 파낸 흙과 암석 부스러기를 같이 운반한다.
즉, 노즐의 압력에서 머드가 분사되는 힘을 추가적으로 이용해 드릴 비트(1100)와 함께 바닥에 구멍을 뚫고, 진흙의 점착성으로 인해, 절삭된 암석 부스러기가 머드에 섞여 라이저(1000) 내부로 유입되는 방식을 통해 시추 작업을 진행하는 것이 일반적인 시추 공정이다.
이러한 진흙 즉, 머드는 과열된 드릴 비트(1100)를 냉각, 윤활시키며 고압으로 암석 부스러기를 밀어 올려 라이저(1000)를 통해 드릴쉽(10)으로 보내고, 회수된 진흙은 특수한 처리과정을 통해 암석 부스러기와 분리되어 재활용된다.
상술한 바와 같이 머드는 라이저(1000) 내부로 직접 공급되며, 사용된 머드는 라이저(1000)를 통해서 다시 드릴쉽(10)으로 이송된 뒤, 라이저(1000)에 재공급되는 순환 형태로 재사용되는 것이다.
이 때, 라이저(1000)의 한쪽 끝은 드릴쉽(10)에 고정되어 있고, 다른 끝은 해저면(2)에 고정되어 있다.
드릴쉽(10)은 물 위에 부유하고 있는 상태로써, 해상의 다양한 상황에 따라 드릴쉽(10)의 위치가 매우 유동적으로 변하게 되며, 동시에 라이저(1000) 역시 해저지면(2)과 이루는 각도가 지속적으로 변한다.
시추 작업 시, 드릴링 파이프는 해저 깊숙한 지각 속에 꽂혀 있으며, 드릴쉽(10)은 한자리에 고정되어 있어야 시추 작업을 효율적으로 수행할 수 있다.
따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 드릴쉽(10)은 선체가 해수면(1)의 일정 지점에 지속적으로 머물러 있을 수 있도록, 다이나믹 포지셔닝 시스템(Dynamic Positioning System, DPS)를 사용한다.
다만, 다이나믹 포지셔닝 시스템을 사용하더라도 해상의 조류와 같은 유체의 이동에 의해 드릴쉽(10)이 유체 상에서 유동하는 움직임을 완전히 억제할 수는 없으며, 따라서 드릴쉽(10)의 움직임에 의해 라이저(1000)가 해저면(2)과 이루는 각도가 급격하게 변하거나 변화량이 큰 경우, 시추 작업 및 드릴쉽(10)의 운항에 위험 요소가 된다.
특히, 라이저(1000)가 해저면과 이루는 각도가 커지면, 드릴 비트(1100)는 해저 지각(2)을 수직으로 드릴링 할 수 없으므로, 타겟 심도까지 드릴링하는 거리가 증가하게 되어 전반적인 드릴링 작업의 시간이 증가하게 된다.
따라서, 드릴쉽(10)이 안전하게 운항할 수 있도록 함과 동시에 드릴링 작업의 효율성을 최대화하기 위하여, 라이저(1000)의 각도를 모니터링 할 수 있는 라이저 각도 모니터링 시스템이 드릴쉽(10)에 장착된다.
종래에는 드릴쉽(10)의 라이저(1000) 각도를 측정하기 위해서, 도 3에 도시된 바와 같이, 라이저(1000)와 드릴쉽(10)의 시추 플랫폼을 연결하는 플렉서블 조인트(Flexible Joint)(1200)에 경사계(inclinometer)(1210)를 장착하여 라이저(1000)가 기울어진 각도를 측정하였다.
그러나 이와 같이 플렉서블 조인트(1200)에 경사계(1210)를 설치하는 종래의 시스템을 구축하기 위해서는, 라이저(1000)가 드릴쉽(10)에 완전히 장착 완료되고, 별도로 경사계(1210)를 플렉서블 조인트(1200)에 추가 부착해야 했다.
따라서, 종래의 라이저 각도 감지 시스템은 라이저(1000)의 장착 공정 이후에 경사계(1210)를 별도로 설치하는 공정을 추가로 진행해야 하므로, 많은 공정 수를 유발했으며, 결과적으로 드릴쉽(10) 건조에 많은 비용과 시간이 든다는 문제점이 있었다.
또한, 이런 종래의 시스템은, 경사계(1210)를 플렉서블 조인트(1200)에 장착한 뒤, 경사계(1210)의 작동 및 경보 시스템의 정상적인 동작을 위해, 도 3에 도시된 바와 같이, 경사계(1210)에 전선(1211)을 연결해야 했다.
이 경우, 드릴쉽(10)의 선저로부터 플렉서블 조인트(1200)가 위치하는 높이가 매우 높아, 경사계(1210)에 전선(1211)을 체결하는 공정이 고소 작업이 되어 작업자의 안전을 위협한다는 문제점도 있었다.
더욱이, 드릴쉽(10)의 유지 및 보수 작업 시에 라이저(1000)를 교체할 필요가 있다면, 먼저 도 3에 도시된 전선(1211)을 경사계(1210)로부터 분리하고, 그 후에 경사계(1210)를 플렉서블 조인트(1200)로부터 해체한 뒤, 라이저(1000)의 분해 작업을 진행하여야 했으므로, 라이저(1000)의 교체 작업이 매우 불편했다.
이 외에도, 도 3에 도시된 바와 같이, 경사계(1210)에 체결되는 전선(1211)은 플렉서블 조인트(1200)로부터 케이블 정션 박스까지 별도의 전선(1211)을 정리할 수 있는 케이블 트레이(cable tray) 없이 공중에 매달려 설치되므로, 드릴쉽(10) 선체 내의 다른 구조물에 의해 전선(1211)이 단선될 위험이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 간단하고 적은 수의 공정 수로 해상 플랫폼에 설치할 수 있는 라이저 각도 감지 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 상술한 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 작업자의 고소 작업을 원천적으로 배제하고, 종래 라이저 각도 감지 시스템에 사용되던 전선을 사용하지 않는 라이저 각도 감지 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 해상 플랫폼과 해저 유정을 연결하는 라이저(Riser), 상기 해상 플랫폼에 형성된 시추 플랫폼과 상기 라이저를 연결하는 플렉서블 조인트(Flexible Joint), 상기 플렉서블 조인트 상에서 일정한 간격을 두고 이격되어 형성되는 복수의 기준부들, 각각의 기준부를 촬영한 영상 신호를 생성하는 복수의 영상 촬영 장치들 및 상기 영상 촬영 장치들로부터 상기 영상 신호를 수신하며, 상기 영상 신호에 포함된 상기 기준부의 이미지를 처리하고 분석하는 영상 처리 장치를 포함하며, 상기 복수의 촬영 장치들 각각은 상기 해상 플랫폼에서 상기 각각의 기준부를 마주보도록 서로 일정한 간격을 두고 배치되며, 상기 영상 처리 장치는 상기 이미지를 통해 3차원 상에서 상기 라이저가 기울어진 각도를 산출하는, 시추를 위한 해상 플랫폼에 장착되는 라이저의 각도 감지 시스템을 제공한다.
상기 복수의 기준부들은 제1 및 제2 기준선을 포함하며, 상기 복수의 영상 촬영 장치들은 제1 및 제2 영상 촬영 장치를 포함하고, 상기 제1 및 제2 기준선은 서로 90도의 간격을 두고 상기 플렉서블 조인트 상에 형성되며, 상기 제1 및 제2 영상 촬영 장치는 상기 제1 및 제2 기준선과 대응하는 위치에 배치되고, 상기 영상 촬영 장치는 상기 기준부의 이미지로부터 상기 제1 및 제2 기준선 영역을 추출하고, 가상 평면에서 특정 축을 기준으로 상기 제1 및 제2 기준선이 각각 얼마나 기울어져 있는지를 분석하여 상기 라이저의 중심축이 시추 플랫폼 또는 해저면과 이루는 각도를 산출할 수 있다.
상기 가상 평면은 3차원을 나타내는 x-y-z의 3축 중, y-z로 이루어진 제1 가상 평면 및 x-z로 이루어진 제2 가상 평면을 포함하며, 상기 영상 촬영 장치는 상기 제1 가상 평면에서 상기 제1 기준선이 이루는 제1 각도 및 상기 제2 가상 평면에서 상기 제2 기준선이 이루는 제2 각도를 계산하고, 상기 제1 및 제2 각도를 합산하여 상기 라이저의 중심축이 상기 시추 플랫폼 또는 상기 해저면과 이루는 제3 각도를 계산할 수 있다.
상기 영상 처리 장치와 데이터 통신 가능하도록 연결되는 라이저 조절 장치를 더 포함하며, 상기 영상 처리 장치는 상기 제3 각도에 대한 데이터를 이용하여 라이저 조절 장치에 명령을 내리는 명령 신호로 변환하고, 상기 라이저 조절 장치는 상기 영상 처리 장치로부터 제3 각도에 대한 데이터 및 상기 명령 신호를 수신하여, 상기 해상 플랫폼의 다이나믹 포지셔닝(Dynamic Positioning, DP) 시스템을 제어하는 제어 신호로 변환할 수 있다.
본 발명은 상기 다른 목적을 달성하기 위하여, 시추를 위한 해상 플랫폼에 장착되는 라이저의 각도 감지 시스템을 사용하여 라이저가 시추 플랫폼과 이루는 각도를 실시간으로 산출하는 방법으로써, 제1 및 제2 영상 촬영 장치가 상기 라이저와 상기 시추 플랫폼을 연결하는 플렉서블 조인트에 형성된 제1 및 제2 기준선을 촬영하는 제1 단계, 상기 제1 및 제2 영상 촬영 장치가 각각 상기 제1 및 제2 기준선을 촬영한 영상들을 영상 신호로 변환하는 제2 단계, 상기 제1 및 제2 영상 촬영 장치가 생성한 상기 영상 신호들을 영상 처리 장치로 전송하는 제3 단계, 상기 영상 처리 장치가 상기 영상 신호로부터, 상기 제1 및 제2 기준선 영역을 추출하는 제4 단계, 상기 영상 처리 장치가 제1 및 제2 가상 평면에서 특정 축을 기준으로 상기 제1 및 제2 기준선이 얼마나 기울어져 있는지를 나타내는 제1 및 제2 각도를 계산하는 제5 단계, 상기 영상 처리 장치가 상기 제1 및 제2 각도를 합산하여 상기 라이저의 중심축이 시추 플랫폼 또는 해저면으로부터 얼마나 기울어져 있는지를 나타내는 제3 각도를 산출하는 제6 단계 및 디스플레이 장치가 상기 제6 단계에서 도출된 제3 각도 데이터를 디스플레이 하는 제7 단계를 포함하는 라이저가 시추 플랫폼과 이루는 각도를 산출하는 방법을 제공한다.
상기 가상 평면은 3차원을 나타내는 x-y-z의 3축 중, y-z로 이루어진 제1 가상 평면 및 x-z로 이루어진 제2 가상 평면을 포함하며, 상기 제5 단계는 상기 영상 처리 장치가 상기 제1 가상 평면에 있어서, 라이저의 중심축을 x축상에서 바라볼 때의 제1 기준선이 형성하는 제1 각도를 구하는 제5-1 단계 및 상기 제2 가상 평면에 있어서, 라이저의 중심축을 y축상에서 바라볼 때의 제2 기준선이 형성하는 제2 각도를 구하는 제5-2 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제5-1 및 제5-2 단계는 상기 영상 처리 장치에 의해 동시에 진행되거나, 어느 하나의 단계가 다른 하나의 단계보다 먼저 실행될 수 있다.
상기 제6 단계는 상기 영상 처리 장치가 상기 제1 및 제2 각도를 합산하여 상기 제3 각도를 산출하는 제6-1 단계 및 상기 영상 처리 장치가 상기 제3 각도에 대한 데이터를 이용하여 라이저 조절 장치에 명령을 내리는 명령 신호를 생성하는 제6-2 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제6 단계 이후, 상기 영상 처리 장치가 상기 제6-2 단계에서 생성된 상기 제3 각도에 대한 데이터 및 상기 명령 신호를 라이저 조절 장치로 송신하는 제8 단계 및 상기 라이저 조절 장치가 상기 제3 각도 데이터 및 명령 신호를 수신하여, 상기 해상 플랫폼의 다이나믹 포지셔닝 시스템을 제어하는 제어 신호로 변환하는 제9 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제9 단계는, 상기 영상 처리 장치가 상기 제3 각도가 수치적으로 90도와 이루는 편차의 범위가 일정 범위 이하로 감소됨을 감지할 때까지, 상기 라이저 조절 장치가 상기 다이나믹 포지셔닝 시스템을 제어하는 제10 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 해상 플랫폼에 설치할 수 있는 라이저 각도 감지 시스템을 사용하면, 라이저의 설치에 드는 공정 수가 감소하므로 전반적인 시추 장비를 설비하는데 드는 시간과 비용을 대폭 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 해상 플랫폼에 설치할 수 있는 라이저 각도 감지 시스템을 사용하면, 라이저의 교체, 유지 및 보수에 들어가는 시간 및 비용이 절감되며, 유지 및 보수 작업을 수행하는 작업자의 안전을 확보할 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 해상 플랫폼에 설치할 수 있는 라이저 각도 감지 시스템을 사용하면, 라이저의 중심축과 시추 플랫폼 또는 해저면이 이루는 각도를 정확하게 계산할 수 있으며, 본 발명에 따른 운영자나 작업자가 실시간으로 라이저의 상태를 확인할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 시추선이 시추 작업을 진행하고 있는 모습을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 Ⅱ선을 확대하여 나타낸 도면으로써, 종래의 라이저 각도 감지 시스템을 도시한 도면이다.
도 3은 종래의 라이저 각도 감지 시스템을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이저 각도 감지 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이저 각도 감지 시스템의 평면도이다.
도 6a 및 도 6 b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기준부가 라이저 플렉서블 조인트에 형성된 것을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상 처리 장치가 라이저의 경사 각도를 계산하기 위한 개념을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상 처리 장치가 제1 기준선을 제1 가상 평면에서 바라본 것을 개념화한 그래프이다.
도 9은 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상 처리 장치가 제2 기준선을 제2 가상 평면에서 바라본 것을 개념화한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이저 각도 감지 시스템이 라이저의 경사 각도를 산출하는 방법을 단계 별로 나타낸 순서도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이저 각도 감지 시스템이 산출한 라이저의 경사 각도를 이용하여 시추선의 다이나믹 포지셔닝을 제어하는 방법을 단계 별로 나타낸 순서도이다.
도 2는 도 1에 도시된 Ⅱ선을 확대하여 나타낸 도면으로써, 종래의 라이저 각도 감지 시스템을 도시한 도면이다.
도 3은 종래의 라이저 각도 감지 시스템을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이저 각도 감지 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이저 각도 감지 시스템의 평면도이다.
도 6a 및 도 6 b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기준부가 라이저 플렉서블 조인트에 형성된 것을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상 처리 장치가 라이저의 경사 각도를 계산하기 위한 개념을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상 처리 장치가 제1 기준선을 제1 가상 평면에서 바라본 것을 개념화한 그래프이다.
도 9은 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상 처리 장치가 제2 기준선을 제2 가상 평면에서 바라본 것을 개념화한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이저 각도 감지 시스템이 라이저의 경사 각도를 산출하는 방법을 단계 별로 나타낸 순서도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이저 각도 감지 시스템이 산출한 라이저의 경사 각도를 이용하여 시추선의 다이나믹 포지셔닝을 제어하는 방법을 단계 별로 나타낸 순서도이다.
이하에서는 설명의 편의를 위해 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 시추를 위한 해상 플랫폼에 장착되는 라이저의 각도 감지 시스템에 대하여 상세히 설명한다.
이하에서 설명되는 모든 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 예시적으로 나타낸 것이며, 여기에 설명된 실시 예들과 다르게 변형되어 다양한 실시 형태로 실시될 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 공지 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위해서 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있으며, 각 구성요소들에 참조번호를 기재할 때, 동일한 구성요소들에 대해서는 다른 도면에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표시하였다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속될 수 있지만, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성 요소가 '연결', '결합' 또는 '접속'될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명에 대한 다양한 변형 실시 예들이 있을 수 있다.
한편, 구성 요소가 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 구성 요소의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 구성 요소를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 구성 요소가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 구성 요소가 개재되지 않은 것을 나타낸다.
또한, 공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 하나의 구성 요소들과 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용되거나 구성요소들이 동작할 경우, 구성요소들 간의 서로 다른 방향을 나타내는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성 요소를 뒤집을 경우, 다른 구성 요소의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성 요소는 다른 구성 요소의 위에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성 요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
그리고, 본 명세서 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 1 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 시추를 위한 해상 플랫폼에 장착되는 라이저의 각도 감지 시스템(100)에 대하여 자세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 시추선이 시추 작업을 진행하고 있는 모습을 나타낸 도면이며, 도 2는 도 1에 도시된 Ⅱ선을 확대하여 나타낸 도면으로써, 종래의 라이저 각도 감지 시스템을 도시한 도면이고, 도 3은 종래의 라이저 각도 감지 시스템을 도시한 도면이다.
또한, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이저 각도 감지 시스템의 구성을 나타내는 블록도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이저 각도 감지 시스템의 평면도이고, 도 6a 및 도 6 b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기준부가 라이저 플렉서블 조인트에 형성된 것을 나타내는 도면이다.
한편, 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상 처리 장치가 라이저의 경사 각도를 계산하기 위한 개념을 나타낸 그래프이며, 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상 처리 장치가 제1 기준선을 제1 가상 평면에서 바라본 것을 개념화한 그래프이고, 도 9은 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상 처리 장치가 제2 기준선을 제2 가상 평면에서 바라본 것을 개념화한 그래프이다.
도 1, 도 2 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이저의 각도 감지 시스템(100)이 설치되는 해상 플랫폼은 시추선을 포함한다.
이러한 시추선은 반 잠수식 오일 리그(Semi-Submersible Oil-Rig), 드릴쉽(Drillship) 및 FPSO(Floating Production Storage Offloading, FPSO)을 포함하지만, 본 발명에 있어서는 설명의 편의를 위하여, 본 발명에 따른 라이저의 각도 감지 시스템(100)은 도 1에 도시된 바와 같이, 드릴쉽(10)에 설치되는 시스템(100)인 것을 예시로 하여 설명하도록 한다.
그러나 상술한 바에 의해 본 발명에 따른 라이저의 각도 감지 시스템(100)이 장착되는 해상 플랫폼은 드릴쉽(10)으로 한정되지는 않는다.
한편, 본 발명에서 예시적으로 설명되는 드릴쉽(10)은 해저 유정을 시추하기 위한 작업 플랫폼으로써의 시추 플랫폼을 포함하고 있으며, 해저 유정은 드릴쉽(10)의 선저와 거리상 가장 가까우므로, 드릴쉽(10) 하부에 시추 플랫폼이 설치된다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이저의 각도 감지 시스템(100) 역시, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 드릴쉽(10)의 선체 내부에서 선저에 가까운 하부에 배치된다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이저의 각도 감지 시스템(100)은 라이저(Riser)(1000), 플렉서블 조인트(Flexible Joint)(1200), 복수의 영상 촬영 장치들(1300), 복수의 기준부들(1400) 및 영상 처리 장치(1500)를 포함한다.
라이저(1000)는 상술한 바와 같이, 본 발명의 드릴쉽(10)에 설치된 시추 플랫폼과 해저면(2) 및 해저 유정을 연결하는 파이프 형태의 구조이다.
이러한 파이프 형태의 구조 내부에 형성된 공간을 통해 드릴이 해저 지각으로 접근한다.
플렉서블 조인트(1200)는 본 발명의 드릴쉽(10)에 설치된 시추 플랫폼과 라이저(1000)를 연결하는 연결부 역할을 한다.
드릴쉽(10)은 해상에서 부유한 상태로 드릴링 작업을 진행해야 하는데, 유체 상에서 부유하게 되므로, 일정한 위치에 고정되어 있기가 매우 어렵다.
따라서, 드릴쉽(10)이 물 위에서 유동함에 따라, 해저 지각(2)에 연결된 드릴이 시추 플랫폼과 접촉함으로 인하여 드릴 비트(1100) 및 드릴쉽(10)이 손상 입는 것을 방지하기 위하여, 시추 플랫폼과 라이저(1000) 사이에 플렉서블 조인트(1200)가 배치되어 이러한 접촉을 방지한다.
한편, 도 2를 참조하면 플렉서블 조인트(1200)의 하부에는 라이저(1000)가 장착된다.
상술한 바와 같이, 라이저(1000) 내부에는 빈 공간이 형성되며, 이 공간을 통해 드릴이 해저 지각(2) 방향으로 접근하면서 해저 유정을 시추할 수 있는 구멍을 천공한다.
도 4 내지 도 6b를 참조하면, 본 발명에 따른 복수의 기준부들(1400)은 플렉서블 조인트(1200) 상에서 서로 일정한 간격을 두고 이격 형성된다.
복수의 기준부들(1400)은 적어도 2개 이상으로 구성되며, 도 4, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 기준선(1401, 1402)을 더 포함한다.
다만, 본 발명에 있어서 필수적인 구성요소인 복수의 기준부들(1400)은 2개의 기준선(1401, 1402)으로 구성되는 것을 바람직한 실시 예로 설명하고 있지만, 2개보다 더 많은 숫자인 3개나 4개의 기준선으로 복수의 기준부(1400)들이 구성되는 것을 배제하는 것은 아니다.
오히려, 기준부(1400)에 포함되는 기준선들(1401, 1402)이 3개로 구성될 경우, 2개의 기준선으로 구성된 기준부(1400)에 비하여 더 정확하게 라이저(1000)가 시추 플랫폼에 대하여 기울어진 각도를 계산할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 시스템(100)이 라이저(1000)가 해저면(2) 또는 시추 플랫폼과 이루는 각도를 쉽고 효율적으로 계산하기 위해, 제1 및 제2 기준선(1401, 1402)은 라이저(1000)의 길이 방향을 따라, 해저면(2)에 수직하도록 플렉서블 조인트(1200)상에 표시되는 것이 바람직하다.
또한, 상술한 근거와 동일한 이유로 제1 및 제2 기준선(1401, 1402)은 도 6a 및 6b에 도시된 바와 같이, 서로 90도의 간격을 두고 플렉서블 조인트(1200) 상에 마킹되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 복수의 촬영 장치들(1300)은 복수의 기준부들(1400)을 각각 촬영하여 기준부(1400) 각각에 대한 영상 이미지를 생성하고, 이러한 영상 이미지를 영상 신호로 변환하는 역할을 한다.
복수의 촬영 장치들(1300)은 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 영상 촬영 장치(1301, 1302)를 포함하고, 제1 및 제2 영상 촬영 장치(1301, 1302)는 각각 드릴쉽(10)의 선체 내부에서 기준부(1400) 즉, 제1 및 제2 기준선(1401, 1402) 각각을 마주보도록 배치된다.
따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 영상 촬영 장치(1301, 1302) 역시, 제1 및 제2 기준선(1401, 1402)과 마찬가지로 서로 90도 이격되어 배치된다.
또한, 본 발명에 따른 각도 감지 시스템(100)은 제1 및 제2 기준선(1401, 1402)이 시추 플랫폼이나 해저면(2)과 이루는 각도를 측정하여 라이저(1000)가 시추 플랫폼이나 해저면(2)에 대하여 기울어진 각도를 계산하므로, 제1 및 제2 영상 촬영 장치(1301, 1302)는 모두 제1 및 제2 기준선(1401, 1402)이 형성된 위치와 대응하는 위치에 배치 또는 설치된다.
예를 들어, 제1 및 제2 기준선(1401, 1402)이 드릴쉽(10)의 선저로부터 10m 높이에 형성되어 있다면, 제1 및 제2 영상 촬영 장치(1301, 1302) 역시, 드릴쉽(10)의 선저로부터 10m 높이에 제1 및 제2 기준선(1401, 1402)을 각각 마주보도록 배치된다.
영상 촬영 장치(1300)는 제1 및 제2 기준선(1401, 1402)을 촬영하기 위해, 렌즈 모듈, 이미지 센서를 포함할 수 있으며, 후술할 영상 처리 장치(1500)와 무선으로 데이터 통신을 할 수 있도록 통신부를 더 포함할 수도 있다.
한편, 본 발명에 따른 영상 처리 장치(1500)는 복수의 영상 촬영 장치들(1300)과 데이터 통신할 수 있도록 연결된다.
영상 처리 장치(1500)는 복수의 영상 촬영 장치들(1300) 각각으로부터 기준부(1400)를 촬영한 영상을 포함하는 영상 신호를 수신하여, 영상 신호를 이미지 처리하여 기준부(1400) 영역을 추출하고, 기준부(1400)가 시추 플랫폼 또는 해저면(2)과 기울어진 각도를 분석한다.
한편, 본 발명에 따른 기준부(1400)는 서로 90도 이격된 제1 및 제2 기준선(1401, 1402)을 포함하며, 제1 및 제2 기준부(1401, 1402)를 각각 촬영한 영상을 분석하므로, 3차원 상에서 실존하는 라이저(1000)가 해저면(2) 또는 시추 플랫폼과 형성하는 각도를 정확히 산출할 수 있다.
좀 더 구체적으로는, 영상 처리 장치(1500)는 제1 및 제2 영상 촬영 장치(1301, 1302)로부터 각각 제1 및 제2 기준선(1401, 1402)을 촬영한 영상 신호를 수신하여, 영상 신호에 포함된 제1 및 제2 기준선(1401, 1402)의 이미지를 우선적으로 추출한다.
즉, 영상 처리 장치(1500)는 자체적으로 내장된 영상 처리 필터에 의해 영상 신호에 포함된 기준부(1400)의 이미지로부터 제1 및 제2 기준선(1401, 1402) 영역을 추출하여, 제1 및 제2 기준선(1401, 1402)을 고해상도 이미지로 추출한다.
이렇게 제1 및 제2 기준선(1401, 1402)에 대한 고해상도 이미지가 추출되면, 영상 처리 장치(1500)는 다시, 가상 평면에서 특정 축을 기준으로 제1 및 제2 기준선(1401, 1402)이 각각 얼마나 기울어져 있는지를 분석한다.
여기에서 가상 평면이란, 상술한 시추 플랫폼이 이루는 평면, 해저면(2)이 이루는 평면, 시추 플랫폼 또는 해저면(2)과 평행한 가상의 평면 중 적어도 하나 이상을 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 라이저 각도 감지 시스템(100)은 도 7에 도시된 바와 같이, 적어도 2개 이상의 가상 평면들을 결합하여, 라이저(1000)의 중심축()이 이루고 있는 경사 각도를 산출한다.
즉, 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 라이저 각도 감지 시스템(100)은 라이저(1000)의 중심축()
을 x축에서 바라본 제1 가상 평면(y-z축으로 이루어지는 2차원 평면)과 y축에서 바라본 제2 가상 평면(x-z축으로 이루어지는 2차원 평면)을 이용 및 합하여, 라이저(1000)의 중심축()이 실제로 기울어진 경사 각도를 산출한다.
한편, 도 7에서 라이저(1000)의 중심축을 나타내고 있는 는, 라이저(1000)의 중심축과 평행한 가상의 선으로써, 제1 및 제2 기준선(1401, 1402)과 동일한 길이를 가지고 있는 것으로 정의한다.
왜냐하면, 라이저(1000)는 드릴쉽(10)의 외부로 돌출되어 해저면(2)에 접한 뒤, 해저 지각에 이르므로, 라이저(1000)의 실제 길이 값을 그대로 사용하게 되면, 라이저(1000)의 중심축이 이루는 각도인 제3 각도()를 계산하는데 있어 복잡하고 불편하게 되기 때문에, 는 제1 및 제2 기준선(1401, 1402)의 길이 값과 동일한 값인 것으로 정의한다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에서 가상 평면은 도 8 및 도 9에 도시된 제1 및 제2 가상 평면을 포함하는 것을 예시로 설명한다.
하지만, 상술한 설명은 본 발명에 따른 영상 처리 장치(1500)가 라이저(1000)의 경사 각도를 산출하기 위해 사용하는 가상 평면은 반드시 2개의 가상 평면으로 이루어져야 하는 것을 한정하는 것은 아니다.
예를 들어, 기준부(1400)를 구성하는 기준선들(1401, 1402)이 3개인 경우, 가상 평면 역시 3개로 구성될 수 있다.
다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 본 발명에 따른 가상 평면은 도 8 및 도 9에 도시된 제1 및 제2 가상 평면을 포함하는 것으로 설명한다.
또한, 특정 축이란, 상술한 가상 평면이 2차원 평면으로 구성되므로, 2차원 평면을 구성하는 2개의 축 중 적어도 하나를 의미한다.
예를 들어, 도 8에 도시된 y-z축으로 이루어진 제1 가상 평면에서 특정 축은 y축이 되며, x-z축으로 이루어진 제2 가상 평면에서 특정 축은 x축이 될 수 있다.
따라서, 영상 처리 장치(1500)는 도 8에 도시된 제1 가상 평면에서 제1 기준선(1401)이 이루는 제1 각도()를 계산하며, 도 9에 도시된 제2 가상 평면에서 제2 기준선(1402)이 이루는 제2 각도()를 계산한다.
이는 제1 가상 평면에서는 제1 기준선(1401)이 라이저(1000)의 중심축()을 나타내며, 제2 가상 평면에서는 제2 기준선(1402)이 라이저(1000)의 중심축()을 나타내기 때문이다.
이후, 영상 처리 장치(1500)는 제1 및 제2 각도(, )를 합산하여 도 7에 도시된 라이저(1000)의 중심축()이 시추 플랫폼 또는 해저면(2)과 이루는 제3 각도()를 계산한다.
좀 더 구체적으로, 영상 처리 장치(1500)는 제1 각도()를 계산하기 위해, 아래의 수학식 1 및 2를 사용한다.
수학식 (1),
수학식 (2),
또한, 영상 처리 장치(1500)는 제2 각도()를 계산하기 위해, 수학식 1 및 아래의 수학식 3을 사용한다.
수학식 (3),
또한, 영상 처리 장치(1500)는 제3 각도()를 계산하기 위해, 아래의 수학식 4 내지 7을 사용한다.
수학식 (4),
수학식 (5),
수학식 (6),
수학식 (7),
상술한 수학식 1 내지 7에서, 은 라이저(1000)의 중심축을 의미한다.
그리고, 는 도 8에 도시된 y-z로 이루어진 제1 가상 평면에 있어서, 라이저(1000)의 중심축()을 x축상에서 바라볼 때의 제1 기준선(1401)을 의미한다.
한편, 는 x-z로 이루어진 제2 가상 평면에 있어서, 라이저(1000)의 중심축()을 y축상에서 바라볼 때의 제2 기준선(1402)을 의미한다.
그리고, 은 제1 기준선(1401)이 y-z로 이루어진 제1 가상 평면에서 이루고 있는 제1 각도를 의미하며, 는 제2 기준선(1402)이 x-z로 이루어진 제2 가상 평면에서 이루고 있는 제2 각도를 나타낸다.
그리고, 는 라이저(1000)의 중심축()이 시추 플랫폼 또는 해저면(2)과 이루는 각도를 나타낸다.
결과적으로, 본 발명에 있어서, 제1 및 제2 기준선(1401, 1402)은 라이저(1000)와 직접적으로 연결되는 플렉서블 조인트(1200) 상에 형성되므로, 상술한 시추 플랫폼 또는 해저면과 제1 및 제2 기준선(1401, 1402)이 이루는 각도를 계산하면, 라이저(1000)가 시추 플랫폼 또는 해저면(2)과 이루는 각도를 산출할 수 있는 것이다.
따라서, 본 발명에 따른 라이저의 각도 감지 시스템(100)은 도 3에 도시된 경사계(1210)를 사용하여 라이저(1000)의 각도를 감지하는 기존의 시스템과는 다르게, 라이저(1000)가 기울어져 있는 것을 실시간 촬영된 영상으로 직접 확인함과 동시에 얼마나 경사 각도를 형성하고 있는지 역시 정확히 측정할 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 기존의 라이저 각도 감지 시스템과는 다르게 작업자는 본 발명에 따른 시스템(100)을 설치하기 위해 경사계(1210)를 플렉서블 조인트(1200)에 설치하는 고소 작업을 하지 않아도 되므로, 작업자의 안전을 확보하고 시스템을 구축하는데 있어 시간 및 비용의 경제성을 모두 확보할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 라이저 각도 감지 시스템(100)은 라이저 조절 장치(1600)를 더 포함할 수 있다.
이는 라이저 각도 감지 시스템(100)에서 측정된 라이저(1000)의 경사 각도에 대한 데이터를 드릴쉽(10)의 다이나믹 포지셔닝 시스템을 제어하는데 활용할 수 있도록 하기 위함이다.
즉, 본 발명에 따른 라이저 조절 장치(1600)는 라이저(1000)가 기울어진 각도 정보를 실시간으로 수신하여, 시추 작업을 행하기 위해 드릴쉽(10)이 위치해야 할 이동 벡터를 좀 더 효율적으로 판단할 수 있다.
따라서, 영상 처리 장치(1500)와 라이저 조절 장치(1600)는 서로 데이터 통신 가능하도록 연결된다.
한편, 영상 처리 장치(1500)는 제3 각도()에 대한 데이터를 이용하여 라이저 조절 장치(1600)에 명령을 내리는 명령 신호를 생성하거나 기존의 명령 신호를 변환할 수 있으며, 라이저 조절 장치(1600)는 영상 처리 장치(1500)로부터 송신된 제3 각도()에 대한 데이터 및 명령 신호를 수신하여, 드릴쉽(10)의 다이나믹 포지셔닝 시스템을 제어하는 제어 신호로 변환하여, 드릴쉽(10)의 다이나믹 포지셔닝 시스템을 직접적으로 제어할 수 있도록 구성된다.
따라서, 본 발명에 따른 라이저 각도 감지 시스템(100)은 라이저(1000)가 시추 플랫폼 또는 해저면(2)과 이루는 경사 각도를 판단하는 것 이외에, 경사 각도에 대한 정보를 라이저 조절 장치(1600) 및 다이나믹 포지셔닝 시스템과 직, 간접적으로 공유하여, 드릴쉽(10)의 위치를 제어하는데 도움을 주고, 시추 작업의 효율을 극대화하는데 도움을 준다.
이하에서는 도 10 및 도 11을 참조하여, 본 발명에 따른 라이저의 각도 감지 시스템(100)을 사용하여, 라이저(1000)가 시추 플랫폼 또는 해저면(2)과 이루는 각도를 실시간으로 산출하는 방법에 대해 구체적으로 설명한다.
본 실시 예를 설명함에 있어 설명의 편의 및 중복되는 설명을 피하기 위해, 본 발명에 따른 라이저의 각도 감지 시스템(100)과 본 실시 예가 동일한 구성을 포함하는 경우, 그러한 구성에 대하여는 구체적인 설명이나 도면의 도시를 생략할 수 있으며, 동일한 도면 참조 번호를 사용하여 표기하거나 설명할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이저 각도 감지 시스템이 라이저의 경사 각도를 산출하는 방법을 단계 별로 나타낸 순서도이며, 도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이저 각도 감지 시스템이 산출한 라이저의 경사 각도를 이용하여 시추선의 다이나믹 포지셔닝을 제어하는 방법을 단계 별로 나타낸 순서도이다.
우선 도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이저 각도 감지 시스템(100)은 제1 및 제2 영상 촬영 장치(1301, 1302)을 이용하여 라이저(1000)와 시추 플랫폼을 연결하는 플렉서블 조인트(1200)에 형성된 제1 및 제2 기준선(1401, 1402)을 촬영한다(S1010).
제1 및 제2 영상 촬영 장치(1301, 1302)가 제1 및 제2 기준선(1401, 1402)을 촬영하면, 제1 및 제2 영상 촬영 장치(1301, 1302)는 각각 제1 및 제2 기준선(1401, 1402)을 촬영한 영상들을 영상 신호로 변환한다(S1020).
제1 및 제2 기준선(1401, 1402)을 촬영한 영상 이미지들이 영상 신호로 변환이 완료되면, 제1 및 제2 영상 촬영 장치(1301, 1302)는 영상 신호들을 영상 처리 장치(1500)로 전송한다(S1030).
한편, 영상 처리 장치(1500)는 전송된 영상 신호를 다시 영상 이미지로 변환한 뒤, 이미지에서 제1 및 제2 기준선(1401, 1402) 영역을 추출한다(S1040).
영상 처리 장치(1500)는 이미지에서 제1 및 제2 기준선(1401, 1402) 영역을 추출하면, 가상 평면에서 특정 축을 기준으로 제1 및 제2 기준선(1401, 1402)이 얼마나 기울어져 있는지를 나타내는 제1 및 제2 각도(, )를 계산한다(S1050).
이 때, 본 실시 예에서의 가상 평면은 도 8에 도시된 y-z축으로 이루어진 제1 가상 평면 및 도 9에 도시된 x-z축으로 이루어진 제2 가상 평면을 포함한다.
다만, 본 실시 예에서의 제1 및 제2 가상 평면은 예시적인 실시 예에 불과하며, 영상 처리 장치(1500)는 라이저(1000)의 중심축()이 이루는 경사 각도를 더 정확하게 계산하기 위해, 더 많은 가상 평면을 형성할 수도 있다.
한편, 도 8에 도시된 제1 가상 평면에서 특정 축은 y축이 되며, 도 9에 도시된 제2 가상 평면에서 특정 축은 x축이 된다.
또한, 제1 기준선(1401)이 제1 가상 평면에서 y축과 이루는 각도가 제1 각도()이며, 제2 기준선(1402)이 제2 가상 평면에서 y축과 이루는 각도가 제2 각도()이다.
따라서, 영상 처리 장치(1500)는 도 8에 도시된 제1 가상 평면에서 제1 기준선(1401)이 y축과 이루는 제1 각도()를 계산하며, 도 9에 도시된 제2 가상 평면에서 제2 기준선(1402)이 x축과 이루는 제2 각도()를 계산한다.
이는 제1 가상 평면에서는 제1 기준선(1401)이 라이저(1000)의 중심축()을 나타내며, 제2 가상 평면에서는 제2 기준선(1402)이 라이저(1000)의 중심축()을 나타내기 때문이다.
좀 더 구체적으로, 영상 처리 장치(1500)는 제1 가상 평면에서 라이저(1000)의 중심축()을 x축상에서 바라볼 때의 제1 기준선(1401)이 형성하는 제1 각도()를 계산하기 위해, 아래의 수학식 1 및 2를 사용한다.
수학식 (1),
수학식 (2).
또한, 영상 처리 장치(1500)는 제2 가상 평면에서 라이저(1000)의 중심축()을 y축상에서 바라볼 때의 제2 기준선(1402)이 형성하는 제2 각도()를 계산하기 위해, 상술한 수학식 1 및 아래의 수학식 3을 사용한다.
수학식 (3).
영상 처리 장치(1500)는 제1 및 제2 각도(, )를 구하는 단계를 동시에 진행할 수도 있지만, 먼저 제1 각도()를 산출하고 그 다음 제2 각도()를 산출할 수도 있으며, 그와 반대로 먼저 제2 각도()를 산출하고 그 다음 제1 각도()를 산출할 수도 있다.
이후, 영상 처리 장치(1500)는 제1 및 제2 각도(, )를 합산하여, 라이저(1000)의 중심축()이 시추 플랫폼 또는 해저면(2)으로부터 얼마나 기울어져 있는지를 나타내는 제3 각도()를 산출한다(S1060).
또한, 영상 처리 장치(1500)는 제3 각도()를 계산하기 위해, 아래의 수학식 4 내지 7을 사용한다.
수학식 (4),
수학식 (5),
수학식 (6),
수학식 (7).
상술한 수학식 1 내지 7에서, 은 라이저(1000)의 중심축을 의미한다.
그리고, 는 도 8에 도시된 y-z로 이루어진 제1 가상 평면에 있어서, 라이저(1000)의 중심축()을 x축상에서 바라볼 때의 제1 기준선(1401)을 의미한다.
한편, 는 x-z로 이루어진 제2 가상 평면에 있어서, 라이저(1000)의 중심축()을 y축상에서 바라볼 때의 제2 기준선(1402)을 의미한다.
그리고, 은 제1 기준선(1401)이 y-z로 이루어진 제1 가상 평면에서 이루고 있는 제1 각도를 의미하며, 는 제2 기준선(1402)이 x-z로 이루어진 제2 가상 평면에서 이루고 있는 제2 각도를 나타낸다.
그리고, 는 라이저(1000)의 중심축()이 시추 플랫폼 또는 해저면(2)과 이루는 각도를 나타낸다.
한편, 영상 처리 장치(1500)가 제3 각도()를 산출하면, 본 발명에 따른 라이저 각도 감지 시스템(100)에 포함된 디스플레이 장치(미도시)는 영상 처리 장치(1500)로부터 제3 각도()에 대한 데이터를 수신하여, 본 발명에 따른 시스템의 사용자, 운영자 또는 작업자에게 제3 각도()에 대한 데이터를 디스플레이 한다(S1070).
이 때, 디스플레이 장치는 본 시스템(100)과 유선 데이터 통신 가능하도록 연결된 모니터로 구성될 수도 있지만, 본 발명에 따른 시스템(100)의 사용자, 운영자 또는 작업자가 개별적으로 휴대하고 있는 무선 통신 단말기에 포함된 디스플레이 장치로 구성될 수도 있다.
그리고 상술한 무선 통신 단말기는 스마트폰, 태블릿 및 랩탑 컴퓨터를 모두 포함한다.
한편, 도 11에 도시된 바와 같이, 영상 처리 장치(1500)가 제3 각도()를 산출하면(S1060), 영상 처리 장치(1500)는 라이저(1000)의 중심축()이 시추 플랫폼 또는 해저면(2)과 이루는 각도를 직각에 가깝도록 하여, 시추 작업 및 시추선의 운항 안전을 확보하기 위해, 라이저 조절 장치(1600)에 각도 조정 명령을 내리는 명령 신호를 생성할 수도 있다.
다만, 상술한 명령 신호는 라이저 조절 장치(1600)에 전달되어 직접적으로 라이저(1000)의 각도를 조절할 수 있는 명령 신호로 구성되는 것은 아니다.
오히려, 상술한 영상 처리 장치(1500)에 의해 생성된 명령 신호는 드릴쉽(10)에 설비된 다이나믹 포지셔닝 시스템을 이용하여 라이저(1000)가 시추 플랫폼 또는 해저면(2)과 이루는 각도를 직각에 가깝도록 만들기 위해, 라이저 조절 장치(1600)를 거쳐 다이나믹 포지셔닝 시스템으로 전송되면서 변환되는 릴레이 신호에 가깝다.
따라서, 도 11에 도시된 바와 같이, 영상 처리 장치(1500)는 제3 각도()를 산출하면, 제3 각도()에 대한 데이터 및 명령 신호를 생성하여 라이저 조절 장치(1600)로 송신한다(S1080).
이 경우, 라이저 조절 장치(1600)는 제3 각도()의 데이터 및 명령 신호를 수신하여, 드릴쉽(10)의 다이나믹 포지셔닝 시스템을 제어하는 제어 신호로 변환하고, 이러한 제어 신호를 통해 드릴쉽(10)의 다이나믹 포지셔닝 시스템을 제어한다(S1090).
또한, 본 실시 예에 따른 라이저 각도 감지 시스템(100)은 영상 처리 장치(1500)가 제3 각도()가 수치적으로 90도와 이루는 편차의 범위가 일정 범위 이하로 감소됨을 감지할 때까지, 라이저 조절 장치(1600)가 다이나믹 포지셔닝 시스템을 제어하도록 한다(S1100).
본 발명에 따른 해상 플랫폼에 설치할 수 있는 라이저 각도 감지 시스템(100)을 사용하면, 라이저(1000)의 설치에 드는 공정 수가 감소하므로 전반적인 시추 장비를 설비하는데 드는 시간과 비용을 대폭 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 해상 플랫폼에 설치할 수 있는 라이저 각도 감지 시스템(100)을 사용하면, 라이저(1000)의 교체, 유지 및 보수에 들어가는 시간 및 비용이 절감되며, 유지 및 보수 작업을 수행하는 작업자의 안전을 확보할 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 해상 플랫폼에 설치할 수 있는 라이저 각도 감지 시스템(100)을 사용하면, 라이저(1000)의 중심축()과 시추 플랫폼 또는 해저면(2)이 이루는 각도를 정확하게 계산할 수 있으며, 본 발명에 따른 운영자나 작업자가 실시간으로 라이저(1000)의 상태를 확인할 수 있다.
이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 '포함하다', '구성하다' 또는 '가지다' 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
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 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 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.
10: 드릴쉽
100: 라이저 각도 감지 시스템
1000: 라이저
1100: 드릴 비트
1200: 플렉서블 조인트
1300: 영상 촬영 장치
1400: 기준부
1500: 영상 처리 장치
1600: 라이저 조절 장치
100: 라이저 각도 감지 시스템
1000: 라이저
1100: 드릴 비트
1200: 플렉서블 조인트
1300: 영상 촬영 장치
1400: 기준부
1500: 영상 처리 장치
1600: 라이저 조절 장치
Claims (10)
- 해상 플랫폼과 해저 유정을 연결하는 라이저(Riser);
상기 해상 플랫폼에 형성된 시추 플랫폼과 상기 라이저를 연결하는 플렉서블 조인트(Flexible Joint);
상기 플렉서블 조인트 상에서 일정한 간격을 두고 이격되어 형성되는 복수의 기준부들;
각각의 기준부를 촬영한 영상 신호를 생성하는 복수의 영상 촬영 장치들; 및
상기 영상 촬영 장치들로부터 상기 영상 신호를 수신하며, 상기 영상 신호에 포함된 상기 기준부의 이미지를 처리하고 분석하는 영상 처리 장치를 포함하며,
상기 복수의 영상 촬영 장치들 각각은,
상기 해상 플랫폼에서 상기 각각의 기준부를 마주보도록 서로 일정한 간격을 두고 배치되며,
상기 영상 처리 장치는 상기 이미지를 통해 3차원 상에서 상기 라이저가 기울어진 각도를 산출하고,
상기 복수의 기준부들은 제1 및 제2 기준선을 포함하며,
상기 복수의 영상 촬영 장치들은 제1 및 제2 영상 촬영 장치를 포함하고,
상기 제1 및 제2 기준선은 서로 90도의 간격을 두고 상기 플렉서블 조인트 상에 형성되며,
상기 제1 및 제2 영상 촬영 장치는 상기 제1 및 제2 기준선과 대응하는 위치에 배치되고,
상기 영상 촬영 장치는,
상기 기준부의 이미지로부터 상기 제1 및 제2 기준선 영역을 추출하고, 가상 평면에서 특정 축을 기준으로 상기 제1 및 제2 기준선이 각각 얼마나 기울어져 있는지를 분석하여 상기 라이저의 중심축이 시추 플랫폼 또는 해저면과 이루는 각도를 산출하는, 시추를 위한 해상 플랫폼에 장착되는, 시추를 위한 해상 플랫폼에 장착되는 라이저의 각도 감지 시스템. - 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 가상 평면은,
3차원을 나타내는 x-y-z의 3축 중, y-z로 이루어진 제1 가상 평면 및 x-z로 이루어진 제2 가상 평면을 포함하며,
상기 영상 촬영 장치는,
상기 제1 가상 평면에서 상기 제1 기준선이 이루는 제1 각도 및 상기 제2 가상 평면에서 상기 제2 기준선이 이루는 제2 각도를 계산하고, 상기 제1 및 제2 각도를 합산하여 상기 라이저의 중심축이 상기 시추 플랫폼 또는 상기 해저면과 이루는 제3 각도를 계산하는, 시추를 위한 해상 플랫폼에 장착되는 라이저의 각도 감지 시스템. - 청구항 3에 있어서,
상기 영상 처리 장치와 데이터 통신 가능하도록 연결되는 라이저 조절 장치를 더 포함하며,
상기 영상 처리 장치는,
상기 제3 각도에 대한 데이터를 이용하여 라이저 조절 장치에 명령을 내리는 명령 신호로 변환하고,
상기 라이저 조절 장치는,
상기 영상 처리 장치로부터 제3 각도에 대한 데이터 및 상기 명령 신호를 수신하여, 상기 해상 플랫폼의 다이나믹 포지셔닝(Dynamic Positioning, DP) 시스템을 제어하는 제어 신호로 변환하는, 시추를 위한 해상 플랫폼에 장착되는 라이저의 각도 감지 시스템. - 시추를 위한 해상 플랫폼에 장착되는 라이저의 각도 감지 시스템을 사용하여, 라이저가 시추 플랫폼과 이루는 각도를 실시간으로 산출하는 방법은,
제1 및 제2 영상 촬영 장치가 상기 라이저와 상기 시추 플랫폼을 연결하는 플렉서블 조인트에 형성된 제1 및 제2 기준선을 촬영하는 제1 단계;
상기 제1 및 제2 영상 촬영 장치가 각각 상기 제1 및 제2 기준선을 촬영한 영상들을 영상 신호로 변환하는 제2 단계;
상기 제1 및 제2 영상 촬영 장치가 생성한 상기 영상 신호들을 영상 처리 장치로 전송하는 제3 단계;
상기 영상 처리 장치가 상기 영상 신호로부터, 상기 제1 및 제2 기준선 영역을 추출하는 제4 단계;
상기 영상 처리 장치가 제1 및 제2 가상 평면에서 특정 축을 기준으로 상기 제1 및 제2 기준선이 얼마나 기울어져 있는지를 나타내는 제1 및 제2 각도를 계산하는 제5 단계;
상기 영상 처리 장치가 상기 제1 및 제2 각도를 합산하여 상기 라이저의 중심축이 시추 플랫폼 또는 해저면으로부터 얼마나 기울어져 있는지를 나타내는 제3 각도를 산출하는 제6 단계; 및
디스플레이 장치가 상기 제6 단계에서 도출된 제3 각도 데이터를 디스플레이 하는 제7 단계를 포함하는, 라이저가 시추 플랫폼과 이루는 각도를 산출하는 방법. - 청구항 5에 있어서,
상기 가상 평면은,
3차원을 나타내는 x-y-z의 3축 중, y-z로 이루어진 제1 가상 평면 및 x-z로 이루어진 제2 가상 평면을 포함하며,
상기 제5 단계는,
상기 영상 처리 장치가,
상기 제1 가상 평면에 있어서, 라이저의 중심축을 x축상에서 바라볼 때의 제1 기준선이 형성하는 제1 각도를 구하는 제5-1 단계; 및
상기 제2 가상 평면에 있어서, 라이저의 중심축을 y축상에서 바라볼 때의 제2 기준선이 형성하는 제2 각도를 구하는 제5-2 단계를 더 포함하는, 라이저가 시추 플랫폼과 이루는 각도를 산출하는 방법. - 청구항 6에 있어서,
상기 제5-1 및 제5-2 단계는,
상기 영상 처리 장치에 의해 동시에 진행되거나, 어느 하나의 단계가 다른 하나의 단계보다 먼저 실행되는, 라이저가 시추 플랫폼과 이루는 각도를 산출하는 방법. - 청구항 6에 있어서,
상기 제6 단계는,
상기 영상 처리 장치가 상기 제1 및 제2 각도를 합산하여 상기 제3 각도를 산출하는 제6-1 단계; 및
상기 영상 처리 장치가 상기 제3 각도에 대한 데이터를 이용하여 라이저 조절 장치에 명령을 내리는 명령 신호를 생성하는 제6-2 단계를 더 포함하는, 라이저가 시추 플랫폼과 이루는 각도를 산출하는 방법. - 청구항 8에 있어서,
상기 제6 단계 이후,
상기 영상 처리 장치가 상기 제6-2 단계에서 생성된 상기 제3 각도에 대한 데이터 및 상기 명령 신호를 라이저 조절 장치로 송신하는 제8 단계; 및
상기 라이저 조절 장치가 상기 제3 각도 데이터 및 명령 신호를 수신하여, 상기 해상 플랫폼의 다이나믹 포지셔닝 시스템을 제어하는 제어 신호로 변환하는 제9 단계를 더 포함하는, 라이저가 시추 플랫폼과 이루는 각도를 산출하는 방법. - 청구항 9에 있어서,
상기 제9 단계는,
상기 영상 처리 장치가 상기 제3 각도가 수치적으로 90도와 이루는 편차의 범위가 일정 범위 이하로 감소됨을 감지할 때까지, 상기 라이저 조절 장치가 상기 다이나믹 포지셔닝 시스템을 제어하는 제10 단계를 더 포함하는, 라이저가 시추 플랫폼과 이루는 각도를 산출하는 방법.
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| KR1020190060298A KR102641243B1 (ko) | 2019-05-22 | 2019-05-22 | 시추를 위한 해상 플랫폼에 장착되는 라이저의 각도 감지 시스템 및 각도 감지 방법 |
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|---|---|
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| KR101349497B1 (ko) | 2012-08-13 | 2014-01-09 | 한국해양과학기술원 | 영상장비를 이용한 실해역 해빙 두께 측정 방법 |
-
2019
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