KR20140057065A

KR20140057065A - 프로듀스드 워터 디-샌더 시스템

Info

Publication number: KR20140057065A
Application number: KR1020120123722A
Authority: KR
Inventors: 박호원
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2012-11-02
Filing date: 2012-11-02
Publication date: 2014-05-12

Abstract

본 발명은 프로듀스드 워터 디-샌더 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 시추된 원유로부터 모래 및 슬러리 등을 분리하여 장비의 고장을 방지하고 버티컬 타입으로 제공되어 설치 공간의 효율성을 높인 프로듀스드 워터 디-샌더 시스템에 관한 것이다.
이를 위해, 해저로부터 시추된 원유(crude oil)를 비중을 이용해 가스, 오일, 프로듀스드 워터를 분리하여 저장한 오일 리저버(oil reservoir)에 있어서, 오일 리저버로부터 프로듀스드 워터가 공급되는 공급유로;상기 공급유로에 연결되며, 프로듀스드 워터를 원심분리하는 원심분리기;상기 원심분리기의 하방에 설치되며, 원심분리기로부터 분리된 모래를 저장하는 어큐뮬레이터;상기 어큐뮬레이터의 하방에 설치되며, 어큐뮬레이터의 모래를 수집하는 트레이;상기 원심분리기와 어큐뮬레이터, 어큐뮬레이터와 트레이 사이에는 자중에 의해 모래가 낙하되는 관로를 형성하는 수직유로:를 포함하여 구성된 프로듀스드 워터 디-샌더 시스템을 제공한다.

Description

프로듀스드 워터 디-샌더 시스템{Produced water de-sander system}

본 발명은 프로듀스드 워터 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 시추된 원유에 포함된 모래 및 슬러리를 분리하여 처리할 수 있도록 한 프로듀스드 워터 디-샌더 시스템에 관한 것이다.

국제적인 급격한 산업화 현상과 공업이 발전함에 따라 석유와 같은 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 유전(marginal field)이나 심해 유전의 개발이 경제성을 가지게 되었다.

따라서, 해저 채굴 기술의 발달과 더불어 이러한 유전의 개발에 적합한 시추설비를 구비한 시추선이 개발되어 있다.

종래의 해저 시추에는 다른 예인선에 의해서만 항해가 가능하고 계류 장치를 이용하여 해상의 일 점에 정박한 상태에서 해저 시추 작업을 하는 해저 시추 전용의 리그선(rig ship)이나 고정식 플랫폼(platform)이 주로 사용되었으나, 최근에는 첨단 시추장비를 탑재하고 자체의 동력으로 항해를 할 수 있도록 일반 선박과 동일한 형태로 제작된 시추선(drillship)이 개발되어 해저 시추에 사용되고 있다.

이하, 도 1을 참조하여 시추 작업에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

작업자는 라이저(1) 및 드릴 파이프(2)를 시추선의 중앙에 형성된 문풀(3)을 통해 하향 전진시킴으로써 해저바닥(sea bed)(4) 아래의 암반(5)에 위치하는 유정(6)에 저장되어 있는 해저자원을 시추한다.

라이저(1)는 드릴 파이프(2)를 유정(6)까지 전진시키기 전에 미리 해저바닥(4)까지 전진되는 부재로서 머드가 되돌아 오는 통로를 제공한다.

라이저(1)가 설치되면 라이저(1) 내부로 드릴 파이프(2)가 해저지층(7)을 통해 유정(6)까지 하향 전진된다.

이와 같이 라이저(1)를 해저바닥(4)까지 하향 전진시키거나, 드릴 파이프(2)를 유정(6)까지 전진시킬 경우, 길게 연결된 라이저(1)나 드릴 파이프(2)를 하향 전진시키는 것이 아니라, 짧은 길이의 라이저(1)나 드릴 파이프(2)를 서로 연결하여 하향 전진시킨다.

해저바닥(4)에는 이상 고압이 드릴 파이프(2)를 타고 올라오는 것을 차단하기 위해 분출 방지용 스택(blowout preventer; BOP)(8)이 설치된다.

해저지층(7)에서는 시멘트에 의해 케이싱(9)을 고정한 후, 케이싱 내부로는 드릴비트(10)가 장착된 드릴 파이프(2)를 삽입하여 해저자원을 시추한다.

드릴비트(10)가 땅을 뚫을 때 발생되는 열에 의해 드릴비트(10)가 과열되는 것을 방지하고 윤활작용을 하여 드릴링을 더욱 쉽게 하기 위해, 드릴 파이프(2) 속으로는 머드(11)가 삽입된다.

이러한 머드(11)는 드릴비트(10)를 통해 빠져나가 케이싱(9)과 라이저(1)를 통하여 다시 되돌아오게 된다.

시추 작업이 종료되면, 드릴파이프(2)는 문풀(3)을 통해 드릴플로어(drill floor)로 운반되어 해체된 후 적재장소로 운반된다.

한편, 상기와 같은 일련의 시추 작업에 있어서, 라이저(1)를 통해 해저자원 즉 오일이 시추되는 과정에서 순수한 오일만 시추되는 것이 아니라, 해저에 있는 머드나 모래도 함께 상승하게 된다.

이에 따라, 오일에 섞인 모래를 분리하여 제거하는 것이 중요한데, 종래에는 오일로부터 모래를 분리하기 위한 정확한 기준이 마련되어 있지 않으며 오일로부터 모래를 분리하기 위한 장비도 제공되지 않은 실정이다.

이와 같이 오일로부터 모래 제거가 제대로 이루어지지 못함에 따라, 해양구조물의 탑사이드에서 오일에 대한 최종 처리시 곳곳의 장비에 모래가 박혀 장비에 데미지를 야기하게 된다.

이로 인해, 유지보수를 위한 작업 공수가 증가되어 작업 효율성이 떨어지게 된다.

따라서, 해저로부터 시추된 오일로부터 모래를 분리하기 위한 장비가 요구되고 있는 실정이다.

대한민국 특허공개 10-2011-0096389

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 해저에서 시추된 오일 중 비중에 의해 분리된 프로듀스드 워터(produced water)를 원심력을 이용하여 오일이 묻은 모래를 분리하여 처리할 수 있도록 한 프로듀스드 워터 디-샌더 시스템을 제공하고자 한 것이다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 해저로부터 시추된 원유(crude oil)를 비중을 이용해 가스, 오일, 프로듀스드 워터를 분리하여 저장한 오일 리저버(oil reservoir)에 있어서, 오일 리저버로부터 프로듀스드 워터가 공급되는 공급유로;상기 공급유로에 연결되며, 프로듀스드 워터를 원심분리하는 원심분리기;상기 원심분리기의 하방에 설치되며, 원심분리기로부터 분리된 모래를 저장하는 어큐뮬레이터;상기 어큐뮬레이터의 하방에 설치되며, 어큐뮬레이터의 모래를 수집하는 트레이;상기 원심분리기와 어큐뮬레이터, 어큐뮬레이터와 트레이 사이에는 자중에 의해 모래가 낙하되는 관로를 형성하는 수직유로:를 포함하여 구성된 프로듀스드 워터 디-샌더 시스템을 제공한다.

이때, 상기 원심분리기의 상부에는 원심분리된 오일리 워터(oily water) 및 가스가 배출되는 리퀴드 유로가 설치된 것이 바람직하다.

또한, 상기 어큐뮬레이터의 내부에는 원심분리로부터 배출된 모래의 유속을 감속시키기 위한 액체가 저수된 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 다른 예로써, 해저로부터 시추된 원유(crude oil)를 비중을 이용해 가스, 오일, 프로듀스드 워터를 분리하여 저장한 오일 리저버(oil reservoir)에 있어서, 오일 리저버로부터 프로듀스드 워터가 공급되는 공급유로;상기 공급유로에 연결되며, 프로듀스드 워터를 원심분리하며 병렬로 배치된 복수의 원심분리기;상기 각각의 원심분리기 하방에 설치되며, 원심분리기로부터 분리된 모래를 저장하는 복수의 어큐뮬레이터;상기 어큐뮬레이터의 하방에 설치되며, 어큐뮬레이터의 모래를 수집하는 트레이;상기 원심분리기와 어큐뮬레이터, 어큐뮬레이터와 트레이 사이에는 자중에 의해 모래가 낙하되는 관로를 형성하는 수직유로:를 포함하여 구성된 프로듀스드 워터 디-샌더 시스템을 제공한다.

또한, 상기 원심분리기에는 공급유로를 통해 유입된 프로듀스드 워터의 수위를 감지하는 수위센서가 설치된 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 프로듀스드 워터 디-샌더 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.

유정으로부터 시추된 원유로부터 분리된 프로듀스드 워터의 모래를 분리할 수 있음으로써, 오프쇼어 오일 및 개스 프로덕션을 장기간 운전하더라도 모래를 포함하는 이물질에 의한 장비의 데미지를 방지할 수 있는 효과가 있다.

따라서, 정제된 원유의 품질을 높일 수 있으며, 장비에 대한 유지 보수 작업 및 유지 보수 비용을 줄일 수 있게 된다.

도 1은 해수면에서 시추작업을 수행하고 있는 종래의 시추선을 도시한 측면도
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 프로듀스드 워터 디-샌더 시스템을 나타낸 구성도.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하, 첨부된 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 프로듀스드 워터 디-샌더 시스템(이하, '디샌더 시스템'이라 함)에 대하여 설명하도록 한다.

해저의 유정으로부터 시추된 원유(crude oil)는 오일뿐만 가스, 바닷물을 포함하게 된다.

이러한 원유는 오일 리저버(reservoir)에 저장된 후, 비중을 이용해 1차로 각각의 유체를 분리시킨다.

즉, 비중이 높은 바닷물(produced water:프로듀스드 워터)은 리저버의 맨 밑에 위치되고, 프로듀스드 워터의 위로는 오일, 가스 등이 위치된다.

이때, 오일과 가스는 오일 리저버의 일측에 설치된 별도의 장소로 배출된다.

한편, 상기 오일 리저버에 남은 프로듀스드 워터에는 해저로부터 시추된 모래 및 각종 슬러리들이 포함되어 있는바 상기 모래 및 슬러리들을 분리하여 처리해야한다.

이와 같은 모래 및 슬러리들은 각종 장비에 데미지를 줄 뿐만 아니라, 오일이 묻은 상태이므로 환경 오염에 심각한 영향을 줄 수 있기 때문이다.

이에 따라, 프로듀스드 워터는 해양구조물의 탑사이드에 설치된 디샌더 시스템을 이용하여 모래 및 슬러리를 분리하는 작업을 거치게 된다.

디샌더 시스템은 프로듀스드 워터에 포함된 모래 및 슬러리 등 솔리드 파티클(solid particle)를 분리하여 별도의 폐기 장소로 이동시키는 기술적 특징이 있다.

디샌더 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이, 공급유로(100)와, 원심분리기(200)와, 어큐뮬레이터(300)와, 트레이(400)와, 수직유로(500)를 포함하여 구성된다.

공급유로(100)는 오일 리저버에서 분리된 프로듀스드 워터가 원심분리기(200)로 공급되는 유로이다.

이때, 공급유로(100) 상에는 공급유로(100)의 관로를 개폐하는 밸브(110)가 설치된다.

다음으로, 원심분리기(200)는 공급유로(100)를 통해 공급된 프로듀스드 워터를 원심분리하여 모래 및 슬러리를 분리하는 역할을 한다.

이때, 원심분리기(200)의 상부에는 리퀴드 유로(210)가 설치된다.

리퀴드 유로(210)는 원심분리기(200)에서 원심분리된 유체가 별도의 장소로 배출되는 관로이다.

즉, 원심분리기(200)에 공급된 프로듀스드 워터가 원심분리되는 과정 중에는 원심력에 의해 유체와 모래로 분리되는데, 이 과정에서 분리된 유체가 배출되는 관로인 것이다.

이때, 상기 유체는 모래에 묻은 오일이 함유된 오일리(oily) 워터와, 원심분리기(200)의 내부 압력이 해소되면서 기화되는 가스로 분리된다.

이때, 가스는 하이드로 카본(hydrocarbon) 등의 물질을 포함하며, 독성 및 폭발 위험을 야기할 수 있게 되므로, 리퀴드 유로(210)를 통해 배출되어야 한다.

그리고, 상기 원심분리기(200)의 일측에는 수위센서(220)가 설치된다.

수위센서(220)는 공급유로(100)를 통해 공급되는 프로듀스드 워터의 수위를 제어하기 위함이다.

즉, 공급유로(100)를 통해 원심분리기(200)의 내부로 일정량의 프로듀스드 워터가 차게 되면, 공급유로(100)의 밸브(110)를 차단하여 더 이상의 프로듀스드 워터 공급을 중단시키기 위한 것이다.

다음으로, 어큐뮬레이터(300)는 원심분리기(200)로부터 분리된 모래 및 슬러리를 수용하여 세척시킨 후 트레이(400)로 내보내는 역할을 한다.

상기 어큐뮬레이터(300)는 원심분리기(200)의 하방에 배치된다.

즉, 원심분리기(200)와 어큐뮬레이터(300)는 버티컬 타입으로 설치되므로, 설치 공간에 대한 효율성을 높일 수 있게 된다.

이때, 어큐뮬레이터(300)의 내부에는 일정량의 물이 저수되며, 저수된 물로 인해 원심분리기(200)로부터 낙하된 모래의 낙하속도를 감속시킴과 동시에 모래에 대한 세척 역할을 하게 된다.

이러한 물의 저수 및 배수를 위해 어큐뮬레이터(300)의 일측에는 유입유로(310) 및 배출유로(320)가 설치된다.

다음으로, 트레이(400)는 어큐뮬레이터(300)에 수용된 모래를 수집하여 별도의 장소로 처리하는 역할을 하며, 어큐뮬레이터(300)의 하방에 설치된다.

이때, 트레이(400)는 모래 수집을 위한 일정 공간을 형성하는 구성이면 무방하다.

다음으로, 수직유로(500)는 원심분리기(200)에서 분리된 모래가 하방의 트레이(400)까지 배출되기 위한 관로 역할을 하며, 원심분리기(200)와 어큐뮬레이터(300) 사이, 어큐뮬레이터(300)와 트레이(400) 사이에 설치된다.

즉, 원심분리기(200)와 어큐뮬레이터(300)의 배치구조는 버티컬 타입으로 제공되는바, 분리된 모래는 자중에 의해 낙하되는데, 수직유로(500)는 자중에 의해 낙하되는 모래를 가이드하는 관로인 것이다.

한편, 전술한 원심분리기(200), 어큐뮬레이터(300), 트레이(400)에 대한 구성은 도 2에 도시된 바와 같이 복수로 설치되는 것이 바람직하다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이 각 구성에 대하여 일측에 추가로 설치될 수도 있는데, 이는 서로 교번으로 모래 분리를 위한 동작이 이루어짐에 따라 각 장치의 과부하를 해소하여 장치에 무리를 발생하지 않을 수 있을 뿐만 아니라, 작업자의 안전사고를 예방할 수 있게 된다.

전술한 바와 같이 원심분리기(200)에서 프로듀스드 워터가 원심분리되면서 발생하는 하이드로 카본 등의 독성 물질로 인해 원심분리기(200) 주변은 유해물질에 노출될 수 있으므로, 유해물질이 해소되는 동안 다른 원심분리기(200)를 작동하여 작업의 연속성을 이어가도록 한 것이다.

이때, 각 구성은 추가로 한 개씩 설치됨이 바람직하며, 병렬구조로 배치됨이 바람직하다.

이하, 상기한 구성으로 이루어진 디샌더 시스템의 작동에 대하여 설명하도록 한다.

공급유로(100)가 개방되고, 상기 공급유로(100)를 통해 오일 리저버로부터 원심분리기(200)로 프로듀스드 워터가 공급된다.

이때, 수위센서(220)는 원심분리기(200) 내로 차오르는 프로듀스드 워터의 수위를 감지하여 일정량의 프로듀스드 워터가 공급되면 공급유로(100)를 폐쇄시킨다.

이후, 원심분리기(200) 내로 유입된 프로듀스드 워터는 접선 방향의 속도(tangential velocity)로 변환된다.

이후, 프로듀스드 워터는 하부로 갈수록 점점 좁아지는 원심분리기(200)의 하류로 이동하면서 접선 방향의 속도 및 원심력은 증가하게 된다.

이때, 원심분리기(200)의 내부는 고압의 상태가 되며, 비중이 큰 모래 및 슬러리 등은 더 큰 원심력을 받게 되어 원심분리기(200)의 내주면 측으로 이동하게 되고 비중이 작은 오일리 워터는 원심분리기(200)의 중앙으로 모이게 된다.

이후, 원심분리기(200)의 내주면 측으로 밀려난 모래 및 슬러리는 수직유로(500)를 통해 원심분리기(200) 하방의 어큐뮬레이터(300)로 낙하되며, 오일리 워터는 리퀴드 유로(210)를 통해 배수된다.

이때, 오일리 워터가 배수되는 과정에서, 원심분리기(200) 내부의 압력은 배압(back pressure)되는데, 이 과정에서 오일이 기화되면서 하이드로 카본 등의 유해 가스가 발생하게 된다.

상기 유해가스 역시 리퀴드 유로(210)를 통해 배출되며, 별도의 장소에서 제거(degassing)된다.

한편, 모래 및 슬러리는 관성에 의해 원심력의 속도를 유지한 채로 어큐뮬레이터(300)에 낙하되는데, 모래 및 슬러리는 어큐뮬레이터(300)에 채워진 물에 의해 낙하속도가 감소되며, 비중에 의해 어큐뮬레이터(300)의 하부에 적재된다.

이후, 어큐뮬레이터(300)의 배출유로(320)를 개방하여 유체를 배수시키고, 수직유로(500)를 개방하여 모래 및 슬러리를 트레이(400)로 낙하시킨다.

이후, 모래 및 슬러리는 트레이(400)에 수집되어 온 쇼어로 운반된 후, 별도의 처리기관으로 보내져 처리된다.

한편, 상기한 일련의 분리작업이 이루어진 후, 분리작업을 지속적으로 수행하기 위해서는 일측의 시스템으로 전환(change over)시킨다.

이는, 전술한 바와 같이, 시스템의 과부하를 방지하고 원심분리기(200) 주변의 유해가스를 해소하여 작업자의 안전을 도모하기 위함이다.

즉, 유해가스가 해소될 때까지, 하나의 시스템을 중단하는 동안 일측의 시스템을 가동함으로써 분리작업의 연속성을 유지할 수 있는 것이다.

이때, 분리작업에 대한 일련의 과정은 전술한 분리과정과 동일하므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 프로듀스드 워터 디샌더 시스템은 시추된 원유에 포함된 모래 및 슬러리 등을 분리하여 제거함으로써 모래 등으로 인한 장비 고장을 방지할 수 있으며 정제된 오일의 품질을 높일 수 있는 기술적 특징이 있다.

또한, 버티컬 타입으로 제공됨에 따라, 설치 공간에 대한 효율성을 높일 수 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대하여 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정은 첨부된 특허 청구범위에 속함은 당연한 것이다.

100 : 공급유로 200 : 원심분리기
210 : 리퀴드 유로 300 : 어큐뮬레이터
400 : 트레이 500 : 수직유로

Claims

해저로부터 시추된 원유(crude oil)를 비중을 이용해 가스, 오일, 프로듀스드 워터를 분리하여 저장한 오일 리저버(oil reservoir)에 있어서,
오일 리저버로부터 프로듀스드 워터가 공급되는 공급유로;
상기 공급유로에 연결되며, 프로듀스드 워터를 원심분리하는 원심분리기;
상기 원심분리기의 하방에 설치되며, 원심분리기로부터 분리된 모래를 저장하는 어큐뮬레이터;
상기 어큐뮬레이터의 하방에 설치되며, 어큐뮬레이터의 모래를 수집하는 트레이;
상기 원심분리기와 어큐뮬레이터, 어큐뮬레이터와 트레이 사이에는 자중에 의해 모래가 낙하되는 관로를 형성하는 수직유로:를 포함하여 구성된 프로듀스드 워터 디-샌더 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 원심분리기의 상부에는 원심분리된 오일리 워터(oily water) 및 가스가 배출되는 리퀴드 유로가 설치된 것을 특징으로 하는 프로듀스드 워터 디-샌더 시스템.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 어큐뮬레이터의 내부에는 원심분리로부터 배출된 모래의 유속을 감속시키기 위한 액체가 저수된 것을 특징으로 하는 프로듀스드 워터 디-샌더 시스템.
해저로부터 시추된 원유(crude oil)를 비중을 이용해 가스, 오일, 프로듀스드 워터를 분리하여 저장한 오일 리저버(oil reservoir)에 있어서,
오일 리저버로부터 프로듀스드 워터가 공급되는 공급유로;
상기 공급유로에 연결되며, 프로듀스드 워터를 원심분리하며 병렬로 배치된 복수의 원심분리기;
상기 각각의 원심분리기 하방에 설치되며, 원심분리기로부터 분리된 모래를 저장하는 복수의 어큐뮬레이터;
상기 어큐뮬레이터의 하방에 설치되며, 어큐뮬레이터의 모래를 수집하는 트레이;
상기 원심분리기와 어큐뮬레이터, 어큐뮬레이터와 트레이 사이에는 자중에 의해 모래가 낙하되는 관로를 형성하는 수직유로:를 포함하여 구성된 프로듀스드 워터 디-샌더 시스템.
제 1항 또는 제 4항에 있어서,
상기 원심분리기에는 공급유로를 통해 유입된 프로듀스드 워터의 수위를 감지하는 수위센서가 설치된 것을 특징으로 하는 프로듀스드 워터 디-샌더 시스템.