KR20130049804A

KR20130049804A - 하나 이상의 침수식 기둥/파일을 설치하기 위한 표면-분열식의 재사용할 수 있는 침수 가능한 템플릿

Info

Publication number: KR20130049804A
Application number: KR1020137002934A
Authority: KR
Inventors: 피터 레오나르드 프랜켈
Original assignee: 마린 커런트 터빈스 리미티드
Priority date: 2010-07-05
Filing date: 2011-07-05
Publication date: 2013-05-14
Also published as: EP2591175A1; GB201011251D0; JP5813109B2; WO2012004556A1; GB2481906A; GB201111425D0; JP2013529736A; CN103119222A

Abstract

실질적으로 수역의 표면 수준 위에 배치되는 플랫폼을 지지하기에 충분한 길이의 세장형 관형 레그 부재를 지지하기 위한 베이스 구조물을 포함하는 수역 내 요구되는 장소에 배치하기 위한 템플릿 구조물로서, 상기 플랫폼은 적어도 하나의 드릴 유닛을 장착하는 역할을 하고, 상기 드릴 유닛은 상기 템플릿 구조물이 지지되는 수역 아래의 지표면에 기둥-수용 구멍을 천공하기에 적합한 드릴 스트링을 포함하는 템플릿 구조물이 개시된다.

Description

하나 이상의 침수식 기둥/파일을 설치하기 위한 표면-분열식의 재사용할 수 있는 침수 가능한 템플릿 {SURFACE-BREAKING RE-USABLE SUBMERGEABLE TEMPLATE FOR INSTALLING ONE OR MORE SUBMERGED COLUMNS/PILES}

본 발명은 바다, 강, 또는 호수의 바닥 (또는 상당한 깊이의 액체가 단단한 지면 위를 흐르는 임의의 다른 장소) 및 (반드시 그런 것은 아니지만) 특히, 물살이 강한 장소에서, 파일형 토대(pile-type foundation)와 같은 기둥형 부재의 용이한 설치를 개선에 관한 것이다.

교량, 방파제, 해풍 터빈 또는 조수 터빈을 지지하는데 필요한 것과 같은 구조물을 세우는 가장 신뢰할 수 있는 공지된 방법은 바다, 강 또는 넓은 영역, 또는 이와 관련된 임의의 다른 액체에 걸쳐 흐르는 다른 유형의 물 아래의 지면 내로 적당한 깊이로 파 내려가거나 천공된 파일(pile)(또는 단일-파일) 또는 파일의 패턴(재킷 구조물을 사용하여 파일에 부착) 상에 교량, 방파제, 해풍 터빈 또는 조수 터빈을 장착하는 것이다. 이는 물살이 강한 영역에서 특히 어려운데, 그 이유는 천공 과정 동안 일반적으로, 드릴 유닛 및 관련 드릴 스트링을 지지하는 고정되고 안정된 구조물을 요구하는 회전 천공이 필요한 바위 또는 다른 단단한 표면에 대한 물살에 의해 바닥이 침식되는 경향이 있기 때문이다. 또한, 물살이 강한 영역에서, 드릴 스트링은 물살에 의한 교란으로부터 보호될 필요가 있으므로, 물의 표면 위에서부터 천공을 행할 바다 또는 강 바닥의 지점까지 실질적으로 수직으로 연장되는 고정식 컨덕터 튜브를 통해 천공하는 것이 일반적이다. 따라서, 부유선의 심한 이동을 방지할 수 있는 고정점에 확실하게 정박된 부유선으로부터 천공하는 것만이 가능한데, 이는 실제로 물살이 강하고, 그리고/또는 조차가 심한 장소에 세우기 어렵고 비용이 많이 든다. 동적 위치설정 시스템을 갖춘 선박은 이러한 조건하에서 조정하기 어렵고 비용이 너무 많이 드는 경향이 있으며, 이들 선박 및 임의의 다른 부유선은 또한 임의의 큰 물결이 치는 상태에서 출렁거리게 되므로 천공 작업을 수행하기 어렵다.

다른 선택사항으로는 일부 유형의 바다 바닥 또는 강 바닥 장착식 템플릿을 통해 파일을 바닷속 제 위치에 천공 작업하는 것이 있지만, 이는 잠수부 또는 심지어 ROV(원격 조작식 운송수단)에 의한 인간의 개입이 물살이 강한 영역에서는 사실상 불가능하기 때문에 실행하기 곤란하다. 실제로, 천공에 필요한 동력은 에너지 및 제어 신호 양자를 드릴에 전송하기 위해 수상 선박으로부터 이어지는 가요성 엄빌리칼(umbilical)을 필요로 하며, 이는 엄빌리칼을 교란하고 휘게 할 수 있는 강한 물살에서는 극도로 어렵게 된다.

이런 이유로, 현재 바다에 파일을 설치하기 위한 바람직한 방법은 물 밖으로 자신을 올릴 수 있고 올라간 선체의 중량을 사용하여 레그부에 의해 바다 바닥에 기립할 수 있는 승강형 바지선(jack-up barge)으로부터 천공하여, 일반적으로 적합한 컨덕터 튜브를 제 위치에 보유할 수 있는 유압식 파일 게이트로부터 천공을 실행할 수 있는 안정된 고정식 플랫폼을 제공하는 것이다.

그러나, 급 상승 및 하강이 가능한 것만이 조류 또는 물살이 센 강한 다른 장소에서 안전하게 사용될 수 있고, 또한 레그부의 발판이 단단한 지면에 대해 적합하지 않은 경우가 있기 때문에, 승강형 바지선의 사용과 관련한 많은 문제들이 있다. 또한, 레그부로부터의 와류 발산(vortex shedding)은 이러한 발산이 위험한 공진 진동을 야기할 수 있기 때문에 안정성에 대한 문제를 야기한다. 또한, 물결에 대한 충분한 여유를 갖고 연안에 안전하게 세워질 수 있는 승강형 바지선은 상대적으로 대형일 필요가 있으며, 이에 따라 이들 바지선은 고가의 선박이며, 많은 연안 또는 하천 응용예에 대해 받아들일 수 없을 정도로 고비용이 든다.

또한, 승강형 바지선의 레그부는 바지선의 선체에 있는 오리피스를 통해 상승 및 후퇴될 수 있을 필요가 있기 때문에, 이들 레그부는 항상 외팔보이며, 이로써 물 아래에서 보강재 또는 다른 강화 조치를 갖는 것이 불가능하다. 또한, 와류 발산을 억제하도록 스트레이크(strake) 또는 다른 수단을 조정하는 것이 어렵기 때문에, 승강형 바지선의 안정성 및 레그부에 의해 상승될 때 동작할 수 있는 물의 깊이가 레그부의 강도 및 특히 내좌굴성에 의해 제한된다.

본 발명의 일 태양에 따르면, 액주(column of liquid) 아래의 지표면에 하나 이상의 기둥형 부재를 세우기 위한 임시 템플릿 구조물로서, 상기 템플릿 구조물은 베이스 구조물로부터 실질적으로 수직으로 연장하는 세장형(elongate) 레그 부재를 포함하고, 상기 레그 부재는 상기 베이스 구조물에 실질적으로 평행하게 배열되는 플랫폼을 지지하는 역할을 하는 임시 템플릿 구조물이 제공된다.

본 발명의 제2 태양에 따르면, 베이스 구조물과, 상기 베이스 구조물로부터 실질적으로 수직으로 연장되는 세장형 레그 부재와, 상기 베이스 구조물에 실질적으로 평행하게 배열되는 플랫폼을 포함하는 임시 템플릿 구조물을 수역(body of liquid) 내 요구되는 장소로 이송시키는 단계와, 상기 수역 아래의 지표면 가까이에 지지되도록 상기 베이스 구조물을 침수시키는 단계와, 상기 지표면으로부터 먼 쪽에서 실질적으로 액주의 상부 표면 위에 지지되도록 상기 플랫폼을 배열하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.

본 발명의 제3 태양에 따르면,

제1 및 제2 선체를 갖는 쌍동선과,

상기 제1 선체와 상기 제2 선체 사이에 지지되고, 베이스 구조물로부터 실질적으로 수직으로 연장되는 세장형 레그 부재를 포함하는 임시 템플릿 구조물로서, 상기 베이스 구조물이 프레임을 포함하고, 상기 레그 부재가 상기 베이스 구조물에 실질적으로 평행하게 배열되는 플랫폼을 지지하는 역할을 하는, 상기 임시 템플릿 구조물

의 조합체가 제공된다.

본 발명의 제4 태양에 따르면, 실질적으로 수역의 표면 수준 위에 배치되는 플랫폼을 지지하기에 충분한 길이의 세장형 관형 레그 부재를 지지하기 위한 베이스 구조물을 포함하는 수역 내 요구되는 장소에 배치하기 위한 템플릿 구조물로서, 상기 플랫폼은 적어도 하나의 드릴 유닛을 장착하는 역할을 하고, 상기 드릴 유닛은 상기 템플릿 구조물이 지지되는 수역 아래의 지표면에 기둥-수용 구멍을 뚫기 위한 드릴 스트링을 포함하는 템플릿 구조물이 제공된다.

본 발명의 제5 태양에 따르면, 수역 아래의 지표면에 하나 이상의 기둥을 삽입하는 방법으로서, 침수된 베이스 구조물 및 실질적으로 수역의 표면 수준 위에 위치되는 플랫폼을 포함하는 템플릿 구조물을 세장형 관형 레그 부재에 의해, 요구되는 장소의 지표면 상에 지지하는 단계와, 지표면에 기둥-수용 구멍을 천공하기 위해 관련 드릴 스트링을 통해 상기 플랫폼 상에 장착된 드릴 유닛을 작동시키는 단계와, 상기 세장형 관형 레그 부재를 통해 기둥을 상기 구멍 내로 도입하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.

이들 태양으로 인해, 예를 들어, 강한 물살 또는 물결이 일 가능성이 있는 좋지 않은 조건하에서도, 안전하고 신뢰할 수 있게 기둥형 부재를 지표면에 용이하게 설치할 수 있도록 템플릿 구조물이 제공될 수 있다.

기본적으로, 본 발명은 강한 물살 또는 상당한 파랑 기후(wave climate)에 영향을 받는 물에서도, 임시적으로 안전하게 자립하도록 설계되는 템플릿 구조물을 제공하며, 템플릿 구조물은 먼저 설치된 파일 또는 파일들에 영구 구조물을 부착시킴으로써, 후속하여 일정 지점에 설치될 영구 구조물에 대한 대비로서 파일 또는 파일들을 삽입하기 위해, 바다 바닥 또는 강 바닥에 구멍 또는 구멍들을 천공하는 것을 지지하는 설비를 포함하며, 파일 또는 파일들이 제 위치에 있을 때, 템플릿 구조물은 용이하게 이동 가능하고, 추가적인 이러한 천공 작업을 위해 재사용된다.

바람직하게는, 상기 구조물을 이송하고 취급하는 것은 특수 쌍동 바지선에 의한다.

편의상, 기둥형 부재는 단부에 드릴이 형성될 수 있는 파일의 형태를 띠며, 이러한 경우에 파일은 지면의 충분한 삽입이 달성되면 단순히 드릴 스트링을 분리함으로써 천공된 구멍에 박힌 상태를 유지할 수 있으며, 또는 드릴 스트링과 함께 드릴이 수직한 관형의 세장형 레그형 부재 또는 부재들을 통해 철수되고, 이어서 파일이 크레인이나 윈치를 사용하여 수직한 관형의 세장형 레그형 부재를 통해 구멍 내로 하강될 수 있다.

편의상, 템플릿 구조물은 파일을 설치하는 것 외에 다른 목적, 예를 들어 지반 조사용 천공을 위해 사용되거나, 선박의 임시 계류장으로서 사용될 수 있으며, 또는 안정된 플랫폼이 빠른 속도로 흐를 수 있는 수역(또는 다른 액체) 아래의 바다, 강 또는 다른 바닥의 표면에 위치될 수 있는 임의의 다른 목적으로 위해 유용하게 적용될 수 있다.

또한, 편의상 템플릿 구조물은 수직한 관형의 세장형 레그형 부재들(또는 일부 경우에 있어서 단일 부재)의 배열은 파일들(또는 단일 파일)의 표준 패턴이 바다나 다른 액체 아래의 지면 내로 천공된 구멍에 삽입될 수 있게 할 수 있으며, 템플릿 구조물은 파일들(또는 파일)이 설치된 후에 파일들(또는 파일)로부터 분리 상승되어, 파일들(또는 파일)을 나중에 하강되어 파일들(또는 파일)에 부착될 일부 유용한 구조물(예를 들어, 해상 풍력 터빈, 채널 마커, 교각 또는 조수작용에 의한 터빈)을 위해 준비시킬 수 있다.

또한, 파일(들)이 설치된 후에, 이들은 후속하여 수직한 관형의 세장형 레그형 부재 또는 부재들을 통해 전개된 호스 또는 호스들을 통해, 그리고 파일 또는 파일들 내 적합한 그라우트 채널 내로 그라우트를 공급할 수 있는, 물 또는 액체 수준 위에 위치되는 플랫폼 상에 그라우팅 시스템을 제공함으로써 구멍 내로 그라우팅될 수 있다.

편의상, 템플릿 구조물은 매우 물살이 강한 장소에서 조차 충분히 안전하게 기립할 수 있도록 밸러스트용 선철(kentledge)로 밸러스트될 수 있는 상대적으로 무거운 베이스를 통합한다.

바람직하게는, 구조물에는 템플릿 구조물이 지면 또는 바다 바닥에 놓인 후에, 템플릿 구조물이 천공 작업 개시 전에 정밀하게 레벨링될 수 있도록, 발판과 메인 베이스 구조물 사이에 레벨링 잭이 제공된다.

편의상, 레벨링 잭은 유압식 램, 스크루 잭 또는 상당한 무게를 들어올릴 수 있는 임의의 다른 기구일 수 있다.

템플릿 구조물의 바람직한 구성에 있어서, 수직의 세장형 레그는 빠른 액체의 유동에 노출되는 원통형 부재로부터 발생하게 되는 와류 발산을 방지하기 위해, 상류측 및 하류측 정체점에 부착되는 수직 또는 나선형 스트레이크 또는 다른 유동 "스포일러"를 가질 수 있다.

대안적인 배열에서, 유동 스포일링은 일부 경우에 와류 발산을 방지할 뿐만 아니라 항력을 감소시켜 구조물에 대한 부하를 줄이는데 유리할 수 있는 타원 또는 다이아몬드 형상의 프로파일의 예를 들어 유선형 페어링을 갖춘 비원통형의 수직한 세장형 레그를 사용하여 달성될 수 있다.

편의상, 구조물의 전체 강도 및 레그의 내좌굴성을 증가시키기 위해, 수직한 관형의 세장형 레그 부재들 사이에 보강재 부재가 사이에 제공될 수 있으며, 이러한 보강재는 반드시 그러한 것은 아니나, 바람직하게는 항력을 최소화하도록 정렬된다. 예를 들어, 바람직하게는 직사각형부 부재가 장변 측 치수가 물살의 흐름 방향과 정렬되도록 설치되어야 한다.

템플릿 구조물을 사용 장소로 이송시키는 바람직한 모드는, 선상 크레인 또는 크레인들 또는 선상 윈치를 사용하여 선체들 사이에서 구조물을 올릴 수 있고, 템플릿 구조물을 요구되는 장소로 운반하고, 이를 제 위치로 하강시키고, 상승시키며, 천공 작업 및 파일의 배치가 완료된 후에 템플릿 구조물을 회수하는데 사용되는 통상의 크레인-바지선 또는 특수 쌍둥선을 사용한다.

대안적으로, 템플릿 구조물에는 부유 챔버 또는 예인형 선박으로부터 견인되어 요구되는 장소로 템플릿 구조물을 부상 상태로 운반하기 위한 부상 백과 같은 다른 부상 방법이 제공되며, 이러한 부유 보조물은 요구되는 장소에서, 상기 구조물이 가라앉을 수 있도록, 침수되거나 점진적으로 분리될 수 있다.

천공 작업 및 파일의 배치가 완료된 후에, 이어서 천공 작업 및 파일의 배치가 완료된 후 구조물을 재부상시켜 회수하기 위해, 부상 장치가 펌핑되거나 재부착될 것이다.

템플릿 구조물의 추가적인 구성에 있어서, 슬리브 또는 슬리브들이 그 베이스로부터 실제 바다 바닥이나 수중의 지면 수준까지 레그형 부재를 연장하여, 간극이 발생할 수도 있는 흐르는 물살의 힘으로부터 드릴 스트링 또는 그라우트 호스를 보호하도록, 슬리브 또는 슬리브들이 수직한 관형의 세장형 레그 부재 또는 부재들 아래에 이 레그 부재 또는 부재들과 동축으로 위치될 수 있다.

편의상, 슬리브 또는 슬리브들은 천공 이전에 수직한 관형의 세장형 레그 부재 또는 부재들을 통해 하강되거나, 미사용 시 레그 부재의 최하단부의 외측 주위로 후퇴되고, 구조물이 제 위치에 있고 액체가 그 위에 있는 상태로 바다 바닥, 강 바닥 또는 다른 지면 상에 세워져 있는 경우 적합한 캐치 또는 체결구를 해제시켜 하강될 수 있다.

또한, 수직한 관형의 세장형 레그 부재 또는 부재들은 길이를 변화시키기 위해 제거되거나 삽입되는 부분을 구비할 수 있어, 다양한 깊이의 물(또는 다른 액체)에서 템플릿 구조물의 사용을 가능하게 한다.

편의상, 템플릿 구조물은 바다(또는 강) 바닥 상에 템플릿 구조물을 유지하는데 있어서 중력을 돕는 하방 지향의 순 "양력"을 생성하기 위해, 물의 유동을 사용하는 보강재와 일체를 이룰 수 있는 일체형 특징부(예를 들어, 수중익(hydrofoil))를 가질 수 있다.

바람직하게는, 템플릿 구조물이 그 베이스가 수주(column of water)의 바닥, 즉 바다 바닥 또는 강 바닥에 인접하여 위치되면, 관형의 세장형 레그 부재는 물살이 있는 경우라도 플랫폼이 물의 표면 위에 위치되도록 하는 높이에 있게 된다.

편의상, 물의 상이한 깊이에 대해 상이한 유닛이 설계될 수 있거나, 대안적으로 관형의 세장형 레그 부재의 부착 가능한 부분들이 상이한 물의 깊이에 맞춰 제거되거나 추가될 수 있다.

편리한 설치 모드로서, 실질적으로 수위(water level) 위에 템플릿 구조물을 수용하기 위해, 선체들 사이에 충분한 공간을 갖는 쌍동선(쌍둥선)이 사용되어, 후술하는 바와 같이 선상 크레인을 사용하거나 윈치를 사용함으로써, 바다, 강 또는 임의의 다른 광활한 수면의 바닥으로 구조물이 하강될 수 있는 지점인 요구되는 장소로 상기 구조물을 이송할 수 있다.

템플릿 구조물의 관형의 세장형 레그 부재는, 이들 부재의 베이스가 하강하여 발판이 바다 바닥(또는 강 바닥 또는 위에 물이 있는 임의의 다른 지면) 상에 지지될 때, 이들 레그 부재가 수직으로 기립되어 위치될 수 있도록 배열된다. 발판은 통상적으로 있을 수 있는 지면 또는 바닥의 비평탄성 또는 푸슬 바위(loose rock)의 문제를 베이스 구조물이 해결하기에 충분한 거리를 두고 베이스 구조물 아래로 돌출하며, 일반적으로 구조물의 안정성을 위한 충분한 공간을 제공하고, 물살이 강한 경우, 바다, 강 또는 물에 잠긴 다른 공간의 바닥에 기립한 경우에 쓰러지는 것을 확실하게 방지하기 위해, 템플릿 구조물의 새시 또는 베이스로부터의 현외 장치 또는 연장부 상에 장착될 것이다.

발판은 일반적으로, 단단한 표면에 대한 파지력을 제공하기 위해 뾰족한 발판부를 갖겠지만, 상이한 지면 상태에 맞는 다른 형태의 발판부가 적합할 수도 있다. 각각의 발판에는 또한, 유압 램 구동식 잭 또는 전기적 또는 유압식으로 작동 가능한 스크루 잭 또는 각각의 발판의 수직 높이를 조정할 수 있는 임의의 다른 장치와 같은 확장/수축 가능한 레벨링 장치가 설치되어, 템플릿 구조물 발판이 물 또는 다른 액체 아래의 지면에 지지된 후에, 관형 부재가 정확하게 수직을 이루고, 이에 따라 관형 레그 부재에 장착된 플랫폼이 정확하게 수평을 이루게끔 조정될 수 있도록, 상기 구조물이 세워져 있는 지면의 비평탄성을 적당한 범위 내에서 보상하게 된다.

일단 올바른 수직 방향 위치설정이 달성되면, 아래의 지면에 지지되도록 내부 슬리브가 관형의 세장형 레그 부재를 통해 하강될 수 있으며, 이에 따라 지면에서 벗어난 베이스 프레임으로부터 컨덕터 튜브를 연장할 수 있다. 또한, 대안적인 외부 슬리브가 동일한 목적을 위해 사용될 수 있는데, 이러한 외부 슬리브는 구조물이 올바르게 위치설정되면 수직 튜브형 레그 부재 아래로부터 원격 제어에 의해 해제될 수 있다. 구조물의 상단과 지면 또는 바다 바닥 수준 사이에 효과적인 보호 컨덕터 튜브가 있으면, 그들을 통해 드릴 스트링을 아래로 이동시켜 지면 내로 이동시키기 위해, 바위-드릴 드라이브 회전식 유닛 또는 대안적으로 플랫폼 위 관형 부재의 상단부 상에 장착되는 파일-드라이버형 해머 유닛이 사용될 수 있다(또는 수분사(water jetting)와 같은 임의의 다른 천공 기술이 사용될 수 있다).

드릴 스트링은, 요구되는 깊이까지 천공 및/또는 해머링되고, 그 후에 자동 해제 기구에 의해 분리될 수 있는 드릴 커터가 설치되어 있는 파일을 최하단부에 구비할 수 있으며, 또는 대안적으로 그리고 보다 편리하게는, 구멍을 천공하기 위해 제거 가능한 드릴 스트링이 사용되고, 이들이 철수된 후에, 파일이 수위 위의 상단 플랫폼 상에 장착된 크레인 또는 윈치를 사용하여 동일한 관형 부재 아래로 하강되어 지면으로 하강될 수 있다.

제 위치로 하강된 경우, 파일에는 그라우트 호스 및 적합한 내부 그라우트 파이프 또는 채널들이 미리 설치되어, 그라우트가 파일 내로 펌핑되고, 제 위치로 하강된 후에 구멍 내에 그라우팅될 수 있다. 그라우트 호스는 물 위 플랫폼을 지지하기 위한 레그로서 작용할 뿐만 아니라 컨덕터 튜브로서도 효과적으로 작용하는 관형의 세장형 레그 부재 내에 있을 때, 보호될 것이다. 그라우팅 장비는 호스로 전달되도록 상단 플랫폼에 지지될 수 있다.

템플릿 구조물의 바람직한 실시예는 기립되는 지면의 비평탄성에 상관없이 템플릿 구조물의 무게를 분담하도록 배열될 수 있기 때문에, 3개의 발판을 포함한다. 그러나, 필요한 경우에는, 다수의 파일 위치를 천공하기 위해 보다 많은 발판이 사용될 수 있으며, 전술한 경우에, 안정화가 달성될 때까지 각각의 발판에 대해 예비-하중 및 설치를 순차적으로 실행함으로써 구조물을 레벨링할 뿐만 아니라 하중을 균등하게 분담하도록 레벨링용 잭이 조정될 수 있다. 유압 시스템의 경우, 하중은 유압으로부터 결정될 수 있다.

바람직한 실시예는 삼각대형 재킷 구조물에 적합하도록 3개의 파일 위치를 천공하기 위한 템플릿으로서 사용될 수 있는 3개의 관형의 세장형 레그 부재를 사용한다. 그러나, 동일한 유형의 구조물이 단일 지지 레그 부재와 같이 적은 수의 레그 부재, 또는 3개의 레그 부재로서 그들 중 하나는 모노 파일이 천공 및 설치될 수 있는 큰 단면 직경을 갖는 3개의 레그 부재, 또는 다수의 발판 재킷 토대를 수용하기 위한 4개 이상의 레그 부재를 수용하는데 사용될 수 있다.

승강형 바지선의 경우와 같이 레그가 선체를 통해 상승될 필요가 없다는 사실로 인해, 본 발명의 이점은 템플릿 구조물이 일반적으로 승강형 바지선의 경우에서보다 훨씬 큰 안정성 및 (예를 들어, 와류 발산에 의한 진동에 대한) 내진동성이 가능하고, 강도를 현저하게 향상시키기 위해 수위 아래에서 보강재가 형성될 것이라는 점이다. 보강재는 바람직하게는 물살이 흐르는 방향에 대해 저 항력 프로파일을 갖도록 정렬된다.

와류 발산을 억제하기 위한 스트레이크가 물살의 흐름 방향의 상류측 및 하류측에서 레그 부재에 수직하게 장착되거나, "랩-어라운드(wrap-around)" 또는 코안다 효과(Coanda effect)를 억제하기 위해 각각의 레그 부재 주위에 나선형으로 배열될 수 있으며, 원통형 부재가 유동하는 유체에서 와류를 주기적으로 발산시키거나, 대안적으로 레그 부재가 항력을 감소시키고 와류 발산을 방지하기 위해, 타원, 다른 유선형 프로파일 단면 또는 다이아몬드 형상의 단면 프로파일을 포함하는 비원형 단면의 것일 수 있다.

템플릿 구조물은 세워질 장소에 예상되는 가장 빠른 물살에 노출된 경우에도 안전하게 기립될 필요가 있으며, 이는 물살의 항력으로 인한 미끄러짐 또는 쓰러짐에 대한 템플릿 구조물의 임의의 경향에 저항하기에 충분한 무게일 것을 요구할 것이다. 따라서, 베이스 프레임 또는 새시는 밸러스트, 때로는 이에 부착될 밸러스트용 선철로 알려진 밸러스트의 추가를 위한 공간을 갖는다. 대안적으로, 부착의 필요성을 없애기 위해, 밸러스트가 내부에 배치되는 박스형 상단 개방식 컨테이너가 제공될 수 있다. 많은 경우에, 밸러스트는 강 또는 철봉, 오래된 의자 또는 밀하고 중량이 많이 나가지만 가격이 저렴한 재료일 것이다.

밸러스트는 영구적으로 제 위치에 있을 수 있으며, 또는 일부 상황에서는 구조물이 제 위치로 하강된 후에 추가될 수 있다. 필요한 경우, 여분의 밸러스트가 필요에 따라 동반하는 크레인 바지선으로부터 제 위치로 인양됨으로써, 수위 위의 플랫폼에 추가될 수 있다.

전술한 보강재는 또한, 구조물의 안정성을 개선하고, 밸러스트/밸러스트용 선철에 대한 필요성을 감소시키는 것을 돕기 위해, 물살의 속도의 제곱에 비례하는 하방 힘을 생성하도록, 선택적으로 수평 방향 수중익을 포함하거나 지지할 수 있다.

수위 위의 플랫폼은 또한, 통상적으로 크레인, 윈치와 같은 작용을 위해 필요한 임의의 다른 설비를 지지하고, 천공, 그라우팅 시스템, 승무원용 거처, 안전 설비용 전력을 공급하는 설비를 생성하기 위해 사용될 것이다.

또한, 공간은 일반적으로 예를 들어, 구멍이 천공된 후에 파일들이 지지 레그 부재로 (선상 크레인 또는 윈치에 의해) 용이하게 상승 및 하강될 수 있도록 수직방향으로 적층될 수 있는 파일을 위해 제공될 것이다.

실제로, 사용 시 요구되는 장소로 템플릿 구조물을 이송하고, 이어서 파일들이 위치설정된 후에 템플릿 구조물을 상승시키고 상기 위치로부터 멀리 이송시킬 수 있는 수단이 요구된다.

이러한 이송 가능성은 이동식 크레인이 장착되어 있고, 이를 운반하거나 다른 바지선으로부터 이를 이송하기 위한 통상의 크레인 바지선 또는 기본 바지선의 사용을 포함한다. 대안적으로, 구조물을 부유 상태로 하여, 구조물이 예인선(들)을 사용하여 견인될 수 있는 부유 장치가 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 부유 장치는 수직으로 또는 더욱 가능성 있게는 침지 순서 동안 수직 위치로 회전될 측면 상에서 부유될 수 있다.

그러나, 바람직한 방법은 템플릿 구조물이 선체들 사이에서 수직 방향으로 위치될 수 있도록 선체들 사이의 공간이 형성되는 구성의 전용 쌍동선(쌍둥선)을 사용하는 것이다. 해당 장소로의 이송을 위해 템플릿 구조물을 쌍동선에 고정하도록, 상승 시 바다 체결부가 사용될 것이다.

바지선이 제 위치에 위치설정되고, 바다 체결구가 해제된 때, 크레인, 또는 더욱 바람직하게는 덱-장착형 윈치가 템플릿 구조물을 제 위치에 유지할 것이며, 이어서 제어된 방식으로 그들의 케이블을 풀어냄으로써, 템플릿 구조물은 제어식으로 하강되어 발판으로 바다 바닥에 지지된다. 3개의 레그의 템플릿 구조물의 경우에, 가능한 배열은 바다 바닥 상에서의 템플릿 구조물의 착지 및 위치설정을 보다 정밀하게 제어하기 위해, 각각의 발판 위에 하나 씩 부착되는 3개의 윈치를 사용하는 것이다.

전용의 쌍동선으로부터 전달된 때, 구조물이 바다 바닥에 확실하게 정착된 후에, 후속하는 용법에는 2가지의 가능성이 있는데, 첫째는 조수의 영향으로 해수면의 출렁거림에도 불구하고, 제 위치에 유지할 수 있는 정박 배열체를 사용하여 바지선이 구조물에 정박될 수 있으며(바지선과 템플릿 구조물 사이에 불가피한 충돌로 인한 손상을 방지하도록 적합한 펜더가 제공됨), 둘째는 바지선이 예인선에 의해 구조물로부터 멀리 이동될 수 있다.

천공 및 파일 또는 파일들의 배치가 완료된 후, 템플릿 구조물의 원상태로의 복구는 간단히, 앞서 설명된 절차를 역으로 실행하는 것을 포함한다.

물살이 강한 영역에서 파일들을 배치하기 위한 통상의 방법은 일반적으로 천공이 개시되는 안정된 플랫폼을 제공하는 승강형 바지선을 사용하는 것이다.

본 발명의 템플릿 구조물은 승강형 바지선에 비해 다음과 같은 이점을 갖는다는 것에 주목하는 것이 편의적이다. 첫째, 세장형 레그 부재는 관통 천공을 위한 컨덕터 튜브로서의 이중 목적을 제공하므로(승강형 바지선은 레그 및 추가적인 컨덕터 튜브를 필요로 함), 강한 물살에서 전체 항력을 감소시킨다. 둘째, 레그 부재는 승강형 바지선의 레그에 대해서처럼 꽉 끼는 오리피스를 통해 철수될 필요가 없기 때문에, 이들 레그 부재는 스트레이크 또는 유선형 프로파일을 가질 수 있다. 이러한 상황은 강한 물살에 기립하여 있는 승강형 바지선의 불안정성의 주요한 원인인 와류 발산을 억제할 수 있다. 또한, 레그 부재는 외팔보 승강형 바지선 레그에 비해 강도 및 내좌굴성이 크게 증가하는 보강재 구조일 수 있으며, 또한 보강재는 하방 힘을 생성함으로써 강한 물살에서의 안정성을 향상시키기 위한 수중익을 포함할 수 있다. 마지막으로, 본 발명은 이동부를 구비하지 않은 때때로 "덤(dumb) 구조물"로 불리는 것으로 구성되며, 이로써 유사한 물 깊이에 기립될 수 있는 승강형 바지선보다 더욱 튼튼하고, 잠재적으로 요구되는 동작을 보다 신속하게 완료하며, 비용이 훨씬 저렴하다.

본 발명을 더 잘 이해하고, 본 발명을 실시하는 방법을 나타내기 위해, 이제 첨부 도면을 참조할 것이다.
도 1은 본 발명의 개념을 포함하는 템플릿 구조물의 일 실시예를 개략적으로 예시하는 등축도로서, 수중 깊이를 예시하기 위해 나타낸 바와 같이 바다(또는 다른 물) 표면의 내부가 보이도록 도시된 상태에서, 템플릿 구조물이 바다 바닥의 제 위치에 있는 경우의 등축도이다.
도 2는 도시된 것과 같이 선체들 사이에서 도 1에 도시된 완전체의 템플릿 구조물을 이송할 수 있는 특수 쌍동(쌍둥)형 선박을 개략적으로 예시한다.
도 3은 템플릿 구조물이 바다 바닥(또는 임의의 다른 수면 아래)에 세워질 수 있도록, 쌍동형 선박이 템플릿 구조물을 하강시키는데 사용될 수 있는 방법을 개략적으로 도시한다.

이제, 도 1을 참조하면, 도시된 템플릿 구조물의 실시예는 3개의 수직 조정 가능한 발판(2)을 갖는 3개의 직립식 관형의 세장형 레그 부재(1)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 각각의 발판(2)은 예로서, 한 쌍의 유압 램(2a)을 갖춘 것으로 도시되지만, 다른 수직 조정 방법이 사용될 수 있다. 전술한 발판(2)은 밸러스트 또는 밸러스트용 선철(4)을 지지할 수 있는 새시 프레임(3)으로부터 현외 장치 연장부(2b) 상에 장착된다.

템플릿 구조물의 상단 영역에 작업 플랫폼(5)이 위치된다. 이 플랫폼(5)은 통상적으로 인원뿐만 아니라, 크레인 또는 크레인들, 발전 장치, 그라우팅 시스템 등(이들 중 어느 것도 도시되지 않음)을 지지할 것이다.

템플릿 구조물을 보강하여 그 강성을 개선하기 위해 보강재 부재(6)가 사용될 수 있다. 이 보강재는 또한, 강한 물살에서 하방 힘(down force)을 발생시켜 안정성을 개선하도록 지향되는 수중익(도시되지 않음)의 형태를 취하거나 수중익을 지지하는 역할을 할 수 있다.

소형 크레인(8)을 갖는 단일 굴착 장치(7)가 관형의 세장형 레그 부재(1) 중 하나의 상단에 장착된 것으로 도시된다. 도 1에서, 하나의 이러한 굴착 장치(7) 및 관련 크레인(8)만이 예시되는데, 이는 본 예에서는 이들이 하나의 레그 부재(1)로부터 다음의 레그 부재로 이동되어 순차적인 천공 작업이 가능할 수 있기 때문이다. 그러나, 실제로는, 동시 천공 및 파일 삽입을 실행하여 설치 작업을 서두를 수 있도록, 각각의 레그 부재(1)에 굴착 장치(7) 및 관련 크레인(8)을 장착하는 것이 더욱 비용 효율적일 수 있다.

지금까지 설명한 바와 같은 시스템의 성능을 개선할 수 있는 일부 상세는 와류 발산을 억제하기 위해, 각각의 레그(1)의 상류측 및 하류측을 따라 수직으로 설치된 스트레이크(9)를 포함한다. 이들 스트레이크(9)는 또한, 동일한 목적을 제공하기 위해, 여러 높은 굴뚝에 사용되는 것과 같은 나선형의 형태를 취할 수 있다. 대안적으로, 와류를 생성하지 않을 유선형(타원형) 또는 직선 에지형(다이아몬드) 프로파일과 같이 레그 부재(1)의 원형 단면이 아닌 형상이 사용될 수 있다(도시되지 않음). 또한, 관형 레그 부재(1)의 최하단부와 바다 또는 강 바닥(SB)의 지표면 사이의 공간을 통과할 때, 드릴 스트링을 보호하기 위해 구조물이 위치설정되면, 관형 레그를 통해 하강될 수 있는 연장 슬리브(10)가 있다. 대안적으로, 예시된 바와 같이, 이러한 슬리브(10)는 충분한 공간이 주어진 관련 관형 레그 부재(1)의 하부 단부의 외측에 장착될 수 있다.

이제 도 2를 참고하면, 도 1에 도시된 완전체의 템플릿 구조물을 선체들 사이에서 이동시킬 수 있는 특수 쌍둥(쌍동)형 선박이 도시된다. 이러한 선박의 이점은 통상의 바지선에 비해 급류에서 선체 항력이 낮도록 설계될 수 있다는 점이다.

도 3은 템플릿 구조물이 바다 바닥(또는 수역 밑의 임의의 다른 지표면)에 세워질 수 있도록, 쌍동형 바지선이 템플릿 구조물을 하강시킬 수 있는 방법을 도시한다. 이어서, 바지선은 천공 작업의 기간 동안 템플릿 구조물에 계류된 상태로 유지되거나, 천공이 완료된 후에 그 자리를 벗어났다가 템플릿 구조물을 가지러 돌아올 수 있다.

Claims

액주(column of liquid) 아래의 지표면에 하나 또는 둘 이상의 기둥형 부재들을 세우기 위한 임시 템플릿 구조물로서,
상기 템플릿 구조물은 베이스 구조물로부터 실질적으로 수직으로 연장하는 세장형 레그 부재를 포함하고, 상기 레그 부재는 상기 베이스 구조물에 실질적으로 평행하게 배열되는 플랫폼을 지지하는 역할을 하는,
임시 템플릿 구조물.
제1항에 있어서,
상기 하나 또는 둘 이상의 기둥형 부재들은 하나 또는 둘 이상의 파일(pile)들인,
임시 템플릿 구조물.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 플랫폼은 상기 플랫폼에 장착되는 드릴 유닛을 포함하는,
임시 템플릿 구조물.
제3항에 있어서,
상기 드릴 유닛의 일단부는 상기 기둥형 부재들 중 하나를 형성하는,
임시 템플릿 구조물.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 세장형 레그 부재는 형태가 관형인,
임시 템플릿 구조물.
제5항에 있어서,
상기 기둥형 부재들 중 하나는 세장형 관형 레그 부재를 통해 이동 가능한,
임시 템플릿 구조물.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
복수의 세장형 레그 부재들을 포함하는,
임시 템플릿 구조물.
제7항에 있어서,
상기 복수는 3개인,
임시 템플릿 구조물.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플랫폼에 제공되는 그라우팅 시스템(grouting system)을 더 포함하고, 상기 그라우팅 시스템이 지표면의 영역으로 그라우트(grout)를 전달하여, 지표면에 장착되는 임의의 기둥형 부재를 고정시키는 배열을 갖는,
임시 템플릿 구조물.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 베이스 구조물은 재료 밸러스트용 지지부를 포함하는,
임시 템플릿 구조물.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 베이스 구조물은 복수의 지지 발판들을 포함하고, 상기 지지 발판은 상기 베이스 구조물 아래로 연장되고, 상기 지표면 상에 받쳐지도록 배열되는,
임시 템플릿 구조물.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 베이스 구조물은 레벨링 장치(leveling device)들을 포함하는,
임시 템플릿 구조물.
제11항을 인용하는 제12항에 있어서,
상기 레벨링 장치들은 상기 지지 발판들에 부착되는,
임시 템플릿 구조물.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 세장형 레그 부재 또는 각각의 세장형 레그 부재는 상류측 및 하류측에 부착되는 스트레이크(strake)들을 포함하는,
임시 템플릿 구조물.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 세장형 레그 부재 또는 각각의 세장형 레그 부재는 부하-감축 횡단면 프로파일을 갖는,
임시 템플릿 구조물.
제7항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 세장형 레그 부재들 사이에 보강재(bracing) 부재들을 더 포함하는,
임시 템플릿 구조물.
제16항에 있어서,
상기 보강재 부재들은 상기 보강재 부재 상에 장착되는 수중익(hydrofoil) 장치들을 포함하는,
임시 템플릿 구조물.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
부력 수단을 더 포함하는,
임시 템플릿 구조물.
제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 세장형 레그 부재 또는 각각의 세장형 레그 부재의 하단부 영역과 활주식으로 결합 가능한 슬리브 장치를 더 포함하는,
임시 템플릿 구조물.
베이스 구조물과, 상기 베이스 구조물로부터 실질적으로 수직으로 연장되는 세장형 레그 부재와, 상기 베이스 구조물에 실질적으로 평행하게 배열되는 플랫폼을 포함하는 임시 템플릿 구조물을 수역 내 요구되는 장소로 이송시키는 단계와,
상기 수역 아래의 지표면 가까이에 지지되도록 상기 베이스 구조물을 침수시키는 단계와,
상기 지표면으로부터 먼 쪽에서 실질적으로 액주의 상부 표면 위에 지지되도록 상기 플랫폼을 배열하는 단계를 포함하는,
방법.
제20항에 있어서,
상기 이송 단계는 쌍동선(catamaran vessel)의 제1 선체와 제2 선체들 사이 그리고 상기 수역의 상부 표면 위에 상기 임시 템플릿 구조물을 지지하는 단계를 포함하는
방법.
제21항에 있어서,
상기 침수 단계는, 상기 임시 템플릿 구조물의 제어된 침수를 위해 상기 임시 템플릿 구조물에 접속되어 있는 관련 케이블들에 의해 쌍동선 상에 장착되는, 복수의 윈치 장치를 포함하는,
방법.
제20항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 임시 템플릿 구조물에서 작업을 실행하는 단계를 더 포함하는,
방법.
제23항에 있어서,
상기 작업은 상기 지표면에 하나 또는 둘 이상의 구멍들을 천공하는 작업을 포함하는,
방법.
제24항에 있어서,
상기 지표면의 천공된 구멍들에 각각의 기둥형 부재들을 삽입하는 단계를 더 포함하는,
방법.
제23항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 실행 단계에 후속하여, 상기 임시 템플릿 구조물을 회수하고 다른 요구되는 장소로 이를 추가로 이송시키는 단계를 포함하는,
방법.
제1 및 제2 선체들을 갖는 쌍동선과,
상기 제1 선체와 상기 제2 선체 사이에 지지되고, 베이스 구조물로부터 실질적으로 수직으로 연장되는 세장형 레그 부재를 포함하는 임시 템플릿 구조물로서, 상기 베이스 구조물이 프레임을 포함하고, 상기 레그 부재는 상기 베이스 구조물에 실질적으로 평행하게 배열되는 플랫폼을 지지하는 역할을 하는, 임시 템플릿 구조물의,
조합체.
제27항에 있어서,
상기 임시 템플릿 구조물에 접속되는 쌍동선 상에 장착되는 관련 케이블에 의해 복수의 윈치 장치를 더 포함하는,
조합체.
실질적으로 수역의 표면 수준 위에 배치되는 플랫폼을 지지하기에 충분한 길이의 세장형 관형 레그 부재를 지지하기 위한 베이스 구조물을 포함하는 수역 내 요구되는 장소에 배치하기 위한 템플릿 구조물로서,
상기 플랫폼은 하나 이상의 드릴 유닛을 장착하는 역할을 하고, 상기 드릴 유닛은 상기 템플릿 구조물이 지지되는 상기 수역 아래의 지표면에 기둥-수용 구멍을 천공하기 위한 드릴 스트링을 포함하는,
템플릿 구조물.
수역 아래의 지표면에 하나 또는 둘 이상의 기둥들을 삽입하는 방법으로서,
침수된 베이스 구조물 및 실질적으로 상기 수역의 표면 수준 위에 위치되는 플랫폼을 포함하는 템플릿 구조물을, 세장형 관형 레그 부재에 의해, 요구되는 장소의 지표면 상에 지지하는 단계와,
상기 지표면에 기둥-수용 구멍을 뚫기 위해 관련 드릴 스트링을 통해 상기 플랫폼 상에 장착된 드릴 유닛을 작동시키는 단계와,
상기 세장형 관형 레그 부재를 통해 기둥을 상기 구멍 내로 도입하는 단계를 포함하는,
방법.