KR20140062528A - 시추용 도관 및 그 도관 내부 퇴적층 저감 시스템 - Google Patents

시추용 도관 및 그 도관 내부 퇴적층 저감 시스템 Download PDF

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Abstract

시추용 도관을 개시한다.
시추용 도관은 내벽 면에 퇴적층이 점착되는 것을 방지하도록 내부에 진동유닛이 설치되고, 상기 내벽 면에는 상기 진동유닛과 연결되는 전기배선이 형성됨으로써, 도관 내측에 설치된 진동유닛에 의해서 퇴적물, 예를 들어 wax, asphaltene, hydrate 등의 도관 내벽 점착을 억제하여 지속적인 시추 운전 중에도 원활한 유동 확보가 구현되고, 운전 정지에 의한 경제성 저하를 막고 작업 과정에서의 위험도를 줄일 수 있으며, 별도의 화학물질 주입장치나 PIG 발사 장치(기계적으로 퇴적층을 제거하는 장치) 등을 배치할 필요가 없어 작업이 매우 용이하다.

Description

시추용 도관 및 그 도관 내부 퇴적층 저감 시스템{DRILL PIPE HAVING VIBRATOR AND SYSTEM FOR REDUCING DEPOSITON IN THE DRILL PIPE}
본 발명은 시추용 도관 및 그 도관 내부 퇴적층 저감 시스템에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 시추 운전 중에 도관 내측 벽면에 퇴적층의 점착을 억제하기 위하여 도관 내부에 진동유닛이 설치되는 도관 내부 퇴적층 저감 시스템에 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 육상 시추를 넘어 지금까지 경제성이 없어 무시되어 왔던 군소의 한계 유전이나 심해유전의 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 플랫폼이 주로 사용되었으나, 최근에는 첨단 시추장비를 탑재하고 자체의 동력으로 항해를 할 수 있도록 일반 선박과 동일한 형태로 제작된 소위, 시추선(drillship)이 개발되어 해저 시추에 사용되고 있다.
이러한 해저의 지하에 존재하는 석유나 가스 등을 시추할 수 있도록 각종 시추장비를 갖춘 리그선, 플랫폼, 또는 시추선(이하, 시추선)의 중심부에는 해저의 지하에 존재하는 석유나 가스 등을 시추하기 위한 라이저(riser) 또는 드릴 파이프(drill pipe)가 상하로 이동될 수 있도록 문풀(moonpool)이 형성되어 있다.
도 1은 일반적인 시추작업과 시추용 도관의 설치를 보인 도면이다.
바다에서 석유 또는 가스 자원을 채굴하기 위한 시추선의 작업은 데크(1) 바닥에 설치된 적치대로부터 시추용 도관(드릴 파이프 또는 라이저 파이프 등)을 라이저 핸들링 크레인(riser handling crane)으로 들어올려 캣워크(catwalk)로 이동시키고 다시 서브스트럭춰(substructure) 상부의 드릴플로어(drillfloor)로 수평이동시킨 다음 데릭(derrick)(2)을 사용하여 세워 시추선의 중앙에 형성된 문풀(3)을 통해 하향 전진시킴으로써 해저 바닥(seabed) 아래의 저유지(reservoir)에 위치하는 유정에 저장되어 있는 해저자원을 시추한다.
라이저(4)는 드릴 파이프(5)를 유정(13)까지 전진시키기 전에 미리 상기 해저 바닥(6)까지 전진되는 부재로서 머드가 되돌아오는 통로를 제공한다.
라이저(4)가 설치되면 라이저 내부로 드릴 파이프(5)가 해저 지층(11)을 통해 유정(13)까지 하향 전진한다.
이와 같이 라이저(4)를 해저 바닥(6)까지 하향 전진시키거나, 드릴 파이프를 유정까지 전진시킬 경우, 길게 연결된 라이저나 드릴 파이프를 하향 전진시키는 것이 아니라, 짧은 길이의 라이저나 드릴 파이프를 서로 연결하여 하향 전진시킨다.
해저 바닥에는 이상 고압이 드릴 파이프를 타고 올라오는 것을 차단하기 위해 분출방지 스택(blowout preventer; BOP)(7)이 설치된다.
해저 지층에서는 시멘트에 의해 케이싱(8)을 고정한 후, 케이싱 내부로는 드릴비트(10)가 장착된 드릴 파이프를 삽입하여 해저자원을 시추한다.
드릴비트가 땅을 뚫을 때 발생되는 열에 의해 드릴비트가 과열되는 것을 방지하고 윤활작용을 하여 드릴링을 더욱 쉽게 하기 위해, 드릴 파이프 속으로는 머드(9)가 삽입된다. 이러한 머드는 드릴비트(10)를 통해 빠져나가 케이싱(8)과 라이저(4)를 통하여 다시 되돌아 오게 된다.
한편, 라이저 및 파이프 라인(pipeline) 등의 해저 원유 또는 천연가스가 이송되는 시추용 도관을 운전하는 과정에서, 원유 혹은 천연가스의 성분 중 wax, asphaltene, hydrate 등이 도관 내벽에 퇴적되어 도관이 막히는 현상을 억제하는 것은 원활한 원유 및 천연가스의 생산에 중요한 문제 중 하나이다.
퇴적 억제방법으로는 시추용 도관 내의 원활한 유동 확보(flow assurance)를 위해서 화학물질 주입장치(chemical prohibitor)를 사용하는 방법이 있으나, 그 효과가 매우 미약하다.
또한, 퇴적이 진행된 이후에 PIG 발사 장치(기계적으로 퇴적층을 제거하는 장치) 등의 방법으로 퇴적층을 제거하는 방법이 있으나, 퇴적층에 의해서 막히거나 혹은 퇴적층 제거작업을 위해 일부러 운전을 중지하는 등의 이유로 원유 및 천연가스의 생산 작업이 중단될 수 있는데, 이 경우 막대한 손실을 야기할 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 도관 내벽에 배치한 진동유닛, 예를 들어 압전 구동기(pizoelectic actuator)를 작동시켜서 퇴적물이 도관 내벽에 점착되지 않도록 함으로써, 지속적인 시추 운전 중에도 원활한 유동 확보가 구현되고, 운전 정지에 의한 경제성 저하를 막고, 작업 과정에서의 위험도를 줄일 수 있는 시추용 도관 및 그 도관 내부 퇴적층 저감 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 도관 내부 퇴적층 저감 시스템은 시추 작업시 원유 또는 천연가스가 이송되는 도관의 내벽 면에 퇴적층이 점착되는 것을 방지하도록 상기 도관 내부에 진동유닛이 설치된다.
상기 도관 내부에 상기 진동유닛과 연결되는 전기배선이 설치된다.
상기 진동유닛의 일예로 압전 발전기(piezoelectric actuator)를 사용할 수 있다.
한편, 본 발명의 시추용 도관은 내벽 면에 퇴적층이 점착되는 것을 방지하도록 내부에 진동유닛이 설치되고, 내부에 상기 진동유닛과 연결되는 전기배선이 설치된다.
상기 전기배선은 내벽과 외벽 사이에 설치되고, 상기 진동유닛은 방사상 방향으로 배열될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 도관 내측에 설치된 진동유닛에 의해서 퇴적물, 예를 들어 wax, asphaltene, hydrate 등의 도관 내벽 점착을 억제하여 지속적인 시추 운전 중에도 원활한 유동 확보가 구현되고, 운전 정지에 의한 경제성 저하를 막고 작업 과정에서의 위험도를 줄일 수 있다.
또한, 별도의 화학물질 주입장치나 PIG 발사 장치(기계적으로 퇴적층을 제거하는 장치) 등을 배치할 필요가 없어 작업이 매우 용이하다.
도 1은 일반적인 시추작업과 시추용 도관의 설치를 보인 도면
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 시추용 도관 및 도관 내부 퇴적층 저감 시스템을 보인 사시도
도 3은 도 2의 A-A선 단면도
도 4는 도 2의 B-B선 단면도
도 5는 진동유닛 배열의 제1 변형 예를 보인 단면도
도 6은 진동유닛 배열의 제2 변형 예를 보인 단면도
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 시추용 도관 및 그 도관 내부 퇴적층 저감 시스템에 대하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 시추용 도관 및 도관 내부 퇴적층 저감 시스템을 보인 사시도, 도 3은 도 2의 A-A선 단면도, 도 4는 도 2의 B-B선 단면도, 도 5는 진동유닛 배열의 제1 변형 예를 보인 단면도 그리고, 도 6은 진동유닛 배열의 제2 변형 예를 보인 단면도이다.
우선, 도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 도관 내부 퇴적층 저감 시스템은 시추 작업시 원유 또는 천연가스가 이송되는 도관(100)의 내벽 면에 퇴적층이 점착되는 것을 방지하도록 상기 도관(100) 내부에 진동유닛(110)이 설치된다.
상기 도관(100) 내부, 좀더 정확하게는 도관(100)의 내벽(101)과 외벽(102) 사이에 상기 진동유닛(110)과 연결되는 전기배선(120)이 설치된다. 상기 도관(100)의 전단과 후단에는 센서(130)(140)가 설치된다.
상기 진동유닛(110)의 일예로는 압전 발전기(piezoelectric actuator)를 사용할 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 시추용 도관(100)은 내벽 면에 퇴적층이 점착되는 것을 방지하도록 내부에 진동유닛(110)이 설치되고, 내부에 상기 진동유닛(110)과 연결되는 전기배선(120)이 설치된다.
상기 전기배선(120)은 도관(100)의 내벽(101)과 외벽(102) 사이에 설치되어 유동에 의해 단락되지 않도록 하는 것이 바람직하다.
상기 진동유닛(110)의 배열은 도 3에 보인 바와 같이 내벽 면을 따라 일렬로 배열될 수도 있고, 도 5에 보인 바와 같이 방사상 방향으로 배열될 수도 있다.
또한, 상기 진동유닛(110)의 배열은 도 6에 보인 바와 같이, 내벽(101)을 따라 교호적으로 배치될 수도 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 시추용 도관 및 그 도관 내부 퇴적층 저감 시스템의 작용에 대하여 설명한다.
라이저 및 파이프 라인(pipeline) 등의 해저 원유 또는 천연가스가 이송되는 시추용 도관을 운전하는 과정에서, 원유 혹은 천연가스의 성분 중 wax, asphaltene, hydrate 등이 도관 내벽에 퇴적되어 도관을 막아버리는 현상을 억제하기 위하여 전기배선에 전원을 인가하면 압전 구동기(110)가 진동하여 퇴적물이 도관 내벽에 침착되지 않게 된다.
한편, 도관(100)의 내벽(101) 퇴적물을 감지하는 방법으로는 초음파 방식, 또는 전위차 방식 등을 이용할 수 있다.
초음파 방식은 초음파를 이용하여 퇴적물을 확인하는 방식이고, 전위차 방식은 도관(100)의 내벽(101)에 퇴적물이 퇴적되는 경우 그 퇴적물에 의해서 도관의 저항값이 커지게 되고, 이로 인하여 도관(100)의 전단과 후단에 흐르는 전류 값이 상이하게 되는데, 이와 같이 전류 차를 이용하여 도관(100)의 내벽(101)에 퇴적물의 퇴적을 확인하는 방식이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 시추용 도관 및 그 도관 내부 퇴적층 저감 시스템에 있어서는, 화학물질 주입장치(chemical prohibitor)를 사용하는 방법, PIG 발사 장치 등을 사용함에 따라 운전을 중지하는 등의 이유로 원유 및 천연가스의 생산 작업이 중단되어 막대한 손실을 발생하는 종래의 문제점을 모두 해소하고, 시추 운전 중에도 원활한 유동 확보가 구현되고, 운전 정지에 의한 경제성 저하를 막고 작업 과정에서의 위험도를 줄일 수 있다.
본 발명은 한정된 실시 예와 도면을 통하여 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재된 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
100: 도관
101: 내벽
102: 외벽
110: 진동유닛
120: 전기배선

Claims (7)

  1. 시추 작업시 원유 또는 천연가스가 이송되는 도관의 내벽 면에 퇴적층이 점착되는 것을 방지하도록 상기 도관 내부에 진동유닛이 설치되는 도관 내부 퇴적층 저감 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 도관 내부에 상기 진동유닛과 연결되는 전기배선이 형성되는 것을 특징으로 하는 도관 내부 퇴적층 저감 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 진동유닛은 압전 발전기(piezoelectric actuator)인 것을 특징으로 하는 도관 내부 퇴적층 저감 시스템.
  4. 내벽 면에 퇴적층이 점착되는 것을 방지하도록 내부에 진동유닛이 설치되고, 내부에 상기 진동유닛과 연결되는 전기배선이 설치되는 것을 특징으로 하는 시추용 도관.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 전기배선은 내벽과 외벽 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 시추용 도관.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 진동유닛은 방사상 방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는 시추용 도관.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 진동유닛은 압전 발전기(piezoelectric actuator)인 것을 특징으로 하는 시추용 도관.
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CN115144217A (zh) * 2022-06-27 2022-10-04 上海旻悦勘察设计有限公司 勘察设计用土壤取样装置及其使用方法

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