KR20120035432A

KR20120035432A - 상하동요 보상장치

Info

Publication number: KR20120035432A
Application number: KR1020100096935A
Authority: KR
Inventors: 김대업
Original assignee: 주식회사 칸
Priority date: 2010-10-05
Filing date: 2010-10-05
Publication date: 2012-04-16
Also published as: KR101219575B1

Abstract

본 발명은 시추를 위한 해양 설비의 상하동요에 대한 보상 장치에 관한 것으로, 해상에서의 시추작업시 시추장비나 시스템에 작용하는 상하동요(heave)의 영향을 감소시키는 장치이다.
본 발명은 데릭이 설치된 시추용 해양 설비의 상하동요에 대한 보상 장치에 있어서, 상기 데릭의 상부에 설치되며, 내부에 2개 이상의 시브를 포함하고, 상기 시브에 감긴 와이어에 의해 상기 와이어와 연결된 트래블링 블록을 상하로 이동시키는 크라운 블록; 상기 시추용 해양 설비의 상하동요를 보상하기 위해 상기 크라운 블록을 안정적으로 상하이동시키도록 상기 데릭의 상부에 고정되어 있는 상하이동부재; 상기 크라운 블록의 상단부와 힌지형태로 연결되는 로드를 갖는 상부 실린더; 상기 상부 실린더에 연결되어, 상기 상부 실린더를 상기 데릭의 상부에 고정 지지하는 지지수단; 본체가 상기 데릭의 상부와 연결되고, 로드가 상기 크라운 블록의 측면과 연결되며, 상기 크라운 블록의 중심축에 대해 경사지도록 설치되는 2개 이상의 하부 실린더; 및 일단이 상기 크라운 블록의 측면과 힌지형태로 연결되고, 타단이 상기 데릭의 상부와 힌지형태로 연결되어, 상기 시추용 해양 설비의 상하동요를 보상하면서 상기 크라운 블록의 시브에 감긴 와이어를 드로웍스 및 앵커로 각각 연결시키는 한 쌍의 로커암;을 포함하는 상하동요 보상장치이다.

Description

상하동요 보상장치{Heave Compensator}

본 발명은 시추를 위한 해양 설비의 상하동요에 대한 보상 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 해상에서의 시추작업시 시추장비나 시스템에 작용하는 상하동요(heave)의 영향을 감소시키는 장치에 관한 것이다.

국제적인 급격한 산업화 현상과 공업이 발전함에 따라 석유와 같은 지구 자원의 사용량은 점차 증가하고 있으며, 이에 따라 오일의 안정적인 생산과 공급이 전 지구적인 차원에서 대단히 중요한 문제로 떠오르고 있다.

이러한 이유로 최근에는 지금까지 경제성이 없어 무시되어 왔던 군소의 한계 유전이나 심해유전의 개발이 경제에 적합한 다양한 해양설비가 개발되고 있다.

이러한 해양설비에는 부유식 해양설비, 반잠수식 해양설비, 고정식 해양설비, 승강식해양설비, 시추선(이하, '시추선'이라 한다) 등과 같은 다양한 형태가 있다.

해저의 지하에 존재하는 석유나 가스 등을 시추하기 위해서는 각종 시추장비를 갖춘 해양설비 내에 해저의 지하에 존재하는 석유나 가스 등을 시추하기 위한 라이저(riser) 또는 드릴 파이프(drill pipe)등을 고정시켜 해저면까지 내려보내어 시추 작업을 실시한다.

이 때, 라이저 또는 드릴 파이프 등은 해저 수천미터를 내려가므로 파도나 해상 조건에 의한 시추선의 움직임이 과도하게 발생하면 라이저 또는 드릴 파이프 등에 손상이 발생하게 되고, 이는 시추작업의 중단을 초래하여 많은 재정적인 손해가 발생하게 된다.

따라서, 해저의 지하에 존재하는 석유나 가스 등을 시추하기 위해서는 육상플랜트의 시추장비와는 달리 시추선의 움직임을 보상하는 장치(compensator)가 필요하다.

시추선이 해상 조건에 대해 영향을 받아 움직이는 경우 선박은 병진운동(전후동요(surge), 좌우동요(sway), 상하동요(heave))과 회전운동(횡동요(roll), 종동요(pitch), 선수동요(yaw))으로 정의되는 선체운동을 하게 되며, 이러한 선체운동이 최소화되도록 설계하여 해저와 연결되는 시추장비들의 손상을 방지해야한다.

이러한 해상에서의 선체운동은 밸러스트(ballast) 시스템과 DP(dynamic positioning) 시스템에 의해 상당부분 보상이 이루어지고 있으나, 상하동요(heave)는 별도의 보상장치인 상하동요 보상장치(heave Compensator)가 필요하다.

상하동요 보상장치의 구동방식으로는 전기와 유압을 이용하는 2가지 방식이 있다. 전기식 상하동요 보상장치의 경우에는 드로웍스(drawworks)를 이용하여 와이어(wire)를 통해 보상(compensating)하는 것이고, 유압식 상하동요 보상장치의 경우에는 드로웍스(drawworks)에 별도의 유압실린더를 추가로 사용하여 보상(compensating)을 하는 방식이다.

이러한 상하동요 보상장치는 시추장비의 수명 및 시추기간 등에 막대한 영향을 미치므로 시추 비용을 감소시키기 위해서는 상하동요 보상장치의 신뢰성 향상에 대한 많은 연구가 필요하다.

따라서, 본 발명은 상기 사정을 감안하여 발명한 것으로서, 종래 시추를 위한 해양설비의 상하동요 보상장치의 문제점인 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 크라운 블록(crown block)에 보조 구조물을 설치하고, 상하동요 보상용 실린더를 부가설치하여 상하동요를 보상하는 장치를 제공하고자 하는 데에 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 상하동요 보상장치는, 데릭이 설치된 시추용 해양 설비의 상하동요를 보상하는 상하동요 보상장치에 있어서,상기 데릭의 상부에 설치되며, 내부에 2개 이상의 시브를 포함하고, 상기 시브에 감긴 와이어에 의해 상기 와이어와 연결된 트래블링 블록을 상하로 이동시키는 크라운 블록;상기 시추용 해양 설비의 상하동요를 보상하기 위해 상기 크라운 블록을 안정적으로 상하이동시키도록 상기 데릭의 상부에 고정 설치되는 상하이동부재;상기 크라운 블록의 상단부와 연결되는 로드를 갖는 상부 실린더;상기 상부 실린더에 연결되어, 상기 상부 실린더를 고정 지지하는 지지 수단;본체가 상기 데릭의 상부와 연결되고, 로드가 상기 크라운 블록의 측면과 연결되며, 상기 크라운 블록의 중심축에 대해 경사지도록 설치되는 2개 이상의 하부 실린더; 및 일단이 상기 크라운 블록의 측면과 힌지형태로 연결되고, 타단이 상기 데릭의 상부와 힌지형태로 연결되어, 상기 시추용 해양 설비의 상하동요를 보상하면서 상기 크라운 블록의 시브에 감긴 와이어를 드로웍스 및 앵커로 각각 연결시키는 한 쌍의 로커암;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 상하이동부재는 상하방향으로 길게 연장된 가이드 레일이 설치되고;상기 크라운 블록의 좌우 양측에는 하나 이상의 가이드 롤러가 설치되며;상기 가이드 롤러는 상기 가이드 레일을 따라 상하 방향으로 가이드되는 것;을 특징으로 한다.

상기 지지수단에는 2 이상의 와이어를 더 포함하고, 상기 2 이상의 와이어는 와이어에 작용하는 인장력의 중심점이 일치하도록 상부 실린더의 주위에 배치되며, 와이어의 일단은 데릭 또는 데릭 상부에 고정설치된 구조물에 고정시키고, 타단은 상부 실린더에 고정하하는 것;을 특징으로 한다.

상기 상부 실린더 또는 상기 하부 실린더는 적어도 하나가 제어장비에 의해 자동으로 유압의 흡입 및 토출이 가능한 것;을 특징으로 한다.

상기 상부 실린더의 로드는 상기 크라운 블록의 상단부와 힌지형태로 연결되고, 상기 상부 실린더의 로드와 상기 크라운 블록의 중심축이 일치되는 것;을 특징으로 한다.

상기 2개 이상의 하부 실린더는 상기 데릭의 상부와 힌지형태로 연결되며, 상기 2개 이상의 하부 실린더의 로드는 상기 크라운 블록의 측면과 힌지형태로 연결되는 것;을 특징으로 한다.

상기 2개 이상의 하부실린더는 서로 대향되도록 설치되는 것;을 특징으로 한다.

상기 한쌍의 로커암은 서로 대향되도록 설치되는 것;을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 상하동요 보상장치는, 데릭이 설치된 시추용 해양 설비의 상하동요를 보상하는 상하동요 보상장치에 있어서, 상기 데릭의 상부에 설치되는 크라운 블록을 안정적으로 상하이동시키며, 상기 크라운 블록의 상단부와 연결된 상부 실린더와 상기 크라운 블록의 측면에 경사지도록 연결되는 하부 실린더에 의해 상하동요를 보상하면서, 한 쌍의 로커암에 의해 트래블링 블록을 상하로 이동하는 것;을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 종래 상하동요 보상장치에 상하동요 보상용 실린더 및 크라운 블록용 보조 구조물을 설치하여, 상하동요의 보상에 대한 신뢰성을 높일 수 있고, 또한 상하동요 보상에 대한 오차(variation)를 대폭 감소시킬 수 있다.

또한, 상하동요를 저감시킴으로써 시추 설비들의 내구성을 증가시킬 수 있다.

또한, 시추용 파이프 및 라이저 등 시추를 위한 해양설비와 해저를 연결하는 각종 관들의 수명을 연장시킬 수 있어, 각종 관들의 교체주기를 늘려 시추기간을 단축하여 시추작업의 경제적인 효율성을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 상하동요 보상장치를 개략적으로 도시한 정면도.
도 2은 본 발명에 따른 상하동요 보상장치가 해양설비의 상방 움직임을 보상하기 위해 크라운 블록을 하방으로 내린 상태를 개략적으로 도시한 정면도.
도 3는 도 1의 A-A 단면을 개략적으로 도시한 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.

본 명세서에서 시추선이란, 시추를 위한 설비를 갖추고 있는 해양설비를 의미하므로, 고정식ㆍ부유식ㆍ승강식ㆍ잠수식 해양설비 등을 모두 포함한다. 따라서, 반잠수정, 잠수정, 시추선(drill ship), 함재정(barge rigs), 플랫폼 시추설비(platform rigs) 등과 같은 시추 설비를 모두 포함한다.

도 1은 본 발명에 따른 상하동요 보상장치를 개략적으로 도시한 정면도이며, 도 2은 본 발명에 따른 상하동요 보상장치가 해양설비의 상방 움직임을 보상하기 위해 크라운 블록을 하방으로 내린 상태를 개략적으로 도시한 정면도이며, 도 3는 도 1의 A-A 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.

일반적으로 시추용 장비들은 고가이고, 시추용 장비의 임대료는 하루에 US $400,000 내지 $500,000 이 넘으므로, 시추용 장비들의 내구성 및 시추기간 단축은 시추작업의 경제적인 측면에서 중요한 부분으로 작용한다.

따라서, 시추용 장비들의 수명 연장 및 시추기간 단축을 위해서 착안된 본 발명은 크라운 블록(crown block, 30), 상하이동부재(60), 상부 실린더(10), 지지 수단(15), 하부 실린더(20), 한 쌍의 로커암(50)으로 구성된다.

크라운 블록(30)은 데릭(90)의 상부에 설치되며, 내부에 2개 이상의 시브(sheave, 36)를 포함하고 있고, 외부는 케이싱(37)에 의해 둘러 싸여 있으며, 케이싱은 시브(36)에 감긴 와이어(wire, 35)가 외부와 통할 수 있도록 제작된다.

2개 이상의 시브(sheave, 36)에는 트래블링 블록(travelling block, 미도시)과 연결되어 있는 와이어(wire, 35)가 감겨있으며. 와이어(35)의 일단은 드로웍스(drawworks, 미도시)에 연결되고, 타단은 앵커(anchor, 미도시)에 고정되어 있다.

와이어(35)는 드로웍스(drawworks)에 의해 감기거나 풀리는 동작에 의해 와이어(35)에 연결되어 있는 트래블링 블록(travelling block)을 상하로 이동시킬 수 있으며, 이로써 트래블링 블록에 연결되어 있는 시추용 관들이 해저로 내려가거나 해상으로 올라올 수 있게 된다.

상하이동부재(60)는 시추용 해양 설비의 상하동요를 보상하기 위해 크라운 블록(30)을 안정적으로 상하이동시키도록 데릭(90)의 상부에 고정 설치된다.

상하이동부재(60)에는 크라운 블록(30)을 안정적으로 상하이동시킬 수 있도록 상하방향으로 길게 연장된 가이드 레일(66)을 설치할 수 있고, 크라운 블록(30)의 케이싱(37) 좌우 양측에는 하나 이상의 가이드 롤러(65)를 설치하여 가이드 롤러(65)가 가이드 레일(66)을 따라서 상하방향으로 가이드 되면서 움직일 있도록 구성할 수 있다.

상부 실린더(10)는 크라운 블록(30)의 상단부와 힌지형태로 연결되는 로드를 포함하며, 상부 실린더(10)의 로드와 상기 크라운 블록(30)의 중심 수직축은 일치한다. 상부 실린더의 로드가 힌지형태(40)로 크라운 블록(30)과 연결됨으로써 크라운 블록(30)이 상하로 이동하면서 생기는 미세한 요동을 힌지가 흡수할 수 있다.

지지수단(15)은 상부 실린더에 연결되어, 상부 실린더를 고정 지지한다. 지지 수단(15)은 상부 실린더(10)를 선체상에 고정지지하기 위한 것이므로, 도 1에서와 같이 별도의 구조물을 선체에 고정된 데릭의 상부에 설치하거나, 데릭 상부에 추가로 고정 설치된 구조물(예를 들어, 데릭 상부에 고정설치되는 상하동요 보상장치를 위한 구조물 등)에 설치하여 상부 실린더(10)를 고정 지지할 수 있다.

또한, 지지수단(15)에 추가로 2 이상의 와이어를 상부 실린더가 힘의 평형상태를 유지하면서 선체상에 고정될 수 있도록 추가 설치한다면 상부 실린더(10)를 더욱 안정되도록 고정 지지할 수 있을 것이다. 이 때 2 이상의 와이어의 일단은 상부 실린더에 고정하고, 타단은 데릭 또는 데릭의 상부에 고정설치된 구조물에 인장력이 평형상태를 유지하도록 설치하여야 할 것이다.

하부 실린더(20)의 본체는 데릭(90)의 상부와 힌지형태(40)로 연결되고, 로드는 크라운 블록(30)의 측면과 힌지형태(40)로 연결되면서, 하부 실린더(20)가 크라운 블록의 중심 수직축에 대해 경사지도록 2개 이상 설치된다. 로드가 힌지형태로 크라운 블록의 측면에 연결됨으로써 크라운 블록(30)이 상하로 이동하면서 생기는 미세한 요동을 힌지가 흡수할 수 있다.

2개 이상의 하부 실린더(20)를 설치한다면, 1개의 하부 실린더를 사용한 경우보다 해양 설비의 상하운동 보상의 신뢰성 및 효율성을 더 높일 수 있으며, 보상에 대한 오차(variation)도 감소 시킬 수 있다.

또한, 일부의 하부 실린더가 고장이 나더라도 나머지 하부 실린더로 고장을 수리하는 동안의 상하운동 보상을 가능케 할 수 있다.

하부 실린더(20)가 크라운 블록(30)의 중심축에 대해 경사지도록 설치됨으로써, 크라운 블록(30)의 수평방향 움직임에 대해서도 지지할 수 있게 되어 크라운 블록(30)의 수평방향 움직임도 흡수할 수 있게 된다.

1쌍의 하부 실린더(20)를 설치할 때는 대향이 되도록 설치하여야 크라운 블록(30)의 수평방향 움직임을 한 쪽으로 치우쳐지지 않게 보상할 수 있을 것이다.

3 개 이상의 하부 실린더(20)를 설치한다면, 정다각형이 되도록 각각의 실린더를 크라운 블록(30)의 주위에 배치하여야 크라운 블록(30)의 수평방향 움직임을 각각의 실린더에 의해 어느 한 쪽으로 치우쳐 지지 않게 보상할 수 있을 것이다.

하부 실린더(20)는 도 3에 도시된 바와 같이 데릭 상부의 4개의 꼭지점 부분에서 대향 되도록 2쌍을 설치할 수도 있다.

또한, 상부 실린더(10), 하부 실린더(20), 또는 상부 실린더(10) 및 하부 실린더(20)는 유압이 강제로 흡입ㆍ배출될 수 있도록 설계하여, 유압의 흡입ㆍ배출을 제어장비가 제어를 할 수 있도록 구성한다면 더욱 세밀한 상하동요의 보상이 가능해 질 것이다. 이 때, 제어장비는 외력으로 인한 선체의 움직임을 센싱하여, 종전 위치와 현재 위치의 차를 고려하여 적절히 유압의 흡입ㆍ배출을 조절하는 신호를 내보내고, 조절 신호에 의해 실린더에 부착된 유압밸브의 개도가 조절되어 실린더의 움직임을 제어할 수 있다.

한 쌍의 로커암(50)은 일반적인 로커암을 사용할 수 있으며, 본 실시예에서는 2개의 서포트(support, 55)와 2개의 서포트 사이에 설치된 시브(56)로 구성하엿다.

한 쌍의 로커암(50)의 일단은 상기 크라운 블록(30)의 측면과 힌지형태(40)로 연결되고, 타단은 상기 데릭(90)의 상부와 힌지형태(40)로 연결되어, 상기 시추용 해양 설비의 상하동요를 보상하면서 상기 크라운 블록(30)의 시브(36)에 감긴 와이어를 드로웍스 및 앵커로 각각 연결시킨다.

한 쌍의 로커암(50)을 대향이 되도록 설치한다면, 위에서 설명하였듯이 2개 이상의 하부 실린더(20)를 대향이 되도록 설치하는 것과 동일하게 크라운 블록(30)의 수평방향 움직임을 흡수할 수 있게 돤다.

한 쌍의 로커암(50)은 하부실린더와 간섭이 발생하지 않도록 도 3에 도시된 바와 같이 설치된 2개 이상의 하부실린더 사이에 설치되어야 할 것이다.

이하, 이상에서 설명한 본 발명에 따른 상하동요 보상장치의 동작을 설명한다.

시추를 위한 해양설비가 파도 등에 의해 상방으로 움직일 때 시추용 관 등도 따라 신장되어 파손의 우려가 있으므로, 이를 방지하기 위해 도 2에 도시된 바와 같이 해양설비의 상방 움직임은 하부 실린더(20)의 로드가 후퇴하여 크라운 블록(30)의 가이드 롤러(65)가 상하이동부재(60)에 설치된 가이드 레일(66)을 따라 하방으로 내려오므로써 보상된다.

이 때, 상부 실린더(10)는 하부 실린더(20)와 함께 해양설비의 움직임이 보다 완벽히 보상될 수 있도록 상부 실린더(10)의 로드를 전진시켜 해양설비의 움직임을 보상한다.

시추를 위한 해양설비가 파도 등에 의해 하방으로 움직일 때는 앞서 설명한 해양설비가 상방으로 움직일 때의 동작이 역으로 이루어져 해양설비의 하방으로의 움직임을 보상할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경의 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

10 : 상부 실린더 15 : 지지 수단
20 : 하부 실린더 30 : 크라운 블록
35 : 와이어 36 : 시브
37 : 케이싱 40 : 힌지
50 : 로커암 55 : 서포트
56 : 시브 60 : 상하이동부재
65 : 가이드 롤러 66 : 가이드 레일
90 : 데릭

Claims

데릭이 설치된 시추용 해양 설비의 상하동요를 보상하는 상하동요 보상장치에 있어서,
상기 데릭의 상부에 설치되며, 내부에 2개 이상의 시브를 포함하고, 상기 시브에 감긴 와이어에 의해 상기 와이어와 연결된 트래블링 블록을 상하로 이동시키는 크라운 블록;
상기 시추용 해양 설비의 상하동요를 보상하기 위해 상기 크라운 블록을 안정적으로 상하이동시키도록 상기 데릭의 상부에 고정 설치되는 상하이동부재;
상기 크라운 블록의 상단부와 연결되는 로드를 갖는 상부 실린더;
상기 상부 실린더에 연결되어, 상기 상부 실린더를 고정 지지하는 지지 수단;
본체가 상기 데릭의 상부와 연결되고, 로드가 상기 크라운 블록의 측면과 연결되며, 상기 크라운 블록의 중심 수직축에 대해 경사지도록 설치되는 2개 이상의 하부 실린더; 및
일단이 상기 크라운 블록의 측면과 힌지형태로 연결되고, 타단이 상기 데릭의 상부와 힌지형태로 연결되어, 상기 시추용 해양 설비의 상하동요를 보상하면서 상기 크라운 블록의 시브에 감긴 와이어를 드로웍스 및 앵커로 각각 연결시키는 한 쌍의 로커암;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 상하동요 보상장치.
청구항 1에 있어서,
상기 상하이동부재는 상하방향으로 길게 연장된 가이드 레일이 설치되고;
상기 크라운 블록의 좌우 양측에는 하나 이상의 가이드 롤러가 설치되며;
상기 가이드 롤러는 상기 가이드 레일을 따라 상하 방향으로 가이드되는 것;
을 특징으로 하는 상하동요 보상장치.
청구항 1에 있어서,
상기 지지수단에는 2 이상의 와이어를 더 포함하며;
상기 2 이상의 와이어의 일단은 상기 상부 실린더에 고정시키고, 타단은 데릭 또는 데릭 상부에 고정설치된 구조물에 고정시키며;
상기 2 이상의 와이어에 작용하는 인장력은 상기 상부 실린더를 평형상태가 유지될 수 있도록 상기 상부 실린더의 주위에 배치하는 것;
을 특징으로 하는 상하동요 보상장치.
청구항 1에 있어서,
상기 상부 실린더 또는 상기 하부 실린더는 적어도 하나가 제어장비에 의해 자동으로 유압의 흡입 및 토출이 가능한 것;
을 특징으로 하는 상하동요 보상장치.
청구항 1에 있어서,
상기 상부 실린더의 로드는 상기 크라운 블록의 상단부와 힌지형태로 연결되고, 상기 상부 실린더의 로드와 상기 크라운 블록의 중심 수직축이 일치되는 것;
을 특징으로 하는 상하동요 보상장치.
청구항 1에 있어서,
상기 2개 이상의 하부 실린더는 상기 데릭의 상부와 힌지형태로 연결되며, 상기 2개 이상의 하부 실린더의 로드는 상기 크라운 블록의 측면과 힌지형태로 연결되는 것;
을 특징으로 하는 상하동요 보상장치.
청구항 1에 있어서,
상기 2개 이상의 하부실린더는 서로 대향되도록 설치되는 것;
을 특징으로 하는 상하동요 보상장치.
청구항 1에 있어서,
상기 한쌍의 로커암은 서로 대향되도록 설치되는 것;
을 특징으로 하는 상하동요 보상장치.
데릭이 설치된 시추용 해양 설비의 상하동요를 보상하는 상하동요 보상장치에 있어서,
상기 데릭의 상부에 설치되는 크라운 블록을 안정적으로 상하이동시키며, 상기 크라운 블록의 상단부와 연결된 상부 실린더와 상기 크라운 블록의 측면에 경사지도록 연결되는 하부 실린더에 의해 상하동요를 보상하면서, 한 쌍의 로커암에 의해 트래블링 블록을 상하로 이동하는 것;
을 특징으로 하는 상하동요 보상장치.