KR20150110911A - 머드 재생용 가스 제거장치 - Google Patents

Abstract

머드 재생용 가스 제거장치가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 머드 재생용 가스 제거장치는 머드를 수용하여 상기 머드 중의 가스를 분리 가능한 탱크부; 표면을 따라 형성된 제1 배출홀을 통해 상기 머드를 분출하도록 상기 탱크부의 내부로 인입되는 제1 머드 분출부; 상기 탱크부의 내부로 낙하된 상기 머드를 배출하는 머드 이송관; 및 상기 탱크부 내에서 분리된 상기 가스를 배출하는 가스 이송관;을 포함한다.

Description

머드 재생용 가스 제거장치{DEGASSER FOR MUD TREATMENT}

본 발명은 머드 재생용 가스 제거장치에 관한 것이다.

육상 지하자원이 고갈되고 해저 자원에 대한 관심이 고조됨에 따라, 해저 자원을 개발하기 위해 다양한 해양 플랜트에 대한 연구가 진행되고 있다. 해양 플랜트 중에서도 시추설비의 대표적인 예로 드릴쉽(Drillship), 반잠수식 시추선(Semi-submersible drilling Rig), 잭업리그(Jack-up Rig) 등이 있다.

시추설비에는 단부에 드릴 비트(drill bit)가 형성된 드릴 파이프(drill pipe)가 구비된다. 드릴 비트의 드릴링 유체로 머드(mud)가 이용된다. 머드는 바라이트(barite), 벤토나이트(bentonite) 등을 포함하고, 시추설비에 탑재된 머드 탱크(mud tank)에 저장되었다가 머드 펌프(mud pump)에 의해 드릴 비트로 공급된다.

드릴 비트를 통해 배출된 머드는 라이저(riser)를 통해 회수되어 머드 재생 시스템을 거쳐 다시 머드 탱크로 순환된다. 머드 재생 시스템은 암석 제거기(shale shaker), 모래 제거기(desander), 가스 제거기(degasser) 및 미세모래 제거기(desilter)를 포함할 수 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2011-0112636호 (2011. 10. 13)

본 발명은 드릴링 머드의 재생 공정 시 머드 중의 가스 분리 효율을 향상시킬 수 있는 머드 재생용 가스 제거장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 머드를 수용하여 상기 머드 중의 가스를 분리 가능한 탱크부; 표면을 따라 형성된 제1 배출홀을 통해 상기 머드를 분출하도록 상기 탱크부의 내부로 인입되는 제1 머드 분출부; 상기 탱크부의 내부로 낙하된 상기 머드를 배출하는 머드 이송관; 및 상기 탱크부 내에서 분리된 상기 가스를 배출하는 가스 이송관;을 포함하는 머드 재생용 가스 제거장치가 제공된다.

여기서, 제1 머드 분출부는 상기 제1 배출홀의 배출내홀이 형성된 분출내관 및 상기 배출내홀에 대응되도록 형성되는 배출외홀이 형성되고, 상기 분출내관에 대하여 회전 가능하도록 상기 분출내관의 외주면에 결합되는 분출외관을 포함할 수 있다.

머드 재생용 가스 제거장치는 상기 제1 머드 분출부 내부의 압력을 감지하도록 상기 제1 머드 분출부에 설치되는 센서부; 및 상기 센서부에 의해 감지되는 상기 제1 머드 분출부 내부의 압력에 따라 상기 분출내관에 대한 상기 분출외관의 회전도를 제어하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.

머드 재생용 가스 제거장치는 표면을 따라 형성된 제2 배출홀을 통해 상기 제1 배출홀을 통과한 상기 머드를 분출하도록 상기 제1 머드 분출부의 외곽부에 설치되는 제2 머드 분출부;를 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 제2 배출홀은 상기 제1 배출홀보다 크기가 작게 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 제1 머드 분출부의 제1 배출홀을 통해 머드가 분출되며 머드의 입자가 분산될 수 있으므로, 드릴링 머드의 재생 공정 시 머드 중의 가스 분리 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 시추설비를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 머드 재생용 가스 제거장치를 나타내는 도면.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 머드 재생용 가스 제거장치에서 제1 머드 분출부의 일부분을 보다 상세히 나타내는 도면.

본 발명에 따른 머드 재생용 가스 제거장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

또한, 이하 사용되는 제1, 제2 등과 같은 용어는 동일 또는 상응하는 구성 요소들을 구별하기 위한 식별 기호에 불과하며, 동일 또는 상응하는 구성 요소들이 제1, 제2 등의 용어에 의하여 한정되는 것은 아니다.

또한, 결합이라 함은, 각 구성 요소 간의 접촉 관계에 있어, 각 구성 요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성이 각 구성 요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성에 구성 요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.

도 1은 시추설비를 나타내는 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 시추설비(10)는 단부에 드릴 비트(drill bit)(11)를 구비한 드릴 파이프(drill pipe)(12)를 포함할 수 있다.

드릴 파이프(12)는 해상에서 해저 면까지 연장될 수 있고, 드릴 비트(11)는 회전력을 이용하여 해저 면을 굴착할 수 있다. 드릴 비트(11)의 드릴링 유체로는 드릴링 머드(drilling mud)가 사용될 수 있다. 드릴링 머드는 바라이트(barite), 벤토나이트(bentonite) 등을 포함할 수 있다.

드릴링 머드는 드릴 파이프(12)를 통해 머드 탱크(18)로부터 드릴 비트(11)까지 공급되고, 라이저(13)를 통해 회수되어 머드 재생 시스템을 거쳐 다시 머드 탱크(18)로 순환된다. 머드 재생 시스템은 암석 제거기(shale shaker)(14), 모래 제거기(desander)(15), 가스 제거기(degasser)(16) 및 미세모래 제거기(desilter)(17)를 포함할 수 있다.

가스 제거기(degasser)(16)에는 본 발명의 일 실시예에 따른 머드 재생용 가스 제거장치가 설치됨으로써 라이저(13)를 통해 회수된 드릴링 머드에 섞인 가스를 제거할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 머드 재생용 가스 제거장치는 가스 제거기(16) 자체일 수도 있고, 후술하는 머드 공급관 및 머드 이송관을 통해 가스 제거기(16)에 연결됨으로써 드릴링 머드는 가스 제거기(16)로부터 본 발명의 일 실시예에 따른 머드 재생용 가스 제거장치로 순환할 수 있다.

시추설비(10)는 예를 들어 드릴쉽(Drillship), 반잠수식 시추선(Semi-submersible drilling Rig) 또는 잭업리그(Jack-up Rig)일 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 머드 재생용 가스 제거장치를 나타내는 도면이다. 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 머드 재생용 가스 제거장치에서 제1 머드 분출부의 일부분을 보다 상세히 나타내는 도면이다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 머드 재생용 가스 제거장치(1000)는 탱크부(100), 제1 머드 분출부(200), 머드 이송관(120) 및 가스 이송관(130)을 포함하고, 센서부(300), 제어부(미도시) 및 제2 머드 분출부(400)를 더 포함할 수 있다.

탱크부(100)는 머드(A)를 수용하여 머드(A) 중의 가스(B)를 분리 가능한 부분으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 머드 분출부(200), 머드 이송관(120) 및 가스 이송관(130)이 결합될 수 있다.

이 경우, 탱크부(100)는 머드(A)와 가스(B) 사이의 비중 차이를 이용하여 머드(A) 중의 가스(B)를 분리할 수 있다. 즉, 가스(B)에 비해 상대적으로 무거운 머드(A)는 탱크부(100)의 하부에 연결된 머드 이송관(120)을 통해 외부로 배출되고, 머드(A)에 비해 상대적으로 가벼운 가스(B)는 탱크부(100)의 상부에 연결된 가스 이송관(130)을 통해 외부로 배출될 수 있다.

본 실시예에서, 탱크부(100)는 머드(A)와 가스(B) 사이의 비중 차이를 이용하여 머드(A) 중의 가스(B)를 분리하였지만, 머드(A)와 가스(B)를 분리하는 원리는 이에 한정되지 않고 다양한 가스 분리기술이 사용될 수 있다.

제1 머드 분출부(200)는 표면을 따라 형성된 제1 배출홀(201)을 통해 머드(A)를 분출하도록 탱크부(100)의 내부로 인입되는 부분으로, 탱크부(100)의 내부로 가스(B)가 포함된 머드(A)를 공급하는 기능과 동시에 일정 압력으로 머드(A)를 비산시킬 수 있다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 머드 재생용 가스 제거장치(1000)는 별도의 머드 공급관이 없이 제1 머드 분출부(200)를 통해 탱크부(100)의 내부로 가스(B)가 포함된 머드(A)를 공급될 수 있다. 이 경우, 제1 머드 분출부(200)는 별도의 펌프, 밸브 등을 포함하여 탱크부(100)로의 머드(A) 공급 여부 및 공급 속도를 조절할 수 있도록 구성될 수 있다.

그리고, 탱크부(100)의 내부로의 머드(A) 공급 과정에서 제1 머드 분출부(200)의 제1 배출홀(201)을 통해 머드(A)가 분출되면서, 머드(A)의 각 입자는 서로 분산될 수 있고, 이를 통해 외기와 접하는 머드(A) 각 입자의 표면적이 커지게 되어, 머드(A) 중에 포함되어 있는 가스(B)가 더욱 활발히 머드(A)로부터 분리될 수 있다.

머드 이송관(120)은 탱크부(100)의 내부로 낙하된 머드(A)를 배출하는 부분으로, 제1 머드 분출부(200)를 통과하며 일정 부분 가스(B)가 분리된 머드(A)를 후속 공정 장치로 이송할 수 있다.

이 경우, 머드 이송관(120)은 별도의 펌프, 밸브 등을 포함하여 탱크부(100)로부터의 머드(A) 배출 여부 및 배출 속도를 조절할 수 있다.

가스 이송관(130)은 탱크부(100) 내에서 분리된 가스(B)를 배출하는 부분으로, 제1 머드 분출부(200)를 통과하며 머드(A)로부터 분리된 가스(B)를 외부로 배출할 수 있다.

이 경우, 가스 이송관(130)은 분리된 가스(B) 중의 유해 성분을 처리하기 위한 별도의 정화장치 등과 결합될 수 있고, 별도의 펌프, 밸브 등을 포함하여 탱크부(100)로부터의 가스(B) 배출 여부 및 배출 속도를 조절할 수 있다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 머드 재생용 가스 제거장치(1000)는 제1 머드 분출부(200)의 제1 배출홀(201)을 통해 머드(A)가 분출되며 머드(A)의 입자가 분산될 수 있으므로, 드릴링 머드의 재생 공정 시 머드(A) 중의 가스(B) 분리 효율을 향상시킬 수 있다.

여기서, 제1 머드 분출부(200)는 분출내관(210) 및 분출외관(220)를 포함하여, 필요 시 제1 배출홀(201)의 크기를 조절할 수 있다.

구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 분출내관(210)은 제1 머드 분출부(200) 중 내부에 형성된 배관이고, 분출외관(220)은 제1 머드 분출부(200) 중 외부에 형성된 배관일 수 있다.

이 경우, 제1 배출홀(201) 중 상대적으로 내부에 위치한 부분이 분출내관(210)의 배출내홀이고, 제1 배출홀(201) 중 상대적으로 외부에 위치한 부분이 분출외관(220)의 배출외홀에 해당할 수 있다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 분출외관(220)은 분출내관(210)에 대하여 회전 가능하도록 분출내관(210)의 외주면에 결합됨으로써, 분출외관(220)이 일정 회전도로 회전함에 따라, 분출내관(210)의 배출내홀과 분출외관(220)의 배출외홀이 겹치는 영역이 달라질 수 있다.

따라서, 분출내관(210)에 대한 분출외관(220)의 회전도를 조절하여, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 제1 배출홀(201)의 크기를 용이하게 조절할 수 있다.

센서부(300)는 제1 머드 분출부(200) 내부의 압력을 감지하도록 제1 머드 분출부(200)에 설치되는 부분으로, 제1 머드 분출부(200)의 제1 배출홀(201)을 통해 머드(A)를 분출할 때의 압력을 감지할 수 있다.

즉, 제1 배출홀(201)을 통해 머드(A)를 분출하는 압력은 사실상 제1 머드 분출부(200) 내부의 압력에 좌우되므로, 이를 측정함으로써 제1 배출홀(201)을 통해 머드(A)를 분출할 때의 압력을 감지할 수 있다.

제어부(미도시)는 센서부(300)에 의해 감지되는 제1 머드 분출부(200) 내부의 압력에 따라 분출내관(210)에 대한 분출외관(220)의 회전도를 제어하는 부분으로, 제1 머드 분출부(200) 내부의 압력에 따라 제1 배출홀(201)의 크기가 자동적으로 제어되도록 할 수 있다.

예를 들어, 보다 효과적으로 머드(A)의 입자를 분산시키기 위해서는, 제1 배출홀(201)을 통해 머드(A)를 분출하는 압력이 강할수록 유리할 수 있다. 따라서, 제1 머드 분출부(200) 내부의 압력이 적절한 수준보다 낮은 경우에는, 자동적으로 제1 배출홀(201)의 크기가 줄어들도록 하여 머드(A)를 분출하는 압력을 높일 수 있다.

반면, 제1 머드 분출부(200) 내부의 압력이 지나치게 높은 경우, 각종 구성요소에 과부하가 걸리거나 안전상의 문제가 발생할 수 있으므로, 자동적으로 제1 배출홀(201)의 크기가 커지도록 하여 적절한 수준으로 머드(A)를 분출하는 압력을 낮출 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따른 머드 재생용 가스 제거장치(1000)는 센서부(400) 및 제어부(미도시)를 더 포함하여, 경우에 따라 자동적으로 제1 배출홀(201)의 크기가 변경되도록 제어할 수 있다.

제2 머드 분출부(400)는 표면을 따라 형성된 제2 배출홀(401)을 통해 제1 배출홀(201)을 통과한 머드(A)를 분출하도록 제1 머드 분출부(200)의 외곽부에 설치되는 부분으로, 머드(A)가 복수회 분출되며 머드(A)의 입자가 더 많이 분산되도록 할 수 있다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 배출홀(201)을 통과하며 일정 입자가 분산된 머드(A)는 다시 제2 배출홀(401)을 통과하며 다른 입자가 분산될 수 있다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 머드 재생용 가스 제거장치(1000)는, 다단의 머드 분출부(200, 400)를 통해 머드(A) 입자의 분산을 더욱 활발하게 할 수 있으므로, 머드(A) 중의 가스(B) 분리 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

한편, 제2 머드 분출부(400) 역시 제1 머드 분출부(200)와 마찬가지로 분출내관(210) 및 분출외관(220)를 포함하여, 필요 시 제2 배출홀(401)의 크기를 조절할 수 있다.

여기서, 제2 배출홀(401)은 제1 배출홀(201)보다 크기가 작게 형성될 수 있다. 즉, 상대적으로 내부에 위치한 제1 배출홀(201)보다 외부에 위치한 제2 배출홀(401)의 크기가 더 작을 수 있다.

제1 배출홀(201)을 통해 분출된 머드(A)는 제1 배출홀(201)을 통과할 때 분산될 수 있다. 따라서, 제1 배출홀(201)을 통과한 후의 머드(A)는 제1 배출홀(201)을 통과하기 전보다 입자가 상대적으로 더 분산된 상태일 수 있다.

이에 따라, 다음단의 제2 배출홀(401)의 크기는 더 작게 형성하여 제1 배출홀(201)을 통과한 후의 머드(A) 입자가 더 세부적으로 분산되도록 할 수 있다.

이로 인해, 머드(A)는 각 배출홀(201, 401)을 통과할수록 입자가 더욱 세부적으로 분산될 수 있으므로, 머드(A) 중의 가스(B) 분리 효율을 극대화할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

10: 시추설비 11: 드릴 비트
12: 드릴 파이프 13: 라이저
14: 암석 제거기 15: 모래 제거기
16: 가스 제거기 17: 미세모래 제거기
18: 머드 탱크 100: 탱크부
120: 머드 이송관 130: 가스 이송관
200: 제1 머드 분출부 201: 제1 배출홀
210: 분출내관 220: 분출외관
300: 센서부 400: 제2 머드 분출부
401: 제2 배출홀 1000: 머드 재생용 가스 제거장치

Claims (5)

1. 머드를 수용하여 상기 머드 중의 가스를 분리 가능한 탱크부;
   표면을 따라 형성된 제1 배출홀을 통해 상기 머드를 분출하도록 상기 탱크부의 내부로 인입되는 제1 머드 분출부;
   상기 탱크부의 내부로 낙하된 상기 머드를 배출하는 머드 이송관; 및
   상기 탱크부 내에서 분리된 상기 가스를 배출하는 가스 이송관;을 포함하는 머드 재생용 가스 제거장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 머드 분출부는
   상기 제1 배출홀의 배출내홀이 형성된 분출내관 및
   상기 배출내홀에 대응되도록 형성되는 배출외홀이 형성되고, 상기 분출내관에 대하여 회전 가능하도록 상기 분출내관의 외주면에 결합되는 분출외관을 포함하는 머드 재생용 가스 제거장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 머드 분출부 내부의 압력을 감지하도록 상기 제1 머드 분출부에 설치되는 센서부; 및
   상기 센서부에 의해 감지되는 상기 제1 머드 분출부 내부의 압력에 따라 상기 분출내관에 대한 상기 분출외관의 회전도를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 머드 재생용 가스 제거장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   표면을 따라 형성된 제2 배출홀을 통해 상기 제1 배출홀을 통과한 상기 머드를 분출하도록 상기 제1 머드 분출부의 외곽부에 설치되는 제2 머드 분출부;를 더 포함하는 머드 재생용 가스 제거장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제2 배출홀은 상기 제1 배출홀보다 크기가 작게 형성되는 머드 재생용 가스 제거장치.

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