KR20140025696A - 반잠수식 해양구조물 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 반잠수식 해양구조물은 상부 구조물이 탑재되는 데크박스; 상기 데크박스를 지지하는 복수의 칼럼이 마련되는 폰툰; 상기 폰툰 사이를 연결하는 주 브레이스; 상기 주 브레이스 외측에 배치되며, 상기 폰툰 사이를 연결하는 보조 브레이스; 및 상기 폰툰과 상기 주 브레이스를 연결하는 대각 브레이스;를 포함하되, 구조 유지에 필요한 최소한 연결지지구조를 갖도록 단순성과 생산성을 감안하여 칼럼 개수를 4개로 제한하며, 데크박스, 폰툰, 칼럼과 연결되는 수직 브레이스를 배제하여 장비 배치를 위한 공간을 확보할 수 있으며, 구조강도 확보를 위해 IK형의 연결지지구조를 구성하고 그 연결지지구조를 폰툰의 하단에 배치함으로써, 추가 배수량확보와 시추선에 접근하는 선박과 충돌을 회피하고 시추선상으로부터 추락/낙하 위험에서 벗어남은 물론, 위험한계 상태를 포함하는 선급규약 강도조건에 따른 기존 K형의 지지구조에 대한 결함 등을 극복하고 안전성을 확보할 수 있다.

Description

반잠수식 해양구조물{SEMI-SUBMERSIBLE MARINE STRUCTURE}
본 발명은 해양에서 유전 개발을 위해 시추 작업을 수행하는 반잠수식 해양구조물에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 구조강도 확보를 위해 IK형의 연결지지구조를 구성하고, 그 연결지지구조를 폰툰의 하단에 배치함으로써, 추가 배수량확보와 시추선에 접근하는 선박과의 충돌을 회피할 수 있는 반잠수식 해양구조물에 관한 것이다.
최근 개발 중인 유전의 수심은 점차 심해로 이동하고 있다. 유전 개발을 위해서는 석유의 매장을 확인하는 시추 작업이 선행되어야 하며, 유전 개발의 추세에 따라 시추가 이뤄지는 수심도 심해로 이동하고 있다.
시추 작업을 수행하는 대표적인 해양구조물로는 Drill-ship, Drilling-Rig, Jack-up, Drilling-Barge 등이 있다. 이들 중 심해에서 시추 작업이 가능한 것으로는 Drill-ship과 Drilling-Rig가 있다. Drill-ship은 선박 형태의 시추선으로 적재 공간이 크기 때문에 supply vessel의 도움없이 장기간 작업이 가능하다는 장점이 있다. 하지만 선박 형태를 가지기 때문에 운동 성능이 좋지 못한 단점으로 인해 파도 등으로 인한 해상환경하중이 심한 해역에서는 투입이 제한적이다.
Drilling-Rig는 semi-submersible로도 불린다. Semi-submersible은 컬럼(column)과 폰툰(pontoon)으로 구성되며 수선 면적이 작아 운동 성능이 좋은 장점이 있다. 따라서 상대적으로 해상환경하중이 심한 해역에서도 투입이 가능하며 심해 유전 개발을 위해 많이 투입되고 있다.
종래 반잠수식 시추선은 구조강도를 확보하기 위하여 폰툰(Pontoon), 컬럼(Column), 데크박스(Deck box) 사이에 수평 브레이스(Horizontal brace), 수직 브레이스(Vertical brace), 대각 브레이스(Diagonal brace)가 연결되는 구조를 갖는다.
도 1a 내지 도 1c는 주 브레이스가 폰툰의 상부에 설치된 종래 반잠수식 해양구조물에 발생하는 분할력(Split Force), 토션 모멘트(Torsion Moment), 전단력(Shear Force)을 설명하고, 그 힘에 의한 주 브레이스의 변형을 보인 도면이다.
우선, 도 1a를 참조하면, 주 브레이스(20)가 폰툰(10)의 상부에 설치된 종래 반잠수식 해양구조물(1)에 있어서는, 폰툰(10)을 가로지르는 방향(폰툰의 폭 방향)으로 분할력(FS)이 발생하고, 도 1b를 참조하면, 폰툰(10)의 길이방향으로 토션 모멘트(MT)가 발생하여 비틀림이 생기고, 도 1c를 참조하면, 폰툰(10)의 양쪽에 방향이 상이한 전단력(FL)이 발생하여 주 브레이스(20)가 변형된다.
종래의 반잠수식 시추선은 구조강도 확보를 위해 다양한 형태의 연결지지 구조를 적용하고 있지만, 기존 구조배치 형태는 안정성이 취약하고, 생산성뿐만 아니라 장비류의 배치, 지지구조물의 유지 및 보수에 악영향을 주는 문제점이 있다.
한국특허등록공보 제10-1039371호(주식회사 지주)
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 구조강도 확보를 위해 IK형의 연결 지지구조를 구성하고, 그 연결 지지구조를 폰툰의 하단에 배치함으로써, 추가 배수량확보와 시추선에 접근하는 선박과 충돌을 회피하고 시추선상으로부터 추락/낙하 위험에서 벗어남은 물론, 위험한계 상태를 포함하는 선급규약 강도조건에 따른 기존 K형의 지지구조에 대한 결함 등을 극복하고 안전성을 확보할 수 있는 반잠수식 해양구조물을 제공함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 반잠수식 해양구조물은 상부 구조물이 탑재되는 데크박스; 상기 데크박스를 지지하는 복수의 칼럼이 마련되는 폰툰; 상기 폰툰 사이를 연결하는 주 브레이스; 상기 주 브레이스 외측에 배치되며, 상기 폰툰 사이를 연결하는 보조 브레이스; 및 상기 폰툰과 상기 주 브레이스를 연결하는 대각 브레이스;를 포함한다.
상기 칼럼은 4개로 구성되고, 상기 각 칼럼은 상기 폰툰의 양단부 상에 직립으로 배치되도록 구성된다.
상기 주 브레이스와 상기 보조 브레이스는 상기 폰툰의 하측에 배치되도록 구성된다.
상기 주 브레이스와 상기 보조 브레이스를 상기 폰툰 하측에 배치하여 추가 배수량 확보가 가능하고, 해양구조물에 접근하는 선박과의 충돌을 회피하여 상기 해양구조물로부터 추락 및 낙하 위험을 회피할 수 있도록 구성된다.
상기 대각 브레이스는 상기 폰툰의 중심부와 상기 주 브레이스의 중심부를 수평으로 연결하도록 구성된다.
상기 대각 브레이스는 상기 폰툰의 중심부를 지나는 폰툰 중심선과 상기 주 브레이스의 중심부를 지나는 주 브레이스 중심선을 기준으로 대칭구조이며, 상기 보조 브레이스는 상기 폰툰 중심선을 기준으로 대칭구조이다.
상기 주 브레이스, 상기 보조 브레이스, 및 상기 대각 브레이스의 연결구조는 "IK" 형상을 갖는다.
상기 주 브레이스와 상기 보조 브레이스는 일정간격(갭)을 유지하도록 구성된다.
상기 주 브레이스는 상기 폰툰을 지지하고, 상기 보조 브레이스는 충돌로부터 상기 주 브레이스를 보호하며, 상기 대각 브레이스는 상기 주 브레이스와 상기 폰툰을 지지한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 구조 유지에 필요한 최소한의 연결지지구조를 갖도록 단순성과 생산성을 감안하여 칼럼 개수를 4개로 제한하며, 데크박스, 폰툰, 칼럼과 연결되는 수직 브레이스를 배제하여 장비 배치를 위한 공간을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명은 구조강도 확보를 위해 IK형의 연결지지구조를 구성하고 그 연결 지지구조를 폰툰의 하단에 배치함으로써, 추가 배수량확보와 시추선에 접근하는 선박과 충돌을 회피하고 시추선상으로부터 추락/낙하 위험에서 벗어남은 물론, 위험한계 상태를 포함하는 선급규약 강도조건에 따른 기존 K형의 지지구조에 대한 결함 등을 극복하고 안전성을 확보할 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 주 브레이스가 폰툰의 상부에 설치된 종래 반잠수식 해양구조물에 발생하는 분할력, 토션모멘트, 전단력을 설명하고, 그 힘에 의한 주 브레이스의 변형을 보인 도면
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 반잠수식 해양구조물을 보인 정면도
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 반잠수식 해양구조물의 연결지지 구조를 설명하기 위한 사시도
도 4는 도 3의 정면도
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 반잠수식 해양구조물에 있어서, 폰툰에 연결되는 주 브레이스, 보조 브레이스, 대각 브레이스의 연결 지지구조를 보인 평면도
도 6은 도 5의 요부발췌 확대도
도 7은 도 6의 A-A선 단면도, B-B선 단면도, C-C선 단면도를 보인 종단면도
도 8a 내지 8f는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 반잠수식 해양구조물의 연결 지지구조에 대한 응력분포 및 변형을 설명하기 위한 도면
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 반잠수식 해양구조물에 대하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 반잠수식 해양구조물을 보인 정면도, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 반잠수식 해양구조물의 연결지지 구조를 설명하기 위한 사시도, 도 4는 도 3의 정면도, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 반잠수식 해양구조물에 있어서 폰툰에 연결되는 주 브레이스, 보조 브레이스, 대각 브레이스의 연결 지지구조를 보인 평면도, 도 6은 도 5의 요부발췌 확대도 그리고, 도 7은 도 6의 A-A선 단면도, B-B선 단면도, C-C선 단면도를 보인 종단면도이다.
위 참조 도면을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 반잠수식 해양구조물(100)은 상부 구조물(111)이 탑재되는 데크박스(110), 데크박스(110)를 지지하는 4개의 칼럼(120)이 마련되는 폰툰(130), 폰툰(130) 사이를 연결하는 주 브레이스(140), 주 브레이스(140) 외측에 배치되며 폰툰(130) 사이를 연결하는 보조 브레이스(150), 및 폰툰(130)과 주 브레이스(140)를 연결하는 대각 브레이스(160)를 구비한다.
폰툰(130)은 해상구조물이 해상에서 이동중일 때에 해수면에 약간 잠기지만, 일정 위치에서 시추 작업등을 할 때에는 폰툰(130) 전체가 해수면 아래에 잠기는 상태를 유지한다.
폰툰(130)은 한 쌍이 평행하게 이격 배치되고, 폰툰(130)에는 도시하지 않은 주기관 장치, 발라스트, 연료탱크, 드릴 워터 등의 각종장비와 운용에 필요한 장비 및 화물이 적재될 수도 있다.
컬럼(column)은 폰툰(130)의 양단부 상에 직립으로 배치되는 데, 그 하단부가 폰툰(130)의 상측 부에 연결되고 그 상단부는 데크박스(110)의 저면 부에 연결되어 데크박스(110)를 지지하는 역할을 한다.
컬럼(120)은 모두 4개로 한정되며, 하나의 폰툰(130)에 한 쌍이 이격 배치되도록 구성된다.
폰툰(130) 사이를 연결하는 주 브레이스(140)와 주 브레이스(140) 외측에 배치되는 보조 브레이스(150)는 폰툰(130)의 하측에 배치되도록 구성된다.
이와 같이 주 브레이스(140)와 보조 브레이스(150)를 폰툰(130) 하측에 배치함으로써, 추가 배수량 확보가 가능하고, 해양구조물에 접근하는 선박과의 충돌을 회피하여 해양구조물로부터 추락 및 낙하 위험을 회피할 수 있도록 구성된다.
대각 브레이스(160)는 폰툰(30)의 중심부와 주 브레이스(140)의 중심부를 수평으로 연결하도록 구성되는바, 대각 브레이스(160)는 폰툰(130)의 중심부를 지나는 폰툰 중심선(L1)과 주 브레이스(140)의 중심부를 지나는 주 브레이스 중심선(L2)을 기준으로 대칭구조이다. 그리고 보조 브레이스(150)는 폰툰 중심선(L1)을 기준으로 대칭구조이다.
주 브레이스(140), 보조 브레이스(150), 및 대각 브레이스(160)의 연결구조는 "IK" 형상을 갖는다.
주 브레이스(140)와 보조 브레이스(150)는 일정간격(D)을 유지하도록 구성된다.
주 브레이스(140)와 보조 브레이스(150)의 간격을 일정하게 유지하는 이유는 보조 브레이스(150)를 폰툰(130)의 벌크헤드(미도시)에 결합하여 결합력을 높이기 위한 것이고, 또한 해양구조물에 접근하는 선박과의 충돌이 발생하는 경우에 보조 브레이스(150)에 가해지는 충격이 주 브레이스(140)에 직접적으로 전달되지 않도록 하기 위해서이다.
주 브레이스(140)는 폰툰(130)을 지지하고, 보조 브레이스(150)는 충돌로부터 주 브레이스(140)를 보호하며, 대각 브레이스(160)는 주 브레이스(140)와 폰툰(130)을 지지하도록 구성된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 주 브레이스(140)와 보조 브레이스(150)의 단면은 사각형상을 가지며, 주 브레이스(140)의 단면적은 상대적으로 보조 브레이스(150)의 단면적보다 크다.
대각선 브레이스(160)의 단면은 직사각 형상을 가지며, 주 브레이스(140)의 단면보다 폭과 길이가 상대적으로 작게 형성된다. 대각선 브레이스(160)의 단면을 직사각 형상으로 구성한 이유는 대각 브레이스(160)와 폰툰(130), 대각 브레이스(160)와 주 브레이스(140)의 결합력을 높이기 위한 것이다.
이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 반잠수식 해양구조물(100)에 대한 연결 지지구조에서는, 주 브레이스(140) 외측에 보조 브레이스(150)가 배치되고 폰툰(130)과 주 브레이스(140) 사이에 대각 브레이스(160)가 배치되어 "IK" 형상의 연결 지지구조를 이룸으로써, 구조강도 확보를 할 수 있으며, 그 연결 지지구조를 폰툰(130)의 하단에 배치함으로써, 추가 배수량확보와 시추선에 접근하는 선박과 충돌을 회피하고 시추선상으로부터 추락/낙하 위험에서 벗어남은 물론, 위험한계 상태를 포함하는 선급규약 강도조건에 따른 기존 K형의 지지구조에 대한 결함 등을 극복하고 안전성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 반잠수식 해양구조물(100)에 대한 연결 지지구조에서는, 구조 유지에 필요한 최소한 연결 지지구조를 갖도록 단순성과 생산성을 감안하여 칼럼(120) 개수를 4개로 제한하며, 데크박스(110), 폰툰(130), 칼럼(120)과 연결되는 수직 브레이스를 배제하여 장비 배치를 위한 공간을 확보할 수 있다.
한편, 도 8a 내지 8e는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 반잠수식 해양구조물의 연결 지지구조에 대한 응력분포 및 변형을 설명하기 위한 도면이다.
우선, 도 8a 및 도 8b를 참조하면, 본 발명의 해양구조물의 연결 지지구조에 가해지는 분할력(Split Force)에 대하여 주 브레이스 쪽에 약간의 응력이 발생하였지만, 본 발명의 연결 지지구조에 큰 변형(Deformation)이 발생하지 않음을 확인하였다. 도 8a 및 도 8b로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 연결 지지구조가 분할력에 대하여 충분한 강성 및 안정성을 유지함을 확인하였다.
도 8c 및 도 8d를 참조하면, 본 발명의 해양구조물의 연결 지지구조에 가해지는 토션 모멘트(Torsion Moment)에 대하여 주 브레이스와 폰툰의 연결부위 쪽에 약간의 응력이 발생하였지만, 본 발명의 연결 지지구조에 큰 변형이 발생하지 않음을 확인하였다. 도 8c 및 도 8d로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 연결 지지구조가 토션 모멘트에 대하여 충분한 강성 및 안정성을 유지함을 확인하였다.
또한, 도 8e 및 도 8f를 참조하면, 본 발명의 해양구조물의 연결 지지구조에 가해지는 전단력(Shear Force)에 대하여 대각 브레이스 쪽에 약간의 응력이 발생하였지만, 본 발명의 연결 지지구조에 큰 변형이 발생하지 않음을 확인하였다. 도 8e 및 도 8f로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 연결 지지구조가 전단력에 대하여 충분한 강성 및 안정성을 유지함을 확인하였다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 구조 유지에 필요한 최소한의 연결지지구조를 갖도록 단순성과 생산성을 감안하여 칼럼 개수를 4개로 제한하며, 데크박스, 폰툰, 칼럼과 연결되는 수직 브레이스를 배제하여 장비 배치를 위한 공간을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명은 구조강도 확보를 위해 IK형의 연결 지지구조를 구성하고 그 연결 지지구조를 폰툰의 하단에 배치함으로써, 추가 배수량확보와 시추선에 접근하는 선박과의 충돌을 회피하고 시추선상으로부터 추락/낙하 위험에서 벗어남은 물론, 위험한계 상태를 포함하는 선급규약 강도조건에 따른 기존 K형의 지지구조에 대한 결함 등을 극복하고 안전성을 확보할 수 있다.
100: 반잠수식 해양구조물
110: 데크박스
120: 칼럼
130: 폰툰
140: 주 브레이스
150: 보조 브레이스
160: 대각 브레이스
L1: 폰툰 중심선
L2: 주 브레이스 중심선

Claims (13)

  1. 상부 구조물이 탑재되는 데크박스;
    상기 데크박스를 지지하는 복수의 칼럼이 마련되는 폰툰;
    상기 폰툰 사이를 연결하는 주 브레이스;
    상기 주 브레이스 외측에 배치되며, 상기 폰툰 사이를 연결하는 보조 브레이스; 및
    상기 폰툰과 상기 주 브레이스를 연결하는 대각 브레이스;를 포함하는 반잠수식 해양구조물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 칼럼은 4개로 구성되고, 상기 각 칼럼은 상기 폰툰의 양단부 상에 직립으로 배치되는 것을 특징으로 하는 반잠수식 해양구조물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 주 브레이스와 상기 보조 브레이스는 상기 폰툰의 하측에 배치하는 것을 특징으로 하는 반잠수식 해양구조물.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 주 브레이스와 상기 보조 브레이스를 상기 폰툰 하측에 배치하여 추가 배수량 확보가 가능하고, 해양구조물에 접근하는 선박과 충돌을 회피하여 상기 해양구조물로부터 추락 및 낙하 위험을 회피할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 반잠수식 해양구조물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 대각 브레이스는 상기 폰툰의 중심부와 상기 주 브레이스의 중심부를 수평으로 연결하는 것을 특징으로 하는 반잠수식 해양구조물.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 대각 브레이스는 상기 폰툰의 중심부를 지나는 폰툰 중심선과 상기 주 브레이스의 중심부를 지나는 주 브레이스 중심선을 기준으로 대칭구조이며,
    상기 보조 브레이스는 상기 폰툰 중심선을 기준으로 대칭구조인 것을 특징으로 하는 반잠수식 해양구조물.
  7. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 주 브레이스, 상기 보조 브레이스, 및 상기 대각 브레이스의 연결구조는 "IK" 형상인 것을 특징으로 하는 반잠수식 해양구조물.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 주 브레이스와 상기 보조 브레이스는 일정간격을 유지하는 것을 특징으로 하는 반잠수식 해양구조물.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 주 브레이스는 상기 폰툰을 지지하고, 상기 보조 브레이스는 충돌로부터 상기 주 브레이스를 보호하며, 상기 대각 브레이스는 상기 주 브레이스와 상기 폰툰을 지지하는 구조인 것을 특징으로 하는 반잠수식 해양구조물.
  10. 데크박스를 지지하는 복수의 칼럼이 마련되는 폰툰;
    상기 폰툰 사이를 연결하는 주 브레이스; 및
    상기 주 브레이스 외측에 배치되며, 상기 폰툰 사이를 연결하는 보조 브레이스;를 구비하되,
    상기 주 브레이스와 상기 보조 브레이스는 상기 폰툰의 하측에 배치하는 것을 특징으로 하는 반잠수식 해양구조물.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 주 브레이스와 상기 보조 브레이스를 상기 폰툰 하측에 배치하여 추가 배수량 확보가 가능하고, 해양구조물에 접근하는 선박과 충돌을 회피하여 상기 해양구조물로부터 추락 및 낙하 위험을 회피할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 반잠수식 해양구조물.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 칼럼은 4개로 구성되고, 상기 각 칼럼은 상기 폰툰의 양단부 상에 직립으로 배치되는 것을 특징으로 하는 반잠수식 해양구조물.
  13. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 주 브레이스와 상기 보조 브레이스는 일정간격을 유지하는 것을 특징으로 하는 반잠수식 해양구조물.
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