KR20150040519A - 시추 장비 테스트용 압력 용기 및 이를 이용한 시추 장비 테스트 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시추 장비 테스트용 압력 용기 및 이를 이용한 시추 장비 테스트 장치에 관한 것으로, BOP 장비와 같은 심해 환경에서 사용되는 시추 장비들을 심해 환경과 유사한 조건에 노출시켜 각종 테스트를 수행할 수 있도록 함으로써, 시추 장비에 대한 문제를 사전에 예방 및 관리할 수 있어 심해와 같은 실제 설치 현장에서 시추 장비의 설치 및 작동 과정을 원활하고 신속하게 수행할 수 있도록 하고, 시추 장비가 투입되는 압력 용기의 용기 본체와 용기 커버에 대한 결합 과정에서 결합 볼트가 용기 본체 및 용기 커버의 두께 중심선을 따라 체결되도록 함으로써, 결합 볼트에 대한 모멘트가 발생하지 않아 상호 결합력이 강화되고, 이에 따라 압력 용기의 내압력을 향상시킬 수 있고, 이에 따라 더욱 안정적인 테스트 작업을 가능하게 하는 시추 장비 테스트용 압력 용기 및 이를 이용한 시추 장비 테스트 장치를 제공한다.

Description

시추 장비 테스트용 압력 용기 및 이를 이용한 시추 장비 테스트 장치{Pressure Vessel for Testing Drilling Equipment and Test Apparatus Using The Same}

본 발명은 시추 장비 테스트용 압력 용기 및 이를 이용한 시추 장비 테스트 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 BOP 장비와 같은 심해 환경에서 사용되는 시추 장비들을 심해 환경과 유사한 조건에 노출시켜 각종 테스트를 수행할 수 있도록 함으로써, 시추 장비에 대한 문제를 사전에 예방 및 관리할 수 있어 심해와 같은 실제 설치 현장에서 시추 장비의 설치 및 작동 과정을 원활하고 신속하게 수행할 수 있도록 하고, 시추 장비가 투입되는 압력 용기의 용기 본체와 용기 커버에 대한 결합 과정에서 결합 볼트가 용기 본체 및 용기 커버의 두께 중심선을 따라 체결되도록 함으로써, 결합 볼트에 대한 모멘트가 발생하지 않아 상호 결합력이 강화되고, 이에 따라 압력 용기의 내압력을 향상시킬 수 있고, 이에 따라 더욱 안정적인 테스트 작업을 가능하게 하는 시추 장비 테스트용 압력 용기 및 이를 이용한 시추 장비 테스트 장치에 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 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.

최근에는 심해 유전의 개발이 활발하게 진행됨에 따라 각종 시추 장비들에 대한 안전성이 특히 중요하게 요구되는데, 시추 장비들 중 시추 과정에서의 안전과 가장 관련이 깊은 장비로서, BOP(Blow out Preventer, 분출 방지기)를 들 수 있다.

BOP 장비는 시추 과정에서 발생하는 고압의 가스를 안전하게 제거하여 해저 유정의 가스 폭발을 방지하기 위한 장치로서, 해상의 시추 설비로부터 라이저를 통해 연결되어 해저 유정의 상단 웰헤드에 결합되는 형태로 설치된다.

이러한 BOP 장비는 심해 환경에 적합한 형태로 수심 3,000 m 이상의 고압(4,300 psi)의 환경에서 내압으로는 15,000 psi 압력을 견디도록 설계된다. 그러나, 실제 심해 유정에 설치되기 전까지 실제와 같은 환경에서의 테스트 과정을 거치지 않기 때문에, 실제 설치 현장 작업시 여러가지 문제가 발생한다.

일반적으로 BOP 장비에 대한 테스트는 BOP 장비를 이루는 각 부품에 대해 각각 별도로 외압을 가하거나 내압을 가하는 방식으로 부분적인 테스트가 이루어지고 있으며, 전체 조립된 상태에서는 이러한 테스트를 수행할 수 있는 장치가 전무한 상태로서, 실제 환경과 같은 조건에서 다양한 방식의 테스트를 수행할 수 있는 장치가 절실히 요구되고 있다.

국내등록특허 제10-1185286호

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 BOP 장비와 같은 심해 환경에서 사용되는 시추 장비들을 심해 환경과 유사한 조건에 노출시켜 각종 테스트를 수행할 수 있도록 함으로써, 시추 장비에 대한 문제를 사전에 예방 및 관리할 수 있어 심해와 같은 실제 설치 현장에서 시추 장비의 설치 및 작동 과정을 원활하고 신속하게 수행할 수 있도록 하는 시추 장비 테스트용 압력 용기 및 이를 이용한 시추 장비 테스트 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 시추 장비가 투입되는 압력 용기의 용기 본체와 용기 커버에 대한 결합 과정에서 결합 볼트가 용기 본체 및 용기 커버의 두께 중심선을 따라 체결되도록 함으로써, 결합 볼트에 대한 모멘트가 발생하지 않아 상호 결합력이 강화되고, 이에 따라 압력 용기의 내압력을 향상시킬 수 있고, 이에 따라 더욱 안정적인 테스트 작업을 가능하게 하는 시추 장비 테스트용 압력 용기 및 이를 이용한 시추 장비 테스트 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은, 심해 환경에서 사용되는 시추 장비를 테스트하는 시추 장비 테스트 장치에 있어서, 내부에 테스트 대상 장비가 투입될 수 있도록 테스트 챔버가 형성되고, 상기 테스트 챔버에는 상기 테스트 대상 장비가 잠기도록 액체가 저장되는 압력 용기; 및 상기 테스트 챔버에 저장된 액체의 압력이 심해 압력에 도달하도록 액체의 압력을 상승시키는 외압 공급 유닛을 포함하고, 상기 압력 용기는 상면이 개방된 형태로 내부에 상기 테스트 챔버가 형성되는 용기 본체와, 상기 용기 본체의 개방된 상면에 서로 대향되는 형태로 밀봉 결합되는 용기 커버로 분리 형성되고, 상기 용기 본체와 용기 커버는 서로 결합되는 부위에서 각각의 두께 중심선이 하나의 직선을 이루도록 형성되고, 별도의 결합 볼트가 상기 두께 중심선을 따라 체결되어 상기 용기 본체와 용기 커버가 결합되는 것을 특징으로 하는 시추 장비 테스트 장치를 제공한다.

이때, 상기 용기 본체와 용기 커버의 상호 결합 부위에는 상기 결합 볼트에 의해 서로 결합될 수 있도록 각각 본체 플랜지부와 커버 플랜지부가 형성되고, 상기 본체 플랜지부와 커버 플랜지부는 상기 용기 본체 및 용기 커버의 외주면 및 내주면에 돌출되도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 본체 플랜지부와 커버 플랜지부에는 상기 결합 볼트가 체결될 수 있도록 각각 내주면에 암나사산이 형성된 본체 나사홈 및 커버 나사홈이 각각 형성되고, 상기 본체 나사홈 및 커버 나사홈은 상기 두께 중심선을 따라 하나의 나사홈을 이루도록 대응되게 형성될 수 있다.

또한, 상기 본체 나사홈 및 커버 나사홈 중 어느 하나는 상기 결합 볼트의 길이보다 더 길게 형성되고, 나머지 하나는 상기 결합 볼트의 길이보다 더 짧게 형성될 수 있다.

또한, 상기 결합 볼트는 상기 본체 나사홈 및 커버 나사홈의 암나사산에 체결될 수 있도록 외주면에 수나사산이 형성되는 볼트 바디; 및 별도의 조작 렌치를 통해 회전 조작될 수 있도록 상기 볼트 바디의 일단에 형성되는 렌치 돌기를 포함할 수 있다.

또한, 상기 본체 플랜지부 또는 커버 플랜지부에는 상기 조작 렌치를 투입 조작할 수 있도록 상기 본체 나사홈 또는 커버 나사홈과 연통되는 렌치 조작홀이 형성될 수 있다.

또한, 상기 테스트 대상 장비는 BOP 장비로 적용될 수 있다.

또한, 상기 압력 용기의 내부 공간 하부에는 상기 BOP 장비가 안착 결합되도록 테스트 웰헤드가 고정 장착될 수 있다.

또한, 상기 시추 장비 테스트 장치는 상기 테스트 웰헤드를 통해 상기 BOP 장비에 내압이 전달되도록 상기 테스트 웰헤드에 고압의 유체를 공급하는 내압 공급 유닛을 더 포함할 수 있다.

한편, 본 발명은, 심해 환경에서 사용되는 시추 장비를 테스트하기 위해 사용되는 시추 장비 테스트용 압력 용기로서, 내부에 테스트 대상 장비가 투입될 수 있도록 상면이 개방된 형태로 내부에 테스트 챔버가 형성되고, 상기 테스트 챔버에는 상기 테스트 대상 장비가 잠기도록 액체가 저장되는 용기 본체; 및 상기 용기 본체의 개방된 상면에 서로 대향되는 형태로 밀봉 결합되는 용기 커버를 포함하고, 상기 용기 본체와 용기 커버는 서로 결합되는 부위에서 각각의 두께 중심선이 하나의 직선을 이루도록 형성되고, 별도의 결합 볼트가 상기 두께 중심선을 따라 체결되어 상기 용기 본체와 용기 커버가 결합되는 것을 특징으로 하는 시추 장비 테스트 장치를 제공한다.

본 발명에 의하면, BOP 장비와 같은 심해 환경에서 사용되는 시추 장비들을 심해 환경과 유사한 조건에 노출시켜 각종 테스트를 수행할 수 있도록 함으로써, 시추 장비에 대한 문제를 사전에 예방 및 관리할 수 있어 심해와 같은 실제 설치 현장에서 시추 장비의 설치 및 작동 과정을 원활하고 신속하게 수행할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 시추 장비가 투입되는 압력 용기의 용기 본체와 용기 커버에 대한 결합 과정에서 결합 볼트가 용기 본체 및 용기 커버의 두께 중심선을 따라 체결되도록 함으로써, 결합 볼트에 대한 모멘트가 발생하지 않아 상호 결합력이 강화되고, 이에 따라 압력 용기의 내압력을 향상시킬 수 있고, 이에 따라 더욱 안정적인 테스트 작업을 가능하게 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시추 장비 테스트 장치의 구성을 개략적으로 도시한 개념도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 용기의 내부 구성 및 시추 장비 투입 과정을 개략적으로 도시한 동작 상태도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 용기의 용기 본체와 용기 커버에 대한 상호 결합 구조를 개략적으로 도시한 단면도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 용기의 용기 본체와 용기 커버에 대한 상호 결합 구조를 개략적으로 도시한 절개 사시도,
도 5는 일반적인 압력 용기의 용기 본체와 용기 커버에 대한 플랜지 결합 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.

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 시추 장비 테스트 장치의 구성을 개략적으로 도시한 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 용기의 내부 구성 및 시추 장비 투입 과정을 개략적으로 도시한 동작 상태도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 시추 장비 테스트 장치는 심해 환경에서 사용되는 시추 장비를 심해 환경과 유사한 환경 조건에 노출시켜 다양한 방식의 테스트를 수행할 수 있는 장치로서, 압력 용기(100)와, 외압 공급 유닛(400)을 포함하여 구성된다.

압력 용기(100)는 내부에 테스트 대상 장비가 투입될 수 있도록 내부 공간에 테스트 챔버(C)가 형성되고, 테스트 챔버(C)에는 테스트 대상 장비가 잠기도록 액체(L)가 저장된다. 이때, 테스트 대상 장비는 심해 환경에서 사용되는 장비로서, 예를 들면, 해저 유정의 내부 가스 폭발을 방지하기 위해 해저 유정의 상단 웰헤드에 래칭(Latching) 결합되는 BOP 장비(200)가 적용될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 테스트 대상 장비로서 BOP 장비(200)가 적용된 경우를 예로 들어 설명한다.

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. 용기 본체(110)에는 후술하는 외압 공급 유닛(400)과 내압 공급 유닛(500)으로부터 압력을 제공받을 수 있도록 외압 공급 포트(111)와 내압 공급 포트(112)가 형성될 수 있다. 또한, 용기 본체(110)와 용기 커버(120)는 내부 테스트 챔버(C)에 저장된 액체(L)가 외압 공급 유닛(400)에 의한 압력 공급을 통해 고압 상태로 유지될 수 있도록 상호 밀봉되게 결합되는 것이 바람직하다.

외압 공급 유닛(400)은 압력 용기(100)의 테스트 챔버(C)에 저장된 액체(L)의 압력이 심해 조건에서의 압력, 예를 들면 4,300 psi 이상의 압력에 도달하도록 액체의 압력을 상승시키도록 구성된다.

이러한 외압 공급 유닛(400)은 압력 용기(100)의 테스트 챔버(C)에 유체를 고압으로 공급하도록 작동하는 외압 공급 펌프(410)와, 고압의 유체가 외압 공급 펌프(410)로부터 테스트 챔버(C)로 공급되도록 외압 공급 펌프(410)와 테스트 챔버(C)를 연결하는 외압 연결 라인(420)을 포함하여 구성될 수 있다. 외압 공급 펌프(410)는 일반적으로 액체를 공급하며, 가스를 공급하는 컴프레셔 형태로 적용될 수도 있다. 외압 연결 라인(420)은 외압 공급 펌프(410)로부터 압력 용기(100)의 외압 공급 포트(111)에 연결되도록 설치될 수 있다. 압력 용기(100)의 내부 공간 또는 외압 연결 라인(420)의 내부 유로에 너무 높은 고압이 형성되는 경우, 압력을 조절할 수 있도록 별도의 압력 안전 장치가 구비될 수 있는데, 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이 외압 연결 라인(420)에 별도의 릴리프 밸브(401)가 장착되는 형태로 구성될 수 있다. 물론, 릴리프 밸브(401)는 압력 용기(100)의 일측에 장착될 수도 있다.

이때, 압력 용기(100)는 본 발명의 일 실시예에 따라 육상에 배치될 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이 육상에 일부 또는 전부 매립되어 고정되거나 또는 도시되지는 않았으나 별도의 육상 구조물에 장착되어 고정되는 방식으로 구성될 수 있다.

이와 같이 압력 용기(100)가 육상에 고정 설치되면, 해상과 비교하여 그 설치 작업이 용이할 뿐만 아니라 BOP 장비(200)에 대한 테스트 작업 또한 육상에서 실시할 수 있기 때문에 테스트 작업 또한 용이하고 신속하게 수행할 수 있다. 특히, BOP 장비(200)를 압력 용기(100) 내부로 투입하는 과정에서 육상 크레인을 이용하여 BOP 장비(200)를 운반할 수 있으므로, BOP 장비(200)의 투입 과정을 더욱 신속하고 단순화할 수 있다.

물론, 이러한 압력 용기(100)는 해상에 설치될 수도 있으며, 이 경우에는 실제 BOP 장비(200)를 설치하는 과정과 동일한 설치 과정을 재현할 수 있다는 점에서 유리하다.

한편, 압력 용기(100)의 내부 공간 하부에는 BOP 장비(200)가 테스트 챔버(C)에 투입된 상태에서 BOP 장비(200)의 하단이 안착 결합되도록 테스트 웰헤드(300)가 고정 장착되며, 이러한 테스트 웰헤드(300)는 전술한 내압 공급 포트(112)와 연통되도록 장착될 수 있다. 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. 따라서, BOP 장비(200)와 테스트 웰헤드(300)는 상호 래칭 결합한 상태에서 내부 공간이 서로 연통되게 결합된다.

이 경우, 테스트 웰헤드(300)를 통해 BOP 장비(200)에 내압이 전달되도록 테스트 웰헤드(300)에 고압의 유체를 공급하는 내압 공급 유닛(500)이 더 구비되는 것이 바람직하다. 내압 공급 유닛(500)은 BOP 장비(200)에 대한 내압이 심해 유정에서 가스 폭발시 발생하는 압력, 예를 들면 15,000 psi 이상의 압력에 도달하도록 고압 유체를 공급하는 형태로 구성된다.

이러한 내압 공급 유닛(500)은 테스트 웰헤드(300)에 고압의 유체를 공급하도록 작동하는 내압 공급 펌프(510)와, 고압의 유체가 내압 공급 펌프(510)로부터 테스트 챔버(C)로 공급되도록 내압 공급 펌프(510)와 테스트 웰헤드(300)를 연결하는 내압 연결 라인(520)을 포함하여 구성될 수 있다. 내압 공급 펌프(510)는 액체를 공급하는 펌프의 형태로 적용될 수도 있고, 유정 내 고압의 가스 발생 상황을 재현하기 위해 액체와 가스를 동시에 공급할 수 있는 다상 펌프(multi-phase pump) 형태로 적용될 수도 있다. 이때, 테스트 웰헤드(300)의 내부 공간 또는 내압 연결 라인(520)의 내부 유로에 너무 높은 고압이 형성되는 경우, 압력을 조절할 수 있도록 압력 안전 장치가 구비되는데, 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이 내압 연결 라인(520)에 별도의 릴리프 밸브(401)가 장착되는 형태로 구성될 수 있다.

도 1에서는 압력 용기(100)의 용기 본체(110)에 내압 공급 포트(112)가 형성되고, 테스트 웰헤드(300)가 내압 공급 포트(112)에 연통 결합되는 형태가 도시되는바, 이 경우, 내압 연결 라인(520)은 내압 공급 포트(112)와 연결될 수 있다.

이때, 테스트 웰헤드(300)는 도 2에 도시된 바와 같이 별도의 웰헤드 서포트(310)를 통해 지지되거나 또는 별도의 프레임(미도시)에 의해 압력 용기(100)의 내부 바닥면으로부터 이격되게 고정 배치될 수도 있는바, 이와 같이 배치되는 테스트 웰헤드(300)에는 내압 공급 유닛(500)으로부터 고압의 유체가 공급될 수 있도록 내압 공급 포트(112)와 테스트 웰헤드(300)를 연결하는 별도의 플렉서블 유압 호스(미도시)가 구비될 수 있다. 플렉서블 유압 호스는 도 2에 도시된 바와 같이 테스트 웰헤드(300)의 상하 위치가 변경됨에 따라 곡선 형태로 벤딩될 수 있도록 유연성을 갖도록 형성될 뿐만 아니라 내압 공급 유닛(500)으로부터 공급된 15,000 psi 압력을 견딜 수 있도록 형성된다.

또한, 외압 공급 펌프(410)와 내압 공급 펌프(510)는 도 1에 도시된 바와 같이 해상과 인접하게 설치되는 육상 구조물(P)에 장착되어 각각 해수를 펌핑하여 외압 공급 포트(111) 및 내압 공급 포트(112)로 각각 공급하는 형태로 구성될 수 있다.

이와 같은 구성에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 시추 장비 테스트 장치는 별도의 압력 용기(100) 내부 액체(L)의 압력을 외압 공급 유닛(400)에 의해 해저 3,000 m 이상의 심해 압력 상태로 상승시킴으로써, BOP 장비(200)에 대한 외압 테스트를 수행할 수 있다. 즉, BOP 장비(200)가 심해 압력에 노출된 경우 구조적으로 안정적인지 여부 또는 정상적으로 작동하는지 여부 또는 누출(Leakage)이 발생하는지 여부 등을 테스트할 수 있다.

또한, 내압 공급 유닛(500)을 통해 BOP 장비(200)에 15,000 psi 이상의 내부 압력을 제공함으로써, BOP 장비(200)에 대한 심해 환경의 내압 테스트를 수행할 수 있다. 예를 들면, BOP 장비(200)를 구성하는 램(Ram), 애뉼라(Annular) 및 각종 밸브 등에 대한 내부 압력 테스트를 수행할 수 있다.

BOP 장비(200)에 대한 테스트 과정을 좀더 자세히 살펴보면, 먼저, 압력 용기(100)의 용기 본체(110)를 육상에 설치한 후, 테스트 챔버(C)에 액체(L)를 저장한다. 테스트 챔버(C)에 액체(L)를 저장하는 과정은 외압 공급 유닛(400)을 통해 해수를 공급하는 방식으로 수행될 수도 있으나, 별도의 펌프를 이용할 수도 있을 것이다. 이와 같이 테스트 챔버(C)에 액체(L)가 저장된 상태에서 크레인(미도시)을 이용하여 BOP 장비(200)를 액체에 잠기도록 테스트 챔버(C)에 투입한 후, 용기 커버(120)를 밀봉 결합한다.

이때, BOP 장비(200)는 도 2에 도시된 바와 같이 용기 커버(120)의 하단에 결합된 상태로 장착되어 용기 커버(120)의 밀봉 과정에서 이와 동시에 테스트 챔버(C)에 투입되도록 구성될 수 있다. 즉, 용기 커버(120)와 BOP 장비(200)가 일체로 운반되도록 상호 결합되고, 크레인에 의해 용기 커버(120)를 용기 본체(110)의 상면에 결합시킴으로써, 이와 동시에 BOP 장비(200)가 테스트 챔버(C)로 투입되도록 구성될 수 있다. 또한, 이때 BOP 장비(200)는 테스트 챔버(C)로 투입됨과 동시에 용기 본체(110)의 내부 공간 하부에 위치한 테스트 웰헤드(300)에 안착결합되도록 구성된다. 따라서, 용기 커버(120)를 용기 본체(110)에 밀봉 결합시키는 작업을 통해 BOP 장비(200)의 투입 작업 및 테스트 웰헤드(300)와의 결합 작업이 이루어질 수 있다. 이를 통해 작업이 단순화되어 편리하고 신속하게 수행될 수 있다.

이 경우, 용기 커버(120)와 함께 BOP 장비(200)를 압력 용기(100)의 내부 공간으로 투입시키는 과정에서, BOP 장비(200)의 상하 이동 경로를 가이드할 수 있도록 압력 용기(100)의 내부 공간에는 도 2에 도시된 바와 같이 별도의 이동 가이드부(130)가 장착될 수 있다.

또한, 테스트 웰헤드(300)는 도 2에 도시된 바와 같이 별도의 웰헤드 서포트(310)에 의해 지지되는 형태로 배치될 수도 있는데, 웰헤드 서포트(310)는 테스트 웰헤드(300)를 상향 지지할 수 있도록 유압에 의해 작동하는 실린더 형태 또는 탄성 스프링 형태로 구성될 수 있다. 따라서, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 BOP 장비(200)가 테스트 웰헤드(300)에 안착되지 않은 상태에서는 테스트 웰헤드(300)가 웰헤드 서포트(310)에 의해 상향 이동한 상태로 유지되고, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 BOP 장비(200)가 압력 용기(100) 내부로 투입되어 테스트 웰헤드(300)에 안착됨에 따라 테스트 웰헤드(300)가 웰헤드 서포트(310)에 의해 지지된 상태로 하향 이동하게 된다. 이러한 구조에 따라 BOP 장비(200)와 테스트 웰헤드(300)와의 결합 과정이 더욱 정확하고 안정적으로 이루어질 수 있다.

한편, BOP 장비(200)는 실제 해저 유정에 설치되는 경우, 라이저를 통해 해상의 시추 설비와 연결되므로, 테스트 챔버(C)에 투입되는 BOP 장비(200)에는 별도의 라이저(220)를 연결하고, 이는 별도의 제어실(600)과 연결되도록 구성될 수 있다.

제어실(600)은 BOP 장비(200), 외압 공급 유닛(400) 및 내압 공급 유닛(500)의 동작을 제어함과 동시에 BOP 장비(200)의 작동 상태를 모니터링할 수 있도록 구성될 수 있으며, 압력 용기(100)와 인접한 위치의 육상에 설치될 수 있다.

제어실(600)에서 BOP 장비(200)를 제어하기 위해, 전기 신호를 공급하는 먹스 케이블(Mux Cable)이 제어실로부터 BOP 장비로 2개 연결되며, HPU(Hydraulic Power Unit)와 같은 유압 공급 장치로부터 BOP 장비에 구비된 2개의 유압 라인(conduit line)을 통해 BOP 장비로 유압을 공급할 수 있도록 구성된다. 즉, 먹스 케이블을 통해 전력 및 밸브 조작 신호가 전달되며, BOP 장비의 램 및 에뉼라는 공급된 유압을 사용하여 닫히고 열리는 동작이 수행된다. 다시 말하면, 제어실(600)은 제어 명령을 전달하기 위한 먹스 케이블과 유압을 공급하기 위한 유압 라인으로 BOP 장비와 연결되어 BOP 장비를 동작 제어할 수 있으며, 이러한 전기 케이블과 유압 라인은 라이저(220)의 외곽에 배치될 수 있다. 이 경우, 필요에 따라서는 라이저(220)가 설치되지 않을 수도 있다.

이와 같은 구조에 따라 BOP 장비(200)에 대한 외압 및 내압 테스트 이외에도 BOP 장비(200)의 설치 과정이 정상적으로 이루어지는지 여부 등을 테스트할 수 있다. 예를 들면, BOP 장비(200)가 테스트 웰헤드(300)에 정상적으로 래칭 결합하는지 여부를 테스트할 수 있다. 또한, 시추 설비 내의 BOP 제어 시스템과 동일한 기능을 수행하며 BOP 장비(200)를 동작 제어할 수 있는 제어실(600)을 통해 BOP 장비(200)에 대한 각종 제어 테스트 및 실제 해저 유정에서 일어나는 모든 동작에 대한 테스트가 가능하다.

이때, 압력 용기(100) 내부에는 압력 용기(100)의 내부 상태 및 BOP 장비(200)의 작동 상태 등을 모니터링할 수 있도록 다양한 센서 및 영상 장비 등이 추가로 장착될 수 있으며, 이러한 센서 및 영상 장비들이 제어실(600)과 연결되어 제어실(600)을 통해 BOP 장비(200)에 대한 작동 상태를 모니터링하도록 할 수 있다.

예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이 압력 용기(100)의 내부 상태를 관찰할 수 있도록 수중 카메라(150) 및 조명(미도시)이 압력 용기(100) 내부에 장착될 수 있으며, 압력 용기(100)의 내부 상태를 측정할 수 있도록 센서 모듈(140)이 압력 용기(100)의 내부에 장착될 수 있다. 센서 모듈(140)은 압력 센서, 온도 센서, 스트레인 게이지, 수평계 등을 포함할 수 있다. 스트레인 게이지를 통해 BOP 장비(200)의 램 장치에 대한 변형량을 계측할 수 있고, 압력 센서 및 온도 센서를 통해 압력 용기(100)의 내부 공간에 대한 압력 및 온도 등의 환경 조건을 계측할 수 있다. 또한, 수중 카메라(150)를 통해 BOP 장비와 테스트 웰헤드의 래칭 결합 과정을 관찰할 수 있고, 장비의 파손 여부 등을 확인할 수 있다.

한편, 압력 용기(100) 내부에는 도 2에 도시된 바와 같이 제어실(600)과 정보를 송수신하는 어쿠스틱 제어부(160)가 장착될 수 있으며, 어쿠스틱 제어부(160)는 어쿠스틱 제어명령 유닛, 트랜스듀서, 트랜시버 등으로 구성된다. 어쿠스틱 제어명령 유닛을 통해 BOP 장비의 동작 제어 기능을 수행할 수 있고, 트랜스듀서 및 트랜시버를 통해 BOP 장비 제어 정보의 수신 및 모니터링 정보의 송신을 수행할 수 있다.

한편, 압력 용기(100) 내부에는 테스트 챔버(C) 내부에 고정 장착된 BOP 장비(200)에 대한 테스트 보조 작업이 가능하도록 별도의 로봇암(700)이 장착될 수 있다. 로봇암(700)은 다양한 형태로 제작될 수 있는데, 일반적인 ROV(Remotely Operated Vehicle)에 사용되는 로봇암이 적용될 수 있다. 이러한 로봇암(700)은 BOP 장비(200)와 테스트 웰헤드(300)와의 결합 과정을 보조하거나 또는 BOP 장비에 대한 작동 테스트 기능, 압력 테스트 보조 기능, 유지 보수 기능 등 다양한 작업을 수행하도록 구성될 수 있으며, 이에 대한 동작 제어는 제어실(600)을 통해 수행될 수 있다.

또한, 로봇암(700)의 위치 이동을 위해 압력 용기(100)의 내측면에는 가이드 레일(710)이 장착되고, 로봇암(700)은 가이드 레일(710)을 따라 이동 가능하도록 결합될 수 있다. 이때, 가이드 레일(710)은 도 1에 도시된 바와 같이 압력 용기(100)의 내측면에 상하 방향으로 길게 형성될 수도 있고, 이에 더하여 압력 용기(100)의 내측면에 원주 방향을 따라 길게 형성될 수도 있는 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.

이상에서는 테스트 대상 장비로서 BOP 장비(200)만을 대상으로 설명하였으나, BOP 장비(200) 이외에도 크리스마스 트리 등 심해 환경에서 사용되는 다양한 시추 장비가 적용될 수 있으며, 다양한 시추 장비들을 적용하는 방식으로 확장하여 머드 이송 및 머드 순환 테스트, 크리스마스 트리 장비 시험 등을 포함한 통합 운용 테스트 또한 할 수 있을 것이다. 여기서, 통합 운용 테스트는 출항부터 미션 수행후 복귀까지의 모든 시스템 운용을 포함할 수 있다. 또한, 테스트 대상 장비는 시추 장비 뿐만 아니라 심해에서 작업하거나 설치되는 모든 종류의 장비가 적용될 수 있으며, 이들에 대한 외압 테스트 및 내압 테스트가 가능하다.

다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 용기의 구성에 대해 도 3 내지 도 5를 중심으로 좀더 자세히 살펴본다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 용기의 용기 본체와 용기 커버에 대한 상호 결합 구조를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 용기의 용기 본체와 용기 커버에 대한 상호 결합 구조를 개략적으로 도시한 절개 사시도이고, 도 5는 일반적인 압력 용기의 용기 본체와 용기 커버에 대한 플랜지 결합 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 압력 용기(100)는 전술한 바와 같이 용기 본체(110)와 용기 커버(120)로 분리 형성되는데, 용기 본체(110)와 용기 커버(120)는 서로 대향되는 형태로 밀봉 결합하도록 구성된다.

이때, 용기 본체(110)와 용기 커버(120)는 서로 결합되는 부위에서 각각의 두께 중심선(CL)이 하나의 직선을 이루도록 서로 대응되게 형성되며, 별도의 결합 볼트(830)가 이러한 두께 중심선(CL)을 따라 체결되어 용기 본체(110)와 용기 커버(120)가 상호 결합되도록 구성된다.

이러한 구성에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 용기(100)는 용기 본체(110)와 용기 커버(120)의 결합 부위에서 내압 팽창력에 의한 모멘트 발생이 방지되어 더욱 안전한 결합 상태를 유지하게 된다.

즉, 일반적인 플랜지 결합 구조인 경우, 도 5에 도시된 바와 같이 용기 본체(110) 및 용기 커버(120)에 각각 외측 방향으로 돌출되는 형태의 플랜지부(810,820)가 형성되고, 이러한 플랜지부(810,820)에 별도의 결합 볼트(830)가 관통 결합되는 방식으로 용기 본체(110)와 용기 커버(120)가 상호 결합된다. 이때, 용기 본체(110)와 용기 커버(120)는 서로 결합되는 부위에서 각각의 두께 중심선(CL)이 하나의 직선을 이루도록 서로 대응되게 형성된다. 이러한 일반적인 플랜지 결합 구조는 도 5의 확대도에 도시된 바와 같이 용기 본체(110) 및 용기 커버(120)의 두께 중심선(CL)으로부터 플랜지부(810,820)의 결합 볼트(830)까지 일정 이격 거리(Hd)를 갖는다. 이때, 압력 용기(100)의 내부 공간에 고압의 유체가 저장되면, 내부 압력에 의해 용기 본체(110)와 용기 커버(120)는 서로 멀어지는 방향, 즉, 도 5에 도시된 방향을 기준으로 상하 방향으로의 하중을 받게 된다. 이러한 하중은 용기 본체(110)와 용기 커버(120)의 내주면에 균일하게 작용하게 되는데, 이는 결합 볼트(830)가 결합된 지점에 대해 모멘트를 발생시킨다. 즉, 결합 볼트(830)가 용기 본체(110) 및 용기 커버(120)의 두께 중심선(CL)으로부터 일정 거리(Hd) 이격되게 배치되므로, 용기 본체(110) 및 용기 커버(120)의 상하 방향 이동력은 플랜지부(810,820)의 결합 볼트(830)에 대해 모멘트로 작용하여 결합 볼트(830)의 결합력을 상대적으로 약화시키게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 압력 용기(100)는 도 3에 도시된 바와 같이 용기 본체(110)와 용기 커버(120)의 두께 중심선(CL)을 따라 결합 볼트(830)가 결합되므로, 도 5에서와 같이 두께 중심선(CL)으로부터 이격 거리가 발생하지 않아 결합 볼트(830)에 대해 모멘트가 작용하지 않는다. 따라서, 결합 볼트(830)에는 단순히 압력 용기(100) 내부 압력에 의한 상하 방향 인장력만 작용하게 되므로, 도 5에 도시된 일반적인 플랜지 결합 구조에 비해 결합 강도가 향상된다.

이러한 결합 구조를 위해 용기 본체(110)와 용기 커버(120)의 상호 결합 부위에는 결합 볼트(830)에 의해 서로 결합될 수 있도록 각각 본체 플랜지부(810)와 커버 플랜지부(820)가 형성되고, 본체 플랜지부(810)와 커버 플랜지부(820)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 용기 본체(110) 및 용기 커버(120)의 외주면 및 내주면에 돌출되도록 형성될 수 있다.

이러한 본체 플랜지부(810)와 커버 플랜지부(820)에는 결합 볼트(830)가 체결될 수 있도록 각각 내주면에 암나사산(S1)이 형성된 본체 나사홈(811) 및 커버 나사홈(821)이 각각 형성되고, 본체 나사홈(811) 및 커버 나사홈(821)은 두께 중심선(CL)을 따라 하나의 나사홈을 이루도록 대응되게 형성된다. 이러한 구조를 통해 결합 볼트(830)를 회전 조작하여 본체 나사홈(811) 및 커버 나사홈(821)을 따라 연속적으로 상하 이동시킬 수 있다.

이때, 본체 나사홈(811) 및 커버 나사홈(821) 중 어느 하나는 결합 볼트(830)의 길이보다 더 길게 형성되고, 나머지 하나는 결합 볼트(830)의 길이보다 더 짧게 형성된다.

예를 들면, 커버 나사홈(821)이 결합 볼트(830)의 길이보다 더 길게 형성되고, 본체 나사홈(811)이 결합 볼트(830)의 길이보다 더 짧게 형성될 수 있으며, 이 경우, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 결합 볼트(830)를 상향 이동시키게 되면, 결합 볼트(830)는 커버 나사홈(821) 영역에만 위치하게 되므로, 용기 본체(110)와 용기 커버(120)의 결합 상태가 해제된다. 이 상태에서 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 결합 볼트(830)를 하향 이동시키게 되면, 결합 볼트(830)는 하부측의 본체 나사홈(811) 영역과 커버 나사홈(821) 영역에 동시에 위치하게 되므로, 용기 본체(110)와 용기 커버(120)가 결합 볼트(830)에 의해 상호 결합된다.

이때, 결합 볼트(830)는 나사홈(811,821)의 구조상 특수한 형태로 형성될 수 있는데, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 본체 나사홈(811) 및 커버 나사홈(821)의 암나사산(S1)에 체결될 수 있도록 외주면에 수나사산(S2)이 형성되는 볼트 바디(831)와, 별도의 조작 렌치(840)를 통해 회전 조작될 수 있도록 볼트 바디(831)의 일단에 형성되는 렌치 돌기(832)를 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 렌치 돌기(832)는 볼트 바디(831)의 상단 또는 하단에 돌출되거나 오목한 형태로 형성될 수 있으며, 이외에도 조작 렌치(840)를 통해 회전 조작될 수 있는 다양한 형태로 형성될 수 있다.

또한, 본체 플랜지부(810) 또는 커버 플랜지부(820)에는 조작 렌치(840)를 투입하여 조작할 수 있도록 본체 나사홈(811) 또는 커버 나사홈(821)과 연통되는 렌치 조작홀(822)이 형성될 수 있다. 따라서, 작업자는 이러한 렌치 조작홀(822)을 통해 조작 렌치(840)를 본체 나사홈(811) 또는 커버 나사홈(821)에 투입하여 결합 볼트(830)를 회전 조작할 수 있다. 이때, 렌치 조작홀(822)은 조작 렌치(840)의 회전 조작을 위해 원주 방향을 따라 일정 거리 이상의 폭을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.

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 110: 용기 본체
111: 외압 공급 포트 112: 내압 공급 포트
120: 용기 커버 130: 이동 가이드부
140: 센서 모듈 150: 수중 카메라
160: 어쿠스틱 제어부 200: BOP 장비
210: 시추 설비 220: 라이저
300: 테스트 웰헤드 400: 외압 공급 유닛
500: 내압 공급 유닛 600: 제어실
700: 로봇암 710: 가이드 레일
810: 본체 클러치부 811: 본체 나사홈
820: 커버 클러치부 821: 커버 나사홈
822: 렌치 조작홀 830: 체결 볼트
831: 볼트 바디 832: 렌치 돌기
840: 조작 렌치

Claims (10)

1. 심해 환경에서 사용되는 시추 장비를 테스트하는 시추 장비 테스트 장치에 있어서,
   내부에 테스트 대상 장비가 투입될 수 있도록 테스트 챔버가 형성되고, 상기 테스트 챔버에는 상기 테스트 대상 장비가 잠기도록 액체가 저장되는 압력 용기; 및
   상기 테스트 챔버에 저장된 액체의 압력이 심해 압력에 도달하도록 액체의 압력을 상승시키는 외압 공급 유닛
   을 포함하고, 상기 압력 용기는
   상면이 개방된 형태로 내부에 상기 테스트 챔버가 형성되는 용기 본체와, 상기 용기 본체의 개방된 상면에 서로 대향되는 형태로 밀봉 결합되는 용기 커버로 분리 형성되고,
   상기 용기 본체와 용기 커버는 서로 결합되는 부위에서 각각의 두께 중심선이 하나의 직선을 이루도록 형성되고, 별도의 결합 볼트가 상기 두께 중심선을 따라 체결되어 상기 용기 본체와 용기 커버가 결합되는 것을 특징으로 하는 시추 장비 테스트 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 용기 본체와 용기 커버의 상호 결합 부위에는 상기 결합 볼트에 의해 서로 결합될 수 있도록 각각 본체 플랜지부와 커버 플랜지부가 형성되고, 상기 본체 플랜지부와 커버 플랜지부는 상기 용기 본체 및 용기 커버의 외주면 및 내주면에 돌출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 시추 장비 테스트 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 본체 플랜지부와 커버 플랜지부에는 상기 결합 볼트가 체결될 수 있도록 각각 내주면에 암나사산이 형성된 본체 나사홈 및 커버 나사홈이 각각 형성되고,
   상기 본체 나사홈 및 커버 나사홈은 상기 두께 중심선을 따라 하나의 나사홈을 이루도록 대응되게 형성되는 것을 특징으로 하는 시추 장비 테스트 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 본체 나사홈 및 커버 나사홈 중 어느 하나는 상기 결합 볼트의 길이보다 더 길게 형성되고, 나머지 하나는 상기 결합 볼트의 길이보다 더 짧게 형성되는 것을 특징으로 하는 시추 장비 테스트 장치.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 결합 볼트는
   상기 본체 나사홈 및 커버 나사홈의 암나사산에 체결될 수 있도록 외주면에 수나사산이 형성되는 볼트 바디; 및
   별도의 조작 렌치를 통해 회전 조작될 수 있도록 상기 볼트 바디의 일단에 형성되는 렌치 돌기
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 시추 장비 테스트 장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 본체 플랜지부 또는 커버 플랜지부에는 상기 조작 렌치를 투입 조작할 수 있도록 상기 본체 나사홈 또는 커버 나사홈과 연통되는 렌치 조작홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 시추 장비 테스트 장치.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 테스트 대상 장비는 BOP 장비인 것을 특징으로 하는 시추 장비 테스트 장치.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 압력 용기의 내부 공간 하부에는 상기 BOP 장비가 안착 결합되도록 테스트 웰헤드가 고정 장착되는 것을 특징으로 하는 시추 장비 테스트 장치.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 테스트 웰헤드를 통해 상기 BOP 장비에 내압이 전달되도록 상기 테스트 웰헤드에 고압의 유체를 공급하는 내압 공급 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시추 장비 테스트 장치.
10. 심해 환경에서 사용되는 시추 장비를 테스트하기 위해 사용되는 시추 장비 테스트용 압력 용기로서,
    내부에 테스트 대상 장비가 투입될 수 있도록 상면이 개방된 형태로 내부에 테스트 챔버가 형성되고, 상기 테스트 챔버에는 상기 테스트 대상 장비가 잠기도록 액체가 저장되는 용기 본체; 및
    상기 용기 본체의 개방된 상면에 서로 대향되는 형태로 밀봉 결합되는 용기 커버
    를 포함하고,
    상기 용기 본체와 용기 커버는 서로 결합되는 부위에서 각각의 두께 중심선이 하나의 직선을 이루도록 형성되고, 별도의 결합 볼트가 상기 두께 중심선을 따라 체결되어 상기 용기 본체와 용기 커버가 결합되는 것을 특징으로 하는 시추 장비 테스트 장치.

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