KR20140125913A

KR20140125913A - Ｂｏｐ 장비의 가스킥 테스트 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20140125913A
Application number: KR1020130043000A
Authority: KR
Inventors: 이예슬; 류민철; 이광민; 이태환; 김건호; 김대중
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2013-04-18
Filing date: 2013-04-18
Publication date: 2014-10-30

Abstract

본 발명은 BOP 장비의 가스킥 테스트 장치 및 방법에 관한 것으로, 단순히 고압의 액체 공급을 통해 내압을 발생시키는 종래 기술과는 달리 고압의 액체와 함께 고압의 기체를 BOP 장비에 공급시켜 실제 해저 유정에서의 가스킥 상황을 재현할 수 있도록 함으로써, BOP 장비의 가스킥 상황에 대한 테스트 작업을 수행할 수 있고, 이를 통해 BOP 장비의 테스트 작업을 더욱 정확하게 수행할 수 있고 테스트 결과의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 BOP 장비의 가스킥 테스트 장치 및 방법을 제공한다.

Description

ＢＯＰ 장비의 가스킥 테스트 장치 및 방법{Gas Kick Test Apparatus and Method for BOP}

본 발명은 BOP 장비의 가스킥 테스트 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 단순히 고압의 액체 공급을 통해 내압을 발생시키는 종래 기술과는 달리 고압의 액체와 함께 고압의 기체를 BOP 장비에 공급시켜 실제 해저 유정에서의 가스킥 상황을 재현할 수 있도록 함으로써, BOP 장비의 가스킥 상황에 대한 테스트 작업을 수행할 수 있고, 이를 통해 BOP 장비의 테스트 작업을 더욱 정확하게 수행할 수 있고 테스트 결과의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 BOP 장비의 가스킥 테스트 장치 및 방법에 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, 최근에는 해저 채굴 기술의 발달과 더불어 심해 유전의 개발이 더욱 활발하게 이루어지고 있다.

종래의 해저 시추에는 근해의 일 지점에 정박하여 시추 작업을 하는 고정식 플랫폼이 주로 사용되었으나, 최근에는 3,000m 이상의 심해에서 시추 작업이 가능한 부유식 시추 설비가 개발되어 해저 시추에 이용되고 있다.

이러한 시추 설비에는 해저의 지하에 존재하는 석유나 가스 등을 시추할 수 있도록 데릭 시스템, 라이저, 드릴 스트링 등의 각종 시추 관련 장비들이 설치되어 있다.

이와 같은 심해 유전의 개발에서는 안전이 최우선 목표가 되어야 하는데, 유전의 폭발 사고를 방지할 수 있는 최후 안전수단으로 BOP(Blowout Preventer) 장비가 해저 유정의 상단에 설치된다. BOP 장비는 해상에 부유하는 시추선의 라이저에 연결되어 해저 유정의 상단 웰헤드에 안착 결합되는데, 유정 내부로부터 오일 또는 가스가 분출되는 것을 방지할 수 있도록 다수개의 램 장치 및 애뉼라가 장착되어 있다.

이러한 BOP 장비는 일반적으로 실제 해저면에 설치되기 전에 다양한 성능 시험이 수행되는데, 일반적으로 시운전 단계에서 하는 BOP 장비에 대한 테스트는 BOP 장비와 LMRP(Lower Marine Riser Package)의 통합성(integrity) 및 기능성(functionality)을 검증하는 정도로 이루어지고 있다.

BOP 장비에 대한 테스트 작업 중 하나로서, BOP 장비 내부에 내압을 공급하여 램 장치 또는 애뉼라 등의 작동 상태 및 구조적인 안전성 여부를 테스트하는 내압 테스트 방식이 있는데, 이러한 내압 테스트는 실제 가스킥(gas kick) 상황과는 달리 수압을 이용하여 정압 상태로 내압을 공급하는 방식으로 진행된다.

따라서, 종래 기술에 따른 일반적인 BOP 장비 테스트 작업은 테스트 결과에 대한 신뢰도 확보가 어려울 뿐만 아니라 가스킥 상황에 대한 장비의 안전성을 보증하기 어렵다는 문제가 있었다.

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 단순히 고압의 액체 공급을 통해 내압을 발생시키는 종래 기술과는 달리 고압의 액체와 함께 고압의 기체를 BOP 장비에 공급시켜 실제 해저 유정에서의 가스킥 상황을 재현할 수 있도록 함으로써, BOP 장비의 가스킥 상황에 대한 테스트 작업을 수행할 수 있고, 이를 통해 BOP 장비의 테스트 작업을 더욱 정확하게 수행할 수 있고 테스트 결과의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 BOP 장비의 가스킥 테스트 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 BOP 장비에 머드액 및 가스를 함께 공급하는 방식으로 가스킥 상황을 재현하고, 머드액은 세퍼레이터를 통해 분리하여 순환 공급할 수 있도록 함으로써, 머드액의 재사용이 가능할 뿐만 아니라 머드액 순환 시스템에 대한 테스트 또한 동시에 진행할 수 있는 효율적인 BOP 장비의 가스킥 테스트 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 BOP 장비에 내압을 공급하는 압력 유동관의 중간 구간에 가스층을 형성하고, 가스층을 가압 폭발시켜 고압 가스를 순간적으로 BOP 장비에 공급하도록 함으로써, 실제 상황과 같은 가스킥에 의한 충격력을 BOP 장비에 전달시킬 수 있어 더욱 정확하고 신뢰도 높은 가스킥 테스트 결과를 얻을 수 있는 BOP 장비의 가스킥 테스트 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은, BOP 장비가 래칭 결합되는 테스트 웰헤드; 및 상기 테스트 웰헤드를 통해 상기 BOP 장비에 액상과 기상의 2상 유체가 공급되도록 상기 테스트 웰헤드에 연결되어 고압 상태로 2상 유체를 공급하는 2상 유체 공급 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 BOP 장비의 가스킥 테스트 장치를 제공한다.

이때, 상기 2상 유체는 머드액과 가스 또는 물과 가스로 적용될 수 있다.

또한, 상기 2상 유체 공급 장치는 상기 테스트 웰헤드를 통해 상기 BOP 장비에 내압이 제공되도록 상기 테스트 웰헤드에 연결되는 압력 유동관; 상기 압력 유동관에 고압의 액체를 공급하는 내압 공급 유닛; 및 상기 압력 유동관에 고압의 가스를 공급하는 가스 공급 유닛을 포함하고, 상기 BOP 장비에는 고압의 액체와 함께 고압의 가스가 공급되도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 내압 공급 유닛은 머드액을 공급하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 BOP 장비에 공급되어 배출되는 머드액 및 가스를 수집하여 머드액과 가스를 서로 분리하는 세퍼레이터를 더 포함하고, 상기 세퍼레이터를 통해 분리된 머드액은 상기 내압 공급 유닛으로 다시 공급 순환되도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 세퍼레이터로부터 분리 배출되는 머드액을 저장하는 저장 탱크를 더 포함하고, 상기 내압 공급 유닛은 상기 저장 탱크로부터 머드액을 흡입하여 공급하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 저장 탱크로부터 상기 내압 공급 유닛으로 전달되는 머드액을 가열하도록 상기 저장 탱크와 내압 공급 유닛 사이에는 별도의 가열 장치가 구비될 수 있다.

한편, 상기 압력 유동관 내부에는 상기 내압 공급 유닛 및 가스 공급 유닛에 의해 중간에 가스층이 형성되는 형태로 액체가 충전되고, 상기 내압 공급 유닛의 가압에 의해 상기 가스층이 폭발하여 상기 BOP 장비로 공급되도록 구성될 수 있다.

이때, 상기 가스층은 상기 압력 유동관 내부 유로를 차단하도록 상기 압력 유동관 내부에 길이 방향을 따라 서로 이격되게 삽입된 제 1 플러그와 제 2 플러그 사이 공간에 형성될 수 있다.

또한, 상기 제 1 플러그에는 상기 가스층의 압력이 일정 압력 이상으로 가압됨에 따라 파괴되는 럽쳐 디스크가 장착될 수 있다.

또한, 상기 압력 유동관에는 상기 가스층의 위치 조절이 가능하도록 상기 압력 유동관의 내부 액체를 배출할 수 있는 배출구가 형성되고, 상기 배출구에는 상기 배출구를 개폐할 수 있는 개폐 밸브가 장착될 수 있다.

또한, 상기 BOP 장비에 장착된 램 장치 또는 애뉼라가 작동한 상태에서 상기 가스층의 가스가 상기 BOP 장비로 공급되는 방식으로 테스트할 수 있다.

또한, 상기 테스트 웰헤드 및 BOP 장비는 별도의 압력 용기 내부에 장착되고, 상기 압력 용기 내부에는 상기 테스트 웰헤드 및 BOP 장비가 잠기도록 액체가 저장될 수 있다.

한편, 본 발명은, 테스트 웰헤드에 BOP 장비를 안착 결합시키는 결합 단계; 상기 테스트 웰헤드를 통해 상기 BOP 장비에 내압이 공급될 수 있도록 상기 테스트 웰헤드에 압력 유동관을 연결시키는 연결 단계; 상기 압력 유동관 내부 중간에 가스층이 형성된 상태로 액체를 충전하는 충전 단계; 및 상기 압력 유동관 내부를 가압하는 가압 단계를 포함하고, 상기 압력 유동관의 가압에 의해 상기 가스층이 폭발하여 상기 BOP 장비로 공급되도록 구성될 수 있다.

이때, 상기 충전 단계는 상기 압력 유동관 내부에 액체를 공급하는 단계; 상기 압력 유동관 내부에 액체가 저장된 상태에서 상기 압력 유동관에 상기 압력 유동관의 내부 유로를 차단할 수 있는 제 1 플러그 및 제 2 플러그를 서로 이격되게 삽입하여 상기 제 1 및 제 2 플러그 사이에 상기 가스층을 형성하는 단계; 및 상기 가스층이 형성된 상태에서 상기 압력 유동관에 액체를 공급하여 충전하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 가스층을 형성하는 단계는 상기 압력 유동관의 입구측에 상기 제 1 플러그를 삽입하는 단계; 상기 제 1 플러그를 위치 이동시킬 수 있도록 상기 압력 유동관에 가스를 공급하는 단계; 및 상기 제 1 플러그의 위치가 이동한 상태에서 상기 압력 유동관의 입구측에 상기 제 2 플러그를 삽입하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.

한편, 상기 압력 유동관에는 상기 제 1 플러그의 위치 이동이 가능하도록 상기 압력 유동관의 액체를 배출시킬 수 있는 배출구가 형성되고, 상기 배출구에는 상기 배출구를 개폐할 수 있는 개폐 밸브가 장착될 수 있다.

본 발명에 의하면, 단순히 고압의 액체 공급을 통해 내압을 발생시키는 종래 기술과는 달리 고압의 액체와 함께 고압의 기체를 BOP 장비에 공급시켜 실제 해저 유정에서의 가스킥 상황을 재현할 수 있도록 함으로써, BOP 장비의 가스킥 상황에 대한 테스트 작업을 수행할 수 있고, 이를 통해 BOP 장비의 테스트 작업을 더욱 정확하게 수행할 수 있고 테스트 결과의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, BOP 장비에 머드액 및 가스를 함께 공급하는 방식으로 가스킥 상황을 재현하고, 머드액은 세퍼레이터를 통해 분리하여 순환 공급할 수 있도록 함으로써, 머드액의 재사용이 가능할 뿐만 아니라 머드액 순환 시스템에 대한 테스트 또한 동시에 진행할 수 있는 효율적인 운영이 가능하다는 효과가 있다.

또한, BOP 장비에 내압을 공급하는 압력 유동관의 중간 구간에 가스층을 형성하고, 가스층을 가압 폭발시켜 고압 가스를 순간적으로 BOP 장비에 공급하도록 함으로써, 실제 상황과 같은 가스킥에 의한 충격력을 BOP 장비에 전달시킬 수 있어 더욱 정확하고 신뢰도 높은 가스킥 테스트 결과를 얻을 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 BOP 장비의 가스킥 테스트 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 BOP 장비의 가스킥 테스트 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면,
도 3 내지 도 8은 도 2에 도시된 BOP 장비의 가스킥 테스트 장치에 대한 가스층 형성 과정 및 가스킥 발생 과정을 단계적으로 도시한 작동 상태도,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 BOP 장비의 가스킥 테스트 방법에 대한 작업 순서를 단계적으로 도시한 동작 흐름도,
도 10은 도 9에 도시된 연결 단계에 대한 세부 작업 순서를 단계적으로 도시한 동작 흐름도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 BOP 장비의 가스킥 테스트 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 BOP 장비의 가스킥 테스트 장치는 실제 해저 유정에서 발생하는 가스킥 상황을 재현할 수 있도록 하여 BOP 장비에 대한 테스트를 더욱 정확하게 수행할 수 있는 장치로서, BOP 장비(200)가 래칭 결합되는 테스트 웰헤드(300)와, 테스트 웰헤드(300)를 통해 BOP 장비(200)에 액상과 기상의 2상 유체가 공급되도록 테스트 웰헤드(300)에 연결되어 고압 상태로 2상 유체를 공급하는 2상 유체 공급 장치를 포함하여 구성된다. 이때, 2상 유체는 머드액/가스 또는 물/가스로 적용될 수 있다.

2상 유체 공급 장치는 테스트 웰헤드(300)를 통해 BOP 장비(200)에 내압이 제공되도록 테스트 웰헤드(300)에 연결되는 압력 유동관(410)과, 압력 유동관(410)에 고압의 액체를 공급하는 내압 공급 유닛(400)과, 압력 유동관(410)에 고압의 가스를 공급하는 가스 공급 유닛(500)을 포함하여 구성된다. 이때, 테스트 웰헤드(300)와 BOP 장비(200)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 별도의 압력 용기(100) 내부에 투입된 상태로 배치될 수 있다.

압력 용기(100)는 내부에 테스트 챔버(C)가 형성되는 용기 형태로 형성되며, 테스트 챔버(C)에는 BOP 장비(200)가 잠길 수 있도록 액체(L)가 저장된다. 이러한 압력 용기(100)는 내부에 테스트 챔버(C)가 형성된 다양한 형상의 용기 형태로 형성될 수 있는데, 압력 용기(100)의 내부 압력에 대한 지지 강도를 고려할 때 원통 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 압력 용기(100)는 부식 방지를 위해 음극 전원에 연결되는 방식으로 구성될 수 있다.

또한, 압력 용기(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 내부 공간에 테스트 챔버(C)가 형성되도록 상단면 일부가 개방된 용기 본체(110)와, 용기 본체(110)의 개방된 부분에 밀봉 결합되는 용기 커버(120)로 분리 형성될 수 있다. 이러한 구조를 통해 용기 커버(120)를 개방한 상태로 용기 본체(110)의 테스트 챔버(C)에 액체(L)를 투입하여 저장할 수 있고, 용기 커버(120)를 개방한 상태에서 BOP 장비(200)를 액체(L)에 잠기도록 테스트 챔버(C)에 투입할 수 있다.

이러한 압력 용기(100)는 육상에 배치되거나 해저에 배치될 수 있으며, 육상에 배치되는 경우는 별도의 펌프 등을 이용하여 압력 용기(100) 내부에 액체를 공급 저장할 수 있고, 해저에 배치되는 경우에는 단순히 용기 커버(120)를 개방하는 방식으로 해수가 압력 용기(100) 내부에 저장되도록 할 수 있다. 또한, 압력 용기(100)가 해저에 배치되는 경우, BOP 장비(200)는 리그선과 같은 별도의 시추 설비(미도시)로부터 해저로 연장되는 라이저(220)의 하단에 연결되고, 라이저(220)와 함께 하향 이동하여 압력 용기(100) 내부로 투입되며, 압력 용기(100) 내부에서 테스트 웰헤드(300)에 결합되는 방식으로 설치될 수 있다. 반면, 압력 용기(100)가 육상에 배치되는 경우에는 별도의 크레인(미도시) 등을 이용하여 BOP 장비(200)를 압력 용기(100) 내부로 투입할 수 있으며, 이 경우에도 별도의 라이저(220)를 BOP 장비(200)에 연결시킬 수 있다.

이와 같은 구성에 따라 BOP 장비(200)가 테스트 챔버(C)의 액체에 잠긴 상태로 테스트되므로, 실제 해저에 설치되는 것과 마찬가지로 수중에서 테스트 작업이 진행될 수 있어 더욱 정확한 테스트 결과를 얻을 수 있다. 또한, 도시되지는 않았으나, 용기 본체(110)에는 별도의 외압 공급 유닛(미도시)이 연결 장착되어 테스트 챔버(C)에 압력을 공급하도록 구성될 수 있다. 이러한 외압 공급 유닛을 통한 외압 공급을 통해 BOP 장비(200)에 대항 외압 테스트 또한 수행할 수도 있다.

테스트 웰헤드(300)는 BOP 장비(200)가 래칭 결합되도록 압력 용기(100)의 내부에 고정 장착될 수 있다. 이러한 테스트 웰헤드(300)는 해저 유정의 상단에 결합되는 웰헤드와 동일한 것으로, 본 발명의 일 실시예에서는 BOP 장비(200)에 대한 테스트를 위해 압력 용기(100) 내부에 고정 장착된다. 이때, BOP 장비(200)와 테스트 웰헤드(300)는 상호 래칭 결합한 상태에서 내부 공간이 서로 연통되게 결합된다.

압력 유동관(410)은 테스트 웰헤드(300)를 통해 BOP 장비(200)에 내압이 제공되도록 테스트 웰헤드(300)에 결합되는데, 이러한 압력 유동관(410)의 상단이 테스트 웰헤드(300)의 하단에 결합되고, 압력 유동관(410)의 하단은 고압의 액체가 공급될 수 있도록 내압 공급 유닛(400)에 결합된다. 또한, 압력 유동관(410)에는 가스 공급 유닛(500) 또한 연결 결합되어 고압의 가스가 테스트 웰헤드(300) 및 BOP 장비(200)에 공급될 수 있도록 구성된다.

이러한 구성에 따라 BOP 장비(200)에는 내압 공급 유닛(400) 및 가스 공급 유닛(500)에 의해 고압의 액체 및 고압의 가스가 압력 유동관(410)을 통해 공급된다. 따라서, 단순히 고압의 액체 공급을 통해 내압을 발생시키는 종래 기술과는 달리 고압의 액체와 함께 고압의 기체를 BOP 장비에 공급시킬 수 있고, 이를 통해 가스킥 상황을 재현할 수 있어 가스킥 상황에 대한 테스트 작업을 수행할 수 있다. 또한, 이를 통해 BOP 장비의 테스트 작업을 더욱 정확하게 수행할 수 있고 테스트 결과의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 내압 공급 유닛(400)은 머드(mud)액을 공급하도록 구성되며, 내압 공급 유닛(400)으로부터 압력 유동관(410)을 통해 공급되는 머드액은 테스트 웰헤드(300) 및 BOP 장비(200)를 통과한 후, 별도의 순환 배관(P)을 따라 순환된다. 이때, BOP 장비(200)에는 전술한 바와 같이 라이저(220)가 연결되는바, BOP 장비(200)를 통과한 머드액은 라이저(220)의 머드 순환 라인, 예를 들면 초크 라인(222) 및 킬 라인(221)을 통해 순환 배관(P)으로 공급된다.

또한, 순환 배관(P)의 일측에는 BOP 장비(200)로부터 배출되는 머드액 및 가스를 수집하여 머드액과 가스를 서로 분리하는 세퍼레이터(600)가 장착되며, 세퍼레이터(600)를 통해 분리된 가스는 외부로 배출되고, 세퍼레이터(600)를 통해 분리된 머드액은 순환 배관(P)을 따라 내압 공급 유닛(400)으로 다시 순환 공급된다.

이때, 순환 배관(P) 상에는 세퍼레이터(600)로부터 분리 배출되는 머드액을 저장할 수 있도록 저장 탱크(610)가 장착되며, 내압 공급 유닛(400)은 이러한 저장 탱크(610)로부터 머드액을 흡입하여 BOP 장비(200)로 공급할 수 있도록 저장 탱크(610)와 순환 배관(P)을 통해 연결된다.

또한, 실제 해저 시추 작업시에 머드액은 대략 300 ~ 400 ℉의 고온 상태로 순환되기 때문에, 본 발명의 일 실시예에 따라 순환되는 머드액 또한 실제 환경과 유사하게 고온 상태로 가열되는 것이 바람직하다. 이를 위해 저장 탱크(610)와 내압 공급 유닛(400)을 연결하는 순환 배관(P) 상에는 내압 공급 유닛(400)으로 전달되는 머드액을 가열시킬 수 있도록 별도의 가열 장치(620)가 구비될 수 있다.

이러한 구조에 따라 BOP 장비(200)에는 내압 공급 유닛(400) 및 가스 공급 유닛(500)에 의해 압력 유동관(410)을 따라 머드액 및 가스가 공급되고, BOP 장비(200)를 통과한 머드액 및 가스는 세퍼레이터(600)를 통해 분리되며, 분리된 머드액은 다시 저장 탱크(610) 및 가열 장치(620)를 통과하여 내압 공급 유닛(400)으로 전달된 후, 다시 BOP 장비(200)로 순환 공급된다.

도 2는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 BOP 장비의 가스킥 테스트 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3 내지 도 8은 도 2에 도시된 BOP 장비의 가스킥 테스트 장치에 대한 가스층 형성 과정 및 가스킥 발생 과정을 단계적으로 도시한 작동 상태도이다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 BOP 장비의 가스킥 테스트 장치는 도 2에 도시된 바와 같이 압력 유동관(410)의 내부 중간 구간에 가스층(700)이 형성되는 형태로 구성될 수 있다. 이때, 가스층(700)은 압력 유동관(410)과 연결되는 내압 공급 유닛(400) 및 가스 공급 유닛(500)을 이용하여 형성시킬 수 있으며, 이와 같이 형성된 가스층(700)은 내압 공급 유닛(400)의 가압에 의해 가스층(700)이 폭발하여 BOP 장비(200)로 공급되도록 하는 방식으로 구성될 수 있다.

좀 더 자세히 살펴보면, 가스층(700)은 도 2에 도시된 바와 같이 압력 유동관(410) 내부 유로를 차단하도록 압력 유동관(410) 내부에 길이 방향을 따라 서로 이격되게 삽입된 제 1 플러그(710)와 제 2 플러그(720) 사이 공간에 형성될 수 있다. 이때, 제 1 플러그(710)와 제 2 플러그(720)는 가스층(700)의 부피 조절이 가능하도록 압력 유동관(410)의 내부 유로를 차단함과 동시에 압력 유동관(410) 내부에서 내부 유로를 따라 이동 가능하게 형성될 수 있다. 또한, 제 1 플러그(710)에는 가스층(700)의 압력이 일정 압력 이상으로 가압됨에 따라 파괴되는 럽쳐 디스크(711)가 장착될 수 있다.

이러한 구조에 따라 압력 유동관(410)의 중간 구간에 가스층(700)이 형성된 상태에서 내압 공급 유닛(400)을 통해 고압의 액체를 공급하여 압력 유동관(410)에 압력을 가하게 되면, 압력 유동관(410) 내부 압력에 의해 제 1 플러그(710) 및 제 2 플러그(720)가 이동하여 가스층(700)의 부피가 감소하며, 가스층(700)의 내부 압력이 상승한다. 이러한 과정이 계속 진행되면, 가스층(700)의 내부 압력 상승에 따라 제 1 플러그(710)의 럽쳐 디스크(711)가 파괴되며, 이와 동시에 가스층(700)의 가스가 압력 유동관(410)을 따라 테스트 웰헤드(300) 및 BOP 장비(200) 내부로 공급된다.

이러한 과정을 통해 BOP 장비(200)로 공급되는 가스는 고압 상태로 순간적으로 BOP 장비(200)에 공급되기 때문에, BOP 장비(200)에 대한 고압 충격을 가할 수 있으며, 이러한 가스 공급 방식은 실제 해저 유정에서 발생하는 가스킥 상황과 매우 유사한 조건이므로, BOP 장비(200)에 대한 더욱 정확한 내압 테스트를 수행할 수 있다.

이때, BOP 장비(200)에는 테스트 파이프(202)가 삽입된 상태로 내압 테스트가 진행되는데, 이 경우 BOP 장비(200)에 장착된 램 장치(201) 또는 애뉼라는 BOP 장비(200)의 내부 중심홀을 폐쇄하도록 작동한 상태에서 가스층(700)의 가스가 BOP 장비(200)로 공급되도록 구성될 수 있으며, 이를 통해 램 장치(201) 및 애뉼라 등의 장치에 가스 압력에 의한 충격이 가해질 수 있다. 물론, 이와 달리 가스층(700)의 가스가 BOP 장비(200)로 공급된 이후, 램 장치(201) 및 애뉼라 등의 장치를 작동시키는 방식으로 테스트를 수행할 수도 있다.

다음으로, 도 3 내지 도 8을 중심으로, 압력 유동관(410)에 가스층(700)을 형성하는 과정을 살펴보면, 먼저, 도 3에 도시된 바와 같이 내압 공급 유닛(400)을 작동시켜 압력 유동관(410)에 액체(M)를 공급한다. 이때, 내압 공급 유닛(400)은 별도의 액체 저장 탱크(401)로부터 액체(M)를 펌핑 공급하도록 구성될 수 있다. 이후, 도 4에 도시된 바와 같이 압력 유동관(410)에 제 1 플러그(710)를 삽입하고, 가스 공급 유닛(500)을 통해 고압의 가스를 공급한다. 이때, 가스 공급 유닛(500)은 별도의 가스 저장 탱크(501)로부터 가스를 압축 공급하도록 구성될 수 있다. 이와 같이 고압의 가스를 계속 공급하면, 도 5에 도시된 바와 같이 제 1 플러그(710)가 압력 유동관(410)을 따라 이동하게 된다. 이 상태에서 도 6에 도시된 바와 같이 압력 유동관(410)에 제 2 플러그(720)를 삽입하고, 내압 공급 유닛(400)을 통해 고압의 액체(M)를 공급한다. 이와 같이 고압의 액체(M)를 계속 공급하면, 도 7에 도시된 바와 같이 제 2 플러그(720)가 압력 유동관(410)을 따라 이동하게 되며, 제 1 플러그(710)와 제 2 플러그(720) 사이 공간에는 고압의 가스층(700)이 형성되게 된다.

이 상태에서 내압 공급 유닛(400)을 통해 압력 유동관(410)에 고압의 액체(M)를 계속 공급하게 되면, 제 2 플러그(720)가 이동하며 가스층(700)의 압력이 점점 증가하게 되고, 일정 압력 이상이 되면, 도 8에 도시된 바와 같이 제 1 플러그(710)의 럽쳐 디스크(711)가 파괴되며, 가스층(700)에 존재하는 고압의 가스가 압력 유동관(410)을 따라 순간적으로 테스트 웰헤드(300) 및 BOP 장비(200)로 공급된다.

한편, 액체는 비압축성 유체로서 압력 변화에 따른 부피의 변화가 상대적으로 작고, 가스는 압축성 유체로서 압력 변화에 따른 부피 변화가 상대적으로 크다. 따라서, 도 5에 도시된 바와 같이 가스 공급 유닛(500)에 의한 고압의 가스 공급을 통해 제 1 플러그(710)의 위치를 이동시키기 위해서는 압력 유동관(410)의 일측에 압력 유동관(410)의 내부 액체를 배출할 수 있는 배출구(411)가 형성되고, 배출구(411)에는 배출구(411)를 개폐할 수 있는 개폐 밸브(412)가 장착될 수 있다. 이러한 배출구(411)를 통한 액체(M)의 배출을 통해 제 1 플러그(710) 및 가스층(700)의 위치를 조절할 수 있다. 즉, 액체는 비압축성 유체이므로, 압력 변화에 따른 부피 변화가 크지 않으므로, 가스 공급 유닛(500) 및 내압 공급 유닛(400)을 통해 가스 또는 액체를 공급하는 동안 배출구(411)를 통해 액체(M)를 배출시킴으로써, 제 1 플러그(710) 및 가스층(700)의 위치를 조절할 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 BOP 장비의 가스킥 테스트 방법에 대한 작업 순서를 단계적으로 도시한 동작 흐름도이고, 도 10은 도 9에 도시된 연결 단계에 대한 세부 작업 순서를 단계적으로 도시한 동작 흐름도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 BOP 장비의 가스킥 테스트 방법은 도 2에 도시된 BOP 장비의 가스킥 테스트 장치를 이용한 테스트 방법으로, 가스층(700)의 폭발을 통해 BOP 장비(200)에 대한 가스킥 상황을 발생시켜 BOP 장비(200)에 대한 내압 테스트를 수행할 수 있도록 구성되는데, 이는 도 2 내지 도 8에서 설명하였으므로, 설명의 중복 방지를 위해 여기에서 상세한 설명은 생략한다.

BOP 장비의 가스킥 테스트 방법은, 테스트 웰헤드(300)에 BOP 장비(200)를 안착 결합시키는 결합 단계(S1)와, 테스트 웰헤드(300)를 통해 BOP 장비(200)에 내압이 공급될 수 있도록 테스트 웰헤드(300)에 압력 유동관(410)을 연결시키는 연결 단계(S2)와, 압력 유동관(410) 내부 중간에 가스층(700)이 형성된 상태로 액체(M)를 충전하는 충전 단계(S3)와, 압력 유동관(410) 내부를 가압하는 가압 단계(S4)를 포함하고, 압력 유동관(410)의 가압에 의해 가스층(700)이 폭발하여 BOP 장비(200)로 공급되도록 구성된다.

이때, 충전 단계(S3)는 도 3 내지 도 8에서 설명한 바와 같이 먼저, 내압 공급 유닛(400)을 통해 압력 유동관(410) 내부에 액체(M)를 공급하고(S31), 압력 유동관(410) 내부에 액체(M)가 저장된 상태에서 압력 유동관(410)에 제 1 플러그(710) 및 제 2 플러그(720)를 서로 이격되게 삽입하여 제 1 플러그(710) 및 제 2 플러그(720) 사이 공간에 가스층(700)을 형성하며(S32), 이 상태에서 내압 공급 유닛(400)을 통해 압력 유동관(410)에 액체(M)를 공급하여 충전하는 방식(S33)으로 구성될 수 있다.

가스층(700)을 형성하는 단계(S32)는 압력 유동관(410)의 입구측에 제 1 플러그(710)를 삽입하는 단계(S32-1)와, 제 1 플러그(710)를 위치 이동시킬 수 있도록 가스 공급 유닛(500)을 통해 압력 유동관(410)에 가스를 공급하는 단계(S32-2)와, 제 1 플러그(710)의 위치가 이동한 상태에서 압력 유동관(410)의 입구측에 제 2 플러그(720)를 삽입하는 단계(S32-3)를 포함하여 구성될 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 압력 용기 200: BOP 장비
201: 램 장치 220: 라이저
300: 테스트 웰헤드 400: 내압 공급 유닛
410: 압력 유동관 500: 가스 공급 유닛
600: 세퍼레이터 610: 저장 탱크
620: 가열 장치 700: 가스층
710: 제 1 플러그 711: 럽쳐 디스크
720: 제 2 플러그

Claims

BOP 장비가 래칭 결합되는 테스트 웰헤드; 및
상기 테스트 웰헤드를 통해 상기 BOP 장비에 액상과 기상의 2상 유체가 공급되도록 상기 테스트 웰헤드에 연결되어 고압 상태로 2상 유체를 공급하는 2상 유체 공급 장치
를 포함하는 것을 특징으로 하는 BOP 장비의 가스킥 테스트 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 2상 유체는 머드액과 가스 또는 물과 가스로 적용되는 것을 특징으로 하는 BOP 장비의 가스킥 테스트 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 2상 유체 공급 장치는
상기 테스트 웰헤드를 통해 상기 BOP 장비에 내압이 제공되도록 상기 테스트 웰헤드에 연결되는 압력 유동관;
상기 압력 유동관에 고압의 액체를 공급하는 내압 공급 유닛; 및
상기 압력 유동관에 고압의 가스를 공급하는 가스 공급 유닛
을 포함하고, 상기 BOP 장비에는 고압의 액체와 함께 고압의 가스가 공급되는 것을 특징으로 하는 BOP 장비의 가스킥 테스트 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 내압 공급 유닛은 머드액을 공급하는 것을 특징으로 하는 BOP 장비의 가스킥 테스트 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 BOP 장비에 공급되어 배출되는 머드액 및 가스를 수집하여 머드액과 가스를 서로 분리하는 세퍼레이터를 더 포함하고,
상기 세퍼레이터를 통해 분리된 머드액은 상기 내압 공급 유닛으로 다시 공급 순환되는 것을 특징으로 하는 BOP 장비의 가스킥 테스트 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 세퍼레이터로부터 분리 배출되는 머드액을 저장하는 저장 탱크를 더 포함하고,
상기 내압 공급 유닛은 상기 저장 탱크로부터 머드액을 흡입하여 공급하는 것을 특징으로 하는 BOP 장비의 가스킥 테스트 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 저장 탱크로부터 상기 내압 공급 유닛으로 전달되는 머드액을 가열하도록 상기 저장 탱크와 내압 공급 유닛 사이에는 별도의 가열 장치가 구비되는 것을 특징으로 하는 BOP 장비의 가스킥 테스트 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 압력 유동관 내부에는 상기 내압 공급 유닛 및 가스 공급 유닛에 의해 중간에 가스층이 형성되는 형태로 액체가 충전되고, 상기 내압 공급 유닛의 가압에 의해 상기 가스층이 폭발하여 상기 BOP 장비로 공급되는 것을 특징으로 하는 BOP 장비의 가스킥 테스트 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 가스층은 상기 압력 유동관 내부 유로를 차단하도록 상기 압력 유동관 내부에 길이 방향을 따라 서로 이격되게 삽입된 제 1 플러그와 제 2 플러그 사이 공간에 형성되는 것을 특징으로 하는 BOP 장비의 가스킥 테스트 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 제 1 플러그에는 상기 가스층의 압력이 일정 압력 이상으로 가압됨에 따라 파괴되는 럽쳐 디스크가 장착되는 것을 특징으로 하는 BOP 장비의 가스킥 테스트 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 압력 유동관에는 상기 가스층의 위치 조절이 가능하도록 상기 압력 유동관의 내부 액체를 배출할 수 있는 배출구가 형성되고, 상기 배출구에는 상기 배출구를 개폐할 수 있는 개폐 밸브가 장착되는 것을 특징으로 하는 BOP 장비의 가스킥 테스트 장치.
제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 BOP 장비에 장착된 램 장치 또는 애뉼라가 작동한 상태에서 상기 가스층의 가스가 상기 BOP 장비로 공급되는 방식으로 테스트하는 것을 특징으로 하는 BOP 장비의 가스킥 테스트 장치.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 테스트 웰헤드 및 BOP 장비는 별도의 압력 용기 내부에 장착되고, 상기 압력 용기 내부에는 상기 테스트 웰헤드 및 BOP 장비가 잠기도록 액체가 저장되는 것을 특징으로 하는 BOP 장비의 가스킥 테스트 장치.
테스트 웰헤드에 BOP 장비를 안착 결합시키는 결합 단계;
상기 테스트 웰헤드를 통해 상기 BOP 장비에 내압이 공급될 수 있도록 상기 테스트 웰헤드에 압력 유동관을 연결시키는 연결 단계;
상기 압력 유동관 내부 중간에 가스층이 형성된 상태로 액체를 충전하는 충전 단계; 및
상기 압력 유동관 내부를 가압하는 가압 단계
를 포함하고, 상기 압력 유동관의 가압에 의해 상기 가스층이 폭발하여 상기 BOP 장비로 공급되는 것을 특징으로 하는 BOP 장비의 가스킥 테스트 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 충전 단계는
상기 압력 유동관 내부에 액체를 공급하는 단계;
상기 압력 유동관 내부에 액체가 저장된 상태에서 상기 압력 유동관에 상기 압력 유동관의 내부 유로를 차단할 수 있는 제 1 플러그 및 제 2 플러그를 서로 이격되게 삽입하여 상기 제 1 및 제 2 플러그 사이에 상기 가스층을 형성하는 단계; 및
상기 가스층이 형성된 상태에서 상기 압력 유동관에 액체를 공급하여 충전하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 BOP 장비의 가스킥 테스트 방법.
제 15 항에 있어서,
상기 가스층을 형성하는 단계는
상기 압력 유동관의 입구측에 상기 제 1 플러그를 삽입하는 단계;
상기 제 1 플러그를 위치 이동시킬 수 있도록 상기 압력 유동관에 가스를 공급하는 단계; 및
상기 제 1 플러그의 위치가 이동한 상태에서 상기 압력 유동관의 입구측에 상기 제 2 플러그를 삽입하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 BOP 장비의 가스킥 테스트 방법.
제 16 항에 있어서,
상기 압력 유동관에는 상기 제 1 플러그의 위치 이동이 가능하도록 상기 압력 유동관의 액체를 배출시킬 수 있는 배출구가 형성되고, 상기 배출구에는 상기 배출구를 개폐할 수 있는 개폐 밸브가 장착되는 것을 특징으로 하는 BOP 장비의 가스킥 테스트 방법.