KR20150071259A - 잠수식 드릴쉽 - Google Patents

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    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • B63B35/44—Floating buildings, stores, drilling platforms, or workshops, e.g. carrying water-oil separating devices
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
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Abstract

본 발명은 잠수식 드릴쉽에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 자력으로 이동하여 해수면 뿐만 아니라 잠수 기능에 의해 해저면에 안착하여 시추작업이 가능하고, 별도의 지원 선박 없이도 그 자체로 잠수가 가능하며, 해저면에서의 시추가 가능함으로써 단일 압력 경사도로 시추함과 동시에, 머드 중량을 현저히 낮출 수 있고, 해수면 깊이를 제외한 단일 경사도 사용으로 압력 콘트롤이 자유로운 환경을 제공하여 MPD(Managed Pressure Drilling)가 가능하고, 라이저, 라이저 텐셔너, 텔레스코픽 조인트, 능동 및 수동 상하동요 저감장, LMRP(Lower Marine Riser Package) 등과 같은 해상 시추를 위해 추가된 시스템을 대거 제거함으로써 육상 시추에 가까운 간결한 시스템으로 변환시켜 주며, 시추작업에 소요되는 비용과 시간을 현저히 감소시킬 수 있는 잠수식 드릴쉽에 관한 것이다.
본 발명에 따른 잠수식 드릴쉽은 해수면과 해저면의 원하는 위치로 이동할 수 있도록 추진 시스템과 밸러스트 시스템을 가지는 잠수식 선체; 상기 잠수식 선체가 해저면에 안착되도록 상기 잠수식 선체에 마련되는 안착부; 상기 잠수식 선체에 해수로부터 밀폐되도록 설치되는 방수 데릭; 상기 잠수식 선체에 형성되는 문풀; 및 상기 문풀을 밀폐시키도록 설치되고, 시추에 필요한 장치가 기밀을 유지하면서 관통하도록 설치되는 도어부를 포함한다.

Description

잠수식 드릴쉽{Submersible drill ship}
본 발명은 잠수식 드릴쉽에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 해저 아래까지 잠수하여 해저면에 착저하고, 안정된 자세로 시추 작업을 할 수 있도록 구성된 잠수식 드릴쉽에 관한 것이다.
해저 채굴 기술의 발달과 더불어 군소의 한계 유전(marginal field)이나 심해 유전의 개발에 적합한 시추설비를 구비한 시추선이 개발되어 있다. 종래의 해저 시추에는 다른 예인선에 의해서만 항해가 가능하고, 계류 장치를 이용하여 해상의 일점에 정박한 상태에서 해저 시추 작업을 하는 해저 시추 전용의 리그선(rig ship)이나 고정식 플랫폼이 주로 사용되었으나, 최근에는 첨단의 시추 장비를 탑재하고 자체의 동력으로 항해할 수 있도록 선박과 동일한 형태로 제작된 드릴쉽(drillship)이 개발되어 해저 시추에 사용되고 있다.
종래의 해상이나 해수면에서 시추 작업을 수행하는 시추선으로는, 한국공개특허 제10-2012-0018902호의 경사형 문풀을 갖는 드릴쉽, 한국공개특허 제10-2013-0076919호의 2개의 데릭을 구비하는 드릴쉽 등이 있고, 종래의 반잠수식으로 시추 작업을 수행하는 시추선으로는, 한국공개특허 제10-2013-0051311호의 반잠수식 시추선이 있다.
이와 같이 종래의 시추선은 해상이나 해수면 또는 반잠수식으로 시추하게 되는데, 해저면으로부터 이격되는 해수면 부근에서 시추작업을 하게 됨으로써 라이저(riser)와 상하동요 저감장치(heave compensator)를 항상 사용하게 되며, 이로 인해 시추 작업에 어려움이 따르는 문제점을 가지고 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 자력으로 이동하여 지원 선박(supply vessel)의 도움없이 해저면의 원하는 위치에 안착되어 시추작업을 수행하고, 라이저(riser)와 상하동요 저감장치(heave compensator) 등을 사용하지 않고서 시추작업이 원활하게 이루어지도록 하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 해수면과 해저면의 원하는 위치로 이동할 수 있도록 추진 시스템과 밸러스트 시스템을 가지는 잠수식 선체; 상기 잠수식 선체가 해저면에 안착되도록 상기 잠수식 선체에 마련되는 안착부; 상기 잠수식 선체에 해수로부터 밀폐되도록 설치되는 방수 데릭; 상기 잠수식 선체에 형성되는 문풀; 및 상기 문풀을 밀폐시키도록 설치되고, 시추에 필요한 장치가 기밀을 유지하면서 관통하도록 설치되는 도어부를 포함하는 잠수식 드릴쉽이 제공된다.
상기 잠수식 선체는 이동, 잠수 및 시추작업에 필요한 제어를 위한 콘트롤 룸이 상부에 돌출되도록 마련될 수 있다.
상기 안착부는 해저면에 고정되도록 상기 잠수식 선체의 저면에 다수로 마련되는 레그를 포함할 수 있다.
상기 방수 데릭은 상기 잠수식 선체 상에 일체를 이루도록 돌출 형성되어 상방으로 수직되는 방수공간을 제공하고, 상기 방수공간의 내측에 탑드라이브가 설치될 수 있다.
상기 도어부에 상기 드릴 파이프의 회전을 제어하도록 설치되는 회전 콘트롤 장치(Rotating Control Device)를 더 포함할 수 있다.
상기 도어부는 상기 문풀의 하부를 밀폐시키도록 설치되고, 웰 헤드가 기밀을 유지하도록 설치되는 블라인드 도어; 상기 블라이드 도어의 상측에 위치하여 상기 문풀을 밀폐시키도록 설치되고, 상기 회전 콘트롤 장치와 BOP(Blow Off Preventor) 사이에 위치한 커플러가 기밀을 유지하도록 설치되는 하부 실링 도어; 및 상기 하부 실링 도어의 상측에 위치하여 상기 문풀을 밀폐시키도록 설치되고, 상기 회전 콘트롤 장치가 기밀을 유지하도록 설치되는 상부 실링 도어를 포함할 수 있다.
상기 문풀 내에서 상기 블라인드 도어와 상기 하부 실링 도어 사이의 공간으로부터 해수를 펌핑하여 배출시키도록 하는 제 1 배수부; 및 상기 문풀 내에서 상기 하부 실링 도어와 상기 상부 실링 도어 사이의 공간으로부터 해수를 펌핑하여 배출시키도록 하는 제 2 배수부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 해수면과 해저면의 원하는 위치로 이동할 수 있도록 추진 시스템과 밸러스트 시스템을 가지는 잠수식 선체; 상기 잠수식 선체에 설치되는 방수 데릭; 및 상기 잠수식 선체에 개폐 가능하게 마련되는 문풀을 포함하고, 상기 잠수식 선체가 해저면에 안착된 상태에서 개폐 가능한 상기 문풀을 통해서 시추작업을 수행하도록 하는 잠수식 드릴쉽이 제공된다.
본 발명에 따르면, 자력으로 이동하여 해수면 뿐만 아니라 잠수 기능에 의해 해저면에 안착하여 시추작업이 가능하고, 별도의 지원 선박(supply vessel) 없이도 그 자체로 잠수가 가능하며, 해저면에서의 시추가 가능함으로써 단일 압력 경사도(single pressure gradient)로 시추함과 동시에, 머드 중량을 현저히 낮출 수 있고, 해수면 깊이를 제외한 단일 경사도(single gradient) 사용으로 압력 콘트롤이 자유로운 환경을 제공하여 MPD(Managed Pressure Drilling)가 가능하고, 라이저, 라이저 텐셔너(riser tensioner), 텔레스코픽 조인트(telescopic joint), 능동 및 수동 상하동요 저감장치(active & passive heave compensator), LMRP(Lower Marine Riser Package) 등과 같은 해상 시추를 위해 추가된 시스템을 대거 제거함으로써 육상 시추에 가까운 간결한 시스템으로 변환시켜 주며, 시추작업에 소요되는 비용과 시간을 현저히 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시례에 따른 잠수식 드릴쉽을 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시례에 따른 잠수식 드릴쉽을 도시한 측단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시례에 따른 잠수식 드릴쉽의 요부를 도시한 단면도.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시례에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 하기 실시례는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시례에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시례에 따른 잠수식 드릴쉽을 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시례에 따른 잠수식 드릴쉽을 도시한 측단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시례에 따른 잠수식 드릴쉽(100)은 해수면과 해저면의 원하는 위치로 이동할 수 있도록 추진 시스템(111)과 밸러스트 시스템(ballast system)을 가지는 잠수식 선체(110)와, 잠수식 선체(110)에 설치되는 방수 데릭(waterproof derrick; 130)과, 잠수식 선체(130)에 개폐 가능하게 마련되는 문풀(moonpool 140)을 포함하고, 잠수식 선체(110)가 해저면에 안착된 상태에서 개폐 가능한 문풀(140)을 통해서 시추작업을 수행하도록 할 수 있다.
잠수식 선체(110)는 자체 추진력과 부력 조절에 의해 해수면과 해저면의 원하는 위치로 이동할 수 있고, 이를 위해 추진 시스템(111)과 밸러스트 시스템(ballast system)을 가진다. 여기서 추진 시스템(111)은 엔진의 회전력을 이용한 프로펠러 추진기가 사용됨을 나타내며, 방향타(112)에 의해 잠수식 선체(110)의 방향 전환이 이루어지도록 하나, 이에 한하지 않고 전방위 추진기인 스러스터(thruster)가 사용될 수 있으며, 나아가서 원하는 위치에서 정지할 수 있도록 동적 위치제어 시스템(Dynamic Position System; DPS)이 마련될 수 있다. 밸러스트 시스템은 선체의 좌,우측과 전,후측에 각각 밸러스트 탱크(ballast tank)가 마련됨으로써 밸러스트 펌프(ballast pump)의 구동에 의해 밸러스트 탱크 각각에 채워지는 해수의 양을 조절함으로써 잠수식 선체(110)가 원하는 깊이로 잠수하도록 하도록 할 뿐만 아니라, 잠수식 선체(110)의 기울기 등을 조절할 수 있다.
잠수식 선체(110)는 유선형의 선체로 이루어질 수 있고, 이동, 잠수 및 시추작업에 필요한 제어를 위한 콘트롤 룸(control room; 113)이 상부에 돌출되도록 마련될 수 있으며, 추진 시스템(110)과 밸러스트 시스템에 의해 원하는 해저면(1)에 안착될 수 있는데, 이때 해저면(1)에 안정적으로 안착되도록 안착부(120)가 마련될 수 있다.
안착부(120)는 잠수식 선체(110)의 저면에 마련될 수 있는데, 일례로 해저면에 고정되도록 잠수식 선체(110)의 저면에 다수로 마련되는 레그(leg; 121)를 포함할 수 있다. 잠수식 선체(110)가 해저면(1)에 안착되면, 잠수식 선체(110) 하부의 레그(121)를 해저면(1)에 착저시킨 후, 기계식 기어 시스템이나 와이어 시스템을 이용하여 레그(121)로부터 수평방향으로 고정부(122)가 튀어나오도록 구성하여, 레그(121)가 잠수식 선체(110)를 해저면에 더욱 단단히 고정시키도록 할 수 있다. 이러한 레그(121)의 고정부(122)는 잠수식 선체(110)가 이동시, 다시 레그(121) 내측으로 들어갈 수 있으며, 8개를 기본으로 하되, 4개에서 12개까지 잠수식 선체(110)의 규모에 따라 다양한 개수를 가질 수 있다.
방수 데릭(130)은 잠수식 선체(110)에 해수로부터 밀폐되도록 설치되는데, 본 실시례에서처럼 잠수식 선체(110) 상에 일체를 이루도록 돌출 형성되어 상방으로 수직되는 방수공간(131)을 제공하고, 방수공간(131)의 내측에 탑드라이브(top drive; 132)가 설치될 수 있다. 방수 데릭(130)은 그 하측에 로터리 테이블(rotary table; 133)이 설치될 수 있고, 탑 드라이브(132)에 장착된 드릴 파이프(135)가 로터리 테이블(133)에 회전 가능하게 설치될 수 있으며, 내측에 데드라인 앵커(dead line anchor; 134a), 데드라인 시브(dead line sheave; 134b), 패스트라인 시브(134c) 등이 설치될 수 있고, 유정 굴착을 위한 드로웍스(draw works; 137) 등이 설치될 수 있으며, 탑 드라이브(132)의 상측에 크라운 블록(crown block; 138)이 설치될 수 있다.
문풀(140)은 해저면(1)에 대한 시추작업을 수행하도록 잠수식 선체(110)에 형성되고, 일례로 방수 데릭(130)의 직하방에 위치하도록 형성될 수 있으며, 밀폐를 위해 마련되는 도어부(150)가 도어 구동부에 의해 슬라이딩 또는 회동에 의해 개폐 가능한 구조를 가짐으로써 시추작업을 하면서 드릴 파이프(135) 및 케이싱(casing)을 이동시킬 수 있도록 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 도어부(150)는 문풀(140)을 밀폐시키도록 설치되고, 시추에 필요한 장치가 기밀을 유지하면서 관통하도록 설치된다. 한편 도어부(150)에는 드릴 파이프(135)의 회전을 제어하도록 회전 콘트롤 장치(Rotating Control Device; RCD)(160)가 설치될 수 있다. 드릴 파이프(135)의 하단에는 해저면을 굴착하기 위한 드릴 비트(drill bit; 136)가 설치될 수 있다.
도어부(150)는 일례로 본 실시례에서처럼 블라이드 도어(blind door; 151), 하부 실링 도어(lower sealing door; 152), 그리고 상부 실링 도어(upper sealing door; 153)를 포함할 수 있다.
블라인드 도어(151)는 문풀(140)의 하부를 밀폐시키도록 설치되고, 웰 헤드(well head; 191)가 기밀을 유지하도록 설치될 수 있다. 블라인드 도어(151)는 웰 헤드(191)를 잡아주며, 철수시 문풀(140)의 완전 밀폐가 가능하도록 한다. 시추를 위한 시추공에는 서페이스 케이싱(surface casing; 210)과 컨덕터 케이싱(conductor casing; 220)이 이중관 구조로 설치될 수 있다.
하부 실링 도어(152)는 블라이드 도어(151)의 상측에 위치하여 문풀(140)을 밀폐시키도록 설치되고, 회전 콘트롤 장치(160)와 BOP(Blow Off Preventor; 192) 사이에 위치한 커플러(coupler; 193)가 기밀을 유지하도록 관통되게 설치될 수 있다. 회전 콘트롤 장치(160)에는 다이버팅 라인(diverting line; 161)과 머드 리턴 라인(mud return line; 162)이 연결될 수 있다. BOP(192) 스택에는 킬 라인(kill line; 194)와 초크 라인(choke line; 195)이 연결될 수 있다.
상부 실링 도어(153)는 하부 실링 도어(152)의 상측에 위치하여 문풀(140)을 밀폐시키도록 설치되고, 회전 콘트롤 장치(160)가 기밀을 유지하도록 관통되게 설치될 수 있다. 상부 실링 도어(153)는 회전 콘트롤 장치(160)가 기밀이 유지되도록 하며, 항상 닫혀 있으며, 케이싱 작업시에만 개방되며, 회전 콘트롤 장치(160)인 파이프 수밀형 다이버터(diverter)의 기능을 통해 머드 리턴 라인(mud return line; 162)으로 연결해 주는 역할을 한다.
문풀(140) 내에서 도어부(150)에 의해 경계를 이루는 공간으로부터 해수를 배출시키도록 제 1 배수부(170)와 제 2 배수부(180)가 마련될 수 있다.
제 1 배수부(170)는 문풀(140) 내에서 블라인드 도어(151)와 하부 실링 도어(152) 사이의 공간으로부터 해수를 펌핑하여 배출시키도록 하고, 이로 인해 해수가 없도록 하여 작업자가 작업할 수 있도록 하고, 일례로 블라인드 도어(151)와 하부 실링 도어(152) 사이의 공간에 연결되어 외부로 연장되는 제 1 드레인라인(171)과 제 1 드레인라인(171)에 개폐를 위해 설치되는 제 1 밸브(172)를 포함할 수 있다.
제 2 배수부(180)는 문풀(140) 내에서 하부 실링 도어(152)와 상부 실링 도어(153) 사이의 공간으로부터 해수를 펌핑하여 배출시키도록 하고, 이로 인해 해수가 없도록 하여 작업자가 작업할 수 있도록 하고, 일례로 하부 실링 도어(152)와 상부 실링 도어(153) 사이의 공간에 연결되어 외부로 연장되는 제 2 드레인라인(181)과 제 2 드레인라인(181)에 개폐를 위해 설치되는 제 2 밸브(182)를 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 배수부(170,180)에는 해수를 배출시키기 위한 해수배출펌프가 각각 마련되거나, 해수배출펌프가 제 1 드레인라인(171)과 제 2 드레인라인(181)을 부분적으로 공유하도록 함으로써 단일로 설치될 수도 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 잠수식 드릴쉽의 작용을 설명하기로 한다.
잠수식 선체(110)가 추진 시스템(111)과 밸러스트 시스템에 의해 자력으로 이동하여 해수면 뿐만 아니라 잠수 기능에 의해 해저면에 안착하여 시추작업이 가능하고, 별도의 지원 선박(supply vessel) 없이도 그 자체로 잠수가 가능한다.
또한 해저면(1)에서의 시추가 가능함으로써 단일 압력 경사도(single pressure gradient)로 시추함과 동시에, 머드 중량을 현저히 낮출 수 있고, 해수면 깊이를 제외한 단일 경사도(single gradient) 사용으로 압력 콘트롤이 자유로운 환경을 제공하여 MPD(Managed Pressure Drilling)가 가능하다.
또한 잠수식 선체(110)가 해저면(1)에 안착되어 시추작업을 수행함으로써 라이저, 라이저 텐셔너(riser tensioner), 텔레스코픽 조인트(telescopic joint), 능동 및 수동 상하동요 저감장치(active & passive heave compensator), LMRP(Lower Marine Riser Package) 등과 같은 해상 시추를 위해 추가된 시스템을 대거 제거함으로써 육상 시추에 가까운 간결한 시스템으로 변환시켜 주며, 시추작업에 소요되는 비용과 시간을 현저히 감소시킬 수 있다.
본 발명은 상기 실시례에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
110 : 잠수식 선체 111 : 추진 시스템
112 : 방항타 113 : 콘트롤 룸
120 : 안착부 121 : 레그
122 : 고정부 130 : 방수 데릭
131 : 방수공간 132 : 탑드라이브
133 : 로터리 테이블 134a : 데드라인 앵커
134b : 데드라인 시브 134c : 패스트라인 시브
135 : 드릴 파이프 136 : 드릴 비트
137 : 드로웍스 138 : 크라운 블록
140 : 문풀 150 : 도어부
151 : 블라인드 도어 152 : 하부 실링 도어
153 : 상부 실링 도어 160 : 회전 콘트롤 장치
161 : 다이버팅 라인 162 : 머드 리턴 라인
170 : 제 1 배수부 171 : 제 1 드레인라인
172 : 제 1 밸브 180 : 제 2 배수부
181 : 제 2 드레인라인 182 ; 제 2 밸브
191 : 웰 헤드 192 ; BOP
193 : 커플러 194 : 킬 라인
195 : 초크 라인 210 : 서페이스 케이싱
220 : 컨덕터 케이싱

Claims (8)

  1. 해수면과 해저면의 원하는 위치로 이동할 수 있도록 추진 시스템과 밸러스트 시스템을 가지는 잠수식 선체;
    상기 잠수식 선체가 해저면에 안착되도록 상기 잠수식 선체에 마련되는 안착부;
    상기 잠수식 선체에 해수로부터 밀폐되도록 설치되는 방수 데릭;
    상기 잠수식 선체에 형성되는 문풀; 및
    상기 문풀을 밀폐시키도록 설치되고, 시추에 필요한 장치가 기밀을 유지하면서 관통하도록 설치되는 도어부를 포함하는, 잠수식 드릴쉽.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 잠수식 선체는,
    이동, 잠수 및 시추작업에 필요한 제어를 위한 콘트롤 룸이 상부에 돌출되도록 마련되는, 잠수식 드릴쉽.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 안착부는,
    해저면에 고정되도록 상기 잠수식 선체의 저면에 다수로 마련되는 레그를 포함하는, 잠수식 드릴쉽.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 방수 데릭은,
    상기 잠수식 선체 상에 일체를 이루도록 돌출 형성되어 상방으로 수직되는 방수공간을 제공하고, 상기 방수공간의 내측에 탑드라이브가 설치되는, 잠수식 드릴쉽.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 도어부에 상기 드릴 파이프의 회전을 제어하도록 설치되는 회전 콘트롤 장치(Rotating Control Device)를 더 포함하는, 잠수식 드릴쉽.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 도어부는,
    상기 문풀의 하부를 밀폐시키도록 설치되고, 웰 헤드가 기밀을 유지하도록 설치되는 블라인드 도어;
    상기 블라이드 도어의 상측에 위치하여 상기 문풀을 밀폐시키도록 설치되고, 상기 회전 콘트롤 장치와 BOP(Blow Off Preventor) 사이에 위치한 커플러가 기밀을 유지하도록 설치되는 하부 실링 도어; 및
    상기 하부 실링 도어의 상측에 위치하여 상기 문풀을 밀폐시키도록 설치되고, 상기 회전 콘트롤 장치가 기밀을 유지하도록 설치되는 상부 실링 도어를 포함하는, 잠수식 드릴쉽.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 문풀 내에서 상기 블라인드 도어와 상기 하부 실링 도어 사이의 공간으로부터 해수를 펌핑하여 배출시키도록 하는 제 1 배수부; 및
    상기 문풀 내에서 상기 하부 실링 도어와 상기 상부 실링 도어 사이의 공간으로부터 해수를 펌핑하여 배출시키도록 하는 제 2 배수부를 더 포함하는, 잠수식 드릴쉽.
  8. 해수면과 해저면의 원하는 위치로 이동할 수 있도록 추진 시스템과 밸러스트 시스템을 가지는 잠수식 선체;
    상기 잠수식 선체에 설치되는 방수 데릭; 및
    상기 잠수식 선체에 개폐 가능하게 마련되는 문풀을 포함하고,
    상기 잠수식 선체가 해저면에 안착된 상태에서 기밀식으로 개폐 가능한 상기 문풀을 통해서 시추작업을 수행하도록 하는, 잠수식 드릴쉽.
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