KR20050034601A - 밸러스트 중에 부유구조물의 유체정역학 안정성을 얻기위한 방법 및 장치 - Google Patents

밸러스트 중에 부유구조물의 유체정역학 안정성을 얻기위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

부유 플랫폼은 헐 및 헐의 상단부에 부착된 데크를 포함한다. 플랫폼은 상단부에 연결되고 하단부는 해저에 고정된 헐에 연결된 다수의 텐던으로 해저에 닻을 내린다. 플랫폼은 설치 중에 밸러스트하여 데릭 바지선 없이 플랫폼의 유체정역학 안정성을 위한 추가 부력을 제공하는 분리 가능한 부력 수단을 포함한다.

Description

밸러스트 중에 부유구조물의 유체정역학 안정성을 얻기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ACHIEVING HYDROSTATIC STABILITY OF A FLOATING STRUCTURE WHILE BALLASTING}
본 발명은 해상의 탄화수소물의 실험 및 생산을 위한 부유(浮遊) 플랫폼, 자세하게는, 구조물 설치를 위한 밸러스트(ballast) 중에 부유구조물의 유체정역학 안정성을 얻기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
해상의 석유 및 가스의 탐사 및 복구는 매우 높은 비용이 든다. 이를 위한 다양한 방법 및 해상생산 시스템이 이용된다. Mobile Offshore Drilling Units(MODU), Tendon Leg Platforms(TLP), 및 그 밖의 곳에서 사용되는 석유 및 가스의 탐사 및 생산을 위한 부유구조물은 만들고 설치하는데 매우 많은 비용이 든다.
TLP와 같은 해상구조물의 설치에는 플랫폼 헐(hull)이 설치장소의 수중에 설치된다. 단일 기둥의 TLP 헐은 중앙기둥 및 중앙기둥에서 방사상으로 뻗어 나온 다수의 폰툰(pontoom)으로 구성된다. 폰툰 위의 단일 기둥 TLP의 헐은 넓은 면적의 수면을 차지하므로 매우 안정적이다. 설치 중에, 헐은 해저의 고정된 다수의 텐던(tendon)에 연결하기 위하여 수면 아래로 내려간다. 헐이 수면 아래로 내려가면, 폰툰이 물에 감긴 후 유체정역학 안정성은 매우 감소한다. 설치 중의 안정성 문제를 경감하기 위하여, 헐은 데크(deck) 없이 헐의 상부에 작용하는 안정화 힘으로 설치된다. 이 안정화 힘은 데릭(derrick) 바지선에 의해 공급된다. 헐이 내려간 후, 텐던에 연결되고 부상하면, 시스템은 매우 안정하게 된다. 데크는 부상하고 플랫폼 헐에 고정된다.
일부 해상 플랫폼 설치에서는 값비싼 데릭 바지선이 필요없고 이는 상업적으로 매우 유리하다. 이런 설치방법의 하나는 헐-데크 조립체를 설치하고, 헐-데크 조립체를 안정적으로 잠수시키고 미리 설치된 텐던에 데릭 바지선 없이 연결하는 것이다.
본 발명은 완전한 헐, 데크 및 대부분의 생산장비의 조립; 조립된 플랫폼의 설치 장소에 웨트 토우(wet tow); 조립된 플랫폼을 데릭 바지선 없이 텐던에 연결하기 위해 잠수하는 단계들을 포함한 부유 플랫폼의 설치 방법을 제공한다.
더욱이 본 발명은 부력으로 플랫폼의 헐에 유체정역학 안정성을 제공하여 부유 플랫폼을 설치하는 방법을 제공한다.
상기의 본 발명의 방법, 이점 및 목적은 도면으로 도시된 실시예를 참조하여 상세히 이해할 수 있다.
그러나 도면은 본 발명의 전형적인 실시예를 도시할 뿐이고 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.
도 1은 설치 장소에 웨트 토우(wet tow)된 본 발명의 부유 플랫폼을 도시한 측면도.
도 2는 플랫폼이 밸러스트되고 폰툰이 수면 아래로 잠긴 것을 도시한 본 발명의 부유 플랫폼의 측면도.
도 3은 플랫폼이 완전히 설치되고 분리 가능한 밸러스트 수단이 완전히 전개되어 부력을 제공하는 것을 도시한 본 발명의 부유 플랫폼의 측면도.
도 4는 본 발명의 분리 가능한 밸러스트 수단의 부분 상세도.
도 5는 본 발명의 분리 가능한 밸러스트 수단의 부이 서포트 프레임의 평면도.
도 6은 밸러스트 수단의 변형예를 도시한 본 발명의 부유 플랫폼의 평면도.
도 7은 도 6의 본 발명의 부유 플랫폼의 측면도.
*부호설명*
10....플랫폼 16....수면
12....헐(hull) 18....폰툰(pontoon)
13....중앙기둥 20....텐던(tendon)
14....데크(deck)
본 발명의 실시예에 따르면, 부유 플랫폼은 헐 및 헐의 상단부에 고정된 데크를 포함한다. 헐의 하단부에는 방사상으로 다수의 폰툰이 뻗어나온다. 플랫폼은 헐의 상단부에 연결되고 하단부는 해저에 고정된 헐에 연결된 다수의 텐던으로 해저에 고정된다. 플랫폼은 분리가능한 밸러스트를 포함하여 플랫폼의 설치 중에 데릭 바지선 없이 플랫폼을 유체정역학적으로 안정시킨다.
도 1을 보면, 플랫폼(10)은 부력을 제공하고 플랫폼을 수직 지지하는 헐(12)을 포함한다. 헐(12)은 중앙기둥(13) 및 중앙기둥의 하단부에서 방사상으로 뻗은 폰툰(18)을 포함한다. 한 개 이상의 데크(14)가 수면(16)위에서 중앙기둥을 지지한다. 해상 석유 및 가스의 시추 및 생산을 위한 장치는 데크(14)에 고정된다.
중앙기둥(13)은 플랫폼(10)의 용골(龍骨)에서 상방으로 뻗는다. 플랫폼의 기초부는 중앙기둥 및 폰툰의 교차점에 있다. 도 3에서 텐던(20)의 한 단부가 폰툰(18)에 고정되고 반대 단부는 해저의 기초파일에 고정되어 플랫폼은 해저에 고정된다. 헐(12)은 플랫폼의 페이로드(payload)를 지지하기 위한 충분한 부력을 제공한다; 페이로드는 데크(14), 굴착작비, 생산시설을 포함한다.
도 1에서, 데크(14)를 포함한 헐(12)은 중앙기둥(13)의 상부에 고정된다. 헐은 설치장소에 예인되어 가설된 텐던(2) 위에 놓인다. 도 1에서, 이곳에 부착된 헐(12) 및 데크(14)는 폰툰(18) 위에서 안정하여 부유하는데 이는 폰툰에 큰 수면에 제공되기 때문이다. 그러나 조립된 헐(12) 및 데크(14)는 폰툰이 완전히 수면아래 잠기면 불안정하게 된다. 헐 및 데크는 텐던이 폰툰에 연결될 때까지 불안정하다. 플랫폼의 마지막 설치에서 텐던은 안정을 제공한다.
도 2 및 3을 참조하면, 플랫폼(10)이 텐던(20) 위에 위치할 때까지 텐던(20)의 상단부에 연결하기 위해서 밸러스트 다운된다. 플랫폼의 유체정역학 안정은 폰툰의 상단부에 가해지는 부력으로 유지된다. 편의를 위해서, 단 하나의 제 2 부력물이 폰툰에 고정되어 도시된다. 그러나 본 발명의 플랫폼은 제 2 또는 추가 부력물이 각 폰툰(18)의 단부에 설치된다.
제 2 부력물은 폰툰(18)의 단부에 연결된 중간구조(22)를 포함한다. 어떠한 수의 연결도 중간구조를 폰툰에 고정하는데 고정될 수 있다. 도 4의 실시예에서, 플랫폼에 제공된 브라켓(24)은 중간구조(22)에 제공된 패드아이(padeye)와 결합한다. 연결핀(23)은 브라켓(24)에 넣어지고 패트아이(26)는 중간구조(22)를 폰툰의 단부에 고정한다.
제 2부력물은 중간구조(22)의 상부에 용접 및 다른 결합한 탱크(28)를 포함한다. 탱크(28)는 추, 충진구(30), 배출구(32)를 포함하여 해양구조물의 밸러스트 시스템에 연결된다.
도 4 및 5를 참고하면, 부이(34)의 조립체는 탱크(28)의 상부에 고정된 부이 지지대(36)에 피봇 연결된다. 부이(34)는 지지대(36)에 고정된 부이 지지 프레임(38)에 조립된다. 폰툰(18)은 잠수하고, 부이(34)는 잠수 및 밸러스트 다운하여 텐던(20)에 연결되고 플랫폼(10)이 유체정역학 안정성을 제공한다. 상업상 이용가능한 부력요소는, Yokohama 완충재와 같은, 유체정역학 안정성을 유지하기 위한 추가 수면을 제공하기에 적합하다.
도 1을 참고하면, 헐(12)이 폰툰(18)이 잠수한 위치까지 밸러스트 다운하기 전에, 부이(34)가 폰툰(18)의 상부에 안착되는 것을 볼 수 있다. 환경조건은, 설치장소의 거친 바다와 같은, 플랫폼이 밸러스트 다운된 때 추가되는 어려움이 있을 수 있다. 거친 바다는 부이(34)가 빠르게 폰툰(18)에 충돌할 수 있다. 이 점을 개선하기 위하여, 상승선(40)은 부이지지 프레임(38)의 단부에 연결되어 부이 조립체를 당겨서 폰툰(18) 위의 통제된 위치에 당기는 것이다. 링크 조립체는, 삼각판(41) 및 링크선(43)으로 형성된, 연결선(40)을 패드아이 및 걸쇠 및 부이 지지 프레임(38)에 고정된 연결핀(45)에 연결한다. 상승선(40)은 데크(14)에 고정된 도르레(42)를 지나가고 반대 단부는 헐의 중앙기둥의 상부에 고정된 윈치(44)에 부착된다. 이런 구성에서, 위치(44)는 플랫폼(10)이 밸러스트 다운할 때, 부이(34)를 폰툰(18) 위로 상승시킬 때 작동된다. 플랫폼(10)이 하강하여 완전 설치되고, 부이(34)는 수직으로 피봇되고 플랫폼(10)에 유체정역학 안정성을 유지하는 부력을 제공한다.
탱크(28)가 가라앉고 헐(12)이 밸러스트 다운되고(부이(34) 조립체가 상승선(40) 위로 올라올 때), 제 1부이(34)가 가라앉기 전에, "부력갭(buoyancy gap)"이 일어난다. 이런 부력갭을 최소화하기 위하여, 부이 지지 프레임(38)은 부이 지지대(36)에 가능한 짧은 합성로프(37)로 연결된다(도 4). 반면, 양단부가 회전하는 짧은 막대가 합성로프(37)를 대체할 수 있다.
플랫폼(10)의 설치에 도달하기 위하여, 텐던(20)은 폰툰(18)에 연결되고 플랫폼(10)은 드밸러스트되어 플랫폼(10)에 안정성을 제공하기 위한 텐던 프리텐션을 전개시킨다. 폰툰(18)의 양단부에 부착된 제 2부력 조립체는 해수로 채워지고 폰툰(18)의 단부에서 분리되고 플랫폼(10)에서 제거된다.
도 6 및 7을 참고하면, 본 발명의 플랫폼(10)의 변형예가 도시된다. 제 2밸러스트 조립체는 폰툰(18)에 영구적으로 고정된다. 제 2밸러스트 조립체는 폰툰(18)의 단부의 상부에 용접 및 다른 결합된 브라켓(52)에 피봇 연결된 긴 부이(50)로 구성된다. 부이(50)는 충진 및 배출구를 포함한 필수 추를 포함한다. 부이(50)는 부이(34)와 유사하게 작동된다. 플랫폼(10)이 밸러스트되면, 부이(50)은 잠수하고 상방으로 부력을 제공한다. 이 변형예는 상승선 및 윈치를 포함하여 거친 바다에서 부이(50)가 폰툰(18)에 충돌하는 것을 통제한다.
도시되고 설명된 본 발명의 실시예 외에, 아래 청구항에서 정한 기본 범위를 벗어나지 않는 본 발명의 다른 실시예도 가능하다.
일부 해상 플랫폼 설치에서는 값비싼 데릭 바지선이 필요없고 이는 상업적으로 매우 유리하다. 이런 설치방법의 하나는 헐-데크 조립체를 설치하고, 헐-데크 조립체를 안정적으로 잠수시키고 미리 설치된 텐던에 데릭 바지선 없이 연결하는 것이다.

Claims (10)

  1. 부유 플랫폼에 있어서,
    수면 위로 뻗은 헐의 상단부에 고정된 데크를 가진 헐로 구성되고, 수송 및 설치 중에 상기 플랫폼의 유체정역학 안정성을 유지하기 위한 상기 헐에 부착된 제 2부력 수단으로 구성된 개선을 특징으로 하는 플랫폼.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 헐에서 방사상으로 뻗어 나온 다수의 폰툰을 포함하고, 상기 제 2부력 수단이 상기 폰툰의 양단부에 고정되는 것을 특징으로 하는 플랫폼.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제 2부력 수단이 상기 폰툰의 양단부에 부착된 침수조로 구성되고 부이 조립체가 상기 침수조에 피봇 연결된 것을 특징으로 하는 플랫폼.
  4. 제 2항에 있어서, 제 2부력 수단이 상기 폰툰에 분리 가능하게 결합된 것을 특징으로 하는 플랫폼.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 폰툰 상방으로 상기 부이 조립체의 단부를 들어 올리기 위하여 상기 부이 조립체에 연결된 위치 및 상승선을 포함한 것을 특징으로 하는 플랫폼.
  6. 제 2항에 있어서, 상기 제 2부력 수단이 상기 폰툰에 피봇 연결된 긴 부이를 포함하는 것을 특징으로 하는 플랫폼.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 폰툰 상방으로 단부를 들어올리기 위한 상기 제 2부력 수단에 연결된 윈치 및 상승선을 포함하는 것을 특징으로 하는 플랫폼.
  8. 부유 플랫폼을 성치하는 방법에 있어서,
    a)상기 플랫폼을 설치장소에 웨트 토우하고;
    b)상기 플랫폼을 데릭 바지선 없이 설치 예인하기 위하여 밸러스트 다운하고;
    c)설치 예인을 위하여 상기 플랫폼을 밸러스트 다운한 중에 상기 플랫폼의 유체정역학 안정성을 유지하기 위한 제 2부력 수단을 제공하고; 및
    d)상기 플랫폼을 설치장소에 고정하기 위해서 상기 플랫폼을 앵커에 연결하는 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 플랫폼을 설치 예인하기 위하여 밸러스트 다운하는 중에 상방으로 상승하는 상기 제 2부력 수단에 연결되어 작동하는 윈치 및 상승선을 제공하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 앵커 수단에 상기 플랫폼을 연결한 후에 상기 제 2부력 수단을 상기 플랫폼에서 제거하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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