KR20100068305A - 탄화수소의 시추 또는 생산을 위한 해양 플랫폼 - Google Patents

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KR20100068305A
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Abstract

본 발명은, 상부 표면에서 시추 및/또는 생산 설비를 지지하는 반잠수식 플랫폼 보디(2)를 포함하고 있는, 해양에서의 탄화수소의 시추 또는 생산을 위한 플랫폼에 관한 것이다. 플랫폼(1)의 잠수된 부분에 대한 부력 중심이 플랫폼의 무게 중심보다 낮게 위치하기 때문에, 플랫폼 보디(2)는 실린더의 하부 섹션에 적어도 하나의 외주 원형 오목부(5, 30, 35, 36)를 구비하고 있는 대체로 평평한 바닥부를 가진 수직 실린더로 설계된다.

Description

탄화수소의 시추 또는 생산을 위한 해양 플랫폼{OFFSHORE PLATFORM FOR DRILLING AFTER OR PRODUCTION OF HYDROCARBONS}
본 발명은, 상부 표면에서 시추 및/또는 생산 설비를 지지하는 반잠수식 플랫폼을 포함하고 있는, 해양에서의 탄화수소의 시추 또는 생산을 위한 플랫폼에 관한 것이다.
부유식 유닛의 사용에 의한 탄화수소(오일 및 가스)의 시추 또는 생산에는, 2가지 상이한 타입의 유닛, 즉 선박 또는 반잠수식 플랫폼이 지금까지 사용되고 있다.
선박에 기초한 유닛은 생산 또는 시추 장비에 대한 정하중량이 크고 또한 오일, 연료 등에 대한 저장 용량이 큰 것으로 인정되어 있다. 이러한 타입의 유닛의 단점은, 바람, 해류 및 파도와 같은 주위의 힘의 방향에 대한 의존성이다. 주위의 힘이 선박을 가로질러 작용할 때 이 힘과 선박의 운동은 종종 커지게 된다. 이들 힘 및 고정된 선박의 운동을 감소시키기 위해서, 선박이 회전하는데 터릿(회전체)이 종종 사용된다. 선박에서의 생산에 있어서, 이는 비용이 높아지고 (회전 전달 등에 대한 요구로 인해) 해저로부터 뻗어 있는 라이저로부터의 전달이 복잡하게 된다.
반잠수식 플랫폼에 기초한 유닛은 주위의 힘의 방향에 대하여 움직임이 작고 비의존적인 것으로 인정되어 있다. 이 유닛은 견고한 고정 시스템의 사용에 의해 간단하게 고정될 수 있고 라이저는 플랫폼 상의 수용 시스템에 직접 연결될 수 있다. 이러한 타입의 주지의 해결수단의 단점은 덱 상에서의 정하중 측정치가 작고 오일, 연료 등에 대한 저장 용량이 거의 없다는 것이다.
부유식으로 최근에 도입된 다른 유닛은 소위 "스파(spar)" 부이(buoys)이다. 이 유닛은 상부에는 부력을 갖고 있고 하부에는 밸러스트를 가지고 있는 실린더형 헐(hull)을 구성하고 있다. 높이(및 깊이)는 이 유닛의 최대 직경보다 상당히 크다. 많이 잠수된 실린더 구성 및 해면에서의 작은 직경을 가진 유사함 개념이 또한 제안되었다. 이들 해결 수단 및 원추형의 잠수된 부분의 제안은, (반잠수된 병에 대해서와 같이) 부력 중심보다 낮은 무게 중심에 의해, 안정성이 달성되는 것으로 인정되고 있다. 사각형 또는 팔각형의, 잠수된 박스 구성과 같은 간단한 헐에 기초한 유닛도 또한 가능한 구성으로서 제안되었다.
시추에 사용되는 유닛 및 생산에 사용되는 유닛에 있어서 감소된 운동은 아주 중요하다. 시추시, 롤링 및 피칭 운동에 대하여 약간의 여유가 있다. 운동에 대한 전형적인 여유치는 2 내지 4도의 범위 이내이다. 생산 유닛에 대하여, 공정 설비는 운동에 민감하다. 오늘날 사용되고 있는 효율적인 설비는 2 내지 4도 이상의 롤링 또는 피칭 각으로 감소되었다. 그러므로, 오일 및 가스의 시추 또는 생산을 위한 효율적인 유닛을 제공하기 위해, 특히 롤링 및 피칭 운동을 감소시키는 것이 아주 중요하다.
따라서, 본 발명의 주 목적은 감소된 롤링(rolling) 및 피칭(pitching) 운동과 또한 감소된 기복 운동을 달성하도록 구성된 해양 플랫폼을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 선박에 기초한 유닛 및 반잠수식 플랫폼에 기초한 유닛에 의해 바람직한 특징을 겸비하는 플랫폼을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 표준 설비 조선소에서 제작될 수 있고 또한 원칙적으로 선박으로서 구성 및 제작될 수 있는 플랫폼이기 때문에, 구성이 간단하고 건설 비용이 적은 플랫폼을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해서, 플랫폼의 잠수된 부분에 대한 부력 중심이 플랫폼의 무게 중심보다 낮게 위치하기 때문에, 플랫폼 보디는 실린더의 하부 섹션에 적어도 하나의 외주 원형 오목부를 구비하고 있는 평평한 바닥부를 가진 수직 실린더로 설계되는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 타입의 플랫폼이 제공된다.
이러한 방식으로 실린더형 플랫폼을 설계함으로써, 둘레를 따라 뻗어 있는 적어도 하나의 절결부 또는 대체로 수평인 상부 및 하부 측벽을 적당하게 가지고 있는 홈으로 인해, 피칭 및 롤링 운동이 상당히 감소된다. 이러한 유리한 결과는 이하에서 보다 상세하게 설명하는 물리적 조건의 결과로서 달성된다.
롤링 또는 피칭 운동과 관련한 플랫폼의 운동은 선박에 대하여 롤링 운동을 야기하는 힘과 동일한 힘과 관련이 있다. 파도가 선박의 측면을 향하여 롤링할 때, 파도에 있어서의 너울과 아래쪽으로의 압력비는 파도가 증가하는 곳에 위쪽으로 수직력을 제공하고 그에 따라 감소된 힘의 압력을 파도가 중간 레벨 아래에서 흐르는 곳에 제공한다. 이들 힘은 선박에 롤링 운동을 야기한다. 따라서, 이들 힘은 상기 실린더형 플랫폼 상에 롤링 운동(또는 피칭 운동)을 야기한다.
파도치는 바닷물에 있어서의 압력 변화에 더하여, 입자의 운동이 있다. 바닷물 입자는 타원 운동을 하고 파도 주기에 걸쳐서 변하는 가속도와 속도를 제공한다. 오목부 및 오목부 아래쪽의 실린더 보디의 환형 섹션은 파도 내의 입자 스트림을 교란시킨다. 오목부 위쪽 및 아래쪽의 에지는 바다를 흐르게 하는 소용돌이를 일으킨다. 소용돌이를 일으키는데 필요한 에너지는 구조에 작용하는 힘을 나타낸다. 실린더 보디의 바닥부 및 그 수직 측면 사이의 날카로운 에지에서 유사한 효과가 발생한다. 추가적으로, 오목부 아래쪽의 환형 보디는 소정의 유동 저항을 제공한다. 소용돌이의 발생과 유동 저항으로부터의 합성력은 너울로부터 부력에 대해 반대 방향으로 작용하는 수직 성분을 가지는 힘을 제공한다. 테스트 결과, 오목부 및 환형 보디의 적절한 설계에 의해, 롤링 또는 피칭 운동을 야기하는 힘이 상당히 감소되는 것으로 밝혀 졌다.
이 플랫폼 설계는 상기의 유리한 효과 외에도 많은 다른 이점을 제공한다.
따라서, 실린더형 플랫폼은 생산 또는 시추 설비에 관하여 큰 정하중량을 가지고 있고 또한 오일, 연료 등에 대하여 큰 저장 용량을 가지고 있다.
플랫폼은 주위의 힘의 방향에 대하여 비의존적이고 간단하고 견고한 고정 시스템으로 고정될 수 있다. 또한, 라이저는 회전 전달 또는 이와 유사한 것을 필요로 하지 않고 플랫폼 상의 수용 시스템에 직접 연결될 수 있다.
플랫폼은 통상 설비의 조선소에서 제작될 수 있고 원칙적으로 선박으로서 구성되고 제작될 수 있다. 추가적으로, 플랫폼 상의 상이한 주요 유닛을 서로 효율적으로 격리시킬 수 있다. 플랫폼의 하부 섹션은 주로 오일, 밸러스트, 연료 및 시추액 등을 위한 탱크로 이루어진다. 플랫폼의 상부 덱 상에는, 거주 지역, 기계실 및 동력 공급실, 공정 설비 및 시추 설비와 같은 필요 설비가 분리된 영역에 배치되어 구비된다. 실린더 보디의 원형(다각형) 형상은 상이한 타입의 설비 사이의 거리를 짧게 한다. 이것은 파이프 및 케이블 시스템의 길이 및 범위를 감소시키고 비용면에서 효율적인 플랫폼을 제공한다.
플랫폼의 설계는 충돌 및 폭발과 같은 사고에 관하여 높은 안전성을 제공한다. 플랫폼은 선박의 경우에 있어서와 같이 이중 측벽 및 이중 바닥부(밸러스트 탱크)을 구비하여 제작된다. 이것은 사고에 대하여 높은 안전성을 제공하고 심각한 결과를 초래하는 위험성을 감소시킨다.
도 1은 본 발명에 따른 플랫폼의 제 1 설계의 측면을 통한 부분 절결도,
도 2는 도 1의 플랫폼의 배치도,
도 3 및 도 4는 중앙 수직 샤프트를 구비하고 있는 실린더형 플랫폼 및 다각형 플랫폼 보디의 단면도,
도 5는 중앙 샤프트가 없는 원형 실린더형 플랫폼 보디의 단면도,
도 6은 중앙 수직 샤프트가 없는 플랫폼 설계의 측면을 통한 일부 절결도,
도 7 및 도 8은 대체 설계의 오목부 배열을 가진 플랫폼의 도 1과 유사한 측면도, 및
도 9는 시추 타워를 구비하고 있는 플랫폼의 도 1에서와 유사한 측면도.
도면을 참고한 실시예를 통해서 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
상이한 도면 상에서, 각각의 부분 및 요소들은 동일한 참조 부호로 나타나 있다.
도 1 및 도 2는, 평평한 바닥부(3)를 가진 수직 실린더로 설계된 헐(hull) 또는 반잠수식 플랫폼 보디(semi-submersible platform body)(2)로 이루어지는 플랫폼(1)을 도시하고 있다. 플랫폼은 바다(4)에 부유하고 있다. 실린더의 하반부는, 실린더의 전체 둘레를 따라 외주 홈 또는 오목부(5)를 구비하고 있다. 도시되어 있는 설계에 있어서, 오목부(5)는 대체로 수평인 측벽(6)에 의해 그 상부 에지에서 제한되는 한편, 플랫폼의 운동에 대한 추가적인 완충 효과를 달성하려는 관점에서 설계된 링 보디(7)에 의해 그 하부 에지에서 제한된다.
도 1에 있어서의 확대 상세도(A)에 도시된 바와 같이, 링 보디(7)는 플랫폼 보디(2)의 하단부에 고정되는 외향 수렴 표면(8 및 9)에 의해 형성될 수 있는 외측 수렴의 상면 및 하면을 가지고 있다. 외향 수렴 표면(8, 9)의 외측 에지에는, 다수의 구멍(11)을 가진 대체로 수직인 환형의 천공 플레이트(10)가 고정되어 있다. 외향 수렴 표면(8, 9)은 플랫폼 보디(2)의 측면을 따라 바닷물에 대한 편향 플레이트를 형성하고, 그래서 바닷물 유동의 일부는 방향을 변경하여 천공 플레이트(10)를 통과하게 된다. 이로 인해 플랫폼의 운동이 더욱 완충된다.
도시된 완충 배열은, 예컨대 플레이트(10)의 폭 및 플랫폼 보디(2)로부터의 거리에 관하여 다양한 방식으로 변형될 수 있다. 이 거리는 외향 수렴 표면(8 및 9)의 폭 및 경사에 의존한다. 외향 수렴 표면(8, 9)은 오목한 편향 플레이트로서 만곡될 수 있고 또는 하나의 수평 플레이트와 결합되거나 하나의 수평 플레이트로 대체될 수 있다.
유사한 완충 배열이 오목부(5)의 상부 에지와 배열될 수 있다.
도 1의 설계에 있어서, 링 보디(7)는, 오목부 위쪽의 플랫폼 보디(2)의 실린더 섹션(12)의 직경과 대체로 유사한 외경을 가지고 있다. 또한, 하나의 오목부만 배열되어 있다. 그러나, 하나 이상의 오목부가 배열될 수도 있고, 그럴 경우에는, 예컨대 도 8에 도시된 바와 같이, 오목부에 의해 제한되는 플랫폼 보디의 상이한 직경의 환형 섹션을 가질 수 있다.
도시된 설계에 있어서, 플랫폼 보디(2)는, 도 2를 통해 알 수 있는 바와 같이, 원형 실린더 단면을 가지고 있다. 실린더는, 도 4에 도시된 바와 같이, 다각형 단면을 가질 수도 있다.
통상적으로, 플랫폼 보디의 직경(D)은 흘수 즉 잠수 깊이(T)보다 크다. 또한 플랫폼의 잠수된 부분에 대한 부력 중심은 선박일 경우에 있어서와 같이 플랫폼의 무게 중심보다 낮다.
플랫폼은 강으로 제작되는 것이 바람직하고, 선박일 경우에 있어서와 같은 강도의 요소로 구성되는 것이 바람직하다. 콘크리트와 같은 다른 재료도 사용될 수 있다.
본 타입의 플랫폼은 필요한 다양한 시설을 지지하는 상부 덱(13)을 가지고 있다. 예를 들면, 위에 헬리콥터 덱 "H"을 갖춘 거주 지역(14), 기계실(15), 작업장/저장소(16), 시추 설비(17), 공정/저장 영역(18), 2개의 크레인(19) 및 플레어 타워(20)를 갖춘 플랫폼이 하나의 예로서 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 플랫폼 보디(2)는, 플랫폼 상에 있어서의 충돌 및 폭발시의 손상의 정도를 감소시키는 관점에서, 이중 바닥부 및 이중 측벽을 구비하고 있다. 이중 바닥부 및 측벽에 의해 제한되는 공간은, 다수의 밸러스트 탱크((바닥부의) 21 및 (측벽의) 22)로 분할되어 있다.
플랫폼 보디(2)의 중심에는, 오일 산출 또는 시추에 사용되는 라이저 또는 기타 설비의 수용을 위한 수직의 관통 샤프트(23) 또는 소위 "문풀(moonpool)"이 배열되어 있다.
또한, 선박의 경우에 있어서와 유사한 방식으로, 플랫폼 보디에는 다수의 탱크(24)가 배열되어 있다. 이들 탱크는 오일 저장용으로, 밸러스트용이나 연료 저장용 또는 시추시 사용되는 시추액 저장용으로 사용될 수도 있다.
도 1에 있어서의 설계에 있어서, 플랫폼(1)은 다수의 앵커 라인(25)의 사용에 의해 고정된다. 대안적으로, 플랫폼은 액티브 스러스터 시스템(active thrusters system)(도시 생략)을 구비할 수 있기 때문에, 자동 위치 유지(dynamic positioning)의 사용에 의해 위치가 유지될 수도 있다.
도 3 내지 도 5는 가능한 탱크 배열의 예를 도시하고 있다. 이중 측벽에 있어서의 밸러스트 탱크(22)의 안쪽에서, 플랫폼 보디(2)는, 다수의 탱크(24)로 나누어져 있는 2개의 환형 탱크 섹션으로 구획되어 있다. 도 3 및 도 4의 설계에 있어서, 플랫폼 보디는 중앙의 수직 샤프트(23)를 포함하고 있고 이것은 접근 및 파이프, 펌프 등의 설치를 위한 환형의 룸(26)으로 포위되어 있다. 도 5의 설계에서는 중앙의 샤프트가 없고, 플랫폼 보디의 중앙 부분은 4개의 룸 또는 탱크(27)로 나누어져 있다.
도 6 내지 도 8은 플랫폼의 완충 배열의 상이한 설계를 도시하고 있다.
도 6의 설계에 있어서, 플랫폼 보디(2)는 외주 오목부(30)를 구비하고 있고 이 오목부는 대체로 수평의 상부 및 하부 측벽(31 및 32)에 의해 상부 및 하부 에지에서 제한된다. 이 경우, 오목부(30) 아래쪽의 링 보디(33)는 오목부 위쪽의 플랫폼 보디(2)의 실린더 섹션(12)과 동일한 직경을 가지고 있다.
도 7의 설계는, 오목부(30) 아래쪽의 링 보디(34)가 오목부 위쪽의 실린더 섹션(12)보다 큰 직경을 가지고 있다는 점을 제외하고는 도 6의 설계와 유사하다.
도 8은, 플랫폼 보디(2)가 중간의 링 보디(37)를 가진 2개의 외주 오목부(35 및 36)를 구비하고 있는 설계를 도시하고 있다. 오목부(35, 36)는 수평의 상부 및 하부 측벽에 의해 주로 제한되는 것으로 도시되어 있다. 이 경우, 하부 오목부(36) 아래쪽의 링 보디(38)는 오목부 위쪽의 플랫폼 보디(2)의 실린더 섹션(12)과 동일한 직경을 가지고 있고, 중간의 링 보디(37)는 보다 큰 직경을 가지고 있는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 링 보디(38)는 중간의 링 보디(37)와 동일한 직경을 가지고 있을 수 있고, 또는 중간의 링 보디보다 큰 직경을 가지고 있을 수도 있다.
도 6 내지 도 8을 통해 알 수 있는 바와 같이, 이들 도면에 따른 플랫폼 설계는 중앙의 수직 샤프트를 구비하고 있지 않다.
도 9는, 완충 배열에 관하여는 도 6의 설계에 상당하지만, 플랫폼이 중앙의 수직 샤프트(23)를 구비하고 있고 시추 타워(39)가 샤프트 위의 플랫폼 덱 상에 배열되어 있는 플랫폼 설계를 도시하고 있다.
본 발명에 따르면, 감소된 롤링 및 피칭 운동과 또한 감소된 기복 운동을 달성하도록 구성된 해양 플랫폼이 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 선박에 기초한 유닛 및 반잠수식 플랫폼에 기초한 유닛에 의해 바람직한 특징을 겸비하는 플랫폼이 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 표준 설비 조선소에서 제작될 수 있고 또한 원칙적으로 선박으로서 구성 및 제작될 수 있는 플랫폼이기 때문에, 구성이 간단하고 건설 비용이 적은 플랫폼이 제공된다.

Claims (10)

  1. 상부 표면에서 시추 및/또는 생산 설비를 지지하고, 평평한 바닥부를 가진 수직 실린더로 형성되는 반잠수식 플랫폼 보디(2)를 포함하고 있는, 해양에서의 탄화수소의 시추 또는 생산을 위한 플랫폼에 있어서, 플랫폼 보디(2)는 실린더의 하부에 적어도 하나의 외주를 에워싸는 오목부(5, 30, 35, 36)를 구비하고 있고, 이 오목부는 오목부 아래의 링 보디(7, 33, 34, 37, 38)에 의해 제한되고, 플랫폼(1)의 잠수된 부분의 부력 중심이 플랫폼의 무게 중심보다 낮게 위치되도록 플랫폼 보디의 직경(D)을 흘수 즉 잠수 깊이(T)보다 크게 구성한 것을 특징으로 하는 플랫폼.
  2. 제 1 항에 있어서, 플랫폼 보디(2)는 원형 단면을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 플랫폼.
  3. 제 1 항에 있어서, 플랫폼 보디(2)는 다각형 단면을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 플랫폼.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 링 보디(7)는 외향 수렴 표면(8, 9)에 의해 형성되는 상면 및 하면을 가지고 있고, 수직인 환형의 천공 플레이트(10)가 링 보디(7)의 외측 에지에 고정되는 것을 특징으로 하는 플랫폼.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 오목부(30) 또는 오목부(35, 36)는 상부 및 하부 에지에서 수평인 상부 및 하부 측벽(31, 32)에 의해 제한되는 것을 특징으로 하는 플랫폼.
  6. 제 5 항에 있어서, 오목부(30) 아래쪽의 링 보디(34)는 오목부 위쪽의 플랫폼 보디(2)의 직경보다 큰 직경을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 플랫폼.
  7. 제 5 항에 있어서, 플랫폼 보디(2)는 몇개의 외주 오목부(35, 36)를 구비하고 있고, 오목부를 제한하는 링 보디(37, 38)는 상이한 직경을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 플랫폼.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 플랫폼 보디(2)는 라이저나 다른 시추 또는 생산 장비를 수용하기 위한 중앙의 수직 샤프트(23)를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 플랫폼.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 플랫폼 보디(2)는 오일, 밸러스트 또는 다른 유체의 저장을 위한 탱크(24)로 구성되는 다수의 탱크 섹션을 포함하는 것을 특징으로 하는 플랫폼.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 플랫폼 보디(2)는 이중 바닥부 및 이중 측벽을 구비하고 있고, 이중 바닥부 및 이중 측벽에 의해 제한되는 공간은 다수의 밸러스트 탱크(21, 22)로 나누어지는 것을 특징으로 하는 플랫폼.
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