KR20160022565A - 라이저 - Google Patents

Abstract

해저에서 드릴 비트를 교체할 수 있도록 구성되는 라이저가 개시된다.
상기 라이저는 내측면에 설치되는 드릴 비트 착탈 장치를 포함하고, 상기 드릴 비트 착탈 장치는 마모된 드릴 비트를 드릴 파이프로부터 분리하거나 새로운 드릴 비트를 상기 드릴 파이프와 연결하도록 작동된다.

Description

라이저{A Riser}

본 발명은 라이저에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 라이저 내부에 별도의 장치가 설치되는 라이저에 관한 것이다.

국제적인 급격한 산업화 현상과 공업이 발전함에 따라 석유와 같은 지구 자원의 사용량은 점차 증가하고 있으며, 오일의 안정적인 생산과 공급이 전 지구적인 차원에서 중요한 문제로 떠오르고 있다. 최근에는, 지금까지 경제성이 부족하였던 군소의 한계 유전(Marginal Field)이나 심해 유전의 개발이 경제성을 가지게 되어, 해저 채굴 기술의 발달과 더불어 유전의 개발에 적합한 시추설비를 구비한 시추선(Drill Ship)이 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 플랫폼(Fixed Platform)이 주로 사용되었으나, 최근에는 첨단 시추장비를 탑재하고 자체의 동력으로 항해를 할 수 있도록 제작된 시추선이 해저 시추에 많이 사용되고 있다.

해저 지하에 존재하는 석유나 가스 등을 시추할 수 있도록 각종 시추장비를 갖춘 리그선, 고정식 플랫폼 및 시추선 등 해양 구조물의 중심부에는 라이저(Riser) 또는 드릴 파이프(Drill Pipe) 등의 시추장비가 출입할 수 있도록 선체를 상하 방향으로 관통하는 문풀(Moon Pool)이 형성되어 있다.

도 1은 해상에서 시추 작업을 수행하고 있는 종래의 시추선을 개략적으로 도시한 측면도이다.

일반적으로 해상에서의 시추 작업은 다음과 같은 과정으로 진행된다.

먼저, 36" 드릴 비트(Drill Bit, 8)가 연결된 드릴 파이프(3)를 해저(6)에 내려보내 36" 드릴 비트(8)로 해저(6) 밑 암반에 구멍(Hole)을 판다. 약 40m의 구멍을 판 뒤 32" 케이징(Casing, 5)을 구멍에 집어넣고 드릴 파이프(3)를 통해 시멘트 작업을 하여 케이징(5)과 지층을 완전히 접착시킨다.

36" 드릴 비트(8)를 26" 드릴 비트(8)로 갈아 끼운 후 드릴 파이프(3)를 계속 해저(6)로 내려보내 구멍을 파는 작업을 계속한다. 약 400m의 구멍을 판 뒤 18¾" 케이징(5)을 구멍에 집어 넣고 시멘트 작업을 한다. 다음 단계로, 하부에 BOP(Blow-Out Preventer, 7)가 연결된 라이저(4)를 해저(6)로 내려보내고, BOP(7)를 18¾" 케이징(5)에 연결시킨다.

드릴 비트(8)를 교환하는 작업과 케이징(5)을 구멍에 집어넣고 시멘팅하는 작업을 반복하면서 시추를 계속한다.

라이저(4)는 선체(1)와 BOP(7)를 연결하여 시추 유체(Drilling Fluid)가 순환할 수 있는 통로를 제공한다. 라이저(4)는 금속재로 구성될 수 있으며, 선체(1)로부터 BOP(7)까지 하나 이상이 차례로 연결될 수 있다.

해저에서 사용되는 시추용 드릴 비트는 사용함에 따라 마모나 손상 등에 의해 교체를 필요로 하는데, 이 경우 선체까지 드릴 스트링을 끌어올려야만 드릴 비트의 교체 작업이 가능해짐으로써, 드릴 비트의 교체 작업에 많은 시간과 노력이 소요될 뿐만 아니라, 드릴 비트의 교체 작업으로 인한 시추 장비의 가동률을 저하시키는 문제점을 가지고 있었다.

본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 드릴 비트 착탈 장치가 내부에 설치된 라이저를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 해저에서 드릴 비트를 교체할 수 있도록 구성되는 라이저에 있어서, 상기 라이저는 내측면에 설치되는 드릴 비트 착탈 장치를 포함하고, 상기 드릴 비트 착탈 장치는 마모된 드릴 비트를 드릴 파이프로부터 분리하거나 새로운 드릴 비트를 상기 드릴 파이프와 연결하도록 작동되는, 라이저가 제공된다.

상기 드릴 비트 착탈 장치는, 작동되지 않을 때에는 시추 작업에 방해되지 않도록 상기 드릴 파이프 및 상기 드릴 비트가 움직이는 경로 외부에 위치할 수 있다.

상기 드릴 비트 착탈 장치는, 상기 드릴 파이프의 하단부의 위치 및 상기 드릴 파이프가 상기 드릴 비트와 연결되었는지 여부를 감지할 수 있는 센서를 포함할 수 있다.

상기 드릴 비트 착탈 장치는 아이언 러프넥과 같은 방식으로 작동될 수 있다.

상기 드릴 비트 착탈 장치는, 상기 드릴 비트 및 상기 드릴 파이프 각각을 클램프에 의해 클램핑한 후 상기 드릴 비트를 회전구동부에 의해 회전시키도록 작동될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 해저에서 드릴 비트를 교체하는 방법에 있어서, 드릴 파이프에 연결된 마모된 드릴 비트가 BOP보다 위쪽에 위치하도록 상기 드릴 파이프를 들어올리는 단계; 라이저 내측면에 설치된 드릴 비트 착탈 장치가 상기 드릴 파이프로부터 상기 마모된 드릴 비트를 분리하는 단계; 상기 드릴 파이프로부터 분리된 상기 마모된 드릴 비트가 상기 라이저 하부에 위치하는 보관대에 보관되는 단계; 상기 마모된 드릴 비트가 새로운 드릴 비트로 교체되는 단계; 및 상기 드릴 비트 착탈 장치가 상기 새로운 드릴 비트와 상기 드릴 파이프를 연결하는 단계;를 포함하는, 드릴 비트 교체 방법이 제공된다.

본 발명의 라이저는 내부에 설치되는 드릴 비트 착탈 장치를 포함하므로, 드릴 스트링을 선체까지 끌어올리지 않고서도 해저에서 드릴 비트의 교체를 가능하도록 하여, 드릴 비트의 교체 작업에 소요되는 시간과 노력을 줄이도록 하고, 시추 장비의 가동률을 높일 수 있다.

도 1은 시추 작업을 수행하고 있는 종래의 시추선을 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예의 라이저가 드릴 비트를 교체하는 작업의 제 1 단계를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예의 라이저가 드릴 비트를 교체하는 작업의 제 2 단계를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예의 라이저가 드릴 비트를 교체하는 작업의 제 3 단계를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예의 라이저가 드릴 비트를 교체하는 작업의 제 4 단계를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예의 라이저가 드릴 비트를 교체하는 작업의 제 5 단계를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예의 라이저가 드릴 비트를 교체한 후의 상태를 개략적으로 도시한 측면도이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 하기 실시예의 라이저는, 리그선, 시추선 등 모든 시추용 해양 구조물에 설치될 수 있다. 또한, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 2 내지 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 라이저가 드릴 비트를 교체하는 작업을 개략적으로 도시한 측면도이다.

도 2 내지 도 6을 참조하면, 본 실시예의 라이저(10)는 내측면에 설치되는 드릴 비트 착탈 장치(40)를 포함하고, 라이저(10)의 하단부는 BOP(50)와 연결되며, 드릴 파이프(20)는 라이저(10) 내부를 지나도록 설치된다.

본 실시예의 드릴 비트 착탈 장치(40)는, 라이저(10)의 내측면에 설치되어 마모된 드릴 비트(30a)를 드릴 파이프(20)로부터 분리하거나, 새로운 드릴 비트(30b)와 드릴 파이프(20)를 연결한다. 드릴 비트 착탈 장치(40)는, 시추 작업시 드릴 파이프(20)의 운용에 방해가 되지 않도록, 작동되지 않을 때에는 라이저(10) 내측면으로부터 최대한 돌출되지 않도록 구성되는 것이 바람직하다.

드릴 비트 착탈 장치(40)는, 센서를 포함하여, 드릴 파이프(20)가 마모된 드릴 비트(30a)와 연결된 상태에서, 드릴 파이프(20)의 하단부가 드릴 비트 착탈 장치(40)와 같은 높이에 위치하는 것을 센서가 감지하면, 드릴 비트 착탈 장치(40)가 자동으로 마모된 드릴 비트(30a)를 드릴 파이프(20)로부터 분리하고, 드릴 파이프(20)가 드릴 비트(30a, 30b)와 분리된 상태에서, 드릴 파이프(20)의 하단부가 드릴 비트 착탈 장치(40)와 같은 높이에 위치하는 것을 센서가 감지하면, 드릴 비트 착탈 장치(40)가 자동으로 새로운 드릴 비트(30b)와 드릴 파이프(20)를 연결하도록 작동될 수 있다.

드릴 비트 착탈 장치(40)는 아이언 러프넥(Iron Roughneck)과 같은 방식으로 작동될 수 있다. 즉, 드릴 비트 착탈 장치(40)는, 상부의 스피닝 렌치(Spinning Wrench)와 하부의 토크 렌치(Torque Wrench)로 구성될 수 있는데, 스피닝 렌치는, 토크 렌치가 강한 힘으로 최종적으로 드릴 비트(30a, 30b)의 연결부를 조이기 전까지, 드릴 비트(30a, 30b)를 빠르게 회전시키는 렌치이고, 토크 렌치는, 스피닝 렌치의 힘으로 조이기 힘든 마지막 단계에서, 강한 힘으로 회전하여 새로운 드릴 비트(30b)와 드릴 파이프(20)를 연결하거나 마모된 드릴 비트(30a)를 드릴 파이프(20)로부터 분리하는 렌치이다.

또한, 드릴 비트 착탈 장치(40)는, 드릴 비트(30a, 30b)와 드릴 파이프(20) 각각을 클램프에 의해 클램핑한 후, 드릴 비트(30a, 30b)를 회전구동부에 의해 회전시켜 새로운 드릴 비트(30b)와 드릴 파이프(20)를 연결하거나 마모된 드릴 비트(30a)를 드릴 파이프(20)로부터 분리하도록 작동될 수도 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 라이저를 이용한 드릴 비트 교체 작업의 제 1 단계는, 드릴 파이프(20)에 연결된 마모된 드릴 비트(30a)가 BOP(50)보다 위쪽에 위치하도록 드릴 파이프(20)를 들어올리는 단계이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 라이저(10)를 이용한 드릴 비트 교체 작업의 제 2 단계는, 라이저(10) 내측면에 설치된 드릴 비트 착탈 장치(40)가 드릴 파이프(20)로부터 마모된 드릴 비트(30a)를 분리하는 단계이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 라이저(10)를 이용한 드릴 비트 교체 작업의 제 3 단계는, 드릴 파이프(20)로부터 분리된 마모된 드릴 비트(30a)가 라이저(10) 하부에 위치하는 보관대(60a)에 보관되는 단계이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 라이저(10)를 이용한 드릴 비트 교체 작업의 제 4 단계는, 마모된 드릴 비트(30a)가 새로운 드릴 비트(30b)로 교체되는 단계이다.

마모된 드릴 비트(30a)를 새로운 드릴 비트(30b)로 교체하기 위하여, 해저에는, 마모된 드릴 비트(30a)를 보관하기 위하여 비어있는 다수개의 제 1 보관대(60a); 및 새로운 드릴 비트(30b)가 보관된 다수개의 제 2 보관대(60b);가 설치될 수 있다. 또한, 마모된 드릴 비트(30a) 자체가 새로운 드릴 비트(30b)로 교환되는 방식으로 드릴 비트가 교체될 수도 있으나, 마모된 드릴 비트(30a)가 보관된 제 1 보관대(60a)가 새로운 드릴 비트(30b)가 보관된 제 2 보관대(60b)로 교환되는 방식으로 드릴 비트가 교체될 수도 있다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 라이저를 이용한 드릴 비트 교체 작업의 제 5 단계는, 드릴 비트 착탈 장치(40)가 새로운 드릴 비트(30b)와 드릴 파이프(20)를 연결하는 단계이다.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예의 라이저가 드릴 비트를 교체한 후의 상태를 개략적으로 도시한 측면도이다.

도 7을 참조하면, 본 실시예의 라이저(10)에 의해 해저에서 마모된 드릴 비트(30a)를 새로운 드릴 비트(30b)로 교환한 후 시추 작업을 계속할 수 있다.

본 발명의 라이저(10)는, 특히, 마모된 드릴 비트(30a)를 드릴 파이프(20)로부터 분리하거나 새로운 드릴 비트(30b)와 드릴 파이프(20)를 연결하는 작업을 해저에서 수행할 수 있도록 한다는 점에서 의의가 있다.

본 발명은 상기 실시예에 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.

1 : 선체 2 : 문풀
3, 20 : 드릴 파이프 4, 10 : 라이저
5 : 케이징 6 : 해저
7, 50 : BOP 8, 30a, 30b : 드릴 비트
40 : 드릴 비트 착탈 장치 60a, 60b : 보관대

Claims (6)

1. 해저에서 드릴 비트를 교체할 수 있도록 구성되는 라이저에 있어서,
   상기 라이저는 내측면에 설치되는 드릴 비트 착탈 장치를 포함하고,
   상기 드릴 비트 착탈 장치는 마모된 드릴 비트를 드릴 파이프로부터 분리하거나 새로운 드릴 비트를 상기 드릴 파이프와 연결하도록 작동되는, 라이저.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 드릴 비트 착탈 장치는,
   작동되지 않을 때에는 시추 작업에 방해되지 않도록 상기 드릴 파이프 및 상기 드릴 비트가 움직이는 경로 외부에 위치하는, 라이저.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 드릴 비트 착탈 장치는,
   상기 드릴 파이프의 하단부의 위치 및 상기 드릴 파이프가 상기 드릴 비트와 연결되었는지 여부를 감지할 수 있는 센서를 포함하는, 라이저.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 드릴 비트 착탈 장치는 아이언 러프넥과 같은 방식으로 작동되는, 라이저.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 드릴 비트 착탈 장치는,
   상기 드릴 비트 및 상기 드릴 파이프 각각을 클램프에 의해 클램핑한 후 상기 드릴 비트를 회전구동부에 의해 회전시키도록 작동되는, 라이저.
6. 해저에서 드릴 비트를 교체하는 방법에 있어서,
   드릴 파이프에 연결된 마모된 드릴 비트가 BOP보다 위쪽에 위치하도록 상기 드릴 파이프를 들어올리는 단계;
   라이저 내측면에 설치된 드릴 비트 착탈 장치가 상기 드릴 파이프로부터 상기 마모된 드릴 비트를 분리하는 단계;
   상기 드릴 파이프로부터 분리된 상기 마모된 드릴 비트가 상기 라이저 하부에 위치하는 보관대에 보관되는 단계;
   상기 마모된 드릴 비트가 새로운 드릴 비트로 교체되는 단계; 및
   상기 드릴 비트 착탈 장치가 상기 새로운 드릴 비트와 상기 드릴 파이프를 연결하는 단계;
   를 포함하는, 드릴 비트 교체 방법.

Images