KR20130040195A - 온보드 부유 시추 설비와 온보드 부유 시추 설비의 작동 방법 - Google Patents

온보드 부유 시추 설비와 온보드 부유 시추 설비의 작동 방법 Download PDF

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KR20130040195A
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Abstract

본 발명은, 시추 라인의 풀림과 감김을 위한 드로워크스(2), 온보드 부유 시추 설비의 동적 위치유지용의 여러 개의 스러스터(3)들, 및 상기 스러스터(3)들과 상기 드로워크스(2)를 작동시키기 위한 하나 이상의 발전기(1)를 포함하는, 온보드 부유 시추 설비와 온보드 부유 시추 설비 작동 방법에 관한 것이다.

Description

온보드 부유 시추 설비와 온보드 부유 시추 설비의 작동 방법 {ONBOARD FLOATING DRILLING INSTALLATION AND METHOD FOR OPERATING AN ONBOARD FLOATING DRILLING INSTALLATION}
본 발명은, 시추 라인의 풀림(reeling out)과 감김(reeling in)을 위한 드로워크스(draw works), 온보드 부유 시추 설비의 동적 위치유지용의 여러 개의 스러스터(thruster)들, 및 상기 스러스터들과 상기 드로워크스를 작동시키기 위한 하나 이상의 발전기를 포함하는, 온보드 부유 시추 설비 작동 방법에 관한 것이다. 본 발명은, 추가로, 시추 라인의 풀림과 감김을 위한 드로워크스, 온보드 부유 시추 설비의 동적 위치유지용의 여러 개의 스러스터들, 및 상기 스러스터들과 상기 드로워크스를 작동시키기 위한 하나 이상의 발전기를 포함하는, 온보드 부유 시추 설비에 관한 것이다.
시추선들 또는 반잠수식 시추 리그들과 같은 온보드 부유 시추 설비들은, 시추 장비가 조립되는 해상 선박(maritime vessels)들이다. 온보드 부유 시추 설비들은, 통상적으로, 심해에서 신규 오일 또는 가스 유정(well)들의 탐사 시추를 위해서 사용되지만, 또한 과학적 시추를 위해서 사용될 수 있다. 이들 설비들은 수중에서 3500 ~ 4000 m 까지의 깊이를 시추할 수 있다. 대부분의 온보드 부유 시추 설비들에는 유정 위에서 위치를 유지하기 위한 동적 위치유지 시스템(dynamic positioning system)이 제공된다.
동적 위치유지 시스템은, 자체 프로펠러들과 스러스터들을 사용함으로써 온보드 부유 시추 설비들의 위치와 헤딩(heading)을 자동으로 유지하는 컴퓨터 제어식 시스템이다. 모션 센서들, 바람 센서들 및 자이로 콤파스들이 결합된 위치 기준 센서들은, 온보드 부유 시추 설비들의 위치와 그 위치에 영향을 미치는 환경적인 힘들의 크기와 방향에 속하는 정보를, 동적 위치유지 시스템의 컴퓨터에 제공한다.
동적 위치유지 시스템에서 작동하는 컴퓨터 프로그램은, 온보드 부유 시추 설비의 바람 및 해류 항력(current drag)과 온보드 부유 시추 설비의 스러스터들의 위치에 속하는 정보를 포함하는 온보드 부유 시추 설비의 수학적 모델을 포함한다. 센서 정보와 결합된 이러한 지식은, 컴퓨터가 각각의 스러스터에 대한 요구 조타각(steering angle)과 스러스터 출력을 계산하는 것을 허용한다. 이는, 심층수(deep water), 해저 상의 파이프라인들 또는 시추 장비의 혼잡함(congestion)들에 기인하여 계류(mooring) 또는 계선(anchoring)이 불가능한 해상 조업을 허용한다.
동적 위치유지는, 온보드 부유 시추 설비의 위치가 해저 상의 고정 지점에 고정되는 절대식이거나, 선박 또는 다른 해저차량(underwater vehicle)과 같은 이동체에 대해 상대식일 수 있다. 온보드 부유 시추 설비는, 또한, 바람, 파랑(wave) 및 해류를 향해 유리한 각도로 위치유지될 수 있다.
이러한 온보드 부유 시추 설비들은, 시추 라인의 풀림 및 감김용 드로워크스를 포함하며, 이에 의해 드로워크스는 하나 이상의 구동장치를 포함할 수 있다. 또한, 온보드 부유 시추 설비들은, 온보드 부유 시추 설비를 동적 위치유지하기 위해 여러 개의 프로펠러들 또는 스러스터들을 포함한다. 게다가, 온보드 부유 시추 설비들은, 스러스터들 및 드로워크스를 작동시키기 위해 전류를 발생시키는 하나 또는 그 보다 많은 발전기들을 포함한다.
반잠수식 시추 리그들 또는 시추선과 같은 온보드 부유 오일 시추 설비들은 액티브 히브 보상(active heave compensation)을 사용하는 전기 작동식 드로워크스에 쏠리고 있는 추세이다. 이는, 시추중 드릴 비트 상에 일정한 압력을 유지하기 위해서 사용된다. 이는 해파(sea wave)의 주파수에서의 큰 진동 부하에 대한 요구를 발생시킨다.
오늘날까지, 이 문제는 온보드 발전기들로부터 전력을 획득하고 제동 저항기들에서 제동 에너지를 발산함으로써 해결되고 있다. 이는 제동 저항기에서 대량의 에너지를 발산한다. 게다가, 이는 발전기들을 위한 변동 부하 및 이에 따라 취약한 연료 효율 및 또한 불안정한 전압 및 주파수의 가능성들을 유발한다.
해결하고자 하는 목적은, 온보드 부유 시추 설비의 발전기들로부터 전력 획득이 스러스터들과 드로워크스의 작동중 가능한 안정적으로 유지되는 것이 가능하며, 이에 따라 온보드 부유 시추 설비의 낮은 연료 소비를 가능케 하는, 온보드 부유 시추 설비의 작동 방법과 온보드 부유 시추 설비를 제공하는 것이다.
본 발명의 문제는, 제 1 항에 따른 특징들을 갖는 온보드 부유 시추 설비의 작동 방법과 제 10 항에 따른 특징들을 갖는 온보드 부유 시추 설비에 의해 해결된다. 본 발명의 이점들, 특징들, 상세들, 양태들 및 효과들은, 종속항들, 설명 및 도면으로부터 발생한다. 온보드 부유 시추 설비 작동 방법과 관련하여 설명되는 특징들 및 상세들은 또한 온보드 부유 시추 설비를 위해서 또한 포함되며, 이와 반대도 포함된다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 이 문제는, 시추 라인의 풀림과 감김을 위한 드로워크스, 온보드 부유 시추 설비의 동적 위치유지용의 여러 개의 스러스터들, 및 상기 스러스터들과 상기 드로워크스를 작동시키기 위한 하나 이상의 발전기를 포함하는, 온보드 부유 시추 설비 작동 방법에 있어서,
a) 적어도 소정의 시간 주기에 걸쳐서 상기 드로워크스의 전력 소비가 측정되고, 상기 적어도 소정의 시간 주기에 걸쳐서 상기 드로워크스의 전력 소비의 크기와 전력 진동(power oscillation)이 판정되며,
b) 상기 드로워크스의 전력 소비의 측정의 결과들에 기초하여 전력 진동 신호가 발생되고, 이에 의해 전력 진동 신호는 상기 소정의 시간 주기에 걸쳐서 상기 드로워크스의 전력 소비와 전력 진동을 나타내며,
c) 상기 드로워크스의 전력 진동 신호에 대한 역위상 특성들(phase characteristics)을 갖는 전력 진동을 나타내는 진동 방지(anti-oscillation) 신호가 발생되며,
d) 상기 진동 방지 신호가 상기 스러스터들에 분배되며,
e) 상기 진동 방지 신호에 따라 상기 스러스터들의 전력 소비가 조절되는 단계들을 특징으로 하는, 온보드 부유 시추 설비 작동 방법에 의해 해결된다.
드로워크스의 전력 소비에 대한 정보가 수집되어야 하며, 이는 미리 규정된 시간 주기에 걸쳐서 또는 전체 시간에 걸쳐서 행해질 수 있다. 드로워크스의 전력 소비 측정 후에, 드로워크스의 전력 소비의 크기와 전력 진동이 측정 결과들로부터 판정된다. 이러한 판정 후에, 드로워크스의 전력 소비의 측정의 결과들에 기초하여 전력 진동 신호가 발생되며, 이에 의해 전력 진동 신호는 소정 시간 주기에 걸쳐서 드로워크스의 전력 소비의 크기와 전력 진동을 나타낸다. 이러한 전력 진동 신호에 기초하여, 스러스터들에 대한 진동 방지(anti-oscillation) 신호가 발생되어 개별 스러스터들에 분배된다. 이는, 드로워크스의 전력 진동 신호에 대해 역위상 특징들을 갖는 전력 진동을 나타내는 진동 방지 신호가 다음 단계에서 발생함을 의미한다. 이러한 진동 방지 신호는, 이후 스러스터들에 분배되고, 그리고 스러스터들의 전력 소비가 진동 방지 신호로 조절된다. 진동 방지 신호는, 스러스터들이 드로워크스와 유사한 크기와 역위상으로 이들의 부하 소비를 변경하는 것을 유발한다. 이에 의해, 평균 스러스터가 영향을 받지 않는다. 스러스터들 상의 부하 변동은, 온보드 부유 시추 설비를 안정 위치에 유지하는 능력에 어떠한 영향도 미치지 않는다.
드로워크스의 동적 위치유지와 시추 구동장치들에 사용되는 스러스터들은, 발전기들로부터의 전력 획득이 가능한 안정적으로 유지되도록 상호 연결된다. 이는, 전력 진동을 나타내는 드로워크스로부터의 신호를 발생시킴으로써 행해진다. 이러한 전력 진동 신호는, 드로워크스와 같은 역위상으로 이들의 전력 소비를 조절하는 스러스터들을 위한 제어 신호에 가중되며(superimpose), 이에 의해 발전기들로부터 전달된 일정한 전력을 발생시킨다. 상기 드로워크스의 구동장치에서의 전력 진동은 파랑(wave)들에 의해 적어도 부분적으로 유도될 수 있다. 드로워크스의 구동장치에서의 전력 진동은 해류에 의해 추가로 유도될 수 있다.
해파의 주기가 전형적으로 7 ~ 10s 임에 따라, 이러한 크기의 스러스트의 변동은 위치유지 시스템에 심각하게 영향을 미치지 않을 것이다. 게다가, 스러스터들을 위한 전력 요구는 대향 파랑들을 갖는 기상 조건들과 관련하여 그리고 드로워크스로부터의 높은 전력 진동들에 후속하여 그 정도가 크다. 이는 부하 진동들을 안정화하는데 우수한 기본원리를 제공한다.
스러스터들에 대한 진동 방지 신호는, 관련된 동적 위치유지 클래스(DP class)에 대한 규제(regulation)들을 따르도록 조정(arrange)된다.
온보드 부유 시추 설비를 작동시키는 이러한 방법의 주된 이점들은, 발전기들이 더욱더 일정한 부하를 가져, 연료 소비 감소를 유발하고, 그리고 낮은 피크 전력과 안정적인 부하에 기인하여, 온보드 부유 시추 설비가 적은 수의 작동 발전기들에 의해 작동할 수 있어 조업 비용이 더욱 감소된다는 것이다. 드로워크스는 구동장치를 포함할 수 있다. 이러한 드로워크스의 구동장치는 시추 작업에 사용됨에 따라, 시추 구동장치로 고려될 수 있다. 이는, 예컨대, 온보드 부유 시추 설비의 시추 구동장치 시스템의 일부일 수 있다. 드로워크스의 시추 구동장치는 하나 또는 그 보다 많은 전동 모터들을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 본 방법은, 상기 온보드 부유 시추 설비들의 제어 유닛, 특히 동적 위치유지 시스템 제어 유닛이, 전술한 방법 중 적어도 상기 b), c) 및 d) 단계들을 실행하는 것을 특징으로 한다. 드로워크스의 전력 소비는, 측정 수단에 의해 규정된 시간 주기에 걸쳐 측정될 수 있다. 규정된 시간 주기에 걸쳐서 드로워크스의 전력 소비의 크기와 전력 진동의 판정은, 또한 제어 유닛에 의해 행해질 수 있다. 드로워크스의 전력 소비의 크기와 전력 진동의 판정 이후에, 전력 진동 신호가 제어 유닛에 의해 발생된다. 전력 진동 신호를 알게 됨으로써, 제어 유닛은 드로워크스의 전력 진동 신호에 대해 역위상 특성들 및, 동일하며 또는 유사한 크기의 전력 진동과 부하 소비를 나타내는 진동 방지 신호를 발생시킬 수 있다. 진동 방지 신호의 발생 이후에, 진동 방지 신호가 제어 유닛에 의해 스러스터들에 분배된다. 스러스터들은 진동 방지 신호에 따라 이들의 전력 소비를 조절한다. 이에 따라, 드로워크스가 하나 이상의 발전기로부터 전력을 획득하지 못하는 그때에 온보드 부유 시추 설비의 하나 이상의 발전기로부터, 스러스터들이 이들의 전력을 획득한다. 이에 의해, 하나 또는 그 보다 많은 발전기들로부터의 전력 획득이 시간에 걸쳐서 각각 매우 안정적이거나 일정하게 유지될 수 있다.
게다가, 하나 이상의 발전기가 드로워크스와 스러스터들을 작동시키기 위해서 전류를 발생시키며 온보드 부유 시추 설비의 그리드 내로 전류를 공급하는, 온보드 부유 시추 설비 작동 방법이 바람직하다. 하나 이상의 발전기가, 드로워크스, 특히 시추 구동장치 또는 시추 비트들에, 그리고 스러스터들에 전류를 분배하는 온보드 그리드 내로 전류를 공급한다.
게다가, 드로워크스에 의한 시추 라인의 풀림 또는 감김 중에, 드로워크스의 전동 모터들이 드로워크스의 시추 라인을 감속시키는 것을 특징으로 하는, 방법이 바람직하다. 이는, 또한, 드릴 스트링으로 불릴 수 있는 시추 라인이 찢기지 않는 것을 보장한다.
유리하게는, 시추 라인의 감속 중 드로워크스의 전동 모터들에 의해 발생된 에너지가 하나 이상의 4-쿼드런트(four-quadrant) 변환기에 의해 상기 온보드 부유 시추 설비의 그리드 내로 공급된다. 이는, 온보드 부유 시추 설비의 그리드 내로의 드로워크스의 전동 모터에 의해 발생된 에너지의 재순환을 가능케 한다. 이는 추가 에너지의 요구를 감소시키며, 추가 에너지에 대한 비용들을 절약한다. 파랑들은 드로워크스에 의해 보상될 수 있어, 시추 라인에 비교적 일정한 힘이 가해질 수 있다. 예컨대, 온보드 부유 시추 설비가 파랑에 의해 들어올려 진다면, 드로워크스가 시추 라인을 풀 수 있다.
온보드 부유 시추 설비의 플랜트 레이아웃에 따라, 드로워크스에는, 온보드 부유 시추 설비의 그리드로의 제동 에너지의 재공급을 가능하게 하고, 또는 대안으로 제동 저항기들 및 일방향 정류기들에 의해, 능동(active) 전력의 진동의 보상만을 가능하게 하는, 하나 이상의 4-쿼드런트 변환기가 장비될 수 있다. 따라서, 하나 이상의 제동 저항기 및 하나 이상의 일방향 정류기가 드로워크스 및/또는 스러스터들에 의해 요구되는 전력의 진동을 보상하는 것을 특징으로 하는, 방법이 유리하다.
드로워크스 및 스러스터들이 또한 하나 또는 그 보다 많은 DC 버스들에 연결될 수 있다. 게다가, 이는 조합될 수 있고, 선상(on board)의 전체 부하 상황에 따라 작동될 수 있다.
유리하게는, 각각의 스러스터가 약 360도(각도)로, 특히 수면에 실질적으로 평행한 평면에서 회전될 수 있는 4 개 이상의 스러스터들이 사용되는 것이 유리하다. 유리하게는, 온보드 부유 시추 설비의 각 코너에 스러스터들이 배열된다.
게다가, 온보드 부유 시추 설비의 동적 위치유지용의 여러 개의 스러스터들이 상기 온보드 부유 시추 설비의 동적 위치유지 시스템의 위치 기준 센서들, 모션 센서들, 바람 센서들 및/또는 자이로 콤파스들에 의해 공급되는 것을 특징으로 하는 온보드 부유 시추 설비 작동 방법이 바람직하다,
동적 위치유지 시스템은 유정 위에서 온보드 부유 시추 설비의 위치를 유지할 수 있다. 동적 위치유지 시스템은 스러스터들 및/또는 프로펠러들을 사용하여 온보드 부유 시추 설비의 위치와 헤딩을 자동으로 유지하는 컴퓨터 제어식 시스템이다. 모션 센서들, 바람 센서들 및 자이로 콤파스들이 결합된 위치 기준 센서들은, 온보드 부유 시추 설비의 위치와 그 위치에 영향을 미치는 환경적인 힘들의 크기와 방향에 속하는 정보를 동적 위치유지 시스템의 컴퓨터에 제공한다.
동적 위치유지 시스템에서 작동하는 컴퓨터 프로그램은, 온보드 부유 시추 설비의 바람 및 해류 항력 및 온보드 부유 시추 설비의 스러스터들 및/또는 프로펠러들의 위치에 속하는 정보를 포함하는 온보드 부유 시추 설비의 수학적 모델을 포함한다. 센서 정보와 함께 결합된 이러한 지식은, 컴퓨터가 각각의 스러스터에 대한 요구 조타각과 스러스터 출력을 계산하는 것을 허용한다. 이는, 심층수, 해저 상의 파이프라인들 또는 시추 장비의 혼잡함 또는 다른 문제들에 기인하여 계류 또는 계선이 불가능한 해상 조업을 허용한다.
동적 위치유지는, 온보드 부유 시추 설비의 위치가 해저 상의 고정 지점에 고정되는 절대식이거나, 선박 또는 다른 해저차량과 같은 이동체에 대해 상대식일 수 있다. 온보드 부유 시추 설비는, 또한, 바람, 파랑 및 해류를 향해 유리한 각도로 위치유지될 수 있다.
본 발명의 제 2 양태에 따르면, 시추 라인의 풀림과 감김을 위한 드로워크스, 온보드 부유 시추 설비의 동적 위치유지용의 여러 개의 스러스터들, 및 상기 스러스터들과 상기 드로워크스를 작동시키기 위한 하나 이상의 발전기를 포함하는, 온보드 부유 시추 설비에 있어서, 상기 온보드 부유 시추 설비는, 적어도 소정의 시간 주기에 걸쳐서 상기 드로워크스의 전력 소비를 측정하는 측정 유닛, 상기 적어도 소정의 시간 주기에 걸쳐서 상기 드로워크스의 전력 소비의 크기와 전력 진동을 판정하는 판정 수단, 상기 드로워크스의 전력 소비의 측정의 결과들에 기초하여 전력 진동 신호를 발생하는 제 1 발전 유닛으로서, 이에 의해 전력 진동 신호가 상기 소정의 시간 주기에 걸쳐서 상기 드로워크스의 전력 소비와 전력 진동을 나타내는, 제 1 발전 유닛, 상기 드로워크스의 전력 진동 신호에 대해 역위상 특성들을 갖는 전력 진동을 나타내는 진동 방지(anti-oscillation) 신호를 발생하는 제 2 발전 유닛, 상기 진동 방지 신호를 상기 스러스터들에 분배하는 분배 유닛, 및 상기 진동 방지 신호에 따라 상기 스러스터들의 전력 소비를 조절하는 조절 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는, 온보드 부유 시추 설비에 의해 상기 문제가 해결된다. 드로워크스는 하나 이상의 구동장치, 특히 시추 구동장치를 포함할 수 있다.
이러한 온보드 부유 시추 설비의 발전기들은, 일정한 부하로 작동한다. 부하 변동이 적으면 발전기들의 연료 소비, 그리고 이에 따라 온보드 부유 시추 설비의 연료 소비를 감소시킨다. 낮은 피크 전력과 안정적인 부하에 기인하여, 온보드 부유 시추 설비는 조업 비용을 더욱 감소시키는 적은 수의 작동 발전기들에 의해 작동될 수 있다.
드로워크스의 전력 소비에 대한 정보가 수집될 수 있다. 이는 온보드 부유 시추 설비의 측정 유닛에 의해 미리 규정된 시간 주기에 걸쳐서 또는 전체 시간에 걸쳐서 행해질 수 있다. 측정 유닛은 드로워크스의 전력 소비를 측정하기 위해 하나 이상의 센서를 포함한다. 드로워크스의 전력 소비를 측정한 후에, 드로워크스의 전력 소비의 크기와 전력 진동이 판정 수단에 의한 측정 결과들로부터 판정된다. 제 1 발전 유닛은, 상기 드로워크스의 전력 소비의 측정의 결과들에 기초하여 전력 진동 신호를 발생하며, 이에 의해 전력 진동 신호가 적어도 소정의 시간 주기에 걸쳐서 드로워크스의 전력 소비의 크기와 판정된 전력 진동을 나타낸다. 제 2 발전 유닛은 상기 드로워크스의 전력 진동 신호에 대한 역위상 특성들을 갖는 전력 진동을 나타내는 진동 방지 신호를 발생한다. 이 진동 방지 신호는 분배 유닛에 의해 스러스터들에 분배된다. 진동 방지 신호를 얻은 후에, 조절 장치가 진동 방지 신호에 따라 스러스터들의 전력 소비를 조절한다. 진동 방지 신호는, 스러스터들이 드로워크스와 유사한 크기와 역위상으로 이들의 부하 소비를 변경하는 것을 유발한다. 이렇게 하여, 평균 스러스터가 영향을 받지 않는다. 스러스터들 상에서의 부하 변동은, 온보드 부유 시추 설비를 안정된 위치에 유지하는 능력에 어떠한 영향도 미치지 않는다.
본 발명의 추가의 유리한 실시예에 따르면, 상기 측정 유닛, 제 1 발전 유닛, 제 2 발전 유닛 및 분배 유닛이 상기 온보드 부유 시추 설비의 제어 유닛의 일부인 것을 특징으로 하는, 온보드 부유 시추 설비가 제공된다. 제어 유닛은 동적 위치유지 제어 유닛일 수 있다. 제어 유닛은 온보드 부유 시추 설비의 발전기(들)로부터의 전력 획득의 제어를 가능케 한다. 제어 유닛은, 측정 유닛 및/또는 조절 장치를 더 포함할 수 있다.
하나 이상의 발전기가, 드로워크스 및 스러스터들을 작동시키기 위해서 전류를 발생시켜 온보드 부유 시추 설비의 그리드 내로 전류를 공급한다. 하나 이상의 발전기는, 드로워크스, 특히 시추 구동장치 또는 시추 비트들에, 그리고 스러스트들에 전류를 분배하기 위해 온보드 그리드 내로 전류를 공급하는 수단을 포함한다.
본 발명의 추가의 유리한 실시예에 따르면, 상기 드로워크스가 상기 시추 라인의 풀림 또는 감김 중에 상기 드로워크스의 시추 라인을 감속시키기 위한 전동 모터들을 포함하는 것을 특징으로 하는 온보드 부유 시추 설비가 제공된다,
액티브 히브 보상중, 시추 라인은, 온보드 부유 시추 설비가 해파에 의해 상승될 때, 부착된 드릴 스트링의 중력 당김(gravitational pull)에 의해 풀린다. 드로워크스의 전동 모터는, 드로워크스의 시추 라인을 감속시키기 위해서 사용될 수 있다. 전동 모터는 전동 모터로부터 전기 에너지를 흡수함으로써 제동될 수 있는데, 즉 드로워크스의 전동 모터가 발전기로서 작동한다. 이에 의해, 해파들의 에너지가 전기 에너지로 변환될 수 있다.
발전기(들) 이외에, 드로워크스의 구동장치에 의해 전기 에너지로 변환되는 해파의 에너지가 온보드 부유 시추 설비에 내장된(onboard) 다른 소모품들 또는 스러스터들을 작동시키기 위해 사용될 수 있다. 이에 의해, 파랑 에너지(wave energy)를 재사용함으로써 연료 소비가 감소될 수 있다.
따라서, 본 발명의 추가의 유리한 실시예에 따르면, 온보드 부유 시추 설비가, 상기 시추 라인의 감속 중에 상기 드로워크스의 하나 또는 그 보다 많은 전동 모터에 의해 발생되는 에너지를 상기 온보드 부유 시추 설비의 그리드 내로 공급하는 하나 이상의 4-쿼드런트 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 온보드 부유 시추 설비가 제공된다.
하나 또는 그 보다 많은 전동 모터들에 의해 전기 에너지로 변환된 해파들의 에너지는, 전력 그리드 내로의 전기 에너지의 공급을 가능케 하기 위한 하나 이상의 4-쿼드런트 변환기에 의해 더 변환될 수 있다. 특히, 4-쿼드런트 변환기는 발생된 전기 에너지의 주파수를 온보드 부유 시추 설비의 전력 그리드 상의 주파수로 순응시킬 수 있다.
온보드 부유 시추 설비의 플랜트 레이아웃에 따라, 드로워크스에는, 온보드 부유 시추 설비의 그리드로의 제동 에너지의 재공급을 가능하게 하고, 또는 대안으로 제동 저항기들 및 일방향 정류기들에 의해, 능동 전력의 진동의 보상만을 가능하게 하는 하나 이상의 4-쿼드런트 변환기가 장비될 수 있다. 따라서, 본 발명의 추가의 유리한 실시예에 따르면, 상기 온보드 부유 시추 설비는 상기 드로워크스 및/또는 상기 스러스터들에 의해 요구되는 전력 진동을 보상하기 위해 하나 이상의 제동 저항기 및 하나 이상의 일방향 정류기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 온보드 부유 시추 설비가 제공된다.
본 발명의 또다른 유리한 실시예에 따르면, 상기 온보드 부유 시추 설비의 상기 드로워크스 및 상기 스러스터들은 하나 이상의 DC 버스에 연결되는 것을 특징으로 하는, 온보드 부유 시추 설비가 제공된다.
상기 온보드 부유 시추 설비는, 예컨대, 반잠수식 시추 리그 또는 시추선과 같은 선박일 수 있다.
온보드 부유 시추 설비는, 대직경의 강 스풀(spool), 브레이크들, 하나 이상의 발전기와 같은 전원 및 다양한 보조 장치들을 포함한다. 드로워크스의 주기능은, 대직경 와이어 로프인 시추 라인을, 제어된 방식으로 풀림 및 감김하는 것이다. 시추 라인은, "도르래 장치(block and tackle)" 또는 "풀리(pulley)" 방식으로 기계적 확대율(mechanical advantage)을 얻기 위해서 고정 도르래(crown block)와 이동 도르래(traveling block) 상에 감긴다. 시추 라인의 풀림과 감김은 이동 도르래, 및 그 아래에 매달릴 수 있는 모든 것이 유정구멍(wellbore) 안으로 내려가거나 유정구멍 밖으로 올려지는 것을 유발한다. 시추 라인의 풀림은, 중력에 의해 동력을 공급받게 되며, 유리하게는, 감김은, 전동 모터 또는 디젤 엔진에 의해 동력을 공급받게 된다.
시추 구동 장치는, 유정 구멍을 시추하는데 필수인 온보드 부유 시추 설비의 모든 구동장치들을 포함할 수 있다. 따라서, 시추 구동장치는 드로워크스의 구동장치, 하나 또는 그 보다 많은 탑드라이브(topdrive)들, 앵커 윈치 구동장치 등을 포함할 수 있다. 시추 구동장치 및 드릴 비트가 유정구멍을 시추하기 위해서 사용된다. 온보드 부유 시추 설비는, 머드 탱크, 데릭(derrick) 또는 마스트(mast), 머드 펌프들, 드로워크스, 로터리 테이블 또는 탑드라이브, 시추 라인 또는 스트링, 발전 장비 및 보조 장비와 같은 구성요소들을 포함할 수 있다. 온보드 부유 시추 설비 상의 호이스팅 기구는 시추 라인을 풀거나 끌어들여, 이에 의해 드릴 스템과 비트를 상승 또는 하강시키는 대형 윈치이다.
본 발명의 또다른 유리한 실시예에 따르면, 상기 온보드 부유 시추 설비는, 상기 온보드 부유 시추 설비를 제 위치에 유지하기 위한 위치 기준 센서들, 모션 센서들, 바람 센서들 및/또는 자이로 콤파스들을 갖춘 동적 위치유지 시스템 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 온보드 부유 시추 설비가 제공된다,
동적 위치유지 시스템은, 유정 위에서 온보드 부유 시추 설비의 위치를 유지할 수 있다. 동적 위치유지 시스템은 스러스터들 및/또는 프로펠러들을 사용함으로써 온보드 부유 시추 설비들의 위치와 헤딩을 자동으로 유지하는 컴퓨터 제어식 시스템이다. 모션 센서들, 바람 센서들 및 자이로 콤파스들이 결합된 위치 기준 센서들은, 온보드 부유 시추 설비들의 위치와 그 위치에 영향을 미치는 환경적인 힘들의 크기와 방향에 속하는 정보를 동적 위치유지 시스템의 컴퓨터에 제공한다.
동적 위치유지 시스템에서 작동하는 컴퓨터 프로그램은, 온보드 부유 시추 설비의 바람 및 해류 항력 및 온보드 부유 시추 설비의 스러스터들 및/또는 프로펠러들의 위치에 속하는 정보를 포함하는 온보드 부유 시추 설비의 수학적 모델을 포함한다. 센서 정보와 결합된 이러한 지식은, 컴퓨터가 각각의 스러스터에 대한 요구 조타각과 스러스터 출력을 계산하는 것을 허용한다. 이는, 심층수, 해저 상의 파이프라인들 또는 시추 장비의 혼잡함들 또는 다른 문제들에 기인하여 계류 또는 계선이 불가능한 해상 조업을 가능하게 한다.
동적 위치유지는, 온보드 부유 시추 설비의 위치가 해저 상의 고정 지점에 고정되는 절대식이거나, 선박 또는 다른 해저차량과 같은 이동체에 대해 상대식일 수 있다. 온보드 부유 시추 설비는, 또한, 바람, 파랑 및 해류를 향해 유리한 각도로 위치유지될 수 있다.
이하, 본 발명은 포함된 도면들을 참조하여 다시 상세히 설명할 것이다.
도 1은 본 발명에 다른 온보드 부유 시추 설비의 제 1 전원 공급 장치를 개략적으로 도시한다,
도 2는 본 발명에 따른 온보드 부유 시추 설비의 제 2 전원 공급 장치를 개략적으로 도시한다.
동일한 기능과 작동 모드를 갖는 요소들이 동일 부호를 사용하여 도 1 및 도 2에 제공된다.
도 1 및 도 2는 반잠수식 시추 리그(rig)들 또는 시추선(drillship)들과 같은, 온보드 부유 시추 설비들의 전원 공급 시스템(10)의 2 개의 상이한 실시예들을 예시한다. 드로워크스(2) 및 스러스터(3)들은 발전기(1)들로부터 전력을 획득한다. 발전기(1)들로부터 일정하고 안정적인 전력 획득을 얻기 위해서, 제어 유닛이 발전기(1)와 드로워크스(2) 및 스러스터(3)들 사이에서 상호연결된다. 드로워크스(2)의 동적 위치유지 및 시추 구동장치들을 위해 사용되는 스러스터(3)들은, 발전기(2)들로부터 전력 획득이 가능한 안정적으로 유지되는 방식으로 상호연결된다. 이는 전력 진동(power oscillation)을 나타내는 드로워크스(2)로부터의 신호를 발생시킴으로써 행해지고 있다. 이러한 전력 진동 신호는 드로워크스(2)와 같은 역위상(opposite phase)으로 스러스터(3)들의 전력 소비를 조절하며 이에 의해 발전기(1)들로부터 이송된 일정한 전력을 발생시키는 스러스터(3)들용의 제어 신호 상에 중첩된다(superimpose).
도 1에서, AC 버스가 진동 전력의 전달을 위해 사용된다. 이는, 에너지를 양 방향으로 공급하기 위해서 장비되어야만 하는 정류기(6)들을 필요로 한다. 4-쿼드런트(four quadrant) 변환기(5)와 제어 유닛(4)이 발전기(1)들과 드로워크스(2) 및 스러스터(3)들 사이에서 상호연결된다. 4-쿼드런트 변환기(5)와 제어 유닛(4)은 온보드 부유 시추 설비의 그리드(grid)에 제동 에너지를 재공급할 수 있다. 이는, 드로워크스(2)에 의한 시추 라인의 풀림 또는 감김 중에, 드로워크스(2)의 전동 모터들이 드로워크스(2)의 시추 라인을 감속시키는 것을 의미한다. 이러한 제동 에너지는 4-쿼드런트 변환기(5)에 의해서 온보드 부유 시추 설비의 그리드 내로 공급된다. 이는, 온보드 부유 시추 설비의 그리드 내로, 드로워크스(2)의 전동 모터들에 의해 발생된 에너지 재순환을 가능하게 한다. 이는, 추가 에너지의 필요를 감소시키며, 추가 에너지를 위한 비용들을 절약한다. 파랑(wave)들이 드로워크스(2)에 의해 보상될 수 있으며, 비교적 일정한 힘이 시추 라인에 가해질 수 있다.
도 2에서, DC 버스가 진동 에너지의 교환을 위해서 사용된다. 이는 전원 공급 시스템(10)을 더 단순하게 만들 수 있고, 정상 다이오드 또는 사이리스터 정류기(thyristor rectifier)(6)가 사용될 수 있다. 일 방향 정류기(6)들 및 제어 유닛(4)은 발전기(1)들과 드로워크스(2) 및 스러스터(3)들 사이에 상호연결된다. 일방향 정류기(6)들, 제어 유닛(4) 및 제동 저항기들이 활성(active) 전력의 진동 보상을 가능하게 한다.

Claims (17)

  1. 시추 라인의 풀림(reeling out)과 감김(reeling in)을 위한 드로워크스(draw works)(2),
    온보드 부유 시추 설비의 동적 위치유지용의 여러 개의 스러스터(thruster)(3)들, 및
    상기 스러스터(3)들과 상기 드로워크스(2)를 작동시키기 위한 하나 이상의 발전기(1)를 포함하는, 온보드 부유 시추 설비 작동 방법에 있어서,
    a) 적어도 소정의 시간 주기에 걸쳐서 상기 드로워크스(2)의 전력 소비가 측정되고, 상기 적어도 소정의 시간 주기에 걸쳐서 상기 드로워크스(2)의 전력 소비의 크기와 전력 진동이 판정되며,
    b) 상기 드로워크스(2)의 전력 소비의 측정의 결과들에 기초하여 전력 진동 신호가 발생되고, 이에 의해 전력 진동 신호가 상기 소정의 시간 주기에 걸쳐서 상기 드로워크스(2)의 전력 소비와 전력 진동을 나타내며,
    c) 상기 드로워크스(2)의 전력 진동 신호에 대한 역위상 특성들(phase characteristics)을 갖는 전력 진동을 나타내는 진동 방지(anti-oscillation) 신호가 발생되며,
    d) 상기 진동 방지 신호가 상기 스러스터(3)들에 분배되며,
    e) 상기 진동 방지 신호에 따라 상기 스러스터(3)들의 전력 소비가 조절되는 단계들을 특징으로 하는,
    온보드 부유 시추 설비 작동 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 드로워크스(2)의 구동장치에서의 전력 진동은 파랑(wave)들에 의해 적어도 부분적으로 유도되는 것을 특징으로 하는,
    온보드 부유 시추 설비 작동 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 온보드 부유 시추 설비들의 제어 유닛(4)은, 상기 제 1 항의 적어도 b), c) 및 d) 단계들을 실행하는 것을 특징으로 하는,
    온보드 부유 시추 설비 작동 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 발전기(1)는, 상기 드로워크스(2)와 스러스터(3)들을 작동시키기 위해서, 전류를 발생시키며 이 전류를 상기 온보드 부유 시추 설비의 그리드 내로 공급하는 것을 특징으로 하는,
    온보드 부유 시추 설비 작동 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 드로워크스(2)에 의한 시추 라인의 풀림 또는 감김 중에, 상기 드로워크스(2)의 전동 모터들이 상기 드로워크스(2)의 시추 라인을 감속시키는 것을 특징으로 하는,
    온보드 부유 시추 설비 작동 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 시추 라인의 감속 중 상기 드로워크스(2)의 전동 모터들에 의해 발생된 에너지는, 하나 이상의 4-쿼드런트(four-quadrant) 변환기(5)에 의해 상기 온보드 부유 시추 설비의 그리드(grid) 내로 공급되는 것을 특징으로 하는,
    온보드 부유 시추 설비 작동 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 제동 저항기(braking resistor) 및 하나 이상의 일방향 정류기(6)는 상기 드로워크스(2) 및/또는 상기 스러스터(3)들에 의해 요구되는 전력의 진동을 보상하는 것을 특징으로 하는,
    온보드 부유 시추 설비 작동 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 드로워크스(2)와 상기 스러스터(3)들은 하나 이상의 DC 버스(bus)에 연결되는 것을 특징으로 하는,
    온보드 부유 시추 설비 작동 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 온보드 부유 시추 설비의 동적 위치유지용의 여러 개의 스러스터(3)들은 상기 온보드 부유 시추 설비의 동적 위치유지 시스템의 위치 기준 센서들, 모션 센서들, 바람 센서들 및/또는 자이로 콤파스들에 의해 공급되는 것을 특징으로 하는,
    온보드 부유 시추 설비 작동 방법.
  10. 시추 라인의 풀림과 감김을 위한 드로워크스(2),
    온보드 부유 시추 설비의 동적 위치유지용의 여러 개의 스러스터(3)들, 및
    상기 스러스터(3)들과 상기 드로워크스(2)를 작동시키기 위한 하나 이상의 발전기(1)를 포함하는, 온보드 부유 시추 설비에 있어서,
    상기 온보드 부유 시추 설비는,
    적어도 소정의 시간 주기에 걸쳐서 상기 드로워크스(2)의 전력 소비를 측정하는 측정 유닛,
    상기 적어도 소정의 시간 주기에 걸쳐서 상기 드로워크스(2)의 전력 소비의 크기와 전력 진동을 판정하는 판정 수단,
    상기 드로워크스(2)의 전력 소비의 측정의 결과들에 기초하여 전력 진동 신호를 발생하는 제 1 발전 유닛으로서, 이에 의해 상기 전력 진동 신호가 상기 소정의 시간 주기에 걸쳐서 상기 드로워크스(2)의 전력 소비와 전력 진동을 나타내는, 제 1 발전 유닛,
    상기 드로워크스(2)의 전력 진동 신호에 대해 역위상 특성들을 갖는 전력 진동을 나타내는 진동 방지(anti-oscillation) 신호를 발생하는 제 2 발전 유닛,
    상기 진동 방지 신호를 상기 스러스터(3)들에 분배하는 분배 유닛, 및
    상기 진동 방지 신호에 따라 상기 스러스터(3)들의 전력 소비를 조절하는 조절 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    온보드 부유 시추 설비.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 측정 유닛, 상기 제 1 발전 유닛, 상기 제 2 발전 유닛 및 상기 분배 유닛은 상기 온보드 부유 시추 설비의 제어 유닛(4)의 일부인 것을 특징으로 하는,
    온보드 부유 시추 설비.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 드로워크스(2)는 상기 시추 라인의 풀림 또는 감김 중에 상기 드로워크스(2)의 시추 라인을 감속시키기 위한 전동 모터들을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    온보드 부유 시추 설비.
  13. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 온보드 부유 시추 설비는, 상기 시추 라인의 감속 중에 상기 드로워크스(2)의 전동 모터에 의해 발생되는 에너지를 상기 온보드 부유 시추 설비의 그리드 내로 공급하는 하나 이상의 4-쿼드런트 변환기(5)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    온보드 부유 시추 설비.
  14. 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 온보드 부유 시추 설비는, 상기 드로워크스(2) 및/또는 상기 스러스터(3)들에 의해 요구되는 전력 진동을 보상하기 위해 하나 이상의 제동 저항기 및 하나 이상의 일방향 정류기(6)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    온보드 부유 시추 설비.
  15. 제 10 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 온보드 부유 시추 설비의 상기 드로워크스(2) 및 상기 스러스터(3)들은 하나 이상의 DC 버스에 연결되는 것을 특징으로 하는,
    온보드 부유 시추 설비.
  16. 제 10 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 온보드 부유 시추 설비는 반잠수식(semisubmersible) 시추 리그(rig) 또는 시추선(drillship)인 것을 특징으로 하는,
    온보드 부유 시추 설비.
  17. 제 10 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 온보드 부유 시추 설비는, 상기 온보드 부유 시추 설비를 제 위치에 유지하기 위해서 상기 스러스터(3)들에 공급되는 위치 기준 센서들, 모션 센서들, 바람 센서들 및/또는 자이로 콤파스들을 갖춘 동적 위치유지 시스템 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    온보드 부유 시추 설비.
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