KR20100059730A - 라이저 분리 및 지지설비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 낮은 용골 여유를 갖는 해양구조물에 플렉시블 라이저와 엄빌리컬을 위한 라이저 분리 및 지지설비에 관한 것이다. 주 몸통부는 주 몸통부의 중심에서 실제로 절두된 역 원뿔 혹은 볼록형상부를 구비한다. 주 몸통부와 원뿔형상부는 주 몸통부와 원뿔형상부를 관통한 다수의 도관을 수단으로 하여 라이저를 수용한다. 다수의 돌출부는 주 몸통부에서 외부를 향해 방사상으로 뻗는다. 다수의 아치형상 라이저 지지부는 라이저 및/또는 엄빌리컬 라인을 지지하는 각 돌출부 상에 구비된다. 돌출부는 라이저를 해저와 접촉하는 동시에 초과굴곡으로 인해 휨 혹은 손상을 방지하여 라이저의 구조 허용오차에 따라 소정의 각도와 굴곡 반경으로 주 몸통부 아래로 라이저의 일부를 매달게 하도록 주 몸통부에서 소정의 거리만큼 외부로 뻗어 있다.

Description

라이저 분리 및 지지설비 {Riser disconnect and support mechanism}

본 발명은 산출품과 물 분사용 플렉시블 라이저(riser)의 사용, 해양구조물에 구비된 엄빌리컬(umbilical) 제어, 더욱 특별하기로 라이저 분리 및 지지설비에 관한 것이다.

탄화수소(천연가스와 오일)의 산출과 천공에 사용될 부유식 해양구조물은 드릴링과, 통상적으로 해저에서 구조물의 용골(keel)로 뻗고 그런 다음에 해양구조물의 상갑판까지 뻗은 산출용 라이저를 사용한다.

해양작업에 잠재적인 위험성은 산출용 라이저에서 탄화수소와 다른 산출물의 누출과, 설비구조물 주변 위치로 엄빌리컬을 제어해야 한다는 것이다. 이러한 위험성은 설비 내의 플로라인(flow line)에서 기계 커넥터로 오류 혹은 손상된 라이저로서 야기될 수 있다.

몇몇 상황에서, 라이저 조립체는 지지설비에서 분리될 수 있고 추후에 재연결을 위해 이 설비에 다시 갖다 놓는다. 예컨대, 북극 지방에 개발을 위한 해양구 조물 설계는 빙력을 고려해야만 하는데, 이 빙력이 지배적인 설계부하일 수 있다. 컴플라이언트 타워(Compliant Tower)와 자켓 및 중력 기초 구조물(gravity base structure)과 같은 바닥 기초 구조물(bottom founded structure)과는 달리, 부유식 구조물은 계류소와 라이저 설계로 변경되되, 계류소와 라이저 설계는 비현실적인 최대예상 빙력까지 견딜 수 있어서 얼음 처리 계획의 일환으로 라이저와 계류소에서 분리를 요구한다. 또한, 부유식 구조물 선체는 상갑판의 재배치 혹은 개장(refit)을 위해 항구로 귀환할 수 있다.

선박형태의 부유식 생산설비(FPU)와 스파(Spar) 및 단일 컬럼 플로터(single column floater)와 같은 계류될 부유식 구조물은 설비를 지지하는 실제 구조로 되어 있다. 수심이 얇은 곳에서 지진이 발생하여도, 계류될 부유선이 해저 위의 물에 계류되어 있어 구조물에 지진 영향을 피할 수 있기 때문에 더 나은 선택일 수 있다.

부유식 지지설비에서 라이저 조립체를 분리 및 지지하는 여러 구조들이 현존하고 있다.

FPSO/FPS(부유식 생산저장하역/부유식 생산저장)은 일반적으로 용골에서 선체에 부착된 웨더 베어닝 계류 터렛(weather-vaning mooring turret)을 갖춘다. 라이저와 엄빌리컬은 터렛을 지나 선상의 생산설비까지 뻗는다. 라이저와 선체 사이에 분리를 위하여, 라이저는 터렛에서 분리되고 선체에서 이탈하여 해체된다. 해체된 후에, 부표가 계류라인의 도움으로 물 기둥(water column)에 매달리고 라이저를 지지한다. 재결합할 때, 부표가 선체로 되돌아가 정위치로 끌어당겨 진다. 라이저 가 터렛에 재결합된다. 선박형태 선체의 드래프트(draft)는 일반적으로 약 30m 이다. 이 드래프트에서, 건조상태로 제공하여 터렛 둘레에 조립을 용이하게 하여 검사, 보수 및 수선할 수 있다.

스파와 단일 컬럼 플로터와 같은 심해 드래프트 설비에 기초로 한 다른 구조는 대략 100m에서 200m의 드래프트를 갖춘다. 이러한 선체 유형은 이동을 줄이는 장점을 제공하여, 일반적인 작동 상태를 향상시키고 얇은 드래프트 선박형태 선체와 비교하여 라이저에 피로 손상을 현저하게 경감한다. 미국 특허 제7,377,225호와 동 제7,197,999호와 같은 구조를 기초로 한 스파는 용골에서 분리된 라이저를 갖춘 FPSO/FPU와 유사하게 용골에 분리가능한 부표를 기재한다. 이러한 구조의 단점은 분리 부표로 되어 있는 것이다. 원위치에 압력과 공간에 위해서, 검사와 보수 및 수선이 어려워지고 복잡해진다. 부표에서 연결의 결함으로 라이저에서 누출된 유해성 생산품은 선체 내부로 집결될 수 있다.

구조물의 선저와 해저 사이에 비교적 작은 여유를 갖는 부유식 해양구조물은 구조물의 선저 혹은 저면에서 라이저의 연결과 분리를 위한 특별한 도전을 가진다. 통상적으로 부유식 해양구조물에 사용될 플렉시블 라이저는 라이저의 파손을 야기하는 최소허용 굴곡 반경을 갖는다. 또한, 플렉시블 라이저는 구조물에서 분리 혹은 연결하는 동안에, 그리고 라이저가 구조물에 연결되지 않고 지지될 때에 해저와 접촉해서는 안된다. 이러한 2개의 도전은 현 기술에서는 만족스럽게 강조되지 않는다.

본 발명은 용골 여유가 작은 부유식 해양구조물에서 왕복하는 라이저의 연결과 분리하는 동안에 라이저를 지지하는 설비에 관한 것이다. 주 몸통부는 주 몸통부의 중심에서 실질적으로 절두형 역 원뿔형상부 혹은 볼록형상부를 구비한다. 다른 볼록형상부는 예컨대 프리즘 혹은 피라미드형 구조물의 지지 선박 유형에 따라 사용될 수 있다. 주 몸통부와 원뿔형상부는 주 몸통부와 원뿔형상부를 관통하는 다수의 도관을 수단으로 하여 라이저를 수용한다. 다수의 돌출부는 주 몸통부로부터 외부를 향해 방사상으로 뻗는다. 다수의 아치형상 라이저 지지부는 라이저 혹은 엄빌리컬 라인을 지지하도록 각각의 돌출부에 구비된다. 돌출부는 주 몸통부로부터 소정의 길이로 뻗어 나와 주 몸통부 아래에 라이저의 일부가 라이저를 해저와 접촉하는 동안에 초과 굴곡하기 때문에 휘어짐 혹은 손상을 방지하도록 라이저의 구조 허용오차에 따라 소정의 각도와 굴곡 반경으로 매달린다. 라이저는 해저에 PLEM(파이프라인 엔드 메니폴드;Pipe Line End Manifold)로부터 생산데크에 생산 메니폴드 연결까지 지속된다. 본 발명은 연결의 2개 지점 사이에 연속적인 플렉시블 라이저를 지지와 조정할 수 있어 라이저와 엄빌리컬에 연결로 인한 누수 위험성을 제거한다. 본 발명은 연결 및 분리형상중에 라이저와 엄빌리컬에 굴곡응력을 제어한다.

본 발명의 새롭고 다양한 특징은 이 명세서에 나타나고 첨부된 청구범위로 특징된다. 본 발명과 이를 사용하여 성취될 작동상의 장점에 대한 이해를 돕기 위해서, 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부도면과 상세한 설명을 참조로 하여 도해된 다.

이상 본 발명의 설명에 의하면, 부유식 해양구조물을 위협하는 빙하나 세찬 폭풍우의 상태에 있을 때 그리고 부지에서 제거될 필요가 있을 때, 본 발명에 따른 라이저 지지설비는 라이저의 손상을 방지하고 해저와의 접촉을 제거하여, 부유식 해상구조물과 해저 사이에 비교적 작은 여유를 제공할 때 매우 중요하다.

본 발명은 도 1에 참조부호 10으로 표기되어 있다. 라이저의 분리 및 지지 설비(10; 라이저 지지설비(10)로도 언급될 것이다)는 일반적으로 주 몸통부(12)와, 주 몸통부(12) 상에 원뿔형상 혹은 볼록형상부(14), 주 몸통부(12) 상에 돌출부(16), 및 돌출부(16)에 지지구조물(18)로 구성된다.

주 몸통부(12)는 원뿔형상부(14)와 방사상 돌출부(16)를 구비한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 주 몸통부(12)는 칸막이 벽(20)으로 분리된 견고한 플레이트(19)의 형태로 도해되어 있다. 플레이트 사이의 공간은 라이저 지지설비(10)에 부력을 제공하는 수단을 수용하는 데에 사용될 수 있다. 부력을 제공하는 수단은 응축성 거품(dense foam) 혹은 유리기포강화플라스틱(syntactic foam)와 같은 해양산업에서 통상적으로 사용될 임의의 적당한 재료일 수 있다. 부력을 제공하는 비교적 경량의 부력재의 사용이 수밀성 격실의 건립과 비교하여 적은 강재를 필요로 하 므로 구조물의 무게와 비용을 경감한다. 주 몸통부(12)는 부유식 해양구조물에 따라 크기를 갖는데, 필요한 부력은 지지될 라이저와 엄빌리컬의 중량에 따른 설비의 크기에 따라 결정된다.

원뿔형상부(14)는 역으로 된 부분 원뿔형상으로 되어 주 몸통부(12)에서 위로 뻗고 칸막이 벽으로 지지된다. 원뿔형상부(14)는 도 1 및 도 4에 도시된 다수의 도관(22)을 구비한다. 도관(22)은 부유식 해양구조물에 사용될 라이저 및 엄빌리컬 라인을 수용하는 크기로 되어 있다. 도 1 및 도 7에 도시된 바와 같이, 도관(22)은 원뿔형상부(14) 내부에서 간격을 두고 배치되어 있다. 특정한 배열은 플렉시블 라이저와 엄빌리컬의 최소 굴곡 반경과 도관의 총 갯수에 종속된다. 간격은 라이저와 엄빌리컬 라인 사이에 불필요한 접촉을 최소화하는 패턴으로 라이저와 엄빌리컬 라인으로 할당되고 이로써 손상을 방지한다. 원뿔형상부가 도면으로 도해되어 있지만, 임의의 다른 적당한 볼록형상부가 예컨대 프리즘 혹은 피라미드 형태의 구조물의 지지선박의 유형에 따라 사용될 수 있다.

돌출부(16)는 주 몸통부(12)에서 외부를 향해 방사상으로 뻗어 있고, 주 몸통부(12)와 같이 동일한 방식으로 칸막이 벽으로 분리된 견고한 플레이트의 형태로 도해되어 있다. 다수의 돌출부(16)는 해양구조물와 필드 구조에 사용될 라이저의 갯수로 결정된다. 돌출부(16)는 주 몸통부(12)와 일체로 될 수 있거나 주 몸통부(12)에 견고하게 부착된 개별적인 구조물일 수 있다.

주 몸통부(12)와 원뿔형상부(14) 및 돌출부(16)가 칸막이 벽으로 분리된 견고한 플레이트의 형태로 도해되어 있는 반면에, 이는 명확하게 하기 위한 목적으로 도해된 것이며, 개방형 골조에 수용된 발포제와 같은 부력수단을 견고한 개방형 골조에 형성시킬 수 있다.

지지구조물(18)은 돌출부(16) 상에 구비되어 라이저와 엄빌리컬 라인을 지지하고, 라이저와 엄빌리컬 라인에 대해 필요한 굴곡 반경을 제어하여 라이저와 엄빌리컬 라인에 손상을 방지한다. 지지구조물(18)은 본질적으로 라이저와 엄빌리컬 라인용 아치형상의 지지면을 형성하는 개방형 골조로 되어 있다. 행오프(27;hang off)의 길이는 라이저와 엄빌리컬이 부유식 선박에서 생산 메니폴드와 분리될 때 늘어난다. 지지구조물(18)은 부유식 해양구조물(28)에서 분리될 때 라이저와 엄빌리컬(26)이 해저와 접촉하지 않을 크기와 형태로 되어 있다. 각각의 지지구조물(18)의 지지면은 체결설비(21)를 장착하여 라이저 혹은 엄빌리컬을 라이저/엄빌리컬과 아치형 면 사이에서 상대이동을 제한한다.

주 몸통부(12)와 돌출부(16) 사이에 구비된 통로(24;도 7 참조)는 라이저와 엄빌리컬 라인을 주 몸통부(12) 아래로 안내하도록 허용하여 원뿔형상부(14)와 맞닿는 지지구조물(18)의 측면에서 마감된다.

작동중에, 라이저 지지설비(10)는 수중에서 위치선정되고, 라이저와 엄빌리컬 라인(26)은 라이저 지지설비(10) 상에 설치되어 라이저가 지지구조물(18)로 지지되고, 통로(24)를 지나고서 튜브(22)를 관통한다. 부유식 해양구조물(28)의 상갑판에 생산 트리에 연결된 각 라이저(26)의 상단부는 원뿔형상부(14)의 상단부에 위치선정되어 고정된다. 라이저 지지설비(10)는 계류라인(29)으로 안착된다.

라이저 지지설비(10)와 부유식 해양구조물(28)은 도 3에 도시된 바와 같이 정렬된다. 도 4 및 도 5에 도해되었듯이, 라이저 지지설비(10) 상에 커넥터(34)와 부유식 해양구조물(28) 상에 윈치(32)에 부착된 하나 이상의 라인(30)이 도 2에 도시된 바와 같이 라이저 지지설비(10)를 잡아당겨 부유식 해양구조물(28)과 접촉하도록 사용된다. 도 4에 개략적으로 도해된, 잠금설비(36)는 라이저 지지설비(10)를 부유식 구조물(28)에 고정하는 데에 사용되어 라인(30)에 필요한 일정한 인장력을 제거한다. 그런 다음에, 라인(30)은 윈치(32)를 사용하여 분리되고 잡아 당겨질 수 있다.

그 다음, 라이저(26)가 부유식 해양구조물(28)에서 잡아 당겨지고 부유식 해양구조물(28)의 상갑판에서 도시되지 않은 생산 메니폴드에 연결된다. 라이저의 양 단부는 해저의 분출지에 연결된다.

라이저 지지설비(10)와 부유식 해양구조물(28)은 오일과 천연가스를 산출하는 동안에 이러한 방식으로 연결되어 있는다. 부유식 해양구조물을 위협하는 빙하나 세찬 폭풍우의 상태에 있을 때 그리고 부지에서 제거될 필요가 있을 때, 라이저 지지설비(10)는 라이저(26)의 손상을 방지하고 해저와 접촉하는 라이저(26)를 없게 라이저(26)의 분리와 부유식 해양구조물(28)의 이동을 허여한다. 이러한 능력은 부유식 해양구조물(28)이 수중에 위치선정되어 해저와 구조물의 선저 사이에 비교적 작은 여유를 제공할 때 매우 중요하다.

라이저(26)는 구조물이 상갑판에서 생산 메니폴드와 분리되고 라이저는 임의의 산출물의 누출을 방지하도록 밀봉된다. 그런 다음에, 각 라이저(26)의 밀봉된 상단부가 라이저 지지설비(10) 상에 원뿔형상부(14)의 상단부에 위치될 때까지 라 이저(26)는 구조물을 통해 낮춰진다. 그 다음, 잠금설비(36)가 해체되고 라이저 지지설비(10)가 도 3에 도시된 바와 같이 해양구조물(28) 아래 위치까지 자체 중량으로 짧게 하강한다. 라이저 지지설비(10)의 부력은 라이저(26)가 해저와 접촉하는 지점에서 하강하는 것을 막거나 라이저의 구조 능력을 초과하는 지점에서 굴곡되는 것을 막는다. 그런 다음에, 라이저(26)는 수면 아래와 부유식 해양 구조물 아래에서 안전하게 지지되어, 부유식 해양구조물이 더 안정한 영역으로 이동할 수 있고 필요에 따라 산출을 개시하도록 복귀할 수도 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 라이저(26)의 길이(27)는 일반적으로 해저와의 접촉을 방지하고 라이저를 보호하는 수준으로 라이저 지지설비(10) 아래에서 산출 드레이프(drape)하는 동안에 부유식 해양구조물(28) 내에 있을 것이다. 도 6에 도해되었듯이, 크기(D)는 라이저의 굴곡 반경이 러이저에 발생될 손상 부위에서 허용 굴곡을 초과하지 않도록 설정된다. 또한, 도 6은 산출용 부유식 해양구조물에 설치될 경우 라이저(26)의 형태와 드레이프를 도해한 것이다. 위치가 라이저의 허용 굴곡 반경을 초과하지 않는다. 따라서, 설비는 분리도중에 라이저의 총 길이를 수용할 수 있다.

당해 분야의 종래기술과 본 발명의 주요 차이점으로, 본 발명은 부유식 해양구조물의 상갑판에서 산출 메니폴드로 직접 연결된 라이저의 사용을 허용한다. 종래기술에서는 라이저의 사용을 필요로 하는바, 종래기술은 부유식 해양구조물과의 분리 뿐만 아니라 부유식 해양구조물의 용골 및 해저 사이에 비교적 작은 유여를 갖는 수심에서 해저와 라이저와의 접촉을 방지할 경우 건조 트리 라이저의 굴곡을 방지할 수 있는 능력을 갖춘 라이저 지지설비가 없기 때문에 부유식 해양구조물의 용골에서 기계적 커넥터를 갖춘 라이저의 사용을 필요로 한다.

도면은 스파 유형의 구조물과 함께 본 발명의 사용을 도해한 것으로, 도면의 이해를 쉽게 할 수 있고 본 발명이 스파, FPSO/FPS, 또는 반잠수식 또는 작업시 적당한 임의의 부유식 구조와 같은 임의의 유형에 부유식 해야구조물과 사용될 수 있다.

사용 유형에서, 플렉시블 라이저는 철재 현수선 라이저가 이러한 상황에서 부유식 해양구조물로 발생될 굴곡모멘트를 견딜 수 없기 때문에 철재 현수선 라이저와는 대조적으로 사용된다.

본 발명은 종래기술의 연결과 분리 설비에 여러 장점을 제공한다.

부유식 해양구조물에 라이저 아치 지지구조물과 부유 주 몸체부의 조합 및 이들의 부착은 걸림부(27)에서 이동을 제거하여 걸림부에 피로손상을 줄인다.

동일한 목적으로 사용될 외부 부표로 지지될 필요가 있다면 부유식 해양구조물에 라이저를 지지하고 부표를 제거하여 라이저와 엄빌리컬 라인의 길이를 줄인다. 덧붙여서, 선체에 부표를 부착하는 것이 선체와 부표 사이에 충돌 가능성을 제거한다.

본 발명의 특정 실시예와 내용이 도시되고 본 발명의 원리를 적용하여 설명하는 한편, 본 발명은 청구범위에 기술된 바와 같이 구현될 수 있거나 이러한 원리에서 벗어나지 않게 당해 분야(임의로 그리고 동등하게 구비됨)의 숙련자들에게 알려진 바와 달리 실현될 수 있다.

도 1은 본 발명의 부분절취한 사시도이다.

도 2는 스파에 연결된 본 발명의 측면도이다.

도 3은 스파에서 분리된 본 발명의 측면도이다.

도 4는 스파와 연결하는 본 발명의 측면 상세도이다.

도 5는 스파의 상부 영역을 도시한 상세도이다.

도 6은 본 발명을 갖춘 라이저의 다른 위치를 개략적으로 도해한 측면도이다.

도 7은 본 발명의 평면도이다.

Claims (7)

1. 견고한 주 몸통부와;

   상기 주 몸통부에서 외부를 향해 방사상으로 뻗은 다수의 돌출부;

   상기 주 몸통부의 중심에서 실제로 뻗어 있는 볼록형상부, 상기 주 몸통부와 볼록형상부는 다수의 라이저를 관통하여 수용하는 수단을 구비하며;

   상기 각각의 돌출부로 지지하고, 라이저와 엄빌리컬이 부유식 해양구조물에서 분리될 때 해저와 접촉하지 않게 형성되고 크기를 갖는 다수의 아치형상 라이저 지지부;로 이루어진, 상기 부유식 해양구조물에 플렉시블 리어저 및/또는 엄빌리컬용 라이저 분리 및 지지설비.
2. 제1항에 있어서, 상기 볼록형상부를 통해 라이저를 수용하는 상기 수단은 사이 주 몸통부와 볼록형상부를 통해 뻗은 각각의 도관과 함께 라이저를 위한 개별적인 도관으로 이루어진 라이저 분리 및 지지설비.
3. 제1항에 있어서, 상기 주 몸통부는 견고한 플레이트 형상으로 되어 있는 라이저 분리 및 지지설비.
4. 제1항에 있어서, 상기 라이저 지지설비 상에 지지될 라이저는 상기 볼록형상부와 주 몸통부를 지나, 상기 주 몸통부와 돌출부 사이의 통로를 지나서 상기 돌출부 위에 상기 아치형상의 지지부 위로 안내되는 라이저 분리 및 지지설비.
5. 견고한 주 몸통부와;

   상기 주 몸통부에서 외부를 향해 방사상으로 뻗은 다수의 돌출부;

   상기 주 몸통부의 중심에서 실제로 뻗어 있는 볼록형상부, 상기 주 몸통부와 볼록형상부는 다수의 라이저를 수용하는 다수의 도관을 구비하며;

   상기 각각의 돌출부로 지지하고, 라이저와 엄빌리컬이 부유식 해양구조물에서 분리될 때 해저와 접촉하지 않게 형성되고 크기를 갖는 다수의 아치형상 라이저 지지부; 및

   상기 주 몸통부에 라이저 분리 및 지지설비에 부력을 제공하는 수단;으로 이루어진, 상기 부유식 해양구조물에 플렉시블 리어저 및/또는 엄빌리컬용 라이저 분리 및 지지설비.
6. 제5항에 있어서, 상기 라이저 지지설비 상에 지지될 라이저는 상기 볼록형상부와 주 몸통부를 지나, 상기 주 몸통부와 돌출부 사이의 통로를 지나서 상기 돌출 부 위에 상기 아치형상의 지지부 위로 안내되는 라이저 분리 및 지지설비.
7. 견고한 주 몸통부와;

   상기 주 몸통부에서 외부를 향해 방사상으로 뻗은 다수의 돌출부;

   상기 주 몸통부의 중심에서 실제로 뻗어 있는 볼록형상부, 상기 주 몸통부와 볼록형상부는 다수의 라이저를 수용하는 다수의 도관을 구비하며;

   상기 각각의 돌출부로 지지하고, 라이저와 엄빌리컬이 부유식 해양구조물에서 분리될 때 해저와 접촉하지 않게 형성되고 크기를 갖는 다수의 아치형상 라이저 지지부;

   상기 주 몸통부에 라이저 분리 및 지지설비에 부력을 제공하는 수단; 및

   상기 아치형상 라이저 지지부에 상기 라이저를 정위치로 고정하는 체결설비;로 이루어진, 상기 부유식 해양구조물에 플렉시블 리어저 및/또는 엄빌리컬용 라이저 분리 및 지지설비.

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