KR20100122734A - Equipment for mining methane-hydrate and ship having the same - Google Patents

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안만희
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Abstract

PURPOSE: Methane hydrate mining equipment and a ship including the same are provided to obtain methane from methane hydrate of solid-state and bury carbon dioxide in the seabed. CONSTITUTION: Methane hydrate mining equipment comprises a gas tank(10), a gas supply pipe(20), a drilling device(30), and a methane collecting part. One end of the gas supply pipe is connected to the gas tank while the other is inserted in the seabed. The drilling device includes a bore hole in which the gas supply pipe is inserted, and a riser(32) which forms a space for drilling. The methane collecting part collects the methane generated in the seabed.

Description

메탄하이드레이트 채굴설비 및 이를 구비한 선박{Equipment for mining methane-hydrate and ship having the same} Equipment for mining methane-hydrate and ship having the same}

본 발명은 메탄하이드레이트 채굴설비 및 이를 구비한 선박에 관한 것으로, 보다 상세하게, 해저지층에 매장된 메탄하이드레이트를 용이하게 채굴할 수 있는 구성을 갖는 메탄하이드레이트 채굴설비 및 이를 구비한 선박에 관한 것이다.The present invention relates to a methane hydrate mining facility and a ship having the same, and more particularly, to a methane hydrate mining facility having a configuration capable of easily mining methane hydrate buried in the seabed layer and a ship having the same.

메탄하이드레이트는, 해저나 빙하 아래에서 메탄과 물이 높은 압력으로 인해 얼어붙어 얼음 형태의 고체상 격자구조로 형성된 연료로, 차세대 대체연료로 주목 받고 있다. 메탄이 주성분이며 보통 대륙 연안 1000m의 깊은 바닷속에 매장되어 있으며, 물 분자가 수소와 결합하면서 만들어진 빈 공간에 존재한다. 형태는 드라이아이스와 유사하며, 녹게 되면 물과 함께 천연가스로 사용할 수 있는 메탄이 발생한다.Methane hydrate is a fuel that is formed as a solid lattice structure in the form of ice, frozen due to high pressure of methane and water under the seabed or glacier, and is drawing attention as a next-generation alternative fuel. Methane is the main constituent and is usually buried in the deep seas of the continental coast of 1000m and exists in the empty space created by the combination of water molecules with hydrogen. The form is similar to dry ice, and when melted, it produces methane, which can be used as natural gas with water.

이러한 메탄하이드레이트를 자원으로 활용하기 위해서는 채굴 기술이 중요하다. 메탄하이드레이트는 압력이 낮아지면 메탄이 방출되며 녹아버리는 특성 때문에 석탄처럼 고체 상태로 채굴하기 어렵다. Mining technology is important to utilize such methane hydrate as a resource. Methane hydrates are difficult to mine in a solid state, such as coal, due to their methane release and melt at lower pressures.

메탄하이드레이트에서 메탄을 뽑아내는 방법으로 열수주입법과 감압법이 대표적이다. 열수주입법은 뜨거운 물을 넣어 메탄하이드레이트를 녹이는 방법이고, 감압법은 메탄하이드레이트 층의 압력을 낮춰 메탄을 분리시키는 방법이다. 그러나, 이러한 방법들은 고체인 메탄하이드레이트를 액체로 바꾼다. 이에 따라, 메탄하이드레이트가 액체가 되면 고체보다 상부의 무게를 버티는 힘이 약해져서, 해저지층이 무너져 채굴을 어렵게 하는 문제가 있다. Hot water injection method and decompression method are typical methods of extracting methane from methane hydrate. Hot water injection is a method of dissolving methane hydrate by adding hot water, and decompression method is a method of separating methane by lowering the pressure of the methane hydrate layer. However, these methods convert methanehydrate, which is a solid, into a liquid. Accordingly, when the methane hydrate becomes a liquid, the force that bears the weight of the upper portion is weaker than that of the solid, so that the seabed layer collapses, making it difficult to mine.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 메탄하이드레이트의 채굴을 용이하게 하는 메탄하이드레이트 채굴설비 및 이를 구비한 선박을 제공하는 것이다. The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a methane hydrate mining facility and a ship having the same to facilitate the mining of methane hydrate.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따르면, 해저지층에 매장된 메탄하이드레이트를 채굴하는 채굴설비로서, 가스를 저장하는 가스탱크, 일단부가 상기 가스탱크에 연통되어 있으며 타단부는 상기 해저지층에 삽입가능하게 형성된 가스공급관, 상기 가스공급관이 삽입되는 시추공을 형성하는 드릴링장치, 상기 해저지층에서 발생한 메탄을 포집하는 메탄포집부를 포함하는 메탄하이드레이트 채굴설비가 제공된다.In order to achieve the above object, according to the present invention, a mining facility for mining methane hydrate buried in the seabed layer, a gas tank for storing gas, one end is in communication with the gas tank and the other end is inserted into the seabed layer A methane hydrate mining facility including a gas supply pipe formed possibly, a drilling apparatus for forming a borehole into which the gas supply pipe is inserted, and a methane collecting unit for collecting methane generated in the seabed is provided.

상기 가스탱크는 이산화탄소를 포함하는 가스의 저장이 가능하다.The gas tank is capable of storing a gas containing carbon dioxide.

상기 드릴링장치는 시추작업이 수행되는 공간을 형성하는 라이저를 포함하고, 상기 가스공급관은 상기 라이저 내부에 설치될 수 있다.The drilling apparatus may include a riser forming a space in which the drilling operation is performed, and the gas supply pipe may be installed inside the riser.

상기 메탄포집부는, 상기 해저지층 내의 메탄을 포집하는 메탄포집관, 상기 메탄 포집관과 유체소통이 가능하게 연결되어 있으며 해수면 아래에서 부유하는 해저부이, 상기 해저부이와 착탈가능한 터릿을 포함할 수 있다.The methane collecting unit may include a methane collecting tube for collecting methane in the seabed layer, a seabed which is connected in fluid communication with the methane collecting tube and floats below the sea surface, and a turret detachable from the seabed. .

본 발명의 다른 측면에 따르면, 가스를 저장하는 가스탱크, 일단부가 상기 가스탱크에 연통되어 있으며 타단부는 상기 해저지층에 삽입가능하게 형성된 가스공급관, 상기 가스공급관의 타단부를 상기 해저지층에 삽입되게 설치하는 드릴링장치, 상기 해저지층에서 발생한 메탄을 포집하는 메탄포집부를 포함하는 메탄하이드레이트 채굴설비 및 상기 메탄포집부와 연통되고 메탄을 저장하는 메탄저장부를 포함하는 메탄하이드레이트 채굴설비를 구비한 선박이 제공된다.According to another aspect of the present invention, a gas tank for storing gas, one end portion is in communication with the gas tank and the other end is inserted into the seabed bottom layer, the other end of the gas supply pipe is inserted into the bottom layer The ship is equipped with a methane hydrate mining facility including a drilling device installed so that the methane hydrate mining facility including a methane collecting unit for collecting methane generated in the seabed and the methane storage unit communicating with the methane collecting unit. Is provided.

상기 메탄포집부는 상기 해저지층 내의 메탄을 포집하는 메탄포집관에 연결된 해저부이와 착탈이 가능한 터릿을 포함하며, 상기 해저부이와 상기 메탄저장부를 연통시키는 메탄공급관을 더 포함할 수 있다.The methane collecting unit may include a turret detachable from a seabed buoy connected to the methane collecting pipe collecting the methane in the seabed, and may further include a methane supply pipe communicating the seabed buoy with the methane storage unit.

상기 메탄저장부는, 상기 메탄을 액화하는 액화장치와, 상기 액화된 메탄을 저장하는 액체화물카고를 포함할 수 있다.The methane storage unit may include a liquefaction apparatus for liquefying the methane, and a liquid cargo cargo for storing the liquefied methane.

본 발명은 고체상태의 메탄하이드레이트에서 메탄을 채굴할 수 있게 함으로 써, 메탄의 채굴을 용이하게 할 수 있다.The present invention enables the mining of methane in the solid state methane hydrate, thereby facilitating the extraction of methane.

또한, 본 발명은 온실가스인 이산화탄소를 해저지층에 매립할 수 있다.In addition, the present invention can be embedded in the seabed layer of carbon dioxide that is a greenhouse gas.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 메탄하이드레이트 채굴설비를 구비한 선박을 나타낸 측면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 메탄하이드레이트 채굴설비를 구비한 선박의 메탄포집부를 나타낸 단면도이며, 도 3은 메탄하이드레이트에서 이산화탄소와 메탄의 치환을 나타낸 개념도이다.1 is a side view showing a ship having a methane hydrate mining facility according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view showing a methane collecting unit of a ship provided with a methane hydrate mining facility according to an embodiment of the present invention. 3 is a conceptual diagram showing the substitution of carbon dioxide and methane in methane hydrate.

본 발명의 일 실시예에 따른 채굴설비를 구비한 선박은, 가스탱크(10), 가스공급관(20), 드릴링장치(30), 메탄포집부(40) 및 메탄저장부(50)를 포함한다.Vessel equipped with a mining facility according to an embodiment of the present invention, the gas tank 10, the gas supply pipe 20, drilling device 30, methane collecting unit 40 and methane storage unit 50 .

가스탱크(10)는, 메탄하이드레이트에서 메탄을 채굴할 때 사용되는 가스를 저장하는 부분이다. 메탄하이드레이트에서 메탄을 분리시키는 대표적인 가스로는 이산화탄소가 있다. The gas tank 10 is a part for storing a gas used when mining methane from methane hydrate. Representative gas for separating methane from methane hydrate is carbon dioxide.

도 3에 나타난 바와 같이, 이산화탄소는 메탄하이드레이트를 만나면 물 분자로 이루어진 캡슐에서 메탄을 밀어내고 그 자리를 차지한다. 이에 따라, 이산화탄소를 해저지층에 주입하면 메탄하이드레이트를 고체상태로 유지시키면서 메탄을 채굴할 수 있어서, 메탄의 채굴이 용이해진다. 또한, 온실가스인 이산화탄소를 대신 해저지층(1, 도 1 참조)에 가두는 효과도 있다.As shown in FIG. 3, when carbon dioxide encounters methane hydrate, carbon dioxide pushes methane out of the capsule of water molecules and takes its place. As a result, when carbon dioxide is injected into the seabed, the methane can be mined while maintaining the methane hydrate in a solid state, so that the methane can be easily mined. In addition, there is also the effect of trapping carbon dioxide, which is a greenhouse gas, in the seabed layer 1 (see FIG. 1).

가스탱크(10)는 메탄 채굴에 이용되는 이산화탄소를 포함하는 가스의 저장이 가능하게 형성된다. 여기서, 가스탱크(10)가 이산화탄소를 저장하는 것으로만 한정되지는 않으며, 이산화탄소와 함께 또는 단독으로 메탄하이드레이트에서 메탄을 분리할 수 있는 다양한 가스를 저장할 수 있다.The gas tank 10 is formed to enable the storage of a gas containing carbon dioxide used for methane mining. Here, the gas tank 10 is not limited to storing carbon dioxide, and may store various gases capable of separating methane from methane hydrate together with carbon dioxide or alone.

도 1에 나타난 바와 같이, 본 실시예의 선박은 메탄하이드레이트를 채굴할 수 있도록 개량된 부유식 천연가스 생산저장설비(LNG FPSO, Floating Production Storage Offloading)이다. 여기서, 가스탱크(10)는 선박의 갑판에 탑재되어 있다.As shown in Figure 1, the ship of the present embodiment is a floating natural gas production storage facility (LNG FPSO, Floating Production Storage Offloading) improved to mine the methane hydrate. Here, the gas tank 10 is mounted on the deck of the ship.

가스공급관(20)은, 메탄하이드레이트가 매장된 해저지층(1)에 가스를 공급하는 부분이다. 이를 위해, 일단부가 가스탱크(10)에 연통되어 있으며, 타단부는 해저지층(1)에 삽입가능하게 형성되어 있다. The gas supply pipe 20 is a portion for supplying gas to the seabed layer 1 in which methane hydrate is buried. To this end, one end is in communication with the gas tank 10, the other end is formed to be inserted into the seabed layer (1).

도 1에 나타난 바와 같이, 본 실시예의 가스공급관(20)은 가스탱크(10)와 연통되고, 선박의 바닥을 지나서 해저지층(1)으로 연결되어 있다.As shown in FIG. 1, the gas supply pipe 20 of this embodiment communicates with the gas tank 10 and is connected to the seabed layer 1 through the bottom of the vessel.

드릴링장치(30)는, 메탄하이드레이트의 채굴에 필요한 시추작업을 수행하는 부분이다. 구체적으로, 드릴링장치(30)는 해저지층(1)에 가스공급관(20)이 삽입되는 시추공을 형성한다. 또한, 채굴에 필요한 설비가 장착될 수 있도록 다양한 시추작업을 수행할 수 있다.Drilling device 30 is a portion for performing the drilling work required for the mining of methane hydrate. Specifically, the drilling device 30 forms a borehole into which the gas supply pipe 20 is inserted into the seabed layer 1. In addition, it is possible to perform a variety of drilling operations to be equipped with the equipment required for mining.

도 1에 나타난 바와 같이, 본 실시예의 드릴링장치(30)는 선박의 갑판에 탑 재되는 드릴링 타워를 포함한다. 선박에서 드릴링타워가 장착된 부분은 관통홀이 형성되어 있어서, 관통홀을 통하여 시추작업이 수행된다.As shown in Figure 1, the drilling device 30 of this embodiment includes a drilling tower mounted on the deck of the ship. In the ship, the drilling tower is equipped with a through hole is formed, the drilling operation is performed through the through hole.

여기서, 드릴링장치(30)는, 시추작업이 수행되는 공간을 형성하는 라이저(32)를 포함할 수 있다. 라이저(32)는 시추작업 시에 사용되는 드릴 파이프(drill pipe, 미도시) 등을 보호하는 역할을 한다. 그리고, 시추공에 삽입되어 설치되는 가스공급관(20)이 보호되도록, 시추작업 후에는 가스공급관(20)이 라이저(32) 내부에 설치될 수 있다.Here, the drilling device 30 may include a riser 32 forming a space in which the drilling operation is performed. The riser 32 serves to protect a drill pipe (not shown) used for drilling. In addition, the gas supply pipe 20 may be installed inside the riser 32 after the drilling operation so that the gas supply pipe 20 inserted into the borehole is protected.

메탄포집부(40)는, 메탄하이드레이트가 매장된 해저지층(1)에 가스를 주입하여 발생된 메탄을 포집하는 부분이다. 여기서, 효율적인 채굴작업을 위하여, 메탄포집부(40)에 STL시스템(Submerged Turret Loading System)을 적용할 수 있다.The methane collection part 40 is a part which collects methane produced | generated by injecting gas into the seabed layer 1 in which methane hydrate was buried. Here, for efficient mining operation, the STL system (Submerged Turret Loading System) may be applied to the methane collecting unit 40.

도 2에 나타난 바와 같이, 본 실시예의 메탄포집부(40)는 STL시스템을 적용하여, 선박에 설치되는 터릿(46) 그리고 선박과 별도로 설치되는 메탄포집관(42) 및 해저부이(44)를 포함한다.As shown in Figure 2, the methane collecting unit 40 of the present embodiment is applied to the STL system, the turret 46 is installed on the ship and the methane collecting pipe 42 and the seabed is installed separately from the vessel 44 Include.

메탄포집관(42)은 해저지층(1) 내의 메탄을 포집하는 부분이고, 해저부이(44)는 포집된 메탄을 선박에 전달할 수 있도록 선박의 터릿(46)과 연결되는 부분이다. 이를 위해, 해저부이(44)는 메탄포집관(42)과 유체소통이 가능하게 연결되어 있으며, 해수면 아래에서 부유할 수 있도록 형성된다. 이에 따라, 선박을 해저부이(44) 위쪽에 위치시킨 후에, 해저부이(44)와 착탈가능하게 형성된 터릿(46)에 해저부이(44)를 결합시킬 수 있다. 그리고, 선박에 해저부이(44)가 연결되면, 후술 할 메탄저장부(50)와 연통된 메탄공급관(52)이 해저부이(44)에 연결되어 포집된 메탄이 선박에 저장된다.The methane collecting pipe 42 is a portion collecting methane in the seabed layer 1, and the seabed 44 is a portion connected to the turret 46 of the ship so as to transfer the collected methane to the ship. To this end, the seabed 44 is connected to the methane collecting pipe 42 in fluid communication, and is formed to float below the sea level. Accordingly, after the vessel is positioned above the seabed 44, the seabed 44 can be coupled to the turret 46 detachably formed with the seabed 44. Then, when the seabed 44 is connected to the vessel, the methane supply pipe 52 connected to the methane storage unit 50 to be described later is connected to the seabed 44, the collected methane is stored in the vessel.

본 실시예에서는 STL시스템이 적용된 메탄포집부(40)를 제시하였으나 이에 한정되지는 않으며, 선박에 탑재되어 있다가 직접 해저지층(1)에 삽입되는 메탄포집관(42)과 같이 메탄포집부(40)는 당업자에게 변형이 가능한 다양한 형태로 실시될 수 있다.In this embodiment, the methane collecting unit 40 to which the STL system is applied is presented, but is not limited thereto. The methane collecting unit 42 is mounted on a ship and is inserted into the seabed layer 1 directly. 40 may be implemented in various forms that can be modified by those skilled in the art.

메탄저장부(50)는 메탄포집부(40)에 의해 모아진 메탄을 저장하는 부분이다. 여기서, 메탄저장부(50)는 메탄을 액화하는 액화장치와, 액화된 메탄을 저장하는 액체화물카고를 포함하여 이루어질 수 있다. 액화된 메탄은 기체상태의 메탄에 비해 그 부피가 현저하게 작으므로, 액화장치를 구비한 메탄저장부(50)는 효율적인 메탄의 저장이 가능하다.Methane storage unit 50 is a portion for storing the methane collected by the methane collecting unit 40. Here, the methane storage unit 50 may include a liquefaction apparatus for liquefying methane, and a liquid cargo cargo for storing the liquefied methane. Since liquefied methane is significantly smaller in volume than gaseous methane, the methane storage unit 50 having a liquefaction device can efficiently store methane.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 따른 메탄하이드레이트 채굴설비 및 이를 구비한 선박에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.Although the above has been described with respect to the methane hydrate mining facility and the ship provided with the same, the spirit of the present invention is not limited to the embodiments presented herein, those skilled in the art to understand the spirit of the present invention Within the scope of the same idea, other embodiments may be easily proposed by adding, changing, deleting or adding components, but this will also fall within the scope of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 메탄하이드레이트 채굴설비를 구비한 선박을 나타낸 측면도.1 is a side view showing a ship having a methane hydrate mining facility according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 메탄하이드레이트 채굴설비를 구비한 선박의 메탄포집부를 나타낸 단면도.Figure 2 is a cross-sectional view showing the methane collecting portion of the ship with a methane hydrate mining facility according to an embodiment of the present invention.

도 3은 메탄하이드레이트에서 이산화탄소와 메탄의 치환을 나타낸 개념도.3 is a conceptual diagram showing the substitution of carbon dioxide and methane in methane hydrate.

-도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명-Explanation of symbols on main parts of drawing

1: 해저지층 10: 가스탱크1: undersea layer 10: gas tank

20: 가스공급관 30: 드릴링장치20: gas supply pipe 30: drilling device

32: 라이저 40: 메탄포집부32: riser 40: methane collector

42: 메탄포집관 44: 해저부이42: methane collecting pipe 44: seabed buoy

46: 터릿 50: 메탄저장부46: turret 50: methane storage

52: 메탄공급관52: methane supply pipe

Claims (7)

해저지층에 매장된 메탄하이드레이트를 채굴하는 채굴설비로서,As a mining facility for mining methane hydrate buried in the seabed, 가스를 저장하는 가스탱크;A gas tank for storing gas; 일단부가 상기 가스탱크에 연통되어 있으며, 타단부는 상기 해저지층에 삽입가능하게 형성된 가스공급관;A gas supply pipe whose one end is in communication with the gas tank and whose other end is inserted into the sea bed; 상기 가스공급관이 삽입되는 시추공을 형성하는 드릴링장치; 및A drilling device to form a borehole into which the gas supply pipe is inserted; And 상기 해저지층에서 발생한 메탄을 포집하는 메탄포집부를 포함하는 메탄하이드레이트 채굴설비.Methane hydrate mining facility comprising a methane collecting unit for collecting methane generated in the seabed. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 가스탱크는, 이산화탄소를 포함하는 가스의 저장이 가능한 것을 특징으로 하는 메탄하이드레이트 채굴설비.The gas tank, methane hydrate mining facility, characterized in that the storage of gas containing carbon dioxide. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 드릴링장치는, 시추작업이 수행되는 공간을 형성하는 라이저(riser)를 포함하고,The drilling device includes a riser (riser) to form a space in which the drilling operation is performed, 상기 가스공급관은 상기 라이저 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 메탄하 이드레이트 채굴설비.The gas supply pipe is a methane hydrate mining facility, characterized in that installed in the riser. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 메탄포집부는,The methane collecting unit, 상기 해저지층 내의 메탄을 포집하는 메탄포집관;A methane collecting tube for collecting methane in the seabed; 상기 메탄 포집관과 유체소통이 가능하게 연결되어 있으며, 해수면 아래에서 부유하는 해저부이(subsea buoy); 및A subsea buoy that is in fluid communication with the methane collection tube and floats below the sea level; And 상기 해저부이와 착탈가능한 터릿(turret)을 포함하는 것을 특징으로 하는 메탄하이드레이트 채굴설비.Methane hydrate mining facility comprising a turret detachable to the seabed buoy. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 메탄하이드레이트 채굴설비; 및Methane hydrate mining equipment according to any one of claims 1 to 3; And 상기 메탄포집부와 연통되고 메탄을 저장하는 메탄저장부를 포함하는 메탄하이드레이트 채굴설비를 구비한 선박.A ship having a methane hydrate mining facility in communication with the methane collecting unit and including a methane storage unit for storing methane. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 메탄포집부는, 상기 해저지층 내의 메탄을 포집하는 메탄포집관에 연결된 해저부이와 착탈이 가능한 터릿을 포함하며,The methane collecting unit includes a turret detachable with a seabed buoy connected to a methane collecting pipe for collecting methane in the seabed layer, 상기 해저부이와 상기 메탄저장부를 연통시키는 메탄공급관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 메탄하이드레이트 채굴설비를 구비한 선박.And a methane supply pipe for communicating the seabed with the methane reservoir. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 메탄저장부는,The methane storage unit, 상기 메탄을 액화하는 액화장치와;A liquefaction apparatus for liquefying the methane; 상기 액화된 메탄을 저장하는 액체화물카고를 포함하는 것을 특징으로 하는 메탄하이드레이트 채굴설비를 구비한 선박.A ship having a methane hydrate mining facility comprising a liquid cargo cargo for storing the liquefied methane.
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